果寡糖在反刍动物生产上的应用研究

彭锦芬 ， 杨玲媛 *， 张灵梅 ， 刘尚航 ， 朱晋佳

（1.湖南农业大学动物科技学院，湖南长沙 410128；2.湖南畜禽安全生产协同创新中心，湖南长沙 410128）

抗生素是指由细菌、真菌或高等动植物等在生活过程中产生的一类具有抗病原体或其他活性的次级代谢产物（李淑玲，2014），其在预防和治疗动物疾病、促进动物生长、增强动物免疫力等方面起重要作用。但长期饲用抗生素会造成诸如环境污染，致病菌产生耐药性，以及畜禽产品药物残留等各种问题，因此在很多国家抗生素已经被禁止用于动物生产中。为了从根本上解决抗生素引起的一系列问题，必须开发安全环保的绿色饲料添加剂。

果寡糖（FOS）又称果聚糖，主要包括果寡三糖、果寡四糖和果寡五糖，作为饲料添加剂使用的主要为这三者的混合物（邹杨等，2011)。自然界中存在的FOS一般是由微生物和植物中含有果糖转移活性的酶作用而生成的 （林海涛和李梅，2009)，普遍存在于洋姜、马铃薯、大蒜、黑麦、大麦、小麦等植物中，在菊芋块茎中含量最丰富，占块茎干重的70% ～80%（薛志成等，2007）。工业上，FOS的生产方法主要有两种，一种是酶水解法（以菊粉为原料），另一种是酶转化法（以蔗糖为原料）（张帆，2011)。FOS作为一种植物饲料添加剂，不仅有类似抗生素的作用，而且安全、高效、无残留。本文主要综述了FOS的理化性质及其在反刍动物生产中的应用研究。

1 FOS的理化性质

FOS具有较好的溶解性，溶液无色透明，固体呈无色粉末状。但热稳定性易受到酸碱度的影响，在中性条件下，即使温度高达120℃，FOS稳定性依然良好；而在温度大于70℃，pH=3的酸性环境下，极易被分解。在0～70℃，FOS的黏度与温度呈负相关，热值小于1.5 Kcal/g，不足蔗糖的三分之一。FOS安全无毒，并且不能被动物消化酶所消化，因而能在动物体内发挥一定的作用。其吸湿性较差，可在一定程度上减缓饲料的吸湿酸败。此外，FOS甜度仅是蔗糖的0.6倍，所含热值低、纤维高、味道清爽，能够改善饲料的适口性，增加动物的采食量。

2 FOS在反刍动物生产上的应用研究

2.1 促进生长发育 邰秀林等（2009)研究发现，日粮中添加FOS能极显著提高犊牛的日增重，FOS添加量为2 g/d犊牛40～70 d平均日增重仅为370 g，而4 g/d及以上犊牛日增重均在500 g以上。郭勇庆等（2010)在研究牛蒡FOS对绵羊生产性能的影响时发现，FOS能够加快绵羊肌肉的生长发育，并且9.6 g/d的添加量为最适宜的添加水平。Ilgaza等（2018）研究发现，在犊牛饲料中添加富含天然FOS菊芋精粉能够显著提高犊牛的体增重。Hadri等（2017）研究发现，在高脂肪饲粮中添加FOS能够提高大鼠日增重，但不会减少食物摄入量，因而在日粮中添加FOS能够提高饲料报酬。

2.2 改善泌乳性能，增强抗氧化力 已有研究表明，在奶山羊和奶牛日粮中添加FOS，能够提高乳中乳脂和乳蛋白率，抑制乳脂率的下降，同时还能显著提高其产奶量。Yen等（2017）研究发现，FOS能减轻D-半乳糖引起的认知功能障碍，作用类似于α-生育酚，推测可能与系统抗氧化作用有关。Jaglan等（2019）通过研究水牛瘤胃液中的双歧杆菌发现，水牛瘤胃中的双歧杆菌能将亚油酸转化为共轭亚油酸，从而增强机体的抗氧化能力。而FOS的添加能够大量促进双歧杆菌的增殖，由此可见，FOS具有很好的抗氧化能力。

2.3 改善瘤胃发酵功能 挥发性脂肪酸（VFA）是碳水化合物在瘤胃中发酵产生的主要物质，能够反映瘤胃发酵性能以及对营养物质的消化吸收能力。冯泮飞等（2016)在利用FOS诱导山羊酸中毒时发现，FOS能够极显著提高山羊瘤胃的pH和总VFA含量，按21 g/kg体重的剂量瘤胃灌服FOS溶液8 h后，瘤胃pH低于5。胡丹丹等（2017）在研究FOS对泌乳早期奶牛瘤胃发酵的影响时发现，添加FOS使瘤胃液中丁酸含量显著升高，总VFA含量极显著升高，但对乙酸、丙酸以及乙酸/丙酸值无显著影响。Li等（2018)研究发现，FOS能够提高脂肪酸的加氢作用和纤维素丰度，提高总VFA的产量，可以作为潜在的饲料添加剂来调控瘤胃的发酵。瞿明仁等（2006）研究发现，灌注FOS可以显著降低羊瘤胃液pH和瘤胃内的氨氮（NH3-N）浓度，提高瘤胃内的VFA含量和微生物蛋白（MCP）含量。凌宝明等（2006）也研究发现，在日粮中添加FOS能够提高生长绵羊的瘤胃发酵功能。黄雅莉等（2012)研究发现，在日粮中添加FOS能显著提高瘤胃中可消化有机物含量以及培养液中的MCP和VFA含量。胡丹丹等（2017）也研究发现，在荷斯坦奶牛日粮中添加FOS能极显著提高瘤胃MCP的含量。

2.4 提高营养物质在瘤胃的降解率 瘤胃细菌的种类及数量决定了瘤胃内环境的稳定与否，影响着瘤胃的功能，在营养物质的消化中发挥着重要作用，对反刍动物的健康至关重要。祁茹等（2012）研究发现，FOS能促进奶山羊瘤胃液纤维素分解菌及真菌的生长，从而提高粗饲料的利用率。SJonova等（2018）研究发现，FOS的添加能够减少瘤胃厌氧菌的数量。胡丹丹等（2018）研究发现，在奶牛的日粮中添加FOS能够降低其瘤胃液中细菌菌群的种类，极显著提高以碳水化合物为发酵源的瘤胃拟杆菌属的数量。谷雪玲等（2018）研究发现，不同剂量的FOS对乳酸杆菌的增殖速度均有显著的促进作用。胡静等 （2014）在研究FOS对奶山羊瘤胃降解常规粗饲料速率的影响时发现，FOS能够显著提高豆秸、花生秧以及酒糟的瘤胃降解率，说明在粗饲料中添加FOS能显著提高瘤胃真菌的数量和瘤胃降解率。同时，林英庭等（2014）研究发现，FOS能够显著提高中性蛋白酶活性、β-葡萄糖苷酶活性和木聚糖酶活性，表明饲粮中添加FOS可提高粗饲料的瘤胃降解率。综上所述，日粮中添加FOS可改善瘤胃发酵功能，增强瘤胃降解率，从而提高反刍动物的消化能力。

2.5 提高营养物质利用率，降低体脂、血清总胆固醇含量 植酸作为抗营养因子，阻碍了动物机体对矿物质元素的吸收。已有研究表明，在日粮中添加FOS可以减少动物粪便中矿物质的含量，增加其利用率。Hubert等（2000）研究发现，在动物饲粮中添加FOS能够消除植酸的阻碍作用，增强机体对钙和镁的吸收率，提高矿物质的表观吸收率，同时还能够促进维生素D的吸收。邰秀林等（2009）研究发现，在断奶犊牛日粮中添加FOS能显著提高小肠的绒毛高度和固有膜厚度，加强其对养分的吸收，由此推测FOS使动物营养物质吸收能力提高可能与其维护肠道正常结构、促进肠道形态发育有关。Adhikari等（2018）研究发现，FOS对雏鸡回肠绒毛高度和隐窝深度没有显著影响，具体机理还需要进一步的深入研究。冯泮飞等（2016）在利用FOS诱导的山羊瘤胃酸中毒时发现，FOS能够极显著提高血液中乳酸和脂多糖浓度。由此可见，FOS是影响脂类吸收代谢的重要因素（Lopez等，2000）。

2.6 降低甲烷的排放量和尿素氮的吸收 朱伟等（2018)研究发现，甲烷（CH4）浓度的增加会降低畜舍氧气的含量，当浓度达到25%～30%时，家畜会出现头晕、呼吸加剧、注意力不集中等应激反应，严重时会导致家畜窒息或死亡。并且CH4作为温室气体之一，大量排放会加速全球变暖。马力等（2014）研究发现，以FOS为原料的底物产CH4量显著低于绝大部分其他原料，如果胶、苜蓿、小麦淀粉等，推测FOS可能是通过改变瘤胃微生物区系来降低CH4排放量。但有研究发现，当菊芋粉（主要含FOS）添加量为12 g及24 g时，对瘤胃中CH4的产生没有显著影响，可能是犊牛消化系统不够完善，也可能是添加剂量不足或者其他原因，具体原因有待进一步的研究发现。Ro/jen等（2012）研究结果表明，皱胃灌注FOS能够降低血液向肠道输送的尿素氮总量及浓度，并使肝脏NH3摄取和尿素氮的生成也降低。此外，FOS的添加能促进部分尿氮以粪便形式排出，降低了牛奶中的尿素氮浓度和尿中的氮排泄量，并能减少粪便NH3的挥发。

2.7 调控肠道微生物区系，增强动物机体免疫力FOS能够作为一种免疫刺激的辅助因子来增加动物机体免疫力。肖宇等（2012）研究发现，FOS能够显著提高山羊的血清免疫球蛋白G、M含量及血清白细胞介素-4的含量，对奶山羊的免疫性能有一定的调节作用。Lopes等（2016)研究发现，FOS具有潜在的益生元作用，能够促进乳酸杆菌和双歧杆菌的生长。祁茹等（2012)研究发现，FOS的添加能够极显著提高崂山奶山羊粪便中的双歧杆菌数量，降低粪便中大肠杆菌数。FOS还能够通过调控肠道微生物区系平衡，帮助幼龄反刍动物建立有益的肠道内环境，增强机体免疫防御机能，进而减少动物疾病的发生。

3 讨论与展望

综上所述，FOS具有提高瘤胃发酵性能、促进瘤胃微生物蛋白合成、增强动物免疫力、促进反刍动物生长发育、提高日增重、改善泌乳性能、降低甲烷的排放量，以及增强动物抗氧化等多种作用。在养殖动物饲料领域具有广阔的应用前景。并且FOS作为一种植物饲料添加剂，具有安全可靠，药物残留少，不易产生耐药性等特点。但FOS在反刍动物领域的研究相对较少，还需要进行大量的试验来探究其作用机理，以及在动物日粮中的最佳添加量，以便为FOS在反刍动物生产中的普遍使用提供坚实的理论基础。