功能性寡糖在养猪生产中的研究与应用

◆作者：樊梅娜 张国珍 刘新玲 吴敏 王丽荣 程福亮

◆单位：山东碧蓝生物科技有限公司

我国是世界生猪养殖大国之一，随着抗生素在养猪行业中的滥用，所造成的不良后果日益突出，主要有病原菌耐药性的产生，猪只体内肠道菌群的失衡，猪肉产品中的药物残留以及环境的污染等问题。在此情况下，《中华人民共和国农业农村部公告 第 194 号》指出：自 2020 年 1月1 日起退出除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂品种，预示着我国已于2020 年全面禁止抗生素在饲料中的添加使用。因此，寻求抗生素高效、绿色、环保的替代物成为目前养猪行业的首要任务。功能性寡糖作为一种益生素，是由2～10 个单糖以支链或直连的方式连接在一起的低聚糖，现阶段开发的功能性寡糖主要有甘露寡糖（MOS）、木寡糖（XOS）、壳寡糖（COS）、半乳寡糖（GOS）、大豆寡糖（SBOS）、果寡糖（FOS）、异麦芽糖（IMO）等（梁欢和瞿明仁，2016）。功能性寡糖因其独特的糖苷键连接结构，在动物体的消化道前段不能被消化，转而进入消化道后段，能够被消化道后段的有益微生物分解、吸收、利用，促进有益菌的生长。此外，功能性寡糖与动物机体肠道内病原微生物结合位点有着相似的结构，能够竞争性的与病原微生物表面几丁质相结合，使之不能在动物肠壁上黏附，从而失去致病能力，因此功能性寡糖在一定程度上具有替代抗生素的作用，其首先在日本以添加剂的形式投入到饲料使用，目前我国对功能性寡糖在养猪业中的应用研究也越来越多。

1 功能性寡糖在猪体内的代谢

功能性寡糖主要由α-1,3、α-1,2、β-1,6 等糖苷键组成（宋妍妍，2018），而猪只机体消化道内的内源性消化酶主要能够分解α-1,4 糖苷键，故当机体摄入功能性寡糖后，在消化道前段无法被动物机体所消化分解，直接进入消化道后段，猪只机体消化道后段定植着大量的微生物菌群，其中有益菌具有降解功能性寡糖所需要的酶，使之被分解利用从而促进有益菌的生长，杜晨红等（2019）研究表明不同功能性寡糖对有益菌的促生长作用存在差异性，其中果寡糖对有益菌的促生长作用最好。动物体内消化代谢功能性寡糖的过程大致表现为：功能性寡糖糖苷键断裂为单糖，单糖分解为丙酮酸和乳酸，进一步分解为挥发性脂肪酸，最终经过代谢利用后产生二氧化碳和水。

2 功能性寡糖的功能特性

2.1 增加肠道有益菌群数量，调节肠道菌群平衡

功能性寡糖进入动物机体后，能够被寄生在消化道后段的双歧杆菌、梭状芽孢杆菌、乳酸杆菌等有益菌选择性的分解利用，促进有益菌群的生长，并产生丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸，降低肠道pH，抑制病原菌的生长。吴峰洋等（2019）研究表明，在生长獭兔日粮中添加一定量的魔芋甘露寡糖能够增加獭兔盲肠中乙酸、丁酸及挥发性脂肪酸的含量，降低盲肠pH，增加乳酸杆菌及双歧杆菌的含量，抑制大肠杆菌的定植，改善肠道菌群结构。功能性寡糖因与病原菌表面的类丁质受体结构相似，能够竞争性结合病原菌，且病原菌无法利用功能性寡糖，在机体的代谢作用下被排出体外，从而降低肠道内病原菌的含量，卢建军（1999）指出，某些功能性寡糖能够将定植在肠道上的病原菌清洗下来，如甘露寡糖。由于有益菌群能够利用功能性寡糖来促进自身的生长繁殖，增殖的有益菌群能够在动物机体肠道中产生有利的竞争性占位，亦能抑制病原菌在肠道中定植，调节肠道内微生物的平衡。据朱孟玲等（2019）研究发现，在肉鸡含盲肠内容物的饲粮中添加甘露寡糖能够提高肉鸡肠道中双歧杆菌和乳酸菌的数量，减少肠炎沙门氏菌和大肠杆菌的定植。除此之外，某些功能性寡糖还能通过干涉细菌RNA 和蛋白质的合成，起到抑菌的作用。

2.2 改善肠道粘膜结构

肠绒毛高度与隐窝深度之比是衡量肠道功能的重要指标之一。功能性寡糖能够提高肠绒毛高度，降低隐窝深度，改善肠道功能，在基础日粮中添加一定量的功能性寡糖，能够促进消化道后段有益菌群的生长，使得肠道中总挥发性脂肪酸、乳酸、丁酸的含量增加，其中有益菌代谢活动所产生的短链脂肪酸是机体肠道黏膜细胞增殖的主要能源物质，吴峰洋等（2019）发现，在獭兔日粮中添加一定量的魔芋甘露寡糖能够提高獭兔十二指肠的绒毛高度，降低隐窝深度，改善十二指肠的结构形态。这与胡凌豪等（2019）的研究结果相似，在石斑鱼日粮中添加一定量的果寡糖，能够增加石斑鱼肠绒毛高度、肌层厚度以及绒毛宽度，对石斑鱼肠道结构亦有改善作用。

2.3 提高机体的免疫力

功能性寡糖能够与某些病毒、真核细菌、毒素等外源抗体的表面物质相结合，充当外源抗体佐剂的作用，从而提升机体的体液免疫和细胞免疫功能（Sharon 和 Lis，1993），及 IL-4分泌细胞的免疫应答作用。功能性寡糖能够提升疫苗的免疫效果，据王吉潭等（2003）研究发现，将半乳甘露寡糖添加到肉鸡的饲粮中，能够显著提升鸡血清新城疫的抗体滴度。陈小兵等（2005）指出甘露寡糖能够结合肠黏膜上皮细胞受体，阻止病原菌在肠道黏膜上的定植，减少病原菌对机体体液、细胞的侵入。增加动物饲料中功能性寡糖的添加，能够提高动物机体血清和肠粘膜中 IgA、IgG、IgM 的含量，从而提升机体的黏膜免疫水平（Spring 和 Privulescu，1998），提高机体超氧化物歧化酶、溶菌酶、酸性磷酸酶等酶活性，增加机体免疫力。

2.4 提高营养物质消化吸收率，降低料肉比

功能性寡糖促进有益菌群生长，有益菌群利用氨、硝酸盐等物质合成微生物蛋白，并通过代谢作用，能够产生烟酸、叶酸等多种维生素，为机体生长提供营养物质。有益菌通过代谢活动产生的酸性物质，降低肠道pH，有利于溶解肠道中的钙盐、镁盐等物质，增加动物机体对钙、镁等矿物质的吸收率。安文艺等（2019）研究发现，在肉鸡饲粮中添加壳寡糖能够缓解脂多糖（LPS）对肉鸡采食量下降的影响，增加肉鸡盲肠丙酸、丁酸的含量。在饲料中添加功能性寡糖，能够提高动物肠道内蛋白水解酶、胰蛋白酶、淀粉酶的活性，提高动物机体对营养物质的消化吸收，提高饲料报酬，降低料肉比。

3 功能性寡糖在养猪生产中的应用

3.1 在断奶仔猪中的应用

在断奶仔猪的日粮中添加功能性寡糖能够提高断奶仔猪对日粮中营养物质的消化率，降低料肉比，提高断奶仔猪的抗氧化能力，改善肠道菌群结构，降低腹泻率，缓解断奶应激。刘媛媛等（2019）研究表明，向断奶仔猪日粮中同时添加壳寡糖和干酪乳杆菌，能够降低饲料料重比，提高饲料转化率，且在饲养15～32d 时效果显著，只添加壳寡糖组，在饲养32d 后，仔猪血清中谷胱甘肽过氧化酶（GSH-Px）的含量显著上升，血清中丙二醛（MDA）的含量降低，提高了断奶仔猪的抗氧化能力。这与刘静波等（2019）的研究相似，在断奶仔猪日粮中添加短链果寡糖可显著提高断奶仔猪平均日增重，降低料重比，通过提高还原型谷胱甘肽含量和GSH-Px 活性，降低空肠黏膜中MDA 含量，缓解断奶仔猪肠道氧化应激反应，且短链果聚糖的添加能够显著增加空肠黏膜上紧密连接蛋白2（ZO2）、 封 闭 蛋 白 2（CLDN2）mRNA 表达量，同时对肠道黏膜中Keleh 样环氧氯丙烷相关蛋白1（KEAP1）及闭合蛋白（OCLD）mRNA 表达量有增加的趋势，从而改善断奶仔猪肠道屏障功能。魏亚浩等（2019）认为，在断奶仔猪日粮中添加壳寡糖、L- 抗坏血酸、乳酸等复合物，可提高饲料中营养物质的表观消化率，降低腹泻率和死亡率，且能够降低断奶仔猪血清中谷丙转氨酶的活性及尿素含量，保护肝脏、提高机体对蛋白质消化吸收，增加肠道中有益菌含量，改善断奶仔猪肠道菌群平衡。袁华根等（2019）研究显示，壳寡糖是通过提高断奶仔猪肠绒毛高度和肠上皮细胞数量，来提升断奶仔猪的消化吸收能力。

3.2 在生长育肥猪中的应用

在生长育肥猪日粮中添加功能性寡糖，能够提高饲料中养分的消化率，增加日增重，降低料肉比，改善猪肉品质和风味。谢菲等（2018）研究发现，在生长育肥猪日粮中添加0.03%低聚木糖能够显著提高饲料养分表观消化率，对育肥猪胴体长和肉色具有改善作用。同时，杜建等（2018）研究也表明，在生长育肥猪日粮中添加100mg/kgβ- 葡聚糖能够显著提高生长育肥猪平均日增重，降低料重比，提高饲粮中干物质、粗蛋白和能量的消化率，对育肥猪的胴体长、肌肉pH、肌苷酸含量也有显著提高作用，显著降低育肥猪肌肉滴水损失，改善猪肉中饱和脂肪酸与但不饱和脂肪酸的组成比例，改善猪肉品质，提升猪肉风味。

3.3 在母猪中的应用

在母猪日粮中添加功能性寡糖，能够改善母猪肠道菌群结构，提高采食量及营养物质的消化吸收，提高母猪抗氧化能力及非特异性免疫力，产后断奶仔猪平均日增重，断奶窝重，健仔率也有提高。李梦云等（2015）发现，在初产母猪日粮中添加果寡糖对母猪妊娠后期和哺乳期的采食量具有显著提高作用，增加了母猪对日粮中粗蛋白和粗脂肪的表观消化率，提高了母猪血液中的IgG、IgA 含量，提升母猪的免疫功能，同时提高了母猪血清中总蛋白、白蛋白、球蛋白的含量，母猪粪便中乙酸、丙酸以及丁酸的含量增加，降低了粪便pH，减少了粪便中大肠杆菌的数量，对妊娠后仔猪断奶重、平均日增重和健仔率有显著提高作用，但对总产仔数、初生窝重无显著影响。在妊娠母猪产前7d至断奶（25 日龄）日粮中添加100～200g/t 壳寡糖，对仔猪活仔数、断奶成活率、仔猪转出率均有提高作用，同时增加了母猪对日粮中蛋白质、能量、脂肪等营养物质消化利用率（边佳伟等，2019）。谷雪玲等（2019）发现，功能性寡糖可以通过调节母猪肠道菌群结构，提高母猪的抗氧化能力以及免疫能力，从而改善母猪胰岛素抵抗作用，促进母猪对葡萄糖的摄取和利用，增加母猪采食量。

4 功能性寡糖的发展前景与不足

功能性寡糖作为一种绿色、无污染的环保型饲料添加剂，对猪只的生长性能、猪肉品质、免疫能力及饲料的消化利用率均有提高作用，是一种良好的抗生素替代产品。近年来功能性寡糖的应用主要集中在在生长育肥猪中，而且功能性寡糖在畜禽生产上的应用主要研究集中在甘露寡糖、壳寡糖、果寡糖，对其他寡糖的研究较少，不同类型的功能性寡糖在猪只不同生长阶段的最适添加量尚未达成共识。对于功能性寡糖改善肠道微生态的研究，多停留在机理研究阶段，尚未全面涉及到细胞和基因以及受体信号传导水平（Hu 等，2020；Han 等，2020 ；Trevisi 等，2020）。

当前，我国正在全面推进健康养殖和生态养殖，发展新型饲料添加剂替代抗生素等化学药物已经成为养殖业发展的新亮点。功能性寡糖因为稳定性，安全性和环保性而逐渐受到养殖业的广泛关注，其必将具有广阔的应用前景。