功能性寡糖在水产动物饲料中的应用研究进展

曹岩磊 ， 鲁耀鹏 ， 许嘉芮 ， 张秀霞 ，3， 李军涛 ，3， 张泽龙 ，3， 冼健安 ，3 ， 郭 冉

（1.河北农业大学海洋学院，河北秦皇岛 066000；2.中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海南省海洋生物资源功能性成分研究与利用重点实验室，海南海口 571101；3.中国热带农业科学院海南热带农业资源研究院，海南海口 571101）

随着水产养殖行业的快速发展，高密度集约化的水产养殖模式成为主流。 但高密度养殖水产动物疾病频发是困扰养殖户的主要问题。 为了避免病害的发生， 养殖户使用抗生素或化学药物来预防细菌、 真菌、 寄生虫和病毒性疾病（蔡婷等，2015）。 然而抗生素或化学药物的长期使用会在水产动物体内产生残留， 最终危害人类身体健康，同时还会导致抗病菌的产生，给水产动物疾病的治疗带来不利影响 （汪迎春，2020）。 如今国家已明令规定饲料中严禁使用促生长类抗生素（管雪婷等，2021）。 因此，安全、高效、 环保的功能性寡糖作为水产动物饲料添加剂的研究变得极为重要。

功能性寡糖作为饲料添加剂具有微量、无毒、无残留、稳定等优点（闵力等，2012），因此，其在水产动物饲料行业有着广阔的应用前景 （王仁华，2016）。 然而，目前对功能性寡糖在水产养殖行业的研究报道较少， 不同功能性寡糖在水产动物上的应用功效存在差异。鉴于此，本文结合国内外近几年的相关研究报道， 详述了功能性寡糖的功能及其在水产动物中的研究效果， 为今后功能性寡糖在水产养殖行业的开发和利用奠定基础。

1 寡糖的定义及分类

寡糖又叫低聚糖，是指2 ～10个单糖通过脱水缩合并由糖苷键连接形成的一类聚合物， 属于碳水化合物，其结构特征、理化性质和功能都与单糖和多糖有着明显区别。 寡糖根据其生物学功能可分为普通寡糖和功能性寡糖（康峰等，2011）。普通寡糖是指能够被消化吸收产生能量的寡糖。 功能性寡糖过去被认为是抗营养成分， 但随着科学技术的进步， 学者进一步研究发现功能性寡糖有着特殊的生理功能（覃春福等，2012）。功能性寡糖能够调节动物消化道微生态平衡， 促进有益菌的增殖和肠道的发育；提高生长性能；增强机体的免疫能力和对矿物质的吸收能力（郑心力等，2013）。目前用作饲料添加剂的寡糖主要有：甘露寡糖、果寡糖、木寡糖、壳寡糖、半乳寡糖、低聚异麦芽糖和大豆寡糖等。

2 寡糖的结构及其在水产养殖中的应用

2.1 甘露寡糖 甘露寡糖又称之为甘露低聚糖、甘露寡聚糖，是一类重要的功能性寡糖，甘露寡糖的单糖分子之间是通过 α-1，2、α-1，3、α-1，6、β-1，3 或 β-1，4 糖苷键连接的， 是小分子的不能降解的碳水化合物（王冰柯等，2021）。甘露寡糖不仅具有安全、稳定、无毒等优良的理化性质，还能够改善肠道微生物的分布、 促进生长、 增强免疫力（李泽宇等，2020）。Gainza 等（2020）通过在饲料中添加0.5%甘露寡糖饲喂凡纳滨对虾60 d，结果表明，饲料中添加甘露寡糖可提高对虾的成活率，通过第二代测序方法发现其肠道菌群的优势菌也发生了改变，添加甘露寡糖组以放线菌门为主，对照组以变形菌门为主， 并且发现甘露寡糖能够阻断一些病原菌与宿主组织之间的黏附， 从而降低发病率。Yang 等（2020）在饲料中添加甘露寡糖饲养鲈鱼56 d，结果表明，黑鲈幼鱼饲料补充2.0 g/kg和4.0 g/kg 甘露寡糖可显著增加幼鱼肠道绒毛高度、宽度和褶皱厚度。 在促进水产动物生长方面，Lu 等（2020）在草鱼饲料中添加不同浓度的甘露寡糖，饲养60 d，发现草鱼的最终体重、特定生长率、 饲料的转化率等指标均呈现先上升后下降的趋势， 且均在添加量为400 mg/kg 时达到最佳。Asmaa 等（2020）研究证明，在 Biofloc 循环水系统中养殖罗非鱼， 将甘露寡糖作为碳源可以有效的提高罗非鱼饲料转化率， 蛋白质效率比和比生长率。在免疫功能研究方面，杨敏等（2016）在饲料中添加甘露寡糖饲喂欧洲鳗鲡42 d，欧洲鳗鲡的血清超氧化物歧化酶（SOD）、溶菌酶（LZM）、碱性磷酸酶（AKP）的活性随着甘露寡糖的增加先上升后下降，0.30%和0.40%添加组的免疫指标显著提升。 杜宗君等（2019）发现饲料中添加200 mg/kg和400 mg/kg 的甘露寡糖经过70 d 的饲养试验可显著提高泥鳅肝胰脏和血浆的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶（CAT）和溶菌酶活性。这些研究表明甘露寡糖在水产动物的生长、肠道调节、免疫功能等方面起着重要的作用。

虽然大部分的研究都表明甘露寡糖对非洲鲶鱼（Oshida 等 1995）、鲤鱼（李洋，2011；马志红等，2010；李云兰，2004；张红梅等，2004）、大西洋鲑（Helland 等，2008）、罗非鱼（马相杰等，2010；刘爱君等，2009）、金头鲷（Dimitroglou 等，2010）、黄颡鱼 （于艳梅等，2010）、 斑点叉尾鮰 （黄辩非等，2010）、舌齿鲈（Silvia 等，2011）和草鱼（陈希等，2011）等的生产性能和抗病力有一定的提升作用，但是甘露寡糖对却部分鱼类的生长性能、 免疫功能等没有显著促进作用。李富东等（2010）报道，牙鲆鱼饲料中添加甘露寡糖对鱼的生长性能、 免疫功能并没有显著的促进作用。 徐磊等（2012）研究证实， 甘露寡糖对异育银鲫的生长性能没有明显的促进作用，但是可以提高其免疫能力。

2.2 壳寡糖 壳寡糖又称低聚壳聚糖、 壳聚寡糖，由N-乙酞-D-葡萄糖胺以β-1，4 糖苷键结合而成的低分子量的壳寡糖， 是自然界唯一一种带正电荷的阳离子碱性寡糖（杨靖亚等，2020）。壳寡糖通常是由壳聚糖经过物理降解法、化学降解法、酶解法以及复合降解法得到（张金豫，2018）。通过降解后得到的壳寡糖在理化性质和生物功能方面都比壳聚糖要更好，是一种良好的抗生素替代品，因此受到饲料行业的广泛关注（张义等，2020）。肠道是水产动物的重要消化器官， 改善肠道微生物对水产动物来说至关重要（李改娟等，2020）。张诗雨等（2020）发现，饲料中添加 200、400、800 mg/kg壳寡糖饲喂克氏原螯虾14 d 可调节螯虾肠道内的变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和软壁菌门组成比例，调节肠道菌群结构、改善肠道健康（张立强等，2020）。 在增强免疫力方面，Zhang 等（2020）在饲料中添加壳寡糖饲喂龙胆石斑鱼35 d，结果表明，饲料中添加8 ～10 mg/kg 可提高溶酶酶、超氧化物歧化酶、 过氧化氢酶和鱼类血清总蛋白的活性， 并可显著增强龙胆石斑鱼对哈维氏弧菌抵抗能力。 陈伟军等（2019）在凡纳滨对虾饲料中添加不同浓度壳寡糖经过80 d 的养殖试验后发现，添加 0.6‰ ～2‰壳寡糖可降低血液中丙二醛（MDA）的含量，并增强总抗氧化能力（T-AOC）、总超氧化物歧化酶（T-SOD） 活力。 张严伟等（2014）研究表明，在福瑞鲤饲料中添加不同浓度的壳寡糖饲喂42 d 后，50 mg/kg 的壳寡糖添加量组非特异性免疫和抗氧化的能力明显增强。 在壳寡糖对水产动物生长发育的研究中， 李明波等（2020）在饲料中加入不同含量的的壳寡糖饲喂杂交黄颡鱼“黄优1 号”56 d，结果发现添加120 mg/kg壳寡糖能显著增加黄颡鱼的体重和特定生长率，提升蛋白质利用率， 降低饲料系数。 壳寡糖作为饲料添加剂促进动物的生长性能在河豚 （Su 等，2017）、大菱鲆（Cui 等，2017）、泥鳅（Zhang 等 ，2019）中也有所报道。

2.3 果寡糖 果寡糖又称为寡果糖、 低聚果糖，是蔗糖分子通过β-1，2 糖苷键结合数个D-果糖形成的小分子低聚糖的总称（饶时庭等，2020）。果寡糖在自然界中广泛存在，如香蕉、大蒜、洋葱、马铃薯、大麦、小麦等（陈辉，2018）。果寡糖对水产动物的生物功能主要表现在促进生长， 改善肠道微生物的菌群分布， 增强免疫力等 （彭锦芬等，2020）。 在促生长作用的研究方面，赵峰等（2018）报道， 在饲料中添加不同浓度的果寡糖饲喂罗非鱼56 d， 其中以0.4% ～0.5%的添加量对罗非鱼的最终体重、相对增重率、特定生长率和肥满度提升最佳，且饲料系数较对照组也有所降低。在鲤鱼（周小秋等，2002）、凡纳滨对虾（Hu 等，2019）、罗氏沼虾 （Chen 等，2017）、 大菱鲆 （Guerreiro 等，2015） 饲料中添加果寡糖后其生长指标也有类似的结果。果寡糖可通过增加有益菌的数量，与有害菌相互竞争肠道的结合位点， 来维持肠道菌群平衡和肠道健康（杨洪森等，2012）。赵峰等（2019）在饲料中添加0.4%果寡糖饲喂罗非鱼56 d，结果表明， 果寡糖能够减少肠道中沙门氏菌和大肠杆菌的数量，增加双歧杆菌和乳酸杆菌的数量，达到维持肠道健康的状态。在增强免疫力的研究方面，张意敏等（2014）研究了果寡糖对罗非鱼非特异性免疫及抗病能力的影响， 经过90 d 的养殖试验发现， 添加1 ～3 g/kg 果寡糖可以明显增强罗非鱼的非特异性免疫以及对无乳链球菌的抵抗力。 果寡糖可以作为免疫刺激的辅助因子来帮助机体产生免疫应答反应， 以达到增强机体的免疫应答能力（余苗等，2012）。 高密度，集约化养殖模式下的水环境容易受到残饵粪便的影响， 并且硬骨鱼类对氨氮毒性非常敏感（Handy 等，1993），处于氨氮浓度高的环境下会导致免疫力下降， 对病原菌的抵抗力下降，死亡率上升。张春暖等（2016）通过模拟高氨氮环境，进行了56 d 的果寡糖对团头鲂的非特异性免疫指标的影响， 结果表明饲料中加入0.4%果寡糖可以提高团头鲂对氨氮的抗应激能力， 并且也能提高处于氨氮应激情况下的团头鲂免疫能力。同样在高温条件下，果寡糖也能提高团头鲂的血液免疫和抗氧化能力， 并能增强团头鲂对高温的抗应激能力（张春暖等，2017）。 Zhang 等（2021）经过56 d 的饲养试验发现0.4%果寡糖可以降低三本基锡诱导的金鱼氧化应激反应对机体免疫能力的抑制。 果寡糖还能提高三角鲷的先天免疫、 抗氧化能力， 以及对疾病的抵抗力（Zhang等，2013）。 斜带石斑鱼在人工集约化养殖模式中容易暴发疾病， 在饲料中加入不同浓度的果寡糖饲喂斜带石斑鱼饲养56 d 后，发现添加0.05%果寡糖能使斜带石斑鱼血清超氧化物歧化酶、 溶菌酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶的活性较对照组均有所提升（胡凌豪等，2019）。

2.4 木寡糖 木寡糖又称为低聚木糖， 是由2 ～7 木糖分子通过β-1，4 结合成的功能性寡糖 （赵若春等，2018）。 木寡糖广泛存在于玉米芯、 甘蔗渣、棉籽壳、麦麸、麦秆、稻草、稻壳、树皮等（缪金露等，2021）。研究表明木寡糖具有提高生长性能，改善肠道菌群， 提高免疫力的功能 （杨绍青等，2019）。 在提高生长性能方面，Poolsawat 等（2021）在罗非鱼饲料中加入了不同浓度的木寡糖， 饲养56 d 后发现饲料中添加2 g/kg 木寡糖能够增加罗非鱼的最终体重和特定生长率， 并降低饲料系数。 Abasubong 等（2018）研究报道，团头鲂饲料中添加1.5%的木寡糖，经过56 d 饲喂，可以提高豆粕替代鱼粉饲料组团头鲂的最终重量、 特定生长率、饲料转化率和蛋白质效率，这也将对鱼粉替代的研究提供新的方向。在进行一个为期60 d 的凡纳滨对虾的养殖试验，发现饲料中添加4 ～6 g/kg木寡糖能够提高饲料利用率、成活率、肠道绒毛的长度和面积（Sun 等，2019）。 为降低饲料成本，提高蛋白质利用，减少饲料蛋白质含量，生产出高脂饲料来应对高的蛋白需要，但过高脂肪的摄入，容易导致水产动物的死亡和脂质的异常累计， 并降低生长性能（Sylvie 等，2010）。 Abasubong 等（2018）在高脂饲料中添加不同浓度的木寡糖饲喂鲤鱼56 d， 结果发现饲料中加入10 ～20 g/kg 木寡糖可以提高鲤鱼的生长性能并促进机体的脂质代谢。在调节肠道微生物菌群研究方面，Guan 等（2011）在中华鳖幼鳖饲料中添加不同浓度的木寡糖， 经过30 d 的喂养试验， 发现添加 100 ～ 200 mg/kg 木寡糖能降低肠道中总耗氧细菌和大肠杆菌的数量，增加双歧杆菌数量。 Seyed 等（2014）在里海白鱼幼鱼的饲料中添加了不同浓度的木寡糖喂养56 d，发现饲喂添加3%木寡糖饲料的里海白鱼幼鱼的肠道内异养需氧菌总活菌数较对照组均有所提升。 除此之外，乳酸菌在对照组和1%木寡糖添加组中均没有分离得到，只在木寡糖添加量为2%和3%组中提取到， 证明了木寡糖能将肠道菌群向着有益方向调控。 在提高水产动物免疫力方面，Zhang 等（2020）在草鱼饲料中添加不同浓度的木寡糖喂养56 d，发现添加0.1%木寡糖组与对照组相比溶菌酶活性显著提高， 并且对嗜水气单胞菌的抵抗能力也优于对照组。 Inês 等（2016）在白鲷饲料中添加不同浓度的木寡糖，经过84 d 的饲喂发现， 饲料中添加1%木寡糖饲喂白鲷可显著增加溶菌酶活性和鱼总补体（ACH50）含量，增强白鲷对致病细菌的抵抗能力。除此之外，还发现白鲷血清中总免疫球蛋白（Ig）的含量增高，间接证明了木寡糖可能会刺激B 细胞分泌免疫球蛋白 M（IgM）。 Hien 等（2018）在罗非鱼饲料中添加同浓度的木寡糖饲喂56 d， 发现添加10 g/kg 木寡糖能通过提高罗非鱼溶菌酶和过氧化物酶的活性， 来提高非特异免疫能力以及对无乳链球菌的抵抗能力。

2.5 其他功能性寡糖 低聚异麦芽糖又被叫做异麦芽寡糖或分支低聚糖， 异麦芽寡糖分子结构中的葡萄糖至少有一个是由α-1，6 糖苷键连接构成的， 通常是2 ～10个单糖构成的一种低聚糖，异麦芽寡糖是一些糖的混合物，主要包括异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖，少部分是异麦芽四糖、曲二糖和黑曲糖等（赵晋等，2007）。异麦芽寡糖在自然界很少以游离的状态存在，广泛存在于大麦、马铃薯、小麦等作物中（毕金峰等，2002）。 刘凯等（2012）在中华鳖饲料中添加0.3%低聚异麦芽糖，饲养45 d 后发现， 肝脏中溶菌酶mRNA 的基因片段的表达量显著高于对照组。 说明低聚异麦芽糖能够促进中华鳖溶菌酶基因片段在肝脏中的表达。何四旺等（2003）在罗非鱼饲料加入了0.2%低聚异麦芽糖，饲喂58 d 后检测发现，溶菌酶活性显著高于对照组。 毛剑婷等（2014）角鲂饲料中加入6‰和9‰低聚异麦芽糖，饲养45 d 后，低聚异麦芽糖对三角鲂的生长起到促进作用， 增加了中肠和后肠的双歧杆菌数量， 使整个肠道中乳酸杆菌的数量增加，改善肠道菌群的组成。

半乳寡糖又称之为低聚半乳糖， 是由2 ～10个单糖通过 β-1，6 和 β-1，4 糖苷键连接在半乳糖的一侧低聚糖， 半乳寡糖是一种存在于动物乳汁中的非人工合成的功能性低聚糖 （李科南等，2019），Seyed 等（2013）在里海拟鲤饲料中添加半乳寡糖，经过60 d 的饲养发现，添加2%半乳寡糖时效果最佳，能够提高其生长性能、存活率、抗盐胁迫能力， 并且能够调节其肠道菌群向着有益菌的方向发展。 在里海白鱼的鱼苗饲料中加入了1%的半乳寡糖，经过56 d 的饲喂发现，鱼苗的皮肤黏液和血液的免疫参数较对照均有明显的提高（Seyed 等，2016）。 Hamed 等（2016）在探究半乳寡糖对金鱼影响的试验时， 经过42 d 的饲喂发现，饲料中添加1%或2%的半乳寡糖对加强皮肤黏液和全身免疫反应的效果最佳。

大豆寡糖是大豆等豆科类作物种子中含有的可溶性糖类的总称，属于α-半乳糖苷类，主要成分包括水苏糖、棉籽糖和蔗糖（修建成，2012）。 Hu等（2015）通过84 d 的养殖试验，确定在大菱鲆饲料中加入1.25%水苏糖可以改善大菱鲆的生长性能、消化酶活性和远端肠道形态。 Deng 等（2007）分别在以鱼粉和豆粕为蛋白源的饲料中加入了10%的大豆寡糖，经过56 d 饲养发现，大豆寡糖会降低饲喂大豆分离蛋白饲料鱼的肝脏总胆固醇、甘油三酯和总脂质含量以及肝细胞空泡，这表明大豆寡糖可以减轻饲喂大豆分离蛋白饲料鱼的脂肪肝发病率，从而保护肝功能。 Yang 等（2018）经过84 d 喂养试验，确定了大菱鲆幼鱼饲料中加入1.25%和5%的水苏糖能够有效的调节大菱鲆幼鱼肠道微生物的分布和增强肠黏膜的屏障功能。

3 问题和展望

虽然功能性寡糖是当下水产饲料行业的热门研究对象， 但大规模应用于水产饲料行业的功能性寡糖却很少，基本都处在试验探索阶段，目前存在的问题主要有：（1）功能性寡糖在诸多水产饲料中最适添加量尚未确定， 应加大对功能寡糖作为饲料添加剂的研究力度，理论与生产实践相结合，促进饲料行业的进一步发展；（2）功能性寡糖对不同的水产养殖品种应用效果不尽相同， 物种和寡糖的种类增加了寡糖研究的难度， 而目前关于这一方面的研究较少。 今后需根据不同物种及不同种类的寡糖进一步细致优化研究；（3）水产养殖品种处于不同的生理阶段可能对功能性寡糖的适应和利用存在差异， 功能性寡糖的作用效果参差不齐。 针对不同品种的生长周期来研究确定不同水产品种的最适寡糖添加量也是今后研究的重点；（4） 如今功能性寡糖在水产饲料中的研究均是专注于寡糖作用于水产动物的作用效果， 而对功能性寡糖的分子机理及作用机制尚不清晰， 为更进一步的探讨研究寡糖对水产动物的影响， 需对此做更深入的研究。