微生态效应添加剂甘露寡糖应用研究
潘淑媛陈必芳张日俊白永义赵基金
1饲料用甘露寡糖的来源及代谢特点
甘露寡糖(Mannose-oligosaccharides,MOS)，指由甘露糖和葡萄糖组成的寡糖，通过α(1-6)、α(1-2)或α(1-3)糖苷键连接。和其他寡糖一样，其理化性质很大程度上取决于它的化学组成，一般在生理pH值和通常饲料加工条件下较为稳定，易溶于水和其他极性溶剂，当溶液中加入有机溶剂时会使其沉淀或结晶，它的甜度低于蔗糖。
饲料MOS主要来源于酵母细胞壁提取物(Mul和Perry,1994)。酵母细胞壁甘露寡糖及可溶性多糖的提纯方法见《复合多糖的生化技术》。目前可提出60种不同的甘露蛋白复合物，而作为饲料添加剂用的MOS 多为二糖、三糖、四糖等结构的混合物。
MOS饲料添加剂的代谢特点是：不为单胃动物消化道酶分解。以唾液淀粉酶、胰淀粉酶以及小肠粘膜上的麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等二糖酶为基础，分解饲料中的淀粉、糖原、蔗糖、乳糖为葡萄糖、果糖、半乳糖等单糖形式供机体利用，这几乎就是单胃哺乳动物消化道酶分解多糖的全部能力。MOS及其他功能性寡糖与很多饲料纤维类似，都含有大量不能为消化道酶打断的化学键，在小肠几乎不被消化利用而进入消化道后段被浓缩，并为动物消化道菌群(主要为消化道后段菌群)选择性发酵利用，以有机酸、CH4、CO2、H2的形式放出或参与代谢，提供能量。
2饲料用甘露寡糖的生物学功能
2.1通过优化肠道微生态系，对宿主起到有益的保健功能
2.1.1MOS优化肠道微生态系的作用机制饲料中添加MOS，可以改善肠道微生物组成，形成以双歧杆菌和乳酸杆菌为优势菌的肠道菌丛。据报道(Alltech,1994)，MOS或其他寡糖可以作为一种生长代谢的营养物质，被双歧杆菌和乳酸杆菌选择性发酵利用，并促进其生长繁殖。而大肠杆菌、沙门氏杆菌、产气芽孢梭菌等致病性菌，却因无法利用导致饥饿死亡。一些较新的研究还认为，寡糖不仅只充当一种碳源或营养物质，更重要的作用是参与双歧杆菌的生长调节及粘附等作用，这些尚有待于进一步研究。
2.1.2对宿主的有益保健功能对宿主的有益保健功能，是通过形成以双歧杆菌和乳酸杆菌为优势菌的肠道菌群而实现的。人们普遍认为，双歧杆菌具有提高机体抗体水平，促进巨嗜细胞的吞噬能力和消化能力，提高机体抗感染力和预防、杀伤肿瘤细胞的作用；通过降低肠道pH值或通过双歧杆菌对不利菌在空间、营养上的屏蔽竞争作用，来抑制有害菌如腐败菌、致病型大肠杆菌、志贺氏痢疾杆菌等在肠道的定植和生长；促进各种矿物质如Ca、Fe、Mg、Zn的吸收利用，降低血清胆固醇和甘油三酯的水平；双歧杆菌还具有消除自由基、羟自由基、过氧脂质以及腐败细菌产生的吲哚、胺、酚类，降低肠道气味等的有益保健功能；能合成维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、烟酸和叶酸等多种维生素，并能控制内毒素血症(Wakiguchi,1985)；能预防贫血和佝偻病，可以降低亚硝酸盐等有害物质的形成(Hoover,1993)。乳酸杆菌在这方面也具有相似的功能，它们是维持肠道健康的重要优势菌群。
目前尚无报道证实，添加MOS具有促进矿物质的吸收利用、降低血清胆固醇和甘油三酯水平等的保健功能；而直接研究MOS对微生态调节的文献也很少，并存在分歧。如：Spring(1995)提出MOS甚至不能被肠道细菌降解。从目前对双歧杆菌糖苷酶研究情况来看，并无明显降解MOS的酶(苏文金等，1996)。但也有试验证实MOS可以促进双歧杆菌和乳酸杆菌的生长(Alltech，1994)。
2.2对病原微生物的识别、粘附和排除作用病原菌在粘膜上皮表面的特异性粘附，是通过病原菌表面特异性的凝集素，与宿主粘膜上皮细胞相应的糖受体相互作用完成的。除沙门氏杆菌尚存疑问外，多数病原菌的致病性与其特异性粘膜粘附有较大的相关性(White等，1978)。这主要由于在健康状态下，动物存在有局部抗病菌感染的免疫机制(粘液及尿液的冲刷、肠绒毛的蠕动、局部抗体、溶菌酶等)，如果不通过这种
特异性粘附，病菌就很难在粘膜上皮表面上定植而被排出体外。一般只有当胃肠道受到损伤或胃肠道环境条件发生改变时，病菌方可乘虚而入。
2.2.1多数肠道细菌可以通过甘露糖特异性凝集素在粘膜上皮细胞上定植目前研究表明膜上含有D-甘露糖、β-半乳糖、L-岩藻糖，N-乙酰氨基半乳糖或唾液酸等糖的复合物，它们都可以作为与病原菌凝集素结合的受体。而甘露糖特异性凝集素由于其分布广泛，倍受重视。多数肠道细菌如大肠杆菌(O6、O5、O2、O125)、沙门氏杆菌(鼠伤寒沙门氏杆菌、肠炎沙门氏杆菌、乙型副伤寒杆菌、伤寒杆菌)、克雷伯氏菌、福氏痢疾杆菌等均具有甘露糖特异性凝集素，主要分布于菌毛(Ⅰ型)上，少数分布于鞭毛或外被膜上。关于这一点，Zhou等(1995)、Oyofo(1989)、Ofek(1977)、Lindquist(1987)、Sharon(1990)等通过利用D-甘露糖及其衍生物抑制病菌黏附的体外试验，间接给予了验证。Eshdat、Karan、Klemm等则直接采用先进的生化技术给予了直接的验证。
2.2.2MOS竞争吸附肠道病原菌的作用机制饲料中小剂量的MOS可与肠粘膜上皮细胞中含甘露糖的受体，竞争病原微生物甘露糖特异性凝集素的结合位点。一般看法认为，MOS与病原菌凝集素结合，结合后MOS饱和了病原菌凝集素与肠粘膜上皮细胞相应受体结合的位点，阻碍了病原菌的粘膜黏附，又由于MOS 有非消化性，这种复合物就可顺利通过胃肠道被排出体外(Newmman，1994)。也有可能是MOS和病原菌结合后，病原菌无法利用其提供的营养而饥饿死亡。另外还有一种看法认为，饲料MOS是通过封闭肠粘膜上皮细胞上病原微生物的结合位点，来阻止其粘膜黏附的。有趣的是Ofek(1977)研究发现，当加入6或12 mg/mL的甲基α-D-甘露糖苷，可使已黏附在粘膜细胞上的大肠杆菌在2～5 min内有25 %解离。Duguid 和Old(1980)针对此现象研究认为，这可能是由于甘露糖可以结合到菌毛的亲水集团上，进一步增加菌毛亲水性，促使其细胞表面的脱落。
2.3免疫调节剂目前人们普遍认为MOS可以增强动物的非特异性免疫，这方面仍有待于进一步研究。
2.3.1助剂活性长时间以来，关于脂多糖LPS线性甘露聚糖侧链的强烈助剂活性，已得到广泛的认可。在此基础上，Sharon和Lis(1993)研究提出，MOS不仅能连接在细菌上，而且能连接在毒素、病毒、真核生物上，结合后MOS可以作为这些外源性抗原的助剂，缓解抗原的吸收，增强机体的细胞免疫和体液免疫。如美苏威动物保健品公司利用芦荟开发生产的“乙酰甘露聚糖”产品，作为马立克氏疫苗的佐剂，在畜牧生产实践中已得到了广泛的认可。
2.3.2促进肝脏分泌甘露结合蛋白Janeway(1993)研究认为，含甘露糖的寡糖可以通过刺激肝脏分泌甘露结合蛋白，甘露结合蛋白是钙依赖型凝集素，主要通过识别结合甘露糖，在动物免疫脆弱期，通过激活补体系统发挥调理和天然抗感染免疫的功能，甘露结合蛋白与酵母多糖结合无需Clq存在即可激活Clr2、Cls2。另据报道，酵母多糖可直接活化C3，通过旁路途径激活补体系统。
2.3.3MOS还可以通过与肠绒毛免疫细胞表面蛋白受体相互作用(Chesson,1993)或通过干预存在于淋巴结和粘膜固有层记忆细胞上的信号系统进行免疫调节(Lessard和Brisson，1987)。研究表明，饲料中添加MOS 可以增强吞噬细胞的吞噬能力(Alltech,1994;1995)。
3饲料MOS提高畜禽生产性能的研究动态
关于MOS提高畜禽生产性能的研究尚不够深入，文献亦不多。King(1993)研究表明，与对照组相比，断奶仔猪料中添加MOS，体重提高0.13 kg/头，料肉比下降0.09。Alltech(1994)报道，鸡料中添加0.2 %MOS，成活率平均提高0.4 %；Newman(1993)报道，在犊牛料中添加MOS，35 d时平均体重较对照组显著提高2.1 kg/头，并可减少呼吸道疾病；Rosell(1991)报道，断奶仔兔料中添加0.2 %MOS，断奶35 d时饲料报酬降低0.15，死亡率下降3.6 %，日增重提高3 g/只；Reid(1994)报道，在严重应激状况，断奶仔兔料中添加1 %或2 %的MOS，可以降低死亡率；Randy和Olsen(1994)研究表明，商品鸵鸟料中添加MOS(前3周0.91 kg/t,3～17周0.46 kg/t)，与对照(维吉尼亚霉素处理组)相比，饲料转化率提高0.05，成活率提高4.43 %，体增重提高0.191 kg/只；Sisak(1994)报道，鸡饲料中添加0.1 %MOS可减少盲肠、肝、脾沙门氏杆菌数。苏
格兰Stirling大学水产学院(1995)亦有研究表明，在非洲鲶鱼料中添加0.1 %MOS并同时接种水生气单孢菌，接种12、24 h后分别查血、脾中的细菌数，发现有明显减少。
4影响饲料MOS使用效果的因素
4.1添加量有研究表明过量添加MOS(每天超过20 g)，会引起后肠的过度发酵，肠道细菌特别是乳酸杆菌属细菌的非特异性生长，使动物发生轻微腹泻，影响动物对养分的吸收与利用，抑制动物的生长(Chesson，1994)。一般建议断奶仔猪的用量不超过0.4 %，此点仍有待于进一步探讨。
4.2寡糖的结构由于单糖的连接方式多种多样，寡糖的结构非常复杂，不同厂家，甚至不同批次间的寡糖由于结构不同，生物学活性有很大的差别(Nutrit和firon，1982)。
4.3饲喂条件、饲喂方法饲喂条件、饲喂方法不同，效果也不同。有报道，粗放条件下比优饲条件下添加效果明显(Nakamura，1988)；在有疫病历史的畜舍中饲喂时，添加MOS效果明显(Alltech,1995)；Baieey(1991)报道，肉鸡料中添加果寡糖同时限食、限水，与对照相比，菌阳性鸡百分比减少67 %，而正常条件下则变化不大。
4.4动物的健康状态及年龄寡糖多添加于单胃幼畜禽的断奶日粮中。
4.5采食日粮的类型饲料成分可以影响肠道的内环境。
4.6寡糖的联合使用效果
4.6.1寡糖间的相互影响许多饲料本身就含有或经消化后可形成各种寡糖，所以在饲料中添加寡糖所产生的效果，都是多种寡糖的复合效果。目前这个领域的分析研究才刚刚起步，尚无明显的证据证明寡糖间存在协同效应。
4.6.2寡糖与饲用微生物间的互作寡糖与饲用微生物同时使用，可以延长饲用微生物的保存时间，增强饲用微生物到达后肠的成活数，促进外源有益微生物在肠内的定植和生长。目前日本生产的新型微生态制剂，即为微胶囊包埋的双歧杆菌活菌加寡聚糖粉剂，很有市场。另据报道(Bailey，1991)，在鸡料中同时添加0.75 %寡果糖和饲用微生物，第7天沙门氏菌感染鸡的百分率比单独添加饲用微生物降低42 %，表明将两者联用更有效。
4.6.3寡糖与抗生素的互作人们发现，饲用抗生素在有效杀伤有害微生物，提高畜牧业经济效益的同时，也抑杀了动物机体内正常共生的有益微生物，破坏了肠内微生态的平衡，使动物易受到二重感染或内源性感染。张日俊等(1998)报道，抗生素滥用还会影响畜禽的免疫功能，使其细胞免疫和体液免疫的功能下降。而饲料寡糖是以促进肠道有益微生物的生长繁殖、改善肠道微生态失调、提高畜禽免疫力、促进生长为目的，将寡糖与抗生素联合使用，是否可以在一定程度上取得协调互补的作用，不少人对之进行了探讨。如King(1993)将MOS与抗生素联用对小公猪、小母猪的体增重、饲料报酬进行研究发现，联合使用效果均优于单一使用抗生素，但如何协调好这两者的关系，最大地发挥两者的功能，是我们今后研究的方向。
寡糖克服了以往所有的抗生素、益生素、酸化剂等的不足，用量少、纯天然、无残留且稳定性强。目前关于MOS的添加应进一步探讨的问题有：1)MOS作用机制的进一步研究；2)MOS与抗生素、益生素联合使用的效果；3)MOS生产、提纯工艺的改进和新剂型的开发与应用；4)不同动物MOS添加量的研究；
5)MOS的结构与功能的关系。
相信随着这些问题的解决，必将为MOS在饲料添加剂中的应用，开辟一个新的前景。
作者单位：潘淑媛陈必芳（中国农业科学院饲料研究所）
张日俊（中国农业大学动物科技学院动物营养系）
白永义赵基金（河北省承德县畜牧局）
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