摘 要: 甘露寡糖作為一種微生態效應添加劑已成為動物營養研究的新熱點.本文就甘露寡糖的來源、作用機制 、應用效果和影響因素進行了全面綜述，并對未來的研究領域進行探討和展望.
關鍵詞: 甘露寡糖 微生態效應添加劑 作用機制 應用效果 影響因素
Sdudy and Application of Microbal Ecological Additive Mannos-oligosaccharides in Animal Production
CHEN Wen-Bin GAO Shi-Zheng
(Animal nutrition and feed laboratory of Yunnan province
Kunming 650201)
Abstract: Mannos-oligosaccharides, as a kind of microbal ecological additive ,has become the focus the discussion in animal nutrition.This paper reviews the source of MOS ,physical and chemical characteristics ,functional mechanism ,applying effects and effected facts. Meanwhile the directions of MOS were presented.
Keywords : Mannos-oligosaccharides , Microbal ecological additive Functional mechanism, Applying effects, Effected facts.
自從20世紀40年代發現四環素對畜禽的促生長作用以來,抗生素作為畜禽促生長劑和抑菌藥物在養殖業中已得以廣泛應用,并在提高畜禽生產力方面卓有成效.但近幾年的研究陸續發現,長期使用抗生素易產生耐藥菌株以及在畜產品中殘留,并通過食物鏈影響人類健康和破壞生態環境.因此許多國家相繼頒布法令,禁止或限制一些抗生素在飼料中的應用,繼而尋求一種低(或無)公害、低(無)殘留的綠色飼料添加劑.大量的研究表明,作為一種新型的微生態效應添加劑—甘露寡糖,它具有吸附腸道病原菌和發揮免疫調節作用的雙重功能,從而達到提高動物的生產性能,由此其已被為是最有希望的抗生素替代品之一.
1 甘露寡糖的來源
甘露寡糖(Mannos—oligosacccharides,MOS),是從富含甘露寡糖的酵母細胞壁中通過酶解法內提取出來的磷酸化的葡甘露聚糖蛋白復合體,是甘露低聚糖的俗稱.它廣泛存在于魔芋粉、瓜兒豆膠、田莆膠及多種微生物細胞壁內(葡甘露寡糖),目前商品用甘露寡糖主要通過酶解法進行生產.大量的研究表明,不同來源的甘露寡糖在結構上有所差異,如研究較多的魔芋甘露寡糖是由分子比為1:1.5的葡萄糖和甘露糖殘基通過β-1-4糖苷鍵聚合而成,其側鏈則是通過β-1,3糖苷鍵連接而成.而來源于酵母細胞壁的葡甘露寡糖的主鏈則主要以高度分枝的吡喃糖殘基鏈進行排列,其主鏈的連接方式是α-1,6糖化酶苷鍵盤連接,側鏈則通過α-1,2及α-1,3鍵連接[1].
2 甘露寡糖的作用機制
2．1 優化動物微生態環境，降低胃腸道疾病
研究表明，甘露寡糖能調控動物胃腸道微生態環境，促進有益菌的生長和繁殖，抑制有害菌對腸壁的粘附和定植，維持正常的消化道環境.據Peter等（1998）研究結果，甘露寡糖能促進雙岐桿菌、干酷乳桿菌、嗜酸乳桿菌、德爾布呂克乳桿菌等有益菌的生長，而對于沙門氏菌、鼠傷寒沙門氏菌、肉毒梭狀芽孢桿菌、生腐梭狀芽孢桿菌等病原菌卻能起到很好的抑制作用[2].首先，甘露寡糖能選擇性地促進動物腸道有益菌如雙岐桿菌等大量增殖，使其在胃腸道中形成微生態競爭優勢,直接抑制了外源菌和腸內固有腐敗菌群在屏障、營養和免疫上的正常功能. 甘露寡糖能促進有益菌的生長與繁殖,保障對宿主的有益保健.這種功能是通過形成以雙歧桿菌和乳酸桿菌為優勢菌的腸道菌群而實現的[3].雙岐桿菌和乳酸桿菌正是通過多方面的功能，共同維持腸道健康的重要優勢菌群，從而形成微生態競爭優勢，促進動物有益菌的增殖。其次，甘露寡糖能抑制有害菌的粘附與定植。過去可觀的證據表明,當甘露寡糖存在時,擁有甘露糖型尖幾丁質的大腸桿菌便不再吸附于動物細胞之上.這樣，甘露寡糖在一定程度能抑制有害菌的粘附與定植，從而降低胃腸道疾病。 [4].
2．2 調節免疫防御機制,增強動物免疫力
甘露寡糖具有一定的免疫原性, 能夠刺激機體免疫應答，而且它能與一定的毒素、病毒和真菌細胞的表面結合而作為這些外源抗原的佐劑，減緩抗原的吸收，增加抗原的效價，從而增強動物體的細胞和體液免疫反應.葉成遠(1999)指出，酵母細胞壁具有很強的抗原激活特性、而此特性也正是甘露寡糖在動物體內生理功能的體現之一[5].此外，由于源自微生物的特殊多糖在加入疫菌時還具有佐劑作用.因而添加適量的甘露寡糖還可顯著提高抗體反應能力，從而加強疫苗的保護功能.甘露寡聚糖除具有輔劑和抗原特性之外，其還有能刺激肝臟分泌甘露糖結合蛋白，從而影響免疫系統的作用. K.E.Newman研究表明,補充甘露寡糖的豬只IL-2和IFN-Γ的水平都得到提高,上述兩種物質是在免疫反應的初期釋放的兩種白細胞介素.這一結果表明,日糧中添加MOS 加快了免疫系統對病原體的反應速度[6].Kim等(2000)報道，甘露寡糖和p—葡聚糖均能加快仔豬已經抑制了的免疫系統的恢復，并能有效的減少死亡率和降低腹瀉率[7].
2．3 發揮多樣生物活性,吸附霉菌毒素
近年來,關于甘露寡糖吸附霉菌毒素的研究相對較少,對甘露寡糖在這方面的機理仍處在探索階段。過去的研究表明,酵母細胞壁物質對酸解過程比較穩定,其碎片能完好無損地通過胃或皺胃.這種抵抗酸消化的能力造就了它在不同種類動物的廣泛生物活性,這種特性就是復合碳水化合物的多樣生物活性. Devegowda等〔1994〕報道，通過對體外液體培養基的研究表明，添加酵母培養物可以便高達88％的黃曲霉B1被降解或結合.Trenholm(1998)研究發現，甘露寡聚糖可結合玉米赤霉烯酮，它可通過物理吸附或直接結合霉茵毒素，且不影響其它飼料成分[8].
3 甘露寡糖的應用效果
3．1 甘露寡糖在豬飼料中的應用
3．1．1 仔豬
由于仔豬受到補料以及斷奶引起的營養應激、環境應激等影響,腸道菌群平衡易于受到破壞,所以對其研究較多。實驗結果表明,甘露寡糖在仔豬體內具有吸附腸道病原菌和發揮免疫調節的雙重功效.Canada(1993)報道，添加1.8g/kgMOS于仔豬料飼料中，效果明顯，日增重達13.54％.美國阿肯色大學Maxcell等所做試驗表明,給初生到38日的仔豬添加奧奇素(BIO-MOS) 后其飼料轉化率與添加促生長水平硫酸銅的仔豬相當[9]. Dvorak(1998)試驗證實，甘露寡糖能提高仔豬日增重和飼料轉化率，其原因可能是其提高了仔豬的免疫力，抑制了病原菌在胃腸道的增殖[10].據周紅麗等（2002）試驗結果也表明，[11]添加甘露寡糖能顯著降低仔豬各腸段的大腸桿菌的濃度，并且隨著添加量的加大效果越好，同時腹瀉率的降低也有這種趨勢，表明了大腸桿菌與仔豬腹瀉存在一定的相關性，至于甘露寡糖對有益微生物的增殖作用還有待進一步研究.
3．1．2 肉豬、母豬、公豬
大量研究表明 ,甘露寡糖對肉豬、母豬和公豬的作用及其效果并不明顯.Lynos(1995)報道,甘露寡糖可提高肉豬后期增重5%,但對飼料利用率沒有影響. 1988年國外學者作了甘露寡糖等寡聚糖在對母豬發情的影響試驗，發現可縮短9d的發情周期.另外，在飼料中長期使用可使母豬產仔數平均增加0．7頭；公豬精子數增加20％－25％；分娩前后，可減少母豬便秘(金豐秋．1999). SPing(2000)報道,甘露寡糖能加強豬對沙門氏菌、溶血性大腸桿菌和彎桿菌等感染的免疫應答[12].
3．2甘露寡糖在雞飼料中的應用
3．2．1肉雞
甘露寡糖可以提高肉雞的日增重及飼料轉化率,從而 提高其經濟效益.據Alltech(1994)報道,雞料中添加0.2%甘露寡糖,成活率平均提高0.4%.Savage等1996報道,飼喂甘露寡糖的肉雞膽汁中IgA水平提高14.2%[13].王權(2002)通過解剖試驗雞表明,飼料中按25g/kg添加甘露寡糖對腔上囊、胸腺、盲腸扁桃體均有明顯的刺激作用,與對照組相比腔上囊重量增加37.6%,胸腺重量增加11.5%,,而T細胞百分率變化與甘露寡糖用量呈依賴性關系.證明,甘露寡糖能有效地促進T細胞特異性繁殖,提高T細胞的百分率[14].
3．2．2 蛋雞
甘露寡糖對含蛋組分也有一定的影響, 據Stanley(1996)報道，與對照組(飼喂不添加甘露寡糖的飼糧)相比,實驗組(添加甘露寡糖)的產蛋雞的雞蛋中膽固酵量降低了20.1％[15].
3．2．3 火雞
近年來的研究表明,甘露寡糖對火雞的生長性能及其免疫系統影響十分明顯.據Randy等(1995)在火雞有日糧中添加甘露寡糖,成活率較對照組(未加甘露寡糖)提高5.27%,平均體重增加1.21%.同年Olsen也有類似的報道[16].Savvage等(1996)通過試驗得出結論,甘露寡糖能提高火雞粘膜IgA水平,并能顯著擴高火雞血液中IgG量. 兩者的提高意味著甘露寡糖同時具有提高與腸粘膜及體液免疫有關的免疫應答反應 [17]。
3．3 甘露寡糖在牛飼料中的應用
在牛飼料中添加甘露寡糖的效果主要表現在吸附霉菌毒素的病原菌,提高犢牛的增重.Newsman等(1993)發現, 對于喂代乳粉的反當前荷斯坦公犢牛，添加MOS可顯著提高35日齡體重，生長改善的原因是4-5周齡時細菌性肺炎發病率下降(比對照組降低70％-80％) [18].Newsman(1995)又報道,甘露寡糖可以加強免疫力,減小小牛的呼吸道疾病,從而能顯著提高犢牛的日增重[19].Dilday等(1997)也有相關報道,證明甘露寡糖能顯著提高犢牛的日增重,降低發病率[20].
3．4 甘露寡糖在水產動物飼料中的應用
實踐證明，甘露寡糖作為水產動物飼料添加劑能夠促進魚類生長,減少死亡率,降低糞便中氮的排放量,防止污染.Yoshida等(1995)報道,甘露寡糖能顯著提高鲇魚的細胞活性和飼料利用效率.蘇格蘭某水產學院同一年亦有研究報道,在非洲鯰魚料中添加0.1%甘露寡糖并同時接種水生氣單孢菌,接種12、24小時后分別查血、脾中的細胞數,發現有明顯減少.江波(1997)利用100條魚進行試驗,結果試驗組(加MOS組)增重22.26%,飼料效率提高7.56%.另有研究表明,蹲魚苗在體重1克到7克期間受冷水病原茵侵襲后死亡率高達25％，餌料中加入O.7％MOS后可使該階段的死亡率下降到1％,甘露寡糖可起到增強魚體免疫力的效果.
3．5 甘露寡糖在其它動物飼料中的應用
Rosell(1991)報道.斷奶仔兔料中添加0.2%甘露寡糖,斷奶35天飼料報酬降低15%,死亡率下降3.6%,日增重3克/只;Reid(1994)報道,在嚴重應激狀況,斷奶仔兔中添加1%-2%的甘露寡糖,可以降低死亡率;Randy和Olsen(1994)研究表明,商品鴕鳥料中添加甘露寡糖(前3周0.91g/kg,3-17周0.46g/kg),與對照組(維吉尼亞霉素對照組)相比,飼料轉化率提高5%,成活率提高4.43%,體增重提高0.191千克/只[3].
4 影響飼料甘露寡糖使用效果因素
4．1 動物種類、年齡、和生理狀態
動物種類、年齡、和生理狀態是影響甘露寡糖使用效果的直接因素,然而有關報道較少.邵良平等(2000)報道，甘露寡糖能極顯著提高哺乳仔豬白細胞分化抗體CD3的水平(P<0.01)[21],而對肉豬或者是禽類都效果不明顯或沒有效果.
4．2 甘露寡糖種類、純度、聚合度和生理活性
由于單糖連接方式多種多樣,寡糖結構非常復雜,不同種類甘露寡糖具有不同的純度與聚合度,甚至同種類不同廠家、不同批次間的甘露寡糖,結構也不同,生物學活性和作用效率當然也存在不同程度的差異.
4．3 甘露寡糖添加量與添加方式
甘露寡糖對腸道細菌所起的增殖、排阻、免疫功能必須有一定的濃度.如果添加量不足，則起不到明顯的增殖效果；如果添加量過度，則不但大大增加飼料和飼養成本，起不到增加有益菌繁殖的效果，還可能造成動物腹瀉.一般建議斷奶仔豬用量不超過0.4%,Brendemuhl和Harvey的研究表明,0.2%比0.1%效果發好,但沒有顯著差異[22].然而，也有不一致的報道。因此關于甘露寡糖的添加量問題仍有待于進一步探討.
在長期的研究中表明,甘露寡糖采用遞減方式飼喂動物效果較好,即前期添加量較高,以后一步步降低.Cole[23]和Stockland[24] (1999)報道,遞減方式添加BIO-MOS(0.4%、0.2%、0.1%)方式,其效果好于全期都添加0.2%水平效果.周紅麗等試驗表明，以遞減方式添加BIO-MOS，其日增重比對照組提高12%，比0.2%BIO-MOS組提高9%，這與前人的研究是一致的.值得注意的是過量添加MOS會引起后腸段的過度發揮，使動物發生輕微腹瀉，影響動物對養分的吸收與利用，抑制動物的生長[11].
4．4 日糧組成
有關飼料中天然存在的甘露寡糖對動物生產性能影響的報道很少.事實上，日糧的組成在一定程度上可以影響動物對養分的吸收與利用.日糧中甘露寡糖添加的不合理，不但起不到促生長作用，甚至可能危害動物的健康.另有研究表明，采食日糧的類型和動物飼料的成分也可以影響腸道的內環境，從而最終影響甘露寡糖的使用效果.
4．5 飼養環境
在良好的飼養條件下，日糧中添加甘露寡糖等寡聚糖可能起不到顯著的效果.跟其它類的添加劑如有機酸、抗生素、益生素等一樣，甘露寡糖對生產性能的影響也隨飼養條件的變化很大.石寶明等（2000）有相關的報道，只有當生產性能的影響受腸道因素影響較大時[25]，他們才能表現出顯著的促生長作用.
4．6 甘露寡糖與抗生素、益生素的協同作用
人們發現，飼用抗生素在有效殺傷微生物，提高畜牧業經濟效益的同時，也抑殺了動物機體內正常共生的有益微生物，破壞了腸內微生態的平衡，使動物易受到二重感染或內源性感染.根據甘露寡糖的作用機理,如若將甘露寡糖與抗生素、益生素聯合使用,是否可以取得較好的協同作用.不少人對這一想法進行了探討,如King(1993)將甘露寡糖與抗生素聯用對小公豬、小母豬的體增重、飼料報酬進行研究發現，聯合使用效果均優于單一使用抗生素.周中凱等（1999）也有相關報道.但如何協調好這兩者的關系，最大地發揮兩者的功能，還是我們今后研究的方向.
5 甘露寡糖的應用研究展望
在反對抗生素作為畜禽生長促進劑呼聲日益高漲的形勢下,抗生素替代品的研究日益迫切.許多國家目前已將甘露寡糖作為取代抗生素的一個主要方向.
作為一種微生態效應添加劑,國內飼料行業也給予了甘露寡糖高度的評價:它克服了以往所有抗生素、益生素、酶制劑等的不足,用量少,純天然,無殘流且穩定性強,并能提高動物機體的抗病能力,促進動物生長,動物營養上明有良好的應用前景.
然而,甘露寡糖畢竟是一種嶄新的材料,我們應該以辨證的觀點看待它的出現,而不是盲目地跟從.因此,要為甘露寡糖在飼料添加劑中的應用開辟一個更為廣闊的空間,今后,我們還應加強以下幾個方面的探討與研究:1)甘露寡糖作用機理的進一步研究及其有效成分的測定;2)加快甘露寡糖新劑型的開發與應用;3)研究降低生產甘露寡糖成本的新工藝、新方法.4)研究提高甘露寡糖利用率的措施，開發符合動物營養保健特點的甘露寡糖;5)研究不同種類的甘露寡糖在不同種類動物中的最佳添加量與添加方式，增殖機理與增殖效果.
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