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寡糖的特性及其在动物饲料中的应用研究

文章作者:李泽月发布时间:文章热度:

寡糖(Oligosaccharides),又名:低聚糖、非消化性寡糖、化学益生素,是由2~10个单糖通过糖苷键连接形成直链或支链的一类糖,介于单体单糖与高度聚合的多糖之间。根据单糖分子种类、分子间结合位置和结合类型的不同,寡糖种类可达数千种以上。功能性寡糖主要是不能被人和其它单胃动物自身分泌的酶和肠道有害菌分解利用,但能被肠道有益微生物利用的特殊糖类,如已研制出的产品有:壳寡糖、甘露寡糖、果寡糖、半乳甘露寡糖、异麦芽寡糖、寡乳糖、寡木糖、β-寡葡萄糖、低聚焦糖、反式半乳寡糖、大豆寡糖等,研究应用较多的是前三种寡糖。

1寡糖的类别、结构及其来源

  1.1 壳寡糖(Chitooligosaccharide,COS)

  壳寡糖(也称几丁寡糖,学名β-1,4-寡糖-葡萄糖胺)是指聚合度在2-20范围的氨基葡萄糖和乙酰氨基葡萄糖聚合物,如壳二糖、壳三糖、壳四糖、壳五糖、壳六糖等。壳寡糖是壳聚糖降解的低分子量产物,其水溶性大大增加,与壳聚糖相比,壳寡糖更易被生物体吸收而表现出更优越的生理活性,在抑菌、抗氧化、抗炎、调节血脂和血糖、抗肿瘤、增强免疫及活化肠道菌群中具有广泛的应用。目前,壳寡糖来源于壳聚糖的降解,主要有酸解法、氧化降解法和酶解法。壳聚糖是甲壳素的N-脱乙酰化产物(脱乙酰度大于55%),其单糖结构单元主要为2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖和少量的N-乙酰氨基葡萄糖。

  1.2 甘露寡糖(Mannoseoligosaccharides,MOS)

  最初发现MOS是在魔芋粉的硫酸水解液中。甘露寡糖是甘露糖之间或甘露糖与葡萄糖之间通过ɑ-1,2、ɑ-1,3、ɑ-1,6或β-1,3、β-1,4糖苷键连接而成的一种低聚糖,主要来源于魔芋精粉、甜菁胶和微生物细胞壁。目前,人用保健品甘露寡糖主要来源于魔芋,其纯度在35%~55%;动物营养领域应用的甘露寡糖添加剂,主要是从废弃的啤酒酵母细胞壁中提取。酵母细胞壁质地坚硬,其重量占酵母细胞干重的18%~25%,厚度为0.1~0.3μm,可分为3层,外层主要组分为甘露聚糖,约占酵母细胞壁干重的30%,由约50个甘露糖通过ɑ-1,6糖苷键相结合组成;中间层主要组分为蛋白质和几丁质;内层主要组分为β-葡聚糖,约占酵母细胞壁干重29%~64%,由10~20个单糖通过β-1,3/1,6糖苷键相结合组成,呈螺旋形的立体分子结构,能对免疫系统引起刺激作用,在动物体内,不可溶、不可吸收、不产生黏性、耐酸、耐高温。

  1.3 果寡糖(Fructooligosaccharide,FOS)

  果寡糖,又名低聚果糖,是蔗糖分子和D-果糖分子以β-1,2糖苷键相结合所形成的一组寡聚糖的总称,结构式表示为G-F-Fn(G为葡萄糖,F为果糖,n=1~3)。根据蔗糖分子连接1个D-果糖、2个D-果糖、3个D-果糖形成的寡糖分别称为果寡三糖(GF2)、果寡四糖(GF3)、果寡五糖(GF4)。果寡糖广泛存在于大麦、小麦、黑麦、洋葱、大蒜、马铃薯、菊芋等植物中。

  2寡糖在机体内的作用机理

  2.1 寡糖对肠道菌群的调节作用

  哺乳动物对碳水化合物的消化仅限于ɑ-1,4糖苷键,因此,由ɑ-1,2、ɑ-1,3、ɑ-1,6或β-1,3、β-1,4糖苷键连接的低聚糖能抵抗动物机体消化酶的降解,直接进入小肠后端和大肠,被双歧杆菌、乳酸杆菌等有益微生物作为营养基质,最终被降解为短链脂肪酸、乳酸和二氧化碳等。体外试验也均证实以FOS为唯一碳源时,沙门氏菌不能生长。

  病原菌必须通过表面的外源凝集素与动物肠粘膜表面的D-甘露糖受体结合后才能在消化道定植。MOS正是通过结合位点的方式发挥抑菌作用。一方面,MOS能竞争性结合肠上皮细胞的特异位点,通过占位方式从而抑制病原菌与肠粘膜的结合,另一方面,MOS含有D-甘露糖的相似受体,可以结合病原菌,从而阻止病原菌吸附到肠表面上,甚至使已结合到上皮细胞的大肠杆菌脱落下来,让病原菌随着粪便一起排出体外。

  2.2 寡糖对机体免疫防疫功能的调节作用

  特异性免疫系统和非特异性免疫系统共同组成动物的免疫防御体系,其中,非特异性免疫是阻止病原菌侵入机体的第一道防线。FOS和MOS可以调节机体的细胞免疫和体液免疫功能。体外试验表明,MOS可以使血清中IgG和IgA浓度升高,提高B淋巴细胞数和白细胞介素2、γ-干扰素水平。FOS能显着提高T淋巴细胞转化功能和NK细胞的杀伤力,提高新城疫抗体水平。概括来说,寡糖能在多条途径,多个层面对免疫系统发挥调节作用,不仅能激活各类型的免疫细胞,还能活化补体,促进细胞因子的生成,增强红细胞免疫功能,同时,寡糖还能提高疫苗的保护力。

  3寡糖在动物饲料中的应用研究

  3.1 寡糖在水产饲料中的应用研究

  研究壳寡糖对虹鳟生长性能、血清生化指标及非特异性免疫功能的影响,结果表明:200mg/kg壳寡糖不仅可显着提高特定生长率和增重率,显着降低饲料系数,而且极显着提高白细胞吞噬百分率、吞噬指数、血清杀菌百分率和溶菌酶活性。

  3.2 寡糖在猪饲料中的应用研究

  研究表明:甘露寡糖与纳豆芽孢杆菌低剂量合用对改善断奶仔猪生产性能,降低腹泻率具有较好的协同作用,对仔猪的免疫和抗氧化机能有改善作用,体现在血清中CD3+,CD4+水平显着提高,MDA含量显着降低,GSH-Px活性显着增加。

  3.3 寡糖在禽饲料中的应用研究

  研究表明:在艾维因商品代肉仔鸡日粮中添加果寡糖(添加量为0.4%~0.8%),不仅能显着提高日增重、显着降低料重比,而且显着降低胸肌和肝脏的胆固醇水平,显着提高盲肠中乙酸、丙酸、丁酸和血浆中乙酸含量,显着增加盲肠中双歧杆菌和乳酸杆菌含量,显着降低大肠杆菌含量,显着提高粪便中胆汁酸和胆固醇含量。综合以上研究表明:寡糖对肉仔鸡的促生长作用,与其抑制有害菌的生长,促进有益菌的生长,从而改善了肠道的健康度有密切关系。

  3.4 寡糖在反刍动物饲料中的应用

  研究外源寡糖对奶山羊血清生化指标和抗氧化指标的影响,结果表明:果寡糖可显着降低血清丙二醛和低密度脂蛋白胆固醇含量,显着提高血清中总蛋白和球蛋白含量;甘露寡糖可显着降低血清丙二醛含量和谷丙转氨酶活性,显着提高血清中球蛋白和血清磷含量;说明添加量为1%(以有效含量计)FOS和MOS能在一定水平上提高奶山羊的抗氧化能力,改善机体脂质代谢、蛋白质合成。

  4寡糖在农牧业中的应用前景

  寡糖作为一种纯天然的可再生资源,是人类用之不竭的生物资源,其开发与应用具有深远的意义。例如,甲壳素(Chitin)主要存在于虾、蟹及昆虫等甲壳类动物的外壳、真菌(酵母、霉菌,香菇等)、藻类及高等植物的细胞壁中,生物合成量高达100亿吨/年,仅海洋生物的合成量就达到了10亿吨/年以上。因此,来源广泛、天然、无毒无残留、无毒副作用的功能性寡糖,是当今国内外结束抗生素时代,开启绿色安全促长剂时代的热点开发领域,在农牧业领域必将具有非常宽广的应用前景。


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