新型绿色饲料添加剂――果寡糖

    果寡糖（Fructooligosaccharide FOS），又称为低聚果糖、藤果三糖族低聚糖，分子式为G－F－Fn（G为葡萄糖，F为果糖，n＝13），是在蔗糖分子上以β－1，2-糖苷键结合数个D-果糖初所形成的一组低聚糖的总称.果寡糖广泛存在于香蕉、大麦、大蒜、洋葱、黑麦、马铃薯、洋姜、小麦、出小麦等植物小，但提取较为困难，且难以批量生产，商品果寡糖制剂主要是利用微生物和植物中具有果糖基转移活性酶作用于蔗糖得到的。作为添加剂应用于饲料中主要是寡果三糖（GF2；）、寡果四糖（GF3）和寡果五糖（GF4。）。它们具有低热、稳定、安全无毒良的的理化性能，大部分不能被动物本身的消化酶所消化，但到达肠道后可作作为有益微生物的底物，但却不能被病原微生物利用，从而促进有益微生物的繁殖和抑制有害微生物。

    果寡糖饲料添加剂的开发背景及研究历史 自从1950年Stockstad报道，在饲料中添加抗生素可以促进动物生长以来，抗生素在预防和控制畜禽疫病，促进动物生长，提高畜禽产量等方面起到了很大的作用。但随着发展，人们逐渐发现了抗生素的致命弱点，它的作用机理是抑制或杀死肠道微生物（包括病原微生物和二重感染，病菌产生抗药性，机动物内源性感染和二重感染，病菌产生抗药性，机体免疫力下降，药物药残留，因此通过食物链而影响人类健康和破坏生态平衡，因此许多国家们相继颁布法令，禁止或限制抗生素在饲料中的应用。例如，欧共体1970年允许使用的抗生素为13仲，1985年为7种，1999年6月只允许4种使用。在这种消况下，人们积极寻找一种无污染、无染留 、多功能的新型天然促生长剂代替抗生素。基于这种背景，果寡糖才被作为一种饲料添加剂被开发出来，并逐渐应用于饲料工业。

    1950年 Bacon、Edemlan、Bhanchard和 Albon在研究酵母转化酶时发现，该酶除厂具有水解活性外，还具有转移活性，生成一些低聚糖，被命名为蔗果三糖族低聚精。8O年代以来，人们逐渐发现了果寡糖的优良生理特征。1982年日本明治制果株式会社，首次工业化产果寡糖。产品的商品命名为Neosrgar。 1983年． Hidaka采用一般的食品组为生产工艺分离和研制了果寡糖。1988年，Hirayalma等研究了黑霉。并采用聚焦色谱法测定了该酶的性质，分离提纯了该酶，并采用聚焦色谱法测定了该酶的纯度和等电点。1990年，Fujta得到了β－呋喃果糖苷酶的3个同功酶。而目前，果寡糖的生产已从原来的液体深层发酵转向采用固定化酶法。

    2 果寡糖的理化特性

    固体的果寡糖为无色粉末，溶解性好，溶液呈无色透明。其溶液的热稳定性受酸碱度影响较大，当PH值为中性时，120℃条件下还相当稳定，但在酸性条件下（pH值=3）时，温度达到70℃以后极易分解。纯度为55％～60％的果寡糖甜度约为蔗糖的60％，纯度为96％的果寡糖甜度约为蔗糖的30％，但较蔗糖甜味清爽。在OC℃～7O℃范围内，果寡糖的粘度随温度的上升而下降，另外，它的防毒性能好，可以延长饲料保存期；其吸湿性低，可减缓饲料因吸湿而发霉、变酸。

    3 果寡糖的作用机理

    果寡糖的作用主要是通过调节动物肠道中微生物区系平衡而实现的。动物体内分泌的α-淀粉酶、蔗寡酶、麦芽糖酶不能水解以β-1，2-糖苷键相连的果寡糖，因此果寡糖大都能顺利通过胃和小肠而不被降解利用，但大肠中的乳酸杆菌，双岐杆菌，梭状芽孢杆菌可产生一系列果糖苷酶，使这些有益菌得到养分而增殖。而有害菌个能分泌此酶，同时有益菌增殖后，会通过各种途径抑制有害菌，从而使肠道微生态系统调整到正常状态。

    3．1 有益菌的增殖因子

    果寡糖进入肠道后，不能被病原菌（如大肠沙门氏菌）利用，只能被有益微生物（如乳酸杆菌，双歧杆菌）分解利用，产生CO2和挥发性脂肪酸，促进有益菌大量繁殖的同时，使肠道PH值下降，这样一方面直接抑制（酶抑制和种间竞争抑制）病原菌的生长；另一方面使肠道还原电势（Eh）降低，具有调节肠道正常蠕动的作用，间接阻止病原菌在肠道中定植，从而起到有益菌的增殖因子的作用。

    3．2 直接吸附病原菌

    病原菌的细胞表面或绒毛会有一类丁质的结构，能够识别并结合到肠壁上的一种寡聚糖结构受体，从而引起病原菌在肠壁上发育繁殖，导致肠道疾病的发生。而有一些果寡糖，其结构与肠壁上寡聚糖结构受体相似，。以竞争性地结合病原菌，使病原菌从肠道上脱离，从而起到清洗肠壁肝病原菌的作用。另外，某些果富寡糖还有吸附和消除某些霉菌素的作用。

    3．3 提高营养物质的消化率

    鼠日粮中添加果寡糖，以Cr2O3作为外源性标记来测定钙和镁的表现消化率，试验结果发现，果寡糖可以明显的提高钙和镁的表现消化率。

    3.4 对胃肠道组织学的影响

    Howard等（ 1995）在哺乳仔猪日粮中添加果寡糖的研究结果表明，果寡糖对仔猪的盲肠、结肠粘膜细胞增殖速度比对照组快，并有防止粘膜上皮萎缩作用，并且认为，这是由于果寡糖被细菌代谢后，可提供短链脂肪酸作为粘膜细胞增殖的能源。而Leav等早在1978年就报道，细胞中间代谢产物丁酸盐是正常结肠细胞生年的首选原料，已能通过稳定DNA和修复损伤来促进正常细胞的形成。 Choi等行 3日龄小鸡日食中添加果糖后发现肠道微绒毛长度比对照组长。至于果寡糖长期添加饲料中会对胃肠道造成何种影响，有待于进一步研究。

    4 果寡糖的饲喂效果

    果寡糖作为添加剂应用于饲料是近年来兴起的，大都的研究农表明，果寡糖可以促进生长，提高饲料利用率，预防疾病，提高动物繁殖力，增强机体免疫性能法改善环境。 夏中生等 （1999）选择28 日龄断奶杜 ×长×大三元杂交仔猪 48头、按体重、性别随机分成 3 组，研究了在饲料中添加（对照组），0．2 ％和 0．5％的蔗、果寡糖（FOS）对仔猪产性能和断奶后腹泻的影响。试验结果表明：添加0.5％FOS组，日增重较对照组提高13．84％（P＜0．01）饲料利用率提高8．08％；0．2％组与0. 5％组仔猪腹泻频率分别比对照组降低1．l和0.8％。日本北里大学 （1995）应用饲料级果寡糖饲喂母猪，母猪平均泌乳量提高32％，母猪从断乳到发情的间隔时间从原来的10日缩短到7日左右。根据日本农场长期使用果寡糖作为功能性添加剂的结果，人们总结如下：（1）母猪产仔数平均增加0．7头；（2）增加公猪精子密度20 ％～25％，提高受胎率；（3）减少母猪分娩的后便秘的发生；（4）断奶仔猪平均体重从5．4 kg增年6.3 kg；（5）改善季节性采食量下降（6）降低仔猪日粮中抗生素的添加量（7）预防感染、呕吐以及发热猪的饲料摄入不足。 吴天星（1997）将200只15日龄小狄冰鸡随机分为4组，日粮中果寡糖的添加量分别为0、0．25、0．50和1．00 ％饲养全56日龄。试验结果表明：0.50％组成活率比对照组提高10％，体重增加7.4％料肉比降低了12．8％，腹泻中降低了14.11％。同时还表明，肉鸡日中果寡糖的添加水平以0．25％～O．5％为宜，但添加量达到1．00％以后，肉鸡腹泻增加，饲料报酬和日增重雨低于添加水平为0．05％的组。

    5 果寡糖的工业生产

    5．l 酶水解法

    比利时ORAFTI公司以菊苣为原料，提取其菊粉（含量为 15％～20％）， 再经酶水解生产果寡糖。黑曲霉发酵高浓度蔗糖法。黑曲霉接种于蔗糖含量为5％～10％的液体培养基中，28℃，摇床上培养2～4d后，收集具有β－呋喃果糖苷糖活性的菌体，再将这些菌体作用于50％～60％蔗糖溶液。反应结束后，发酵液体组成为：葡萄糖（36％～38％）、蔗糖（10％～12％）、果寡三糖（21％～28％）、果寡四糖（21％～24％）、果寡五糖（3％～6％）。固定化增殖细胞法黑曲霉孢子与预先灭菌过海藻酸钠以一定的体积比混合，然后再在其中滴入氯化钙溶液，固化1h后收集固定化增殖细胞颗粒。将颗料填入50％蔗糖溶液，流出液经过脱色，脱盐，浓缩等工艺可以生产出浆状果寡糖。

    5.4 黑曲霉发酵高浓蔗糖法和固定化增殖细胞法生产果寡糖的反应式为GF（蔗糖）→GF2 （果寡三糖）+（GF3）（果寡四糖）+（GF4）（果寡五糖）+G（葡萄糖）。由于副产物葡萄糖既是平衡产物，影响化学推动力，又是β－呋喃果糖苷酶的抑制物，阻遏了蔗糖的进一步转化。显然，消除葡萄糖可以提高蔗糖的转化率，工业上一般采用的方法是将葡萄糖氧化酶或氧化酶与黑曲霉交联后，再加海澡酸钠结合，制成共包埋颗粒，再填入反应柱，通过底物来生产果糖。

    目前，我国果寡糖生产尚处于开发阶段，研究重点是菌种筛选和工艺选择。生产菌酶活力低，果寡糖价格高，制约了果寡糖在食品工业和饲料工业中的应用。今后，一方面要筛远高酶活株；另一方面，通过生物工程技术对生产菌进行改造，提高其生产性能。另外，在β－呋喃果糖苷酶的控制机理以及果寡糖的营养肌理尤其免疫功能方面还有待进一步研究。