摘 要: 甘露寡糖作为一种微生态效应添加剂已成为动物营养研究的新热点.本文就甘露寡糖的来源、作用机制 、应用效果和影响因素进行了全面综述，并对未来的研究领域进行探讨和展望.
关键词: 甘露寡糖 微生态效应添加剂 作用机制 应用效果 影响因素
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.
自从20世纪40年代发现四环素对畜禽的促生长作用以来,抗生素作为畜禽促生长剂和抑菌药物在养殖业中已得以广泛应用,并在提高畜禽生产力方面卓有成效.但近几年的研究陆续发现,长期使用抗生素易产生耐药菌株以及在畜产品中残留,并通过食物链影响人类健康和破坏生态环境.因此许多国家相继颁布法令,禁止或限制一些抗生素在饲料中的应用,继而寻求一种低(或无)公害、低(无)残留的绿色饲料添加剂.大量的研究表明,作为一种新型的微生态效应添加剂—甘露寡糖,它具有吸附肠道病原菌和发挥免疫调节作用的双重功能,从而达到提高动物的生产性能,由此其已被为是最有希望的抗生素替代品之一.
1 甘露寡糖的来源
甘露寡糖(Mannos—oligosacccharides,MOS),是从富含甘露寡糖的酵母细胞壁中通过酶解法内提取出来的磷酸化的葡甘露聚糖蛋白复合体,是甘露低聚糖的俗称.它广泛存在于魔芋粉、瓜儿豆胶、田莆胶及多种微生物细胞壁内(葡甘露寡糖),目前商品用甘露寡糖主要通过酶解法进行生产.大量的研究表明,不同来源的甘露寡糖在结构上有所差异,如研究较多的魔芋甘露寡糖是由分子比为1:1.5的葡萄糖和甘露糖残基通过β-1-4糖苷键聚合而成,其侧链则是通过β-1,3糖苷键连接而成.而来源于酵母细胞壁的葡甘露寡糖的主链则主要以高度分枝的吡喃糖残基链进行排列,其主链的连接方式是α-1,6糖化酶苷键盘连接,侧链则通过α-1,2及α-1,3键连接[1].
2 甘露寡糖的作用机制
2．1 优化动物微生态环境，降低胃肠道疾病
研究表明，甘露寡糖能调控动物胃肠道微生态环境，促进有益菌的生长和繁殖，抑制有害菌对肠壁的粘附和定植，维持正常的消化道环境.据Peter等（1998）研究结果，甘露寡糖能促进双岐杆菌、干酷乳杆菌、嗜酸乳杆菌、德尔布吕克乳杆菌等有益菌的生长，而对于沙门氏菌、鼠伤寒沙门氏菌、肉毒梭状芽孢杆菌、生腐梭状芽孢杆菌等病原菌却能起到很好的抑制作用[2].首先，甘露寡糖能选择性地促进动物肠道有益菌如双岐杆菌等大量增殖，使其在胃肠道中形成微生态竞争优势,直接抑制了外源菌和肠内固有腐败菌群在屏障、营养和免疫上的正常功能. 甘露寡糖能促进有益菌的生长与繁殖,保障对宿主的有益保健.这种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[3].双岐杆菌和乳酸杆菌正是通过多方面的功能，共同维持肠道健康的重要优势菌群，从而形成微生态竞争优势，促进动物有益菌的增殖。其次，甘露寡糖能抑制有害菌的粘附与定植。过去可观的证据表明,当甘露寡糖存在时,拥有甘露糖型尖几丁质的大肠杆菌便不再吸附于动物细胞之上.这样，甘露寡糖在一定程度能抑制有害菌的粘附与定植，从而降低胃肠道疾病。 [4].
2．2 调节免疫防御机制,增强动物免疫力
甘露寡糖具有一定的免疫原性, 能够刺激机体免疫应答，而且它能与一定的毒素、病毒和真菌细胞的表面结合而作为这些外源抗原的佐剂，减缓抗原的吸收，增加抗原的效价，从而增强动物体的细胞和体液免疫反应.叶成远(1999)指出，酵母细胞壁具有很强的抗原激活特性、而此特性也正是甘露寡糖在动物体内生理功能的体现之一[5].此外，由于源自微生物的特殊多糖在加入疫菌时还具有佐剂作用.因而添加适量的甘露寡糖还可显著提高抗体反应能力，从而加强疫苗的保护功能.甘露寡聚糖除具有辅剂和抗原特性之外，其还有能刺激肝脏分泌甘露糖结合蛋白，从而影响免疫系统的作用. K.E.Newman研究表明,补充甘露寡糖的猪只IL-2和IFN-Γ的水平都得到提高,上述两种物质是在免疫反应的初期释放的两种白细胞介素.这一结果表明,日粮中添加MOS 加快了免疫系统对病原体的反应速度[6].Kim等(2000)报道，甘露寡糖和p—葡聚糖均能加快仔猪已经抑制了的免疫系统的恢复，并能有效的减少死亡率和降低腹泻率[7].
2．3 发挥多样生物活性,吸附霉菌毒素
近年来,关于甘露寡糖吸附霉菌毒素的研究相对较少,对甘露寡糖在这方面的机理仍处在探索阶段。过去的研究表明,酵母细胞壁物质对酸解过程比较稳定,其碎片能完好无损地通过胃或皱胃.这种抵抗酸消化的能力造就了它在不同种类动物的广泛生物活性,这种特性就是复合碳水化合物的多样生物活性. Devegowda等〔1994〕报道，通过对体外液体培养基的研究表明，添加酵母培养物可以便高达88％的黄曲霉B1被降解或结合.Trenholm(1998)研究发现，甘露寡聚糖可结合玉米赤霉烯酮，它可通过物理吸附或直接结合霉茵毒素，且不影响其它饲料成分[8].
3 甘露寡糖的应用效果
3．1 甘露寡糖在猪饲料中的应用
3．1．1 仔猪
由于仔猪受到补料以及断奶引起的营养应激、环境应激等影响,肠道菌群平衡易于受到破坏,所以对其研究较多。实验结果表明,甘露寡糖在仔猪体内具有吸附肠道病原菌和发挥免疫调节的双重功效.Canada(1993)报道，添加1.8g/kgMOS于仔猪料饲料中，效果明显，日增重达13.54％.美国阿肯色大学Maxcell等所做试验表明,给初生到38日的仔猪添加奥奇素(BIO-MOS) 后其饲料转化率与添加促生长水平硫酸铜的仔猪相当[9]. Dvorak(1998)试验证实，甘露寡糖能提高仔猪日增重和饲料转化率，其原因可能是其提高了仔猪的免疫力，抑制了病原菌在胃肠道的增殖[10].据周红丽等（2002）试验结果也表明，[11]添加甘露寡糖能显著降低仔猪各肠段的大肠杆菌的浓度，并且随着添加量的加大效果越好，同时腹泻率的降低也有这种趋势，表明了大肠杆菌与仔猪腹泻存在一定的相关性，至于甘露寡糖对有益微生物的增殖作用还有待进一步研究.
3．1．2 肉猪、母猪、公猪
大量研究表明 ,甘露寡糖对肉猪、母猪和公猪的作用及其效果并不明显.Lynos(1995)报道,甘露寡糖可提高肉猪后期增重5%,但对饲料利用率没有影响. 1988年国外学者作了甘露寡糖等寡聚糖在对母猪发情的影响试验，发现可缩短9d的发情周期.另外，在饲料中长期使用可使母猪产仔数平均增加0．7头；公猪精子数增加20％－25％；分娩前后，可减少母猪便秘(金丰秋．1999). SPing(2000)报道,甘露寡糖能加强猪对沙门氏菌、溶血性大肠杆菌和弯杆菌等感染的免疫应答[12].
3．2甘露寡糖在鸡饲料中的应用
3．2．1肉鸡
甘露寡糖可以提高肉鸡的日增重及饲料转化率,从而 提高其经济效益.据Alltech(1994)报道,鸡料中添加0.2%甘露寡糖,成活率平均提高0.4%.Savage等1996报道,饲喂甘露寡糖的肉鸡胆汁中IgA水平提高14.2%[13].王权(2002)通过解剖试验鸡表明,饲料中按25g/kg添加甘露寡糖对腔上囊、胸腺、盲肠扁桃体均有明显的刺激作用,与对照组相比腔上囊重量增加37.6%,胸腺重量增加11.5%,,而T细胞百分率变化与甘露寡糖用量呈依赖性关系.证明,甘露寡糖能有效地促进T细胞特异性繁殖,提高T细胞的百分率[14].
3．2．2 蛋鸡
甘露寡糖对含蛋组分也有一定的影响, 据Stanley(1996)报道，与对照组(饲喂不添加甘露寡糖的饲粮)相比,实验组(添加甘露寡糖)的产蛋鸡的鸡蛋中胆固酵量降低了20.1％[15].
3．2．3 火鸡
近年来的研究表明,甘露寡糖对火鸡的生长性能及其免疫系统影响十分明显.据Randy等(1995)在火鸡有日粮中添加甘露寡糖,成活率较对照组(未加甘露寡糖)提高5.27%,平均体重增加1.21%.同年Olsen也有类似的报道[16].Savvage等(1996)通过试验得出结论,甘露寡糖能提高火鸡粘膜IgA水平,并能显著扩高火鸡血液中IgG量. 两者的提高意味着甘露寡糖同时具有提高与肠粘膜及体液免疫有关的免疫应答反应 [17]。
3．3 甘露寡糖在牛饲料中的应用
在牛饲料中添加甘露寡糖的效果主要表现在吸附霉菌毒素的病原菌,提高犊牛的增重.Newsman等(1993)发现, 对于喂代乳粉的反当前荷斯坦公犊牛，添加MOS可显著提高35日龄体重，生长改善的原因是4-5周龄时细菌性肺炎发病率下降(比对照组降低70％-80％) [18].Newsman(1995)又报道,甘露寡糖可以加强免疫力,减小小牛的呼吸道疾病,从而能显著提高犊牛的日增重[19].Dilday等(1997)也有相关报道,证明甘露寡糖能显著提高犊牛的日增重,降低发病率[20].
3．4 甘露寡糖在水产动物饲料中的应用
实践证明，甘露寡糖作为水产动物饲料添加剂能够促进鱼类生长,减少死亡率,降低粪便中氮的排放量,防止污染.Yoshida等(1995)报道,甘露寡糖能显著提高鲇鱼的细胞活性和饲料利用效率.苏格兰某水产学院同一年亦有研究报道,在非洲鲶鱼料中添加0.1%甘露寡糖并同时接种水生气单孢菌,接种12、24小时后分别查血、脾中的细胞数,发现有明显减少.江波(1997)利用100条鱼进行试验,结果试验组(加MOS组)增重22.26%,饲料效率提高7.56%.另有研究表明,蹲鱼苗在体重1克到7克期间受冷水病原茵侵袭后死亡率高达25％，饵料中加入O.7％MOS后可使该阶段的死亡率下降到1％,甘露寡糖可起到增强鱼体免疫力的效果.
3．5 甘露寡糖在其它动物饲料中的应用
Rosell(1991)报道.断奶仔兔料中添加0.2%甘露寡糖,断奶35天饲料报酬降低15%,死亡率下降3.6%,日增重3克/只;Reid(1994)报道,在严重应激状况,断奶仔兔中添加1%-2%的甘露寡糖,可以降低死亡率;Randy和Olsen(1994)研究表明,商品鸵鸟料中添加甘露寡糖(前3周0.91g/kg,3-17周0.46g/kg),与对照组(维吉尼亚霉素对照组)相比,饲料转化率提高5%,成活率提高4.43%,体增重提高0.191千克/只[3].
4 影响饲料甘露寡糖使用效果因素
4．1 动物种类、年龄、和生理状态
动物种类、年龄、和生理状态是影响甘露寡糖使用效果的直接因素,然而有关报道较少.邵良平等(2000)报道，甘露寡糖能极显著提高哺乳仔猪白细胞分化抗体CD3的水平(P<0.01)[21],而对肉猪或者是禽类都效果不明显或没有效果.
4．2 甘露寡糖种类、纯度、聚合度和生理活性
由于单糖连接方式多种多样,寡糖结构非常复杂,不同种类甘露寡糖具有不同的纯度与聚合度,甚至同种类不同厂家、不同批次间的甘露寡糖,结构也不同,生物学活性和作用效率当然也存在不同程度的差异.
4．3 甘露寡糖添加量与添加方式
甘露寡糖对肠道细菌所起的增殖、排阻、免疫功能必须有一定的浓度.如果添加量不足，则起不到明显的增殖效果；如果添加量过度，则不但大大增加饲料和饲养成本，起不到增加有益菌繁殖的效果，还可能造成动物腹泻.一般建议断奶仔猪用量不超过0.4%,Brendemuhl和Harvey的研究表明,0.2%比0.1%效果发好,但没有显著差异[22].然而，也有不一致的报道。因此关于甘露寡糖的添加量问题仍有待于进一步探讨.
在长期的研究中表明,甘露寡糖采用递减方式饲喂动物效果较好,即前期添加量较高,以后一步步降低.Cole[23]和Stockland[24] (1999)报道,递减方式添加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.周红丽等试验表明，以递减方式添加BIO-MOS，其日增重比对照组提高12%，比0.2%BIO-MOS组提高9%，这与前人的研究是一致的.值得注意的是过量添加MOS会引起后肠段的过度发挥，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[11].
4．4 日粮组成
有关饲料中天然存在的甘露寡糖对动物生产性能影响的报道很少.事实上，日粮的组成在一定程度上可以影响动物对养分的吸收与利用.日粮中甘露寡糖添加的不合理，不但起不到促生长作用，甚至可能危害动物的健康.另有研究表明，采食日粮的类型和动物饲料的成分也可以影响肠道的内环境，从而最终影响甘露寡糖的使用效果.
4．5 饲养环境
在良好的饲养条件下，日粮中添加甘露寡糖等寡聚糖可能起不到显著的效果.跟其它类的添加剂如有机酸、抗生素、益生素等一样，甘露寡糖对生产性能的影响也随饲养条件的变化很大.石宝明等（2000）有相关的报道，只有当生产性能的影响受肠道因素影响较大时[25]，他们才能表现出显著的促生长作用.
4．6 甘露寡糖与抗生素、益生素的协同作用
人们发现，饲用抗生素在有效杀伤微生物，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.根据甘露寡糖的作用机理,如若将甘露寡糖与抗生素、益生素联合使用,是否可以取得较好的协同作用.不少人对这一想法进行了探讨,如King(1993)将甘露寡糖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.周中凯等（1999）也有相关报道.但如何协调好这两者的关系，最大地发挥两者的功能，还是我们今后研究的方向.
5 甘露寡糖的应用研究展望
在反对抗生素作为畜禽生长促进剂呼声日益高涨的形势下,抗生素替代品的研究日益迫切.许多国家目前已将甘露寡糖作为取代抗生素的一个主要方向.
作为一种微生态效应添加剂,国内饲料行业也给予了甘露寡糖高度的评价:它克服了以往所有抗生素、益生素、酶制剂等的不足,用量少,纯天然,无残流且稳定性强,并能提高动物机体的抗病能力,促进动物生长,动物营养上明有良好的应用前景.
然而,甘露寡糖毕竟是一种崭新的材料,我们应该以辨证的观点看待它的出现,而不是盲目地跟从.因此,要为甘露寡糖在饲料添加剂中的应用开辟一个更为广阔的空间,今后,我们还应加强以下几个方面的探讨与研究:1)甘露寡糖作用机理的进一步研究及其有效成分的测定;2)加快甘露寡糖新剂型的开发与应用;3)研究降低生产甘露寡糖成本的新工艺、新方法.4)研究提高甘露寡糖利用率的措施，开发符合动物营养保健特点的甘露寡糖;5)研究不同种类的甘露寡糖在不同种类动物中的最佳添加量与添加方式，增殖机理与增殖效果.
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