任紅立，汪晶晶，宋建樓，武洪志，刁新平

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，哈爾濱　150030）

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功能性低聚糖的研究進(jìn)展

任紅立，汪晶晶，宋建樓，武洪志，刁新平*

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，哈爾濱150030）

摘要：功能性低聚糖作為一種綠色功能性添加劑，不僅能改善動(dòng)物腸道環(huán)境，提高動(dòng)物免疫力，可代替抗生素添加于飼料中，而且無(wú)毒副作用，不產(chǎn)生細(xì)菌耐藥性及藥物殘留等問(wèn)題，易于加工保存。目前，已被應(yīng)用到人類保健方面和畜牧業(yè)領(lǐng)域，并取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞：功能性低聚糖；免疫力；生產(chǎn)性能

抗生素的濫用已嚴(yán)重影響人類的健康，歐盟一些國(guó)家禁止濫用抗生素的政策使得我國(guó)畜牧產(chǎn)品在國(guó)際上不具有競(jìng)爭(zhēng)力，因此研制出抗生素替代品已成為我國(guó)畜牧發(fā)展的主流趨勢(shì)。研究表明，功能性低聚糖是一種無(wú)毒無(wú)害、無(wú)副作用、無(wú)殘留、穩(wěn)定性較好、易加工保存的綠色添加劑，可以直接增殖有益菌，解決雙歧桿菌等有益菌由于對(duì)酸抵抗力差，食用后進(jìn)入機(jī)體被胃酸作用失活和對(duì)氧敏感等問(wèn)題［1］。

1　功能性低聚糖

1.1低聚糖及功能性低聚糖

低聚糖又稱寡糖或寡聚糖，是指含有2～10個(gè)單糖分子通過(guò)1種或幾種糖苷鍵連接而成的低度聚合糖的總稱，可分為普通低聚糖和功能性低聚糖兩類。普通低聚糖如蔗糖、乳糖、麥芽糖等，都可被機(jī)體消化吸收，但不是腸道雙歧桿菌的增殖因子。

功能性低聚糖又稱為非消化性低聚糖，由2～10個(gè)單糖分子脫水通過(guò)α、β型等糖苷鍵連接形成的帶有支鏈或直鏈的低度聚合糖，具有一定甜度、黏度和水溶性等糖類的特性，其單糖分子間結(jié)合位置特殊，不能被人體消化吸收，但進(jìn)入大腸后能被有益細(xì)菌特別是雙歧桿菌利用，能增殖有益細(xì)菌、抑制有害細(xì)菌。

1.2功能性低聚糖的消化特點(diǎn)和應(yīng)用機(jī)理

哺乳動(dòng)物對(duì)碳水化合物的消化主要限于α-1，4-糖苷鍵，功能性低聚糖由于其結(jié)構(gòu)中α-1，4-糖苷鍵的比例小，在很大程度上不被哺乳動(dòng)物直接消化。因此，功能性低聚糖可直接到達(dá)消化道的后半段，被腸道菌群利用。單胃動(dòng)物消化道后部寄生著大量微生物，這些微生物可產(chǎn)生分解各種糖苷鍵的酶，能消化功能性低聚糖。功能性低聚糖的降解過(guò)程：功能性低聚糖 單糖 乳酸和丙酮酸 揮發(fā)性脂肪酸（乙酸等）、二氧化碳和水［2］。功能性低聚糖的應(yīng)用機(jī)理是除了其自身的一些功能外，在胃酸作用下仍保持活性，到達(dá)腸部后半段被微生物利用，增殖有益菌，增強(qiáng)有益菌的功能作用，使得有益菌產(chǎn)生對(duì)機(jī)體保護(hù)的功能。

1.3常見功能性低聚糖

低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚木糖、大豆低聚糖、低聚半乳糖是常見的5種低聚糖，優(yōu)缺點(diǎn)各不相同。

功能性低聚糖之間的主要差異就在于被腸道菌群利用程度不同，具體表現(xiàn)在對(duì)不同有益菌的增殖程度、有害菌受抑制程度、產(chǎn)酸量和產(chǎn)氣量等方面均不相同［3］。在功能性低聚糖增殖雙歧桿菌的效果上，低聚木糖、棉子糖效果最佳，其次是低聚果糖，最后是低聚異麥芽糖［4］。研究表明，低聚半乳糖和低聚異麥芽糖能被各種雙歧桿菌利用，且效果良好，低聚異麥芽糖還對(duì)有害梭菌有明顯的抑制作用［5］。不同功能性低聚糖被腸道微生物利用的產(chǎn)酸量和產(chǎn)氣量是不同的，在產(chǎn)乙酸量方面：低聚半乳糖、大豆低聚糖＞低聚果糖、低聚異麥芽糖＞低聚木糖；在產(chǎn)乳酸量方面：低聚半乳糖、大豆低聚糖＞低聚木糖、低聚異麥芽糖＞低聚果糖；在產(chǎn)氣量方面，低聚異麥芽糖和低聚半乳糖是總產(chǎn)氣量最少的功能性低聚糖［3］。另外，低聚異麥芽糖的最大特點(diǎn)是價(jià)格比其他功能性低聚糖便宜，但目前商品化產(chǎn)品的純度不高，含雜質(zhì)較多。低聚果糖的優(yōu)勢(shì)是甜味純正，但穩(wěn)定性不是很好，酸性加熱易分解。低聚木糖不但穩(wěn)定性好，對(duì)雙歧桿菌的增殖效果也是功能性低聚糖中最強(qiáng)的，是其他功能性低聚糖的5～20倍，盡管價(jià)格較高，但仍是性價(jià)比最高的功能性低聚糖。大豆低聚糖是棉子糖、水蘇糖、蔗糖的混合物，是典型的功能性低聚糖。低聚半乳糖是母乳中重要的益生元，熱量低、口感好，但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定并不完備［6］。

2　功能性低聚糖的功能

功能性低聚糖能夠選擇性地增殖有益菌，特別是雙歧桿菌，其許多作用大多與有益菌的增殖有關(guān)，是功能性低聚糖的主要功能。

2.1選擇性增殖有益菌來(lái)改善腸道環(huán)境

腸道不僅擔(dān)負(fù)著消化吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重任，而且是人體最大的微生態(tài)系統(tǒng)和最大的免疫器官，掌管著人體70%的免疫功能。因此，腸道健康關(guān)系著整個(gè)機(jī)體的正常運(yùn)行，關(guān)系到機(jī)體的健康狀態(tài)［7］。腸道菌群是動(dòng)物腸道的必要部分。畜禽在健康狀態(tài)下，消化道內(nèi)菌群保持著動(dòng)態(tài)平衡，有益菌是消化道優(yōu)勢(shì)菌群，直接通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性排阻作用抑制致病菌增殖［8］。功能性低聚糖對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)主要在于增殖有益菌，抑制有害菌活動(dòng)。腸道菌群不是一成不變的，受宿主的年齡影響。衰老始于腸道，有益菌群隨著宿主的成長(zhǎng)和衰老而逐漸減少，腐敗細(xì)菌卻隨之增多，這是宿主生理老化所致的菌群變化的正?，F(xiàn)象。但側(cè)面說(shuō)明，雙歧桿菌作為有益菌的代表，其數(shù)量的多少也可以反映出動(dòng)物體健康水平狀況［9］。雙歧桿菌數(shù)量多，動(dòng)物體處于健康狀態(tài)；數(shù)量少，則動(dòng)物處于亞健康狀態(tài)。所以雙歧桿菌等有益菌的增殖對(duì)于動(dòng)物體的健康是極有益的。功能性低聚糖增殖雙歧桿菌的機(jī)理在于其本身不只充當(dāng)了雙歧桿菌的碳源，還參與了雙歧桿菌的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)和黏附作用［10］。

2.2抑制和吸附病原菌，防止腸道疾病發(fā)生

研究表明，病原菌的表面的植物凝集素，能識(shí)別、結(jié)合動(dòng)物腸壁上的“特異性糖類”受體，附在腸壁上，生長(zhǎng)繁殖、分泌毒素，導(dǎo)致腸道疾病發(fā)生。利用功能性低聚糖可以減少腸道疾病的發(fā)生，通過(guò)對(duì)有益菌群的選擇性增殖，尤其是雙歧桿菌，通過(guò)生物屏障作用與發(fā)酵產(chǎn)酸，競(jìng)爭(zhēng)性排阻抑制致病菌。雙歧桿菌能產(chǎn)生與腸黏膜上皮細(xì)胞糖蛋白結(jié)合的凝集素，因而可與腸黏膜上皮細(xì)胞牢固結(jié)合并與其他厭氧菌一起占據(jù)腸黏膜表面，形成生物屏障阻止有害菌入侵、定植。雙歧桿菌利用菌體內(nèi)的酶，發(fā)酵葡萄糖，產(chǎn)生有機(jī)酸，降低腸道pH，抑制有害菌生長(zhǎng)繁殖［11］。雙歧桿菌不僅自身具有抑菌作用，還可以產(chǎn)生一種抗菌素——雙歧桿菌抗菌素，能有效地抑制某些有害菌的生長(zhǎng)［12］。功能性低聚糖可以吸附致病菌，其與致病菌在腸壁上的受體類似，并與細(xì)菌表面的植物凝集素有很強(qiáng)的結(jié)合能力，致病菌與功能性低聚糖結(jié)合，不會(huì)附著于腸壁上，同時(shí)致病菌不能利用功能性低聚糖獲得養(yǎng)分，從而缺乏能源，最終死亡并被排出體外。

2.3吸附霉菌毒素，緩解霉菌毒素毒性

飼料中殘留的霉菌毒素是養(yǎng)殖業(yè)的一大危害。據(jù)估計(jì)，霉菌毒素可影響世界上40%的食品作物，并在代謝過(guò)程中產(chǎn)生毒素。殺死霉菌固然可阻止毒素的繼續(xù)產(chǎn)生，但由于霉菌毒素有較好的熱穩(wěn)定性，在飼料加工過(guò)程中不能除掉已產(chǎn)生的毒素［13］。霉菌毒素可使動(dòng)物慢性、急性中毒、致癌和降低免疫力，盡管霉菌毒素沒(méi)有傳染性，但其可使動(dòng)物群發(fā)性中毒，危害性極大。功能性低聚糖對(duì)霉菌毒素有很強(qiáng)的吸附力，可以形成多糖——毒素復(fù)合物，有效阻止動(dòng)物腸道吸收毒素，從而排出體外，同時(shí)不影響飼料的其他營(yíng)養(yǎng)成分，有研究表明，加入甘露寡糖確實(shí)可以在一定程度上緩解霉菌毒素的肝毒性［14］。

2.4提高動(dòng)物免疫力

功能性低聚糖提高動(dòng)物免疫力是通過(guò)對(duì)雙歧桿菌等有益菌的增殖而產(chǎn)生的。

2.4.1促進(jìn)雙歧桿菌的增殖，增強(qiáng)動(dòng)物免疫功能

在飼料中添加適量的功能性低聚糖可以促進(jìn)動(dòng)物腸道后段上雙歧桿菌的增殖，提高動(dòng)物免疫力和健康水平。大量動(dòng)物試驗(yàn)表明，攝入雙歧桿菌活菌或死菌均可以提高機(jī)體的抗體水平，激活巨噬細(xì)胞的吞噬活性，這對(duì)提高機(jī)體的抗感染能力，預(yù)防、抑制和殺死腫瘤細(xì)胞的產(chǎn)生有重要的作用［15］。

2.4.2保護(hù)黏膜系統(tǒng)，防止病原體進(jìn)入

黏膜是構(gòu)成機(jī)體系統(tǒng)的重要免疫防線，是執(zhí)行機(jī)體局部特異性免疫的主要場(chǎng)所，機(jī)體＞50%的淋巴細(xì)胞組織和＞80%上的免疫細(xì)胞都集中于黏膜系統(tǒng)［16］。功能性低聚糖可以和腸黏膜特異性結(jié)合，競(jìng)爭(zhēng)性排除病原體，形成生物屏障，保護(hù)腸黏膜。

2.4.3具有免疫佐劑和抗原特性，促進(jìn)機(jī)體免疫能力的增加

功能性低聚糖具有免疫佐劑及免疫調(diào)解作用。所謂的免疫佐劑又稱為免疫輔劑，是能增加免疫系統(tǒng)對(duì)疫苗、藥物和抗原免疫應(yīng)答的物質(zhì)。疫苗中加入免疫佐劑能降低機(jī)體對(duì)疫苗的吸收，延緩疫苗的釋放，加長(zhǎng)疫苗刺激機(jī)體的時(shí)間，從而增強(qiáng)其效應(yīng)。功能性低聚糖對(duì)脂多糖也有輔助作用。據(jù)報(bào)道，功能性低聚糖還具有抗原作用，可以直接引起抗體應(yīng)答反應(yīng)［15］。

2.4.4激活機(jī)體體液免疫和細(xì)胞免疫，提高機(jī)體的免疫能力

功能性低聚糖可以作為一些外源抗原的佐劑，與這些外源抗原的表面結(jié)合，如一些毒素、病菌和真核細(xì)菌，可以提高B淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫和T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫功能［16］。激活機(jī)體體液免疫，雙歧桿菌在胃腸道內(nèi)能夠刺激B淋巴細(xì)胞活化增殖和分泌抗體來(lái)發(fā)揮體液免疫，使機(jī)體具有抗感染作用和抗腫瘤作用。專家學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，腸道內(nèi)雙歧桿菌可增加機(jī)體免疫監(jiān)視功能，尤其是通過(guò)口服可增加抗體的產(chǎn)生［17］。激活機(jī)體細(xì)胞免疫，雙歧桿菌的細(xì)胞壁含有大量的肽聚糖和磷壁酸，具有很強(qiáng)的生物活性，能刺激腹腔巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞和淋巴細(xì)胞因子殺傷細(xì)胞的活性［18］。

2.5抗腫瘤和增強(qiáng)造血功能

功能性低聚糖可激活機(jī)體免疫系統(tǒng)，起到抗腫瘤的作用。雙歧桿菌可以抑制腫瘤增殖活性和誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，因此功能性低聚糖也可以通過(guò)促進(jìn)雙歧桿菌的增殖，間接起到抗腫瘤作用［19］。

許多藥理學(xué)的研究表明，功能性低聚糖對(duì)造血系統(tǒng)有很好的促進(jìn)作用，其作用機(jī)理可能是直接或間接促進(jìn)造血生長(zhǎng)因子的分泌、刺激造血干細(xì)胞的增殖［20］。

2.6促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收

有益菌對(duì)動(dòng)物有營(yíng)養(yǎng)功能，代謝產(chǎn)物包括蛋白質(zhì)、B族維生素和K族維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。有益菌能使乳糖轉(zhuǎn)化成為乳酸，提高乳糖的耐受性，促進(jìn)鈣質(zhì)的吸收［21］。因此，功能性低聚糖不但可以間接供給動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還可促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收。功能性低聚糖促進(jìn)礦物元素吸收，主要是由于低聚糖經(jīng)雙歧桿菌等發(fā)酵，產(chǎn)生的短鏈脂肪酸等有機(jī)酸導(dǎo)致腸道pH下降，加速了礦物質(zhì)的溶解更利于機(jī)體吸收［12］。

2.7促進(jìn)脂類代謝和抗氧化

功能性低聚糖能降低血清中甘油三酯和膽固醇的濃度，增加血清中的低密度脂蛋白含量，促進(jìn)脂類代謝［22］。

功能性低聚糖通過(guò)降低自由基水平及提高抗氧化酶活性來(lái)發(fā)揮抗氧化作用，能清除脂溶性自由基二苯基苦基，抑制銅催化的低密度脂蛋白過(guò)氧化，降低機(jī)體自由基水平［22］。研究表明，低聚果糖、低聚異麥芽糖和甘露寡糖能提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的活性，這兩種酶是抗氧化酶類系統(tǒng)中主要的兩種酶類［23］。

2.8保護(hù)胃腸道，提高生產(chǎn)性能

功能性低聚糖可以保護(hù)胃腸道，研究發(fā)現(xiàn)乳中寡糖增殖的有益菌所產(chǎn)生的丙酸是黏膜代謝的主要能源物質(zhì)，可以促進(jìn)細(xì)胞的正常成長(zhǎng)［20］。功能性低聚糖增殖雙歧桿菌，雙歧桿菌通過(guò)糖代謝相應(yīng)地增加醋酸和乳酸等有機(jī)酸分泌量，刺激腸道蠕動(dòng)，同時(shí)通過(guò)滲透壓增加糞便水分使排便狀況改善，預(yù)防便秘［24］。

功能性低聚糖可以改善動(dòng)物的生產(chǎn)性能是其多種生物學(xué)功能共同作用的結(jié)果。研究表明，低聚果糖、低聚異麥芽糖和甘露寡糖可以提高仔豬的生產(chǎn)性能、日增重并降低料肉比［23］。

3　畜禽應(yīng)用效果

3.1仔豬

仔豬的腸道微生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育不完善，功能性低聚糖可以調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)系統(tǒng)，改善腸道環(huán)境，降低仔豬腹瀉率，提高仔豬生存率。研究表明，在仔豬日糧中添加功能性低聚糖，能提高仔豬日增重、降低料肉比、降低腹瀉率，顯著降低血脂和膽固醇濃度，提高飼料的利用率和動(dòng)物抵抗力［14］。

3.2奶牛

反芻動(dòng)物瘤胃可以采食飼料合成功能性低聚糖，也可以消化功能性低聚糖，但是瘤胃內(nèi)可合成功能性低聚糖的種類和量不足以滿足奶牛需要，因此加入某些功能性低聚糖，可以提高反芻動(dòng)物的生產(chǎn)性能和健康水平。在日耗料相同的情況下，添加適宜比例的功能性低聚糖可以提高產(chǎn)奶量和奶料比，同時(shí)也可以減少奶牛的腹瀉率及抗生素的使用，達(dá)到綠色養(yǎng)殖的效果［25］。

3.3家禽

提高家禽的免疫力，調(diào)節(jié)腸道菌群環(huán)境和提高動(dòng)物健康水平，同時(shí)可以減少家禽糞中臭味物質(zhì)含量。功能性低聚糖除糞機(jī)制就是功能性低聚糖調(diào)節(jié)腸道菌群，降低腸道pH，減少大腸中蛋白質(zhì)的發(fā)酵和有害微生物代謝產(chǎn)物的量，從而減少腸道和糞中臭味物質(zhì)的產(chǎn)生量［26］。

4　小結(jié)

功能性低聚糖是一種非常有研究意義和價(jià)值的綠色添加劑。功能性低聚糖加工簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，比酶制劑及活菌制劑更易加工。與抗生素相比，功能性低聚糖不僅具有無(wú)耐藥性、無(wú)殘留的優(yōu)點(diǎn)，還有改善腸道環(huán)境，提高動(dòng)物免疫力，改善動(dòng)物生產(chǎn)性能等特色功能［27-35］。在畜牧業(yè)的快速發(fā)展趨勢(shì)下，對(duì)抗生素等化學(xué)制劑應(yīng)用的制約，功能性低聚糖的研究發(fā)展具有良好的市場(chǎng)前景，因此研發(fā)出適合畜牧業(yè)的、便宜有效的、純度較高的功能性低聚糖具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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Research Progress of Functional Oligosaccharides

REN Hongli，WANG Jingjing，SONG Jianlou，WU Hongzhi，DIAO Xinping*
（College of Animal Science and Technology，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

Abstract：Functional oligosaccharides，as akind of green functional additives，can improve animal gut environment，improve animal immunity，replace antibiotics added in feed and non-toxic，no side effect，no bacterial resistance and no drug residues，which is easy to processed and preserved.At present，it has been used in the field of human health and animal husbandry with good effect.

Key words：functional oligosaccharides；immunity；production performance

中圖分類號(hào)：S816.7；Q539

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-0084（2016）04-0035-05

收稿日期：2016-01-11

基金項(xiàng)目：黑龍江省科技廳對(duì)外合作攻關(guān)項(xiàng)目（WB13B101）

作者簡(jiǎn)介：任紅立（1991-），女，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，研究方向?yàn)閯?dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)。

*通訊作者：副教授，碩士生導(dǎo)師，E-mail:diaoxp63@163.com。