新型饲料添加剂——木寡糖

文峰 · 发表于 2007-9-22 09:55:40

长期以来，饲用抗生素在保障动物健康、促进动物生长、提高饲料利用率等方面效果明显，给畜禽生产带来了巨大的经济效益。但随着人民生活水平的提高和健康意识的加强，饲用抗生素所带来的抗药性和有害残留等问题也日益受到人们的重视，于是各国政府纷纷出台措施严格控制抗生素作为饲料添加剂应用。因此，开发抗生素替代品成为了近年饲料添加剂研究的热点。
　　功能性寡糖因其无污染、无有害残留和具有独特的营养生理功能等特点而逐渐成为热门的抗生素替代品之一。木寡糖（Xylo-oligosaccharide,XOS）又称低聚木糖，是一种新型的功能性寡糖，最早作为食品添加剂使用，后来随着研究的深入和生产工艺的改进开始逐渐应用于饲料工业中。目前，在商品生产上一般采用球毛壳霉（Chaetomium globosum）产生的内切型木聚糖酶对玉米芯、甘蔗渣和麸皮等植物原料中的木聚糖进行水解，然后经脱色、脱盐和精制浓缩等步骤而获得（陈瑞娟,1993）。木寡糖除具有其它功能性寡糖的普遍功能外，还具有稳定性好，发挥作用所需剂量小等独特优点。因此，木寡糖作为饲料添加剂的研究和应用正受到业界越来越多的关注。
1、木寡糖的结构与理化性质
1.1 木寡糖的结构
　　木寡糖是由2~7个木糖以β-1,4糖苷键连接而成的寡糖，以木二糖和木三糖为主（郑建仙,2004），它们是木寡糖的主要有效成分。
1.2 木寡糖的理化性质
　　固体木寡糖为淡黄色或浅褐色粉末。木寡糖的稳定性好，在pH值2.5~8.1的范围内100℃加热1h无明显变化；甜度低，纯度为50%的木寡糖甜度仅为蔗糖的30%，且甜味纯正，类似蔗糖；粘度低，木寡糖的粘度是所有寡糖中最低的，并随温度升高而迅速下降；热值低，木寡糖的平均热值约为14.23kJ；水分活度低，木二糖是木寡糖中水分活度最高的，但与同类二糖相比却是最低的，其水分活度与葡萄糖相近；抗冻性好，木寡糖溶液在-10℃以下也不易冻结，优于葡萄糖、蔗糖和麦芽糖。
2、木寡糖的营养生理功能
2.1 改善肠道内环境
　　木寡糖被动物采食后能降低动物肠道内环境的pH值。Campbell等（1997a）和Hsu等（2004）的研究均发现，用含6%木寡糖的饲粮饲喂小鼠可使其盲肠pH值显著降低（P<0.05）。党国华（2004）也报道饲粮木寡糖能显著降低肉仔鸡盲肠和直肠的pH值（P<0.05）。
　　动物胃肠道存在着大量的微生物，当其中的双歧杆菌、乳酸菌等有益菌占优势时能够抑制大肠杆菌等有害菌在肠道内的附着和增殖，从而减少消化道疾病的发生（Meng等,1998）。可见肠道微生态的平衡对于宿主的健康有着极为重要的意义（Floch等,2001）。由于木寡糖对动物肠道有益菌尤其是双歧杆菌有选择性增殖效果，被公认为是一种双歧因子和益生素（Gibson等,1995），因此，国内外就木寡糖调节肠道菌群这一功能进行了大量研究。体外试验表明，木二糖和木三糖分别使青春双歧杆菌浓度从0.10g/L增加到了0.33g/L和0.47g/L（张军华等2005）。
Campbell等（1997a）则报道，木寡糖可以使小鼠粪便和盲肠内的双歧杆菌数显著增加（P<0.05），同时使肠道总需氧菌数显著减少（P<0.05），而总厌氧菌数显著增加（P<0.05）。Hsu等（2004）在对小鼠的研究中也注意到木寡糖可以在显著促进双歧杆菌增殖（P<0.05）的同时抑制梭菌和大肠杆菌的增殖，且效果优于果寡糖。而另外的试验同样表明木寡糖对于两歧双歧杆菌、青春双歧杆菌等双歧杆菌均有明显的促增殖作用（Okazaki等1990;徐勇,2002）。
2.2 改变肠道组织形态
　　木寡糖的摄入可以使肠道组织形态发生改变。Howard等（1995）通过对鼠的试验发现，木寡糖能显著增加盲肠隐窝深度（P<0.05）。Hsu等（2004）也报道，小鼠饲粮添加6%木寡糖后，小鼠盲肠组织、盲肠壁和盲肠内容物分别比对照组增重了4.4g、1.5g和2.7g，差异均显著（P<0.05），同时结肠壁重也有显著增加。Younes等（1995）和Campbell等（1997a）证实，小鼠饲喂含木寡糖饲粮使其结肠和盲肠重以及盲肠壁重均显著增加（P<0.05），但注意到结肠壁仅略有增重，与对照组相比差异不显著。此外，还有研究显示木寡糖有保护动物肠道粘膜的作用，可防止其损伤（Campbell等,1997b）。
2.3 促进动物排便
　　在人体上的试验表明，木寡糖具有增加粪便含水量，促进排便，对于便秘有一定的缓解作用。便秘病人每天服用适量的木寡糖可以使其通便频率增加，粪便保持正常柔软度，但对健康人没有影响（苏小冰,2003）。徐宏君等（2003）则报道，木寡糖口服液对老年便秘有很好的疗效。国外的研究也证实，便秘孕妇服用木寡糖后能使其粪便保持正常的柔软度和颜色，有效治疗便秘而未见副作用（Tateyama等,2005）。
2.4 影响营养物质的代谢
2.4.1 影响动物蛋白质代谢
　　木寡糖能够影响动物机体对蛋白质的吸收和利用状况，但其具体作用尚不明确。Younes等（1995）报道，给小鼠饲喂含7.5%木寡糖的纯合日粮后，血浆尿素氮浓度显著低于对照组（P<0.05），同时粪中氮的排泄量显著增加，尿中氮的排泄量显著减少，与对照组相比差异均达到显著水平（P<0.05）。由于血浆尿素氮、粪氮和尿氮水平反映了饲料蛋白的消化利用情况，因此，该试验说明木寡糖影响了机体蛋白质的代谢状况，导致消化道内饲料蛋白质的分解减弱。而国内则有相反的报道，党国华（2004）注意到在蛋鸡饲粮中添加0.02%的木寡糖使其粗蛋白的表观消化率提高了12.26%，而日增重也比对照组高，表明木寡糖促进了饲料蛋白向动物体蛋白的转化。
2.4.2 调控动物脂肪代谢
　　研究表明，木寡糖具有调控动物脂肪代谢的功能，可以减少动物对脂肪的吸收。党国华（2003）报道，在蛋鸡饲粮中加入0.015%和0.020%木寡糖持续饲喂62d后，其全蛋胆固醇含量与对照组相比分别降低了7.13%和9.14%（P<0.05）。Hsu等（2004）则发现饲粮木寡糖能显著降低小鼠血清甘油三酯含量，但并未发现血清总胆固醇有显著变化。
3、木寡糖的作用机理
　　已经证明，哺乳动物产生的唾液淀粉酶、胰淀粉酶等内源性碳水化合物消化酶主要作用于α-1,4糖苷键，而对寡糖的糖苷键不能发挥作用或分解能力较弱（杨曙明1999;Gibson等,2000）。由于肠道内的消化酶不能水解β-1,4糖苷键，因此，木寡糖不会在胃肠道上段被消化酶水解，而会在消化道后段被肠道微生物发酵，并且木寡糖能够被肠道微生物很好地利用（Cummings等,2001）。木寡糖在肠道内经有益微生物发酵后的主要产物为乳酸、乙酸、丙酸等短链脂肪酸（SCFA）和CO2等气体（Okazaki等,1990;Gibson等,2000）。Younes等（1995）和Campbell等（1997a）的研究表明饲粮木寡糖使小鼠盲肠短链脂肪酸（SCFA）浓度显著升高（P<0.05）。这些木寡糖的代谢产物可能正是使动物肠道内pH值降低的原因。
　　木寡糖被肠道微生物降解后的产物SCFA是一种有益于宿主健康的物质（Buddington等,2001）。其中丁酸盐被结肠上皮细胞作为首选的能量来源和原料，可以促进结肠上皮细胞的增殖（Roediger,1982;Sakata,1987），这可能是肠粘膜隐窝深度增加的原因。同时木寡糖在肠道内的发酵速度较慢（Smiricky-Tjardes等,2003），并且持续时间较长，使木寡糖通过消化道的时间相对较长，肠道内容物因此在肠道内长时间停留，从而导致动物肠道组织变厚增生，重量增加，肠壁粘膜变薄，有利于营养物质的吸收。
　　木寡糖进入动物消化道后不能被消化酶水解，而在肠道内被微生物所利用。研究表明，双歧杆菌含有一种D-木糖苷酶，可以特异性的将木寡糖水解为木糖；木糖进而转化为有机酸；而有机酸则成为了双歧杆菌增殖、生长的碳源（苏小冰等,2004），因此，木寡糖可以选择性的促进双歧杆菌增殖。Sharon等（2004）研究认为，微生物在活细胞上的附着受其表面的外源凝集素调节。同时，Stavric（1992）也报道，双歧杆菌等有益菌阻止病原菌附着在肠粘膜上的机理可能是有益菌与肠粘膜粘附受体的结合达到饱和状态后竞争性的抑制病原菌粘附。Meng等（1998）则发现，双歧杆菌表面可能拥有一种以上外源凝集素类物质，这种结构使双歧杆菌有比其它微生物更多的与肠粘膜细胞结合的位点，从而有比其它微生物更多的机会与肠粘膜结合。因此，木寡糖不仅能促进双歧杆菌的增殖，还能通过间接途径抑制病原菌在动物肠道内的吸附和定植。
　　Mortensen（1992）、Levrat等（1993）研究发现，血液中的尿素是盲肠微生物蛋白质合成最主要的氮源，血液中的尿素转移到动物肠腔中以后被微生物的脲酶水解成为氨而用于其自身蛋白质的合成。而微生物对进入肠腔中的血液尿素的大量利用又形成了肠壁血管与肠腔间尿素的浓度差，在渗透效应的作用下血液中的尿素大量向结肠末端和大肠中转移（Younes等, 1995）。由于木寡糖能大量促进动物肠道微生物的增殖，使微生物对尿素需求量的大量增加，从而导致动物血浆尿素氮浓度降低，进而使尿中氮排泄量减少。另一方面，由于最终所有的微生物蛋白都要经粪便排出动物体外，因此这就造成了动物粪氮的增加。
　　木寡糖调控脂肪代谢的机理可能与其增殖肠道有益菌有关。张永福（1999）报道给30周龄的罗曼蛋鸡饲喂添加微生态制剂的饲料能使全蛋胆固醇下降15.91%，脂肪降低11.7%。关于木寡糖调控动物脂肪代谢的具体机理目前尚不明确，有待于进一步研究。
4、木寡糖在动物生产中的应用
4.1 应用效果
　　随着木寡糖工业化生产水平提高和工艺的改进，木寡糖在动物生产上得到了广泛的应用。研究发现，在蛋鸡饲粮中添加0.015%~0.02%的木寡糖能极显著提高产蛋率，降低料蛋比（P<0.01）（党国华等,2003）。而国内其它试验也发现仔猪和肥育猪饲料中添加0.17%的木寡糖添加剂可以极显著提高仔猪和肥育猪的生产性能，提高经济效益（勇强,2004）。
　　肠道大肠杆菌和沙门氏菌被认为是造成动物腹泻的罪魁祸首（Levine,1987;Bhan等,1989）。由于木寡糖可以大量增殖动物肠道内的有益菌，并且抑制大肠杆菌和沙门氏菌等有害菌在动物肠道内的吸附定植，因此木寡糖对于降低动物腹泻率和减少动物疾病发生具有一定的效果。蒋正宇等（2005）报道，在肉鸡饲粮中添加木寡糖可以降低其死亡率。而杨廷桂等（2005）在肉鸭上的研究也发现了相同的结果。
　　杨廷桂、蒋正宇（2005）研究发现，木寡糖替代部分抗生素应用于畜禽生产时效果比较理想，这可能抗生素与木寡糖有一定的协同效应。
　　此外，由于木寡糖具有纯正的甜味，因此其对动物有一定的诱食作用。在饲料中添加木寡糖可以改善饲料的适口性，增强动物的食欲。
4.2 应用的注意事项
　　目前，木寡糖在动物生产上的应用方式主要是在动物饲料中添加木寡糖产品。苏小冰等（2003）研究表明，动物摄入0.7g木寡糖就可以达到要摄入8ｇ果寡糖或15g低聚异麦芽糖才能达到的效果，可见木寡糖具有极高的效率。但对于其添加剂量应视动物种类、年龄、生理状况、饲养环境和饲养管理方式等不同而有所差异。如果添加量不足则无法体现其效果，但如果添加过量则容易适得其反，造成动物拉稀、胀气等。不同的研究中木寡糖的添加剂量差异较大，木寡糖在肉鸡和蛋鸡饲粮中的添加剂量为0.005%~0.02%（党国华,2003;蒋正宇,2005），而在小鼠饲粮中的添加剂量为6%~7.5%（Campbell等,1997a;Hsu等,2004）。但是对于木寡糖在猪和反刍动物饲粮中的适宜添加剂量未见报道。木寡糖在动物饲粮中的添加剂量不同可能与木寡糖产品性状、饲料原料中的木寡糖含量、畜禽品种有关，但其适宜添加剂量还有待于大量的研究确定。
　　日本Suntory公司最早开始木寡糖的工业化生产，我国在“九五”期间开始对木寡糖的工业化生产的研究，并于2003年开始生产饲用木寡糖。目前，木寡糖饲料添加剂在动物生产中的应用研究尚不多，实践资料的积累也较少，因此其在动物生产上的应用推广还需要大量的工作。
5、结语
　　木寡糖作为一种新型的饲料添加剂因其独特的营养生理特性而日益成为最具潜力的动物保健品和抗生素替代品。然而木寡糖的研究历史还很短暂，且在畜禽上应用的报道还较少，尚有许多问题没有被认知。笔者认为木寡糖未来在动物营养上的研究发展方向应是：
一是针对木寡糖在猪和反刍动物等畜禽上的应用进行系统研究，了解其对动物营养生理、肠道微生态、免疫机能等的影响。
二是对木寡糖影响动物肠道菌群、营养物质代谢和免疫机能的确切机制作进一步研究，为木寡糖的合理应用提供理论依据
三是进一步进行大规模试验，以确定不同纯度木寡糖产品在不同动物饲料中的适宜添加剂量，为在饲料工业中合理使用木寡糖提供依据。（

[ 本帖最后由 horse 于 2007-9-27 10:55 编辑 ]