果寡糖在仔猪生产中的应用研究进展

　　摘 要：果寡糖是一种新型的绿色饲料添加剂。它可选择性促进机体肠道内健康微生物菌群的组成，从而改善肠道微生态系统；刺激动物机体的免疫反应机能，增强动物对疾病的抵抗力；促进新陈代谢，提高动物的生产性能和经济效益等。本文综述了果寡糖的结构、理化性质及其在仔猪生产中的作用及其机理，并对果寡糖应用前景做出展望。

　　关键词：果寡糖；仔猪生产；应用；研究进展

　　仔猪断奶后，由于消化系统发育尚未完善、胃、胰腺和肠内酶的产生或活性不足、肠上皮细胞形态学发生改变、胃酸分泌不足或日粮造成胃内pH值升高、环境改变等原因，引起消化机能紊乱，导致生长缓慢、腹泻至死亡。为了克服仔猪断奶后的消化紊乱，过去采用的措施是使用抗生素。但后来人们发现，在饲料中添加抗生素也带来了种种弊端，如引起动物肠道菌群失调、出现内源性感染、二重感染或定位转移、耐药菌株增多、动物免疫功能受挫、禽产品质量下降、药物残留并且通过食物链影响人类健康和生态环境等，因此人们对抗生素添加剂产生了反感。寻找一种无残留、无毒害、无耐药性的新型饲料添加剂来替代抗生素已成为畜牧业可持续发展的必然趋势。果寡糖由于自身的理化性质和已经明确并逐步深入研究的生理作用，正成为动物营养研究中促进动物生产性能提高、新型绿色环保高效的抗菌促生长添加剂，日益成为动物营养学研究的热点。

　　1  果寡糖的结构及理化性质

　　果寡糖(Fructooligosaccharides，FOS)又称低聚果糖、蔗果三糖族低聚糖等。它的分子式为G-F-Fn(G葡萄糖，F为果糖，n=1-3)，是在蔗糖分子上以β-1、2糖苷键结合1-3个果糖分子所形成的一组寡糖的总称。目前作为添加剂应于用于饲料中的主要产品是分别在蔗糖分子上联结1个、2个、3个D-果糖形成的果寡三糖(GF2)、果寡四糖(GF3)和果寡五糖(GF4)。在饲料工业中一般采用将微生物中β-呋喃苷酶或果糖转移酶作用于蔗糖而获得产品。

　　固体果寡糖为无色粉末，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。溶液在中性条件下，120℃还非常稳定；在酸性条件下(pH=3 时)，温度达到 70℃以后，稳定性才显著降低。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0℃-70℃范围内，果寡糖的黏度随温度的上升而下降。热值含量低，体内测定的果寡糖热值仅为6.28J/g。另外，果寡糖的防霉性能好，并吸湿性低，可缓解饲料因吸湿而发霉，变酸，可以延长饲料保存期。

　　2　果寡糖在仔猪生产的应用

　　2.1　减少仔猪腹泻率，降低仔猪疾病的发生

　　有许多报道指出，在仔猪日粮中添加果寡糖可以降低其腹泻率，减少疾病的发生。王亚军(2000)等发现，在仔猪饲料中添加0.2%的果寡糖可使仔猪腹泻率降低77.88%。石宝明等(2000)报道，向仔猪日粮中添加0.1%-0.2%的果寡糖可以显著抑制大肠杆菌的增殖。马秋刚等(2004)报道日粮中添加0.4%果寡糖能够有效降低腹泻率。罗海洋等(2006)试验表明，在仔猪日粮中添加0.15%复合寡糖(果寡糖和甘露寡糖)比对照组明显降低了仔猪的腹泻发生率28.57%，但添加0.3%复合寡糖反而显著了提高仔猪的腹泻发生率45.5%。彭小兰等(2007)报道，在28日龄断奶仔猪中添加不平的果寡糖能不同程度降低腹泻率，添加0.4%果寡糖仔猪腹泻率较对照组降低86.1%。

　　以上研究表明在仔猪日粮中添加0.1%-0.4%果寡糖能减少仔猪腹泻率，这可能与果寡糖能调节肠道菌群的生理功能有关。首先，果寡糖可以改善消化道微生物区系，促进有益菌的生长发育，同时抑制病原菌、腐败菌的繁殖。这是因为果寡糖单糖分子以β-1、2 -糖苷键相结合，而动物自身分泌的α-淀粉酶、蔗糖酶、麦芽糖酶只能降解a - 1、4糖苷键，所以果寡糖大部分能通过胃和小肠，以未被降解的形式进入大肠，而大肠中的乳酸杆菌、双歧杆菌和梭状芽孢杆菌可产生一系列的果糖苷酶，这些有益菌利用果寡糖作为营养物质大量繁殖，同时双歧杆菌和乳酸杆菌可将果寡糖发酵，生成有机酸，从而降低肠道pH值，抑制包括很多革兰氏阴性菌在内的病原菌的繁殖，并产生可以抑制有害菌的细菌素、过氧化氢等。同时还可在肠道中合成蛋白质及B族和K族维生素。其次，能结合吸收外源性病原菌。许多病原菌(如大肠杆菌、沙门氏菌、霍乱菌和梭状芽孢杆菌)表面含有外源凝集素，它能识别动物肠壁细胞上的“特异性糖类”受体并与之结合，在肠壁发育繁殖导致疾病发生。果寡糖在肠道上具有与病原菌相似的结构，因此它可竞争性地与病原菌结合，阻止病原菌黏附在肠上皮上(王洪刚等，2002)，由于它不能利用果寡糖，最终饥饿死亡，失去致病能力，随动物粪便排出体外。另外，果寡糖促使肠道双歧杆菌乳酸菌大量繁殖，而嗜酸杆菌有很好的粘附能力，可通过竞争生存空间达到抑制病原菌的目的；而芽孢杆菌则通过消耗肠内氧形成厌氧环境，有利于厌氧微生物的生长，从而把失调菌群恢复到正常状态。

　　2.2　提高仔猪免疫力，增强仔猪潜在的抗病能力

　　高峰(2001)发现在仔猪饲料中添加0.17%果寡糖能使断奶仔猪甲状腺素(T4)和白细胞介素-2(IL-2)含量显著升高，IL-2由活化的T淋巴细胞产生，其主要活性是促进T淋巴细胞和NK细胞的增殖，促进B细胞的分化和增殖，促进抗体生成等。宋小珍等(2005)试验表明，在日粮中添加寡聚糖能显著或极显著地提高仔猪血清中IgG水平，在一定程度上说明果寡糖能诱导各种免疫功能的活化，具有免疫增强剂功效。岳文斌等(2006)研究果寡糖和甘露寡糖通过刺激免疫器官的生长发育，促进CD4﹢、CD8﹢T淋巴细胞的分化，提高血清免疫球蛋白A、G、M水平，最终增强了由T、B淋巴细胞所介导的细胞免疫和体液免疫。果寡糖一般通过以下途径对动物免疫产生影响：

　　①作为免疫佐剂和抗原，增加免疫系统对疫苗、药物和抗原免疫应答，直接参与机体细胞免疫和体液免疫调节(Newman，1994)；②促进肝脏分泌糖蛋白，结合细菌引发机体多级免疫功能；③不仅与病原菌表面的PHA特异性结合，而且也能与一定毒素、病毒、真核细胞的表面结合。结合后作为这些外源抗原的助剂，减缓抗原吸收，刺激机体免疫系统，提高动物的免疫应答能力。双歧杆菌激活机体吞噬细胞的吞噬能力，并促进与抗氧化有关的Ca、Zn、Se等矿物微量元素的吸收，加强非特异性免疫。

　　2.3　提高仔猪日增重，降低料肉比

　　大量试验表明，果寡糖可提高仔猪的日增重和饲料转化率，改善饲料中营养物质消化率。卢福庄等(1999)报道，在断奶仔猪日粮中添加0.2%的果寡糖，可提高仔猪日增重6.0%，降低料肉比11.7%。王亚军等(2000)报道，在仔猪日粮中增加0.1%的果寡糖，仔猪断奶日增重可提高19.88%(P＜0.01)，采食量增加18.04%，料肉比降低2.2%(P＜0.05)。陈旭东等(2003)在玉米-豆粕型日粮中添加0.4%果寡糖饲喂35日龄仔猪，试验猪日增重显著增加(P＜0.01)，料肉比显著降低(P＜0.05)。马秋刚等(2004)在断奶仔猪添加0.2%、0.4%、0.6%果寡糖，结果表明，各组日增重均有提高，分别提高5%、24%和6%，其中以添加0.4%果寡糖组效果最好。韦启鹏等(2004)]研究表明，果寡糖与甘露寡糖联合使用能显著提高仔猪的日增重，降低仔猪的料肉比。宋小珍等(2005)试验表明，在日粮中添加适宜的寡聚糖能显著提高(P＜0.05)仔猪日增重，改善饲料报酬。彭小兰等(2007)研究表明，在28日龄断奶仔猪日粮中添加0.4%果寡糖，平均日增重较对照组提高17.7%，饲料利用率较对照组提高9.3%。以上所有研究表明，果寡糖具有提高仔猪日增重，提高饲料转化效率，从而提高仔猪生长性能。这可能与果寡糖在体内的以下生理功能有关。

　　第一，改善肠道生理结构。Howard(1995)试验指出，新生仔猪补饲果寡糖后盲肠上皮粘膜细胞密度及标记细胞粘膜隐窝加深，标记细胞高度，细胞密度，标记细胞，增殖区细胞及标记指数增加。并有防止粘膜上皮萎缩作用。Campell等(1996)报道，日粮中添加6%的果寡糖，盲肠丁酸浓度上升，盲肠短链脂肪酸(SCFA)上升，pH值降低；盲肠总重及盲肠壁重增加，但对结肠壁重没有影响；盲肠中双歧杆菌及厌氧菌数增加，好氧菌数减少。日粮中果寡糖被代谢后产生SCFA，降低pH值及促进双歧杆菌的增殖而改善肠道健康。Maria等(2000)证实，果寡糖能增加鼠的盲肠湿重，盲肠壁重及其内容物重。果寡糖在肠道内降解产物可被肠细胞吸收利用，为肠细胞增殖提供能源，例如，降解产生的丁酸盐是细胞生长的首选原料，且通过稳定DNA和修复损伤来促进正常细胞的形成，从而能增加肠黏膜隐窝深度及隐窝内细胞的密度(Sakata，1987；胡彩虹，2003)。

　　第二，改善新陈代谢，促进多种营养物质吸收。许多研究证实，果寡糖使肠道有益菌增殖、发酵，产生乙酸、丙酸和丁酸等有机酸代谢产物，降低肠道pH值，溶解肠道内容物中不溶性钙盐、镁盐，从而促钙、磷、镁等离子的吸收。Delzenmen等(1995)报道果寡糖能减少动物粪中矿物质的排泄，明显增加钙、镁、锌和铁的吸收和沉积，而不对试验动物血液中的各矿物质的浓度产生影响。Ohta(1995)报道，日粮中补充5%果寡糖可使大鼠对钙，镁的吸收率分别增加28%和41%。Ohta(1998)又报道，大肠中钙的吸收率和钙结合蛋白的相对含量呈正相关，而小肠中钙的吸收率与钙结合蛋白(D9K)的相对量呈负相关，补充果寡糖后增加了大肠中而小肠中钙结合蛋白(D9K)水平，这表明果寡糖可能通过转细胞途径刺激了大肠中钙的吸收。

　　第三，果寡糖对动物的粪氮代谢与尿氮代谢具有调节作用。高峰(2001)在断奶仔猪的饲料中添加0.17％果寡糖后发现，果寡糖组血液尿素氮含量极显升高，血液尿素氮水平反映饲料蛋白利用情况，这表明消化道内饲料蛋白质的分解加强；同时也发现仔猪日增重较对照组高，日增重提高表明动物体蛋白质合成增强，由此表明：果寡糖影响了机理蛋白质的代谢状况。Younes等(1995)报道，大鼠日粮中补充7.5％的果寡糖，从血液流入盲肠中的尿素氮增加120％，盲肠中净氮沉积增加一倍，粪氮占总氮排泄量的比例由10％提高到28％，血中尿素及肾中氮排泄均减少20-30％。

　　第四，果寡糖具有降脂效应，Hata(1994)报道果寡糖能降低血液中胆固醇含量，在日粮中加入果寡糖后，大鼠肠道微生物发酵产生的乙酸减少，而丁酸和丙酸的量上升，丙酸又通过门静脉到达肝脏后对胆固醇的合成进行调控，从而改善脂质代谢。研究表明(Kok et al. 1996a and 1996b)，果寡糖显著降低了血及肝脏中的甘油三酯与磷脂水平，肝脏中甘油-3-磷酸水平上升而甘油-3-磷酸酰基转移酶活性下降（甘油脂合成降低）；分离的肝细胞由标记乙酸合成及分泌甘油三酯的量下降，脂质合成的关键酶-脂肪酸合成酶活性显著降低；但对血中非酯化脂肪酸水平没有影响，这表明果寡糖能过降低肝脏中脂肪酸的合成而降低了血清甘油三酯水平。许梓荣等(2002)研究表明：果寡糖可能通过改为结肠发酵而抑制胆固醇的吸收和合成以及增加粪便中胆固醇和胆汁酸的排出，从而改善肥育猪胆固醇代谢。

　　3 果寡糖使用效果的影响因素

　　从果寡糖饲用效果来看，大多数试验证明果寡糖具有较好的作用，但有些试验效果有显著差异，甚至有少数试验报道认为在饲料中添加果寡糖无效果或有负面影响。这可能与以下影响因素相关。

　　3.1　日粮组成 　

　　不同的日粮中添加果寡糖的效果也不同。如玉米中果寡糖含量很低，其使用效果明显，但大麦、小麦、大豆等日粮中含较多的非消化糖类，对果寡糖有一定“掩盖或稀释效应”可能会影响其使用效果。

　　3.2　果寡糖的聚合度 　

　　果寡糖的来源和生产途径等因素也会对果寡糖的添加产生影响，现在使用的果寡三糖、果寡四糖和果寡五糖使用效果都不一样，试验表明：不同种类果寡糖的转运和吸收情况不同，果寡三糖和果寡四糖比果寡五糖更容易被转运和吸收。因此，果寡糖的不同聚合度，对使用效果也有影响。

　　3.3　果寡糖的添加量 　

　　果寡糖添加量不足，起不到明显的使用效果(Stricking，2000)；过量的添加，不仅增加生产成本，又会使动物产生软粪，严重时产生下痢，降低饲养效益(胡彩虹，2003)；在断奶仔猪添加0.2%、0.4%、0.6%果寡糖，各组日增重均有提高，其中以添加0.4%果寡糖组效果最好(马秋刚，2004)；Orban(1994)等认为猪日粮中的寡糖的最大添加为 2%，达到 4%时其增重反而下降6%。

　　3.4　动物种类和使用阶段 　

　　不同动物的消化道结构和功能都不同，使用效果也存在差异。即使在同一动物的不同生长阶段，消化道结构也会有差异，因此使用阶段也要掌握好。研究表明：仔猪断奶后，由于饲粮的变化，自身免疫水平下降等原因，肠道菌群也发生变化，总趋势是大肠杆菌等致病菌浓度上升，而乳酸菌等有益菌明显下降(Mathew，1997)易导致仔猪腹泻等消化道疾病，因此，在该阶段添加果寡糖可能会更好。

　　3.5　饲养条件 　

　　良好饲养管理条件下，在日粮中添加果寡糖其使用效果不明显。只有当生产性能的影响受肠道因素影响较大时，其促生长作用才能明显表现出来，在一般生产场，当仔猪日粮中添加0.3%果寡糖时，体增重可提高13%；但在卫生条件较好的养殖场，体增重仅提高4%。

　　3.6  与抗生素及益生素的协同作用

　　果寡糖能增殖肠道有益菌，而抗生素能有效抑制大肠杆菌等肠道有害菌在动物体内的定植。研究发现，二者具协同作用，果寡糖部分替代抗生素时添加效果更好(傅国栋，2003)。将果寡糖与益生素共同使用，可以延长饲用微生物的作用时间，促进其在肠道内的定植和生长。

　　4   前景展望

　　果寡糖是一种新型的绿色环保型饲料添加剂，它具有促进动物生长、提高饲料报酬、提高动物免疫能力和繁殖力等多种功能，是替代抗生素最有潜力的一种添加剂。目前，我国果寡糖生产已从原来的液体深层发酵转向采用固定化酶法。酶解法虽然明显提高了果寡糖的产量和质量，但生产菌的酶活性低、稳定性差，而果寡糖价格高，这些因素制约了果寡糖在食品工业和饲料工业中的应用。因此，今后研究发展方向应是要筛选高酶活菌株，并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，果寡糖在不同种类、不同生长阶段的动物日粮中的最佳添加剂量和对动物机体免疫功能及作用机理方面还不是很清楚，有待进一步研究。