寡糖在水产养殖中的应用

湖南农业大学动物营养研究所/袁钟宇 张石蕊

长沙学院生物工程与环境技术系/张建社

摘要 功能性寡糖已经被广泛的应用于食品、医药、农业和饲料等行业，具有维持动物正常的消化道环境，提高生产性能，增强动物机体的免疫力和抗病力及促进脂类代谢等功能。此文就寡糖的基本特征，作为饲料添加剂对水产动物的生物学效应、应用前景进行了综述分析。

关键词 寡糖；水产动物；免疫增强作用

寡糖又称低聚糖或寡聚糖（oligosaccharide），是由2～10个单糖通过糖苷键连接形成的直链或支链的低度聚合糖类的总称。寡糖最早是作为人类功能性食品，作为饲料添加剂是近10年内才发展起来的。它具有结构稳定、贮藏加工过程中不易失活、无毒无害无残留、可提高抗病能力与生产性能等优点，是一种新型的绿色饲料添加剂。寡糖以功能性食品形式用于食品工业，早已经开始了深入系统的研究^[1，2]，而在畜牧业生产中也被作为新型的饲料添加剂广泛运用^[3，4]，水产饲料中添加寡糖并运用于养殖过程的也有许多报道，但大多都局限于添加寡糖的效果，而不同寡糖对不同水产动物的作用机理，以及最佳添加量等还有待深入研究。饲料中添加微生态制剂技术已是生产无公害水产品的关键，由于益生素易失活、不易储存和运输等种种缺点，优势突出的寡糖在水产养殖上具有广阔的发展前景。

1  寡糖的种类

寡糖的种类很多，约有1000种以上，分子量均在300～2000道尔顿。寡糖不能被水产动物自身分泌的酶消化，几乎不被有害菌利用，但能被肠道中的有益菌利用。肠内的双歧杆菌、乳酸杆菌等均是消化道里的重要有益细菌，寡糖对它们进行刺激生长繁殖或激活代谢功能，从而起到调节动物胃肠道微生物区系平衡的作用。寡糖的种类很多，而水产动物营养研究和应用中的功能性寡糖主要有以下几种：壳聚糖（Chitosan）、甘露寡糖（Mannanoligosaccharides）、果聚糖（Fructooligosaccharides）、葡萄糖寡糖（Glucooligosaccharides）、木聚糖（Xylooligosaccharides）及低聚乳糖（Lactooligosaccharides）等^[5]。这些寡聚糖可以由某些细菌的细胞壁提取物获得，这是由于细胞壁内胞内酶可以利用底物（如蔗糖、麦芽糖等）合成寡糖，例如甘露寡糖从酵母细胞壁提取物中通过高效液相色谱分离可以得到。常见的功能性寡糖的制法、功能或用途见表1。

表1  常见功能性寡糖的制备、功能或用途^[6]

名称

单糖分子

制 备

功能或用途

壳寡糖

乙酰氨基葡萄糖

弧菌（Vibrio anguilarum E-383）在含有胶状几丁质的培养集中培养，可获得N-乙酰酮二糖。B.licheniformis X-70可分解基质中90％的几丁质，产生大量的(GlcNAc)₂

N-乙酰葡萄糖胺以β-1，4糖苷键结合的小糖，具有促进免疫及抗肿瘤活性

甘露寡糖

甘露糖

来自瓜胶或魔芋的甘露聚糖，经β-甘露聚糖酶作用生成

双歧杆菌增殖因子，影响糖代谢，促进肠道功能

果聚糖

果糖

将微生物中的β-呋喃苷酶或果糖转移酶作用于蔗糖制备获得

双歧杆菌增殖因子，促进盲肠上皮黏膜细胞的增殖

木聚糖

木糖或其它碳糖

采用球毛壳霉（Chaetomium globe sum）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

使肠道组织变厚增生，重量增加，肠壁粘膜变薄

半乳糖胺寡糖

半乳糖 甘露糖

多聚糖半乳糖胺经Pseudomonase sp．产生的聚半乳糖胺酶水解产生

抗霉菌，抗细菌

菊寡糖

果糖

菊糖或含有菊糖的植物体粉末的50%～70%水溶液

双歧杆菌增殖因子，并具有激活吞噬细胞，降低体脂的作用

2  寡糖对水产动物的作用

2.1 对肠道微生物的影响

寡糖类物质被认为是重要的肠道功能调节剂，能改善动物消化道微生物区系，促进消化道有益菌的生长，抑制有害微生物的繁殖。肠道的病原菌（如大肠杆菌、沙门氏菌、梭状芽孢杆菌等）必须首先通过其表面或绒毛上类丁质结构的外源凝集素与动物肠道黏膜上皮细胞特异性的寡糖分子受体相结合，才有可能在肠壁定植和繁殖。因此，这种结合是各种外源细菌病的先决条件和触发因子。许多肠道病原菌具有对寡糖特异结合的外源凝集素。换言之，寡糖可以作为病原菌的竞争排斥因子，为病原菌提供丰富的附着点，以此来吸附细菌，使得病原菌无法结合到动物肠壁上。由于多数寡糖不被消化酶降解，它们携带附着的病菌通过肠道。细菌得不到生长所需的养分而失去致病能力^[7]。

目前，大量的研究已经证实，鱼类肠道内存在着正常的细菌群落^[8-10]。正常菌群在宿主体内生存和增殖，对维持宿主组织器官的正常结构和功能具有十分重要的作用。蔡雪峰等报道，在虹鳟幼鱼饲料中添加不同浓度的壳寡糖，各组肠道菌群的组成随壳寡糖浓度的变化而变化，但各组虹鳟幼鱼肠内细菌的总数之间没有显著差异（P>0.05）^[11]。Mahious等在大菱鲆（turbot）的生长试验中也得到了类似的结果：在试验组中分别添加2%的菊粉、寡糖和低聚乳果糖，各组肠道微生物的总数差异不显著，但微生物种类以及占主导地位的菌种差异显著，肠道中大肠杆菌的数量明显减少，双歧杆菌、乳酸杆菌的数量明显增加^[12]。

2.2 寡糖的促生长作用

寡糖主要通过以下途径对动物的生产性能产生影响：①促进肠道有益菌的增殖，抑制病原菌和腐败菌，使它们产生的毒素如胺、氨、吲哚等有毒有害代谢产物大量减少，减少动物疾病及腹泻等的发生率；②肠道组织变厚增生、重量增加，肠绒毛高度增加，肠壁黏膜变薄，从而增强消化功能，更好地消化吸收营养物质；③促进矿物质元素的吸收，寡糖发酵产生的酸性物质能吸附钙化合物使其溶解性增加，从而导致钙吸收能力增强；④生成营养物质，双歧杆菌在肠道能合成维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、烟酸、叶酸和各种氨基酸[3]。

Refstie等给大西洋鲑鱼分别喂不含寡糖和含少量寡糖的饵料55 d，结果发现饲喂寡糖的大西洋鲑鱼在增重率、饲料转化率以及蛋白质、脂肪消化率等方面均与对照组差异显著^[13]。曹丹等分别给异育银鲫饵料添加0.0%、1.0%、1.5% 、2.0%的壳聚糖，饲喂60d，发现试验组的增重率均比对照组显著提高，添加1.0%组的增重率比对照组提高49.02%（P<0.01）^[14]。肖明松等将鲤鱼分成5个组，分别在基础日粮中添加0 g/kg、0.3 g/kg、0.8 g/kg、1.3 g/kg、1.8 g/kg的果寡糖，饲喂30d。添加果寡糖的各试验组鲤鱼相对增重率与对照组相比均有显著提高（P<0.05），而饲料系数显著降低（P<0.05）^[15]。

2.3 对血液生化指标的影响

寡糖能够降低血清中甘油三酯和胆固醇浓度，进而改善脂类代谢^[16]，同时还能够降低血液中的尿素氮水平，提高蛋白质沉积率，降低尿素在肾脏中的沉积，从而减少肾脏尿素中毒的可能性。此外，寡糖的添加还对血液中的免疫球蛋白（IgG、IgM等）、生长激素（GH）、谷草转氨酶（AST）、谷丙转氨酶（ALT）和乳酸脱氢酶（LDH）等都有一定的影响^[2，3]。姜会民在鲤鱼的基础日粮中添加酵母甘露寡糖，显著增加了血液中SOD和钙离子的浓度，血液中总蛋白、白蛋白、球蛋白含量随MOS的添加而升高^[17]。肖明松等在中华鳖的饲料中添加不同浓度的果寡糖，结果表明果寡糖可以显著降低血清中尿素氮、甘油三酯及胆固醇的含量，提高总蛋白和白蛋白的含量（P<0.05）^[18]。马力等将南美白对虾分成5组，饲料中分别添加壳寡糖0 mg/kg、125 mg/kg、250 mg/kg、500 mg/kg、1000 mg/kg，饲喂8周，发现壳寡糖对南美白对虾血清中的肌酐、葡萄糖、钙离子、总胆固醇、甘油三脂和低密度脂蛋白胆固醇均无显著影响，但可使高密度脂蛋白胆固醇显著增加，促进脂类代谢^[19]。

血清溶菌酶活性是鱼类机体非特异性免疫反应的重要指标，其活性的提高表明巨噬细胞、多型核白细胞的活性加强。把罗非鱼分为对照组和4个处理组，处理组是：分别在基础日粮上添加0.2%低聚异麦芽糖、0.6%低聚异麦芽糖、0.2%低聚果糖、0.6%低聚果糖，饲喂58d。结果发现添加0.2%低聚异麦芽糖组罗非鱼血清溶菌酶活性显著高于对照组（P<0.05），而其他各试验组的血清溶菌酶活性也较对照组高^[20]。Dautremepuits等把健康鲤鱼置于溶解有壳聚糖浓度分别为75 mg/L、150 mg/L的水中作试验组，正常饲养96h，之后采集鲤鱼的肝、头肾等组织并检测其溶菌酶活性，发现试验组的溶菌酶活性和对照组之间差异显著^[21]。这些生化指标的变化直接或间接的反映了寡糖投喂后对鱼类生长代谢的作用。

2.4 对免疫机能的促进作用

大量的研究均表明寡糖能够增强机体的免疫功能，其主要作用机理如下：①寡糖本身具有一定的免疫原性，能够刺激机体免疫应答；②寡糖分子与肠道内有害微生物的肠内皮细胞上受体的结构相似，因此能与一定的毒素、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；③据研究，肝脏能够分泌一种与甘露糖结合的糖蛋白，这种蛋白质能与细菌夹膜相粘接并触发一连串的补体，从而启动免疫系统产生应答反应。含甘露糖的寡糖能够刺激肝脏分泌甘露糖结合蛋白，因此可影响免疫功能；④寡糖可促进有益菌如双歧杆菌等的大量增殖。研究表明双歧杆菌可以提高机体的抗体水平，激活巨嗜细胞的吞噬活性，从而影响机体的免疫功能^[3]。从海藻中分离出来的水溶性的低分子量1，3和l，6-β-D-葡聚糖对动物和植物来说是一种有效的、无毒的免疫增强剂。它还具有抗辐射、抗肿瘤和抗菌等活性^[22-23]。Dautremepuits等把健康鲤鱼置于溶解有壳聚糖浓度为150 mg/L的水中作试验组，正常饲养96 h，之后采集鲤鱼的肝、头肾等组织，测其抗体水平，发现试验组的总抗体量和对照组差异显著；另一组寄生有Ptychobothrium sp的鲤鱼饲养于壳聚糖浓度和铜离子浓度分别为75 mg/L和0.1 mg/L的水中，检测结果仍是试验组的总抗体量和对照组差异显著^[21]。张红梅等在鲤鱼饲料中添加酵母甘露寡糖，结果表明，试验组免疫器官胸腺和脾脏成熟快，T淋巴细胞和B淋巴细胞增多，能产生大量抗体，提高了鲤鱼的免疫功能^[24]。肖明松等发现，在中华鳖饲料中添加不同浓度的果寡糖和糖萜素，能显著提高中华鳖免疫器官的重量和免疫器官指数，但在不同添加水平上中华鳖免疫器官的重量和免疫器官指数增加程度不同^[25]。由此可见，寡糖能促进水产动物机体免疫机能的改变，提高机体抗病能力。

3  寡糖运用的注意事项

3.1 寡糖在饲料中添加量

寡糖在饲料中添加量不能盲目加大，虽然寡糖具有增殖有益菌的特性，但由于是非消化糖类物质，动物不能或极少吸收。如果添加量过大，会引起消化不良性腹泻，而且饲养成本还会提高；如果添加量不足，则效果不明显。因此应根据动物种类、寡糖种类适当添加，才能达到较好的饲喂效果。马利等报道，南美白对虾饲料中壳寡糖添加250mg/kg～500mg/kg为宜^[19]；肖明松等发现果寡糖和糖萜素在中华鳖饲粮中的适宜添加量为600mg/kg～l 000mg/kg^[23]；郝林华等报道牛蒡寡糖在鱼饲料中适宜添加量为2.0%^[26]。

3.2 寡糖的来源

不同来源的寡糖被有益菌利用的情况不同，原因是短链带分支的糖类物质在通过肠道时不能全部被动物消化吸收。动物对糖类物质的消化主要依赖于动物的肠壁及消化腺分泌的消化酶来完成，而消化酶对碳水化合物的分解仅限于直链的α-1，4糖苷键，对分支的寡糖则很难分解或分解能力很弱。实际生产中，只有选择特殊的短链带分支的糖类物质，才能达到被肠道有益菌唯一利用的目的。

3.3 寡糖的添加方式

    寡糖具有增殖有益菌、抑制有害菌、增强动物机体免疫力的作用，但要有一个适宜的浓度。浓度小，效果不显著；浓度大，则产生负效应。另外，添加时间过短也影响效果的显著性，较长时间的添加可以产生较好的效果。

3.4 日粮组成

日粮的组成可以影响动物对养分的吸收利用。日粮中寡糖添加不合理，不但不能促进动物生长，还可能危害动物的健康。动物饲粮中可能会含有一些天然寡糖，会影响寡糖添加量的作用效果。如大麦、小麦、大豆产品中非消化糖类很多，这些产品中寡糖的掩盖或稀释效应对饲喂效果会有影响。采食日粮类型和动物饲料的成分也影响肠道的内环境，而且起主导性作用，寡糖只能依此为基础发挥其作用，没有合适的日粮组成，寡糖很难达到应有的效果。

3.5 饲养环境

在良好的饲养环境条件下，日粮中添加寡糖可能效果不显著。只有当生长性能的影响受肠道因素影响较大时，功能性寡糖才能表现出显著的促生长作用。

4  结语

功能性寡糖作为一类新型绿色饲料添加剂，是一类稳定性、安全性和环保性都良好的抗生素替代物，受到国内外业内人士的高度重视，成为水产养殖发展的又一新亮点，应用前景非常广阔。目前应加强寡糖对水产动物的作用机理的研究，深入研究不同水产动物在不同生理状态下的最佳添加量和添加方式，寡糖与其他营养素的相互关系，饲料中天然寡糖对水产动物生产性能的影响以及寡糖的生产新工艺等，以提高其使用效率，降低生产成本。相信随着研究的不断深入，功能性寡糖在水产养殖中的应用会日益广泛。

（参考文献26篇，刊略，需者可函索）