功能性低聚糖的研究进展

任红立，汪晶晶，宋建楼，武洪志，刁新平

（东北农业大学动物科技学院，哈尔滨　150030）



功能性低聚糖的研究进展

任红立，汪晶晶，宋建楼，武洪志，刁新平*

（东北农业大学动物科技学院，哈尔滨150030）

摘要：功能性低聚糖作为一种绿色功能性添加剂，不仅能改善动物肠道环境，提高动物免疫力，可代替抗生素添加于饲料中，而且无毒副作用，不产生细菌耐药性及药物残留等问题，易于加工保存。目前，已被应用到人类保健方面和畜牧业领域，并取得了很好的效果。

关键词：功能性低聚糖；免疫力；生产性能

抗生素的滥用已严重影响人类的健康，欧盟一些国家禁止滥用抗生素的政策使得我国畜牧产品在国际上不具有竞争力，因此研制出抗生素替代品已成为我国畜牧发展的主流趋势。研究表明，功能性低聚糖是一种无毒无害、无副作用、无残留、稳定性较好、易加工保存的绿色添加剂，可以直接增殖有益菌，解决双歧杆菌等有益菌由于对酸抵抗力差，食用后进入机体被胃酸作用失活和对氧敏感等问题［1］。

1　功能性低聚糖

1.1低聚糖及功能性低聚糖

低聚糖又称寡糖或寡聚糖，是指含有2～10个单糖分子通过1种或几种糖苷键连接而成的低度聚合糖的总称，可分为普通低聚糖和功能性低聚糖两类。普通低聚糖如蔗糖、乳糖、麦芽糖等，都可被机体消化吸收，但不是肠道双歧杆菌的增殖因子。

功能性低聚糖又称为非消化性低聚糖，由2～10个单糖分子脱水通过α、β型等糖苷键连接形成的带有支链或直链的低度聚合糖，具有一定甜度、黏度和水溶性等糖类的特性，其单糖分子间结合位置特殊，不能被人体消化吸收，但进入大肠后能被有益细菌特别是双歧杆菌利用，能增殖有益细菌、抑制有害细菌。

1.2功能性低聚糖的消化特点和应用机理

哺乳动物对碳水化合物的消化主要限于α-1，4-糖苷键，功能性低聚糖由于其结构中α-1，4-糖苷键的比例小，在很大程度上不被哺乳动物直接消化。因此，功能性低聚糖可直接到达消化道的后半段，被肠道菌群利用。单胃动物消化道后部寄生着大量微生物，这些微生物可产生分解各种糖苷键的酶，能消化功能性低聚糖。功能性低聚糖的降解过程：功能性低聚糖 单糖 乳酸和丙酮酸 挥发性脂肪酸（乙酸等）、二氧化碳和水［2］。功能性低聚糖的应用机理是除了其自身的一些功能外，在胃酸作用下仍保持活性，到达肠部后半段被微生物利用，增殖有益菌，增强有益菌的功能作用，使得有益菌产生对机体保护的功能。

1.3常见功能性低聚糖

低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚木糖、大豆低聚糖、低聚半乳糖是常见的5种低聚糖，优缺点各不相同。

功能性低聚糖之间的主要差异就在于被肠道菌群利用程度不同，具体表现在对不同有益菌的增殖程度、有害菌受抑制程度、产酸量和产气量等方面均不相同［3］。在功能性低聚糖增殖双歧杆菌的效果上，低聚木糖、棉子糖效果最佳，其次是低聚果糖，最后是低聚异麦芽糖［4］。研究表明，低聚半乳糖和低聚异麦芽糖能被各种双歧杆菌利用，且效果良好，低聚异麦芽糖还对有害梭菌有明显的抑制作用［5］。不同功能性低聚糖被肠道微生物利用的产酸量和产气量是不同的，在产乙酸量方面：低聚半乳糖、大豆低聚糖＞低聚果糖、低聚异麦芽糖＞低聚木糖；在产乳酸量方面：低聚半乳糖、大豆低聚糖＞低聚木糖、低聚异麦芽糖＞低聚果糖；在产气量方面，低聚异麦芽糖和低聚半乳糖是总产气量最少的功能性低聚糖［3］。另外，低聚异麦芽糖的最大特点是价格比其他功能性低聚糖便宜，但目前商品化产品的纯度不高，含杂质较多。低聚果糖的优势是甜味纯正，但稳定性不是很好，酸性加热易分解。低聚木糖不但稳定性好，对双歧杆菌的增殖效果也是功能性低聚糖中最强的，是其他功能性低聚糖的5～20倍，尽管价格较高，但仍是性价比最高的功能性低聚糖。大豆低聚糖是棉子糖、水苏糖、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，热量低、口感好，但相关标准制定并不完备［6］。

2　功能性低聚糖的功能

功能性低聚糖能够选择性地增殖有益菌，特别是双歧杆菌，其许多作用大多与有益菌的增殖有关，是功能性低聚糖的主要功能。

2.1选择性增殖有益菌来改善肠道环境

肠道不仅担负着消化吸收营养物质的重任，而且是人体最大的微生态系统和最大的免疫器官，掌管着人体70%的免疫功能。因此，肠道健康关系着整个机体的正常运行，关系到机体的健康状态［7］。肠道菌群是动物肠道的必要部分。畜禽在健康状态下，消化道内菌群保持着动态平衡，有益菌是消化道优势菌群，直接通过竞争性排阻作用抑制致病菌增殖［8］。功能性低聚糖对肠道菌群的调节主要在于增殖有益菌，抑制有害菌活动。肠道菌群不是一成不变的，受宿主的年龄影响。衰老始于肠道，有益菌群随着宿主的成长和衰老而逐渐减少，腐败细菌却随之增多，这是宿主生理老化所致的菌群变化的正常现象。但侧面说明，双歧杆菌作为有益菌的代表，其数量的多少也可以反映出动物体健康水平状况［9］。双歧杆菌数量多，动物体处于健康状态；数量少，则动物处于亚健康状态。所以双歧杆菌等有益菌的增殖对于动物体的健康是极有益的。功能性低聚糖增殖双歧杆菌的机理在于其本身不只充当了双歧杆菌的碳源，还参与了双歧杆菌的生长调节和黏附作用［10］。

2.2抑制和吸附病原菌，防止肠道疾病发生

研究表明，病原菌的表面的植物凝集素，能识别、结合动物肠壁上的“特异性糖类”受体，附在肠壁上，生长繁殖、分泌毒素，导致肠道疾病发生。利用功能性低聚糖可以减少肠道疾病的发生，通过对有益菌群的选择性增殖，尤其是双歧杆菌，通过生物屏障作用与发酵产酸，竞争性排阻抑制致病菌。双歧杆菌能产生与肠黏膜上皮细胞糖蛋白结合的凝集素，因而可与肠黏膜上皮细胞牢固结合并与其他厌氧菌一起占据肠黏膜表面，形成生物屏障阻止有害菌入侵、定植。双歧杆菌利用菌体内的酶，发酵葡萄糖，产生有机酸，降低肠道pH，抑制有害菌生长繁殖［11］。双歧杆菌不仅自身具有抑菌作用，还可以产生一种抗菌素——双歧杆菌抗菌素，能有效地抑制某些有害菌的生长［12］。功能性低聚糖可以吸附致病菌，其与致病菌在肠壁上的受体类似，并与细菌表面的植物凝集素有很强的结合能力，致病菌与功能性低聚糖结合，不会附着于肠壁上，同时致病菌不能利用功能性低聚糖获得养分，从而缺乏能源，最终死亡并被排出体外。

2.3吸附霉菌毒素，缓解霉菌毒素毒性

饲料中残留的霉菌毒素是养殖业的一大危害。据估计，霉菌毒素可影响世界上40%的食品作物，并在代谢过程中产生毒素。杀死霉菌固然可阻止毒素的继续产生，但由于霉菌毒素有较好的热稳定性，在饲料加工过程中不能除掉已产生的毒素［13］。霉菌毒素可使动物慢性、急性中毒、致癌和降低免疫力，尽管霉菌毒素没有传染性，但其可使动物群发性中毒，危害性极大。功能性低聚糖对霉菌毒素有很强的吸附力，可以形成多糖——毒素复合物，有效阻止动物肠道吸收毒素，从而排出体外，同时不影响饲料的其他营养成分，有研究表明，加入甘露寡糖确实可以在一定程度上缓解霉菌毒素的肝毒性［14］。

2.4提高动物免疫力

功能性低聚糖提高动物免疫力是通过对双歧杆菌等有益菌的增殖而产生的。

2.4.1促进双歧杆菌的增殖，增强动物免疫功能

在饲料中添加适量的功能性低聚糖可以促进动物肠道后段上双歧杆菌的增殖，提高动物免疫力和健康水平。大量动物试验表明，摄入双歧杆菌活菌或死菌均可以提高机体的抗体水平，激活巨噬细胞的吞噬活性，这对提高机体的抗感染能力，预防、抑制和杀死肿瘤细胞的产生有重要的作用［15］。

2.4.2保护黏膜系统，防止病原体进入

黏膜是构成机体系统的重要免疫防线，是执行机体局部特异性免疫的主要场所，机体＞50%的淋巴细胞组织和＞80%上的免疫细胞都集中于黏膜系统［16］。功能性低聚糖可以和肠黏膜特异性结合，竞争性排除病原体，形成生物屏障，保护肠黏膜。

2.4.3具有免疫佐剂和抗原特性，促进机体免疫能力的增加

功能性低聚糖具有免疫佐剂及免疫调解作用。所谓的免疫佐剂又称为免疫辅剂，是能增加免疫系统对疫苗、药物和抗原免疫应答的物质。疫苗中加入免疫佐剂能降低机体对疫苗的吸收，延缓疫苗的释放，加长疫苗刺激机体的时间，从而增强其效应。功能性低聚糖对脂多糖也有辅助作用。据报道，功能性低聚糖还具有抗原作用，可以直接引起抗体应答反应［15］。

2.4.4激活机体体液免疫和细胞免疫，提高机体的免疫能力

功能性低聚糖可以作为一些外源抗原的佐剂，与这些外源抗原的表面结合，如一些毒素、病菌和真核细菌，可以提高B淋巴细胞介导的体液免疫和T淋巴细胞介导的细胞免疫功能［16］。激活机体体液免疫，双歧杆菌在胃肠道内能够刺激B淋巴细胞活化增殖和分泌抗体来发挥体液免疫，使机体具有抗感染作用和抗肿瘤作用。专家学者研究发现，肠道内双歧杆菌可增加机体免疫监视功能，尤其是通过口服可增加抗体的产生［17］。激活机体细胞免疫，双歧杆菌的细胞壁含有大量的肽聚糖和磷壁酸，具有很强的生物活性，能刺激腹腔巨噬细胞、NK细胞和淋巴细胞因子杀伤细胞的活性［18］。

2.5抗肿瘤和增强造血功能

功能性低聚糖可激活机体免疫系统，起到抗肿瘤的作用。双歧杆菌可以抑制肿瘤增殖活性和诱导肿瘤细胞凋亡，因此功能性低聚糖也可以通过促进双歧杆菌的增殖，间接起到抗肿瘤作用［19］。

许多药理学的研究表明，功能性低聚糖对造血系统有很好的促进作用，其作用机理可能是直接或间接促进造血生长因子的分泌、刺激造血干细胞的增殖［20］。

2.6促进营养吸收

有益菌对动物有营养功能，代谢产物包括蛋白质、B族维生素和K族维生素等营养物质。有益菌能使乳糖转化成为乳酸，提高乳糖的耐受性，促进钙质的吸收［21］。因此，功能性低聚糖不但可以间接供给动物营养物质，还可促进营养吸收。功能性低聚糖促进矿物元素吸收，主要是由于低聚糖经双歧杆菌等发酵，产生的短链脂肪酸等有机酸导致肠道pH下降，加速了矿物质的溶解更利于机体吸收［12］。

2.7促进脂类代谢和抗氧化

功能性低聚糖能降低血清中甘油三酯和胆固醇的浓度，增加血清中的低密度脂蛋白含量，促进脂类代谢［22］。

功能性低聚糖通过降低自由基水平及提高抗氧化酶活性来发挥抗氧化作用，能清除脂溶性自由基二苯基苦基，抑制铜催化的低密度脂蛋白过氧化，降低机体自由基水平［22］。研究表明，低聚果糖、低聚异麦芽糖和甘露寡糖能提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性，这两种酶是抗氧化酶类系统中主要的两种酶类［23］。

2.8保护胃肠道，提高生产性能

功能性低聚糖可以保护胃肠道，研究发现乳中寡糖增殖的有益菌所产生的丙酸是黏膜代谢的主要能源物质，可以促进细胞的正常成长［20］。功能性低聚糖增殖双歧杆菌，双歧杆菌通过糖代谢相应地增加醋酸和乳酸等有机酸分泌量，刺激肠道蠕动，同时通过渗透压增加粪便水分使排便状况改善，预防便秘［24］。

功能性低聚糖可以改善动物的生产性能是其多种生物学功能共同作用的结果。研究表明，低聚果糖、低聚异麦芽糖和甘露寡糖可以提高仔猪的生产性能、日增重并降低料肉比［23］。

3　畜禽应用效果

3.1仔猪

仔猪的肠道微生态系统发育不完善，功能性低聚糖可以调节肠道微生态系统，改善肠道环境，降低仔猪腹泻率，提高仔猪生存率。研究表明，在仔猪日粮中添加功能性低聚糖，能提高仔猪日增重、降低料肉比、降低腹泻率，显著降低血脂和胆固醇浓度，提高饲料的利用率和动物抵抗力［14］。

3.2奶牛

反刍动物瘤胃可以采食饲料合成功能性低聚糖，也可以消化功能性低聚糖，但是瘤胃内可合成功能性低聚糖的种类和量不足以满足奶牛需要，因此加入某些功能性低聚糖，可以提高反刍动物的生产性能和健康水平。在日耗料相同的情况下，添加适宜比例的功能性低聚糖可以提高产奶量和奶料比，同时也可以减少奶牛的腹泻率及抗生素的使用，达到绿色养殖的效果［25］。

3.3家禽

提高家禽的免疫力，调节肠道菌群环境和提高动物健康水平，同时可以减少家禽粪中臭味物质含量。功能性低聚糖除粪机制就是功能性低聚糖调节肠道菌群，降低肠道pH，减少大肠中蛋白质的发酵和有害微生物代谢产物的量，从而减少肠道和粪中臭味物质的产生量［26］。

4　小结

功能性低聚糖是一种非常有研究意义和价值的绿色添加剂。功能性低聚糖加工简单，稳定性好，比酶制剂及活菌制剂更易加工。与抗生素相比，功能性低聚糖不仅具有无耐药性、无残留的优点，还有改善肠道环境，提高动物免疫力，改善动物生产性能等特色功能［27-35］。在畜牧业的快速发展趋势下，对抗生素等化学制剂应用的制约，功能性低聚糖的研究发展具有良好的市场前景，因此研发出适合畜牧业的、便宜有效的、纯度较高的功能性低聚糖具有较高的经济价值。

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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

中图分类号：S816.7；Q539

文献标志码：A

文章编号：1001-0084（2016）04-0035-05

收稿日期：2016-01-11

基金项目：黑龙江省科技厅对外合作攻关项目（WB13B101）

作者简介：任红立（1991-），女，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，研究方向为动物营养与饲料科学。

*通讯作者：副教授，硕士生导师，E-mail:diaoxp63@163.com。