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飼料用甘露寡糖的來源及代謝特點
甘露寡糖(Mannose-oligosaccharides,MOS)，指由甘露糖和葡萄糖組成的寡糖，通過α(1-6)、α(1-2)或α(1-3)糖苷鍵連接。和其他寡糖一樣，其理化性質(zhì)很大程度上取決于它的化學(xué)組成，一般在生理pH值和通常飼料加工條件下較為穩(wěn)定，易溶于水和其他極性溶劑，當溶液中加入有機溶劑時會使其沉淀或結(jié)晶，它的甜度低于蔗糖。
　　飼料MOS主要來源于酵母細胞壁提取物(Mul和Perry,1994)。酵母細胞壁甘露寡糖及可溶性多糖的提純方法見《復(fù)合多糖的生化技術(shù)》。目前可提出60種不同的甘露蛋白復(fù)合物，而作為飼料添加劑用的MOS多為二糖、三糖、四糖等結(jié)構(gòu)的混合物。
　　MOS飼料添加劑的代謝特點是：不為單胃動物消化道酶分解。以唾液淀粉酶、胰淀粉酶以及小腸粘膜上的麥芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等二糖酶為基礎(chǔ)，分解飼料中的淀粉、糖原、蔗糖、乳糖為葡萄糖、果糖、半乳糖等單糖形式供機體利用，這幾乎就是單胃哺乳動物消化道酶分解多糖的全部能力。MOS及其他功能性寡糖與很多飼料纖維類似，都含有大量不能為消化道酶打斷的化學(xué)鍵，在小腸幾乎不被消化利用而進入消化道后段被濃縮，并為動物消化道菌群(主要為消化道后段菌群)選擇性發(fā)酵利用，以有機酸、CH4、CO2、H2的形式放出或參與代謝，提供能量。
2　飼料用甘露寡糖的生物學(xué)功能
2.1　通過優(yōu)化腸道微生態(tài)系，對宿主起到有益的保健功能
2.1.1　MOS優(yōu)化腸道微生態(tài)系的作用機制　飼料中添加MOS，可以改善腸道微生物組成，形成以雙歧桿菌和乳酸桿菌為優(yōu)勢菌的腸道菌叢。據(jù)報道(Alltech,1994)，MOS或其他寡糖可以作為一種生長代謝的營養(yǎng)物質(zhì)，被雙歧桿菌和乳酸桿菌選擇性發(fā)酵利用，并促進其生長繁殖。而大腸桿菌、沙門氏桿菌、產(chǎn)氣芽孢梭菌等致病性菌，卻因無法利用導(dǎo)致饑餓死亡。一些較新的研究還認為，寡糖不僅只充當一種碳源或營養(yǎng)物質(zhì)，更重要的作用是參與雙歧桿菌的生長調(diào)節(jié)及粘附等作用，這些尚有待于進一步研究。
2.1.2　對宿主的有益保健功能　對宿主的有益保健功能，是通過形成以雙歧桿菌和乳酸桿菌為優(yōu)勢菌的腸道菌群而實現(xiàn)的。人們普遍認為，雙歧桿菌具有提高機體抗體水平，促進巨嗜細胞的吞噬能力和消化能力，提高機體抗感染力和預(yù)防、殺傷腫瘤細胞的作用；通過降低腸道pH值或通過雙歧桿菌對不利菌在空間、營養(yǎng)上的屏蔽競爭作用，來抑制有害菌如腐敗菌、致病型大腸桿菌、志賀氏痢疾桿菌等在腸道的定植和生長；促進各種礦物質(zhì)如Ca、Fe、Mg、Zn的吸收利用，降低血清膽固醇和甘油三酯的水平；雙歧桿菌還具有消除自由基、羥自由基、過氧脂質(zhì)以及腐敗細菌產(chǎn)生的吲哚、胺、酚類，降低腸道氣味等的有益保健功能；能合成維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素B12、煙酸和葉酸等多種維生素，并能控制內(nèi)毒素血癥(Wakiguchi,1985)；能預(yù)防貧血和佝僂病，可以降低亞硝酸鹽等有害物質(zhì)的形成(Hoover,1993)。乳酸桿菌在這方面也具有相似的功能，它們是維持腸道健康的重要優(yōu)勢菌群。
　　目前尚無報道證實，添加MOS具有促進礦物質(zhì)的吸收利用、降低血清膽固醇和甘油三酯水平等的保健功能；而直接研究MOS對微生態(tài)調(diào)節(jié)的文獻也很少，并存在分歧。如：Spring(1995)提出MOS甚至不能被腸道細菌降解。從目前對雙歧桿菌糖苷酶研究情況來看，并無明顯降解MOS的酶(蘇文金等，1996)。但也有試驗證實MOS可以促進雙歧桿菌和乳酸桿菌的生長(Alltech，1994)。
2.2　對病原微生物的識別、粘附和排除作用　病原菌在粘膜上皮表面的特異性粘附，是通過病原菌表面特異性的凝集素，與宿主粘膜上皮細胞相應(yīng)的糖受體相互作用完成的。除沙門氏桿菌尚存疑問外，多數(shù)病原菌的致病性與其特異性粘膜粘附有較大的相關(guān)性(White等，1978)。這主要由于在健康狀態(tài)下，動物存在有局部抗病菌感染的免疫機制(粘液及尿液的沖刷、腸絨毛的蠕動、局部抗體、溶菌酶等)，如果不通過這種特異性粘附，病菌就很難在粘膜上皮表面上定植而被排出體外。一般只有當胃腸道受到損傷或胃腸道環(huán)境條件發(fā)生改變時，病菌方可乘虛而入。
2.2.1　多數(shù)腸道細菌可以通過甘露糖特異性凝集素在粘膜上皮細胞上定植　目前研究表明膜上含有D-甘露糖、β-半乳糖、L-巖藻糖，N-乙酰氨基半乳糖或唾液酸等糖的復(fù)合物，它們都可以作為與病原菌凝集素結(jié)合的受體。而甘露糖特異性凝集素由于其分布廣泛，倍受重視。多數(shù)腸道細菌如大腸桿菌(O6、O5、O2、O125)、沙門氏桿菌(鼠傷寒沙門氏桿菌、腸炎沙門氏桿菌、乙型副傷寒桿菌、傷寒桿菌)、克雷伯氏菌、福氏痢疾桿菌等均具有甘露糖特異性凝集素，主要分布于菌毛(Ⅰ型)上，少數(shù)分布于鞭毛或外被膜上。關(guān)于這一點，Zhou等(1995)、Oyofo(1989)、Ofek(1977)、Lindquist(1987)、Sharon(1990)等通過利用D-甘露糖及其衍生物抑制病菌黏附的體外試驗，間接給予了驗證。Eshdat、Karan、Klemm等則直接采用先進的生化技術(shù)給予了直接的驗證。
2.2.2　MOS競爭吸附腸道病原菌的作用機制　飼料中小劑量的MOS可與腸粘膜上皮細胞中含甘露糖的受體，競爭病原微生物甘露糖特異性凝集素的結(jié)合位點。一般看法認為，MOS與病原菌凝集素結(jié)合，結(jié)合后MOS飽和了病原菌凝集素與腸粘膜上皮細胞相應(yīng)受體結(jié)合的位點，阻礙了病原菌的粘膜黏附，又由于MOS有非消化性，這種復(fù)合物就可順利通過胃腸道被排出體外(Newmman，1994)。也有可能是MOS和病原菌結(jié)合后，病原菌無法利用其提供的營養(yǎng)而饑餓死亡。另外還有一種看法認為，飼料MOS是通過封閉腸粘膜上皮細胞上病原微生物的結(jié)合位點，來阻止其粘膜黏附的。有趣的是Ofek(1977)研究發(fā)現(xiàn)，當加入6或12 mg/mL的甲基α-D-甘露糖苷，可使已黏附在粘膜細胞上的大腸桿菌在2～5 min內(nèi)有25 %解離。Duguid和Old(1980)針對此現(xiàn)象研究認為，這可能是由于甘露糖可以結(jié)合到菌毛的親水集團上，進一步增加菌毛親水性，促使其細胞表面的脫落。
2.3　免疫調(diào)節(jié)劑　目前人們普遍認為MOS可以增強動物的非特異性免疫，這方面仍有待于進一步研究。
2.3.1　助劑活性　長時間以來，關(guān)于脂多糖LPS線性甘露聚糖側(cè)鏈的強烈助劑活性，已得到廣泛的認可。在此基礎(chǔ)上，Sharon和Lis(1993)研究提出，MOS不僅能連接在細菌上，而且能連接在毒素、病毒、真核生物上，結(jié)合后MOS可以作為這些外源性抗原的助劑，緩解抗原的吸收，增強機體的細胞免疫和體液免疫。如美蘇威動物保健品公司利用蘆薈開發(fā)生產(chǎn)的“乙酰甘露聚糖”產(chǎn)品，作為馬立克氏疫苗的佐劑，在畜牧生產(chǎn)實踐中已得到了廣泛的認可。
2.3.2　促進肝臟分泌甘露結(jié)合蛋白　Janeway(1993)研究認為，含甘露糖的寡糖可以通過刺激肝臟分泌甘露結(jié)合蛋白，甘露結(jié)合蛋白是鈣依賴型凝集素，主要通過識別結(jié)合甘露糖，在動物免疫脆弱期，通過激活補體系統(tǒng)發(fā)揮調(diào)理和天然抗感染免疫的功能，甘露結(jié)合蛋白與酵母多糖結(jié)合無需Clq存在即可激活Clr2、Cls2。另據(jù)報道，酵母多糖可直接活化C3，通過旁路途徑激活補體系統(tǒng)。
2.3.3　MOS還可以通過與腸絨毛免疫細胞表面蛋白受體相互作用(Chesson,1993)或通過干預(yù)存在于淋巴結(jié)和粘膜固有層記憶細胞上的信號系統(tǒng)進行免疫調(diào)節(jié)(Lessard和Brisson，1987)。研究表明，飼料中添加MOS可以增強吞噬細胞的吞噬能力(Alltech,1994;1995)。
3　飼料MOS提高畜禽生產(chǎn)性能的研究動態(tài)
　　關(guān)于MOS提高畜禽生產(chǎn)性能的研究尚不夠深入，文獻亦不多。King(1993)研究表明，與對照組相比，斷奶仔豬料中添加MOS，體重提高0.13 kg/頭，料肉比下降0.09。Alltech(1994)報道，雞料中添加0.2 %MOS，成活率平均提高0.4 %；Newman(1993)報道，在犢牛料中添加MOS，35 d時平均體重較對照組顯著提高2.1 kg/頭，并可減少呼吸道疾病；Rosell(1991)報道，斷奶仔兔料中添加0.2 %MOS，斷奶35 d時飼料報酬降低0.15，死亡率下降3.6 %，日增重提高3 g/只；Reid(1994)報道，在嚴重應(yīng)激狀況，斷奶仔兔料中添加1 %或2 %的MOS，可以降低死亡率；Randy和Olsen(1994)研究表明，商品鴕鳥料中添加MOS(前3周0.91 kg/t,3～17周0.46 kg/t)，與對照(維吉尼亞霉素處理組)相比，飼料轉(zhuǎn)化率提高0.05，成活率提高4.43 %，體增重提高0.191 kg/只；Sisak(1994)報道，雞飼料中添加0.1 %MOS可減少盲腸、肝、脾沙門氏桿菌數(shù)。蘇格蘭Stirling大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院(1995)亦有研究表明，在非洲鯰魚料中添加0.1 %MOS并同時接種水生氣單孢菌，接種12、24 h后分別查血、脾中的細菌數(shù)，發(fā)現(xiàn)有明顯減少。
4　影響飼料MOS使用效果的因素
4.1　添加量　有研究表明過量添加MOS(每天超過20 g)，會引起后腸的過度發(fā)酵，腸道細菌特別是乳酸桿菌屬細菌的非特異性生長，使動物發(fā)生輕微腹瀉，影響動物對養(yǎng)分的吸收與利用，抑制動物的生長(Chesson，1994)。一般建議斷奶仔豬的用量不超過0.4 %，此點仍有待于進一步探討。
4.2　寡糖的結(jié)構(gòu)　由于單糖的連接方式多種多樣，寡糖的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不同廠家，甚至不同批次間的寡糖由于結(jié)構(gòu)不同，生物學(xué)活性有很大的差別(Nutrit和firon，1982)。
4.3　飼喂條件、飼喂方法　飼喂條件、飼喂方法不同，效果也不同。有報道，粗放條件下比優(yōu)飼條件下添加效果明顯(Nakamura，1988)；在有疫病歷史的畜舍中飼喂時，添加MOS效果明顯(Alltech,1995)；Baieey(1991)報道，肉雞料中添加果寡糖同時限食、限水，與對照相比，菌陽性雞百分比減少67 %，而正常條件下則變化不大。
4.4　動物的健康狀態(tài)及年齡　寡糖多添加于單胃幼畜禽的斷奶日糧中。
4.5　采食日糧的類型　飼料成分可以影響腸道的內(nèi)環(huán)境。
4.6　寡糖的聯(lián)合使用效果
4.6.1　寡糖間的相互影響　許多飼料本身就含有或經(jīng)消化后可形成各種寡糖，所以在飼料中添加寡糖所產(chǎn)生的效果，都是多種寡糖的復(fù)合效果。目前這個領(lǐng)域的分析研究才剛剛起步，尚無明顯的證據(jù)證明寡糖間存在協(xié)同效應(yīng)。
4.6.2　寡糖與飼用微生物間的互作　寡糖與飼用微生物同時使用，可以延長飼用微生物的保存時間，增強飼用微生物到達后腸的成活數(shù)，促進外源有益微生物在腸內(nèi)的定植和生長。目前日本生產(chǎn)的新型微生態(tài)制劑，即為微膠囊包埋的雙歧桿菌活菌加寡聚糖粉劑，很有市場。另據(jù)報道(Bailey，1991)，在雞料中同時添加0.75 %寡果糖和飼用微生物，第7天沙門氏菌感染雞的百分率比單獨添加飼用微生物降低42 %，表明將兩者聯(lián)用更有效。
4.6.3　寡糖與抗生素的互作　人們發(fā)現(xiàn)，飼用抗生素在有效殺傷有害微生物，提高畜牧業(yè)經(jīng)濟效益的同時，也抑殺了動物機體內(nèi)正常共生的有益微生物，破壞了腸內(nèi)微生態(tài)的平衡，使動物易受到二重感染或內(nèi)源性感染。張日俊等(1998)報道，抗生素濫用還會影響畜禽的免疫功能，使其細胞免疫和體液免疫的功能下降。而飼料寡糖是以促進腸道有益微生物的生長繁殖、改善腸道微生態(tài)失調(diào)、提高畜禽免疫力、促進生長為目的，將寡糖與抗生素聯(lián)合使用，是否可以在一定程度上取得協(xié)調(diào)互補的作用，不少人對之進行了探討。如King(1993)將MOS與抗生素聯(lián)用對小公豬、小母豬的體增重、飼料報酬進行研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合使用效果均優(yōu)于單一使用抗生素，但如何協(xié)調(diào)好這兩者的關(guān)系，最大地發(fā)揮兩者的功能，是我們今后研究的方向。
　　寡糖克服了以往所有的抗生素、益生素、酸化劑等的不足，用量少、純天然、無殘留且穩(wěn)定性強。目前關(guān)于MOS的添加應(yīng)進一步探討的問題有：1)MOS作用機制的進一步研究；2)MOS與抗生素、益生素聯(lián)合使用的效果；3)MOS生產(chǎn)、提純工藝的改進和新劑型的開發(fā)與應(yīng)用；4)不同動物MOS添加量的研究；5)MOS的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。
　　相信隨著這些問題的解決，必將為MOS在飼料添加劑中的應(yīng)用，開辟一個新的前景。