壳寡糖在饲料添加剂的应用研究

2017-06-29

1 壳寡糖的研究和开发历史

  自1811年法国科学家布拉克首次从蘑菇中分离得到甲壳素,至今已有两百年的历史,甲壳素是自然界数量最大的动物纤维素,也是自然界唯一带正电荷的碱性物质。1911年甲壳素仅以自身酶解可被人体吸收1%—5%的功效,就被世界医学、营养学界冠以“生命第六要素”的美名。1989年,日本科技厅提出“糖工程基础与应用研究推进战略”;欧盟则进行了“欧洲糖研究开发网络”计划,目的是协调欧洲各国的糖研究开发。在此研究期间,甲壳素的制备提取技术也在不断的提高,科学家们先是通过对甲壳素进行脱乙酰化后得到了聚合度在500万以上,分子量在5万—26万的壳聚糖。1996年“寡糖配体”成为主角登了该领域的舞台,科研人员通过对壳聚糖降解,最终提取出了聚合度在20以下、溶于水、能被人体直接吸收的壳寡糖。
  
(1)壳寡糖结构特点 
   
壳寡糖(chitooligosaccharide,COS),学名为寡糖β-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖,由氨基葡萄糖和乙酰氨基葡萄糖经β-14)糖苷键连接而成的低度聚合物,又称壳低聚糖。也是天然糖中唯一大量存在的碱性氨基寡糖。壳寡糖来源于天然的虾蟹壳,是由壳聚糖经过生物酶降解技术得到的,是水溶性好、功能大、生物活性高的低分子量产品。
                      

(2)壳寡糖技术指标及其理化特性

项目        规格

分子量        ≤3000

含量          ≥80%

脱乙酰度     ≥85%

粒度          ≥100目

水分          ≤10.0%

不溶物        ≤1.0%

pH           4.0-7.0

铅            ≤ 1.5ppm

砷            ≤0.5ppm

(3)壳寡糖的理化特性
   
壳寡糖为类白、浅黄色或黄色粉末,溶于水,稳定性好,安全健康无毒。壳寡糖的理化性质很大程度决定于它的化学组成。

2 壳寡糖作为饲料添加剂的作用机理
     
科学已经证明,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。寡糖的营养作用主要依赖于它的化学结构,一般性的寡糖结构主要由β—1,4糖苷键连接而成,壳寡糖主要是β—1,4糖苷键连接起来的物质,因而壳寡糖不能为动物消化吸收,并直接进入小肠后部。大量研究揭示,壳寡糖具有与有害细菌的受体竟争结合的能力,从而阻止细菌与动物肠道上皮细胞的结合,加速细菌从肠道排出,促进肠道正常微生物区系的平衡,同时调节机体免疫机能,进而达到促生长与增强抗病力的营养作用。

(1)改善畜禽消化道菌群
     
①促进消化道有益细菌的生长,抑制有害微生物的繁殖,提高机体抵抗力。由于消化道内没有消化寡糖的酶,因此这些寡糖基本上以原样的形式到达后肠,肠道内的寡糖大部分被有益菌(如双歧杆菌,乳酸杆菌多)选择利用),产生二氧化碳和挥发性脂肪酸,促进有益菌大量繁殖;有害菌(大肠杆菌和沙门氏菌等)则不能利用寡糖)。同时产生的酸性物质降低了整个肠道的pH值,从而抑制了有害菌的生长和定殖,起到了有益菌增殖因子的作用,提高了动物防病抗病能力。②吸附肠道病原菌,对动物起保健作用。研究表明,病原菌(大肠杆菌、沙门氏菌、梭状芽孢杆菌等)的细胞表面或绒毛上具有类似蛋白质的结构,称为外源凝集素,它们能够与肠内壁细胞表面上的受体结合而粘附在肠上皮进行繁殖。而肠内壁细胞表面的受体,其结构就是短链带分支的糖类结构,故壳寡糖加入饲料中就会竞争性地和病原菌细胞表面的外源凝集素结合,阻止病原菌在肠上皮的粘附。

(2)提高动物免疫力
     
①壳寡糖本身具有一定的免疫性,能够刺激机体免疫应答。②壳寡糖与肠道内有害微生物肠内皮细胞上受体的结构相似,因此与一定的毒素、病毒、真菌细胞的表面的结合,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。壳寡糖可促进有益菌如双歧杆菌的增殖,研究表明,双歧杆菌可以提高机体的抗体水平,激活巨噬细胞的吞噬活性,从而影响机体的免疫能力。

(3)提高畜禽的生长性能
     
促进矿物质元素的吸收,壳寡糖发酵产生的酸性物质能够吸附钙化合物,使其溶解性增加,钙吸收能力增强。②饲料中添加壳寡糖有利于改善养殖动物肠粘膜结构,使肠绒毛高度增加,提高消化器官功能,促进营养物质的吸收好外养殖动物的生长。促进肠道有益菌的增殖,抑制病原菌和腐败菌,减少动物疾病以及腹泻等的发生率。

3 壳寡糖作为饲料添加剂的应用现状和前景

(1)提高动物的生长性能
     
人们在研究中发现壳寡糖能够提高动物的日采食量、提高饲料中的营养物质的消化、吸收与代谢、改善饲料利用率、改善肉品质。
     
王秀武等[1]在断奶仔猪的日粮中添加 200mg/kg壳寡糖,实验结果发现添加了壳寡糖的日粮能够明显提高仔猪的日增重,改善了饲料转化率,减少了仔猪的死亡率;提高了饲料的干物质(DM)、钙(Ca)、粗蛋白(CP)及磷(P)的消化率;增加了背最长肌中 Cu、心肌中 Zn 以及脾脏中 Mn 的含量,降低了脾脏、胃和肾组织中 Ca 和 Mg 的含量,血清中Cu、Zn、Mn 和 Ca 的含量均有增加的趋势,从而促进了矿物质微量元素吸收和贮存。
    
宋涛[2]在研究日粮中不同水平壳寡糖对北京肉鸭生长性能、脂肪沉积以及肉品质的影响,结果是在日粮中添加200 g/t壳寡糖对北京肉鸭平均日增重、平均日耗料料肉比、脂肪沉积参数以及肉品质的作用效果最佳。

(2)调节动物肠道微生物
     
壳寡糖可以降低肠道有害微生物的数量,增加有益微生物在肠道的数量,改善肠道环境,促进小肠微绒毛的生长,利于营养物质被吸收。
     
蔡雪峰等[3]利用添加壳寡糖为20、40、60 mg/kg对虹鳟幼鱼肠道菌群的影响,结果发现虹鳟幼鱼肠内细菌的总数之间没有显著差异,但各组的肠道优势菌有所变化:壳寡糖20组的为棒杆菌属(Corynebacterium),壳寡糖40 组的为不动杆菌属 (Acinetobacter) 和气单胞菌属(Aeromonas),而壳寡糖60 组和 壳寡糖40 组的虽然均为不动杆菌属(Acinetobacter),但在比例上有差异,而且各实验组肠道菌群的多样性降低,肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和假单胞菌属(Pseudomonas)减少或消失了,说明壳寡糖对虹鳟幼鱼肠道菌群的组成产生了影响。
     
白雪芳等[4]研究日粮中添加 0.1%的壳寡糖对肉仔鸡肠道主要菌群的影响,得出的结论是壳寡糖可抑制肉仔鸡肠道菌。

(3)改善动物免疫功能
     
壳寡糖能够通过影响机体的特异性和非特异性免疫功能,增强机体的抗病力,降低动物的死亡率。
    
张丽[5]利用艾维茵肉仔鸡为试验对象,在饲料中添加壳寡糖125 mg/kg,结果发现壳寡糖组肉仔鸡胸腺和法氏囊相对重量分别比对照组增加16.51%和 45.92%,差异显著。罗琳等[6]研究日粮中添加 0.1%的壳寡糖对肉仔鸡的免疫功能的影响,发现胸腺和法氏囊相对重量增加,血清新城疫抗体效价提高。

(4)可以替代部分抗生素
     
抗生素具有调节肠道微生物菌群、提高动物抵抗力、抑制病原微生物与宿主对营养物质的竞争、改善饲料的利用效率以及提高动物的生长性能等功能。然而,抗生素因药物残留、抗药性等给人类带来了严重的安全问题。最近几年,人们发现在提高动物生长性能、改善动物免疫功能以及改善饲料利用率方面与抗生素(黄霉素、金霉素)的作用没有显著的差异,可以替代这些抗生素添加到饲料中去。
     
李晓晶等[7]为了研究壳寡糖替代金霉素对肉仔鸡生长性能和免疫功能的影响,分别对肉仔鸡的平均日增重、平均日采食量和饲料利用率进行计算,并且测定免疫器官指数、吞噬指数和淋巴细胞转化率。结果壳寡糖与金霉素作用相似,都能促生长和提高免疫的功能,且壳寡糖添加剂量为100 mg/kg时作用优于金霉素。
参考文献:
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海洋壳寡糖对仔猪生产性能及血液理化指标的影响[J].天然产物研究与开发,2005,17(6):794-796.
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日粮中不同水平壳寡糖对北京鸭生长性能、脂肪沉积以及肉品质的影响[D].武汉,华中农业大学,2005.
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壳寡糖对虹鳟幼鱼肠道菌群影响的研究[J].中国海洋大报,2006,36(4):606-610.
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壳寡糖对肉仔鸡肠道主要菌群、小肠微绒毛密度、免疫功能及生产性能的影响[J].动物营养学报,2003,15(4):32-35.
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壳寡糖对肉仔鸡生长发育影响作用的研究:[硕士学位论文][D].辽宁,辽宁师范大学,2005.
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壳寡糖对肉仔鸡肠道主要菌群、小肠微绒毛密度、免疫功能及生产性能的影响[J].动物营养学报,2003,15(4):32-35.
[7]
壳寡糖替代金霉素对肉仔鸡生长性能和免疫功能的影响[J].饲料与畜牧,2007(1):16-18.