菊粉的生物学功能及其在畜禽生产中的应用

湖南农业大学 蔡 超 魏艳红 曲湘勇 汪加明

菊粉是一类天然果聚糖的混合物，干燥的菊粉为白色无定形粉末，吸湿性很强，纯净菊粉无味，但商品菊粉常含有少量单糖和双糖，而略带甜味。菊粉作为饲料添加剂，其具有功能多、资源丰富及提取工艺简便等特点（花城和陈立祥，2008）。研究表明，菊粉具有调节肠道菌群，促进矿物质的吸收，调节脂质代谢，减少粪便氨气排放等功能。

1 菊粉的理化性质

菊粉的水溶性主要受菊粉聚合度、温度、分子构象等因素影响，其中短连菊粉比长连菊粉易溶于水，并随温度的升高，溶解度明显增大，在α-，β-，γ-3 种不同的分子构象中，40 ℃时，β-菊粉溶解度比γ-菊粉高8倍；菊粉的稳定性较强，在pH＜4且高温时菊粉可水解，但在10℃下加热不分解，且凝胶状态下菊粉因缺乏“自由水”而相当稳定；菊粉的溶液黏度与其含量和温度有关，随温度的升高而降低，当浓度达到30%时，菊粉与水开始形成凝胶，40%～50%时形成的凝胶柔滑，50%时十分坚实；菊粉的甜度主要与其聚合度有关，长链基本无甜味，而短链甜味纯正，较蔗糖清爽。

2 菊粉的生物学功能

2.1 调节肠道菌群 肠道菌群平衡在动物营养中有着重要的作用，动物机体肠道内微生物主要有有益菌（如双歧杆菌）、有害菌（如梭菌）、中间菌。当有益菌优势时动物机体微生态平衡，劣势时则可能会导致病态或亚健康。

Graham和Aman（1986）研究发现，猪和小鼠不能分泌水解菊粉的β-果糖甘酶，菊粉在胃、小肠里不能被自身分泌的消化酶消化。菊粉可以以完整的形式进入动物后肠，促进后肠微生物发酵，具有调节消化道微生物区系的功能（Hidaka，1986）。在肠道内，菊粉最显著的营养作用是刺激双歧杆菌的生长 （Niness,1999）。 Roberfriod等（1998）和 Keessen 等（1997）研究发现，菊粉可显著促进大肠中双歧杆菌和乳酸杆菌等有益菌的繁殖，同时抑制梭菌、拟杆菌和大肠杆菌等有害菌的生长，这表明，菊粉仅能被大肠中有益菌所消化利用。

食物经消化吸收后所剩残渣到达结肠后，在肠道腐生菌（大肠杆菌、梭状芽孢杆菌、拟杆菌等）的作用下，可产生许多有毒的代谢产物，如氨（肝毒素）、胺（肝毒素）、亚硝胺（致癌物）、苯酚与甲苯酚（促癌物）、次级胆汁酸（结肠癌促进物）等。双歧杆菌发酵低聚果糖产生短链脂肪酸和一些抗生素，从而可以抑制外源致病菌和肠道内固有腐败细菌的繁殖，减少有毒发酵产物及有害细菌的产生。有毒代谢产物形成的减少，可大大减轻肝脏分解毒素的负担，从而间接起到了保护肝脏的功能（唐胜球等，2003）。

2.2 促进矿物质元素的吸收 菊粉具有促进钙吸收的作用（孙晓红，2003）。虽然菊粉是一种可溶性膳食纤维，但它却能够促进矿物质元素的吸收，如Ca、Mg、Cu和Fe等。其机制是微生物在盲肠中产生短链脂肪酸，使管腔pH降低，增加可溶部分矿物质介导；另外，Le等（1999）研究认为，由于丁酸的介导增加，盲肠黏膜上的隐窝变浅，低聚果糖尤其能提高矿物质的溶解度，从而提高细胞旁路输送，同时也刺激了跨细胞H+、Ca2+的交换。Freitas和Amancio（2012）在大鼠缺铁性贫血的增长阶段添加菊粉和低聚果糖发现其可增加肠道对铁的吸收。研究表明，菊粉对骨和腰椎的松质骨BMD的刺激更为明显，只用菊粉骨皮质增强显著（Nzeusseu等，2006）。对骨质的增强作用，主要因为菊粉提高了肠道中的钙结合蛋白-9kDa的表达水平，从而提高了钙的吸收率 （Nzeusseu等，2006）。

2.3 对脂质代谢的影响 Rault-Nania和Mavie-Hélène（2006）研究发现，载脂蛋白 E 缺陷的小鼠，大约有35%和25%的动脉硬化粥样病变区域，饲喂菊粉可显著降低肝胆固醇浓度，并抑制动脉粥样硬化斑块的形成。而在啮齿动物中研究表明，菊粉和低聚果糖可以降低血浆胆固醇和甘油三酯水平。此外，对抑制甘油三酯在肝脏中的积累和肝细胞脂肪变性具有良好效果（Beylot，2005）。Trautwein等（1998）在给仓鼠喂食菊粉时发现，菊粉可降低仓鼠血中胆固醇和甘油三酯浓度。

花城等（2008）指出菊粉降低血脂的主要机制为：（1）菊粉被双歧杆菌发酵生成的短链脂肪酸，尤其是乙酸盐和丙酸盐。乙酸盐是胆固醇前体，而丙酸盐是合成肝胆固醇的抑制剂，丙酸同时也抑制肝脏中脂肪合成酶基因表达，从而降低酶活性，减少肝脏中甘油三酯合成，降低血脂水平；（2）菊粉能使消化道食糜黏度显著增大，使日粮中脂肪和胆固醇消化吸收减少，增加了它们在粪中的排出量，从而降低了肠道对脂肪和胆固醇的吸收率；（3）增加胆固醇向胆汁酸合成，起到降脂作用；（4）菊粉可降低机体血浆中胰岛素和葡萄糖水平，而胰岛素对脂肪代谢起重要调节作用。

2.4 减少粪便氨气排放 最大限度地减少排泄和排放造成的气味和酸性化合物，在现代养殖中非常重要。相关研究表明，菊苣菊糖可有效地减少生长肥育猪的新鲜粪浆中硫化物含量（Rideout等，2001年）。菊粉能有效地降低猪粪浆料中的氨气排放，可作为一种膳食补充剂（Rault-Nania等，1999）。 Rideout等（2004）在生长猪玉米豆粕型日粮中添加5%菊苣菊糖提取物有效地减少了粪便排泄的粪臭素。

3 菊粉在畜禽生产中的应用

3.1 在猪生产中的应用 菊粉在猪生产中的应用主要集中于仔猪方面。菊粉可提高仔猪生产性能，增强免疫攻能，改善肠道微生态环境，预防和治疗肠道疾病。王中华和周德忠（2011）分别给断奶仔猪饲喂含 0%、1%、1.5%、2%菊粉的日粮，结果显示，饲料中添加1.5%的菊粉效果最好，断奶仔猪日均采食量、日增重、脾脏指数、胸腺指数和血清蛋白A水平显著提高。花城等（2008）研究表明，添加2%的菊粉能改善断奶仔猪的血清生化指标，有效提高血清中碱性磷酸酶的活性和血清中生长激素、FT3、FT4的含量，降低血清尿素氨、丙二醛含量。研究结果说明，在断奶仔猪日粮中添加菊粉可改善仔猪的生长能力和免疫功能。原因是菊粉能促进大肠中双歧杆菌、乳酸杆菌的繁殖，同时抑制梭菌、拟杆菌、大肠杆菌等有害菌的生长，有益菌处于优势，促进宿主的健康和微生物的代谢，从而改善动物的生长性能。在肠道调节方面，相关研究表明菊粉具有非常好的驱虫与治疗痢疾效果。顾宪红和张名涛（2007）通过体外培养法探讨菊粉对猪鲜粪培养物pH和其中微生物数量的影响，结果表明，菊粉可促进猪鲜粪培养物中乳酸杆菌、双歧杆菌的增殖，抑制大肠杆菌的生长，使总细菌数增加，pH下降。Hansen等（2011）试验表明，日粮中添加高浓度的菊粉，可有效减少猪痢疾的发病。Petkevicius等（2003）研究发现，菊粉表现出显著减少猪粪便虫卵数，提高猪粪在肠道中发酵和降解的速率，具有非常好的驱虫效果。Petkevicius等（2007）也还发现菊粉表现出显著减小雌性蠕虫的生殖力，并显著减少猪鞭虫，可用来治疗由猪鞭虫引发的感染。

此外，将菊粉和益生素配制成复合添加剂应用于仔猪，可减少饲料消耗和预防仔猪腹泻，对改善仔猪生产性能和免疫功能效果显著。戴兆来等（2008）利用体外法对4种化学益生素和4株乳酸菌（SI、L7、L17 和 L18）进行了合生元组合的筛选，并在仔猪上进行饲养试验，结果提示，混合乳酸菌与寡糖和菊粉混合物（2∶8/m∶m）组合以及与果寡糖和低聚木糖混合组合具有减少腹泻，改善生长性能的作用，可用于断奶期仔猪饲料。周锡红等（2010）试验表明，仔猪日粮中添加菊粉和刺五加提取物，与对照组相比，仔猪日增重显著提高，而料肉比显著降低，试验第14天，碱性磷酸酶、超氧化物歧化酶和还原型谷胱甘肽浓度均显著高于对照组，试验组仔猪十二指肠和回肠的隐窝深度显著高于对照组，空肠和回肠的绒毛高度显著高于对照组。说明，菊粉和刺五加混合添加可提高早期断奶仔猪生长性能、改善小肠消化和吸收功能。

3.2 在鸡生产中的应用 在雏鸡上，菊粉可增强雏鸡的免疫性能，有望取代抗生素的部分作用。王中华和周德忠（2012）研究发现，饲料中添加菊粉不仅提高了肉仔鸡的日均采食量和平均日增重，还提高了胸腺指数、脾指数、血清蛋白A和蛋白C水平，由此可见，菊粉可提高肉仔鸡的生产性能和免疫机能，其中菊粉添加量为0.9%效果最显著。上官明军等（2009）研究表明，日粮中添加菊粉可促进雏鸡生长，并可提高雏鸡免疫器官指数和血清免疫球蛋白含量，增强雏鸡免疫功能。说明菊粉可替代抗生素的部分作用在雏鸡生产中使用。

在蛋鸡上，尚红梅等（2010）在研究菊苣提取物对蛋鸡生产性能、鸡蛋品质、肠道菌群、血清胆同醇和卵黄胆同醇的影响时发现，蛋鸡日粮中添加菊苣提取物或菊粉能显著降低鸡蛋胆固醇含量和盲肠有害菌（大肠杆菌）的数量,且不影响蛋鸡生产性能和鸡蛋品质，因此在蛋鸡日粮中添加菊苣提取物或菊粉为生产低胆同醇鸡蛋的有效途径。

肉鸡方面，菊粉可改善肉鸡骨质，促进生长，调节脂肪代谢，抑制细菌增长。Ortiz等（2009）研究发现，在肉鸡日粮中添加菊粉可对肉鸡骨质量产生有益的影响，胫骨中灰分和钙的浓度增加。Alzueta等（2010）研究菊粉对肉鸡生长性能，养分消化率和代谢能的影响，结果表明，以玉米-豆粕型日粮中补充菊粉可提高肉鸡蛋白质和粗脂肪的消化率。Ghasemi等（2010）用含肠球菌和菊粉合生元饲喂肉鸡，结果发现，肉鸡体增重显著显加，饲料转化率提高，肠道内球虫卵数减少。

4 小结

综上所述，菊粉在促进动物生长，调节肠道菌群结构，提高饲料的转化率，改善畜禽免疫功能等方面具有良好的作用效果，并且菊粉来源广泛，资源丰富，在动物生产中具有广阔的应用前景。此外，将菊粉以合生元组合的形式添加于动物饲料中，不仅可提高动物的生产性能，而且也对预防疾病起到了相当好的作用。

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