低聚木糖的作用机理及其在断奶仔猪生产中的应用

问 鑫，卢 萍

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低聚木糖（XOS）又称木寡糖，是由2～7个木糖分子以β-1，4糖苷键结合而成的功能性聚合糖，以二糖和三糖为主。研究表明，低聚木糖与通常人们所用的寡糖类如乳果糖、麦芽低聚糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖等相比具有独特的性能，因此备受广大食品、饲料、医药、保健品等行业青睐（宁俊，2010）。由于近年来我国对抗生素在畜牧业中的使用逐步限制，寻找合适的、有效的抗生素替代品变的越来越重要，低聚木糖作为一种新型的寡聚糖添加剂，因其无污染、无残留、无抗药性等特点，逐渐得到业内的广泛关注。本文综述了低聚木糖的生物学功能、作用机理及其在仔猪生产中的应用。

1 低聚木糖的特性

低聚木糖主要有效成分包括木二塘、木三糖、木四糖，其中主要的活性成分为木二塘，其甜度为蔗糖的40%，主要存在于玉米芯、甘蔗渣、花生壳、木屑等植物纤维中，其中玉米芯中低聚木糖的含量最高，为36%～40%（黄华山，2010）。低聚木糖产品为乳白色至淡黄色粉末，甜味纯正，具有难消化性性、耐高温、耐酸、生物学效价高、流动性好、不吸湿不反潮等特点，当作为动物饲料添加剂饲喂时，不能被动物直接吸收利用，因此，低聚木糖可大部分直接到达动物大肠。低聚木糖的能量值接近零，几乎不会被动物的唾液、胃液、胰液和肠液等各种消化液所分解，经过体外消化试验，再经过唾液直至小肠黏膜酶液，低聚木糖的残留率达到了99.6%，表明低聚木糖可充分在大肠部位发挥其作用，为双歧杆菌提供增殖条件 （庄洪廷等，2007；王蓉等，2006）。低聚木糖具有较高的耐热和耐酸性能，Courtin等（2009）指出，将XOS在pH为2.5～8.0条件下，分别在5℃和37℃下贮存3个月，其性质无明显变化；章中和徐桂花（2003）报道，pH为2.5～8.0条件下将XOS加热1 h，其结构几乎不分解，pH约为3.4时含XOS的酸性饲料在室温下储存1年，其中XOS的保留量超过97%。低聚木糖具有较高的生物学效价，其添加量为目前在养殖业中广泛应用的低聚异麦芽糖的1/20，为低聚果糖的1/7至1/10。此外，本品在空气中不易吸湿返潮，产生粘糊现象，具有极佳的流动性，从而大大提高其在饲料中的混合均匀质量和其他加工性状（王蓉等，2006）。因此，低聚木糖在饲料加工和储存过程中能够保持较好的稳定性。

2 低聚木糖的生物学功能及作用机理

2.1 促进肠道有益菌增殖，改善肠道菌群结构低聚木糖在进入小肠后部、盲肠、结肠和直肠之前，基本不会被降解为单糖，而单胃动物消化道后部寄生着大量有益微生物，这些微生物可以产生能分解低聚木糖的酶，可将其分解为有利于有益菌增殖的营养物质（宋晓春，2006）。有试验证明，肠道内除了青春双歧杆菌、婴儿双歧杆菌和长双歧杆菌可利用低聚木糖增殖，其他细菌对低聚木糖的利用率很低（庄洪廷等，2007），由此肠道中的双歧杆菌可利用低聚木糖作为营养基质大量增殖，提高其在肠道菌群中的比例，降低大肠杆菌、沙门氏菌的占比，形成微生态竞争优势，改变肠道菌群结构，其机制主要包括两个方面：一是屏障作用，双歧杆菌通过分泌凝集素，与肠黏膜上皮细胞产生的糖蛋白结合，占据肠黏膜表面，抑制外援致病菌和肠道内固有腐败细菌如沙门氏菌、产气荚膜梭菌、大肠杆菌等的生长繁殖，减少氨、胺、吲哚等有害代谢产物，减少动物疾病的发生；二是产酸作用，通过对低聚木糖的分解，产生丙酸、丁酸、醋酸、乳酸等有机酸，降低肠道pH，抑制致病菌和腐败菌的增殖 （王俊丽和聂国兴，2011）。Moura等（2007）研究指出，在基础日粮中添加了0.02%的低聚木糖后，仔猪回肠内容物中有害菌显著低于对照组（P＜0.05）。试验表明，每天只需口服0.7 g，2周后大肠杆菌中的双歧杆菌的比例从8.9%增加到17.9%，而拟杆菌（可能的致病菌）则从52.6%减少到44.4%；3周后，双歧杆菌的比例增加到20.2%，拟杆菌降至 32.9%（Okazaki等，1999）。

2.2 降低致病菌的致病能力 大多病原菌的表面均有一种叫做外源凝集素的蛋白质，用于细胞识别，可与肠内壁细胞表面的受体结合并进行增殖。而低聚木糖的结构与肠内壁细胞表面受体的结构相似，均为短链糖类物质，即低聚木糖可竞争性的与病原菌表面的外源凝集素结合，阻止病原菌在肠内壁的附着，达到降低致病菌致病能力的作用；双歧杆菌还可产生细胞外糖苷酶，降解上皮细胞表面与致病菌和内毒素结合的多糖受体，从而阻止致病菌对肠黏膜细胞的黏附和侵袭，促进其随粪便排泄，减少对动物的危害（宁俊，2012）。Pestova等（2000）的试验结果表明，用特定的糖来结合细菌的类丁质结构物质或用特定的类丁质结构物质来结合肠黏膜上皮细胞表面的糖脂或糖蛋白残基，都可阻止细菌与黏膜结合。蒋正宇等（2005）研究发现，在肉鸡饲料中添加0.02%低聚木糖，可显著提高肉鸡空肠中乳酸杆菌的数量，阻止致病菌的定植与入侵。小鼠在摄入一定低聚木糖的条件下，可提高双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖能力，而对肠球菌、产气荚膜梭菌的抑制生长作用最强，并随着摄入剂量增加，对肠杆菌的抑制作用增强（李婉等，2014）。

2.3 提高机体免疫机能 动物机体血清中免疫球蛋白的水平代表着其抵抗病原菌和病毒的能力，这些免疫球蛋白主要有IgG、IgA、IgM，它们在预防仔猪肠道疾病中起着重要作用。而机体的免疫功能主要依靠免疫器官、组织和免疫细胞来维持，其中胸腺和脾脏是评估机体免疫系统的重要指标。Garg（2002）认为，外源性病原菌进入动物体后诱使吞噬细胞释放介质-6，随后介质-6由血液进入肝脏并促使其产生甘露寡糖结合蛋白，由此触发机体多级免疫功能。郭雪峰（2007）研究报道，在断奶仔猪日粮中添加低聚木糖，可显著提高仔猪血清中IgG的水平，并且有提高IgA和IgM水平的趋势，同时，仔猪胸腺指数和脾脏指数均高于对照组。扶国才等（2009）研究发现，在日粮中添加0.02%低聚木糖可使仔猪血液单核细胞数提高37.5%，血小板数显著高于对照组，此外，试验组血清溶菌酶和碱性磷酸酶活性也有提高的趋势，说明在仔猪日粮中添加低聚木糖可提高仔猪的免疫机能。

低聚木糖中的甘露聚糖等也能促进细胞分泌甘露糖基的糖蛋白，从而提高机体的免疫能力。同时，低聚木糖还具有辅剂及免疫调解的功能，所谓辅剂就是能增加免疫系统对疫菌、药物和抗原免疫应答的物质。疫苗中加辅剂能降低机体对疫苗的吸收，从而增强其效用（杨海英，2007）。

2.4 保护动物肝脏 在低聚木糖作为营养基质被双歧杆菌利用增殖的过程中，可产生乙酸、丙酸等有机酸，丙酸能够抑制肝脏中胆固醇的生成，而乙酸盐则能抑制肝脏中葡萄糖转化为脂肪，并能减少毒性胺的生成，达到保护肝脏功能、减少肝脏负担的作用。黄华山（2010）报道指出，随着低聚木糖添加量的增加，乙酸、丙酸和丁酸的含量在空肠、回肠和盲肠均呈现线性（P＜0.05）和二次（P＜0.05）的增长规律。在反刍动物饲粮中添加低聚木糖，可促进双歧杆菌和乳酸杆菌对腐败菌及产生尿素酶的细菌的生长抑制，减少有毒代谢物质的产生，减轻肝脏解毒的负担，从而对肝脏疾病起到辅助治疗的作用（祁茹和林英庭，2011）。此外，因低聚木糖而大量增殖的双歧杆菌还可将机体中的胆固醇转化为类固醇，降低血清胆固醇含量，对小鼠的研究表明双歧杆菌还可通过影响β-羟基-β甲基戊二单酰辅酶A还原的活性，抑制胆固醇的合成（宁俊，2012）。

2.5 促进维生素和矿物质的吸收利用 有报道指出，低聚木糖可有效防止鸡B族维生素缺乏症，因为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。章建浩（2002）也提出，低聚木糖可促进烟酸、叶酸等维生素的吸收利用。同时，低聚木糖还可促进矿物质元素的吸收，其发酵产生的短链脂肪酸可降低肠道pH，能够结合微量元素，使其溶解性增加，通过对结肠膜细胞的刺激作用，使得肠道对矿物质吸收能力增强 （尤新，2004）。研究发现，给小鼠饲喂低聚木糖能促进对钙的吸收，大鼠在7 d试验期内随意摄取2%低聚木糖水溶液，结果表明，大鼠对钙的消化吸收率提高了23%，体内钙的保留率提高了21%（郑建仙，1997）。

3 低聚木糖在仔猪生产中的应用

李兆勇等（2008）在仔猪玉米-豆粕型日粮中添加了0.02%低聚木糖，结果发现低聚木糖能显著提高仔猪饲料转化率及仔猪十二指肠和空肠的胰蛋白酶、胃蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的活性；同时，还显著降低了仔猪腹泻指数和死淘率 （P＜0.05）。冯静（2010）研究发现，在仔猪日粮中添加0.02%低聚木糖，仔猪的平均日增重、平均采食量分别提高了12.07%、1.16%，料肉比和腹泻指数分别降低了9.83%、26.74%。方桂友等（2015）报道，仔猪日粮中添加低聚木糖可显著提高平均日增重，降低料肉比、血清尿素氮和大肠杆菌数量（P＜0.05），并提高血清中IgG和IgM的浓度及肠道中乳酸杆菌的数量。由此可见，低聚木糖可不仅有效地提高动物饲料利用率和采食量，并且可通过促进乳酸杆菌、双歧杆菌的繁殖，抑制大肠杆菌和沙门氏菌在肠壁的黏附和定植，降低仔猪腹泻率。

低聚木糖添加量不足对动物肠道微生态调节起不到明显的正面效果；而添加量过度，则会增加饲料和饲养成本，起不到促进有益菌增殖的效果，还可能导致动物腹泻 （宋晓春，2006）。周韶等（2011）分别在仔猪日粮中添加了0.005%、0.01%、0.015%、0.02%低聚木糖，结果发现，前两个试验组仔猪的平均日增重分别增加了3.93%、7.04%，而0.015%和0.02%添加量下的仔猪日增重比对照组有所下降。潘灵辉（2005）对比了不同含量低聚木糖对断奶仔猪生产性能、免疫水平和肠道菌群的影响，结果表明，添加0.025%低聚木糖在仔猪日增重、料肉比和腹泻率的改善方面均优于0.0125%和0.0375%组，其中，添加0.0375%低聚木糖不但不能降低仔猪腹泻率，还会因为添加量过量而导致腹泻。Gao（2004）指出，过量添加低聚木糖（每天超过20 g），会引起后肠的过度发酵，使动物发生轻微腹泻，影响动物对养分的吸收与利用，抑制动物的生长。由此可见，为了达到预期的效果，确定最适量的低聚木糖添加量是很有必要的。尽管不同的研究会有不同的结果，造成结果差异的原因可能与仔猪断奶日龄、饲养管理和基础日粮组成有关。但大量研究表明，目前较为适宜的低聚木糖（35%）添加量为0.015%～0.025%。

4 结语

低聚木糖能够改善肠道微生态和机体代谢功能，增强机体免疫和抗氧化功能等，从而提高猪的生产性能和健康水平。由于其组成成分来源于天然产物，应用效果显著，具有抗生素所不具有的特点，符合绿色环保饲料添加剂的要求。但是，我国对低聚木糖的研究起步较晚，目前仍存在很多问题，尤其是对其添加量和添加阶段的研究仍存在一定差异，还有待于进一步研究。随着人们对绿色、安全和环保意识的不断增强，低聚木糖产品用于畜牧生产而产生的经济效益将得到更多的关注，应用前景也会更加广阔。