低聚壳聚糖在家禽生产中的应用

■丁 科 徐倩倩 夏文锐 邹晓庭 卢建军*

（1.浙江大学饲料科学研究所 教育部动物分子营养学重点实验室，浙江杭州310058；2. 浙江汇能生物股份有限公司，浙江嘉兴314422）

壳聚糖又称脱乙酰甲壳素，是由天然存在于甲壳类动物体内的壳多糖经过脱乙酰方法而得。自19世纪50 年代末，法国人Rouget 首先发现并得到壳聚糖后，这种天然高分子的优良性能被各行各业广泛关注，针对其理化性质的研究深受国内外研究人员的青睐。研究发现，壳聚糖具有降血脂、抗肿瘤、抑制病源微生物等生物学功能，但因其本身分子量高达上百万，可溶于稀酸但不可溶于水等一些普通溶剂，其开发应用受到极大的限制[1-2]。将高分子壳聚糖通过物理、化学、酶解等方法进一步降解可得到甲壳素的高级衍生物——低聚壳聚糖。低聚壳聚糖不仅具有高分子壳聚糖所具有的生物学功能，而且因其相对分子量小，溶解性好，还具有壳聚糖大分子所不具备的独特的生理功能，例如调节肠道菌群、增强机体免疫力和抗氧化功能、改善动物生产性能以及提高动物产品品质等作用[3]。因此，低聚壳聚糖在医药、环保、食品、农业等领域具有独特的应用价值。

目前，畜牧行业市场竞争日益激烈、“饲料禁抗”已列出具体时间表。在禁抗的大环境下，各种抗生素替代品不断被开发出来。低聚壳聚糖作为一种新型绿色添加剂，不仅来源天然，资源丰富，无毒无害，而且生物活性高，可被生物降解，不会在动物体内残留，因此在畜牧生产中备受青睐[4]。研究表明，低聚壳聚糖能促进断奶仔猪、鸡、鸭、福瑞鲤等动物的生长性能[5-8]。本文将从促进动物生长性能、调节脂质代谢、提高抗氧化性能和免疫性能等四方面阐明低聚壳聚糖在动物体内的作用机制，并阐述其在家禽生产中的应用，以期为推广低聚壳聚糖应用于家禽饲料提供参考依据。

1 低聚壳聚糖的作用机制

1.1 低聚壳聚糖促进动物生长性能的作用机制

低聚壳聚糖是一种功能性糖，不能被胃酸破坏，到达肠道被有益细菌利用。其通过促进有益菌群生长繁殖，改善肠道内环境，从而提高饲料消化率及动物生产性能。研究分析了日粮补充低聚壳聚糖对肉鸡肠道菌群的影响。结果发现，低聚壳聚糖可以增加盲肠中乳酸菌相对数量，同时减少大肠杆菌相对数量，这可能是低聚壳聚糖能够提高肉仔鸡采食量和营养物质消化吸收的原因之一[9]。在动物肠道内以乳酸菌和双歧杆菌为代表的益生菌群，对机体健康具有生物屏障、营养作用、免疫增强、改善肠道功能等多种重要的生理功能。益生菌群的大量定植能抑制有害菌群的生长，抵制病原菌的感染。低聚壳聚糖对鸡肠道乳酸菌的影响研究结果表明：21 日龄鸡群，低剂量低聚壳聚糖组和高剂量低聚壳聚糖组与空白对照组比较，对乳酸菌的增殖效果均显著，但高、低2组之间差异不显著；42 日龄时，只有高剂量的低聚壳聚糖组对乳酸菌增殖效果显著。试验说明，在饲料日粮中添加一定量的低聚壳聚糖能够提高鸡肠道内乳酸菌群的数量[10]。另外，给肉鸡灌喂鸡白痢沙门氏菌，在4、7、14 日龄和21日龄时检测肉鸡盲肠中沙门氏菌数量，结果显示，低聚壳聚糖组显著低于空白对照组，在21日龄时显著低于抗生素组。在生产指标上，低聚壳聚糖组肉鸡平均日增重显著高于空白对照组，且优于抗生素组的效果，这是由于低聚壳聚糖抑制了沙门氏菌的增殖，体外试验结果也证明了这一点。此结果也可能与低聚壳聚糖具备直接促进动物生长功能有一定关系[11]。有研究指出，肉鸡生长性能的提高是由于低聚壳聚糖吸收后增加肠道绒毛高度和促进肠上皮细胞的增殖引起的[12]。

低聚壳聚糖对肉鸡前期的改善效果优于后期，这可能是因为低聚壳聚糖通过改善肠道微生态平衡促进动物生长，而幼龄动物消化免疫器官发育不完全，肠道菌群易失调，易感染发病或处于亚健康状态，此时低聚壳聚糖能很好的发挥调节平衡菌群的作用，起到防病治病的作用。但随着动物日龄的增加，消化系统逐渐发育完善，低聚壳聚糖的作用相对减弱。推测低聚壳聚糖促进动物生长性能是通过改善肠道菌群结构和肠道形态的作用机制。

1.2 低聚壳聚糖调节动物脂质代谢的作用机制

研究表明，进入消化系统的低聚壳聚糖可与胆固醇（CHO）等脂类物质结合，形成的络合物具有强疏水性，不会被胃酸分解，也不能被消化系统吸收，最后与胆固醇等脂类物质一起排出，从而起到降低胆固醇的效果[13]。低聚壳聚糖还能够与胆汁酸结合，胆汁酸的减少可促进肝脏中的胆固醇进一步转化成胆汁酸，从而降低血液中胆固醇的含量[14]。

重要的转录因子调控脂肪细胞的分化，其中CCAAT 增强子结合蛋白（C/EBPs）、固醇调节元件结合蛋白1（SREBP1）和过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）是三个重要的关键调控转录因子[15]。添加低聚壳聚糖可下调小鼠成纤维细胞C/EBPs和PPARγ的表达，降低脂肪分化过程中瘦素和脂联素的含量，从而起到抑制前脂肪细胞分化的效果[16]。同样，研究小鼠成纤维细胞的试验发现，低聚壳聚糖在抑制C/EBPs、SREBP1、PPARγ因子表达的同时，还可显著抑制脂肪酸结合蛋白、葡萄糖转运蛋白、苹果酸脱氢酶和甘油-3-磷酸脱氢酶等脂质代谢关键蛋白的表达[17]。由此推测，低聚壳聚糖降低血脂的机制可能是通过降低胆固醇及抑制前脂肪细胞分化实现的。

1.3 低聚壳聚糖提高动物抗氧化性能的作用机制

机体受到氧化应激时，氧化系统和抗氧化系统失衡，活性氧自由基和活性氮自由基的积累，造成机体大分子（如DNA、蛋白质和脂质等）的损伤[18]。越来越多的研究表明天然碳水化合物具有较好的清除自由基的能力。低聚壳聚糖在各体内外实验中都表现出较高的抗氧化应激能力。并且，低聚壳聚糖清除自由基的能力与剂量、脱乙酰程度均成显著正相关，和分子量呈显著负相关效应[19-20]。研究证明低聚壳聚糖可通过抑制细胞内自由基的生成、改善内源性抗氧化剂活力和抑制上皮细胞凋亡等途径降低机体内自由基的积累，从而减弱H2O2诱导的ECV304 细胞氧化应激损伤[21]。在动物体内试验方面研究发现，饲料日粮中添加100 mg/kg和150 mg/kg的低聚壳聚糖，能显著提高42 日龄肉鸡血清过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，增强机体抗氧化能力[22]。饲料日粮中添加一定量的低聚壳聚糖可提升断奶仔猪空肠中谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和回肠内过氧化氢酶（CAT）基因mRNA 的表达[23]。低聚壳聚糖还可以与游离的金属离子发生络合反应，形成大分子络合物，减少机体因金属离子诱导的氧化性损伤[24]。通过以上研究推测，低聚壳聚糖的抗氧化作用机制可能是通过直接清除体内自由基、提高抗氧化酶和与金属离子络合等途径实现的。

1.4 低聚壳聚糖增强动物免疫功能的作用机制

免疫可分为非特异性免疫和特异性免疫。免疫增强剂可通过增强吞噬细胞（巨噬细胞和中性粒细胞）活性提高非特异性免疫功能，还可通过与淋巴细胞（T 细胞和B 细胞）特异性受体结合，提高机体特异性免疫功能。而T淋巴细胞的激活，可进一步激活巨噬细胞，促进干扰素、白介素等细胞因子的分泌，通过反馈调节增强机体的免疫功能[25]。

研究表明，巨噬细胞的迁移性使其可在第一时间接触、识别进入机体的抗原，随后以吞噬或者受体介导的方式将抗原摄入，发挥免疫作用。报道指出低聚壳聚糖可以显著提高小鼠巨噬细胞的迁移活性[26]。随后，研究发现，低聚壳聚糖提高了巨噬细胞内一氧化氮（NO）浓度，而NO正是巨噬细胞活性氮代谢途径的效应物质，推测低聚壳聚糖通过提高NO 的产生激活巨噬细胞；同时，该研究证明低聚壳聚糖通过与巨噬细胞表面TLR4 结合，介导一氧化氮合酶（iNOS）mRNA的表达和NO的生成[27]。研究通过饲喂小鼠1%低聚壳聚糖两周后，同样发现巨噬细胞的iNOS 基因表达上调，同时显著增加了肿瘤坏死因子TNF-α和白介素IL-1β的含量，从而提高了巨噬细胞的吞噬能力[28]。巨噬细胞TNF-α和IL-1β的分泌与低聚壳聚糖呈显著剂量依赖效应，但添加甘露糖后，该效应受到明显抑制，由此推测低聚壳聚糖可能是由甘露糖受体介导激活巨噬细胞分泌细胞因子[29]。此外，低聚壳聚糖结构中的氨基可直接被免疫系统识别，在一定程度上可以激活巨噬细胞，而巨噬细胞分泌的细胞因子又参与到细胞免疫，同时刺激抗体的产生，增强体液免疫[7]。

由此可见，低聚壳聚糖的免疫调节作用是通过动物机体特异性免疫和非特异性免疫系统协同作用的结果。

2 低聚壳聚糖在家禽生产中的研究

2.1 低聚壳聚糖对家禽生长性能的影响

生长性能的提高能缩短上市日龄，节约饲料成本，提高产业经济效益，在畜禽生产中非常重要。研究比较低聚壳聚糖和抗生素分别饲喂肉仔鸡的效果，结果发现，添加0.015%的低聚壳聚糖可显著提高肉仔鸡日增重，饲料转化率，钙、磷、粗蛋白质和氨基酸等营养成分的利用率，且该剂量促生长效果与添加抗生素的效果相当[30]。由此可见，在肉鸡饲料中添加适宜水平的低聚壳聚糖可用作抗生素的替代品。另有研究也表明，在肉仔鸡饲料中添加500～1 000 mg/kg的低聚壳聚糖可显著提高其生产成绩，且低聚壳聚糖具有无毒无残留的特性，对肉仔鸡肉品质无不良影响[31]。在对北京鸭生长性能和血清生化指标的影响研究中发现，基础日粮中添加低聚壳聚糖对北京鸭的生长性能、饲料转化率等虽无显著影响，但可提高血清中蛋白含量，降低血清尿素、尿酸、胆固醇的含量[32]。在对产蛋鸡的研究中发现，在产蛋期日粮中添加300、600 mg/kg 和900 mg/kg 的低聚壳聚糖组的产蛋率分别比空白对照组提高了4.52%、2.99%和4.08%[33]。

2.2 低聚壳聚糖对家禽肌肉品质的影响

研究表明，低聚壳聚糖可减少肉仔鸡腹部脂肪沉积，降低肉色黄度，增加肌肉中不饱和脂肪酸含量，改善了肌肉的品质[34]。添加低聚壳聚糖的处理组的鸡肉在亚油酸、多不饱和脂肪酸含量上和对照组相比显著增加[35]。饱和脂肪酸摄入过多，血液中胆固醇含量增加，容易引发动脉血管疾病。而多不饱和脂肪酸是人体的必需脂肪酸或半必需脂肪酸，具有保持细胞膜的相对流动性，降低胆固醇和甘油三酯，提高血液微循环等作用。因此，饱和脂肪酸的降低和多不饱和脂肪酸的提高改善了肌肉品质。研究发现，与对照组相比，21日龄时，试验组胸肌和腿肌重量及器官指数、胸肌纤维直径均差异不显著；42 日龄时，试验组胸肌和腿肌重量显著升高，腿肌器官指数极显著升高；21 日龄和42 日龄试验组胸肌纤维直径增大,肌纤维间结缔组织减少,横断面肌原纤维排列紧密、结构清晰。结果显示，在肉鸡生长后期，低聚壳聚糖能明显增加肌肉重量及占比，改善动物肌肉纤维，从而提高肌肉品质[36]。

2.3 低聚壳聚糖对家禽蛋品质的影响

禽蛋中的蛋白质和氨基酸含量和比例适合人体生理需要且易吸收，营养价值高，是人们常用的畜产品之一。在蛋鸡日粮中添加0.01%和0.02%的低聚壳聚糖可显著增加蛋重、蛋黄颜色和哈氏单位，呈剂量依赖效应，但对产蛋量和蛋壳品质相关指标无显著影响[37]。在蛋鸡饲料中添加2%和3%的低聚壳聚糖可显著降低蛋黄中胆固醇、软脂酸、硬脂酸含量，显著增加蛋黄中油酸的含量[38]。胆固醇和饱和脂肪酸的降低，油酸等不饱和脂肪酸的提高能减少心血管疾病的发生。在产蛋期饲料中添加20 mg/kg低聚壳聚糖后，蛋鸡脂类分解酶的活性升高，且这种降脂作用随着饲喂时间的延长逐渐消失，但对鸡蛋中胆固醇含量和蛋品质无影响[39]。通过给蛋鸡饲粮中添加200 mg/kg 不同分子量的低聚壳聚糖，结果显示，不同分子大小的低聚壳聚糖添加组均能提高蛋鸡鸡蛋品质，分子量为3 000 Da 的低聚壳聚糖还可减少血清中甘油三酯和葡萄糖的含量，但对血清中胆固醇含量无显著影响。试验第21、42 日龄，添加600、900 mg/kg 低聚壳聚糖组的鸡蛋哈氏单位分别比对照组提高了6.87%、6.69%和6.47%、6.60%[25]。

2.4 低聚壳聚糖对家禽免疫功能的影响

低聚壳聚糖能提高动物免疫功能，减少疾病的发生，提高动物的健康水平。研究表明，在日粮中添加低聚壳聚糖能够增强肉仔鸡的免疫功能，特别是对肉仔鸡的特异性体液免疫功能具有一定促进作用[40]。禽类参与机体的体液免疫和细胞免疫的主要免疫器官是胸腺、法氏囊和脾脏。免疫器官的相对重量或绝对重量是衡量家禽免疫机能的重要指标，正常状态下免疫器官的相对重量越高，机体体液免疫机能和细胞免疫机能越强。据报道，低聚壳聚糖对肉仔鸡法氏囊、胸腺、脾脏等免疫器官的发育有明显促进作用[6]。

白细胞包括嗜酸性粒白细胞、嗜碱性粒白细胞、嗜中性粒白细胞、单核细胞和淋巴细胞，在机体中担负着吞噬异物、阻止病原体侵入的功能，其数量和比例变化可以反映机体的免疫功能状态。在肉鸡日粮中添加40 mg/kg 的低聚壳聚糖能明显增加21日龄和42日龄肉鸡单核细胞和异嗜性粒细胞的比例，降低了21日龄肉鸡嗜碱性粒细胞比例；而添加抗生素组也增加了肉鸡单核细胞和异嗜性粒细胞比例，但增加效果明显不及低聚壳聚糖添加组，试验结果表明，低聚壳聚糖可通过改变动物血液中不同种类白细胞的比例提升动物机体血液免疫功能[41]。

血清免疫球蛋白含量通常被用来反映动物机体的体液免疫功能。通过研究比较低聚壳聚糖和抗生素对肉仔鸡免疫功能的影响，发现低聚壳聚糖显著增加了血清中IgA、IgG 和IgM 的含量，其效果与抗生素无明显差异，因此，该研究者认为低聚壳聚糖可作为家禽生产中抗生素的有效替代品[30]。肠道黏膜不仅是消化、吸收营养物质的场所，同时还是机体最重要的免疫器官。肠道中的微生物种群结构、有机酸浓度和饲料中抗原因子等因素能直接影响肠道黏膜的免疫功能[42]。低聚壳聚糖能降低肉鸡肠道内沙门氏菌、大肠杆菌等有害菌群的数量，提高双歧杆菌、乳酸菌等有益菌群的数量。添加低聚壳聚糖能提高14日龄肉鸡空肠黏膜分泌型SIgA 及十二指肠和空肠黏膜IgG含量[43]。

3 展望

低聚壳聚糖作为一种绿色饲料添加剂，来源天然，资源丰富，在多领域有应用前景。在饲料禁抗的大环境下，低聚壳聚糖因其降血脂、抗氧化、抑病菌、提高免疫力等功能具有可部分替代抗生素的潜质。另外，在家禽的科学研究上，低聚壳聚糖作为添加剂的应用研究主要集中于肉鸡养殖上，缺乏在蛋鸡和肉鸭上的研究，亟待更全面的探索，为推广低聚壳聚糖应用于家禽饲料提供理论依据。