甘露寡糖的研究与应用

甘露寡糖的研究与应用
贺丹艳1 罗永发2
1. 华南农业大学动物科学学院
2. 广州博仕奥集团
1 甘露寡糖的结构及理化性质
甘露寡糖(MOS)又称甘露低聚糖或葡甘露寡聚糖，是寡糖的一类。

MOS是由几个甘露糖分子或甘露糖与葡萄糖通过α－1,2、α－1,3和α－1,6 糖苷键组成的寡聚糖。

一般在生理pH 和通常饲料加工条件下较为稳定，易溶于水和其他极性溶剂。

当溶液中加入有机溶剂时会使其沉淀或结晶，甜度低于蔗糖。

它的黏度随温度上升而逐渐下降，冷却后又回升。

当pH 为1.5~3时，黏度迅速上升；pH 为3~9时，黏度较为稳定。

此外，有些MOS，如：魔芋葡甘露寡糖还有独特的凝胶性能，在一定条件下可形成热可逆凝胶和热不可逆凝胶。

MOS性质稳定，能承受饲料加工制粒的高温处理，保持其结构和功能的完整性不被破坏。

2 MOS的来源和酶解法在MOS生产中的应用2.1 MOS的来源
MOS主要是通过采用化学或生物方法降解MOS得到的。

MOS广泛存在于魔芋粉、瓜儿豆胶、田箐胶及多种微生物的细胞壁内。

目前，商品用MOS主要通过酶解法进行生产，是从富含MOS的酵母细胞壁中通过发酵法提取出来的葡甘露聚糖蛋白复合体，饲料用MOS也可来源于酵母细胞提取物。

目前提出了60多种不同的甘露糖蛋白复合物，而作为饲料添加剂用的MOS多为二糖、三糖、四糖的混合物（赵蕾等，2007）。

2.2 酶解法在MOS生产中的应用
MOS类物质是自然界中半纤维素的第2大组分，在饲料原料中分布广泛，对畜禽是1种抗营养因子。

目前实验室及生产中获得葡甘露寡糖的方法有：1）从天然原料中提取。

2）利用转移酶和水解酶催化的糖基转移反应合成。

3）天然多糖的酶水解。

4）天然多糖的酸水解。

5）人工化学合成。

工业上主要还是采用酶转移法或酶水解法来生产低聚糖。

杨文傅等（1996）从生产角度出发，探索了利用β-甘露寡聚糖酶水解一些植物胶生产甘露寡聚糖的条件，为工业酶法制取MOS提供了基础工艺参数。

李剑芳等（2007）利用黑曲霉Aspergillus niger LW-1 生产的高活力β-甘露聚糖酶对魔芋胶进行酶解，同时设计和试验了一种独特的魔芋胶酶解工艺，将魔芋胶质量浓度从10~30 g/L提高至150 g/L，从而可实现工业化规模酶水解法生产魔芋葡甘露寡糖。

王绍云（2009）以魔芋粉为原料，利用中性β-甘露聚糖酶酶解魔芋制备葡甘露寡糖的最佳工艺条件为，反应时间3.4 h、反应温度41 ℃、反应pH 7.1及E/S（酶底比）为0.49。

石波等（2009）采用由北京博仕奥生物技术有限公司提供，酶活≥20 万U/g的内切型中性β-甘露聚糖酶对棕榈粕进行酶解，得到以聚合度二、三、四、五为主的MOS。

3 MOS的生理功能
3.1 对肠道微生态系统的影响
动物胃肠道非免疫防御系统主要为内源性微生物菌群。

内源性微生物菌群又分为有益微生物菌群(如双歧杆菌属和乳酸杆菌属)和有害微生物菌群(如大肠杆菌属和葡萄杆菌属)。

寡糖类物质被认为是重要的肠道功能调节剂，对肠道内有害菌及有益菌都有可能产生影响。

岳文斌等（2002）
收稿日期：2010-04-12通信作者：贺丹艳
试验结果表明：MOS可显著降低盲肠和结肠大肠杆菌质量浓度；同时显著提高盲肠乳酸杆菌和双歧杆菌质量浓度，但对结肠乳酸杆菌和双歧杆菌数影响不显著。

赵晓静（2007）等也指出，添加0.1 % Bio-Mos可改善犊牛粪便微生态菌群, 减少腹泻率,促进犊牛健康生长。

3.1.1 对有害菌的识别、黏附和排除作用
动物消化道内病原菌(如大肠杆菌、沙门菌、霍乱菌、梭状芽孢杆菌和真细菌) 细胞表面或绒毛上具有类丁质结构(外源凝集素)，它能识别动物肠壁细胞上的“特异糖类”受体并与之结合，这种结合是各种外源细菌致病的先决条件和触发因子。

而MOS与病原菌在肠壁上的受体具有相似的结构, 它与病原菌表面的类丁质也有很强的结合力, 可竞争性地与病原菌结合，使其无法附植在肠壁上，由于MOS不被消化酶降解，它们携带附着的病菌通过肠道，使得细菌得不到生长所需的养分而失去致病能力。

潘淑媛等（1999）发现，加入甲基α-D-甘露糖苷，可使已黏附在黏膜细胞上的大肠杆菌部分解离，这可能是由于甘露糖可结合到菌毛的亲水基团上，进一步增加菌毛亲水性，促使其脱落。

3.1.2 对有益菌的营养促生长作用
畜禽体内缺乏降解MOS的酶类，所以，MOS 不被动物本身利用，只被有益菌，如：乳酸杆菌及双歧杆菌等选择性地利用（孔涛，2006）。

MOS被有益菌消化分解后, 肠道丙酸和丁酸等挥发性脂肪酸明显增加（Zdunczyk.Z等，2004），降低了肠道内的pH，通过竞争性排斥作用，抑制了对酸度敏感的大肠杆菌、沙门菌和产气荚膜菌等有害菌的生长（Zdunczyk Z等，2005；Spring P等，2000），促进了双歧杆菌等有益菌的生长。

Raibaund等(1992) 阐述了竞争性排斥作用（CE）的机制，机体CE的能力与有益菌和有害菌的比例高度相关，即有益菌的量多时CE能力强，有害菌的量多时CE能力弱。

多数寡糖对宿主的保健作用主要是通过促进有益菌的生长来实现，这一点在果寡糖上得到充分的证实。

因为不同肠段有益菌群增殖的无规律性使得尚难以下定论，所以，MOS是否也具有这种功能还未完全明确（黄俊文等，2005）。

3.1.3 对肠道结构的影响
小肠绒毛是小肠吸收营养物质的主要场所，小肠黏膜上皮绒毛长度变短，隐窝深度增加意味着肠道黏膜上皮绒毛萎缩，吸收能力下降。

绒毛长度与隐窝深度的比值大，说明肠内面积较大，消化吸收能力较强，而绒毛长度增加也说明小肠对营养物质的吸收面积增加，吸收能力增强。

高启禹等（2006）发现，添加MOS显著增强了大鼠结肠肠道对营养物质的吸收，使结肠功能得到提高。

有研究表明：MOS和有机锌联合使用显著降低了隐窝深度，提高了绒毛长度与隐窝深度的比值，吸收营养物质的能力增强。

3.2 调节免疫防御机制
MOS具有一定的免疫原性，能够刺激机体免疫应答，而且作为外源抗原（如某些毒素、病毒和真菌细胞）的佐剂，与其表面结合，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。

叶成远(1999) 指出，酵母细胞壁具有很强的抗原激活特性，此特性也正是MOS 在动物体内生理功能的体现之一。

Gabriela Gómez Verduzco（2009）研究表明：在新生动物的食物中添加酵母细胞壁，可提高抗球虫感染的免疫应答。

MOS与疫苗一起使用时，可延缓疫苗的吸收时间并提高其效用。

有关脂多糖( LPS) 线性MOS侧链的强烈助剂活性，目前已得到广泛的认可。

另外，Janeway（1993）的研究认为：MOS可刺激肝分泌甘露糖结合蛋白。

甘露糖结合蛋白是钙依赖型凝集素，主要通过识别结合甘露糖，在动物免疫脆弱期，激活补体系统发挥调理和天然抗感染免疫的功能。

3.3 吸附霉菌毒素
MOS可通过物理吸附或直接结合霉菌毒素，消除和减弱霉菌毒素的毒害作用，提高饲料利用率。

Raju (1998) 模拟肉鸡消化道体外试验结果表明：MOS对黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和赭曲霉毒素的结合率分别为82.51 %、51.6 %和26.4 %，其中对黄曲霉毒素的结合能力主要取决于pH、毒素的质量浓度及MOS的剂量。

4 MOS在动物生产中的应用
4.1 MOS对猪生产性能的影响
目前，MOS的研究主要集中在仔猪阶段，尤其是断奶阶段。

仔猪因受补料及断奶引起营养应激和环境应激等的影响，肠道菌群平衡易受到破坏。

试验结果表明：MOS在仔猪体内具有吸附肠
道病原菌和发挥免疫调节的双重功效。

周红丽等(2002) 试验结果表明：与对照组相比，添加Bio-MOS对仔猪平均日采食量（ADFI）、料肉比（F/G）、平均日增质量（ADG）和腹泻率都有所改善，其中对ADG和腹泻率的影响大于对ADFI和F/ G的影响。

邹志恒等（2004）报道，在基础日粮中按不同配比同时添加果寡糖和MOS能显著或极显著提高仔猪的日增质量，明显降低仔猪的饲料转化率及仔猪腹泻率，可在较大程度上替代抗生素，以添加0.3 %果寡糖+ 0.15 % MOS 或0.45 %果寡糖+0.1 % MOS的效果最佳。

但李同洲（1998）指出，在仔猪日粮中添加3 g/kg MOS，减少了仔猪日增质量，降低了饲料报酬，增加了腹泻率。

一些研究结果表明：仔猪饲料中添加MOS，其日增质量在保育期的早期（即7~14日龄）效果较好，超过20 kg 的生长猪，由于其消化机能和免疫机能已经较完善，使用MOS后无明显差异，但仍有提高猪生产性能的趋势。

MOS针对生长猪和育肥猪的研究较少，在为数不多的研究中，MOS对育肥猪生产性能的改善效果不明显。

但金加明等（2005）研究表明：在育肥猪饲粮中添加酵母培养物和半乳甘露寡糖，可提高育肥猪日增质量，降低料重比，增强抗病力，以添加0.2 %酵母培养物和0.05 %半乳甘露寡糖为最佳添加水平组合。

王彬等（2006）也曾报道，猪育肥期基础日粮添加0.11 %的半乳甘露寡糖与添加50 mg/kg 金霉素相比，可以降低背膘厚和皮厚,降低血清胆固醇和三酰甘油水平，减少眼肌中吲哚的含量，提高系水力和瘦肉率，对肉质和风味有一定的改善作用。

另外，也有报道称MOS对母猪生产性能有一定影响。

陈立祥等（2007）研究结果表明：相对于不添加半乳甘露寡糖(GMOS)的处理组，添加0.15 % GMOS 能显著提高乳中白介素-6、皮质醇和生长激素，增加母猪泌乳量(P=0.07)和乳蛋白含量(P=0.06)。

相对于低营养组，高营养水平组能显著提高乳蛋白含量。

王彬等（2006）报道，当母猪饲粮营养水平相同时，添加MOS组与未添加组相比，可显著提高母猪的泌乳量和降低料乳比，对内分泌机能也有一定的调节作用。

4.2 MOS对家禽生产性能的影响
诸多研究表明：家禽饲粮中添加适量MOS可对某一生长阶段的生产性能有一定影响。

国内外关于MOS在禽类饲粮中的应用效果却不尽一致。

孟岩等（2007）指出，添加0.3 % MOS可显著提高肉鸡试验后期(4~5周龄) 和整个试验期(0~5周龄) 的增质量，降低试验前期(0~3周龄)的料肉比，并可改善肠黏膜的形态，增大小肠吸收面积。

臧素敏等（2005）在樱桃谷鸭日粮中分别添加0.05 %、0.1 %、0.2 %和0.4 %的MOS，结果表明：添加0.1 %的MOS效果最好，可使肉鸭期末体质量提高5.96 %，平均日增质量提高6.65 %，干物质、粗灰分和粗蛋白的利用率分别提高9.21 %、22.09 %和10.64 %，盲肠乳酸杆菌数量显著升高，大肠杆菌和pH 显著降低。

薛军等（2008）报道，在肉鹑35 日龄以前饲料中添加MOS对促进生长效果显著，添加1 %的MOS对肉鹌鹑饲养效果最好。

MOS 对火鸡生长性能的影响十分明显，具有提高体增质量及降低淘汰率的作用。

美国俄勒冈州立大学研究报道，MOS 对于火鸡的增质量及饲料转化率有正面的影响，在体质量达1 kg 前，添加MOS 有效，并且在高添加水平下并无进一步地提高。

也有与上述不一致的应用效果，Hulet等(1995)试验结果表明：MOS处理组火鸡母雏4周龄的日增质量显著低于抗生素处理组和MOS+抗生素处理组，而且病死率有增加的趋势，而抗生素对维持火鸡生后2周龄内的成活率有重要作用。

4.3 MOS对反刍动物生产性能的影响
在牛饲料中添加MOS的效果主要表现在吸附霉菌毒素的病原菌，促进犊牛生长，提高犊牛增质量方面，增强犊牛抗病能力，提高经济效益。

Newsman等(1993)发现，对于喂代乳粉的荷斯坦公犊牛，添加MOS 可显著提高35 日龄体质量，原因是4~5 周龄时细菌性肺炎发病率下降(比对照组降低70 %~80 %)。

王定发等（2004）选择22头犊牛，随机分2组，每组11头牛，试验组加入1 g MOS，研究结果表明：试验组比对照组犊牛增质量提高21.8 %，经济效益提高47.9 元，血液免疫球蛋白IgA和IgG含量分别提高21. 62 %和15.4 %。

鲍延安等（2009）试验结果表明：每天在日粮中添加一定量（20g/头）的MOS，对荷斯坦奶牛产奶量及乳常规产生有益的影响，日粮中添加MOS能显著增加奶牛的产奶量，这可能是MOS抑制及清除
肠道病原菌和提高奶牛免疫力的综合表现；试验组乳脂率增加的幅度大大超过对照组，这可能是因为MOS的添加促进了脂类的合成和代谢，从而提高了饲料转化率，使机体能更充分利用饲料营养成分；但MOS对提高泌乳奶牛牛奶中蛋白含量影响不大；试验组体细胞数下降的幅度大大超过了对照组，说明试验组使用MOS后，身体状况有了明显好转，这可能是因为：MOS的添加起到了调节免疫防御机制，发挥多样生物活性，吸附霉菌毒素的病原菌，提高奶牛的健康水平和免疫力，使体细胞数明显下降的作用。

凌宝明等（2006）指出，日粮中添加MOS可在一定程度上提高生长绵羊的瘤胃发酵功能，但是MOS提高瘤胃发酵功能的作用机制及其在日粮中的合适添加量等问题还有待于进一步研究。

4.4 MOS对其他动物生产性能的影响
实践证明，MOS作为水产动物饲料添加剂能够促进鱼类生长，减少病死率，降低粪便中氮的排放量，防止污染。

刘爱君等（2009）报道，在罗非鱼饲料中添加5 g/kg MOS，增重率提高19.2 %，饲料系数降低13.4 %，干物质消化率和蛋白质消化率分别提高12.9 %和3.4 %。

杜冰(2006)研究表明：半乳甘露寡糖能提高35~50 日龄肉兔的日增质量、日采食量和饲料利用率，降低35~70 日龄肉兔的病死率及腹泻率，提高70 日龄肉兔肌肉中钙、铁和锌的含量及蛋白、脂肪、硬脂酸和亚油酸。

5 展望
胃肠道疾病是影响幼龄动物体况的重要因素，也是导致初生动物死亡的重要因素之一。

MOS在动物体内的应用研究表明：它可通过与胃肠道病原菌竞争肠上皮的附着点及提高动物免疫力，从而达到影响动物健康和生产性能的效果，并能在一定程度上替代抗生素。

MOS为饲料中的天然成分，不会带来污染，并能提高动物机体的抗病能力，在动物营养上有良好的应用前景。

但甘露寡糖的应用效果受MOS的纯度、聚合度和生理活性，MOS的添加量与添加方式，饲养管理水平，动物的年龄与健康状况，日粮组成，MOS与抗生素、其他类型寡糖的联合使用等因素的影响。

因此，应加强MOS组分、结构与功能的关系，影响机体功能的直接或间接途径, 作用在动物种类、年龄和生理状况不同时期特异性等方面的研究。

另外，MOS商品化生产的新方法、新工艺和新材料等也有待进一步探讨，特别是优质酶如MOS酶制剂的研究与应用方面。

参考文献
[1] 鲍延安,邢淑芳,徐庆龙.甘露寡糖对荷斯坦
奶牛产奶量及乳常规的影响.饲料研究,2009（2）:57-60.
陈立祥,陈建荣,谭良溪，等.营养水平与半乳[2]
甘露寡糖对母猪泌乳量、乳常规成分及乳中激素水平的影响.湖南农业大学学报(自然科学版),2007,33(1):57-60.
陈小兵,丁宏标,乔宇.甘露寡糖的益生[3]
作用、免疫机制与应用技术.中国畜牧兽医,2005,32(8):6-8.
高启禹,李延兰,徐光翠等.甘露寡糖对[4]
SPF大鼠结肠结构的影响.新乡医学院学报,2006,23(5):437-440.
黄俊文,林映才,冯定远，等.甘露寡糖对动[5]
物肠道微生态的影响研究.兽药与饲料添加剂,2005,10(3):11-13.
金加明,吴宝霞.酵母培养物和半乳甘露[6]
寡糖对育肥猪生长性能的影响.养猪,2005（6）:7-8.
孔涛,朱连勤,曲韵笙.甘露寡糖的生物学功能[7]
及在畜牧业中的应用.饲料工业,2006,27(8):13-
16.
李剑芳,邬敏辰,程科等.β-甘露聚糖酶制[8]
备魔芋葡甘露低聚糖的研究.食品与发酵工业,2007,33(1):21-24.
凌宝明,瞿明仁,卢德勋.体外条件下甘露寡[9]
糖对生长绵羊瘤胃发酵功能的影响.当代畜牧,2006（6）:35-37.
刘爱君,冷向军,李小勤，等.黄霉素和甘露[10]
寡糖对奥尼罗非鱼的生长性能及血清非特异
性免疫的影响.中国饲料,2009（3）:29-32.
通信地址：广东广州高新科技产业开发区科学大
道182号C2区11层1103单元 510660。