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