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功能性寡糖调控动物肠道健康机理的研究进展

更新时间:2024-03-29 23:25:06 阅读：评论：0

2024年3月29日发(作者：龙女花)

肠道健康专栏

2021年第42卷第3期总第624期

功能性寡糖调控动物肠道健康机理的研究进展

■孙青云

赵敏孟

吕鑫

姬红波

龚道清

（1.扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州225009；2.江苏中煤长江生物科技有限公司，江苏徐州221004）

摘要：功能性寡糖作为一种新型绿色饲料添加剂，可以起到改善动物肠道健康、促进动物生长

的作用。文章从降低肠道pH值、促进矿物质吸收、促进肠道内健康微生物菌形成和提高机体免疫力

四个方面综述了功能性寡糖调控肠道健康的作用机理，为替代抗生素使用提供参考，同时也为功能

性寡糖在畜牧业的应用及进一步研究提供理论依据。

关键词：功能性寡糖；饲料添加剂；肠道健康；作用机理；研究进展

doi:10.13302/.2021.03.002

中图分类号：S816.7

文章编号：1001-991X（2021）03-0008-05

文献标识码：A

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

AdvancementontheMechanismofFunctionalOligosaccharidesImproveAnimalsIntestinalHealth

(eofAnimalScienceandTechnology,YangzhouUniversity,JiangsuYangzhou225009,China;

Abstract：Asoneofthenew-typegreenfeedadditives,functionaloligosaccharidescanimprovetheintes⁃

article,theregulationmechanismoffunctionaloli⁃

gosaccharidesonintestinalhealthwasreviewedfromfouraspects,includingonloweringintestinalpH,

calbasisfortheapplicationoffunctionaloligosaccharidesinanimalhusbandryandfurtherrearch.

progress

promotingmineralabsorption,promotinghealthymicrobialphaformationintheintestinaltract,andim⁃

perwillprovidereferenceforthesubstitutionofantibioticsandtheoreti⁃

Keywords：functionaloligosaccharides;feedadditives;intestinalhealth;functionmechanism;rearch

uZhongmeiChangjiangBiologicalTechnologyCo.,Ltd.,JiangsuXuzhou221004,China)

SUNQingyun

ZHAOMinmeng

LYUXin

JIHongbo

GONGDaoqing

肠道不仅是动物获得各种营养物质的重要途径，

而且也是抵御外界病原感染的重要屏障。肠道作为

动物体内最大的免疫系统，内部分布大约70%的淋巴

细胞，产生将近80%的抗体，肠道的健康程度与畜禽

的健康息息相关

[1]

。在以追求动物高产性能为目标的

现代养殖中，维持动物肠道健康意义重大。

近年来，许多国家已明令禁止抗生素在动物饲料

中添加和使用。因此，越来越多的国内外学者把研究

重点转移到寻找无污染物和无公害的饲料添加剂，以

期代替抗生素的使用，特别是自然资源中的生物活性

物质。生物饲料作为目前开发和研究的热点，在保障

我国饲料和畜产品安全、降低环境污染和替代抗生素

等诸多方面都显示了极大前景

[2]

。其中，功能性寡糖

不易被动物消化吸收，可起到调节动物肠道微生物群

从而促进动物肠道健康的作用，受到动物营养学家的

重视

[3]

。许多研究均显示功能性寡糖对动物肠道健康

有正面影响，国外学者报道

[4-5]

，功能性寡糖可改善动

物饲料转化效率和机体的健康状态，改善肠道微生物

作者简介：孙青云，硕士，研究方向为家禽遗传育种与生产。

通讯作者：龚道清，博士，教授。

收稿日期：2021-01-05

基金项目：江苏省农业科技自主创新资金项目[CX(18)

1004]；江苏省苏北科技专项[XZ-SZ201958]

[6]

菌群结构，提高免疫力。边佳伟等（2019）研究报道，

饲粮中添加壳寡糖能改善妊娠母猪的生产性能，促进

[7]

母猪对饲料养分的利用率。安文艺等（2019）报道，

AA肉鸡日粮中添加壳寡糖能调节肉鸡的肠道微生物

区系，提高盲肠中短链挥发性脂肪酸（SCFA）含量。

2021年第42卷第3期总第624期

SILIAOGONGYE

随着国内外对寡糖研究的深入，应用范围不断拓展，（MOS）、半乳甘露寡糖（GMOS）、寡乳糖（GAS）、低聚木

以高科技为背景的新型功能性寡糖的开发应用已

成为畜牧养殖领域及生物技术研究领域的新热点之

一

[8]

。本文就功能性寡糖调节动物肠道健康的可能作

用机理做一综述，为功能性寡糖在动物生产上的应用

提供参考。

1不同功能性寡糖对动物肠道健康的影响

表1

项目

甘露寡糖

试验动物

杜×长×大断奶仔猪

糖（XOS）、低聚异麦芽糖（IMO）等。由于功能性寡糖

具有低热值、稳定、安全无毒、黏度大、吸湿性强、不被

胃肠道消化等理化特性，以及具有改善肠道微生物

区系、降低血清胆固醇和中性脂肪含量、改善血糖含

量、提高饲料利用效率、提高动物免疫力等生理功

能

[9]

，因此受到越来越多学者的重视，表1是近年来

部分关于功能性寡糖对动物肠道健康影响的研究。功能性寡糖主要包括果寡糖（FOS）、甘露寡糖

功能性寡糖对动物肠道健康的影响

效果

提高了断奶仔猪盲肠内容物菌群多样性，

改善了菌群的均匀度，提高了盲肠和结肠

内容物中乳杆菌属的相对丰度

作者

[10]

钟晓霞等（2020）

添加量

0.1%

0.1%和0.2%

0.3%

0.1%

50mg/kg

和100mg/kg

0.3%

0.5%

0.1%

250g/t

200g/t

果寡糖

甘露寡糖

低聚异麦芽糖

海兰褐蛋雏鸡

黄羽肉鸡雏鸡

海兰褐蛋雏鸡

使盲肠双歧杆菌数量增加了12.03%，乳酸杆菌数量

[11]

增加了6.07%，回肠双歧杆菌数量增加了17.69%，张建斌等（2011）

乳酸杆菌数量增加了4.19%

0.1%和0.20%处理增加双歧杆菌数量45.20%

和39.24%

[12]

简运华等（2016）

减少盲肠和回肠大肠杆菌数量17.96%、15.83%，

增加双歧杆菌数量10.07%、3.90%，

增加乳酸杆菌数量3.56%、0.15%

减少盲肠和回肠大肠杆菌数量19.00%、20.98%，

增加双歧杆菌数量15.94%、9.37%，增加乳酸杆菌

数量18.44%、4.33%

减少回肠大肠杆菌数量4.26%和4.94%，

有提高双歧杆菌数量的趋势，100mg/kg处理组

的空肠绒毛高度、绒毛高度/隐窝深度显著升高

[13]

张建斌等（2010）

甘露寡糖海兰褐蛋雏鸡

[14]

张建斌等（2010）

壳寡糖

AA肉鸡

海兰褐蛋雏鸡

杜×长×大断奶仔猪

长白×大白后备母猪

[15]

白洁等（2017）

大豆寡糖

异麦芽寡糖

果寡糖

减少盲肠和回肠大肠杆菌数量19.66%、23.75%，

[16]

增加双歧杆菌数量13.57%、14.24%，增加乳酸杆张建斌等（2010）

菌数量3.83%、0.45%

减少盲肠大肠杆菌和沙门氏菌数量58.54%、28.22%

[17]

吴俊等（2018）

显著提高了盲肠和结肠总挥发性脂肪酸含量

使大肠杆菌数量降低了85%，双歧杆菌数量

[18]

王博等（2015）

增加了21.25%，乳酸杆菌数量增加了12.28%

使结肠、盲肠、直肠大肠杆菌数量降低了14.62%、

12.45%、10.69%，双歧杆菌数量增加了4.73%、

[19]

王继成等（2006）

6.85%、8.73%，乳酸杆菌数量增加了0.73%、

5.99%，但直肠乳酸杆菌数量降低了2.31%

提高回肠食糜中乙酸、异丁酸和丙酸的浓度，

显著改善肉仔鸡回肠内的微生物区系

增加肠道中双歧杆菌和乳酸杆菌的数量，

同时还可以降低金黄色葡萄球菌的数量

[20]

徐小龙等（2016）

[21]

Yang等（2012）

低聚木糖杜×长×大猪

罗斯308商品

肉仔鸡

断奶仔猪

壳寡糖

400mg/kg

和600mg/kg

注：表中的百分比均是与对照组相比，经计算后得出。

从表1可以看出，添加不同类型的功能性寡糖对

动物的肠道健康有一定的影响，突出的表现是促进了

双歧杆菌和乳酸菌的增殖，抑制了大肠杆菌的增殖，

有些试验结果还显示添加寡糖提高了乙酸、丁酸和短

链脂肪酸丙酸含量。但在不同动物、不同品种、不同

[11，13，16]

肠段的具体效果上有差异。张建斌等（2011）的

杆菌的比例为17.96%~19.66%左右，而回肠的跨度比

例则较大，约在15.83%~23.75%之间；增加盲肠双歧

杆菌比例10.07%~15.94%之间，同样回肠的跨度比例

则较大，在3.90%~17.69%之间；甘露寡糖增加盲肠乳

酸杆菌的比例较大，为18.44%

[14]

，低聚异麦芽糖和大

豆寡糖增加乳酸杆菌的效果较为一致，分别为3.56%

16]

和3.83%

[13，

。由此可见不同类型的功能性寡糖在动研究表明，不同寡糖在海兰褐蛋雏鸡上减少盲肠大肠

肠道健康专栏

物上的应用效果并不一致，需要根据具体的情况选用

合适的类型才能起到最佳效果。

2.1

功能性寡糖调控动物肠道健康的作用机理

2.1.1

动物肠道维护的关键点

动物肠道的酸性环境非常重要。第一，

适宜的pH值

pH值可以加快饲料的软化，促进饲料中营养物质的

适宜的

溶解，加快双糖的水解并实现蛋白质营养物质的初步

消化；第二，激活酶原并提高消化酶的活性，促进胰液

和小肠液的分泌；第三，保证胃肠道内有益菌群适宜

的生存环境；第四，抑制并杀灭进入肠道内的病原菌，

减少疾病感染概率。

2.1.2

由不同的微生物菌群构成的肠道微环境是保证

正常的菌群环境

动物肠道功能的重要因素。通过有选择性地补充饲

料微生物添加剂，添加促进有益菌生长并抑制病原

菌的物质，也是确保肠道菌群结构稳定正常的有效

手段

[22]

2.2

。

一般认为功能性寡糖由于难以被动物体内分泌的

功能性寡糖的作用机理

消化酶分解，在肠道后段可维持肠道微生态平衡，对改

善宿主健康，提高生产性能起到一定的作用

[23-24]

。其可

能的作用机理主要包括以下几个方面。

2.2.1

1.00%

有

降低肠道

糜pH

、

值

2.00%

研究表

[25]

，其平均

大豆寡糖，

明

，

值的作用机理

在18

能显著降低肉仔鸡盲肠食

日龄肉仔鸡日粮中添加

Zhang等（2003）

pH值从6.73下降到6.25和6.32。

[26]

发现，在断奶仔猪饲粮中添加1%

的水苏糖可显著降低结肠的pH值，这些研究提示功

能性寡糖有降低肠道

FOS

下的有菌家鼠则有大于

饲喂无菌家鼠后

值的作用。用以

50%

，无

C标记的

的

FOS

产生，

被以

而同样条件

说明家鼠消化道内的微生物分解

粪便中释放出来，

形式从

了FOS。单胃动物消化道后部寄生着大量微生物，

既能产生切断聚糖或低聚糖末端糖苷键的酶，也能

产生水解聚合链中间各种糖苷键的酶，因此能消化

功能性寡糖。其消化过程是：功能性寡糖→单糖→

乳酸和丙酮酸→挥发性脂肪酸（VFA）→二氧化碳

和水

[27]

。甘露寡糖能够促进后肠双歧杆菌、乳酸杆

菌的增殖

[28-29]

，利于短链挥发性脂肪酸（SCFA）的产

生

[30]

，降低肠道pH值。

2021年第42卷第3期总第624期

可以推断功能性寡糖发酵产生的丙酸、丁酸等挥

发性脂肪酸是降低肠道pH值的原因。动物消化道内

的pH值是影响微生物生存繁衍的重要因素。一些病

原微生物，如大肠杆菌、沙门氏菌等易在pH值6.0~8.0

的中性环境中生存，而乳酸杆菌等有益菌则适于偏酸

性环境。降低肠道pH值能抑制对酸度敏感致病菌的

生长繁殖，改善肠道微生态环境，提高动物的防病抗

病能力

[31]

2.2.2

李晓丽等

促进矿物质吸收的作用机理

。

（2010）

[32]

报道，0.9%果寡糖能显著提

高21日龄固始鸡血清钙含量。Lebel等（2014）

[33]

研

究发现，甘露寡糖可以显著提高育肥猪对Cu和Zn的

吸收率。袁华根等（2019）

[34]

研究表明：在三元仔猪

日粮添加160mg/kg壳寡糖能显著提高回肠钙和磷

的表观消化率，提高小肠绒毛高度、绒毛高度与隐窝

深

0.1%

度的比值。李玉欣等（2015）

[35]

研究表明：添

肠、空肠和回肠绒毛高度、

或0.2%甘露寡糖能显著提高断奶仔猪十二指

加

降低腺窝深度、提高绒腺

比。有报道认为这可能与增加短链脂肪酸的数量有

关，寡糖能被肠道微生物发酵或部分发酵后产生挥

发性脂肪酸，能为动物提供能量、抵御病原微生物和

维持肠道健康

[36-37]

。

综合报道，推测功能性寡糖促进矿物质吸收的

可能机制是：肠道有益菌增殖降低了肠道内pH值，

生成的H

可与金属离子交换促进金属阳离子的吸

收，还能溶解肠道内容物中的不溶性钙盐、镁盐等，

从而促进矿物质的吸收；肠道黏膜上皮绒毛长度变

长，隐窝深度变浅即绒腺比升高意味着绒毛吸收细

胞增多，分泌细胞减少，造成吸收能力升高，增大了

金属离子与肠壁的接触面积，从而提高了矿物质的

利用率。

2.2.3.1

2.2.3促进肠道内健康微生物菌相形成的作用机理

许多病原菌的细胞表面含有键合碳水化合物的

直接抑制病原微生物

蛋白质，称为外源凝集素。它们与消化道寡糖结构的

受体结合，附着在消化道黏膜表面，从而导致病原菌

在肠道内大量繁殖后直接作用或产生毒素而导致病

变

[38]

。刘卫东（2011）

[39]

的试验表明：日粮中添加0.1%

甘露寡糖显著地抑制了肉仔鸡盲肠内大肠杆菌的生

长。Ramirez-Hernandez等（2015）

[40]

研究发现，甘露寡

糖可以降低动物体内空弯曲菌的定植，由于甘露寡糖

2021年第42卷第3期总第624期

不能为有害菌提供其生长所需的营养物质，因此而抑

制有害菌的生长繁殖，降低其致病作用。

综合报道表明：抑制病原微生物可能作用机

理是寡糖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，形成生物学屏障，致使病原菌死亡而失去致病

能力。

2.2.3.2

动物消化道内没有消化功能性寡糖的酶，

作为有益菌的增殖因子

这些

寡糖绝大部分以未降解的形式到达小肠后段和大肠

发挥其生理功能。从而抑制了有害菌的生长，提高

动物的抗病能力。各种寡糖是公认的双歧因子，可

以促进双歧杆菌增殖，从而抑制有害菌产气荚膜梭

状芽孢杆菌的生长。连国琦等（2012）

[41]

的试验发

现，断奶仔猪日粮中添加0.5%壳寡糖促进有益菌自

身生长的同时还能抑制有害菌的繁殖，如促进双歧

杆菌和乳酸杆菌的生长，抑制大肠杆菌和链球菌的

增殖。

2.2.4

有研究表明，

提高机体免疫力的作用机理

寡糖可作为外源抗原的佐剂，与

一些病毒、病原菌的表面发生结合，增强机体免疫

机能

[42]

，具有抗原特性的寡糖，还能刺激机体产生

特异性免疫

[43]

。在细胞免疫方面，功能性寡糖可增

强巨噬细胞的巨噬作用。在体液免疫方面，功能性

寡糖由于具有免疫佐剂功能，可以显著提高抗体的

生成水平。Xiong等（2015）

[44]

研究发现，COS会引起

断奶仔猪上皮淋巴细胞的数量在十二指肠和空肠

中增多，在回肠中下降，IgA和IL-10的浓度显著提

高。在妊娠母猪日粮中补饲短链果寡糖，可以增加

回肠细胞因子分泌的γ干扰素(IFN)含量、盲肠杯状

细胞数和血清中IgA含量

[45]

。肉鸡日粮中添加甘露

寡糖不仅能够提高鸡血清中的免疫蛋白水平，还可

以提高血液中T淋巴细胞的百分率

[46]

。可见，寡糖

主要通过激活动物机体体液和细胞免疫等来提高

机体免疫力。

3小结

功能性寡糖在改善肠道微生物菌群，促进动物肠

道发育，提高动物机体免疫能力方面有很好的应用效

果，作为新型的绿色饲料添加剂，为替代抗生素的使

用提供了新的研究方向。但功能性寡糖在养殖业和

SILIAOGONGYE

饲料业的应用中尚存一些问题：一是功能性寡糖具体

的调控机制尚未完全清晰，还存在诸多未能解决的问

题，制约其在畜牧业的推广应用；二是功能性寡糖应

用于反刍动物的相关研究报道甚少，尤其对成年反刍

动物的研究上还存在很大空白。因此，今后需加强对

寡糖理化结构与其功能的内在关系、不同生理状态下

反刍动物肠道健康作用机理的研究和探讨，以期功能

性寡糖广泛应用于生产实践。

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