饲用功能性寡糖研究现状与进展

2024年3月29日发(作者：春乏秋困)

综述

江西饲料

2016年第5期

饲用功能性寡糖研究现状与进展

梁欢瞿明仁*

（江西农业大学江西省动物营养重点实验室/营养饲料开发研究中心南昌330045）

摘要：饲用功能性寡糖(functionaloligosaccharides)如果寡糖(fructooligosaccharides,FOS)、大豆寡

糖(soybeanoligosaccharides,SBOS)、甘露寡糖(mannanoligosaccharide,MOS)、木寡糖(xylooligosaccha⁃

rides,XOS)等，它们不能被动物前端消化道分泌的消化酶降解消化，具有特殊的生理学功能，是一种化

学益生素。本文阐述了饲用功能性寡糖在动物体内消化代谢的途径，从改善动物消化道菌群结构、提

高机体免疫力、促进消化道发育、增强动物消化吸收能力四个方面综述了有关饲用功能性寡糖生理功

能的研究进展，浅谈了饲用功能性寡糖在家禽、猪、反刍动物、水产动物生产中的应用现状，并提出了饲

用功能性寡糖未来研究的主要方向，以期为饲用功能性寡糖的应用及进一步研究提供理论依据。

关键词：饲用功能性寡糖；生理功能；研究现状；发展趋势

中图分类号：S816.11文献标识码：A文章编号：1008-6137（2016）05-0001-07

0引言

功能性寡糖，又称非消化性寡糖(non-digest⁃

ibleoligosaccharides，NDOs)，是指由2~10个单糖

通过糖苷键连接，不能在动物消化道前端或被动

物分泌的消化酶所消化的一类直链或支链的低

聚糖。它具有促进乳酸菌、双歧杆菌等益生菌增

殖的生理学功能，有益于人和动物的健康，因而

又称为益生元(prebiotics)

[1]

。目前已成功开发利

用的饲用功能性寡糖有果寡糖(FOS)、甘露寡糖

(MOS)、半乳寡糖(GOS)、大豆寡糖(SBOS)、木寡糖

(XOS)、异麦芽寡糖(IMO)等。

近年来，随着人们食品安全意识的不断提

生素的新型饲用添加剂。饲用功能性寡糖作为

一种新型绿色饲用添加剂，可以选择性地刺激肠

道中有益菌的生长繁殖而不能被大部分有害菌

所利用

[2-4]

，具有稳定性强、用量少、无残留等特

点。在饲料中使用饲用功能性寡糖不仅克服了

以往所有抗生素的缺点

[5]

，同时还颠覆了传统意

义上碳水化合物仅能作为能源物质的概念，为动

物营养研究提供了新动向。因此，饲用功能性寡

糖被越来越多人的重视，并已成为了动物营养研

究领域的新热点。

1饲用功能性寡糖在动物体内的消化与代谢

哺乳动物的消化道前端主要消化碳水化合

物结构中的a-(l，4)糖苷键，其产生的内源性碳水

化合物类消化酶对a-(1，2)、a-(1，6)、β-（1，6）、β-

-1-

高，饲料中大量使用抗生素所产生的副作用受到

越来越多人的关注，世界各国开始寻找可替代抗

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（1，4）、β-（1，2）等糖苷键的消化能力很弱甚至无

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附植在肠壁上，最终引起病原菌死亡而失去致病

能力

[12-14]

。臧素敏等

[15]

研究发现，添加甘露寡糖后

肉鸭盲肠乳酸杆菌数量显著升高，大肠杆菌和pH

值显著降低。张学峰等

[10]

研究表明，向绵羊瘤胃

中灌注SBOS可以有效增加瘤胃纤维分解菌的数

量，减少甲烷产生菌的数量。刘立恒等

[16]

通过研

究发现，添加饲用功能性寡糖(MOS、FOS和SBOS)

组合后，牛瘤胃液细菌PCR-DGGE图谱条带数明

显增加，饲粮添加功能性寡糖组合能够影响瘤胃

菌群区系，增强其稳定性。戈婷婷等

[17]

研究发现，

功能性寡糖的添加水平在1.00%~1.20%之间更有

利于锦江黄牛瘤胃微生物的生长。

2.2提高机体免疫力

饲用功能性寡糖可作为外源抗原的佐剂与

一些病毒、毒素、真核细菌的表面发生结合，提高

机体免疫功能

[18]

。在细胞免疫方面，饲用功能性

寡糖的主要作用是增强巨噬细胞的巨噬作用。

在体液免疫方面，饲用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。瞿明

仁等

[9]

研究发现，瘤胃灌注SBOS可以显著提高绵

羊外周血血清IgA和IgG含量、CD4细胞数量和

CD4/CD8值(

P

<0.05)，回肠灌注SBOS可以增加外

功能性寡糖对反刍动物免疫功能的影响可能是

全消化道的。游金明等

[19]

研究发现添加丁酸钠和

甘露寡糖对提高断奶仔猪生长性能和免疫水平，

降低腹泻的发生有促进作用。宋小珍等

[20]

通过研

究发现，在仔猪日粮中添加适量的寡聚糖可极显

著(

P

<0.01)提高仔猪血清中的IgG水平。Franklin

等

[21]

研究发现，在干奶期补充MOS可以提高奶牛

对轮状病毒的免疫力，提高轮状病毒抗体转移到

犊牛的数量。Xiong等

[22]

研究发现饲喂COS会引

起上皮淋巴细胞的数量在十二指肠和空肠中增

多，在回肠中降低，IgA和IL-10的浓度显著提高

(

P

<0.05)。Dong等

[23]

通过细胞培养技术研究了

β-GOS对脾脏细胞继发性免疫功能的影响，结果

周血CD8细胞数量，降低CD4/CD8值，因此，饲用

法分解

[6]

，而饲用功能性寡糖结构中a-(l，4)糖苷

键的含量很少，因此饲用功能性寡糖基本上不会

被哺乳动物所消化。反刍动物瘤胃及单胃动物

消化道后部内寄生着大量的厌氧微生物，这些厌

氧微生物既能产生分解聚合链中间各种糖苷键

的酶，还可以产生切断多聚糖和低聚糖末端糖苷

键的酶，因此，反刍动物瘤胃及单胃动物消化道后

部可以降解利用饲用功能性寡糖。Tokonaga等

[7]

用

14

C标记的FOS饲喂无菌家鼠后8h，无

14

CO

2

产

生，而在相同条件下，饲喂有菌家鼠后则有超过

出来，这一结果表明，家鼠消化道内的微生物分

解了FOS。饲用功能性寡糖在动物体内的消化过

程可简单表示为：饲用功能性寡糖→单糖→丙酮

酸和乳酸→挥发性脂肪酸（VFA）→CO

2

和水。

Oku等

[8]

通过给小鼠静脉注射用

14

C标记过的

FOS，研究了FOS在小鼠体内的代谢途径，发现

能在机体组织中代谢。

50%的FOS以

14

CO

2

的形式被机体从粪便中释放

FOS不经任何分解而随尿迅速排出，说明FOS不

刘兵等

[9]

研究了瘤胃灌注SBOS对绵羊消化

道营养物质消化与流通的影响，结果发现，灌注

SBOS可以显著提高瘤胃液相的食糜外流速率(

P

<

0.05)，从而推断出瘤胃微生物可以有效地分解饲

用功能性寡糖。张学峰等

[10]

研究发现，瘤胃微生

物可以消化利用饲料中的寡糖，同时瘤胃微生物

还可以利用饲料中的原料衍生出寡糖，使瘤胃

RNDOs的浓度保持在一定的水平，且不随添加量

和培养时间的变化而发生改变。

2饲用功能性寡糖的生理功能

动物消化道(主要指反刍动物瘤胃和动物消

化道后部)内寄生着大量种类繁多的厌氧微生

物。根据各类细菌对肠道健康的影响，可将它们

分为有益菌群、有害菌群以及介于二者之间的兼

性菌群

[11]

。饲用功能性寡糖的结构与病原菌在肠

壁上受体的结构十分相似，因此，饲用功能性寡

糖可以与病原菌发生竞争性地结合，阻止病原菌

-2-

2.1改善消化道微生物菌群结构

表明，β-GOS可作为免疫佐剂显著提高IL-4分泌

细胞对HBsAg的应答作用(

P

<0.05)，但β-GOS对

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IFN-y分泌细胞的作用不显著。

2.3促进消化道发育

饲用功能性寡糖可以完整地通过单胃动物

消化道前段而到达后肠，被微生物代谢后，提供

短链脂肪酸（VFA）作为粘膜细胞增殖的能源，其

中丁酸是结肠粘膜的主要能源物质，可以刺激上

皮细胞的生长，肠道VFA含量升高，pH值降低有

利于肠粘膜保持完整的形态结构并促进粘膜细

胞的增殖

[11]

。Campbell等

[24]

研究发现，在日粮中

添加6%FOS会降低pH值，提高盲肠中盲肠短链

脂肪酸(SCFA)和丁酸的浓度，增加盲肠总重和盲

肠壁重，但不影响结肠壁的重量。易中华等

[25]

研

究发现，在仔鸡日粮中添加0.50%SBOS能对肉仔

鸡肠黏膜的形态产生积极有利的影响，其中十二

指肠、空肠和回肠的绒毛高度以添加0.50%SBOS

组为最大；空肠和回肠的隐窝深度均以添加

0.50%SBOS组最小；空肠和回肠的V/C值以添加

0.50%SBOS组为最大，这说明在肉仔鸡日粮中添

加0.50%SBOS对空肠和回肠的黏膜形态产生具

1g/kg的甘露寡糖对维持早期断奶仔猪小肠绒毛

有最好效果。黄俊文等

[26]

研究发现添加纳豆菌和

的发育有明显作用，2g/kg的甘露寡糖有增加仔

猪小肠黏膜绒毛高度的趋势，各试验组小肠黏膜

隐窝深度差异不显著，纳豆菌和1g/kg的甘露寡

糖同时使用时，显著提高肠绒毛高度和绒毛高度/

隐窝深度比值。李玉欣

[27]

研究发现，在断奶仔猪

日粮中添加0.10%和0.20毕赤酵母甘露寡糖可提

高断奶仔猪肠道肠绒毛长度和绒腺比，改善肠绒

毛结构。

2.4增强动物消化吸收能力

在单胃动物方面，Kawasaki等

[28]

、Jahanian等

[29]

、

Biggs等

[30]

研究发现，添加饲用功能性寡糖可以提

高蛋白质的消化率。此外，添加饲用功能性寡糖

可以增强动物吸收矿物质元素的能力，饲用功能

性寡糖一方面通过提高消化道黏膜通透性来促

进矿物质元素的吸收

[31]

，另一方面寡糖可借氢键

或盐键形成具有类似于网状结构的笼形分子，从

而增强对金属元素的吸附能力

[32]

。Ohta等

[33]

研究

表明，在日粮中添加5%的FOS可以显著提高大

鼠对钙、镁离子的吸收率，其吸收率分别较对照

组增加了28%和41%(

P

<0.05)。Lebel等

[34]

研究发

现，在育肥猪日粮中添加MOS可以显著提高猪对

Cu和Zn的吸收率(

P

<0.05)。

在反刍动物方面，刘兵等

[35]

研究发现，灌注

SBOS显著提高了绵羊瘤胃MN流通量(

P

<0.05)、

MN的十二指肠流通量(

P

<0.05)、MN/N的比值(

P

<

0.05)，同时表明灌注SBOS可以提高瘤胃液相食

糜的外流速率。凌宝明等

[36]

通过体外试验时也发

现，SBOS可以提高瘤胃液中MCP含量；另外，灌

注SBOS提高了绵羊CP在肠道中的消化率(

P

<

0.05)，降低了CP在回肠和大肠的流通量(

P

<0.05

或

P

<0.01)。灌注1.2%的SBOS提高了DM、OM、

ADF、NDF在胃区(

P

<0.05或

P

<0.01)和大肠(

P

>

0.05)以及整个消化道(

P

<0.05或

P

<0.01)的消化

率，提高了DM在小肠的消化率(

P

>0.05)，降低了

日粮中DM、OM、NDF、ADF在十二指肠、回肠、直

肠的流通量(

P

<0.05)或(

P

<0.01)，因此促进了DM、

OM、ADF、NDF的消化与利用。闵力等

[37]

研究发

现，在锦江黄牛日粮中添加饲用功能性寡糖组合

GT1和GT2均能极显著提高稻草在锦江黄牛瘤胃

胃降解率无显著影响(

P

>0.05)。

3饲用功能性寡搪在动物生产中的应用

宋小珍等

[38]

研究发现，添加0.30%FOS+0.15%

MOS与0.45%FOS+0.10%MOS两个寡糖混合处理

组均可以显著提高仔猪的饲料转化率、日增重和

腹泻率(

P

<0.05)，添加这两个组合可作为FOS和

MOS在仔猪日粮中的最适配比量。龙次民等

[39]

研

结果显示，添加30g/tCOS可以通过增强母猪抗

氧化酶活性的方式来缩短母猪产程，进而影响母

猪繁殖能力，同时，添加COS还可以提高新生仔

猪体内抗氧化酶活性及其上游调控基因的表达，

提高仔猪抗氧化力。李梦云等

[40]

研究表明，在母

猪妊娠后期日粮中添加0.3%的FOS可以显著提

-3-

中的DM、OM、ADF降解率(

P

<0.01)，但对CP的瘤

3.1在猪生产中的应用

究了添加COS对妊娠后期母猪生产性能的影响，

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高母猪妊娠后期和哺乳期的采食量(

P

<0.05)，极

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中的研究还相对较少。有学者认为，反刍动物瘤

胃中存在大量厌氧微生物，这些瘤胃微生物会降

解寡糖，使得寡糖无法发挥其生理学功能。还有

学者研究指出，果胶、纤维素和半纤维素等碳水

化合物在瘤胃中能被微生物降解产生大量寡糖，

因此无需在反刍动物日粮中额外添加饲用功能

性寡糖。这些原因限制了饲用功能性寡糖在反

刍动物生产中应用。但是近年来，随着科学研究

的不断深入，越来越多的研究表明，在反刍动物

日粮中添加饲用功能性寡糖同样具有显著的效

果。

钟志勇

[49]

研究表明，添加饲用功能性寡糖组

合对锦江黄牛瘤胃液的pH值影响不大，但能提

高瘤胃液中VFA和NH

3

-N含量，降低MCP浓度，

提高瘤胃液中总脱氢酶、纤维素酶和木聚糖酶活

性。肖宇等

[50]

研究发现，饲喂不同种类的寡糖会

提高瘤胃内乙酸和总挥发性脂肪酸（TVFA）含

量，其中，添加半乳甘露寡糖的效果最好，显著增

加了瘤胃内乙酸和TVFA的含量(

P

<0.05)。林英

庭等

[51]

研究发现，在山羊饲粮中添加IMOG、MOS

和FOS可以显著提高瘤胃液中性蛋白酶的活性

(

P

<0.05)，添加FOS还可以显著提高瘤胃液α-淀

FOS可以提高山羊对常用粗饲料的DM、ADF及

山羊饲粮中添加FOS和GMOS对改善瘤胃发酵具

料中添加Enierground(由FOS、蒜素及肠道活性微

生物组成的混合物)，在降低腹泻、促进犊牛健康

方面具有与抗生素(土霉素)相似的作用效果，在

总的体增重、平均体增重及采食量等方面的差异

也不显著，显示由FOS、益生素及诸如此类物质组

成的复合物有可能代替抗生素在代乳料中的使

用。Toshiya等

[53]

研究发现，给荷斯坦犊牛饲喂纤

维低聚寡糖可显著提高犊牛的日增重和饲料转

化效率，其饲喂效果好于共生素。

3.4在水产动物生产中的应用

近年来，饲用功能性寡糖在水产动物生产上

粉酶的活性，饲粮添加MOS、GMOS、IMO、XOS、

NDF瘤胃降解率，综合考虑，在1%添加水平下，

有较好效果。Donovna等

[52]

研究发现，在犊牛代乳

显著提高健仔率、平均日增重和仔猪断奶重(

P

<

0.01)，显著改善母猪和仔猪生产性能。Yang等

[41]

研究发现，在日粮中添加400~600mg/kgCOS可

以提高断奶仔猪的生长速度，增强肠道的防御能

力，增加乳酸菌和双歧杆菌的数量，减少盲肠中

金色葡萄球菌的数量。Krzysztof等

[42]

研究表明，

按照4kg/t的剂量，可用FOS替代日粮中的抗生

素饲喂乳猪和断奶仔猪，这不仅不会影响仔猪的

料重比和日增重，还能有效降低仔猪的死亡率。

Davis等

[43]

研究发现，添加MOS可以显著提高仔猪

的生产性能（采食量、日增重及饲料转化率）。

3.2在家禽生产中的应用

李启琳等

[44]

在日粮中添加甘露寡糖1g/kg，可

使肉鸡成活率和平均日增重比抗生素组分别提

高1.03%和2.30%，而料重比则比抗生素组降低

1.00%。游金明等

[45]

研究发现，添加1000g/tMOS

和125g/t复合蛋白酶对肉鸡具有显著的促生长

发现，在杂粕型蛋鸡饲粮中添加木聚糖酶有提高

蛋重和产蛋率的趋势，且显著提高了营养物质利

用率(

P

<0.05)，与对照组比较，木聚糖酶添加组蛋

鸡能量、CP、粗脂肪(EE)、CF、Ca、P的利用率分别

提高了2.15％~2.81％、0.57％~6.64％、0.55％~

2.18％、57.04％~82.0l％、2.67％~10.9l％、10.52％

~14.27％。Sohail等

[47]

研究表明，在热应激条件

下，向肉鸡日粮中添加MOS可以显著降低肉鸡血

作用，但两者之间无互作效应。王书山等

[46]

研究

清中胆固醇和皮质醇的含量(

P

<0.05)，提高甲状

腺素的浓度，降低热应激带来的伤害，此外，添加

MOS还可提高肉鸡对新城疫病毒的体液免疫能

力。李寸欣等

[48]

研究发现，在日粮中添加0.15%

低聚糖可以显著提高雏鸡的采食量和增重量，其

中采食量较对照组，在2周龄、4周龄、6周龄的增

重量较对照组分别提高了6%、10.01%、6.74%(

P

<

0.05)，显著降低雏鸡的料重比和腹泻率(

P

<0.05)，

表现出极好的饲用效果。

3.3在反刍动物生产中的应用

目前，有关饲用功能性寡糖在反刍动物生产

-4-

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的研究也越来越多，其应用效果与单胃或反刍动

物相似。SANG等

[54]

研究发现，添加1~2g/kgMOS

对黑虎虾生长性能、免疫功能和形态学特性具有

最好的效果。黄鑫玮等

[55]

研究了添加壳寡糖对幼

建鲤生产性能和免疫功能的影响，结果表明，壳

寡糖可以提高幼建鲤的生长性能，增强其非特异

性免疫功能，当壳寡糖的添加量在0.86%~1.09%

之间时效果最好。刘含亮等

[56]

通过研究发现，在

虹鳟饲料中添加壳寡糖可显著提高虹鳟的增重

率、生长率和蛋白质利用效率(

P

<0.05)；增加虹鳟

血清总蛋白、白蛋白和球蛋白含量。Hoinifar等

[57]

研究发现，在饲料中添加2%~3%的FOS可以显著

提高鲤鱼的存活率和抗逆性。

4展望

由于饲用功能性寡糖具有无毒、无污染等特

点，因此被营养学家称为“益生元”类绿色添加

剂，目前，已受到世界上许多国家和地区的重视

和青睐。然而，饲用功能性寡糖在养殖和饲料工

业的应用中尚存在一些问题，主要包括两个方

面：一是饲用功能性寡糖在动物体内的作用机制

尚未完全研究清楚，在生产中的使用效果不够理

想或不稳定，成本偏高，二是在反刍动物方面研

究较少。为此，今后应就以下几个方面进行深入

研究：(l)应加大寡糖应用于反刍动物的研究力度，

尤其要加强对幼龄反刍动物应用效果的研究，这

是当前的一个薄弱环节。随着我国农业结构战

略性调整步伐的加快，牛羊肉生产特别是奶业的

发展成为亮点，牛羊肉及奶品的安全性也将越来

越受到人们的关注。目前，在奶牛中大量使用抗

生素用于防止乳房炎及其他疾病，造成奶制品中

大量残留抗生素，如何取代抗生素是一个觅待解

决的问题。而饲用功能性寡糖的研究与应用为

这一问题提供了一种新的解决措施；(2)研究外源

性寡糖(饲用功能性寡糖)与内源性寡糖(饲料中

包含的寡糖)之间的相互关系，如稀释作用、协同

与领顽效应。目前，国内主要饲料原料中寡糖的

数据研究还处于空白阶段，应大力开展各类原料

中寡糖基础数据的研究，这需要全国各地的科研

单位一起完成；(3)研究饲用功能性寡糖与益生

素、抗生素以及其他营养性或非营养性物质之间

的协同或颉颃作用，进一步提高饲用功能性寡糖

的饲用效果及利用率。

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综述

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基金项目：公益性行业（农业）科研专项

（201303143）、国家肉牛牦牛产业技术体系（CARS-38）、

赣鄱555领才培养计划。

作者简介：梁欢（1990-），男，江西遂川人，博士研究

生，主要从事反刍动物营养研究。

*通讯作者：瞿明仁，教授，博士生导师。

收稿日期：2016-08-13

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