甘露寡糖對保育豬的營養與保健作用

徐運杰，胡鳳姣

（1.山東和美集團有限公司，山東 惠民 251700；2.唐人神集團股份有限公司，湖南 株洲 412000；3.濮陽市動物衛生監督所，河南 濮陽 457000 ）

甘露寡糖（MOS）又叫甘露低聚糖，通常被認為是抗生素生長促進劑的潛在替代物。雖然它屬于不易消化的低聚糖，但MOS在動物腸道的作用方式不同于其他益生元。根據定義，益生元是飼料中不可消化的成分，能夠刺激消化系統中有益細菌的生長或活性，促進宿主的腸道和全身健康。MOS被歸類到營養促進劑中，其理由是雖然它不是腸道微生物群或宿主的直接營養素，但它對養殖動物的健康和生產性能產生積極影響。甘露低聚糖產品的第一個試驗是研究其在大腸桿菌表面黏附甘露糖特異性凝集素的潛力[1]。體外研究的結果表明，日糧中MOS可以減少腸道內病原菌的定植，這后來在動物試驗中得到進一步證實[2,3]。相關研究數據表明，MOS產品可有效應用于豬生產的兩個關鍵時期，即仔豬保育期以及母豬妊娠后期和哺乳期。有研究報道，在母豬妊娠的最后2～3周和哺乳期飼料中添加MOS 2 g/kg或每天5 g/母豬，提高了仔豬的生長率[4-6]。其對斷奶仔豬的數據在這方面不太一致。MOS產品的作用方式已經研究了數十年，發現以下基本作用機制：1）改善動物腸道微生物群結構；2）改善腸道組織的形態結構及營養物質的消化吸收率；3）刺激動物的免疫應答反應；4）吸附結合毒素。因此，在母豬或仔豬日糧中添加MOS均有利于仔豬的生長與健康。

1 斷奶仔豬胃腸道的變化

斷奶對仔豬來說是一種應激，通常其與采食量降低或拒食有關。斷奶后立即出現的厭食癥導致腸道完整性發生改變，胃腸道出現不同的生理變化，如形態和功能的改變，微生物菌群的組成變化，以及炎癥細胞因子的增加。仔豬即使是短時間的饑餓或營養不良（2～3 d）也會導致腸絨毛萎縮，通過減少腸壁的表面積削弱腸道的吸收能力。另外，仔豬刷狀緣酶（氨基肽酶N，二肽基肽酶-4，蔗糖酶）和胰酶活性（胰蛋白酶，糜蛋白酶，淀粉酶，脂肪酶）在斷奶后也急劇下降[7.8]。仔豬斷奶后腸道的變化時間可分為5～7 d的急性期和9～10 d的適應期[9]。急性期的變化肯定會導致營養物質的消化不良，高比率未消化的營養物質，特別是蛋白質，到達后腸道會導致后腸出現不良反應，含氮化合物在后腸發酵產生氨，增加腸道內pH并支持病原菌的增殖。由于仔豬體內的微生物菌群本來就不穩定，腸道菌群阻止有害菌群定植的能力不足。此外，對于4周齡仔豬，無論是先天免疫防御還是后天免疫防御，都不能充分應對病原體的挑戰。加上哺乳后期母豬乳汁中抗體濃度較低，導致仔豬腸道和血液中母源抗體水平也較低，這與4周齡時仔豬自身抗體產生不足同時發生，而仔豬6～7周齡時自身抗體僅開始增加。這些變化常常導致仔豬斷奶后腹瀉和生長速度急劇下降。在過去，使用抗生素生長促進劑能有效地預防仔豬復雜的斷奶后癥狀。但是抗生素生長促進劑是把雙刃劍，大劑量或長期添加抗生素既增加了細菌的耐藥性，也影響了后期豬的最大生長潛能的發揮，濫用抗生素還會導致抗生素的殘留，帶來食品安全隱患和環境污染。基于此，我國農業農村部出臺政策，要求 2020年7月1日起飼料端全程無抗，藥物飼料添加劑將全部退出飼料端。這無疑是養殖行業中的一次巨大變革，也是一次巨大的挑戰。目前，所有能夠促進腸道健康、維持腸道內菌群正常生長或增強豬免疫防御能力的飼料添加劑都可以單一或復合替代抗生素生長促進劑，其中，MOS是一種很有前途的替代品。

2 MOS的來源及化學特性

MOS是由甘露糖組成的不可消化的碳水化合物，是人們從酵母培養細胞壁中提取的一類新型抗原活性物質。酵母細胞的組成取決于酵母的種類、生長階段和發酵的環境因素。細胞壁約為細胞風干重的25%～30%。釀酒酵母（S.cerevisiae）是面包和啤酒工業中的一種著名酵母，其衍生物在動物營養中被用作生產MOS產品。釀酒酵母細胞壁含有甘露低聚糖蛋白和β-葡聚糖。細胞外壁的主要成分是具有α（1-6）和α（1-2）糖苷鍵或在較小程度上具有α（1-3）糖苷鍵側鏈的甘露低聚糖聚合物。宿主或腸道細菌的酶不能裂解這些鍵，因此MOS沒有直接的營養價值，但已證明它能夠維持腸道健康。從相關研究文獻中可以得出結論，雖然市場上MOS飼料添加劑幾乎完全是釀酒酵母的衍生物，但由于加工和生產工藝的原因，其化學成分和生物效率可能有所不同。

3 MOS的作用方式

3.1 對斷奶仔豬腸道微生物菌群的影響

動物腸道有益微生物群的發展和生態平衡的維持對防御機制和腸道健康起著至關重要的作用。與幼豬不同，健康成年豬的胃腸道菌群組成非常穩定，但是，在豬只免疫抑制或被感染期間，這種穩定狀態會迅速改變。一般來說，人們支持雙歧桿菌（Bifidobacteria）和乳酸桿菌（Lactobacilli）在后腸的生長對宿主有積極的影響。然而，在應激情況下，如斷奶，有益細菌的數量往往會下降，而有害菌種，如大腸桿菌（E. coli）和沙門氏菌（Salmonella）的數量則會增加。體外研究表明，在甘露低聚糖產品的存在下，腸道病原體可附著在腸腔內的甘露低聚糖化合物上，而不是附著在腸上皮上，從而減少了它們的定植[2,3]。有研究發現，如果被感染后腸道病原菌暴露程度較高，日糧中添加MOS可以減少后腸中有害細菌的數量[10-13]。然而，少數其他試驗未能證明腸道病原體的數量確實受到日糧MOS的影響[14]。原因可能與甘露低聚糖產品的化學結構（如鍵和甘露糖比例）有關。

腸道微生物菌群是動態平衡存在的，任何一種細菌的數量增加都可能導致另一種細菌的數量減少。一些研究表明，在日糧中添加MOS后，致病菌數量的減少確實與有益菌群的增加有關，特別是乳酸桿菌（lactobacilli）[10,12,15]和腸球菌（Enterococcus）[3]。這些細菌不僅產生短鏈脂肪酸，還產生細菌素和腸道菌素，從而增強有益菌群的競爭和發展[16]。其他結果也證實了MOS對腸道菌群的積極作用，還可以降低腸道中的氨濃度和pH[17]。

3.2 對斷奶仔豬腸道形態結構的影響

Iji等（2001）首次研究證明，日糧添加MOS對腸道形態結構有顯著影響[18]。斷奶仔豬日糧中添加甘露低聚糖產品，腸道絨毛高度增加，隱窩變深，絨毛高度與隱窩深度之比提高[19-21]。絨毛高度與隱窩深度之比增加通常與腸道較大的吸收面積有關，然而，這一比率通常在斷奶后初期是降低的。日糧中添加MOS后，促進了腸道內有益菌群如乳酸桿菌和腸球菌的增殖，改善了后腸中乳酸和短鏈脂肪酸的產生量，從而對上皮細胞的修復產生積極影響，特別是產生具有抗炎作用的丁酸，可以減輕仔豬斷奶后腸壁的過敏反應。此外，MOS增加了豬腸道黏液凝膠層的厚度，對腸黏膜上皮細胞的迅速恢復具有重要保護作用[22]。上皮細胞的結構變化與腸道組織的功能變化有關。Kim等（2000）研究發現[23]，日糧中添加MOS 1 g/kg，提高了21 d斷奶仔豬的回腸氨基酸消化率，如Val、Leu、Ile、Lys和 Arg。Nochta等（2010）報道[24]，斷奶仔豬飼料中添加MOS，能顯著提高營養物質的回腸表觀消化率，特別是必需氨基酸（Lys、Met、M+C、Thr）、Ca 和P的表觀消化率，MOS的添加量以2 g/kg最佳，其營養物質的回腸表觀消化率與含有抗生素生長促進劑的處理組相似。除了減少吸收表面的侵蝕外，更好的消化吸收率至少可以部分地解釋為后腸細菌發酵更活躍導致的較低pH。有益微生物菌群產生短鏈脂肪酸，降低回腸食糜的pH，導致較高的蛋白質水解，從而改善了蛋白質和氨基酸，以及Ca和P的消化利用率。由于腸細胞和黏液蛋白中Thr含量高，回腸Thr分泌量可能是Lys或Met+Cys分泌量的兩倍，Thr表觀消化利用率的較大提高通常表明內源性Thr分泌量減少、腸壁層周轉率較低和內源性氮損失較少。總之，飼糧添加MOS產品可以改善斷奶后仔豬的腸道形態結構，進而對仔豬的營養供應和第一道防線產生積極影響。

3.3 對斷奶仔豬免疫應答反應的影響

飼料中MOS對家畜的免疫應答反應有間接和直接的影響。由于微生物菌群能夠調節宿主的局部免疫，MOS引起的腸道菌群變化可能導致某些免疫變量的變化。有更多的證據表明，添加甘露低聚糖產品可以直接提高豬的免疫能力，特別是母豬和斷奶仔豬的免疫能力。MOS能夠促進腸黏膜不同部位分泌IgA。大量黏膜IgA生成可能是由于腸腔表面的甘露糖結合受體激活了局部免疫防御。Li等（2017）報道，日糧MOS增加了黏膜乳桿菌的糞便豐度，并且與循環IgA濃度呈正相關[25]。Davies等（2004）報道，每kg日糧添加2 g磷酸化甘露聚糖飼喂斷奶仔豬21 d，可改變空腸固有層T淋巴細胞亞群，通過局部免疫功能啟動宿主的全身免疫反應[26]。另外，非特異性細胞免疫變量也受日糧MOS水平的調節。Nochta等（2009）研究發現，日糧中低劑量MOS（1 g/kg）能提高斷奶仔豬對非特異性有絲分裂原淋巴細胞刺激試驗的反應性，但相反大劑量（2或4 g/kg）對其無影響甚至有損害[27]。Davis等（2002和2004）研究報道，日糧補充MOS可促進3周齡斷奶仔豬胃腸道內成熟T淋巴細胞的建立，外周血液中CD4+/CD8+淋巴細胞的比率發生積極變化[28,29]。然而，每千克日糧添加2 g磷酸化甘露聚糖時，斷奶仔豬外周血中性粒細胞百分率呈上升趨勢，淋巴細胞百分率顯著升高。說明全身免疫功能的改變是對胃腸道局部免疫變化的間接反應。在存在免疫挑戰的情況下，在日糧中補充MOS是值得的。日糧中添加MOS（1 g /kg飼料）可增強斷奶仔豬接種滅活偽狂犬病疫苗2周后的特異性免疫應答反應，特別是產生病毒中和[27]。體液免疫反應是B淋巴細胞激活產生抗原特異性免疫球蛋白的結果。White等（2002）用干啤酒酵母作為斷奶仔豬MOS的來源的研究表明，早期斷奶仔豬血清中IgG濃度呈上升趨勢[10]。李玉欣等（2019）研究報道，基礎日糧中添加0.2%畢赤酵母MOS，在大腸桿菌感染時可以通過改變免疫細胞數量來提高機體局部免疫反應，防止免疫過度激活，改善仔豬生長性能[30]。

為了緩和或消除抗原攻擊，早期和較強的免疫應答是動物必需的。MOS有以下幾種潛在的免疫應答作用方式。第一個潛在的機制是血清中存在一種可作為調理素的甘露糖結合蛋白凝集素。調理素是使外源抗原更易受吞噬細胞作用的分子。甘露糖結合蛋白可能與許多病毒和細菌的甘露糖結構結合，并觸發宿主免疫系統的補體級聯反應。MOS可能刺激甘露糖結合蛋白的產生，從而改善吞噬功能，激活補體系統，增強免疫應答[31]。MOS的另一種可能作用方式是自然產生針對病毒和微生物的寡糖表位的抗甘露低聚糖抗體[32]。日糧MOS可能在腸道水平增強抗甘露低聚糖抗體的產生，進而進入血液，從而增強對病毒挑戰的反應[10,27]。第三種作用方式是通過改善腸絨毛結構，改變細胞因子含量（如提高血清IL-10含量，降低TNF-α含量）來調節機體的免疫功能[33]。Duan等（2019）研究了在母豬和其后代的日糧中添加MOS對仔豬免疫力和腸道細菌的影響，結果表明，添加MOS可以改善仔豬腸道微生物群，增強腸黏膜免疫能力，抑制腸道和全身炎癥[34]。根據以上研究表明，在最關鍵的時期，即斷奶后，日糧添加MOS可以提高豬的免疫應答反應。

4 MOS對斷奶仔豬生長性能的影響

仔豬斷奶后饑餓持續時間對仔豬的生長性能和免疫防御機能有不同程度的影響，而且影響到生長期和育肥期豬只的生產性能。雖然豬有補償生長能力，但產生的應激越大，恢復的機會越小。因此，任何能緩解斷奶后生長速率下降的飼養策略都對豬只生產效率產生積極影響。日糧中添加MOS對斷奶仔豬的健康恢復和生長性能具有促進作用，在腸黏膜上皮萎縮的情況下，對腸壁修復具有積極作用，從而，顯著提高斷奶仔豬的日增重和飼料效率[35,36]。添加MOS對仔豬生產性能的影響受不同因素的影響，主要包括斷奶日齡、健康狀況、飼養時間、環境條件、MOS來源和添加量。杭蘇琴等（2009）研究報道，仔豬對MOS有一個適應過程，飼喂2周后可促進仔豬生長，減少腹瀉的發生，連續飼用MOS對仔豬脂質代謝有一定的影響[37]。

5 總結

綜上所述，MOS通過積極影響斷奶仔豬的腸道微生物群和腸道形態結構，加速仔豬由于斷奶饑餓應激或采食固體飼料中抗原損傷的腸黏膜上皮的修復，有助于保持仔豬斷奶后腸道的完整性和消化吸收功能。因此，與斷奶相關的消化吸收不良綜合征可以通過在日糧中補充MOS來緩解。不過，日糧中添加MOS對環境衛生條件差的斷奶仔豬有促生長作用，而在衛生標準高、斷奶后能保持高生長率的健康豬群中，沒有觀察到MOS的積極作用。在免疫反應方面，MOS通過促進抗原提呈增強斷奶仔豬的抗病性，從而增強從先天性免疫應答向適應性免疫應答的轉變。添加MOS除了維持腸道健康和支持防御機制所帶來的經濟效益外，日糧添加MOS還可以減少藥物的使用，使豬肉生產更加健康和安全。