功能性寡糖及其作用机理.pdf
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第28卷第1期2011年2月实验动物科学LABORATORYANIMALSCIENCEVol.28No.1February2011櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴毷毷毷毷综述进展功能性寡糖及其作用机理康峰卢胜明张海峰安立刚胡建武(北京实验动物研究中心,北京100012)摘要:
本文介绍了功能性寡糖的概念、种类,并阐述了果寡糖、甘露寡糖、异麦芽寡糖和木寡糖等对动物的作用及其机理,还对其应用提出了展望。
关键词:
功能性寡糖;动物;作用机理中图分类号:
Q53文献标识码:
C文章编号:
10066179(2011)01-0046-03收稿日期:
20100524作者简介:
康峰(1981),男,博士。
研究方向:
实验动物科学、生物材料科学。
E-mail:
kangfeng19811功能性寡糖的概念和种类寡糖是指由210个单糖经脱水缩合,由糖苷键连接形成的,具有直链或支链的低度聚合糖类的总称。
根据其生物学功能不同,可将其分为普通寡糖和功能性寡糖两大类。
普通寡糖可被动物消化吸收,产生能量,如麦芽糖;而功能性寡糖(FunctionalOligosaccharides),或称非消化性寡糖(Non-digestibleOligosaccharides,NDOs),不被人和动物肠道分泌的消化酶消化,但可促进肠道有益菌(如双歧杆菌)的增殖,有益于人和动物的健康,属于营养生理活性物质。
功能性寡糖是近年国内外研究发现的一类新型食品和饲料添加剂,它的作用效果类似于益生素,但其作用机理与益生素不同。
它克服了益生素(外源有益菌)在人和动物胃肠道定植能力差等缺陷,实际应用中问题比较少(与益生素相比,不存在加工、贮藏过程中的失活问题)。
由于功能性寡糖具有无毒、无污染等特点,被营养学家称为“益生元”(Prebiotics)类绿色添加剂。
有关它的研究已成为当前食品科学、动物营养、饲料加工等领域的热点。
目前,国际上开发成功的功能性寡糖有70余种。
在动物营养中研究与应用的有果寡糖(Fructooligosaccharides,FOS)、甘露寡糖(Mannanoligosaccharides,MOS)、异麦芽寡糖(Isomaltooligosaccharides,IMO)、大豆寡糖(Soybeanoligosaccharides,SBOs)、木寡糖(Xylooligosaccharides,XOS)、半乳寡糖(Galactooli-gosaccharides,GAS)及-寡葡萄糖(-Glucooli-gosaccharides,-GOS)等,其中前三种最为常见。
FOS又称低聚果糖、蔗果三糖族低聚糖等,是指在蔗糖分子上以-(1,2)糖苷键结合13个D-果糖所形成的一组低聚糖的总称。
商品FOS的主要有效成分为果寡三糖(GF2)、果寡四糖(GF3)和果寡五糖(GF4)。
商品FOS的标准规定,其相对分子量最多不超过823,分子聚合度应在27之间,平均聚合度为2.7。
FOS广泛存在于自然界中,目前已发现约30000余种植物中含有FOS成分,如洋葱、大蒜、黑麦、香蕉等,其中以菊芋块茎中含量最为丰富,占块茎干重的70%80%。
MOS则因来源不同而在结构上有所差异。
如研究较多的魔芋葡甘露寡聚糖是由分子比为11.5的葡萄糖和甘露糖残基通过-(1,4)糖苷键聚合而成,其侧链则是通过-(1,3)糖苷键连接而成。
而来源于酵母细胞壁的葡甘露寡聚糖的主链主要以高度分枝的吡喃甘露糖残基链进行排列,其主链的连接方式是-(1,6)糖苷键连接,侧链则主要通过-(1,2)及-(1,3)糖苷键连接。
MOS广泛存在于魔芋粉、瓜儿豆胶、田青胶及多种微生物细胞壁内。
IMO也称为分支低聚糖、-寡葡萄糖。
其中至少含有一个通过-(1,6)糖苷键结合的异麦芽糖,其它的葡萄糖残基可以通过-(1,2)、-(1,3)、-(1,4)糖苷键组成寡糖。
自然界中IMO极少以游离状态存在,而是作为支链淀粉或多糖的组成部分。
第1期康峰等:
功能性寡糖及其作用机理商品IMO是一种以异麦芽糖、潘糖、异麦芽寡三糖和四糖以上为主成分的寡糖,总成分占总糖的50%以上,其余成分为葡萄糖、麦芽糖和麦芽三糖。
2功能性寡糖的作用机理2.1调节动物胃肠道的菌群功能性寡糖对肠道菌群的调节主要在于增殖有益菌,尤其是双歧杆菌,抑制有害菌,以提高动物的健康水平。
功能性寡糖对双歧杆菌增殖的机理在于它不只充当一种碳源或营养物质,而且还可能参与了双歧杆菌的生长调节和黏附作用。
动物消化道内病原菌(如大肠杆菌、沙门氏菌、霍乱菌、梭状芽孢杆菌)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,在肠壁上繁殖导致肠道疾病的发生。
而甘露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,结合后的甘露寡糖不能提供病原菌生长所需的营养素,使病原菌死亡。
2.2提高动物的免疫力功能性寡糖提高动物机体免疫机能,主要是通过激活动物机体体液和细胞免疫等来实现的。
2003年,Kelly-Quagliana等用含25%果寡糖的饲料喂养120只雌性小鼠6w,结果表明,果寡糖能显著增加腹膜巨噬细胞的噬菌活性1。
2005年,翟明仁等报道,Sisak和Zennoh发现大鼠饲喂MOS后,巨噬细胞活力增加2。
2009年,冯东岳报道,甘露寡糖能显著提高非洲鲶(Clariasgariepinus)的噬中性白细胞活性,刺激机体免疫3。
2.3促进动物消化道的生长发育并调节其消化机能2004年,Hsu等4也报道,小鼠饲粮中添加6%木寡糖后,小鼠肠组织、盲肠壁和盲肠内容物分别比对照组增重4.4、1.5、2.7g,差异均显著(P0.05),同时结肠肠壁厚度也有显著增加。
2006年,凌宝明等报道,0hta的实验结果显示大鼠饲喂FOS增加了大肠和小肠黏膜重及其总蛋白含量,而且FOS发酵产生的丁酸使隐窝深度、细胞密度及盲肠壁重增加,使结肠细胞增生5。
2006年,高启禹等报道饲喂甘露寡糖有益于结肠粘膜上皮细胞的排列,并能改善结肠绒毛长度,肠道肌层厚度。
饲喂不同水平的甘露寡糖对大鼠结肠组织影响较大,直接影响其组织结构,FOS发酵产生的丁酸使隐窝深度、细胞密度及盲肠壁重增加,使结肠细胞增生6。
同年,何亚男等研究表明,半乳甘露寡糖、壳寡糖及半乳甘露寡糖+乳酸菌均能显著增加大鼠十二指肠及空肠肠黏膜内肠黏膜碱性磷酸酶的活性7。
2.4调节脂质和蛋白质的代谢并增强动物对矿物质的吸收1995年,Younes等8报道,大鼠日粮中补充7.5%FOS,从血液流入盲肠中的尿素量增加120%,盲肠中净氮沉积增加一倍,粪氮占总氮排泄量的比例由10%提高到28%,血中尿素及肾中氮排泄均减少20%30%。
2002年,黄纪明等9报道,IMO能提高大鼠在模拟失重状态下对钙离子的吸收,提高其血清骨钙素(BGP)水平,从而促进其骨骼钙化。
凌宝明等5总结,一些研究表明,日粮中添加50200g/kgFOS可以降低大鼠血清中的脂质水平。
Ohta的实验结果显示,大鼠胃切除后导致贫血及骨质减少,而摄入FOS则可增加铁的吸收并促进缺铁性大鼠贫血的恢复。
而Ohta的另一个实验显示,补充FOS增加了大鼠对钙、镁的吸收,股骨中钙的含量增加并且防止了食粪癖的发生;而且,预防食粪癖后尤其提高了FOS对镁吸收的刺激性效应。
2.5促进动物的生长功能性寡糖能够促进动物对营养物质的消化吸收,促进动物生长。
张红梅等10在建鲤(CyprinuscarpiovarJian)日粮中添加不同剂量的酵母甘露寡糖(MOS),结果发现,试验组质量增长率均较对照组有明显提高,且呈剂量依赖关系。
0.4%MOS试验组质量增长率较对照组提高了16.8%,饵料系数也随添加剂量的提高而降低,0.4%MOS试验组饵料系数较对照组降低了17.8%。
熊沈学等11研究表明,日粮中添加0.01%的XOS能提高异育银鲫的生长和肠道消化酶活性,若添加过量,则生长和蛋白酶活性下降。
3结束语综上所述,功能性寡糖是一种安全的、无毒副作用的新型绿色环保添加剂,它不易被各类动物消化,却能够改善动物肠道内的微生态环境,促进有益菌群生长,抑制病原菌的繁殖,提高动物免疫力,从而促进动物健康生长。
因此,在不久的将来,功能性寡74实验动物科学28卷糖有可能替代抗生素,从而结束抗生素的辉煌时代。
因此,功能性寡糖在食品科学、动物营养、饲料加工等领域具有广阔的发展前景,几年之后与功能性寡糖相关的食品、饮料、保健品、饲料将会迅速上市并进入人们的生活,到那个时候人们的生活将会更环保更绿色。
参考文献1Kelly-QuaglianaKA,NelsonPD,BuddingtonRK.DietaryoligofrnctoseandinulinmodulateimmunefunctionsinmiceJ.NutrRes,2003,23
(2):
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189193.5凌宝明,余学兰,陈永均,等.功能性寡糖及其在反刍动物营养中的应用J.广东畜牧兽医科技,2009,31(5):
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檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶2324.(上接第41页)normallyasymptomatic,butepidemicsoffatalinfluenzahaveoccurredinturkeysandchickens,andH5N1virushascausedfatalinfectioninanumberofdifferentbirdspecies.Duckcanexcretevirusinfeces,infectingotherducksviacontaminatedwater.Migratoryducksthenspreadthevirusaroundtheworld.Thevirusesinbirdsareinstasis.Almostnodifferenceinaminoacidsequencesofthevariousproteinsarepresentinvirusesseparatedbymanydecades,althoughthenucleicacidsequencesencodingtheseproteinsdodrift.Thistogetherwiththefactthatthevirusesseldomcausediseaseintheiravianreservoirsshowthatinfluenzainbirdsisancientandthevirushasadaptedtoitsprimaryhost.ThegenesegmentsofinfluenzaAvirusreassortreadilyduringmixedinfection,andviruseswithnewcombinationsofgenesarisefrequently.Newlyarisingreassortantscancausemajorepidemicsofinfluenzawhenintroducedbinationsofgenesgiverisetovirusesthatarecapableofepidemicspreadinhumans.OnlythreesubtypeofHA(H1,H2,andH3)andtwosubtypeofNA(N1andN2)havebeenboundtodateinepidemicstrainsofhumaninfluenzavirus.Threeinfluenzapandemicsoccurredduringthelastcentury,thisvirusfirstappearedasthecauseofthegreatinfluenzaepidemicof19181919.Thevirusisolatedintheepidemicof1957hadadifferentsubtypeofbothHAandNAandwascalledH2N2.TheH2N2virusreplacedtheH1N1virusasthecauseofinfluenzaepidemics.TheH2N2viruswasitselfreplacedbyH3N2virusbeginningwiththeepidemicof1968.The19181919viruswasanavianvirusthatadaptedtohumansthroughaseriesofpointmutations.Bycontrast,the1957and1968pandemicinfluenzavirusesweretheproductsofreassortment,thatis,threegeneswerederivedfromanavianinfluenzavirusandtheremainingfivegenesfromthepreviouslycirculatinghumaninfluenzaviruses.Keywords:
Influenzavirus;Genestructure;Viralvariation;Molecularvirology;Molecularepidemiology;Genechip84
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