陳 帆

（四川省洪雅縣畜牧獸醫(yī)局，四川 洪雅 620360）

近年來(lái)，人們對(duì)低聚糖的生產(chǎn)與應(yīng)用研究越來(lái)越多，已有多種低聚糖投入了工業(yè)生產(chǎn)并應(yīng)用于保健食品和飼料添加劑中，低聚木糖是其中的一種。與其他低聚糖相比，低聚木糖具有增殖雙歧桿菌、用量小、耐酸、耐熱、降低水分活度和防止凍結(jié)等特點(diǎn)。

1 低聚木糖概述

功能性低聚木糖主要是由2～7個(gè)木糖通過(guò)β－1，4糖苷鍵連接而成的低聚糖，其有效成分主要為木二糖和木三糖。其中木二糖的甜度為蔗糖的40%，含量為50%的低聚木糖產(chǎn)品的甜度約為蔗糖的30%，甜味純正，類似蔗糖。低聚木糖漿液的黏度很低，且隨溫度升高而迅速下降。在自然界中，竹筍等天然植物中含有少量的低聚木糖。另外，一部分植物半纖維素在人體大腸內(nèi)也可以被分解轉(zhuǎn)化為低聚木糖。

2 低聚木糖的生產(chǎn)

目前，低聚木糖一般以富含木聚糖的農(nóng)業(yè)廢料如玉米芯、蔗渣、棉籽殼、麩皮及農(nóng)作物秸稈等為原料，這些原料中含有豐富的木聚糖半纖維，來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，通過(guò)合理開發(fā)，充分利用，可以減少污染，變廢為寶。在這些原料中，又以玉米芯中的木聚糖含量最高，所以在實(shí)驗(yàn)和工業(yè)化生產(chǎn)中，以玉米芯作為原料的居多。低聚木糖的制備主要采用多糖降解的方法，一般可分為以下四種：酸水解法；熱水抽提（包括蒸汽爆破）法；微波降解法；酶水解法。酸水解、高溫蒸煮、熱水抽提（包括蒸汽爆破）等方法條件劇烈，木聚糖的降解速度和程度難以控制，常伴隨劇烈的副反應(yīng)，產(chǎn)物成分復(fù)雜、色澤重，低聚糖的提取精制工藝繁瑣且要求高，產(chǎn)品得率低，不利于生產(chǎn)。在工業(yè)化生產(chǎn)中，現(xiàn)在一般采用的是先以蒸煮法提取木聚糖，再加酶水解提取低聚木糖。低聚木糖的酶法生產(chǎn)過(guò)程包括以下幾步：木聚糖的提取，酶解，低聚木糖的分離和純化。

常用的木聚糖的提取方法主要有以下兩種：（1）堿法提取。堿處理主要是用NaOH或KOH處理纖維質(zhì)原料，通常所用堿的濃度為2%～18%，其濃度視植物材料而異，一般為10%。木聚糖溶于堿液，濾去不溶物，用酸中和后再用一定體積的95%乙醇沉淀，離心取沉淀，冷凍干燥，即得到木聚糖。（2）蒸煮法提取。在高溫下作用，木聚糖自身含有的乙?；撀湫纬梢宜幔贵w系pH值降低，從而使木聚糖β－1，4糖苷鍵在較高溫度下發(fā)生斷裂，發(fā)生自水解，木聚糖分子量降低，溶解度增大。

低聚木糖的主要功能性成分是木二糖和木三糖。在酶法生產(chǎn)低聚木糖的過(guò)程中，要獲得木二糖與木三糖含量高的低聚木搪產(chǎn)品，木聚糖的水解相當(dāng)重要。對(duì)酶解過(guò)程有重大影響的因素有水解溫度、時(shí)間、pH值及酶用量等。據(jù)報(bào)道，不同來(lái)源的木聚糖酶在溫度為50℃左右，pH值大約在5～6之間效果較好。水解時(shí)間與酶用量有關(guān)，加酶量大，水解時(shí)間短，反之，時(shí)間延長(zhǎng)。酶解后的水解液除了含有低聚木糖外，還含有木糖、葡萄糖等單糖，此外還有酶蛋白、果膠、色素等雜質(zhì)。需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的凈化過(guò)程才能得到純度較高的低聚木糖。水解液處理過(guò)程主要包括除雜、脫色、脫鹽、濃縮及干燥等。

3 低聚木糖對(duì)動(dòng)物腸道功能的影響

3.1 對(duì)腸道菌群的影響

3.1.1 動(dòng)物腸道菌群的特點(diǎn) 畜禽腸道中存在大量的微生物，它們對(duì)腸道組織的形態(tài)、功能和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝有極大影響。建立良好的腸道微生物區(qū)系，有助于提高動(dòng)物生產(chǎn)性能及飼料轉(zhuǎn)化率。正常情況下，腸道菌群在數(shù)量、種類以及定植部位上保持平衡，當(dāng)該種平衡遭到破壞時(shí)，就會(huì)抑制畜禽的生長(zhǎng)，使動(dòng)物對(duì)疾病敏感。藥物特別是廣譜性抗菌藥物，在殺滅病原菌的同時(shí)，也會(huì)抑殺人類和動(dòng)物胃腸道內(nèi)的有益菌群，造成機(jī)體內(nèi)菌群失調(diào)，從而誘發(fā)消化功能紊亂。因此如果能創(chuàng)造條件，調(diào)整腸道內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)，使腸道內(nèi)雙歧桿菌等有益菌處于一種優(yōu)勢(shì)狀態(tài)，將對(duì)動(dòng)物健康十分有利，從而提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能和降低飼養(yǎng)用藥量。

目前，動(dòng)物體內(nèi)雙歧桿菌等有益菌的增殖方法主要有：在飼料中添加微生態(tài)制劑（益生素）和攝入功能性低聚糖使其在腸道內(nèi)自然增殖。但是微生態(tài)制劑在保存和飼用方面會(huì)受到空氣、胃酸、膽汁及抗生素等因素的影響，無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的效果。而人工培養(yǎng)的雙歧桿菌與動(dòng)物腸道內(nèi)的天然菌群是否具有同樣的功效以及對(duì)動(dòng)物的遺傳是否會(huì)有影響也是一個(gè)未知數(shù)。因此，通過(guò)攝入功能性低聚糖來(lái)促使腸內(nèi)雙岐桿菌的自然增殖更切實(shí)可行，安全可靠。目前，在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中研究較多的功能型低聚糖主要有低聚果糖（FOS）、低聚異麥芽糖、低聚甘露糖（MOS）、低聚乳糖（GAS）、低聚木糖（XOS）等。

3.1.2 增殖有益菌 低聚木糖對(duì)腸道內(nèi)雙歧桿菌有高選擇性的增殖效果。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，除青春雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌和長(zhǎng)雙歧桿菌外，大多數(shù)腸道細(xì)菌對(duì)低聚木糖的利用都很差，兩歧雙歧桿菌對(duì)低聚木糖的轉(zhuǎn)化率與對(duì)葡萄糖的相近。低聚木糖對(duì)雙歧桿菌的增殖作用高于其他功能性低聚糖，它具有添加量少而對(duì)雙歧桿菌增殖效果好的特點(diǎn)。有研究表明，低聚木糖對(duì)雙歧桿菌的增殖效果是其他寡聚糖的20倍以上。蔣正宇等（2005）在飼料中添加0.02%低聚木糖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可顯著提高肉雞空腸的乳酸菌數(shù)（19.89%），而且低聚木糖與抗生素及益生菌聯(lián)用均有效地促進(jìn)了空腸乳酸菌的增殖。Hsu等（2004）在飼料中添加X(jué)OS和FOS飼喂大鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)均顯著降低了盲腸的pH值和增加了雙歧桿菌的數(shù)量，而且XOS的效果優(yōu)于FOS，但對(duì)產(chǎn)氣莢膜桿菌的數(shù)量影響不大。人的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，人體每天食用0.7g低聚木糖，14d后，雙歧桿菌所占比例由8.5%提高到17.9%，21d后，雙歧桿菌所占比例提高到26.2%。其添加量為目前在養(yǎng)殖業(yè)中廣泛應(yīng)用的低聚異麥芽糖的1/20，為低聚果糖的1/7至1/10。因此，低聚木糖作為飼料添加劑具有添加量少、成本低而養(yǎng)殖效益高的優(yōu)點(diǎn)。

3.1.3 抑制有害菌 有研究表明,寡聚糖在增殖雙歧桿菌等有益菌的同時(shí)，還通過(guò)其發(fā)酵產(chǎn)物來(lái)抑制其他病原菌的繁殖。關(guān)于低聚木糖的報(bào)道比較少。Sisak（1994）研究表明，日糧中添加0.1%MOS后，仔雞盲腸、屠體中沙門氏菌的檢出率極顯著低于對(duì)照組。但有報(bào)道表明，在肉仔雞日糧中添加0.375%FOS，對(duì)沙門氏桿菌污染的抵抗作用很小。

腸道有益菌利用寡聚糖類物質(zhì)大量增殖，形成微生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)通過(guò)兩個(gè)方面來(lái)抑制有害菌的增殖。其一是產(chǎn)酸抑制。腸道有益菌如雙歧桿菌，通過(guò)對(duì)低聚木糖等寡聚糖的酵解，產(chǎn)生乙酸、L（+）－乳酸和甲酸等短鏈脂肪酸（SCFA），從而降低腸道環(huán)境中的pH值，抑制致病菌和腐敗菌增殖。其二是競(jìng)爭(zhēng)作用。研究表明:微生物致病的第一步是結(jié)合在消化道的腸黏膜表面，然后再繁殖，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)物生?。˙eachey，1981；Roerts，1984；Ofek 和 Sharon，1990）。Morgan（1992）認(rèn)為這種結(jié)合是特異性的，其機(jī)理為細(xì)菌細(xì)胞壁表面蛋白（如植物凝血素）與動(dòng)物腸黏膜上皮細(xì)胞表面糖脂或糖蛋白的糖殘基結(jié)合。Pusztai（1991）通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示證明，用特定糖來(lái)結(jié)合細(xì)菌的植物凝血素，或用特定植物凝血素來(lái)結(jié)合腸黏膜上皮細(xì)胞表面糖脂或糖蛋白的糖殘基，都可以阻止細(xì)菌與腸黏膜的結(jié)合。當(dāng)腸內(nèi)有一定量的寡聚糖時(shí)，植物凝血素與之結(jié)合，減少細(xì)菌與腸黏膜結(jié)合的機(jī)會(huì)，甚至將巳與植物凝血素結(jié)合的腸黏膜細(xì)胞的糖基部分置換出來(lái)，這樣就使腸道致病菌不能結(jié)合到腸黏膜細(xì)胞上，從而降低或失去致病力。此外，低聚木糖對(duì)病原菌有較強(qiáng)的吸附力，如大腸桿菌、腸炎門氏菌、肺炎克雷伯氏菌、嗜水氣單胞菌等都能吸附到低聚木糖上，由于低聚木糖不被腸道中的消化酶所降解，因此可以攜帶附著的病原菌通過(guò)腸道排出體外，達(dá)到防止腹瀉的目的。

3.2 對(duì)腸道組織形態(tài)的影響 日糧中添加寡聚糖后，盲腸丁酸濃度上升，SCFA含量上升，pH值降低，盲腸總重及盲腸壁重增加。結(jié)腸細(xì)胞生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要來(lái)源于細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生的SCFA，而丁酸氧化提供了結(jié)腸組織生長(zhǎng)所需能量的70%。因此寡糖可能是通過(guò)腸道細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生的SCFA來(lái)促進(jìn)黏膜細(xì)胞增殖的。黨國(guó)華（2004）通過(guò)在日糧添加0.01%、0.02%低聚木糖，發(fā)現(xiàn)可顯著提高21日齡肉仔雞的回腸、盲腸和直腸的相對(duì)長(zhǎng)度，0.02%低聚木糖還顯著提高了40日齡肉仔雞的盲腸和直腸的相對(duì)重量和相對(duì)長(zhǎng)度。此外，添加低聚木糖后對(duì)肉仔雞空腸的形態(tài)結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯影響，但有提高盲腸絨毛高度、腸壁厚度和絨毛高度/隱窩深度比（V/C）以及降低隱窩深度的趨勢(shì)。

XU等（2002）研究發(fā)現(xiàn)，在生長(zhǎng)豬日糧中添加FOS，可以使空腸黏膜上的絨毛高度、絨毛高度與隱窩深度比值均顯著大于對(duì)照組。Iji等（2001）在肉雞日糧中添加0.1%MOS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)0.5%MOS可使肉雞空腸絨毛顯著增長(zhǎng)，0.3%和0.5%MOS能顯著增加回腸黏膜重；0.1%MOS的空腸黏膜勻漿物中的蛋白質(zhì)/DNA比率、回腸勻漿物中蛋白質(zhì)/RNA比率和RNA/DNA比率均顯著高于對(duì)照組。

3.3 對(duì)腸道酶的影響 研究表明，寡聚糖添加劑不僅能促進(jìn)動(dòng)物腸道上皮細(xì)胞的生長(zhǎng)，還能提高腸道內(nèi)源酶的活力。不過(guò)關(guān)于低聚木糖的研究卻比較少見。Xu等（2002）研究發(fā)現(xiàn)，在生長(zhǎng)豬日糧中添加FOS可使小腸內(nèi)容物中總蛋白酶、胰蛋白酶和淀粉酶活力顯著增高，但對(duì)脂肪酶活力和胰腺中各種消化酶活力的影響均不顯著。Iji等（2001）在肉雞日糧中添加0.1%MOS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)MOS可使空腸麥芽糖酶、堿性磷酸酶及氨基肽酶顯著上升，而回腸消化酶活力不受影響。黨國(guó)華（2004）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，XOS有提高肉仔雞小腸總蛋白酶和淀粉酶活性的趨勢(shì)，其中0.02%XOS可顯著提高40日齡肉仔雞十二指腸內(nèi)容物中總蛋白酶和淀粉酶的活性；XOS對(duì)十二指腸和空腸內(nèi)容物中脂肪酶的活性沒(méi)有明顯影響。

4 有待研究的問(wèn)題

低聚木糖的生產(chǎn)工藝需要進(jìn)一步研究，以降低其生產(chǎn)成本，擴(kuò)大應(yīng)用；低聚木糖在不同飼料中的添加劑量，不同的研究者有不同的結(jié)果，需要對(duì)此作系統(tǒng)的研究；低聚木糖的作用機(jī)制，還需要進(jìn)一步探討；通過(guò)酶法生產(chǎn)低聚木糖，需要加強(qiáng)對(duì)能特異性降解木聚糖成低聚木糖的木聚糖酶的研究，盡快尋找特異的生產(chǎn)菌株。

5 應(yīng)用前景

低聚木糖作為添加劑應(yīng)用于飼料工業(yè)中，具有增強(qiáng)動(dòng)物免疫力，提高飼料轉(zhuǎn)化率，提升動(dòng)物生產(chǎn)性能和產(chǎn)品品質(zhì)的功效。近些年來(lái)，由于生物酶工程和分離技術(shù)得到了迅速發(fā)展，低聚木糖的生產(chǎn)成本大幅度降低，使得其在相對(duì)廉價(jià)的飼料中的應(yīng)用成為可能。在已開發(fā)出的十幾種低聚糖產(chǎn)品中，低聚木糖是最受眾人矚目的一種低聚糖，是市場(chǎng)上附加值最高、價(jià)格最貴的一個(gè)品種之一。我國(guó)具有豐富的玉米芯、甘蔗渣及農(nóng)作物秸稈等富含半纖維素類自然資源的農(nóng)林廢棄物，長(zhǎng)期以來(lái)未受到充分重視和開發(fā)利用，如能將其制備成高附加值的低聚木糖，不僅會(huì)促進(jìn)我國(guó)低聚糖工業(yè)的發(fā)展，加快無(wú)公害飼料添加劑的開發(fā)，還可以處理農(nóng)林廢料，變廢為寶，保護(hù)環(huán)境。因此，對(duì)低聚木糖的研究開發(fā)具有十分重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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