鄧近平 王 浩 李發(fā)財 梁希德

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院廣東省動物營養(yǎng)調(diào)控重點實驗室，廣東廣州510642；2.嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室茂名分中心，廣東茂名525000；3.保齡寶生物股份有限公司，山東德州251200）

近現(xiàn)代以來，抗生素作為飼料添加劑使用，有效改善了畜禽的生長性能，大幅度促進(jìn)了畜牧業(yè)的發(fā)展，但近些年來，規(guī)?；B(yǎng)殖場抗生素濫用情況嚴(yán)重。畜產(chǎn)品中抗生素的殘留及耐藥菌的產(chǎn)生嚴(yán)重威脅人們的食品安全及人類的健康。近年來各國已逐漸禁止飼料中抗生素的添加，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部第194 號公告《藥物飼料添加劑退出計劃和相關(guān)管理政策》，于2020 年正式禁止抗生素作為飼料添加劑生產(chǎn)及使用。因此，在后抗生素時代如何開發(fā)天然抗生素替代物作為飼料添加劑成為近年來的研究熱點。功能性寡糖雖不直接被動物機體吸收，但可作為益生元調(diào)控機體腸道菌群穩(wěn)態(tài)，還可作為信號分子調(diào)控機體免疫機能[1]。而低聚異麥芽糖（isomaltooligosaccharide，IMO）作為寡糖類替抗新型綠色飼料添加劑，具有耐熱穩(wěn)定、無污染、無殘留等較好的理化特性。與其他低聚糖和抗生素替代品相比，不僅解決了細(xì)菌耐藥性及抗生素殘留的問題，還克服了其他替抗產(chǎn)品在加工、貯存、使用禁忌等方面的弊端[2]。低聚異麥芽糖作為一種潛在的抗生素替代物，近年來在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用逐漸受到重視。

1 低聚異麥芽糖的開發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀

低聚異麥芽糖又稱為分支低聚糖，主要包括異麥芽糖、異麥芽三糖和異麥芽四糖、潘糖等。它是一種由2～5個葡萄糖殘基以α-1,6糖苷鍵結(jié)合而形成的一種低聚糖，其分子結(jié)構(gòu)中同時也包含有α-1,3和α-1,4糖苷鍵，是我國開發(fā)最早、需求量最大的功能性低聚糖之一[3]。

低聚異麥芽糖最早由日本昭和產(chǎn)業(yè)于1985年率先推廣進(jìn)入市場。在我國，由山東保齡寶生物股份有限公司于1997 年率先實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)[4]。目前國內(nèi)市場中低聚異麥芽糖商品有IMO-50和IMO-90兩種，其區(qū)別為低聚異麥芽糖含量不同。據(jù)國標(biāo)GB/T 20881—2007規(guī)定：IMO-50含有的低聚異麥芽糖應(yīng)占總干物質(zhì)50%以上，其中異麥芽糖、潘糖和異麥芽三糖（三種物質(zhì)簡稱為“三糖”）應(yīng)占總干物質(zhì)35%以上；IMO-90 中低聚異麥芽糖占總干物質(zhì)90%以上，其中三糖應(yīng)占總干物質(zhì)45%以上。

低聚異麥芽糖作為一種重要的功能性低聚糖，具有良好的加工性質(zhì)，由于具有調(diào)控機體胃腸道穩(wěn)態(tài)、提高機體免疫系統(tǒng)功能等多種生理功能，在中國、日本、美國及英國等多個國家已獲準(zhǔn)作為食品成分進(jìn)行使用，在食品、醫(yī)藥、畜牧等多個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在國內(nèi)已于2012 年正式獲準(zhǔn)作為飼料添加劑進(jìn)行使用。

2 低聚異麥芽糖的理化特性及生產(chǎn)工藝

2.1 低聚異麥芽糖的理化特性

低聚異麥芽糖具有較好的甜度、穩(wěn)定性、溶解性及適口性。低聚異麥芽糖糖漿為無色或淡黃色的黏稠液體，糖粉為無定形白色粉末，黏度低，流動性較好，在酸、熱條件下都極為穩(wěn)定，在pH 值2～10 范圍內(nèi)，120 ℃的高溫下長時間不會分解，具有較強的穩(wěn)定性和良好的加工性能[5]。在20 ℃時，溶解度可達(dá)80%，適于在飼料中進(jìn)行添加使用。低聚異麥芽糖甜度約為蔗糖的40%～50%，具有良好的保濕性和較高的滲透壓，因此加工的成品有濕潤、細(xì)膩、柔軟的特征，有較好的適口性[6]。

2.2 低聚異麥芽糖的生產(chǎn)工藝

低聚異麥芽糖的制備方法主要有三種，目前國內(nèi)外采用的經(jīng)典方法是以淀粉為原料，采用淀粉酶系多酶協(xié)同法轉(zhuǎn)化，經(jīng)液化、糖化、轉(zhuǎn)苷及分離純化得到。具體流程：首先將淀粉調(diào)漿為pH 值6.0、含有30%淀粉的淀粉乳，淀粉乳在α-淀粉酶作用下于105 ℃處理2 h 進(jìn)行液化，液化淀粉使用真菌α-淀粉酶處理，糖化生成麥芽糖漿，此后在55 ℃于pH 值6.0 條件下，使用α-葡萄糖苷酶進(jìn)行糖基轉(zhuǎn)換生成低聚異麥芽糖粗品，最后經(jīng)過濾、脫色、脫鹽及濃縮等工藝除去糖漿中的蛋白質(zhì)、雜質(zhì)和離子，得到成品。

但經(jīng)典生產(chǎn)工藝存在工序多、時間長、工藝參數(shù)控制困難、難以連續(xù)化生產(chǎn)等缺點，且國內(nèi)α-葡萄糖苷酶來源及品質(zhì)不穩(wěn)定，使用的α-葡萄糖苷酶主要依賴進(jìn)口，因此國內(nèi)外學(xué)者近年來致力于酶催化生產(chǎn)低聚異麥芽糖的研究。酶催化法主要通過細(xì)菌、酵母菌及霉菌等微生物分泌的α-葡萄糖苷酶使麥芽糖轉(zhuǎn)苷產(chǎn)生低聚異麥芽糖，但大多微生物源的葡萄糖苷酶活力較低，因此目前的研究大多集中在通過構(gòu)建基因工程菌提高α-葡萄糖苷酶活性。如陳桂光等[7]以GXM-3 黑曲霉為出發(fā)菌株誘變的D-597突變株可將糖漿中低聚異麥芽糖含量提高37.2%，發(fā)酵周期縮短40 h。林永賢等[8]誘變選育的AL7黑曲霉突變株可將產(chǎn)酶量提高4.18倍。

第三種方法是利用蔗糖和麥芽糖混合液在葡聚糖蔗糖基酶的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)。該方法特異性高，可合成只含有α-1,6糖苷鍵的低聚糖，但原料和酶成本都較高，不適于工業(yè)化生產(chǎn)[9]。

3 低聚異麥芽糖的生物學(xué)功能

3.1 維系腸道菌群穩(wěn)態(tài)

低聚異麥芽糖作為一種低聚糖，其最主要功能即為被腸道益生菌代謝利用，抑制有害菌增殖。多篇研究報道，低聚異麥芽糖可被雙歧桿菌、乳酸菌和擬桿菌等作為營養(yǎng)物質(zhì)代謝，但大腸桿菌等病原菌對其難以利用[10]，且由于低聚異麥芽糖的水分活度為0.75，而多種細(xì)菌及霉菌在水分活度低于0.8 時均難以存活，因此IMO 可使雙歧桿菌等益生菌在動物腸道中占有優(yōu)勢。由于腸道有害細(xì)菌酶及毒素的減少，也改善了機體肝臟的解毒負(fù)擔(dān)，從而使肝臟能量平衡傾斜于營養(yǎng)代謝，從而促進(jìn)動物生長。隨處理時間的延長，機體腸道短鏈脂肪酸如乙酸、丙酸及異丁酸的含量也逐漸增加，降低腸道pH 值，進(jìn)一步抑制有害菌增殖，并降低有害代謝物如吲哚、氨氣等的產(chǎn)生，以及刺激腸道的蠕動[11]。

3.2 免疫調(diào)節(jié)作用

低聚異麥芽糖還可作為免疫調(diào)節(jié)因子調(diào)控機體免疫機能。補體C3 和C4 是參與動物機體防御功能及維持機體免疫平衡的重要糖蛋白，在抵抗病原菌感染及調(diào)控炎癥反應(yīng)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。低聚異麥芽糖可通過與酵母細(xì)胞壁的協(xié)同作用提高血清C3水平[12]。免疫球蛋白是介導(dǎo)體液免疫的主要抗體，抗體水平在一定程度上反映機體對疾病的抵抗能力。研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬[13]、蛋雞[14]及海鮭魚[15]中，低聚異麥芽糖可提高機體血漿IgG、IgM 等免疫球蛋白水平，改善機體免疫機能。在青年烏雞[16]和海鮭魚[15]中的研究發(fā)現(xiàn)，低聚異麥芽糖還可通過提高血漿白細(xì)胞及單核細(xì)胞等免疫細(xì)胞數(shù)量提高機體細(xì)胞免疫功能。

3.3 吸附病原菌

與糖受體有關(guān)的病原菌通過腸上皮細(xì)胞表面的外源凝集素與動物腸道壁細(xì)胞或絨毛膜表面特異性結(jié)合，從而黏附在腸壁。低聚異麥芽糖結(jié)構(gòu)與病原菌在胞膜上的受體相似，可競爭性的與病原菌表面的類丁質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)合，阻止病原菌黏附于腸上皮細(xì)胞。低聚異麥芽糖不能被消化道內(nèi)源酶分解，因此與病原菌結(jié)合的低聚異麥芽糖通過腸道被排出體外，從而抑制病原菌在腸道的定殖[17]。肉雞日糧添加低聚異麥芽糖可顯著抑制Escherichia coliO78 在盲腸的定殖，但其可能通過吸附作用促進(jìn)病原菌排出，以及促進(jìn)益生菌增殖競爭性抑制病原菌兩條途徑共同發(fā)揮作用[18]。

4 低聚異麥芽糖在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 低聚異麥芽糖在生豬養(yǎng)殖中的應(yīng)用

在斷奶仔豬日糧添加21 d 0.06%低聚異麥芽糖可顯著提高機體抗氧化能力，降低血清丙二醛(MDA)水平，提高血清超氧化物歧化酶(SOD)水平，添加0.1%低聚異麥芽糖可提高仔豬血清IgM 水平[13]。斷奶仔豬日糧添加6 g/kg 或10 g/kg 的低聚異麥芽糖可顯著提高斷奶仔豬日增重及日采食量，添加10 g/kg的低聚異麥芽糖可顯著提高盲腸、空腸及回腸乳酸菌和雙歧桿菌數(shù)量，降低大腸桿菌數(shù)量[19-20]。斷奶仔豬日糧添加0.5%的低聚異麥芽糖可將斷奶10 d 后腹瀉率降低13.61%[21]。與添加500 mg/kg 金霉素相比，斷奶仔豬日糧添加0.1%低聚異麥芽糖可顯著提高日增重7.53%，料重比下降5.23%，腹瀉率降低3.91%，經(jīng)濟效益提高約6.5%[21]，暗示日糧低聚異麥芽糖可在斷奶仔豬日糧中替代一定量的抗生素。

低聚異麥芽糖作為益生元促進(jìn)益生菌增殖是其發(fā)揮功能的關(guān)鍵作用機理，文獻(xiàn)表明低聚異麥芽糖與益生菌同時添加，可發(fā)揮較好的協(xié)同作用，妊娠85 d母豬日糧添加0.5%低聚異麥芽糖、0.02%的枯草芽孢桿菌及0.02%的地衣芽孢桿菌可顯著提高仔豬初生重、臍靜脈血生長激素水平及仔豬總抗氧化能力，顯著降低臍靜脈血低密度脂蛋白膽固醇及總膽固醇含量[22]。

依據(jù)目前國內(nèi)外的研究報道，在生豬養(yǎng)殖中，斷奶仔豬日糧添加0.1%的低聚異麥芽糖可替代500 mg/kg的金霉素；0.6%的低聚異麥芽糖可顯著抑制斷奶仔豬腹瀉，提高斷奶仔豬生長性能；母豬日糧0.5%的低聚異麥芽糖與益生菌協(xié)同使用可提高母豬繁殖性能，并提高初生仔豬抗氧化能力。

4.2 低聚異麥芽糖在家禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用

1 日齡艾維茵肉雛雞日糧添加0.2%低聚異麥芽糖，可顯著提高肉雛雞平均日增重（ADG），降低料重比（F/G），提高盲腸乳酸桿菌水平，降低盲腸大腸桿菌水平，且作用效果優(yōu)于500 mg/kg 的金霉素，由此可見低聚異麥芽糖可替代1 日齡雛雞日糧中一定含量的金霉素[23]。1 日齡雛雞日糧0.5 g/kg 的低聚異麥芽糖與2×108CFU/g 的芽孢梭狀桿菌、2.06×108CFU/g M7 丁酸梭菌、2×108CFU/g 的K34 植物乳酸桿菌配伍使用35 d，可顯著提高第1 周及第4 周體重，并顯著降低禽流感致病性大腸桿菌（APEC 078）感染后的死亡率及肝臟和脾臟載菌量[18]。7 日齡海蘭褐蛋雛雞日糧添加0.3%的低聚異麥芽糖可顯著提高1～3 周的平均日增重，顯著降低料重比，且作用效果與20 mg/kg 的桿菌肽鋅和4 mg/kg 黏桿菌素相當(dāng)，處理21 d 可顯著降低回腸及盲腸大腸桿菌水平，提高雙歧桿菌及乳酸桿菌數(shù)量[24]。

在產(chǎn)蛋雞日糧中添加0.1%～0.2%的低聚異麥芽糖可顯著提高產(chǎn)蛋雞的平均蛋重、產(chǎn)蛋率、日產(chǎn)蛋量和料蛋比，改善雞蛋的蛋白高度和哈夫單位，顯著降低盲腸大腸桿菌數(shù)量，提高乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)量，但添加0.8%的低聚異麥芽糖反而生產(chǎn)性能較差，低聚異麥芽糖劑量從0 增加至0.4%可逐漸提高蛋雞血清抗氧化能力，0.2%～0.8%的添加量均可顯著提高機體免疫力[14]。肉鴨日糧添加0.1%低聚異麥芽糖顯著降低料重比，日增重提高3.8%，提高血清膽固醇、白蛋白及總蛋白濃度，降低血清尿素氮水平，說明低聚異麥芽糖可能通過促進(jìn)肝臟蛋白質(zhì)及脂肪的合成，增加蛋白質(zhì)及脂肪的同化作用，從而提高生長速度[25]。1 日齡櫻桃谷肉鴨日糧添加0.1%低聚異麥芽糖40 d，可顯著提高日增重，降低料重比，提高肉鴨生長性能，提高血清總蛋白、白蛋白及超氧化物歧化酶水平，促進(jìn)蛋白質(zhì)沉積，提高機體抗氧化能力[26]。

目前的研究表明，肉雛雞日糧添加0.2%低聚異麥芽糖可替代500 mg/kg的金霉素，提高日增重，降低料重比，改善盲腸菌群穩(wěn)態(tài)；0.5%的低聚異麥芽糖與益生菌協(xié)同使用可緩解大腸桿菌感染導(dǎo)致的肉雞死亡，抑制腸道大腸桿菌移位；蛋雞日糧添加0.2%低聚異麥芽糖可提高產(chǎn)蛋率、蛋品質(zhì)，降低料蛋比；肉鴨日糧添加0.1%低聚異麥芽糖可替代0.01%金霉素，提高日增重，降低料重比。

4.3 低聚異麥芽糖在水產(chǎn)動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

布朗里海鮭魚（Caspian Brown Trout）日糧添加2 g/kg的低聚異麥芽糖及1 g/kg的芽孢桿菌持續(xù)7周，可顯著提高體重、飼料轉(zhuǎn)化率及存活率，并通過提高機體白細(xì)胞、單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞及免疫球蛋白含量從而提高機體免疫力[15]。日糧通過125～500 mg/ml不同濃度的低聚異麥芽糖處理，可劑量依賴性地提高斑馬魚腸道蠕動次數(shù)，促進(jìn)消化液分泌并提高消化道的消化吸收能力[27]。日糧添加0.2%或0.6%低聚異麥芽糖對羅非魚生長性能無顯著影響，但均顯著提高羅非魚成活率，提高血清溶菌酶及補體活力[28]。中華鱉日糧添加0.3%低聚異麥芽糖對機體免疫功能無影響，但可通過與0.1%酵母細(xì)胞壁的協(xié)同作用，提高血清中補體C3的含量[12]。

在水產(chǎn)動物中，0.2%低聚異麥芽糖與益生菌配伍使用可提高布朗里海鮭魚生長性能和免疫機能，降低死亡率；0.2%低聚異麥芽糖可提高羅非魚成活率；0.3%低聚異麥芽糖可與酵母細(xì)胞壁協(xié)同作用提高中華鱉的免疫機能。

5 小結(jié)與展望

綜上所述，低聚異麥芽糖是一種穩(wěn)定性高、配伍性好、無污染、無殘留的高效益生元，在飼料中添加可通過維系腸道菌群穩(wěn)態(tài)，提高機體免疫機能及抗氧化能力，清除病原菌，提高畜禽生產(chǎn)性能，是無抗飼料配方的理想選擇。雖然低聚異麥芽糖可在斷奶仔豬及雛雞中替代一定量的抗生素，但抗生素替代是一個系統(tǒng)工程，單一產(chǎn)品往往不能達(dá)到理想的效果，低聚異麥芽糖作為一種高效益生元，其主要功能仍為促進(jìn)益生菌增殖，調(diào)控機體腸道菌群穩(wěn)態(tài)，因此，與益生菌配伍使用的協(xié)同效果可能是低聚異麥芽糖未來在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用研發(fā)重點方向之一。