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      1. 殼寡糖的作用與應用前景

        時間:2020-06-05 16:23:54

        殼寡糖(chitooligosaccharides,COS)又稱甲殼低聚糖、幾丁寡糖,學名β-1,4-寡糖-葡萄糖胺。是甲殼素和殼聚糖經過化學降解或酶法降解生成的聚合度為2-20的低聚糖,它是天然糖中唯一大量存在的堿性氨基多糖。殼寡糖由于分子鏈長比大分子的殼聚糖大大降低,分子之間不易形成較強的氫鍵,因而水溶性大為改善,可通過動物腸道上皮細胞直接吸收。除了水溶性好以外,殼寡糖還具有許多生理功能,包括調節腸道微生態,增強免疫力,抵抗腫瘤等。特別的當聚合度等于或大于6的殼寡糖具有更強的生物活性。


        殼寡糖不僅以功能性食品的形式運用于食品工業,而且在畜牧業生產中也被作為飼料添加劑廣泛使用。近年來隨著水產行業的快速發展,殼寡糖在水產養殖中的研究也越來越多。主要是因為殼寡糖不僅可以維持養殖水體環境的微生態平衡,而且也可以長期有效的控制疾病的發生,同時還能擺脫由于抗生素及藥物殘留引起的食品安全性問題,所以殼寡糖作為一種新型的飼料添加劑,已成為當今水產業生產的必然趨勢。

        1、殼寡糖的生理功能

        殼寡糖由于水溶性好,人體吸收率高,從而比殼聚糖具有更優越的生物活性。Kim等研究了殼寡糖對大鼠的亞急性毒性,分別按500、1000、2000 mg/(kg·d)給藥4周后觀察其癥狀,結果顯示,大鼠對照組和實驗組不僅在行為、外表、體重、食物消耗等方面均無顯著性差異,而且在尿分析、血液學和組織病理學等方面也無顯著性差異,說明殼寡糖的亞急性毒性非常小。

        1.1、改善腸道組織形態,提高動物的生產性能

        殼寡糖具有改善腸道組織形態的功能,可使微絨毛的高度增加,密度加大,可使小腸的吸收面積擴大,從而有利于營養物質的吸收。何亞南等在殼寡糖對大鼠腸黏膜堿性磷酸酶(AKP)活性影響的實驗中發現,殼寡糖能顯著增加大鼠十二指腸及空腸腸黏膜內AKP的活性,進而提高腸道的消化性能。陳虹等研究了殼寡糖對鵪鶉生產性能的影響表明,在日糧中添加0.05%的殼寡糖,可使鵪鶉35日齡體重提高7.6%,料重比降低4.5%,顯著提高了鵪鶉的生產性能。H uang等研究發現,日糧中添加殼寡糖100~150 mg/kg可顯著提高肉用仔雞回腸的消化性能,提高生產性能。

        1.2、調節腸道微生態

        殼寡糖能夠抑制消化道內的有害菌。在酸性或者弱酸性條件下,殼寡糖分子中游離氨基會被質子化,質子化銨可以與細菌帶正電的細胞膜產生作用,進而干擾細菌細胞膜的功能,這樣就會造成細菌體內細胞質的大量流失,對真菌和微生物的生長起到抑制作用。Rao等報道了殼寡糖和溶菌酶聯合使用,會大大提高溶菌酶的抗菌活性。劉碧源等用雙氧水降解法制備的殼寡糖,用滴注法和營養瓊脂培養基涂布法檢測其抗菌活性,結果表明殼寡糖對金黃色葡萄球菌、大腸埃希氏菌、白假絲酵母菌有共同的抑制作用,且對金黃色葡萄球菌的抑制作用最強,當殼寡糖濃度為0.5%時,培養24h可完全抑制金黃色葡萄球菌生長,對白假絲酵母菌的抑制作用弱一些,需要4%的濃度,隨著培養時間的延長,其抑菌性能減弱,但菌落數明顯少于空白對照組,另外殼寡糖具有促進雙歧桿菌生長的功能。

        1.3、增強免疫功能

        殼寡糖能夠提高機體的免疫功能,它的免疫增強作用目前已被許多學者證實。王秀武等研究了殼寡糖對免疫器官相對重量及新城疫抗體效價的影響表明,在肉用仔雞飼料中添加0.1%殼寡糖可使其法氏囊和胸腺相對重量增加(P&lt;0.05),且血清新城疫抗體效價提高(P&lt;0.05),肉用仔雞免疫力明顯提高。Karadeniz等報道了,殼寡糖可以保護胰腺細胞使其免受由于過氧化氫作用而引起的細胞惡化。殼寡糖的免疫機制主要有以下兩種解釋:第一,刺激機體,促進了腹膜滲出液的細胞(PEC)數量的增加,并且激活了巨噬細胞,從而使活性氧的生成增加了,也增強了巨噬細胞的殺傷活性。第二,激活了T淋巴細胞,從而促進了巨噬細胞激活因子(M AF)的釋放,進而使巨噬細胞激活。在激活過程中,巨噬細胞被殼寡糖直接激活,又提高了它對M AF的敏感性,使它進一步被激活。因此人們普遍認為殼寡糖的殺傷活性的產生,主要是由于激活T淋巴細胞與巨噬細胞兩者相互作用加強的結果。

        2、殼寡糖在水產動物養殖中的作用

        2.1、改善魚類腸道微生物分布

        寡糖類被認為是一種重要的腸道功能調節劑,能夠改善動物消化道內的微生物區系。寡糖可以被芽孢桿菌、乳酸桿菌等作為碳源利用,從而促進有益微生物大量增殖,調節微生態平衡。而腸道病原菌首先必須通過其表面或著絨毛上類丁質結構的一些凝集素與動物腸道黏膜上皮上具有細胞特異性的寡糖分子受體相結合,這樣細菌才有可能在腸壁上進行定植和繁殖。許多腸道病原菌具有對寡糖能夠特異結合的外源凝集素。因此,寡糖可以作為病原菌的競爭性排斥因子,對病原菌提供豐富的附著位點,因此能夠吸附細菌,使病原菌不能夠結合到動物腸壁上。由于大多數的寡糖不能被消化酶降解,因而它們所攜帶的病菌通過腸道,細菌不能得到生長所需的養分成分而失去致病能力。目前,大量的科學研究已經證實,魚類腸道內包含著正常的細菌群落。細菌菌群在宿主體內增殖和生存,對于維持宿主組織器官的正常結構以及功能有著十分重要的作用。M ahious等在大菱鲆的生長試驗中,分別添加2%寡糖、菊粉、和低聚乳果糖,發現各組腸道微生物的總數差異不顯著,但是微生物的種類以及只要菌種差異顯著,腸道中大腸桿菌的菌群數量明顯減少,但是雙歧桿菌和乳酸桿菌的數量卻在明顯增加。


        2.2、提高水產養殖動物的生長性能

        寡糖由于其分子間結合位置及結合類型的特殊性,不能被內源消化酶分解,病原菌如沙門氏菌等也不能利用,但能被有益菌如乳酸桿菌、雙歧桿菌等分泌的糖苷酶水解作用,進一步生成單糖、揮發性脂肪酸等,再被機體或微生物利用,間接達到促生長效應。Refstie等分別用含少量寡糖和不含寡糖和的料飼喂大西洋鮭魚55d,研究結果發現飼喂過寡糖的大西洋鮭魚,其增重率、飼料轉化率均與對照組相比,差異顯著。

        寡糖主要是通過以下幾個途徑對水產動物的生長性能產生著影響:促進腸道有益菌的繁殖增長,抑制腐敗菌和病原菌,并且使這些細菌產生的毒素物質,如氨、胺、吲哚等代謝產物大量的減少;促進礦物元素的吸收,寡糖發酵以后產生的酸性物質能夠吸附鈣化合物并且使其溶解性增加,從而導致鈣的吸收能力增強;生成營養物質,雙歧桿菌可以在腸道內合成維生素B 1、B 2、B 6、B 12、煙酸、以及各種氨基酸。

        2.3、影響魚類的血液生化指標水平

        研究表明,殼寡糖能夠降低血漿、甘油三酯以及總膽固醇的濃度,進而改善脂類代謝,提高蛋白質沉積率,降低尿素在腎臟中的沉積,從而有助于減少腎臟尿素中毒的可能性。此外添加寡糖還對血液中的免疫球蛋白(IgG、IgM等)、生長激素(GH)、以及谷丙轉氨酶(ALT)、谷草轉氨酶(AST)等有一定的影響。馬利等在飼料中分別添加0、125、250、500和1000 mg/kg的殼寡糖,飼喂南美白對蝦,結果發現殼寡糖對對蝦血清中的肌酐、鈣離子、總膽固醇、葡萄糖、甘油三脂以及低密度脂蛋白膽固醇無顯著影響,但能夠使高密度脂蛋白膽固醇顯著增加,進而促進脂類代謝。

        2.4、提高魚體的免疫功能

        有許多研究已經表明,寡糖能夠提高魚體的免疫功能。Yoshida等用添加甘露寡糖的飼料飼喂大西洋鯰魚,結果表明,甘露寡糖能顯著提高大西洋鯰魚的疾病抵抗能力。Cross等報道了果寡糖可以通過影響動物腸道有益微生物菌群來影響營養物質的吸收代謝及機體免疫應答等生理活動。寡糖能夠提高魚體的免疫功能,其主要作用機理有以下幾個方面:

        (1)寡糖能夠與某些毒素、病毒和真核細胞的表面結合,作為這些外源抗原的佐劑,可以減緩抗原的吸收時間,增加抗原的效價。寡糖作為佐劑可提高細胞免疫以及體液免疫功能。

        (2)寡糖有助于有益菌如雙歧桿菌等的大量增殖。許多動物試驗證明,雙歧桿菌也可以提高機體的抗體水平,并且能夠激活巨噬細胞的吞噬活性,這對提高機體的抗感染能力,預防、抑制和殺死腫瘤細胞有重要作用。

        (3)寡糖本身具有一定的免疫原性,能夠刺激機體免疫應答。某些寡聚糖具有直接提高藥物和抗原免疫應答的能力,增加動物體液及細胞免疫能力。

        2.5、凈化養殖用水

        殼聚糖作為寡糖種類中的一種,已被用于水處理。例如日本每年用于處理水的殼聚糖超過了500 t,美國環保局也把殼聚糖作為飲用水處理的凈化產品。殼聚糖處理養殖用水的機理是,殼聚糖中氨基和羥基可以與養殖水中尤其是廢水中的金屬離子形成螯合配位體。除此之外,殼聚糖也具有很強的親水性,能夠在酸性介質中膨脹并且可以形成粘稠狀的膠體,來吸附養殖用水中的懸浮物,使其沉淀,從而達到凈化養殖水的目的。利用殼聚糖,也能夠吸附水體中的懸浮物和過剩的有機物,并且對水產養殖對象不會產生任何毒害作用。楊清友在殼多糖對不換水培育羅氏沼蝦的實驗中發現,加殼聚糖的水體比不加殼聚糖的水體透明度高,而且隨著殼聚糖濃度的升高,透明度也在增大,說明殼聚糖能夠凈化水質,防止水質惡化。

        2.6、作水產動物的誘食劑

        寡糖類物質大部分都有不同程度的甜味,能改善飼料的適口性,所以在水產動物飼料生產中可以對水產動物起誘食作用。

        3、殼寡糖的應用前景

        當今生物制藥技術的一個亮點就是,開發應用殼寡糖。在水產動物生產中,人們常常利用抗生素來預防病菌的感染,促進動物生長,但是抗生素有它自身的缺點,抗生素在殺害有害菌的同時卻也殺死了有益菌,而且長期使用抗生素不僅使細菌產生了極強的耐藥性,同時藥物的殘留對畜產品品質的影響是一個更嚴重的問題。


        殼寡糖作為一種新型的綠色飼料添加劑,資源豐富、且無毒、無副作用,實際應用中問題較少,所以前景廣闊,成為水產養殖業的又一新亮點。但是低聚殼聚糖的制備,特別是聚合度為6~8殼寡糖的制備大部分都處于實驗室的研究階段。目前,國內對化學降解法中的H2O2氧化降解法研究較多,但是在降解過程中伴隨的副反應,還需要探索出有效的遏止方法,另外必須注意的就是氧化降解對產品活性的影響以及降解以后殘留的H2O2對食品安全性是否會產生隱患。酶降解制備低聚殼聚糖同樣受到了科學研究者的極大關注,但是由于專一性酶價格昂貴、難以形成商業化。所以尋找其它降解效果好,并且價格低廉的非專一性酶,通過物理、化學方法與酶法相結合來探索出能夠高效、安全生產殼寡糖的復合降解法已經成為解決問題的關鍵點。

        與此同時,還需要繼續深入研究殼寡糖的作用機理以及在各種動物飼料中的最佳添加量,以便為殼寡糖的推廣提供更為明確的理論指導目前,我國寡糖生產量正急速上升,特別的對一些常見寡糖的研究也比較多,例如半乳糖寡糖,果寡糖,甘露糖寡糖等,而對殼寡糖的研究才剛剛開始。Chen等從曲霉CJ22-326菌株發酵液中分離純化得到2種不同的殼聚糖酶組分。陳小娥等對其的水解作用模式進行了研究,這將有助于完善不同用途甲殼低聚糖的酶法制備工藝。H siao等在近期用蠟樣芽孢桿菌純化的殼聚糖在一個膜反應器中生產出了高聚合度的殼寡糖,這些研究成果將促使殼寡糖的應用更加廣泛。相信隨著生產、開發和研究的不斷深人,將會出現更多優秀的關于殼寡糖的研究成果,開展對殼寡糖的研究及應用推廣,無論在健康保健方面還是在資源開發利用上都具有十分重要的意義。

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