（中國海洋大學(xué)醫(yī)藥學(xué)院，山東青島266003）

褐藻（Brown Algae）是一種較高級的多細胞藻類，主要分布于大陸附近的水域，褐藻門約有250屬1 500多種，淡水產(chǎn)僅8種。褐藻是藻類植物中開發(fā)最多的種類，約占海藻總量的75%。我國是藻類生產(chǎn)大國，據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organiza?tion of the United Nations,FAO）統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2010年，我國養(yǎng)殖藻類總產(chǎn)量占全球養(yǎng)殖海藻總產(chǎn)量的58.4%，總量達到1 110萬噸。褐藻與紅藻、綠藻相比含有較多的生物活性成分，是重要的經(jīng)濟海藻。目前，大型褐藻（如海帶、裙帶菜和巨藻等）在醫(yī)藥、食品、化學(xué)、有機肥料、飼料等方面得到了廣泛應(yīng)用。

用海藻粉作畜禽動物飼料的研究開發(fā)始于20世紀(jì)50年代，挪威是海藻粉的主要生產(chǎn)國家（占世界總產(chǎn)量的40%左右），主要是將海藻作為添加劑生產(chǎn)海藻型飼料。歐盟委員會為解決抗藥性威脅人類和動植物健康問題，已于2006年1月1日開始禁止使用抗生素生長促進劑?？茖W(xué)家們已經(jīng)開始尋找“天然的”產(chǎn)品來替代抗生素生長促進劑，研究證明，褐藻提取物（褐藻膠、褐藻寡糖、海帶淀粉和褐藻糖膠）已作為一種潛在的綠色飼料添加劑應(yīng)用于畜禽生產(chǎn)中，具有提高生長性能、增強機體免疫、改善腸道環(huán)境、促進生長繁殖、改善動物肉類品質(zhì)、提高蛋奶質(zhì)量等獨特的生物學(xué)功能，在動物飼養(yǎng)及其飼料中的應(yīng)用效果顯著。

1 褐藻提取物的組成

1.1 褐藻膠及寡糖（低聚糖）

褐藻膠是褐藻細胞壁的主要組成物質(zhì)之一，是一種直鏈、無分支、具有負電荷的多糖類化合物，1881年由英國人Stanford從褐藻中分離得出。褐藻膠是由β-D-(1,4)-甘露糖醛酸（Mannuronic acid,M）和α-L-(1,4)-古羅糖醛酸（Guluronic acid,G）組成的二元線型嵌段化合物。其分子中主要存在如下三種結(jié)構(gòu)片段：β-D-(1,4)-連接的聚甘露糖醛酸（Polymannuronate,PM）；α-L-(1,4)-連接的聚古羅糖醛酸（Polyguluro?nate,PG）；M與G交替共聚的片段PMG（結(jié)構(gòu)見圖1）。在褐藻膠中M/G根據(jù)藻類不同、地域不同、季節(jié)不同及在藻類中分布部位不同而呈現(xiàn)差異，大致為2~1/2。褐藻膠的分子量和M/G分布決定了它的理化和生化特性（紀(jì)明侯，1997）。褐藻膠在藻體中的含量較高，約占總糖含量的40%（干重），在海帶中的含量約為19.7%，用途較廣，所以其工業(yè)產(chǎn)量最大。褐藻膠具有抗腫瘤、增強免疫、促生長、降血脂、降血糖、抗輻射等生物活性（劉斌等，2004）。

圖1 褐藻膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)

褐藻寡糖（低聚糖）是褐藻膠的寡聚物，是一種功能性寡糖。目前獲得褐藻寡糖的方法有化學(xué)降解、物理降解和生物學(xué)方法。褐藻寡糖分子量低、水溶性強、穩(wěn)定性高，且具有很多生物活性，如抗腫瘤、降血糖、降血脂、抗氧化、抑菌、促生長、增強免疫等（Iwa?moto等，2003；劉航等，2012；Ueno等，2012；李?；ǖ?，2013）。褐藻膠（寡糖）在動物生產(chǎn)中的益生元作用逐漸被人們關(guān)注，褐藻寡糖抑制有害微生物生長的報道則為其直接作為無公害抗菌劑提供了依據(jù)。

1.2 海帶淀粉

海帶淀粉是由葡萄糖組成的一種水溶性多糖，其分子量較低。海帶淀粉分為兩種類型，即可溶性海帶淀粉和不溶性海帶淀粉。海帶淀粉的糖鏈結(jié)構(gòu)是以β-1,3-D-葡萄糖基為主鏈，含有少量β-1,6-D-葡萄糖苷鍵分支，有些鏈末端是β-1,6結(jié)合的甘露醇。分子的還原末端基為D-甘露醇的稱為M鏈，末端為D-葡萄糖的稱為G鏈。我國褐藻中海帶淀粉的含量不多，海帶中的含量一般約為1%左右（紀(jì)明侯，1997）。

研究證明，海帶淀粉具有抗菌性能，將海帶淀粉磺化，得到海帶淀粉硫酸酯，具有抑制血小板聚集，對抗實驗動物心肌壞死等作用，并能提高血漿高密度脂蛋白水平，用于防止動脈粥樣硬化，治療高脂血癥、冠心病等（范曼芳等，1988；李德遠，2002）。

1.3 褐藻糖膠

1913年Kylin分離出褐藻糖膠，又稱巖藻多糖或巖藻糖膠。褐藻糖膠是所有褐藻中固有的、存在于細胞壁基質(zhì)中的細胞間產(chǎn)物，是一種水溶性雜多糖。海帶中褐藻糖膠的含量一般在0.3%~1.5%。褐藻糖膠主要是以巖藻聚糖為主的硫酸多糖，它的主要組成是L-巖藻糖-4-硫酸酯，其次還伴有少量的半乳糖、甘露糖、木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、糖醛酸及蛋白質(zhì)、K、Na、Ca、Mg等金屬離子，具有抗腫瘤、抗凝血、抗血栓、抗病毒和增強機體免疫機能等多種生物活性（林洪等，2002；李波等，2004）。

2 褐藻提取物在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 褐藻提取物對豬、雞生長性能的影響

已有研究表明，褐藻提取物可影響酶和蛋白質(zhì)表達水平變化，促進機體生長代謝活動，改善動物生長性能，促進增重和改善飼料轉(zhuǎn)化率。易道生等（2002）發(fā)現(xiàn)，AA肉仔雞飲服28 d海藻提取物能極顯著提高肉雞體重（P<0.01）。在肉雞日糧中添加1.5%海藻多糖可調(diào)控基因表達，影響酶和蛋白質(zhì)表達水平，進而改善肉雞能量代謝和養(yǎng)分利用率，促進機體生長代謝活動，使體重、飼料利用率及生長性能明顯增高(朱新產(chǎn)等，2002)。于會民等（2006）對360只AA肉仔雞實驗證明，添加海藻多糖可改善肉仔雞的生長性能，促進增重，改善飼料轉(zhuǎn)化效率。從全期看，增重速度大約提高2%，飼料轉(zhuǎn)化效率改善7%左右。該研究小組又降低基礎(chǔ)日糧豆粕的添加水平，使日糧蛋白質(zhì)水平降低1.2%~1.3%，同時將蛋氨酸和賴氨酸水平降低0.03%~0.06%的情況下，添加含有海藻多糖的復(fù)合添加劑，可維持肉仔雞的生長性能不變，并能促進礦物元素的吸收。添加海藻提取物（褐藻膠和海藻淀粉）可降低粗蛋白、氨基酸和有效磷濃度，增加日增重，提高飼料轉(zhuǎn)化效率，降低配方成本（汪玉光等，2007）。肉雞日糧中添加褐藻寡糖（酶解制備）對肉雞生產(chǎn)性能沒有顯著的促進效果，2 000 mg/kg添加量在前三周有降低料肉比和提高日增重的趨勢（閻桂玲，2011）。劉會娟（2012）實驗研究證明，海帶多糖對大骨雞生長性能有明顯的促進作用，添加量100 mg/kg的效果較好。國外褐藻提取物對豬生長性能的影響研究報道見表1，由表1可知，多數(shù)研究表明，添加褐藻提取物能夠顯著提高斷奶仔豬、生長豬及母源添加褐藻提取物的斷奶仔豬的生長性能，但Gardiner等（2008）報道顯示，添加巖衣藻提取物使生長豬日增重降低，這可能是由于添加褐藻提取物的種類、結(jié)構(gòu)、純度不同導(dǎo)致的。

2.2 褐藻提取物的免疫調(diào)節(jié)功能

褐藻寡糖能刺激各種免疫活性細胞，如單核細胞、巨噬細胞分泌細胞因子（TNF-α、IL-1和IL-6等）、T淋巴細胞、B淋巴細胞的分化、成熟、繁殖，使機體的免疫系統(tǒng)得到恢復(fù)和加強，并能通過免疫調(diào)節(jié)作用發(fā)揮多種生理活性（祝玲等，2006）。褐藻多糖具有一定的免疫原性，可以活化先天性免疫的第一道防線——巨噬細胞系統(tǒng)，從而增強巨噬細胞的吞噬活性，促進TNF-α、IL-1及IL-6等重要免疫因子的合成和分泌（Otterlei等，1991；Son等，2001）。體外細胞及動物試驗表明，褐藻寡糖可提高淋巴細胞IFN-γ、IL-12的分泌，抑制IL-4水平，從而促進Th1細胞增殖，減少IgE生成，減少機體過敏反應(yīng)（Yoshida等，2004；Uno等，2006）。

添加海藻提取物給AA肉雞飲服21 d，期間分別測定了血清溶菌酶、抗新城疫病毒（NDV）抗體以及免疫器官指數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，海藻提取物能提高抗NDV抗體滴度和胸腺、脾臟指數(shù)，證明了海藻具有提高雞的免疫機能的作用（易道生，2000）。日糧添加海帶巖藻聚糖可提高肉雞脾臟和胸腺指數(shù)，促進ConA誘導(dǎo)的T淋巴細胞轉(zhuǎn)化，提高CD4+T淋巴細胞亞群比例，提高腹腔巨噬細胞iNOS活性和NO產(chǎn)生量，同時提示肉雞腹腔巨噬細胞和T淋巴細胞可能是海帶巖藻聚糖發(fā)揮作用的靶細胞，對巨噬細胞的免疫促進作用與抗氧化活性有關(guān)（薩仁娜，2007）。每天向飲水中添加20 mg/只海藻多糖，能夠顯著提高21、42日齡肉雜雞的胸腺、法氏囊和脾臟指數(shù)（P<0.05）、抗體水平（P<0.05）和血液淋巴細胞數(shù)量（P<0.05），其中對脾臟指數(shù)、血液白細胞數(shù)量差異極顯著（P<0.01），表明海藻多糖能顯著提高肉雜雞的免疫功能（王燁等，2010）。在日糧中添加0.2%的褐藻寡糖能極顯著提高外周血淋巴細胞ConA刺激指數(shù)和單核細胞吞噬活性（P<0.01），褐藻寡糖亦有利于提高同等劑量下淋巴細胞LPS刺激指數(shù)（P<0.05）。進一步實驗證明，相比于褐藻酸鈉，褐藻寡糖對肉仔雞的機體免疫反應(yīng)有更好的誘導(dǎo)活性，能夠提高機體非特異性免疫，對T淋巴細胞亞群比例及其表面抗原分化有一定的調(diào)節(jié)作用，且存在量效關(guān)系（閻桂玲，2011）。Reilly等（2008）發(fā)現(xiàn)，添加掌狀海帶和極北海帶提取物，在試驗第6 d能夠發(fā)現(xiàn)IL-8 mRNA顯著增加（P<0.05），添加極北海帶提取物還可以顯著提高總單核細胞數(shù)量(P<0.05)。Leonard等（2010）報道，母源飼喂海帶提取物能顯著增加初乳中IgG水平（P<0.01），與此同時，該小組還發(fā)現(xiàn)母源飼喂海帶提取物能顯著提高仔豬哺乳期第5 d的IgG和IgA水平（P<0.01），同時還可以提高第12 d的IgG水平（P<0.05）。

2.3 褐藻提取物對腸道內(nèi)環(huán)境的影響

褐藻膠、褐藻淀粉和巖藻聚糖是一種潛在的可溶性膳食纖維，它們在小腸內(nèi)不能被消化吸收，到達大腸被部分微生物菌群發(fā)酵利用，增加后腸中短鏈脂肪酸的含量，降低腸道pH值，從而對腸道菌群的平衡及其代謝產(chǎn)物產(chǎn)生影響，寡糖可與外源凝集素競爭性結(jié)合，并攜帶病原菌通過腸道排出體外，從而減少病原菌在腸黏膜上附著的機會，甚至可以把已粘附于腸道上皮細胞的病原菌“洗脫”下來（陳立華，2010）。因此，褐藻多（寡）糖可作為一種潛在的益生元應(yīng)用于動物飼料中。

表1 褐藻提取物對豬生長性能影響

腸道內(nèi)的乳酸桿菌、雙歧桿菌等優(yōu)勢菌群是重要的生理性細菌，在調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡，抑制病原菌生長和腐敗菌發(fā)育、宿主的營養(yǎng)代謝、生理機能、免疫機能等方面有著重要的影響（Baumgart等，2002）。閻桂玲（2011）研究了褐藻酸鈉和褐藻寡糖對肉仔雞腸道微生物的影響，結(jié)果顯示，0.04%的褐藻寡糖顯著提高了盲腸乳酸桿菌的數(shù)量（P<0.05），0.2%的褐藻酸鈉和褐藻寡糖明顯降低了大腸桿菌的數(shù)量，通過增強腸道非特異性免疫機能有效減少了沙門氏菌在腸道的定植。久田孝（1997）報道了用含質(zhì)量分數(shù)分別為1%和5%的海帶飼喂雄性大鼠7 d對盲腸微生物區(qū)系的影響，結(jié)果表明，大鼠喂食添加1%海帶的飼料，雙歧桿菌的比率明顯提高，極顯著降低了腸桿菌的數(shù)量；喂食5%的海帶，顯著降低擬桿菌的數(shù)量。喂食添加0.1%褐藻膠的飼料能夠顯著提高斷奶仔豬腸道乳酸和乳酸桿菌的數(shù)量，變性梯度凝膠電泳（Denatured Gradient Gel Electrophoresis,DGGE）結(jié)果顯示，斷奶仔豬腸道微生物環(huán)境有了很大的改善，同時還證明了在衛(wèi)生環(huán)境較差的農(nóng)場可使褐藻膠的益生元效應(yīng)顯著增強（Janczyk等，2010）。添加褐藻提取物顯著減少了11 d豬結(jié)腸大腸桿菌的數(shù)量和117 d結(jié)腸腸球菌的數(shù)量（Leonard等，2011）。巖衣藻可以改善仔豬腸道微生物環(huán)境，體外實驗證明，巖衣藻顯著抑制了仔豬腸道微生物尤其是大腸桿菌的數(shù)量，證實了褐藻作為改善斷奶仔豬腸道微生物的營養(yǎng)飼料添加劑的潛力（Dierick等，2010）。Gardiner等（2008）研究了巖衣藻提取物對生長豬腸道微生物的影響，結(jié)果顯示日糧中添加巖衣藻提取物能顯著降低回腸、結(jié)腸內(nèi)大腸桿菌的數(shù)量（P<0.05）和增加結(jié)腸乳酸菌數(shù)量的趨勢（P=0.08）。來自不同種屬的巖藻聚糖在豬的消化道能夠抑制某些細菌種屬的繁殖，如防止腸球菌和鏈球菌屬細胞外基質(zhì)蛋白結(jié)合，顯示巖藻聚糖具有抗菌作用。海帶提取物（海帶淀粉和巖藻聚糖）可以極顯著提高結(jié)腸雙歧桿菌的數(shù)量（P<0.01，二次效應(yīng)），顯著降低結(jié)腸和盲腸腸桿菌屬的數(shù)量（P<0.05，二次效應(yīng)）；巖藻聚糖還能顯著增加結(jié)腸近端（P<0.05）和遠端（P<0.001）的乳酸桿菌數(shù)量（Lynch等，2010）。

揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acids,VFA）是碳鏈為1~6的脂肪酸，包括乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、異戊酸等，其中對動物體代謝作用最為重要的有直鏈乙酸、丙酸和丁酸，乙酸是產(chǎn)量最大的VFA，約占VFA總產(chǎn)量的70%~75%。大腸中產(chǎn)生的VFA的濃度取決于底物的數(shù)量和組成以及現(xiàn)有的菌群結(jié)構(gòu)。添加海帶提取物能夠顯著增加盲腸總VFA（P<0.01，二次效應(yīng)）、乙酸（P<0.01，二次效應(yīng)）、丙酸（P<0.01，二次效應(yīng)）、異丁酸（P<0.01，二次效應(yīng)）、支鏈脂肪酸（P<0.05，二次效應(yīng)）和乙酸：丙酸比值（P<0.001，二次效應(yīng)）（Lynch等，2010）。研究報道，VFA，尤其是乙酸和丁酸，是由梭狀芽孢桿菌屬菌發(fā)酵褐藻酸鈉產(chǎn)生，褐藻酸鈉發(fā)酵引起的腸道菌落結(jié)構(gòu)變化顯示了VFA組成的變化（Seon等，2014）。

2.4 褐藻提取物對營養(yǎng)物質(zhì)消化、吸收的影響

褐藻膠是一種弱酸性陽離子，其隨著飼料進入動物消化道后與含氮物質(zhì)融合產(chǎn)生生物電磁效應(yīng)，形成上皮細胞電勢梯度，改變飼料蛋白微粒在消化道內(nèi)的等電點，調(diào)節(jié)動物機體酸堿平衡，從而提高本身對蛋白質(zhì)和氨基酸的消化、轉(zhuǎn)運與吸收能力；與此同時，利用褐藻膠的陽離子交換能力可將飼料中部分植酸磷置換出來，進而提高磷的利用效率。還可以激發(fā)動物內(nèi)分泌機能，增強動物機體免疫功能，提高動物生長和生產(chǎn)性能。另有研究報道，褐藻提取物中的多糖可減緩動物體內(nèi)鈣的分解，加速鈣化過程，這對幼畜、雛禽、妊娠和哺乳的動物大有益處。褐藻提取物能夠提高豬的養(yǎng)分消化率，褐藻提取物（海帶淀粉和巖藻聚糖）能夠顯著提高斷奶仔豬氮及總能的表觀消化率（P<0.01）（Dillon等，2010）和小豬氮及有機物的消化率（O’Shea等，2014）。

3 小結(jié)

隨著人們對褐藻提取物生物活性的關(guān)注，以及在動物生產(chǎn)中作為飼料添加劑使用越來越廣泛，海洋褐藻的開發(fā)利用會對畜禽業(yè)的發(fā)展做出積極的貢獻。在實際生產(chǎn)實踐中，尚有幾個問題需要加以重視：①褐藻多糖（寡糖）的生物活性直接或間接地受到其純度、分子量、結(jié)構(gòu)、生理活性部位及組成成分的影響。②動物疫苗及為了預(yù)防各種疾病添加的各種化學(xué)藥物，很可能影響褐藻提取物的免疫效能的發(fā)揮。③褐藻提取物在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用偏重于應(yīng)用效果的研究，缺乏系統(tǒng)的研究分析。