淺談低聚木糖在家禽生產(chǎn)中應(yīng)用研究*

薛沾枚，張備，孟維珊，張艷，劉雪松，朱慶賀，楊旭東，王爽，陳曦，羅天瑤，張國(guó)華，鹿凌巖，沈思思，史同瑞

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)分院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

低聚糖（xylo-oligosaccharide）又稱寡聚糖、木寡糖，是一種非營(yíng)養(yǎng)性寡糖，可以作為益生元促進(jìn)雙歧桿菌與乳酸菌在消化道定植活性，在飼料、醫(yī)藥、食品領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。低聚木糖廣泛存在于半纖維植物中，如甘蔗、稻草、秸稈和玉米芯中等，但存在提取困難等問(wèn)題。本文對(duì)低聚木糖提取制備的常用方法及其在禽類的應(yīng)用進(jìn)行綜述，為低聚木糖在禽類養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 低聚木糖制備

1.1 性質(zhì)與結(jié)構(gòu)

低聚木糖是由2～7個(gè)D-木糖分子（xylose）以β-1,4糖苷鍵連接構(gòu)成，以木二糖（X2）、木三糖（X3）為主，如圖1所示。它是功能性低聚木糖家族的重要一員，具有保健功能的主要是木二糖（X2）、木三糖（X3）和木四糖（X4）。低聚木糖具有獨(dú)特的生理生化性質(zhì)，很難被消化酶分解，如小腸酶液、唾液、胃液和胰液等，可直接進(jìn)入大腸；還有明顯的雙歧桿菌增殖作用。低聚木糖與其它低聚糖相比較具有特殊的酸穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性，在pH2.5～8.0內(nèi)120 ℃加熱1 h幾乎無(wú)破壞，儲(chǔ)存于-10 ℃時(shí)也不易凍結(jié)。

圖1 低聚木糖結(jié)構(gòu)圖

1.2 低聚木糖制備方法

是利用微生物產(chǎn)生的木聚糖酶將木聚糖水解為低聚木糖，是目前生產(chǎn)低聚木糖的主要方法。酶法生產(chǎn)低聚木糖受到原材料來(lái)源、酶制劑不同的影響，因此研究主要是對(duì)其工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。晁正等在研究酶水解制備麥麩低聚木糖，在加酶量600 U/g、pH值5.5、酶解時(shí)間90 min、酶解溫度60 ℃的最佳工藝條件下，得到含量為5.09 mg/mL的低聚木糖。丁勝華等從蔗渣中提取木聚糖后采用酶水解制備低聚木糖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)獲得的60.17g/L的木聚糖在酶添加量5.0 g/L、pH=6.0、40.0 ℃酶解4.0 h條件下可獲得31.13 g/L低聚木糖。張立釗等在優(yōu)化酶解處理油茶籽殼制備低聚木糖的工藝條件發(fā)現(xiàn)，當(dāng)酶解溫度49 ℃、酶解時(shí)間10 h、酶添加量5%、底物濃度2%時(shí)可獲得低聚木糖濃度為11.63 g/L，比未優(yōu)化前提高4.63 g/L。蘆廣銀等在研究煙草秸稈低聚木糖制備與純化，優(yōu)化條件為緩沖體系pH5.50、水浴40 ℃酶解6 h、10 mL木聚糖溶液（20 mg/mL）、20 mL木聚糖酶液時(shí)可制備出純度較高的低聚木糖。酶水解法操作簡(jiǎn)單、副產(chǎn)物少，適合工業(yè)生產(chǎn)，但受酶制劑影響大，而且后續(xù)的分離純化對(duì)分離技術(shù)要求較高。

是在一定的條件下利用酸使木聚糖發(fā)生降解獲得低聚木糖的方法。酸水解法降解速度快，效果好，但需要高溫環(huán)境、精制工藝繁瑣且有害副產(chǎn)物過(guò)多，得率較低，因此常與其它方法聯(lián)用。董吉冉等在微波輔助酸處理桉木預(yù)水解液純化制備低聚木糖試驗(yàn)中，采用了1. 4%硫酸用量、120 ℃處理溫度、20 min處理時(shí)間的工藝條件，得到含量提高且具有較高熱穩(wěn)定性的低聚木糖。劉英麗等在440 W微波輔助且酸水解條件為磷酸濃度0.8 mol/L、提取25 min、浸泡0.5 h時(shí)，麥糟低聚木糖的提取率可達(dá)到49.87%。黃天等通過(guò)木糖酸輔助水解木聚糖制備低聚木糖，試驗(yàn)確定最優(yōu)條件為木糖酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%、反應(yīng)溫度170 ℃、反應(yīng)時(shí)間22 min，此時(shí)低聚木糖質(zhì)量濃度達(dá)到38.4 g/L，得率為54.9%。微波輔助酸水解法可以有效促進(jìn)酸水解，但缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本高和反應(yīng)不完全。

超聲波制備法是利用超聲波震動(dòng)使大分子物質(zhì)化學(xué)鍵斷裂發(fā)生斷鏈，同時(shí)改變物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)利于原料與酶結(jié)合劑或化學(xué)試劑發(fā)生變性反應(yīng)，從而釋放可降解的多糖。引入超聲輔助提取，可以提高低聚木糖的提取率。支佳佳等研究發(fā)現(xiàn)超聲波輔助堿法預(yù)處理提取棉籽殼木聚糖的的最優(yōu)條件（超聲溫度60 ℃、時(shí)間30 min、料液比為1∶15、8%Na OH）和制備低聚木糖最佳酶解工藝條件（料液比1∶20、加酶量4%、64 ℃酶解3.5 h），最終得到的低聚木糖含量為3.35 mg/m L，提取率為33.66%。

微波處理法是在交替變化的電場(chǎng)方向影響下，極性分子發(fā)生擺振使分子間劇烈摩擦釋放出大量的熱，同時(shí)在微波的電磁力作用下將木聚糖水解成低聚木糖。使用微波輔助堿法可以提高木聚糖的提取率。有研究用上述兩種方法提取棉籽殼中的木聚糖，優(yōu)化提取條件，即料液比1:15、NaOH濃度12%、微波功率400 W、微波時(shí)間6 min，木聚糖提取率提升至43.23%。該方法優(yōu)點(diǎn)是速度快、效率高、污染少，但成本高且對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求高，不適合大量生產(chǎn)。

2 低聚木糖在家禽生產(chǎn)的作用

2.1 提高生長(zhǎng)性能

將低聚木糖加入日糧中可提升對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收與提高飼料的利用率。Ribero T等研究發(fā)現(xiàn)在以小麥為基礎(chǔ)的家禽飼糧中添加低聚木糖可提高生長(zhǎng)性能，還可定植在家禽腸道中改變微生物種群。Chen Yueping等在肉雞日糧中添加合生元可起到替代抗生素作用，還能提高肉雞的生長(zhǎng)性能。李淑珍等采用醋酸催化法制備楊木屑低聚木糖，將其加入雞基礎(chǔ)日糧后發(fā)現(xiàn)能改善肉雞的生長(zhǎng)性能。肉雞在飼養(yǎng)過(guò)程中容易產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，在飼糧中添加低聚木糖可起到一定的緩解作用。有研究發(fā)現(xiàn)在肉雞飼糧中低聚木糖，可增加基礎(chǔ)飼糧中小麥的營(yíng)養(yǎng)成分并提高日增重。

2.2 增強(qiáng)機(jī)體免疫力

低聚木糖作為免疫刺激的輔助因子能夠增強(qiáng)機(jī)體免疫系統(tǒng)應(yīng)答。Wang Q等研究發(fā)現(xiàn)在雛雞基礎(chǔ)日糧中添加低聚木糖與γ-輻照處理的黃芪多糖，能夠提高免疫力與抗氧化力。汪茫茫等在乳鴿日糧中添加150 mg/kg低聚木糖，對(duì)乳鴿具有顯著的免疫增強(qiáng)作用。趙穎在肉雞飼料中添加75 mg/kg超微粉碎的低聚木糖，在一定程度上改善肉雞腸道黏膜結(jié)構(gòu)，刺激了黏膜免疫，對(duì)肉雞免疫性能起到較好作用。低聚木糖可提高腸道黏膜局部的免疫力，增加腸道短鏈脂肪酸（SCFAs）含量，SCFAs誘導(dǎo)腸道巨噬細(xì)胞的抗微生物活性并增加對(duì)病原體的抵抗力。分泌性免疫球蛋白 lgA 在腸黏膜免疫防御中發(fā)揮重要作用。Toloei等認(rèn)為IgA能刺激體液免疫產(chǎn)生更多抗體，覆蓋在腸黏膜表面以保護(hù)小腸絨毛免受損壞。

2.3 調(diào)節(jié)腸道菌群

低聚木糖可對(duì)家禽腸道健康進(jìn)行有益調(diào)節(jié)，促進(jìn)乳球菌、乳桿菌及雙歧桿菌等腸道益生菌的增殖，抑制病原菌生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)。添加低聚木糖顯著減少了盲腸集合淋巴樣組織中促炎細(xì)胞因子的表達(dá)。在日糧中添加低聚木糖能改善腸內(nèi)環(huán)境，可起到替代抗生素的作用。黎宇在研究蛋雞腸道時(shí)發(fā)現(xiàn)，在雞飼料中添加低聚木糖對(duì)腸道特性與腸道微生物等有積極作用。周建民在研究產(chǎn)蛋雞時(shí)發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加低聚木糖可以緩解產(chǎn)蛋高峰期腸道黏膜屏障。

2.4 其它方面影響

在海蘭褐蛋雞基礎(chǔ)日糧中添加0.01%～0.08%低聚木糖，隨著添加水平的提高蛋黃顏色顯著提高，血清甘油三脂和低密度脂蛋白顯著降低。有研究發(fā)現(xiàn)在禽類飼料中添加低聚木糖可增加飽腹感，延長(zhǎng)喂食間隔，改變采食習(xí)慣。高晉鳳等在仙居雞日糧中添加300 mg/kg茶多酚與低聚木糖混合物，能提高雞蛋品質(zhì)，提高蛋白質(zhì)量和卵磷脂含量，顯著降低膽固醇含量。

3 展望

低聚木糖應(yīng)用到養(yǎng)禽業(yè)中，對(duì)禽類可起到提高生長(zhǎng)性能、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、調(diào)節(jié)腸道菌群等作用，在保健品、食品、醫(yī)藥、植物生長(zhǎng)、飼料領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。我國(guó)低聚木糖年產(chǎn)量多達(dá)1.2萬(wàn)噸，制備原料來(lái)源廣泛，且一部分可從糧食廢料中提取，能夠合理利用并可提高再生利用率，實(shí)現(xiàn)高值化利用。相信隨著對(duì)低聚木糖研究的不斷深入、制備工藝的不斷提升創(chuàng)新，未來(lái)低聚木糖在養(yǎng)禽生產(chǎn)中的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。