殼寡糖的生理功能及在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的作用

崔 健，康鵬天

（甘肅省漁業(yè)技術(shù)推廣總站，甘肅 蘭州 730030）

殼寡糖（chitooligosac charides，COS）又稱甲殼低聚糖、幾丁寡糖，學(xué)名β-1，4-寡糖-葡萄糖胺。是甲殼素和殼聚糖經(jīng)過化學(xué)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(xì)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(diào)節(jié)腸道微生態(tài)，增強免疫力，抵抗腫瘤等。特別的當(dāng)聚合度等于或大于6的殼寡糖具有更強的生物活性[1]。殼寡糖不僅以功能性食品的形式運用于食品工業(yè)，而且在畜牧業(yè)生產(chǎn)中也被作為飼料添加劑廣泛使用。近年來隨著水產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展，殼寡糖在水產(chǎn)養(yǎng)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(yǎng)殖水體環(huán)境的微生態(tài)平衡，而且也可以長期有效的控制疾病的發(fā)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(dāng)今水產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)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(yōu)越的生物活性。Kim等[2]研究了殼寡糖對大鼠的亞急性毒性，分別按500、1000、2000m g/(kg·d)給藥4周后觀察其癥狀，結(jié)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(xué)和組織病理學(xué)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(tài)，提高動物的生產(chǎn)性能

殼寡糖具有改善腸道組織形態(tài)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(yǎng)物質(zhì)的吸收。何亞南等[3]在殼寡糖對大鼠腸黏膜堿性磷酸酶（A K P）活性影響的實驗中發(fā)現(xiàn)，殼寡糖能顯著增加大鼠十二指腸及空腸腸黏膜內(nèi)A K P的活性，進而提高腸道的消化性能。陳虹等[4]研究了殼寡糖對鵪鶉生產(chǎn)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(chǎn)性能。H u ang等[5]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加殼寡糖100～15 0m g/kg可顯著提高肉用仔雞回腸的消化性能，提高生產(chǎn)性能。

1.2 調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)

殼寡糖能夠抑制消化道內(nèi)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(zhì)子化，質(zhì)子化銨可以與細(xì)菌帶正電的細(xì)胞膜產(chǎn)生作用，進而干擾細(xì)菌細(xì)胞膜的功能，這樣就會造成細(xì)菌體內(nèi)細(xì)胞質(zhì)的大量流失，對真菌和微生物的生長起到抑制作用[6]。Ra o等[7]報道了殼寡糖和溶菌酶聯(lián)合使用，會大大提高溶菌酶的抗菌活性。劉碧源等[8]用雙氧水降解法制備的殼寡糖，用滴注法和營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基涂布法檢測其抗菌活性，結(jié)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(dāng)殼寡糖濃度為0.5%時，培養(yǎng)24 h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(yǎng)時間的延長，其抑菌性能減弱，但菌落數(shù)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[9]。

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(xué)者證實。王秀武等[10]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<0.05)，且血清新城疫抗體效價提高(P<0.05)，肉用仔雞免疫力明顯提高。K a r ad e niz等[11]報道了，殼寡糖可以保護胰腺細(xì)胞使其免受由于過氧化氫作用而引起的細(xì)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(xì)胞(PE C)數(shù)量的增加，并且激活了巨噬細(xì)胞，從而使活性氧的生成增加了，也增強了巨噬細(xì)胞的殺傷活性。第二，激活了T淋巴細(xì)胞，從而促進了巨噬細(xì)胞激活因子（M A F）的釋放，進而使巨噬細(xì)胞激活。在激活過程中，巨噬細(xì)胞被殼寡糖直接激活，又提高了它對M A F的敏感性，使它進一步被激活。因此人們普遍認(rèn)為殼寡糖的殺傷活性的產(chǎn)生，主要是由于激活T淋巴細(xì)胞與巨噬細(xì)胞兩者相互作用加強的結(jié)果。

2 殼寡糖在水產(chǎn)動物養(yǎng)殖中的作用

2.1 改善魚類腸道微生物分布

寡糖類被認(rèn)為是一種重要的腸道功能調(diào)節(jié)劑，能夠改善動物消化道內(nèi)的微生物區(qū)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(diào)節(jié)微生態(tài)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(zhì)結(jié)構(gòu)的一些凝集素與動物腸道黏膜上皮上具有細(xì)胞特異性的寡糖分子受體相結(jié)合，這樣細(xì)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(jié)合的外源凝集素[18]。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(xì)菌，使病原菌不能夠結(jié)合到動物腸壁上。由于大多數(shù)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(xì)菌不能得到生長所需的養(yǎng)分成分而失去致病能力。目前，大量的科學(xué)研究已經(jīng)證實，魚類腸道內(nèi)包含著正常的細(xì)菌群落。細(xì)菌菌群在宿主體內(nèi)增殖和生存，對于維持宿主組織器官的正常結(jié)構(gòu)以及功能有著十分重要的作用。M a h ious等[19]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(fā)現(xiàn)各組腸道微生物的總數(shù)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(shù)量明顯減少，但是雙歧桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量卻在明顯增加。

2.2 提高水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的生長性能

寡糖由于其分子間結(jié)合位置及結(jié)合類型的特殊性，不能被內(nèi)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(fā)性脂肪酸等，再被機體或微生物利用，間接達(dá)到促生長效應(yīng)[20]。Re fs tie等[21]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(jié)果發(fā)現(xiàn)飼喂過寡糖的大西洋鮭魚，其增重率、飼料轉(zhuǎn)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(chǎn)動物的生長性能產(chǎn)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(xì)菌產(chǎn)生的毒素物質(zhì)，如氨、胺、吲哚等代謝產(chǎn)物大量的減少；促進礦物元素的吸收，寡糖發(fā)酵以后產(chǎn)生的酸性物質(zhì)能夠吸附鈣化合物并且使其溶解性增加，從而導(dǎo)致鈣的吸收能力增強；生成營養(yǎng)物質(zhì)，雙歧桿菌可以在腸道內(nèi)合成維生素 B1、B2、B6、B12、煙酸、以及各種氨基酸。

2.3 影響魚類的血液生化指標(biāo)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(zhì)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（I g G、I g M等）、生長激素（G H）、以及谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）等有一定的影響[21]。馬利等[22]在飼料中分別添加0、125、250、500和 1000m g/kg的殼寡糖，飼喂南美白對蝦，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(jīng)表明，寡糖能夠提高魚體的免疫功能。Yos hid a等[23]用添加甘露寡糖的飼料飼喂大西洋鯰魚，結(jié)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[24]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(yǎng)物質(zhì)的吸收代謝及機體免疫應(yīng)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(xì)胞的表面結(jié)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(xì)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(xì)胞的吞噬活性，這對提高機體的抗感染能力，預(yù)防、抑制和殺死腫瘤細(xì)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(yīng)答。某些寡聚糖具有直接提高藥物和抗原免疫應(yīng)答的能力，增加動物體液及細(xì)胞免疫能力。

2.5 凈化養(yǎng)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(huán)保局也把殼聚糖作為飲用水處理的凈化產(chǎn)品。殼聚糖處理養(yǎng)殖用水的機理是，殼聚糖中氨基和羥基可以與養(yǎng)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(zhì)中膨脹并且可以形成粘稠狀的膠體，來吸附養(yǎng)殖用水中的懸浮物，使其沉淀，從而達(dá)到凈化養(yǎng)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(chǎn)養(yǎng)殖對象不會產(chǎn)生任何毒害作用。楊清友[25]在殼多糖對不換水培育羅氏沼蝦的實驗中發(fā)現(xiàn)，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(zhì)，防止水質(zhì)惡化。

2.6 作水產(chǎn)動物的誘食劑

寡糖類物質(zhì)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(chǎn)動物飼料生產(chǎn)中可以對水產(chǎn)動物起誘食作用。

3 殼寡糖的應(yīng)用前景

當(dāng)今生物制藥技術(shù)的一個亮點就是，開發(fā)應(yīng)用殼寡糖。在水產(chǎn)動物生產(chǎn)中，人們常常利用抗生素來預(yù)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(xì)菌產(chǎn)生了極強的耐藥性，同時藥物的殘留對畜產(chǎn)品品質(zhì)的影響是一個更嚴(yán)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(yīng)用中問題較少，所以前景廣闊，成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)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(nèi)對化學(xué)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(yīng)，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(chǎn)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(chǎn)生隱患。酶降解制備低聚殼聚糖同樣受到了科學(xué)研究者的極大關(guān)注，但是由于專一性酶價格昂貴、難以形成商業(yè)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(xué)方法與酶法相結(jié)合來探索出能夠高效、安全生產(chǎn)殼寡糖的復(fù)合降解法已經(jīng)成為解決問題的關(guān)鍵點。與此同時，還需要繼續(xù)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(dǎo)

目前，我國寡糖生產(chǎn)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。Ch e n等[26]從曲霉CJ22-326菌株發(fā)酵液中分離純化得到2種不同的殼聚糖酶組分。陳小娥等[27]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。Hsia o等[28]在近期用蠟樣芽孢桿菌純化的殼聚糖在一個膜反應(yīng)器中生產(chǎn)出了高聚合度的殼寡糖，這些研究成果將促使殼寡糖的應(yīng)用更加廣泛。相信隨著生產(chǎn)、開發(fā)和研究的不斷深人，將會出現(xiàn)更多優(yōu)秀的關(guān)于殼寡糖的研究成果，開展對殼寡糖的研究及應(yīng)用推廣，無論在健康保健方面還是在資源開發(fā)利用上都具有十分重要的意義。

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