占今舜 胡金杰 张 彬

（湖南农业大学动物科技学院，湖南省长沙市 410128）

壳寡糖 （chitooligosaccharide,COS）是寡糖的一种，学名为寡糖β-（1-4）-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，是氨基葡萄糖通过2～10个β-1,4-糖苷键连接起来的物质，也是天然糖中唯一大量存在的碱性氨基寡糖。COS是由甲壳素经过强碱的处理，形成壳聚糖，再由壳聚糖降解而产生的具有水溶性好、功能强、生物活性高的低分子量产品。COS的生产原料甲壳素是自然界存在的第二大量天然有机化合物，广泛存在于甲壳类动物、节肢动物、植物以及微生物中。COS在哺乳动物体内不被胃酸和消化酶降解，因水溶性较强的特点，在动物体内主要是以被动扩散的方式被小肠吸收，且安全无毒。赵玉清等[1]对壳寡糖的食用安全性进行了评价，将小鼠和大鼠分别灌服壳寡糖1.25和1.47g/kg·天，相当于推荐临床剂量的312～368倍，在10天内未观察到毒性反应。毒理试验结果表明，小鼠连续口服壳寡糖累积量为LD50>14 650 mg/kg。壳寡糖具有抗菌、抗氧化等功能，且其在动物生长中起到的作用与抗生素无差异，甚至效果更好，因此在生猪生产上的应用具有广阔的前景。

1 壳寡糖的制备方法

目前，主要利用物理法、化学法和生物法对壳聚糖进行降解制备COS。物理法主要是采用加热、加压、微波法等方式来制备COS。化学法是最早用于制备COS的方法，主要有酸降解法和氧化降解法两种。酸降解法是利用壳聚糖在酸性溶液中不稳定的特点来进行的，壳聚糖在强酸 （硫酸、盐酸等）和弱酸（乙酸、磷酸等）溶液中糖苷键断裂，过度水解后形成COS。酸降解法需要的条件比较苛刻，产率较低，且酸溶液对产物有破坏作用，作为大规模生产COS需要进一步改善工艺。而氧化降解法主要是H2O2降解法，因产率高、对环境无污染等优点而被广泛采用，但H2O2含量和反应时间控制不当会引起COS合成速度下降。生物降解主要利用酶降解壳聚糖来制备COS，一般有两种形式，专一酶降解和非专一酶降解。提取专一性酶比较难，成本较高，不利于工业化生产。一般非专一酶比较易得，如脂肪酶、胃蛋白酶等。人们利用非专一性酶来制备COS，只要pH、温度等条件处在适宜的情况下，都能取得成功。

2 壳寡糖的生物学功能

2.1 抗氧化作用

自由基是机体产生的具有强氧化性、损害机体组织与细胞的有害化合物，它能引起疾病和机体衰老。生物体内存在的自由基有超氧阴离子自由基（O2-）， 羟自由基 （·OH）， 脂类过氧化物自由基等。COS能够激活体内抗氧化酶，增强机体对自由基的清除作用。

Kim等[2]发现COS能降低饲喂高胆固醇日粮小鼠血清胆固醇水平，通过激活肝脏抗氧化防御体系清除自由基，进而降低其氧化破坏作用。金黎明等[3]观察COS保护肝脏不被四氯化碳损伤的影响，结果发现COS能够降低血清中谷草转氨酶 （AST）、谷丙转氨酶（ALT）、肝脏组织中的丙二醛（MDA）含量，提高肝脏的抗氧化活性。COS在细胞水平的抗氧化性也较明显，Liu等[4]发现在人的脐静脉内皮细胞中，一定剂量的COS能够抵抗过氧化氢，还能够增加超氧化歧化酶 （SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-Px)，抑制由过氧化氢引起的体内活性氧（ROS）的产生。

2.2 免疫调节作用

免疫系统是机体防卫病原体侵袭、清除机体异物以及外来病原微生物最主要的武器，主要由淋巴器官、淋巴组织、淋巴细胞等组成。研究发现，COS能够刺激机体的免疫器官，促使免疫器官生长；能够改善机体免疫细胞的活性，机体的特异性和非特异性免疫功能。窦江丽等[5]给小鼠腹腔注射壳寡糖120 mg/kg，发现小鼠抗体形成细胞、血清溶血素水平、淋巴细胞增殖率、脾脏体重指数及耳廓肿胀度均显著增加。蔡文娣等[6]研究发现小鼠灌服COS后，单核巨噬细胞的吞噬功能和迟发性超敏反应增强，抗体生成能力以及脾脏和胸腺指数提高。

2.3 抗菌作用

壳聚糖具有天然、广谱抗菌活性，COS为其降解产物，同样具有抗菌作用。Joen等[7]发现壳聚糖经酶解产生的COS具有抑菌作用，0.5%的浓度可完全抑制大肠杆菌的生长。COS的抑菌活性与其分子量有关，其分子量至少应达到10 000 Da。COS的抑菌作用强弱因菌种不同而有所差异，COS对致病菌的抑制作用大于非致病菌 （除了乳酸菌）。刘碧源等[8]发现COS对金黄色葡萄球菌的抑制作用最强，0.5%的浓度可完全抑制其生长；大肠埃希氏菌次之，需1%的浓度；枯草芽孢杆菌需2%；对白假丝酵母菌的作用最弱，需4%的浓度。曹维强等[9]发现COS对大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌的最低抑制浓度为0.3%，对副伤寒甲沙门氏菌、宋内志贺菌的最低抑制浓度为0.1%。

2.4 抗肿瘤作用

肿瘤是目前世界上危害人类健康的主要疾病之一，肿瘤主要由外界环境中各种刺激因素和机体内部某些潜在因素等相互作用产生，使得原癌基因活化成为癌基因或抑癌基因失活所致。COS主要是通过诱导肿瘤细胞的凋亡、抑制肿瘤细胞的生长、抑制肿瘤细胞的转移和提高机体的免疫力来增强机体的抗肿瘤能力。

有研究表明COS的抗肿瘤作用可通过两方面进行：一方面COS可以抑制与细胞周期有关的cyclin D1 mRNA表达以抑制肿瘤细胞的增殖；另一方面COS可以抑制抗凋亡蛋白Bcl-2和bclxl mRNA的表达以促进肿瘤细胞的凋亡；且前者的作用强于后者[10]。Pae等[11]报道水溶性COS在0.05～1 mg/mL的浓度范围内均可以抑制HL-60细胞的生长，采用流式细胞仪测定COS处理后的HL-60的细胞周期变化，发现COS可使细胞处于G0/G1期，而S期的细胞数目减少，并诱导细胞表面抗原CD11b的表达。肿瘤的生长和转移与肿瘤血管的生成有着密切的关系，抑制肿瘤血管的生成在一定程度上就会抑制肿瘤的转移。Wu等[12]研究发现COS能够抑制鸡尿囊膜血管的生成和人的脐静脉内皮细胞的迁移和管道的生成。曹秀明等[13]认为COS通过对机体免疫力保护和调节作用来抗肿瘤细胞生长。

2.5 其它作用

刘冰等[14]研究发现COS可以减少肝、肌糖原分解，减轻肝脏、肌肉组织的胰岛素抵抗，使血糖浓度下降。COS具有促进骨折和创伤愈合的作用。You等[15]认为COS是早期创伤愈合的催化剂；沈若武等[16]发现每日新西兰兔灌服COS能促进骨折的愈合。另外，人们还发现，COS具有降低血脂、保护心肌、降低血压、控制食欲而达到减肥、作为益生原改善肠道菌群等作用[17]。

3 壳寡糖在猪生产中的应用

3.1 改善仔猪生长性能

王秀武等[18]在断奶仔猪的日粮中添加200 mg/kg COS，COS能够明显提高仔猪的日增重，改善饲料转化率，减少了仔猪的死亡率；提高饲料的干物质（DM）、钙 （Ca）、粗蛋白 （CP） 及磷（P）的消化率；促进了矿物质微量元素吸收和贮存。Liu等[19]认为仔猪日粮中添加一定量的COS能在一定程度上替代抗生素改善其生长性能。他们研究发现日粮中添加 100、200 mg/kg的COS与添加80 mg/kg的金霉素都能够使断奶仔猪的平均日增重 （ADG）、平均日采食量 （ADFI） 和肉料比 （G/F）得到显著改善，200 mg/kg COS组和金霉素组都能显著提高DM表观消化能、GE、CP、粗脂肪、Ca和P的消化率，而100 mg/kg COS组能提高DM、Ca和P的消化。Chen等[20]发现仔猪的ADG、ADFI和DM、N的表观消化能的改善随日粮中添加COS水平增加而呈现线性增加。

3.2 改善肠道微生态平衡，促进健康

动物肠道中的微生物种类很多，分为有益菌和有害菌。有益菌具有抑制有害菌的生长繁殖，并且其次生代谢产物如维生素等对动物的生长和保持健康有重要作用。Liu等[23]发现COS能降低仔猪腹泻率，减少排泄物中大肠杆菌的数量，但不影响乳酸杆菌的数量；Wang等[21]也发现COS能降低育肥猪大肠杆菌的排放量，但不会影响乳酸杆菌的含量。Yan等[22]研究发现在断奶仔猪中添加3 g/kg的COS能够降低肠道大肠杆菌数量。

4 小结

当前抗生素在猪养殖上的应用比较普遍，但由于人们不规范以及过量使用抗生素，不仅导致耐药菌的出现，给预防和治疗疾病带来了困难，还使得抗生素在动物产品中产生残留。过多的抗生素会对机体的免疫系统造成损害，因此残留在动物产品中的抗生素会严重影响人类的健康。COS具有增强机体免疫功能，促进肠道有益菌的增殖等作用，可以替代部分抗生素应用在生猪生产上，从而减少抗生素使用量，降低耐药菌对动物生产产生的风险。COS水溶性大于99%，以被动扩散的形式被小肠吸收，而且高剂量的COS被动物吸收后不会产生毒害作用，表明它是一种安全、无毒、易被吸收的功能性产品。虽然生产COS的原料来源丰富，以目前的生产工艺，成本较高，不适合在大规模生产中应用。但随着技术的不断改进，生产工艺不断完善，势必大大推动COS在生猪生产上的应用。

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