菊粉的生物學功能及其在畜禽生產中的應用

湖南農業大學 蔡 超 魏艷紅 曲湘勇 汪加明

菊粉是一類天然果聚糖的混合物，干燥的菊粉為白色無定形粉末，吸濕性很強，純凈菊粉無味，但商品菊粉常含有少量單糖和雙糖，而略帶甜味。菊粉作為飼料添加劑，其具有功能多、資源豐富及提取工藝簡便等特點（花城和陳立祥，2008）。研究表明，菊粉具有調節腸道菌群，促進礦物質的吸收，調節脂質代謝，減少糞便氨氣排放等功能。

1 菊粉的理化性質

菊粉的水溶性主要受菊粉聚合度、溫度、分子構象等因素影響，其中短連菊粉比長連菊粉易溶于水，并隨溫度的升高，溶解度明顯增大，在α-，β-，γ-3 種不同的分子構象中，40 ℃時，β-菊粉溶解度比γ-菊粉高8倍；菊粉的穩定性較強，在pH＜4且高溫時菊粉可水解，但在10℃下加熱不分解，且凝膠狀態下菊粉因缺乏“自由水”而相當穩定；菊粉的溶液黏度與其含量和溫度有關，隨溫度的升高而降低，當濃度達到30%時，菊粉與水開始形成凝膠，40%～50%時形成的凝膠柔滑，50%時十分堅實；菊粉的甜度主要與其聚合度有關，長鏈基本無甜味，而短鏈甜味純正，較蔗糖清爽。

2 菊粉的生物學功能

2.1 調節腸道菌群 腸道菌群平衡在動物營養中有著重要的作用，動物機體腸道內微生物主要有有益菌（如雙歧桿菌）、有害菌（如梭菌）、中間菌。當有益菌優勢時動物機體微生態平衡，劣勢時則可能會導致病態或亞健康。

Graham和Aman（1986）研究發現，豬和小鼠不能分泌水解菊粉的β-果糖甘酶，菊粉在胃、小腸里不能被自身分泌的消化酶消化。菊粉可以以完整的形式進入動物后腸，促進后腸微生物發酵，具有調節消化道微生物區系的功能（Hidaka，1986）。在腸道內，菊粉最顯著的營養作用是刺激雙歧桿菌的生長 （Niness,1999）。 Roberfriod等（1998）和 Keessen 等（1997）研究發現，菊粉可顯著促進大腸中雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益菌的繁殖，同時抑制梭菌、擬桿菌和大腸桿菌等有害菌的生長，這表明，菊粉僅能被大腸中有益菌所消化利用。

食物經消化吸收后所剩殘渣到達結腸后，在腸道腐生菌（大腸桿菌、梭狀芽孢桿菌、擬桿菌等）的作用下，可產生許多有毒的代謝產物，如氨（肝毒素）、胺（肝毒素）、亞硝胺（致癌物）、苯酚與甲苯酚（促癌物）、次級膽汁酸（結腸癌促進物）等。雙歧桿菌發酵低聚果糖產生短鏈脂肪酸和一些抗生素，從而可以抑制外源致病菌和腸道內固有腐敗細菌的繁殖，減少有毒發酵產物及有害細菌的產生。有毒代謝產物形成的減少，可大大減輕肝臟分解毒素的負擔，從而間接起到了保護肝臟的功能（唐勝球等，2003）。

2.2 促進礦物質元素的吸收 菊粉具有促進鈣吸收的作用（孫曉紅，2003）。雖然菊粉是一種可溶性膳食纖維，但它卻能夠促進礦物質元素的吸收，如Ca、Mg、Cu和Fe等。其機制是微生物在盲腸中產生短鏈脂肪酸，使管腔pH降低，增加可溶部分礦物質介導；另外，Le等（1999）研究認為，由于丁酸的介導增加，盲腸黏膜上的隱窩變淺，低聚果糖尤其能提高礦物質的溶解度，從而提高細胞旁路輸送，同時也刺激了跨細胞H+、Ca2+的交換。Freitas和Amancio（2012）在大鼠缺鐵性貧血的增長階段添加菊粉和低聚果糖發現其可增加腸道對鐵的吸收。研究表明，菊粉對骨和腰椎的松質骨BMD的刺激更為明顯，只用菊粉骨皮質增強顯著（Nzeusseu等，2006）。對骨質的增強作用，主要因為菊粉提高了腸道中的鈣結合蛋白-9kDa的表達水平，從而提高了鈣的吸收率 （Nzeusseu等，2006）。

2.3 對脂質代謝的影響 Rault-Nania和Mavie-Hélène（2006）研究發現，載脂蛋白 E 缺陷的小鼠，大約有35%和25%的動脈硬化粥樣病變區域，飼喂菊粉可顯著降低肝膽固醇濃度，并抑制動脈粥樣硬化斑塊的形成。而在嚙齒動物中研究表明，菊粉和低聚果糖可以降低血漿膽固醇和甘油三酯水平。此外，對抑制甘油三酯在肝臟中的積累和肝細胞脂肪變性具有良好效果（Beylot，2005）。Trautwein等（1998）在給倉鼠喂食菊粉時發現，菊粉可降低倉鼠血中膽固醇和甘油三酯濃度。

花城等（2008）指出菊粉降低血脂的主要機制為：（1）菊粉被雙歧桿菌發酵生成的短鏈脂肪酸，尤其是乙酸鹽和丙酸鹽。乙酸鹽是膽固醇前體，而丙酸鹽是合成肝膽固醇的抑制劑，丙酸同時也抑制肝臟中脂肪合成酶基因表達，從而降低酶活性，減少肝臟中甘油三酯合成，降低血脂水平；（2）菊粉能使消化道食糜黏度顯著增大，使日糧中脂肪和膽固醇消化吸收減少，增加了它們在糞中的排出量，從而降低了腸道對脂肪和膽固醇的吸收率；（3）增加膽固醇向膽汁酸合成，起到降脂作用；（4）菊粉可降低機體血漿中胰島素和葡萄糖水平，而胰島素對脂肪代謝起重要調節作用。

2.4 減少糞便氨氣排放 最大限度地減少排泄和排放造成的氣味和酸性化合物，在現代養殖中非常重要。相關研究表明，菊苣菊糖可有效地減少生長肥育豬的新鮮糞漿中硫化物含量（Rideout等，2001年）。菊粉能有效地降低豬糞漿料中的氨氣排放，可作為一種膳食補充劑（Rault-Nania等，1999）。 Rideout等（2004）在生長豬玉米豆粕型日糧中添加5%菊苣菊糖提取物有效地減少了糞便排泄的糞臭素。

3 菊粉在畜禽生產中的應用

3.1 在豬生產中的應用 菊粉在豬生產中的應用主要集中于仔豬方面。菊粉可提高仔豬生產性能，增強免疫攻能，改善腸道微生態環境，預防和治療腸道疾病。王中華和周德忠（2011）分別給斷奶仔豬飼喂含 0%、1%、1.5%、2%菊粉的日糧，結果顯示，飼料中添加1.5%的菊粉效果最好，斷奶仔豬日均采食量、日增重、脾臟指數、胸腺指數和血清蛋白A水平顯著提高?；ǔ堑龋?008）研究表明，添加2%的菊粉能改善斷奶仔豬的血清生化指標，有效提高血清中堿性磷酸酶的活性和血清中生長激素、FT3、FT4的含量，降低血清尿素氨、丙二醛含量。研究結果說明，在斷奶仔豬日糧中添加菊粉可改善仔豬的生長能力和免疫功能。原因是菊粉能促進大腸中雙歧桿菌、乳酸桿菌的繁殖，同時抑制梭菌、擬桿菌、大腸桿菌等有害菌的生長，有益菌處于優勢，促進宿主的健康和微生物的代謝，從而改善動物的生長性能。在腸道調節方面，相關研究表明菊粉具有非常好的驅蟲與治療痢疾效果。顧憲紅和張名濤（2007）通過體外培養法探討菊粉對豬鮮糞培養物pH和其中微生物數量的影響，結果表明，菊粉可促進豬鮮糞培養物中乳酸桿菌、雙歧桿菌的增殖，抑制大腸桿菌的生長，使總細菌數增加，pH下降。Hansen等（2011）試驗表明，日糧中添加高濃度的菊粉，可有效減少豬痢疾的發病。Petkevicius等（2003）研究發現，菊粉表現出顯著減少豬糞便蟲卵數，提高豬糞在腸道中發酵和降解的速率，具有非常好的驅蟲效果。Petkevicius等（2007）也還發現菊粉表現出顯著減小雌性蠕蟲的生殖力，并顯著減少豬鞭蟲，可用來治療由豬鞭蟲引發的感染。

此外，將菊粉和益生素配制成復合添加劑應用于仔豬，可減少飼料消耗和預防仔豬腹瀉，對改善仔豬生產性能和免疫功能效果顯著。戴兆來等（2008）利用體外法對4種化學益生素和4株乳酸菌（SI、L7、L17 和 L18）進行了合生元組合的篩選，并在仔豬上進行飼養試驗，結果提示，混合乳酸菌與寡糖和菊粉混合物（2∶8/m∶m）組合以及與果寡糖和低聚木糖混合組合具有減少腹瀉，改善生長性能的作用，可用于斷奶期仔豬飼料。周錫紅等（2010）試驗表明，仔豬日糧中添加菊粉和刺五加提取物，與對照組相比，仔豬日增重顯著提高，而料肉比顯著降低，試驗第14天，堿性磷酸酶、超氧化物歧化酶和還原型谷胱甘肽濃度均顯著高于對照組，試驗組仔豬十二指腸和回腸的隱窩深度顯著高于對照組，空腸和回腸的絨毛高度顯著高于對照組。說明，菊粉和刺五加混合添加可提高早期斷奶仔豬生長性能、改善小腸消化和吸收功能。

3.2 在雞生產中的應用 在雛雞上，菊粉可增強雛雞的免疫性能，有望取代抗生素的部分作用。王中華和周德忠（2012）研究發現，飼料中添加菊粉不僅提高了肉仔雞的日均采食量和平均日增重，還提高了胸腺指數、脾指數、血清蛋白A和蛋白C水平，由此可見，菊粉可提高肉仔雞的生產性能和免疫機能，其中菊粉添加量為0.9%效果最顯著。上官明軍等（2009）研究表明，日糧中添加菊粉可促進雛雞生長，并可提高雛雞免疫器官指數和血清免疫球蛋白含量，增強雛雞免疫功能。說明菊粉可替代抗生素的部分作用在雛雞生產中使用。

在蛋雞上，尚紅梅等（2010）在研究菊苣提取物對蛋雞生產性能、雞蛋品質、腸道菌群、血清膽同醇和卵黃膽同醇的影響時發現，蛋雞日糧中添加菊苣提取物或菊粉能顯著降低雞蛋膽固醇含量和盲腸有害菌（大腸桿菌）的數量,且不影響蛋雞生產性能和雞蛋品質，因此在蛋雞日糧中添加菊苣提取物或菊粉為生產低膽同醇雞蛋的有效途徑。

肉雞方面，菊粉可改善肉雞骨質，促進生長，調節脂肪代謝，抑制細菌增長。Ortiz等（2009）研究發現，在肉雞日糧中添加菊粉可對肉雞骨質量產生有益的影響，脛骨中灰分和鈣的濃度增加。Alzueta等（2010）研究菊粉對肉雞生長性能，養分消化率和代謝能的影響，結果表明，以玉米-豆粕型日糧中補充菊粉可提高肉雞蛋白質和粗脂肪的消化率。Ghasemi等（2010）用含腸球菌和菊粉合生元飼喂肉雞，結果發現，肉雞體增重顯著顯加，飼料轉化率提高，腸道內球蟲卵數減少。

4 小結

綜上所述，菊粉在促進動物生長，調節腸道菌群結構，提高飼料的轉化率，改善畜禽免疫功能等方面具有良好的作用效果，并且菊粉來源廣泛，資源豐富，在動物生產中具有廣闊的應用前景。此外，將菊粉以合生元組合的形式添加于動物飼料中，不僅可提高動物的生產性能，而且也對預防疾病起到了相當好的作用。

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