甘露低聚糖的制备技术及应用领域的可行性研究报告

第一节 甘露低聚糖的定义

甘露低聚糖又称甘露寡聚糖、低聚甘露糖，是从酵母培养细胞壁中提取的一类新型抗原活性物质，广泛存在于魔芋粉、瓜儿豆胶、田菁胶及多种微生物细胞壁内。由于它不仅具有低热、稳定、安全无毒等良好的理化性质，还具有保护肠道和提高免疫力等作用，国外已将其作为饲料添加剂广泛用于饲料工业（可行性研究报告）。
 

第二节 甘露低聚糖的制备技术

一、甘露聚糖酶液

菌种采用芽孢杆菌WY-45，为本实验室保存。培养基成分(质量浓度，g/l)：魔芋精粉20，牛肉蛋白胨8，酵母提取物4，KH2P04 1，MgS04·7H20 0.5；自然pH值。每250ml三角瓶40ml培养基，50℃，200r/min，发酵96h后，离心去菌体所得上清液即为粗酶液。酶活测定采用DNS法，底物溶液为0.5%的槐豆胶(pH6.5，0.05mol/L磷酸盐缓冲液配制)，50℃水浴中反应10min。酶活测定为1100U/ml，4℃冷藏备用。

二、甘露聚糖酶解

取50.0g椰子壳甘露聚糖，加入1L去离子水，煮沸5min，冷却至室温后用0.1mol/L盐酸调节pn值至6.0，加入25ml粗酶液(共含27500U甘露聚糖酶活)，50℃，150r/min，水解24h。用0.1mol/L盐酸或NaOH溶液使系统pH值稳定在5.8～6.2。水解结束后沸水浴10min灭酶终止反应。酶解液过滤，滤饼用少量水洗，合并滤液。滤液50℃真空浓缩至约300ml。

三、分离和结晶

将活性炭柱用去离子水流速以105ml/h平衡12h后，取含糖量为16.2g的糖液定容至200ml，流速以105ml/h上样。上样结束后，开始进行程序洗脱，洗脱速度为105ml/h，洗脱程序为去离子水水洗约2L以洗净单糖和盐分后，5%～30%乙醇溶液(总体积8L)线性洗脱。洗脱液全部用自动部分收集器收集，1瓶/h。测定所收集样品的总糖含量，并TLC检测糖组成。合并含同一单组分的收集液55℃真空浓缩至过饱和糖浆之后，加入稍许相应的低聚甘露糖的晶种，室温静置，等待结晶。

第三节 甘露低聚糖的应用

一、养殖业中应用

（一）鸡

β一甘露聚糖酶已被证实能提高玉米一豆粕型日粮鸡的饲料转化率，并促进肉鸡及火鸡的日增重和饲料利用率，提高蛋鸡的生产性能。Jackson等（1998）研究表明，在产蛋初期的前12周，在饲料中添加β－甘露聚糖酶，可增加鸡蛋的重量约0．3g/只（P<0．05）；产蛋期的第 12周到第 24周，在饲料中添加β－甘露聚糖酶可使蛋鸡的日产蛋量提高 0．7%～1.07%；24周以后添加，日产蛋量可增加约1．5%。研究也表明，β一甘露聚糖酶能增加产蛋初期鸡蛋的重量，可延迟高峰后期的产蛋率的下降。肉鸡的研究数据显示，β一甘露聚糖酶促进了肉鸡的日增重和饲料利用率（Teves等，1998）。

（二）猪

Chen等（1998）试验表明，在饲料中添加β－甘露聚糖酶，可显著提高猪的采食量、饲料利用率、日增重；日粗粗纤维含量相同时，在饲料中添加β一甘露聚糖酶可减少猪粪的排泄量。Pettey等（1999）研究表明，在仔猪阶段，日粮添加β一甘露聚糖酶，能显著提高仔猪的采食量，促进饲料利用率，提高仔猪的生长速度和日增重，使猪的生长性能得到很大的提高。饲料中添加β一甘露聚糖酶能显著提高猪对于物质、粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、无氮浸出物的消化能力，也可提高饲料的消化能。在猪的整个饲养阶段日粮添加β－甘露聚糖酶，日饲料消耗量、料肉比、饲养周期都得到明显的降低，平均日增重有了很大的提高。 5结语　 甘露聚糖是植物半纤维素的主要成分，β一甘露聚糖酶可降解半纤维素为甘露低聚糖被动物利用，不仅充分利用了饲料资源，同时也显著提高了动物的生长性能和免疫力。β一甘露聚糖酶因其良好的水解半纤维素的能力，可生成品质好的甘露低聚糖，正成为研究的热点。

二、工业应用

低聚甘露糖的生产方法有五种：

(1)从天然原料中抽提；

(2)利用转移酶、水解酶之转移反应生成；

(3)利用酸水解天然多糖生成；

(4)利用酶水解天然多糖生成；

(5)化学合成法生产。

但最具实用价值的是利用生物技术的酶法水解多糖方法米生产。酶法制取低聚甘露糖系采用微生物产生的B一甘露聚糖酶，水解含有甘露聚糖大分子的可食性植物胶制取低聚糖产晶。该技术的关键之一在于获得一个优良的B一甘露聚糖酶生产菌，要求该菌株不但产酶活性高、产酶稳定，而且所产酶组分单一，糖菅酶活性低，最适温度与pH适宜于工业化应用。

酶解植物胶的水解液是由单糖和低聚糖等组成的混合物。要提高产品质量，必须设法降低其中的单糖含量。为了消除低聚果糖生产中葡萄糖的抑制作用，提高产品质量。

低聚甘露糖的提取工艺也是项目实施产业化的制约因素之一。水解液需经过分离、浓缩、干燥后才能制成粉末状产晶。下游加工工序繁杂，投资巨大，而且决定着产品的质量。这有赖于高效、稳定、易于工业化生产的生化分离手段的建立与完善。

第四节 甘露低聚糖的作用机制

一、调节免疫防御

近年来大量研究表明，肠相关淋巴组织（GALT）主要由机体免疫细胞和肠淋巴组织构成，GALT在体内具有非特异性免疫和特异性免疫作用。其中非特异性免疫是阻止病原菌侵入体内的第一道防线，在非特异性免疫反应初期，巨噬细胞在吞噬和杀灭入侵微生物过程中起着重要作用。最近研究表明，在体外系统中将巨噬细胞直接放入甘露低聚糖中，或将甘露低聚糖喂给大鼠时，均能激活巨噬细胞。胃肠道特异性免疫反应的关键部分主要是抗体（lgA）系统，粘膜IgA能抑制入侵菌和毒素在肠上皮附着，通过抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用直接杀死细菌。　甘露低聚糖在激活免疫应答上有一定作用。由于源自微生物的特殊多糖在加入疫苗时具有佐剂作用，因而添加适量的甘露低聚糖还可显著提高抗体反应能力，从而加强疫苗的保护效能。甘露低聚糖除具有辅剂和抗原特性之外，还有能刺激肝脏分泌甘露糖结合蛋白，从而影响免疫系统的作用。这种结合蛋白可结合细菌被囊，从而启动免疫系统产生应答反应。

二、调节非免疫防御

胃肠道非免疫防御系统主要组成成分为内源微生物群，而内源微生物群又常分为有益微生物群（如双歧杆菌属、真杆菌属、乳酸杆菌属）和有害微生物群（如大肠杆菌属。产气夹膜梭菌属、葡萄球菌属），其中有益微生物菌群多覆盖在胃肠道上皮，起着阻止病原微生物定植在肠粘膜组织上的作用。甘露低聚糖的作用机制主要是干扰肠道病原菌的定植。甘露低聚糖为细菌提供了丰富的甘露糖源，从而可避免细菌与肠壁的亲和由于甘露低聚糖不会被消化酶降解并携带病原体通过肠道，因此可以起到防止病原菌定植于肠道的作用。病原菌不能利用甘露低聚糖作为供其生长的能量来源，而有益细菌可以被甘露低聚糖激活。这表明甘露低聚糖可促使有益菌成为肠道优势菌群。

三、吸附霉菌毒

素近年来大量研究表明，甘露低聚糖可通过物理吸附或直接结合霉菌毒素，消除毒素对机体的有害影响。研究发现，甘露低聚糖可结合玉米赤霉烯酮。Raju等（1998）模拟肉鸡消化道体外试验表明，甘露低聚糖对黄曲霉毒素。玉米赤霉烯酮和猪曲霉毒素的结合率分别为82.5%、51.6%和26.4%，其中对黄曲霉毒素的结合能力主要取决于pH值、毒素的浓度及所用的甘露低聚糖的剂量。研究表明，结合力在pH值为6．8时比pH值4．5时要强，甘露低聚糖的添加量在500～1000 mg/kg饲料范围内结合力呈上升趋势。

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