如何應用葡甘露聚醣蛋白控制畜禽
胃腸病原菌及提升免疫力並促進生長
前言
腸內病原菌之控制早已是畜牧業者和微生物學家長久以來追求的目標。用以達到這目標的方法包括在飼料中添加抗生素、酸化飲用水、使用利生素或化學利生作用配合所選用之醣類，以競爭性方式來去除病原菌及使用具殺死微生物作用之礦物質如氧化鋅和硫酸銅。
最近，對於複合醣類如甘露聚寡醣(美國摩斯)(圖1)可減少病原菌對於幼畜禽之衝擊已經做了胃腸微生物學上之研究。
圖1. 甘露聚寡醣鏈
美國摩斯的起源
美國摩斯是利用酵母菌Saccharomyces cerevisiae的細胞壁所製成。酵母菌細胞壁的主要成分是聚葡萄糖、甘露聚糖及幾丁質。細胞壁最基本的結構是由甘露聚糖(30％)、聚葡萄糖(30％)和蛋白質(12.5％)組成。雖然各菌株所含各成分保持相對地穩定性，但是甘露聚糖磷酸化的程度和甘露聚糖、聚葡萄糖及蛋白質之間的交互作用卻隨菌株之不同而改變。聚葡萄糖被認為是組成細胞壁基質的成分，其外部被甘露聚糖層所覆蓋。
這些甘露糖被排列在甘露倈喃糖高度分支的支鏈內。其在這支鏈主體上之結合為α-1.6的支鏈α-1.2與α-1.3相接。這細胞壁有強力的抗原性刺激特質，而且這也是甘露聚糖支鏈已被證實的特性。
酵母菌細胞壁物質對於酸之消化是非常穩定的。細胞壁碎片即使被置於胃或反芻動物之皺胃中仍不被消化，已是眾所皆知。這種可通過酸之消化且未受妨害的能力，可算是這個產品之生物活性。
雖然動物體對於這些複合醣類的反應還不完全明瞭，但是已有人提出三種可能的作用形式，包括：
•阻斷病原菌的繁殖
•免疫反應的刺激
•提供不能被病原菌使用之營養素
表1. 甘露聚寡醣對於腸內不同的病原菌及有益細菌成長的效應
| 病原菌 | 有益細菌 |
Escherichia coli 抑制 Salmonella typhimurium 抑制 Clostridium botulinum 抑制 Clostridium sporogenes 抑制 |
Bifidobacterium longum 促進 Lactobacillus casei 促進 Lactobacillus acidophilus 促進 Lactobacillus delbrekii 促進 |
一、阻斷病原菌的繁殖
這是一種以甘露聚糖為主之寡醣的作用模式，包括干擾腸內病原菌的繁殖。細胞表面的醣類是用於細胞之辨認。最單純的層次是醣類在血型所扮演的角色，血型的不同是以細胞外表的醣類來區別。細菌表面含有類丁質(蛋白質或醣蛋白)可辦認特殊醣類，並使細菌附著於這種醣類上面。這種醣類可在上皮細胞表面找到。沙門氏菌(Salmonella)、大腸桿菌(Escherichia coli)和霍亂孤菌(Vibrio cholera)附著於細胞表面之作用是經由細胞表面一種對於甘露醣有專一性，而且類似類丁質的物質來調節。
現在已有實質之證據證明這些病原菌喜好與加在飼料中之甘露聚寡糖(美國摩斯)結合，大幅地減低這些病原菌附著於宿主細胞壁的機率。因為美國摩斯不會被消化酵素所分解，它可以通過附著有病原菌的消化管進而預防病原菌的繁殖。因此，我們獲得一個「類似竹筏」的效應，利用甘露聚糖竹筏來移除病原菌，進而更換腸內微生物族群為有益的細菌。
二、免疫反應的刺激
微生物產生之特殊多醣類，可被添加於不同的疫苗中當成疫苗的佐劑。適當佐劑的存在具戲劇性地改進抗體反應和疫苗所提供之保護程度。不僅如此，這些多醣類本身也可當作抗原物質，引起一個直接的抗體反應。細胞壁內的甘露聚糖可提供抗原性。事實上每個酵素細胞有一個不同的甘露聚糖結構以利辨識。從經由飼餵添加美國摩斯之飼料的小牛，其產生呼吸問題發生頻率的減少來看，似乎與免疫系統有關連。(圖4)
利用吞噬作用來測定免疫反應
吞噬作用是藉由不同的似變形蟲之白血球細胞如多形核白血球(嗜中性球)和巨噬細胞來殺死被吞食之細菌。活化的吞噬細胞可利用所分泌的生物氧化劑如超氧化物陰離子、過氧化氫、單電子氧和氫氧根來殺死細菌。由於這些氧化劑是由氧所產生，他們的產生和在吞噬細胞內的新陳代謝活性突增之電流有關係。吞噬作用活性的增加，可經由在生物流體中之吞噬細胞添加化合物如發光胺(5-amino-2.3-dihydro-1.4-phthalazinedione)來做定量測定。發光胺和這些氧化劑反應，產生可在425mm波長下被測定的光量(圖6)。因此，吞噬細胞的刺激作用可利用螢光計所監測之發光強度來測定。
三、提供不能被病原菌利用之營養素
泛言之，病原菌不能利用存在於甘露聚寡醣內之糖來當作生長之能源。相反地，美國摩斯似乎可刺激有益細菌的生長。事實上美國摩斯可能實際地助長動物需要之有益細菌的生長。
美國摩斯用於農場動物對於其性能及健康的效果
寡醣之使用不僅已刺激研究人員相當的興趣，同時畜牧業者也相當熱中地評估。因為這個產品是完全天然的，所以市場反應良好。而且使用各種畜禽所做之試驗，早已在農場實地及研究機構進行。
(一)水產養殖
由於現代養魚場多採高密度養殖，所以魚類死亡率非常高。魚類能抵抗病菌的感染和免疫系統的反應是很重要的。美國摩斯曾被添加於鱒魚飼料中，用以餵飼受感染性造血組織壞死病毒(IHNV)感染之鱒魚。結果顯示飼餵美國摩斯添加飼料之被感染鱒魚的死亡率遠低於未添加美國摩斯於飼料中之對照組(圖7)。
(二)家禽
美國摩斯應用於家禽飼料的實際評估涉及和添加抗生素對照組之比較，在美國和加拿大多使用virginiamycin(抗生素)。最近在加拿大之農場做了美國摩斯的效用試驗。試驗中於雛雞、中雞及大雞飼料中以每噸飼料添加2公斤美國摩斯來測試22,000隻肉雞的成長情況。試驗結果顯示減少了肉雞淘汰率和針對日齡及存活率之活體重量的改善，以有效地增加每隻肉雞之利潤(表2)。至於火雞之試驗，若使用美國摩斯添加之飼料，則每12,000隻火雞可節省25公噸的飼料。
表2. 美國摩斯對於農場之肉雞成長的效應
| 對照組 | 美國摩斯 | |
| 起始肉雞數(n) | 11,270 | 11,270 |
| 上市肉雞數(n) | 11,160 | 11,204 |
| 被淘汰肉雞數(n) | 53 | 48 |
| 存活率(％) | 99 | 99.4 |
| 淘汰率(％) | 1,499 | 1.345 |
| 上市日齡(天) | 38 | 42 |
| 飼料用量(公斤) | 37,970 | 44.560 |
| 平均體重(公斤) | 1.853 | 2.103 |
| 造肉率 | 1.837 | 1.891 |
| 調整到相等體重(a) 日齡 調整體重(a) 造肉率 |
38 1.853 1.837 |
37 1.853 1.811 |
(a)假設以每天增重50公克及每天的日齡減少0.016的造肉率來調整
(三)小牛
反芻前的小牛亦對寡醣有所反應。反芻前的小牛飼餵牛奶取代品，其中添加或不添加美國摩斯，監視小牛的成長和健康狀況直到斷奶。結果發現飼餵含有美國摩斯食物的小牛約35天左右有極快速的成長率(表3)。改善小牛之成長情況與在第四和第五週內減少細菌性肺炎(對於艮他黴素敏感)之發生有關連(圖4)。
表3. 美國摩斯對於Holstein小公牛成長的效應
| 對照組 | 美國摩斯 | 標準差 | |
| 小牛數目 | 15 | 14 | |
| 初重(公斤) | 45.90 | 45.49 | |
| 每週增重(磅) 0~7 7~14 14~21 21~28 28~35 |
-0.741 2.122 3.700 3.650 4.073 |
-0.309 2.582 3.977 4.482 6.182 |
|
| 總增重(公斤) | 12.682 | 16.909 | 1.95 |
| 小牛總攝食量(公斤) | 16.33 | 19.30 | 1.41 |
ab P＜0.07
(四)豬隻
為了評估寡醣對於豬隻的影響，在農場做了許多現場研究。大腸桿菌引起之下痢和相關之成長損耗是養豬場重覆發生的問題。抗生素只能減低問題之發生，但不能解決這個問題。甘露聚寡醣已被應用於仔豬飼料中，並利用添加或不添加抗生素來加以測試其商業上之應用價值。在許多實地試驗中，美國摩斯被添加於飼料中並混合或不混合抗生素Banminth／Mecadox，最適當的試驗方式是寡醣和抗生素的結合。寡醣和抗生素的結合改善了成長情況及減少了下痢的問題，並且增加了豬隻的食慾(表4及表5)。
表4. 添加美國摩斯於含有Banminth和Mecanox之飼料中，對於小公豬及肉女豬的成長效應(a)
| 小公豬 | 肉女豬 | |||
| BanMec | BanMec＋Mos | BanMec | BanMec＋Mos | |
| 豬的數目 | 18 | 18 | 18 | 18 |
| 飼養日數 | 7 | 7 | 7 | 7 |
| 試驗前體重(磅) | 22.72 | 23.11 | 22.83 | 21.67 |
| 試驗後體重(磅) | 28.28 | 29.06 | 28.16 | 27.22 |
| 增重(磅) | 5.56 | 5.95 | 5.33 | 5.55 |
| 每日增重(b)(磅) | 0.794 | 0.85 | 0.761 | 0.794 |
(a)試驗於1993年6月26日開始，於同年8月20日結束。
(b)對於小公豬和肉公豬，每增重1磅所需之平均飼料費用為：Ban／Mec─0.362元；BanMec＋BMos─0.337元
表5. 添加美國摩斯於含有Banminth和Mecadox之飼料中，對混合的小公豬和肉女豬的成長效應
| Banminth Mecadox | Banminth BiorMos | |
| 最初之動物數目 | 36 | 36 |
| 餵飼日數 | 14 | 14 |
| 試驗前體重(磅) | 17.72 | 17.36 |
| 試驗後體重(磅) | 28.22 | 28.14 |
| 增重量(磅) | 10.50 | 10.78 |
| 每日增重量(磅) | 0.75 | 0.77 |
| 飼料消耗量(磅) | 16.36 | 15.83 |
| 每頭豬的飼料費用(元) | 3.25 | 3.29 |
| 飼料(磅)／增重(磅) | 1.56 | 1.47 |
| 飼料費用(元)／增重(磅) | 0.319 | 0.305 |
(a)King, personal communication
(五)兔子
兔子罹患斷奶前的腸炎是造成養兔事業經濟上損失的一個主要原因，其所引起的死亡有時高達40％。腸炎是由於突然的斷奶消除了母奶中殺菌及酸化的作用，使得病原菌增殖所引起的。因為腸炎症狀的病原學理和其他動物之下痢類似，所以甘露聚寡醣已被用於小兔飼料中，並加以研究其效果。在西班牙的現場研究中，於每公噸飼料中添加2公斤的美國摩斯，不但改善飼料效率而且也減少了斷奶後的死亡率(表6)。
表6. 美國摩斯對於剛斷奶之幼兔的成長及死亡率之效應
| 對照組 | 美國摩斯 | |
| 活體重量(公斤) 剛斷奶幼免 斷奶後35天之幼兔 |
0.590 1.710 |
0.610 1.845 |
| 平均每日增重量(公克) | 38 | 41 |
| 飼料攝取量(公克／天) | 116 | 120 |
| 換內率 | 3.20 | 3.05 |
| 總死亡率(％) | 8.10 | 4.5 |
摘要
美國摩斯是一種新的以甘露聚糖為主的天然產品，對於許多動物而言也是非常有效的產品。這產品的三種效用為免疫力的調節藉由阻斷細菌之繁殖來剷除病原菌及病原菌成長的抑制。美國摩斯目前提供10磅的桶裝及25磅和50磅的袋裝產品。它也有專門使用於添加到小牛之牛奶取代食物中的5磅桶裝產品。乾粉末狀的美國摩斯添加於飼料中的比例是因動物之不同而異，建議使用的比例如下：
兔子 所有階段 4磅／噸 2公斤／噸
豬 仔豬 4磅／噸 2公斤／噸
中豬 2磅／噸 1公斤／噸
寵物 4磅／噸 2公斤／噸
家禽 蛋雞 2磅／噸 1公斤／噸
肉雞 4磅／噸 2公斤／噸
馬 所有階段 2磅／噸 1公斤／噸
牛 小牛 4磅／噸 2公斤／噸
中牛 2磅／噸 1公斤／噸
飼料營養雜誌(p.41∼50)─蘇忠楨．九五年第八期
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