果胶对猪营养和健康的潜在影响：饲喂动物及其肠道微生物组

The potential of pectin to impact pig nutrition and health: feeding the animal and its microbiome

果胶对猪营养和健康的潜在影响：饲喂动物及其肠道微生物组

作者：Maria Wiese

通讯作者及单位：丹麦哥本哈根大学，哥本哈根大学食品科学系

引用：Washington University at St Louis user on 19 February 2019

摘要：

学者在替代抗生素和改善动物健康方面付诸越来越多的努力，加上对肠道菌群在健康中的作用的逐步了解，因此，日益增加了对具有益生元潜力的纤维（如果胶）如何通过直接或肠道菌群介导途径改善动物生长和健康的认识。现已有各种关于果胶的抗病毒和抗菌作用及其作为免疫应答和肠道微生物群落调节剂的效力的报道。目前，试验设计的差异阻碍了对果胶改善动物生长和健康潜力的全面了解。关于所用果胶的剂量、分子结构和来源、以及对果胶对宿主影响的一系列研究有所不同。

总结不同的研究设计，包括对肠道微生物群落及其代谢组进行深入分析，将有助于提取有关果胶如何影动物响生长和整体健康的有用信息。越来越多的研究关注果胶结构，例如对果胶衍生的鼠李半乳糖醛酸聚糖I（RG-1）的研究，才刚刚开始揭示果胶结构对哺乳动物健康的影响。

关键词：果胶，猪，益生元，肠道菌群，肠，膳食纤维

果胶在动物营养与健康中的作用

动物界采食植物性食物已有数百万年，哺乳动物的胃肠道（GIT）也随之发展以适应果胶的食用。果胶是所有陆地植物细胞壁的主要组成部分，并存在许多分子结构。三个主要的果胶多糖是高半乳糖醛酸聚糖（HG）、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖-I（RG-I）和鼠李糖半乳糖醛酸聚糖-II（RG-II）。果胶在GIT中其结构与功能相关的作用模式仍然知之甚少。现已有大量文献研究了将果胶添加到各种动物饲料配方中的影响，如鱼、马、猪、肉鸡、牛以及狗和猫。这篇综述着重于在体内、离体和体外进行的果胶对猪营养和健康影响的研究实例。在此背景下，本综述探讨了果胶通过调节肠道微生物组、免疫系统以及病原体和病毒消除有关的直接和间接机制改善生长和健康的潜力。

现有的关于动物饲料中果胶的研究在研究设计上存在很大的异质性，这妨碍了对其作为改善生长和健康的饲料成分的功效进行更广泛的评估。研究变异性涉及所添加的特定果胶，其来源和分子特征，例如酯化度（DE）、乙酰化度、糖结构的支链和分子量。饲料基础及其蛋白质、脂肪和纤维比例存在进一步的差异。这些研究之间提供的关于这些方面的信息水平也有所不同，范围从无信息到一些底物的相对详细信息（概述请参见表1）。果胶的含量、功能和研究时间、实验卫生条件和一般农场操作是其他研究之间存在差异的其他因素。

为了评估饲料中的果胶作为生长和健康调节成分，已经研究了各种参数（见表1）。参数包括肠道发育，更具体地说是肠道中的肌肉层宽度、十二指肠和空肠中段的运动性、血浆葡萄糖、肠道中的粘膜蛋白合成、肠道形态和酶活性。果胶与粘膜直接相互作用的研究大多是离体的。

表1 果胶在猪日粮体外研究的例子

饲料中果胶

动物和/或模型

研究现象和参数

参考文献

柑桔果胶LMP、HMP（经典CU-L 020/13，经典 CU-L 021/13 Herbstreith＆Fox，Neuburg，德国），3％w / w的基础日粮，aSBM豆粕，对照日粮（CONT）

断奶（3周龄）的仔猪（荷兰地方品种×大白猪）（平均6.1 ± 0.02 kg ），饲喂4天，持续28天。仔在代谢笼中自由采食。

LMP，HMP和aSBM对消化过程中微生物的影响有所不同，从以乳酸杆菌为主的菌群到以普氏菌为主的群落。果胶补充日粮导致较高的拟杆菌属相对含量，并降低了结肠和粪便中厚壁菌的含量，但不在回肠。在结肠消化物中检测到LMP相关的Dialister属的相对丰度增加。与主要在近端结肠中发酵的HMP相比，LMP在回肠中的发酵效率更高。在整个回肠和大肠中，LMP和HMP饲喂的猪的蛋白质消化率低于CONT饲喂的猪。在大肠中，用aSBM喂养的猪的NSP消化率最低，其次是用LMP和HMP喂养的猪。总体而言，猪粪中的SCFA模式不受日粮和干预时间的影响。

果胶对断奶仔猪胃肠道发酵特性，碳水化合物利用和微生物群落组成的影响（Tian et al.，2017）

73、104或145 g per/kg DM柑橘果胶

10窝的50头猪在4周龄时断奶（体重8.6±1.4kg），分为5个处理组。饲喂9天安乐死，将整个GIT移走

果胶减少ADFI和ADG，果胶减少小肠隐窝粘蛋白的面积。绒毛和隐窝更短，绒毛高度/隐窝深度比不变，无剂量效应。可能是ADFI的间接影响，但也可能是直接影响。对结肠中的隐窝深度没有影响。内腔黏度和水结合能力的提高，这可能减慢了消化道的通过并增加了猪的饱腹感，从而导致饲料采食量降低。日粮中所含的柑橘果胶可能会对日粮的口感，口感或两者产生负面影响

断奶仔猪的肠道形态和酶活性与纤维浓度和纤维特性形成对比（Hedemann et al.，2006）

果胶裂解酶和聚半乳糖醛酸酶与马铃薯浆组合的酶/底物比率为0.03％

断奶后2天的20头杂交仔猪（30d日龄），从7d起就开始使用小麦为基础的日粮。

Strube等人使用低剂量的果胶裂解酶和聚半乳糖醛酸酶的酶对底物的比例为0.03％的产品，并与马铃薯纸浆（一种低价值的工业副产品）结合使用，表明高分子量的RG-1可以溶于断奶仔猪的肚子。该纤维的释放量约为理论值的22–38％，在20分钟内即可达到。催化主要发生在动物的胃中，然后通过小肠分布

原位益生元：在断奶仔猪的胃肠道中从纸浆中酶促释放半乳-鼠李糖半乳糖醛酸聚糖（Strube et al.，2015）

玉米淀粉–豆粕（对照）或含12％果胶的对照。静脉注射1.5 mmol / kg BW的L-1- /反应溶液13反应溶液：172 C缬氨酸（40 mol％）

12头猪（平均体重21kg）

日粮中的果胶含量增加了血浆葡萄糖、异亮氨酸和谷氨酰胺的水平，但对胰岛素或尿素氮没有影响。空肠和结肠中整个肠蛋白的FSR（分数合成速率）和ASR（绝对合成速率）没有差异。日粮中添加果胶可以提高结肠而非空肠黏膜蛋白的FSR。假设粘膜蛋白质量恒定，这些结果表明结肠粘膜中较高的蛋白合成有助于在补充果胶的日粮中观察到降低的THR效率

饲喂可发酵纤维对生长猪肠道中总蛋白和粘膜蛋白合成的影响（Libao-Mercado et al.，2007）

使用由小麦、玉米，豆粕、酪蛋白和结晶氨基酸（AA）组成并补充有0、4或8％的苹果果胶的平衡饲料混合物进行了两次实验。

猪（25-40 kg BW），带后瓣T-盲肠（PVTC）套管，用于测定AA消化率和回肠消化液粘度。第二个实验，20和28kg体重猪，每个日粮6只动物，在28和40 d期间测量两次氮平衡、DFI和体重

添加的果胶降低了标准回肠AA消化率（平均最高5％dig。单位），消化液粘度从约1升至88 mPas。根据对电场刺激和对乙酰胆碱的反应来衡量，较高的果胶水平并不影响十二指肠和空肠的运动。然而，十二指肠对电场刺激的反应是在饲喂日粮中添加了4％果胶后，与其他日粮相比增加了。补充果胶不会改变小肠的重量和长度，但会引起肠形态的改变。十二指肠，空肠中段和回肠的肌肉层宽度显着增加，而十二指肠和回肠的绒毛长度则增加。添加果胶降低了氮沉积并增加了F / G比，但对猪的ADG没有明显影响

果胶对小肠氨基酸消化率和消化黏度，运动性和形态以及幼猪氮平衡和生产性能的影响（Buraczewska et al.，2007）

每天将60克果胶溶于1.8升水或1.8升水作为对照输液

2 x 8头公猪生长猪（体重30.1±1.3kg）（德国长白×Pi品系），将猪通过回肠末端的简单T型套管进行手术安装

在果胶中的输注减少了（P = 0.005）C.leptum簇的回肠基因拷贝数。回肠细菌种群和发酵方式易受钙和磷在肠道中利用率的变化以及果胶作为可发酵底物的供应的影响。

饲喂不同日粮磷酸钙水平和植酸酶含量并回肠果胶输注的成年猪回肠微生物群。（Metzler-Zebeli et al.，2010）

每kg0、40或80克苹果果胶（P组）或270克黑麦（R组）的谷类日粮

4组（每组6头），体重15kg的猪

消化物的粘度增加了80 g，而R和P却增加了40g。AA的回肠消化率和A的氮保留率受到P的负面影响，而R的生长性能却降低。R对肠形态的影响是可变的，除了包括酸性粘蛋白的杯状细胞数量在空肠中部隐窝减少40 g P，在回肠中绒毛减少40 g P和R。空腹和餐后血浆中的游离苏氨酸和苏氨酸脱氢酶活性在肝脏和胰腺中均未受到影响。总之，饲喂P或R会对回肠AA消化率产生负面影响，并引起小肠形态的不规则变化。这些影响不能归因于消化粘度的增加为主要因素

果胶和黑麦对幼猪的氨基酸回肠消化率、苏氨酸代谢、氮沉积和小肠形态的影响（Święch et al.，2012）

柑橘果胶

150头阉仔猪，5种日粮，其中柑桔果胶（可溶性纤维）和大麦壳（不溶性纤维）含量不同

日粮处理引起的SCFA没有差异，但是在所有处理中，SCFA的浓度与丁酸盐的比例之间存在相关性。相关性在盲肠中最低，而在远端结肠中最高。

断奶仔猪肠道含量和粪便中丁酸和短链脂肪酸浓度之间的关联。（Lærke et al.，2007）

芒果果胶

初始体重约19kg的30只大型白公猪（每组10头）

食入时，成分的流变性不一定反映出流变性。果胶的粘性性质阻碍猪胃中的淀粉酶活性

含有果胶或芒果粉的日粮对猪胃消化道的流变学和微观结构特性的影响。（Wu et al.，2016）

果胶（0-12％的含量）CP Kelco，威尔明顿，德国

2组8头大白，平均体重为14.3±1.4kg（Lys研究）和17.2±1.3kg（Thr研究）

使用回肠可消化的苏氨酸，而不回肠可消化的赖氨酸摄入量，PD（蛋白质沉积）随日粮果胶水平线性降低，不受日粮纤维素水平的影响。

日粮果胶水平的增加会降低可消化苏氨酸摄入的利用率，而不是赖氨酸摄入的利用率，从而使生长中的猪体内蛋白质沉积。（Zhu et al.，2005）

0.5和10％的果胶

断奶仔猪3组，每只6头去势雄性杂种猪，平均体重为8kg，在盲肠中安装T型插管，饲喂含有0、5和10％果胶的日粮。在3天内收集粪便

日粮中添加5％果胶可降低粪便中干物质和乳酸的含量。果胶的pH值和可消化性，总SCFA，乙酸、丙酸、丁酸、碳酸氢盐和氯化物的浓度均增加。日粮中的果胶含量为10％时，进一步增加了总SCFA和乙酸盐的含量。结论是果胶可能有益于大肠发酵过程的发展。

5％和10％的日粮苹果果胶对断奶仔猪粪便和盲肠消化中发酵参数的影响（Zacharias et al.，2004）

4 种DE（DM）为80、60、46、5％的柑桔果胶测试了两种柑桔果胶，分别归为钙敏感（CAS）和钙不敏感（CAN）和SBP

仔猪（每组8只，对照组动物n = 32）在4周龄时断奶。7周龄屠宰

由于GI汁与果胶结构的相互作用，水和GI之间的粘度存在差异。DM46和DM 80降低了有机物的消化率，与对照组相比，DM 60，DM5 CAS和CAN的消化率没有差异。结论是果胶在水中的流变特性在GIT中有所不同

29种分离的果胶：在仔猪肠道中的功能性质各不相同（Laerke et al.，2001）

葡萄柚果胶

18头雌性贵州小型猪

补充葡萄柚果胶可抑制高胆固醇血症，并且似乎对动脉粥样硬化具有相应的保护作用。

葡萄柚果胶抑制高胆固醇血症和小型猪的动脉粥样硬化（Baekey et al.，1988）

对照处理：玉米-SBM基础日粮中补充了玉米-SBM基础日粮+ ZnO（阶段1：0.05％；阶段2；0.03％）和四种不同水平的甜菜果肉（3％，6％，9％或12％）。生长试验的5周使用了两个阶段的喂养程序（阶段1：1-2周；阶段2：3-5周）

200头断奶猪[（约克郡×长白）×杜洛克]，平均9.01±1.389kg。每种处理均由4个重复组成，每个重复10头

处理之间的生长性能和腹泻发生率无显着差异。随着甜菜果肉补充量的增加，在乳酸杆菌计数中观察到线性响应（P <0.05）。此外，IGF-1，IgA和IgG不受日粮处理的影响。然而，与对照组相比，用SBP日粮饲喂猪时，BUN浓度降低（P <0.05）。在营养消化率方面，随着甜菜浆的增加，粗纤维和NDF的消化率得到改善（P <0.05）。但是，粗糖，粗脂肪，粗纤维和氮的保留能力不受甜菜粕粕水平的影响。

日粮甜菜果肉补充剂对断奶仔猪生长性能，养分消化率，粪便菌群，血液分布和腹泻发生率的影响。（Yan et al.，2017）

在四种日粮中，多糖含量和类型不同的40种日粮之一需要40天。控制日粮中是否添加了4％或8％的果胶或使用黑麦而不是部分小麦的日粮

24头具有高瘦身潜力的成年雄性猪（波兰990号合成品系），分为4组（每组6头猪），初始体重约20kg

评估了十二指肠，空肠中段和回肠中多糖对上皮结构的影响。与其他日粮相比，在所有测量部分中用黑麦饲喂日粮后发现隐窝深度和粘膜厚度增加，而用4％和8％的果胶饲喂日粮会使空肠中段和回肠的肌层厚度增加

猪的小肠组织结构受难消化多糖的影响（Tusnio et al.，2006）

果胶供应量为第1天的0和334 g干物质水平以及半合成基础日粮。除果胶处理外，还使用了两种不同水平的硫胺素：第1天为0.66和2.57 mg。

12头成年母猪，体重166±17kg

果胶的发酵速率是通过三种不同的方法确定的，占果胶摄入量的94–96％。在几乎恒定的真实N消化率下，氮的表观消化率降低了20％以上。果胶会增加粪便氮的排泄量，从而使蛋白质保留量降低至零，并且由82％的细菌氮组成。粪便氮的蛋白质水溶性部分的变化表明内源性蛋白质的排泄增加。

果胶添加对成年母猪后肠不同结构碳水化合物组分的消化和细菌氮代谢的影响（Roth-Maier et al.，1993）

甜菜纤维

两组猪/大白种三十六只断奶仔猪（14±2kg）

4周后，两种日粮的总血清胆固醇和高密度脂蛋白胆固醇浓度相似。相比之下，与对照组相比，空腹甘油三酯的空腹三酰甘油降低了21％（P <0.05），表观饲料转化效率提高了47％（P <0.01）。因此，SBF的作用似乎不是由对日粮脂质吸收的损害作用所介导的。结果表明，SBF对三酰基甘油的降低作用是由于极低密度脂蛋白合成的减少而颗粒大小没有变化。日粮不影响肝脏血浆膜富集部分的低密度脂蛋白受体活性。然而，无论日粮如何，胆固醇浓度和受体活性之间都存在显着的负相关关系。

甜菜纤维饲喂对生长猪血清脂质和低密度脂蛋白与肝膜结合的影响。（Fremont et al.，1993）

每组仔猪饲喂玉米-豆粕日粮，其中含有5％苹果果胶（PEC，购自中国河南豫中生物技术有限公司）或玉米淀粉（购自中国河北玉峰玉米淀粉与糖业公司）作为对照（CON ）。

将平均体重为11.05±0.11 kg的雄性杜洛克×大白杂交仔猪随机分为2组，每组6只，并在72天实验开始前适应1周。

在72天的试验期内，常规玉米-豆粕日粮中添加5％果胶不会影响生长性能n饲喂果胶的猪，总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇降低，而高密度脂蛋白增加 （P ＜0.05）。在果胶喂养的动物中血清甘油三酸酯趋于降低（P = 0.093），而血清总胆汁酸未见变化。胆汁酸库：饲喂5％果胶的猪中，只有盲肠熊去氧胆酸（P = 0.097）和猪胆酸（P = 0.088）呈下降趋势。在回肠中，果胶增加了根尖膜上进出的BA转运，但增加了盲肠中的总体BA转运。

(Fang et al., 2018)

果胶对离子交换和缓冲能力、有机物的消化率、粪便中干物质含量、氨基酸消化率、消化物粘度和矿物质吸收的影响以及果胶对肠道胆汁酸的分布和运输的影响的研究（BA）对理解果胶与饲料成分之间的相互作用以及动物的生理学具有重要的贡献（表1）。在这种情况下，关于果胶来源及其分子结构的信息是必不可少的，甚至在最近的研究中也经常缺失。例如，在这项研究中详细分析了果胶对幼猪胆汁酸（BA）的分布和转运的影响。他们报道了补充果胶对胆固醇代谢的好处，以及它对BA组成以及肠道BA转运蛋白和受体上调的影响。不幸的是，作者没有提供有关所添加的果胶底物的分子结构和来源的信息。此外，对仔猪GM的分析将是该研究的一个有趣的补充。已知BAs被GM代谢，并且BA池中的变化与果胶诱导的GM中的变化之间的相关性可以提供有关此类代谢的信息。

果胶的特性（例如酯化度DE）会影响其粘性，从而影响日粮的采食量和营养吸收。研究人员最近发表了一项研究，该研究报道了果胶在动物体内的能量重新分布，其DE值小于65％。采食量模式的变化解释了这一发现，其特征是饲料摄入的最初潜伏期，随后是采食量减少但频率更高。该报告表明果胶在饥饿和饱腹感调节中的作用。如断奶仔猪日粮中所含的DE含量为70％的柑桔果胶，其日采食量（DFI）和日均增重（DG）减少。不幸的是，该研究未包括果胶对仔猪GM和SCFA产量影响的调查。DG的调查是衡量动物生长的重要信息。尽管如此，DG不仅受到变化的DFI以及特定营养素的吸收或保留的影响，还可能受到果胶纤维衍生的短链脂肪酸（SCFA）含量的影响。SCFA是GM发酵膳食纤维发酵的最终产品，并且已显示出对哺乳动物的能量代谢、体重和健康具有多种有益作用。因此，必须了解不同的果胶底物如何影响内源性微生物群落，而后者是体内SCFA产生的来源。目前尚缺乏对果胶相关的转基因和相关代谢产物（如SCFAs）与DFI和DG数据相结合的果胶相关调节详细的综合研究。由于有机酸具有降低pH的特性，它们也可以用作抗微生物剂，并且是抗生素的候选替代品之一，它们可以增加胰腺分泌并对胃肠道粘膜表现出营养作用。猪饮食已有数十年历史，目前已有许多关于果胶对SCFA水平影响的研究。研究人员报告了苹果果胶给药后猪盲肠和粪便中SCFA含量的变化。研究人员发现回肠果胶输注后回肠中的乳酸含量增加及异丁酸酯的摩尔比例增加。在粪便中，果胶输注倾向于增加总SCFA和乙酸盐。该研究未包括对整个微生物群落的全面分析，仅通过定量PCR分析了回肠消化物DNA提取物中微生物种群，并报告了Chepttridium leptum簇的回肠基因拷贝数减少。通过降低成本的16S rRNA基因测序进行GM群落分析的最新进展，可以对GM群落的变化进行全面的调查。由此证实通过添加低甲氧基果胶（LMP）和高甲氧基果胶（HMP）的断奶仔猪来研究整个GM群落结构的变化。柑橘果胶的加入导致拟杆菌的相对丰度较高，但在回肠中则较低，而结肠菌和粪便中的菌丝相对丰度较低。在饲喂LMP和HMP仔猪的粪便中发现了Lachnospiraceae科中未分类微生物的相对丰富度。饲喂LMP和HMP仔猪的结肠中也发生了普氏菌科中未分类微生物的相对丰度的增加。而结肠消化物中Dialister属的相对丰度增加是LMP特异的。仔猪粪便中的SCFA模式不受日粮和干预时间的影响。体内SCFA被宿主吸收，因此监测仔猪血浆中的SCFA以检测变化也将是有益的。

了解果胶与微观结构有关的作用方式及其对沿GIT的GM及其代谢产物的影响，是成功调整饲料应用中果胶配方的关键。图1描绘了果胶与GM以及与宿主相关的肠屏障和免疫系统的直接和间接相互作用的概况。

图1：果胶在肠道内直接和间接相互作用的概述。交互作用用箭头指示。宿主和肠屏障显示为彩色背景。

饲喂动物及其微生物组：猪生产中肠道菌群相关的挑战

由病原体或病毒感染引起的新生仔猪腹泻在养猪业造成巨大的经济损失。腹泻会在短期内损害动物的福利，并可能破坏胃肠道中的正常细菌演替，因此从长远来看也会影响动物的健康。抗生素和氧化锌被用来抵消生猪的腹泻，而替代抗生素和氧化锌的压力越来越大。这种压力导致人们加大努力探索其他途径来促进肠道健康，例如添加益生元和益生菌，据认为它们可以通过平衡的肠道微生物组来增强和稳定肠道健康。从出生开始，GIT就被细菌定殖。这种定植会影响GIT的成熟、免疫系统及其防御病原体的能力。哺乳动物奶在培育健康的转基因食品中起着关键作用。牛奶低聚糖（MOs）是一组多样且复杂的聚糖（≈200个结构），是哺乳动物奶的丰富成分。MOs的发展是为了培育哺乳动物的GM，护理有益微生物并抑制病原体。因此，这些聚糖在生命早期建立健康中起着至关重要的作用。已知它们可降低病毒、细菌、原生动物、寄生虫感染和坏死性小肠结肠炎的风险。猪乳寡糖（PMO）是猪中这些寡糖的代表。在较早的农场实践中，仔猪在十到十二周后自发断奶。目前，仔猪要在三到五周龄时断奶，这是母猪产生最大量奶的时候。突然断奶会导致各种不良反应，例如腹泻。PMO的缺乏通过减弱内源性GM和降低病原体防御力。

因此，有必要使用益生元成分作为代乳品和断奶仔猪饲料配方的成分。当前的PMO替代是低聚半乳糖（GOS）和低聚果糖寡糖（FOS）。甘露寡糖也被证明可以促进仔猪的健康。鉴于研究人员证明，在经轮状病毒感染的断奶猪中施用可食性果胶低聚糖（POS）后，其生长性能和免疫能力得到改善。不幸的是，该研究未分析POS对整个仔猪微生物组的影响。断奶配方中包含特定的POS可能有助于模仿PMO，并在动物早期生产过程中促进GIT健康。

可以通过HG、RG-I和RG-II主链及其侧链的α和β-糖苷键的水解获得具有不同聚合度的POS。POS被认为是一类新型的益生元，最近在“果胶低聚糖和其他新兴的益生元”中对此主题进行了详细的综述。各种体外研究表明，当通过人类粪便接种物发酵时，POS具有益生元作用。最近的一项研究调查了甜菜粕中POS的人和猪粪便接种物（来自多胎非泌乳母猪，荷兰长白猪）的可发酵性，该研究表明猪粪微生物能够降低乙酰化鼠李糖半乳糖醛酸聚糖的降解。迄今为止，由于目前生产POS的局限性，很少有关于POS在动物饲料中的研究。因此，这些仅仅是在饲料应用中探索POS的开始。诸如共肠道类器官的体外模型在低发酵量下运行，只需要少量的底物，对于最初仅少量获得的新型果胶底物的初步研究是理想的。

日粮是塑造转GM成分和功能的主要因素。根据动物目标群体的年龄以及目标基因改造的相关成熟度和碳水化合物降解能力，可以将不同的果胶底物用于饲料中。在生长的哺乳动物中，成熟的转基因具有降解更复杂碳水化合物的扩展能力，并继续对其营养、器官、组织和免疫系统产生深远影响。GM为宿主提供了一系列新陈代谢功能，促进SCFA的产生及VK和VB的合成，通过竞争性排斥，刺激肠上皮细胞更新和协助胃肠道和粘膜系统的发育和成熟。诸如该研究之类的新兴研究提供了猪转基因的综合概述，并可以鉴定与特定特征（例如生长）相关的微生物肠型。肠型是由物种组成（包括对整个群落的功能性理解）驱动的强大的微生物簇。据报道，一个机体的属种肠型，如普氏杆菌和链球菌，属大量过量，与断奶后体重增加和平均日增重有关。这项研究将受益于结肠内容物、粪便和血浆中SCFA水平的其他测量值以及与已确定肠型和体重的相关性。

果胶对肠道微环境影响的体外（和离体）研究

几项离体研究使用GIT不同部位（如口腔、胃、小肠和大肠）的猪粘膜组织或材料评估对果胶的粘膜粘附作用。粘膜粘连促进与肠道上皮的接触，并可能有助于调节免疫反应。它也可以用于药物输送溶液，以及用于炎症性疾病中受损肠壁的局部涂层。果胶的粘膜粘附特性已显示在不同的GIT位点之间有所不同，并且还基于分子特性（例如净电荷、分子量和DE）而变化。表2列出了研究概述。

粘膜糖基可以基于遗传因素以及动物的发育阶段而不同。因此，将来还应该获得有关不同年龄动物的GIT中果胶粘膜黏附特性的知识。

用于研究体外消化过程和肠道微生物发酵动力学的先进的体外筛选工具得到了越来越多的认可和发展。几项研究已经评估了果胶在体外对猪相关肠道微生物群落的影响。实例列于表2中。体外研究，例如研究非断奶和成年猪粪便微生物活性的试验，报告了由于底物来源和接种物来源/年龄而引起的碳水化合物发酵模式的显著差异。因此，有可能添加一种果胶底物基于动物目标群体特异性GM活性的体外选择。诸如欧洲的一项倡议，旨在统筹和验证体外模拟方案以及猪体内数据，目前正为增加体外模型在肠道微生物过程研究中的应用奠定基础，避免了体内研究的高成本和伦理约束。例如，缺乏伦理约束，有助于研究碳水化合物减少病原体负荷的潜在功效。降低了体外筛选工具的成本，可以研究果胶在不同饲料基质中的生物利用度。由动物模型结合体外肠道发酵和细胞、组织或粘膜粘附模型（例如，参见表2），可导致一种先进的策略，可确定果胶对肠道微环境的作用与相关结构进行体内研究。应实施新的体外方法，以扩大对果胶化合物及其通过调节肠道微生物组（GM）及其代谢组改善动物生长和健康的潜力的认识。

表2：果胶对猪肠道微环境的影响的体外（和离体）研究

体内模型

果胶/底物

结果

参考文献

体外：猪结肠消化物（C）或粪便（F） 批次：24或48小时，无pH控制

来自ZPOW Pektow的苹果果胶（波兰）将马铃薯蛋白和酪蛋白分别与纤维素、胶或未加工的马铃薯（抗性）淀粉发酵。

不论底物如何，C发酵后的总SCFA浓度均高于F发酵。马铃薯蛋白与所有纤维进行C和F发酵后，总胺浓度相同，而酪蛋白C发酵后，其胺浓度受到纤维类型的影响（分别在24小时和48小时后P = 0.001和P = 0.000）。纤维素含量很高，淀粉含量较低，果胶含量最低。结论：体外细菌蛋白水解受蛋白质类型和纤维相互作用的极大影响。

不同猪接种物体外发酵的蛋白质和纤维类型对短链脂肪酸和胺浓度的影响（Taciak et al.，2015）

体外：猪和人粪便接种物：猪粪便接种物。三头多胎非泌乳母猪（荷兰地方品种，年龄4岁）粪便混合接种

甜菜果胶寡糖SBPOS主要由部分乙酰化的RGOS和部分甲基酯化/乙酰化的HGOS组成。一些SBPOS在其非还原端含有不饱和半乳糖醛酸残基。

SBPOS可以被人和猪的粪便菌群完全发酵，从而生成丁酸酯，但主要是乙酸盐和丙酸盐作为代谢产物。与人类粪便微生物相比，猪粪微生物对SBPOS的降解有所不同，并且速度要慢得多。通常，RGOS的降解速度比HGOS慢。RGOS的乙酰化作用降低了猪粪便菌群的降解率，但没有降低人粪便菌群的降解率。使用人类粪便接种物对SBPOS没有显示经典的双歧作用。但是，还观察到了微生物群组成中可能与宿主健康相关的其他一些有趣的修饰。

用人和猪粪便接种的甜菜浆衍生寡糖的体外发酵能力（Leijdekkers et al.，2014）

体外：单菌株发酵：十八个细菌菌株，大多数菌株是人源的；2株源自猪粪的菌株：嗜酸乳杆菌发酵乳杆菌猪

大豆阿拉伯半乳聚糖（AGPS），甜菜阿拉伯糖（AOS），小麦粉阿拉伯糖基木聚糖，聚半乳糖醛酸，苹果中的鼠李糖半乳糖醛酸，FOS

嗜酸乳杆菌发酵乳杆菌（猪源）部分降解FOS和AGPS。总体而言：DP 2-6的AOS通过长双歧杆菌和梭状芽胞杆菌发酵。大肠杆菌和青春双歧杆菌仅发酵阿拉伯三糖，而拜氏梭菌和煎盘梭菌仅在一定程度上降解阿拉伯三糖和阿拉伯糖。丁酸梭菌仅降解阿拉伯糖苷不能降解寡糖。富含鼠李半乳糖醛酸聚糖的多糖级分（RGAPS）和（鼠李）半乳糖醛酸低聚糖（GAOS）

肠道细菌发酵植物细胞壁衍生的多糖及其相应的寡糖（Van Laere et al.，2000）

体外：3只多头母猪粪便中的猪粪便接种物（荷兰地方品种）。体重264 -368kg每天喂两次高脂（18.3％（w / w）），低纤维（7.1％（w / w））的日粮，该日粮包含小麦（20％（w / w））和大麦（20％（w / w））作为纤维来源。接种三个健康供体的粪便

来自CP Kelco（Lille Skensved，丹麦）的高甲基酯化（HM）柑橘果胶（C74）其他纤维为：瓜尔豆胶、藻类、木薯淀粉、葡甘露聚糖、玉米淀粉、燕麦b-葡聚糖、菊粉、FOS、大豆果胶（Soyafibe-S-DA-100）、黄原胶。

在大多数纤维中，猪接种物产生的SCFA比人接种物少。两种接种物中大豆果胶的总SCFA含量最高（9.06–10.59 mmol / g）。含有糖醛酸的纤维会引起乙酸的产生，而含有中性糖的纤维会引起丙酸或丁酸的产生。除果胶和黄原胶外，该实验中的可溶性纤维均被两个接种物充分发酵，发酵后剩余的纤维少于5％（w / w）。对于黄原胶，对剩余可溶性糖的糖组成的分析表明，人类接种物未发酵所有葡萄糖的13％，所有甘露糖的16％和所有葡萄糖醛酸的14％。对于猪接种物，表明未发酵所有葡萄糖的30％，所有甘露糖的41％和所有葡萄糖醛酸的54％

猪和人的粪便接种物对12种膳食纤维的体外发酵（Jonathan et al.，2012）

体外：与牛的瘤胃液或狗、猪、马和人的粪便中的瘤胃液一起孵育6、12、24、48h

纤维素（Solka Floc），甜菜浆（密歇根糖），柑桔浆（Freeman Industries）和柑桔果胶（HM fast; TIC Gums Belcamp，MD）

当汇总所有物种的数据时，底物的消失和SCFA的产生按以下顺序从最小到最大排列：纤维素<甜菜浆<柑桔浆<柑桔果胶。来自各种物种的粪便或瘤胃微生物群对不同纤维底物的发酵能力似乎不仅取决于微生物种群的发酵活性，还取决于其他因素，也许是滞后时间和消化道通过率

使用猫、狗、马，人和猪的粪便接种物以及牛的瘤胃液对纤维素、甜菜浆、柑桔果肉和柑桔果胶进行体外发酵（Sunvold et al.，1995）

、体外：收集源于从四头去势育肥猪（荷兰地方品种×大白）的成年猪粪便和19头27至30d的未断奶仔猪（雄性和雌性）粪便。

果胶

使用一系列富含碳水化合物的底物，比较了成年猪和断奶猪粪便的接种物之间的体外微生物活性。测试的底物分为几类（富含纤维、谷物、树胶、果胶、糖、储藏碳水化合物和其他）。由于底物来源和接种物，发酵模式存在显着差异。看起来成年猪和断奶猪的微生物区系的代谢活性确实存在显着差异，尽管对于所测试的不同碳水化合物而言，微生物的代谢活性也有所不同。

(Bauer et al., 2001)

体外：仔猪回肠末端的肠内容物

马铃薯RGI

纤维显示出高发酵性，尤其是乳酸增加。观察到乳酸杆菌和韦永氏菌的数量显著增加，梭菌的数量无明显增加，而链球菌的数量减少。多变量分析显示处理组聚类，用纯化的马铃薯纤维处理的组与其他组明显分开，因为微生物群组成为60％乳杆菌，几乎不含梭菌。

断奶仔猪的原位益生元：马铃薯半乳糖异型半乳糖醛酸聚糖的体外生产和发酵（Strube et al.，2015）

离体：猪胃肠道粘膜，即口腔、胃、小肠和大肠，具有粘膜粘附的组织。口腔黏膜模拟唾液pH 6.75（SSF），胃黏膜模拟胃液USP无胃蛋白酶（SGF）或柠檬酸磷酸盐缓冲液，pH 4.8（分别代表禁食或进食状态），小肠黏膜（十二指肠部分）和大肠粘膜，模拟肠液pH 6.8（SIF）

四种果胶具有不同的DEs Herbstreith＆Fox KG（德国）HMP (CU201 70% De, MW 200kDa, 0 %DA), CU501 56%De 0% DA, Mw 180kDa), LMP (CU701 (38%De,Mw 80 kDA, 0%DA CU020 29% De, 20%DA, Mw 150 kDA)

从织构分析中得出的两个参数，即最大剥离力（Fmax）和粘附功（Wad），用作比较粘膜粘附性能的参数。果胶在大肠粘膜上的粘附力强于小肠粘膜。果胶在胃粘膜上的粘膜粘附特性取决于培养基的pH，在pH 4.8的培养基中显示出比pH 1.2的培养基更高的Fmax和W ad。结果还表明，果胶的粘膜粘附性能很大程度上取决于它们的特性，即较高的酯化度和分子量给出了更强的粘膜粘附性。被检查的果胶对胃肠道粘膜的粘膜粘附性能的等级顺序似乎类似于其酯化程度和分子量的等级顺序（即CU201> CU501> CU020> CU701）

各种果胶对胃肠道黏膜的黏膜黏附特性：使用质地分析仪的体外评估（Thirawong et al.，2007）

体内：基于猪结肠组织的体外系统

来源于果胶的鼠李糖半乳糖醛聚糖（RG）（苹果果胶、柑桔果胶、来自德国罗斯的果胶酸和甜菜果胶Sudzucker AG

具有低酯化度的鼠李半乳糖醛酸和源自果胶的线性寡半乳糖醛酸类化合物显示出对结肠粘膜的显着生物粘附性。相反，高度酯化的果胶和中性多糖无效。在结构活性关系中，线性，强酸性高半乳糖醛酸是大多数粘合剂。酯化，分支或非线性骨架结构会降低粘合性能。生物粘附作用是浓度依赖性的。

聚半乳糖醛酸对结肠上皮膜的生物粘附特性。（Schmidgall和Hensel，2002）

在猪结肠粘液膜的表面上进行了对果胶和所掺入蛋白的粘膜吸附的离体研究

由P-25制备DE分别为25％（P-25）或94％（P-94）的柑橘果胶，带有侧链伯胺基（P-N）的果胶衍生物

净电荷较高的果胶比其他果胶的黏膜黏附力更高。带负电荷的果胶制剂P-25和带正电荷的制剂P-N均能与粘液协同作用，以产生流变增强的凝胶。高度酯化的果胶P- 94也与粘膜糖蛋白协同作用，通过线圈缠结形成凝胶结构。当与猪肠粘膜温育时，发现P-94凝胶通常与内腔区域结合，P-25凝胶能够在壁区域附近深入渗透，PN凝胶通过静电结合与粘蛋白相互作用并从整个区域分散到整个区域。管腔到墙壁。在P-N或P-94与黏液组织之间形成的黏蛋白-凝胶复合物构成了表面屏障，有效地阻止了Triton X-100的渗透。P-25凝胶并未抑制Triton X-100对黏液组织的刺激，因为作为由PN /粘液复合物形成的凝胶有效

各种果胶制剂与猪结肠组织的相互作用 （Liu et al.，2005）

体外测定

来自三个生产商的六种果胶类型（经典果胶，Genu果胶，Grinsted果胶）。DM（三个级别；高，低和中），酰胺化程度（DA）（两个级别；已修饰或未修饰）。由于制造过程，分子量与DM相关

使用质地分析仪测量粘膜粘附性质。发现中间程度的甲氧基化（35％和36％）改善了特异性粘蛋白相互作用。酰胺化不增加粘蛋白相互作用。来自不同生产商的样本并没有改变这些结论。这项研究表明，果胶的一般分类是不良的粘膜黏附剂，没有区分取代基的数量和类型，可能是过于简单化了

六种果胶的粘膜粘附特性的体外测定（Hagesaether和Sande，2007）

果胶控制和消除病原体的潜力

从生命的一开始，肠道菌群就在抑制肠腔内病原体生长方面起着关键作用。这种现象被称为定植抗性，可以有效地阻止艰难梭菌沙门氏菌和许多其他致病菌的感染。在猪日粮中添加可发酵纤维（如果胶）可能会刺激GIT中有益细菌的生长和代谢活性。此外，各种研究证明了果胶的抗粘附特性。例如，已经显示，从人参的根中纯化的POS显示出针对幽门螺杆菌对胃上皮细胞粘附的选择性抑制作用。研究人员已经报道了橙皮衍生的POS介导的体外病原性大肠杆菌菌株对肠道上皮细胞粘附的抑制作用。使用抗粘剂可以帮助控制病原体，是抗生素治疗的替代方法。诱导寡糖与微生物的碳水化合物结合蛋白结合，病原体通过胃肠道中的大量液体运动而清除。还存在关于果胶底物抑制病原体衍生毒素的能力的报道。果胶通过稳定健康的微生物组以及诱导机制限制细菌感染的潜力应进一步探索。

果胶的抗病毒特性

轮状病毒感染是幼小动物肠胃炎和腹泻的主要原因之一。一些研究报告了果胶的抗病毒特性。早期的研究人员研究了许多含有大量半乳糖醛酸的简单和复杂碳水化合物，因为它们具有抑制甲型流感病毒对鸡红细胞凝集的能力。此外，发现苹果果胶能够抑制胚卵中的病毒血凝和病毒繁殖。而抑制血凝的柑橘果胶并没有减少病毒的繁殖。益生菌和益生元对轮状病毒感染的应用近来已有综述。具有益生元潜力的纤维可以改善普遍的抗病毒反应，并可以降低轮状病毒的感染性，从而缩短轮状病毒相关性腹泻的持续时间和严重程度。最近的报告表明POS的抗病毒特性。研究人员已经证明，益生元scGOS、lcFOS、POS和经过热处理的益生菌在发酵乳成分中的混合物可减少由RV引起的腹泻等临床体征。病毒脱落的减少可归因于益生元与病毒颗粒的相互作用，从而避免进入肠细胞并因此减少其复制。其他潜在的机制有待进一步研究。学者最近报道，日粮POS的添加可以改善感染猪轮状病毒（PRV）断奶仔猪的生长性能和免疫力，这可能是因为POS可以改善PRV感染仔猪的免疫功能和养分利用。

免疫反应的调节

日粮、外部病原体以及局部免疫和非免疫过程之间的复杂相互作用一直被整合到GIT中。采食诸如果胶的纤维可直接或通过改变肠道微生物群落组成来影响免疫系统。GM可以通过细菌与免疫细胞的接触、SCFA的产生或粘蛋白合成的变化来介导免疫反应。膳食纤维可以调节免疫系统的各种特性，包括肠道相关的淋巴组织、继发性淋巴组织和外周循环，因此，膳食纤维对免疫系统的作用已有研究。果胶大分子的结构特征决定了其对免疫系统的影响。研究人员已经审查了果胶底物作为免疫调节剂的多能性，它们能够刺激和抑制免疫反应。最近的报道表明，柑桔果胶有可能通过抑制髓样细胞中的Toll样受体信号转导来减弱内毒素休克。此外，研究人员报告了苹果果胶用RG-1处理过的巨噬细胞具有独特表型。说明对于实现调节哺乳动物免疫应答的果胶底物的认知发展迅速。这些研究为饲料应用中果胶配方的定制提供了指导。

结构与功能：鼠李半乳糖醛酸聚糖I实例

除上述研究外，还有关于RG-1对免疫系统的直接作用的进一步研究，这些作用是通过免疫调节派氏尔结和巨噬细胞的活性、刺激巨噬细胞、抑制结肠癌细胞的增殖和细胞周期进程、预防巨噬细胞的生长、肿瘤细胞迁移、细胞间以及细胞与基质之间的粘附。最近的研究调查了从马铃薯浆中消化RG-I的过程，以模拟体外小猪GIT。马铃薯RG-1在体外可通过仔猪回肠末端高度发酵，这反映出pH值和有机酸含量（尤其是乳酸）呈剂量依赖性下降。对发酵物中的GM的分析显示，乳酸杆菌、韦永氏菌和梭菌的数量显著增加，而链球菌的数量则减少。学者还证明了在体内从马铃薯浆中酶促释放RG-1。尽管已经证明了马铃薯RG-1在体内的酶促释放，但所提供的数据并不能证明原位益生元‘从马铃薯浆中酶促释放半乳糖-鼠李糖半乳糖醛酸聚糖的原位益生元’的说法。由于作者没有研究释放的RG-I在体内不同结肠区域的潜在益生元作用，因此在断奶仔猪的胃肠道中进行了研究。

数项研究已经证实了人类粪便微生物群对RG-1的可发酵性。有趣的是，研究人员利用马铃薯RG-I产生富含半乳糖的寡糖/寡聚体（oligo-RGI），并在体外研究其与人类粪便微生物群的可发酵性，结果表明寡聚RG-I是一种更具选择性的益生元，并产生了更佳的益生元。相对于RG-1发酵，SCFA的绝对含量更高。寡RG-I底物的生产也可能是断奶饲料或其他饲料应用中探索的有趣途径。

结论

果胶具有被广泛应用的潜力，包括益生元、代乳品以及用作抗微生物剂和抗病毒剂。挑战在于，要弄清GIT中不同果胶底物的结构与功能的关系，以及特定果胶结构和配方与动物目标群体和应用的适当匹配。当前分子生物学和体外工具的最新技术可以帮助阐明作用方式，并有助于开发用于体内研究设计的系统方法。返回搜狐，查看更多