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甜菜碱及其应用资料

甜菜碱及其应用资料

简述:摘 要:甜菜碱最早是在甜菜糖蜜中发现的季铵型生物碱,是动物体代谢中间产物,具有提供甲基、调节体内渗透压、

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摘 要:甜菜碱最早是在甜菜糖蜜中发现的季铵型生物碱,是动物体代谢中间产物,具有提供甲基、调节体内渗透压、促进脂肪代谢和蛋白质合成等作用。应用于饲料中能明显改善生产效果,促进动物生长,提高抗应激能力,提高抗球虫疗效,是一种安全高效的营养性饲料添加剂。

关键词:甜菜碱;甲基;营养功能

甜菜碱(Betaine)首先是在欧洲发现的,它主要存在于甜菜糖的糖蜜中,故而得名。自1939年DU Vigneaud发现其营养功能以来,一直成为人们的研究热点,并被广泛地应用于制药、食品、添加剂、化学试剂、化工原料、畜禽养殖、水产养殖等领域。由于目前它能通过化学合成,因而欧洲国家、美国、日本等用它作为畜禽、水产和宠物等的饲料添加剂,每年需求量上万吨[1]。在我国也已成为重要的饲料添加剂之一,并被列为国家“八五”科技攻关成果。

1 甜菜碱的来源、化学结构、理化特性

甜菜碱广泛存在于动植物体内,谷物含量较少,在大多数植物体和海生无脊柱动物以及微生物体内含量较高。甜菜及一些中草药如地骨皮、枸杞子、黄芪、连翘等也含有较多的甜菜碱。甜菜是甜菜碱含量最高的植物之一,甜菜的糖蜜是甜菜碱的主要来源[2]。
甜菜碱化学名称为三甲铵乙内酯或三甲基甘氨酸,分子结构比较简单,与蛋氨酸、胆碱化学结构比较相似,都属于季胺碱类物质。
甜菜碱的理化特性[3,4]见表1。

2 甜菜碱的生产工艺[5]

甜菜糖蜜是提取天然甜菜碱的主要原料,其提取工艺主要是离子排斥法,应用聚乙烯-二乙烯树脂色谱分离柱,洗脱出的甜菜碱母液,经蒸发、浓缩、三段结晶、过滤制得纯度约98%的无水或一水甜菜碱。
化学合成一般采用氯乙酸和三甲胺为原料在碱液中进行常压反应,甜菜碱母液经蒸馏、盐酸酸化、浓缩、结晶、过滤成甜菜碱盐酸盐,其有效成分含量为75%左右;或母液经浓缩、脱盐、吸附后再制得纯甜菜碱产品。

3 甜菜碱的营养功能及机理

到目前为止,甜菜碱被发现有多种营养功能,如促进畜禽生长、增进动物脂肪代谢、缓和应激、调节渗透、诱食、预防球虫病等。
3.1 甜菜碱的转甲基功能和节约蛋氨酸作用
甲基化反应在神经系统、内分泌系统、免疫系统、泌尿系统和心血管系统中都有十分重要的作用[6]。生长动物和成年动物都需要稳定的甲基供体。一般认为动物体内自己不能合成甲基,需要食物中具有富含甲基的物质,它们的分子中具有易反应的甲基,从而参与动物生理功能。这类富含甲基的物质称“甲基供体”,最易参与此反应的甲基群(即有效甲基),是与氮原子或硫原子连在一起的甲基。甲基供体如果不足,会导致生长紊乱和一些病理学症状以及蛋白质代谢的紊乱[6]。
甜菜碱的分子量不大,并有3个活性甲基,在分子内部正负电荷也已得到中和,因此它是高效的甲基供体。1939年动物科学家们对大鼠的研究证实,甜菜碱主要在肝脏中发挥甲基供体的作用,并确定了它的有关代谢途径,发现它是甜菜碱高半胱氨酸-S-甲基转移酶(BHMT)的底物之一,并与胱硫醚β-合成酶(β-CYST)的调控有关[7]。进一步研究表明,甜菜碱能显著提高动物肝脏中BHMT的活力。BHMT能催化甜菜碱与半胱氨酸作用合成蛋氨酸。β-CYST则催化半胱氨酸与丝氨酸合成胱硫醚。机体就是通过这2个酶的作用双重调控肝脏的甲基代谢。由此表明,甜菜碱可作为机体内胱氨酸向蛋氨酸转变的甲基供体,替代蛋氨酸的供甲基效能,具有节约蛋氨酸的作用[8]。
3.2 甜菜碱参与氨基酸、蛋白质代谢
Finkelstein等在研究人的高半胱氨酸尿症时发现,饲喂甜菜碱的大鼠,其肝脏中蛋氨酸的含量明显增加。Xue等人在对羊和鼠的研究中发现,饲喂甜菜碱后,肝脏中蛋氨酸的循环显著加强。这说明甜菜碱与蛋氨酸的代谢有着极为密切的关系。
浙江农业大学饲料科学研究所(1997)研究表明,甜菜碱能使动物肝脏和肌肉中粗蛋白质含量、RNA含量和RNA/DNA比率显著升高,而血清尿酸含量明显下降。这说明甜菜碱促进了体内蛋白质的合成,降低了蛋白质的分解,使组织中蛋白质的沉积增加。其机制可能是甜菜碱通过增强机体组织的甲基代谢,加速了RNA的加工和修饰过程。
3.3 甜菜碱对脂类代谢的影响
甜菜碱能显著降低动物肝脏中脂肪的含量,大幅度降低猪胴体背膘厚度和家禽腹脂率[9],说明甜菜碱参与了机体的脂肪代谢,具有抗脂肪肝和减少体脂沉积的作用。研究发现,甜菜碱显著提高了蛋鸡血清中的极低密度脂蛋白(VLDL)的含量,促进了体内磷脂的合成。而磷脂能降低肝脏中脂肪酶的活力和甘油三酯的含量。甜菜碱通过促进脂肪分解和抑制脂肪沉积的双重作用来降低体脂的沉积。甜菜碱通过促进体内磷脂的合成,一方面降低肝脏中脂肪生成酶的活性,另一方面又促进了肝脏中载脂蛋白的合成。
3.4 细胞渗透调节作用及对抗球虫病
甜菜碱作为生物体内一种重要的渗透压缓冲物质,能防止细胞中离子浓度的激变。当细胞内渗透压激变时,如外部渗透压升高时,细胞开始产生或吸收甜菜碱以维持正常的渗透压的平衡,同时防止细胞水分流出和盐分的入侵。有学者认为,肾脏中的甜菜碱是由钠泵运输的。甜菜碱对渗透压激变有缓冲作用,当外界渗透压发生激变时,甜菜碱能防止细胞中水分的流出和盐类的侵入。仔猪腹泻和家禽感染球虫病常会导致动物脱水和肠道离子及渗透压的失调,这时机体对甲基的需要量增加,此时机体需要甲基化反应来建立免疫防卫机制[10],甜菜碱正好发挥了甲基供体的作用。
3.5 甜菜碱的诱食效应
20世纪70年代芬兰科学家发现甜菜碱对水产动物具有独特的诱食作用以后,甜菜碱作为水产动物的诱食剂,首次在动物饲料中得到应用。近年来研究表明,甜菜碱是鱼虾味觉最大的刺激物之一,0.0001mol/ml的甜菜碱就能引起所有鱼的味觉感受反应。同时甜菜碱还能增强其他氨基酸的味觉感受反应,可见甜菜碱是水产养殖中的理想诱食剂,能提高饲料的适口性和利用率。据浙江大学饲料科学研究所的试验表明,甜菜碱对猪具有明显的诱食效应,而对家禽并不明显。

4 甜菜碱的应用展望

甜菜碱由于具有许多对动物有益的生理优点,在养殖业中使用后能促进动物生长,防治动物某些营养性疾病,对水产动物具有良好的诱食性,能明显降低饲料成本,提高经济收益。因此,甜菜碱已被作为多功能新型饲料添加剂广泛应用于各种动物配合饲料中,越来越为人们所重视,其在养殖业中的应用也将显示出更广阔的前景



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