甜菜堿的營(yíng)養(yǎng)機(jī)制探討

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　　1、甜菜堿的理化性質(zhì)及種類

　　1.1　理化性質(zhì)

　　甜菜堿，化學(xué)名為三甲基甘氨酸或三甲胺乙內(nèi)酯，分子式為C5H11NO2，相對(duì)分子質(zhì)量117.15。屬兩性化合物，在水溶液中呈中性，白色棱狀或葉片狀結(jié)晶，熔點(diǎn)293℃，能耐低于200℃的高溫，具有很強(qiáng)的抗氧化性、保濕性。其水合式溶于水、甲醇和乙醇，微溶于乙醚。室溫下在空氣中極易吸潮而潮解，其味甘甜。分子結(jié)構(gòu)有2個(gè)特點(diǎn)：一是電荷在分子內(nèi)分布呈中性；二是具有3個(gè)活性甲基。

　　1.2　種類

　　目前，市場(chǎng)上常見(jiàn)的甜菜堿主要有無(wú)水甜菜堿、甜菜堿鹽酸鹽、復(fù)合甜菜堿。

　　無(wú)水甜菜堿即天然甜菜堿，其提取以制糖過(guò)程中產(chǎn)生的廢糖蜜（含甜菜堿3%-8%）為主要原料，離子排斥提取法為提取工藝。經(jīng)用水洗脫色譜柱，鹽、糖及甜菜堿依次洗脫得以分離，收集甜菜堿洗脫液，經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶和分離等可得純度為98%的無(wú)水或一水甜菜堿，回收率70%-80%。

　　復(fù)合甜菜堿含有玉米芯粉等載體，有效成分含量較低，但其吸濕性與無(wú)水甜菜堿相比大大降低，在飼料中尤其是水產(chǎn)料中具有緩釋性。

　　鹽酸鹽甜菜堿中含有24%左右的鹽酸成分，pH值在1-2之間，在飼料中添加具有補(bǔ)充胃酸的作用，但其具有苦澀味適口性很差，并且容易腐蝕設(shè)備。

　　2、甜菜堿的營(yíng)養(yǎng)機(jī)制

　　2.1　甜菜堿的轉(zhuǎn)甲基作用

　　甲基是合成蛋氨酸、膽堿、肌酸、磷脂、腎上腺素、核糖核酸和脫氧核糖核酸等具有重要生理作用物質(zhì)所必須的基團(tuán)，在免疫、神經(jīng)、泌尿、消化等系統(tǒng)中起著重要作用。甜菜堿是生物體內(nèi)最有效的甲基供體，動(dòng)物體內(nèi)甲基來(lái)源主要為甜菜堿、膽堿和蛋氨酸，三者理論上的供甲基能力為3.7︰1.6︰1，然而同位素研究證明，甜菜堿作為甲基供體效率高于膽堿12-15倍。

　　膽堿在線粒體中在VB12和核黃素的參與下可轉(zhuǎn)化為甜菜堿，金屬離子、離子型抗球蟲藥等可抑制膽堿在線粒體中的轉(zhuǎn)化。甜菜堿的轉(zhuǎn)甲基作用受到甲基轉(zhuǎn)移酶（BHMT）和β-胱硫醚合成酶（β-CYST）的雙向調(diào)控，即在機(jī)體甲基不足時(shí)，甜菜堿能顯著提高動(dòng)物肝中BHMT的活力，使高半胱氨酸接受甜菜堿的甲基，合成蛋氨酸；而在甲基滿足機(jī)體需要時(shí)，則通過(guò)提高β-CYST活性，促使高半胱氨酸通過(guò)轉(zhuǎn)硫途徑形成胱硫醚，使機(jī)體甲基代謝途徑處于穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡。高半胱氨酸只能由蛋氨酸在體內(nèi)代謝產(chǎn)生，因此甜菜堿不能取代蛋氨酸的作用，但能夠節(jié)省蛋氨酸用量。

　　Virtanen（1995）認(rèn)為，甜菜堿可用于替代部分膽堿，作為甲基供體的來(lái)源。許梓榮等（1998）研究表明，在豬飼糧中添加甜菜堿能顯著提高BHMT的活性，并增加了血液中蛋氨酸的含量。馮杰等（2001）以添加1000和1500mg/kg甜菜堿的飼糧分別飼喂生長(zhǎng)肥育豬，增加了豬肝臟甜菜堿高半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶活力，生長(zhǎng)期總活力與比活力1500mg/kg組分別增加23.08%和18.18%；肥育期則以1000mg/kg組更為明顯，總活力與比活力分別提高16.33%和15.63%并發(fā)現(xiàn)這兩種酶的變化與甜菜堿的添加量有關(guān)。

　　2.2　甜菜堿對(duì)脂肪代謝的影響

　　2.2.1　對(duì)脂肪合成的調(diào)控

　　脂肪酸的合成主要以乙酰輔酶A（CoA）和還原型輔酶II（NADPH）為底物。檸檬酸-丙酮酸循環(huán)為脂肪酸的合成提供乙酰CoA，乙酰CoA羧化酶（ACC）催化形成丙二酰單酰CoA。

　　Huang等（2008）研究發(fā)現(xiàn)，甜菜堿能夠降低育肥豬皮下脂肪組織的乙酰CoA羧化酶（ACC）、脂肪酸合成酶（FAS）和蘋果酸酶（ME）的活性。ACC活性降低導(dǎo)致丙二酰單酰CoA合成減弱，丙二酰單酰CoA的含量可調(diào)節(jié)脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入線粒體的效率，F(xiàn)AS和ME是合成NADPH的關(guān)鍵酶，二者活性降低將抑制NADPH合成，從而減弱脂肪合成。

　　Xing等（2009，2010）在肉雞和蛋雞的研究中均發(fā)現(xiàn)，甜菜堿可以降低脂蛋白脂酶（LPL）mRNA的表達(dá)。LPL是肉雞脂肪組織沉積調(diào)控的關(guān)鍵酶，LPL活性的降低導(dǎo)致脂肪沉積的減弱。

　　2.2.2　對(duì)脂肪分解的調(diào)控

　　甜菜堿代謝可產(chǎn)生賴氨酸，為肉堿的合成提供骨架，同時(shí)可提供活性甲基作為合成原料，具有增加肉堿合成的能力。肉堿的活性形式為長(zhǎng)鏈脂酞肉堿，即酸不溶肉堿，動(dòng)物機(jī)體內(nèi)甲基含量增高可促進(jìn)肉堿向酸不溶肉堿形式轉(zhuǎn)化。長(zhǎng)鏈脂肪酸通過(guò)與肉堿結(jié)合為脂酰肉堿后才能向線粒體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)行β-氧化，肝臟中游離肉堿合成量增多，使脂肪酸的運(yùn)載增強(qiáng)，從而促進(jìn)脂肪酸氧化，并由此反饋性地增強(qiáng)了豬不同階段脂肪分解酶的活力，加快脂肪分解。

　　三酰甘油受激素敏感脂酶（HSL）催化分解為甘油和脂肪酸。添加甜菜堿提高了生長(zhǎng)豬脂肪組織的HSL的活性，引起血清中游離脂肪酸含量的增加，從而降低了背膘厚度，提高了胴體品質(zhì)。

　　汪以真等（2001）和馮杰等（2001）研究發(fā)現(xiàn)，添加甜菜堿提高了肝和背最長(zhǎng)肌中肉堿含量及肉堿與脂?；鈮A的比例，降低胴體脂肪、改善胴體品質(zhì)。

　　2.2.3　對(duì)脂肪轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控

　　膽堿在二酰甘油的參與下可以合成磷脂酰膽堿（PC），后者是構(gòu)成VLDL等脂蛋白的必需成分，轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中膽堿等載體蛋白不足脂肪將會(huì)以小滴形式貯存在局部組織和器官中。甜菜堿作為高效的甲基供體可以節(jié)約動(dòng)物體內(nèi)膽堿的消耗，甜菜堿脫甲基后產(chǎn)生的絲氨酸為膽堿合成提供骨架，并且通過(guò)增加活性甲基供體含量為膽堿合成提供甲基。

　　曹華斌等（2010）研究表明，蛋雞高能低蛋白日糧中添加甜菜堿可提高肝臟中apoA1和ApoB100 mRNA的表達(dá)，增強(qiáng)肝臟中脂類的運(yùn)出，從而起到預(yù)防脂肪肝的作用。

　　2.2.4　通過(guò)內(nèi)分泌間接調(diào)節(jié)脂肪代謝

　　已知的能夠調(diào)節(jié)脂肪代謝的內(nèi)分泌激素主要包括：生長(zhǎng)激素（GH）、甲狀腺素和胰島素等，多種內(nèi)分泌激素構(gòu)成了復(fù)雜的脂肪代謝調(diào)節(jié)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)。在生長(zhǎng)豬日糧中添加甜菜堿，可提高血漿中GH、胰島素樣生長(zhǎng)因子Ⅰ（IGF-Ⅰ）、游離三碘甲腺原氨酸（FT3）、游離四碘甲腺原氨酸（FT4）和胰島素的含量。GH具有促進(jìn)動(dòng)物肌肉生長(zhǎng)、減少脂肪沉積的作用，甲狀腺類激素FT3可以加強(qiáng)脂肪的降解。

　　2.3 甜菜堿對(duì)蛋白質(zhì)代謝的影響

　　甜菜堿能夠顯著提高機(jī)體生長(zhǎng)激素（GH）和胰島素樣生長(zhǎng)因子Ⅰ（IGF-Ⅰ），從而促進(jìn)了組織中蛋白質(zhì)的沉積，提高胴體瘦肉率。另外，添加甜菜堿提高了肝和腺垂體中環(huán)腺苷酸（CAMP）的含量，第二信使水平提高，促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄并通過(guò)激活依賴CAMP-蛋白激酶，催化蛋白質(zhì)磷酸化，從而使能量動(dòng)員增加并促進(jìn)蛋白酶分泌。蛋白質(zhì)的生物合成是以mRNA為模板進(jìn)行的，而以DNA為模板轉(zhuǎn)錄成RNA必須經(jīng)過(guò)加工和修飾作用，對(duì)其甲基化是一種重要的修飾作用。

　　占秀安等（2000）在29—49日齡艾維茵肉雞實(shí)驗(yàn)中添加1000mg/kg的甜菜堿時(shí)發(fā)現(xiàn)，甜菜堿能明顯提高胸肌細(xì)胞中RNA含量15.21%（P<0.05）和RNA/DNA的比率19.13%（P<0.01），血清尿酸濃度降低了10.96%（P<0.05），表明甜菜堿能增強(qiáng)機(jī)體氮的儲(chǔ)留量。

　　甜菜堿含量不足，甘氨酸和絲氨酸將經(jīng)過(guò)磷脂化途徑可以形成甜菜堿，消耗體內(nèi)氨基酸。飼糧中添加甜菜堿不僅可以節(jié)約蛋氨酸用量、增加體內(nèi)膽堿、肉堿等載體蛋白的含量，而且其代謝可產(chǎn)生賴氨酸、甘氨酸、絲氨酸。馮杰和懷明燕等報(bào)道，甜菜堿使生長(zhǎng)肥育豬血清中游離蛋氨酸、精氨酸、纈氨酸、亮氨酸、甘氨酸和絲氨酸的含量呈上升趨勢(shì)。

　　2.4　甜菜堿對(duì)生長(zhǎng)調(diào)控軸激素的影響

　　甜菜堿可顯著提高豬不同階段血清中GH和IGF-Ⅰ水平。許梓榮等（1998）、汪以真等（1999）認(rèn)為其作用機(jī)制為：甜菜堿可以增加血清中精氨酸、蛋氨酸、亮氨酸和甘氨酸等的量及血清中氨基酸總量，而血清中這幾種氨基酸的增加，均作用于腹內(nèi)側(cè)核，與該區(qū)域受體集合，從而刺激生長(zhǎng)激素的分泌。

　　盡管有研究表明，禽類的生長(zhǎng)調(diào)控機(jī)制與哺乳動(dòng)物存在差異，即哺乳動(dòng)物個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育變化，主要是GH依賴型的，而禽類則大多數(shù)是非依賴型的，外周血液中的GH水平和垂體基因的表達(dá)水平與禽類的生長(zhǎng)并不呈正相關(guān)。但當(dāng)家禽營(yíng)養(yǎng)狀況顯著改善時(shí)，肉雞血液中的GH和IGF-Ⅰ水平同時(shí)升高，能促進(jìn)肉雞的生長(zhǎng)。

　　2.5　甜菜堿的誘食作用

　　甜菜堿能促進(jìn)動(dòng)物攝食，提高餌料的適口和利用率。甜菜堿廣泛分布于魚類餌料生物中，很多魚類的味覺(jué)系統(tǒng)對(duì)這種物質(zhì)高度敏感。大量研究表明，甜菜堿對(duì)鯽魚、河豚魚、紅鰭東方鲀、多佛鰨魚、異育銀鯽、蝦、羅氏沼蝦有誘食作用，加快攝食速度減少水質(zhì)污染。張冬梅（2009）研究發(fā)現(xiàn)甜菜堿能顯著提高肥育豬的采食量。汪以真和占秀安（1998）報(bào)道，在1—24日齡肉雛雞日糧中添加甜菜堿能提高采食量，且隨甜菜堿添加量的增加而增強(qiáng)。

　　2.6　甜菜堿的滲透壓調(diào)節(jié)作用

　　甜菜堿對(duì)滲透壓的激變具有緩沖作用，維持細(xì)胞滲透壓平衡。當(dāng)組織滲透壓發(fā)生變化時(shí)，甜菜堿能被細(xì)胞吸收，防止細(xì)胞水分流失及鹽類的進(jìn)入，提高細(xì)胞Na-K泵功能，調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道的水分的離子平衡、維護(hù)腸道功能，減緩腹瀉的發(fā)生。

　　2.7　甜菜堿的抗應(yīng)激作用

　　飼料中添加甜菜堿可幫助家禽避免脫水并保持采食量，從而顯著改善家禽的飼料利用率和體增重。家禽控制自身水平衡的機(jī)制會(huì)消耗大量能量，而甜菜堿則有助于家禽有效地保留水分。

　　邱玉朗等（2010）研究了甜菜堿對(duì)小鼠熱應(yīng)激的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)在日曬4h的熱應(yīng)激情況下，各組白蛋白并無(wú)差異，而總蛋白水平試驗(yàn)組顯著高于對(duì)照組，說(shuō)明甜菜堿具有明顯的抗熱應(yīng)激作用。Freed等（1979）報(bào)道，甜菜堿有抗小鼠高半胱氨酸、戊四氮和電驚厥發(fā)生的作用。許德義等（1986）的藥理研究表明甜菜堿有明顯的鎮(zhèn)靜作用，增強(qiáng)戊巴比妥鈉的催眠作用和抗傷害刺激及解熱作用。

　　2.8　甜菜堿對(duì)維生素的保護(hù)作用

　　維生素的穩(wěn)定性差，易受光、熱、濕的影響，隨時(shí)間的延長(zhǎng)也會(huì)逐漸損耗，大多數(shù)維生素都或多或少在效價(jià)上存在降低現(xiàn)象。甜菜堿為兩性化合物，在水溶液中呈中性，具有很強(qiáng)的抗氧化性能，防止脂溶性維生素A、D、E、K的氧化，保護(hù)其效價(jià)，在飼料的加工與貯存過(guò)程中對(duì)維生素有保護(hù)作用。

　　2.9　甜菜堿對(duì)抗球蟲藥的增效作用

　　球蟲病是養(yǎng)雞業(yè)的一大重要疾病，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)這類抗球蟲藥的效果越來(lái)越差，球蟲已表現(xiàn)出越來(lái)越強(qiáng)的抗藥性。甜菜堿可提高聚醚類等抗生素的增重，甜菜堿與聚醚類抗生素合用，可以降低聚醚類抗生素的毒性反應(yīng)，特別是對(duì)聚醚類抗生素與其它抗菌藥物聯(lián)合應(yīng)用時(shí)所產(chǎn)生的不良反應(yīng)有減弱或消除作用。

　　說(shuō)到甜菜堿，不由得要提到一家企業(yè)，那就是山東祥維斯生物科技股份有限公司，其中甜菜堿系列產(chǎn)品已成為國(guó)際上最大的供應(yīng)商之一，是甜菜堿專業(yè)制造商。

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來(lái)源：東北飼料信息