甜菜堿替代蛋氨酸在生產(chǎn)中的應(yīng)用

文峰 · 發(fā)表于 2008-5-22 07:33:23

　　摘要：甜菜堿(Betaine)又名三甲基甘氨酸，化學(xué)名稱為三甲氨基乙內(nèi)酯，分子式為C5H11O2N，是一種季胺型生物堿。從理論上講甜菜堿可以代替價(jià)格較貴的蛋氨酸，以降低飼料成本。甜菜堿是具有應(yīng)用價(jià)值且前景廣闊的飼料添加劑，應(yīng)用甜菜堿又是變廢為寶，合理利用自然資源，改善生態(tài)環(huán)境的有效途徑，必然帶來(lái)巨大的社會(huì)效益。

　　關(guān)鍵詞：甜菜堿替代營(yíng)養(yǎng)機(jī)理動(dòng)物生產(chǎn)甜菜堿(Betaine)又名三甲基甘氨酸，化學(xué)名稱為三甲氨基乙內(nèi)酯，分子式為C5H11O2N，是一種季胺型生物堿。具有三個(gè)動(dòng)物體內(nèi)不可缺少的物質(zhì)--活性甲基，比蛋氨酸多2個(gè)甲基，是高效甲基供體。能在甜菜堿?高半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，將甲基供給高半胱氨酸形成氨基酸。因此從理論上講甜菜堿可以代替價(jià)格較貴的蛋氨酸，以降低飼料成本。甜菜堿是在歐洲被發(fā)現(xiàn)的，主要存在于糖蜜中，但其功效卻在70年代被確認(rèn)，隨著生物學(xué)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，甜菜堿很快在國(guó)內(nèi)外將得到廣泛應(yīng)用。

　　1、甜菜堿的理化特性
　　甜菜堿為白色棱粒狀或葉片狀結(jié)晶，熔點(diǎn)293℃，其味甘甜。甜菜堿水合式溶于水，溶于甲醇和乙醇，微溶于乙醚。它具有很強(qiáng)的保濕性，室溫下極易吸濕而潮解。甜菜堿很穩(wěn)定，耐200℃高溫，并有很強(qiáng)的抗氧化性能。經(jīng)毒性試驗(yàn)證明，甜菜堿屬于無(wú)毒品。

　　2、甜菜堿的生產(chǎn)工藝

　　2.1、天然物質(zhì)提取法：制糖過(guò)程中產(chǎn)生的廢糖蜜中甜菜堿含量達(dá)3%～8%，是提取甜菜堿的主要原料。本世紀(jì)20年代國(guó)外就有從廢糖蜜中提取甜菜堿的餓報(bào)道。60年代至70年代提取法得到了大力發(fā)展，此間有許多離子交換提取法的報(bào)道，甜菜堿回收率約70%。芬蘭成立了當(dāng)時(shí)世界上唯一生產(chǎn)銷售甜菜堿Calter公司，80年代初，芬蘭科學(xué)家(HeikkiOHeikkila等)運(yùn)用色譜法創(chuàng)造了排斥提取法，可制得純度約98%的無(wú)水或一水甜菜堿，回收率79%～80%，降低了生產(chǎn)成本，避免了環(huán)境污染。同期，日本甜菜制糖株式會(huì)社研究所也報(bào)道了此法。在國(guó)內(nèi)，浙江黃巖榮耀化工廠和沈陽(yáng)石油化工研究院等單位也已從甜菜糖蜜中提取出純度大于97%的甜菜堿及甜菜堿鹽酸鹽。

　　2.2、化學(xué)合成法：近年來(lái)隨著養(yǎng)殖業(yè)對(duì)甜菜堿需求量的增加，依靠從甜菜糖蜜中提取甜菜堿已不能滿足需要，人們又成功研究了化學(xué)合成甜菜堿的方法。以氯乙酸鈉和三甲胺為原料，在水溶液中常壓反應(yīng)，很容易合成甜菜堿。但由于合成法消耗化工原料，生產(chǎn)成本大大高于提取法。中國(guó)農(nóng)科院飼料研究所等單位也已人工合成了結(jié)晶和液體甜菜堿，天然甜菜堿和化學(xué)合成甜菜堿的性質(zhì)相同，但含量和風(fēng)味有一定差異。用上述方法可以生產(chǎn)無(wú)水或一水甜菜堿，用濃縮后的甜菜堿溶液，加入適量的鹽酸結(jié)晶過(guò)濾即可得到甜菜堿鹽酸鹽。

　　3、甜菜堿的營(yíng)養(yǎng)機(jī)理

　　3.1、甜菜堿是一種高效的甲基供體，能替代蛋氨酸和膽堿的供甲基功能。Vigncaud(1939)發(fā)現(xiàn)甜菜堿在動(dòng)物代謝中可提供活性甲基，并證實(shí)具有甲基供體功能的營(yíng)養(yǎng)素還有膽堿和蛋氨酸。試驗(yàn)證明，當(dāng)大鼠基礎(chǔ)日糧中缺乏蛋氨酸時(shí)，膽堿或甜菜堿能將甲基轉(zhuǎn)移給高半胱氨酸合成蛋氨酸；氯化膽堿在動(dòng)物體內(nèi)只有轉(zhuǎn)化為甜菜堿時(shí)，才能發(fā)揮供甲基功能，而且甜菜堿將甲基轉(zhuǎn)移給氨基乙酸能合成膽堿。就提供甲基而言，甜菜堿可節(jié)約體內(nèi)的蛋氨酸，但這是在日糧中供甲基源缺乏的前提下，若日糧中供甲基源滿足時(shí)，甜菜堿并沒(méi)有節(jié)約蛋氨酸的作用，因?yàn)榇藭r(shí)機(jī)體并不需要以蛋氨酸為甲基供體。

　　3.2、甜菜堿可保證參與動(dòng)物體內(nèi)各種生化反應(yīng)的甲基需要，以確保核酸、蛋白質(zhì)的正常合成代謝。甜菜堿促進(jìn)豬體蛋白質(zhì)的合成，主要體現(xiàn)在眼肌面積的增加上。芬蘭一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，添加2kg/T甜菜堿明顯使眼肌面積增加。

　　3.3、甜菜堿能促進(jìn)脂肪代謝，提高瘦肉率，防止脂肪肝，增強(qiáng)免疫功能。甜菜堿是通過(guò)影響肌肉中肉堿及不溶肉堿的含量，而調(diào)節(jié)肌細(xì)胞線粒體中的?-氧化作用，促進(jìn)的脂肪的分解，同時(shí)，甜菜堿還通過(guò)降低腹脂或皮下脂肪生成酶的活力，提高脂肪分解酶的活性促進(jìn)脂肪的分解代謝，抑制脂肪的合成代謝，顯著提高胴體瘦肉率，降低胴體脂肪率和背膘厚。此外，甜菜堿在甲基轉(zhuǎn)移過(guò)程中形成甘氨酸，大部分膽固醇在肝內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槟懰岷兔撗跄懰?，它們與甘氨酸和?；撬峤Y(jié)合成膽汁酸而排出?？梢?jiàn)甜菜堿在膽固醇的代謝中可能起一定作用。

　　3.4、甜菜堿能調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓，減少應(yīng)激反應(yīng)，確保動(dòng)物正常生長(zhǎng)。甜菜堿是滲透壓激變的緩沖物質(zhì)，可作為細(xì)胞的滲透保護(hù)劑。在干旱、高濕、高鹽或高滲透環(huán)境下，當(dāng)組織細(xì)胞滲透壓發(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，穩(wěn)定酶的活性及生物大分子功能，提高Na/K泵的功能，以調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓和離子平衡，防止腹瀉引起的高血鉀癥，維持營(yíng)養(yǎng)吸收功能，減少腹瀉發(fā)生。

　　3.5、甜菜堿能刺激動(dòng)物的嗅覺(jué)和味覺(jué)，是一種很好的誘食劑，特別是對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物具有提高攝食量及成活率、降低餌料系數(shù)、促進(jìn)生長(zhǎng)等功能。日本鹿兒島大學(xué)學(xué)者測(cè)定鯉魚三叉神經(jīng)，下頜骨及肢骨對(duì)氨基酸和甜菜堿的電反應(yīng)，結(jié)果表明，甜菜堿具有獨(dú)立的味覺(jué)感受，能增強(qiáng)其它氨基酸的味覺(jué)感受反應(yīng)。甜菜堿的化學(xué)結(jié)構(gòu)適合于魚類的嗅覺(jué)和味覺(jué)感受器。同時(shí)甜菜堿味甘甜，畜禽喜食。

　　3.6在預(yù)混合飼料中甜菜堿與維生素配伍，較膽堿能保持維生素較高的穩(wěn)定性。維生素之所以不穩(wěn)定，主要是受持水率、PH值和溫度三種因素的影響。氯化膽堿是吸水力很強(qiáng)的酸性物質(zhì)，是一種對(duì)維生素穩(wěn)定性最有影響的因素。而甜菜堿屬于兩性化合物，在水溶液中呈中性反應(yīng)，并具有很強(qiáng)的抗氧化性能，對(duì)維生素起保護(hù)作用，而且這種效果在高溫條件下更明顯。

　　4、甜菜堿替代蛋氨酸在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　甜菜堿替代蛋氨酸是目前人們十分關(guān)注的問(wèn)題。Virtanner等(1995)在肉雞玉米-豆粕型日糧中(仔雞和大雞粗蛋白、蛋氨酸、膽堿分別為21%、19%；0.31%、0.31%；1420mg/kg、1440mg/kg)分別添加0、0.05%、0.1%、0.15%的甜菜堿和蛋氨酸，結(jié)論認(rèn)為，添加甜菜堿肉雞的增重高于蛋氨酸組。陳學(xué)旭等(2002)報(bào)道，在肉鴨基礎(chǔ)料中用甜菜堿替代蛋氨酸添加量的最佳水平為1/2(1-3周齡)和2/3(4-6周齡)。吳凡(2002)報(bào)道，在肉雞飼料中添加0.05%甜菜堿能替代0.1%蛋氨酸，根據(jù)畜禽飼喂結(jié)果表明，1kg甜菜堿可代替3.5kg蛋氨酸。望蘇寧等(1997)在肉雞日糧中添加0.025%的甜菜堿部分代替蛋氨酸，日增重提高了4.71%，料肉比下降了7.10%。陳寶江等(2001)用甜菜堿替代基礎(chǔ)日糧中40%的蛋氨酸飼喂肉仔雞，日增重、成活率差異不顯著，試驗(yàn)組綜合經(jīng)濟(jì)效益提高12.37%。王若軍等(1998)在海蘭褐雞產(chǎn)蛋后期用甜菜堿鹽酸鹽替代日糧中50%或全部單體合成蛋氨酸均可顯著(P<0.01)提高蛋雞產(chǎn)蛋高峰后期產(chǎn)蛋率，全期總的產(chǎn)蛋重均顯著高于對(duì)照組，料蛋比均低于對(duì)照組(P<0.01)，表明在產(chǎn)蛋高峰后期，甜菜堿鹽酸鹽在替代50%或100%替代蛋氨酸可緩解產(chǎn)蛋后期產(chǎn)蛋率的下降，從而提高飼料轉(zhuǎn)化效率。王若軍等(1999)又報(bào)道，用甜菜堿鹽酸鹽100%替代蛋氨酸，由于破蛋率顯著升高，平均蛋重也顯著低于對(duì)照組和50%替代組，原因不明。張洪友等(1998)試驗(yàn)證明，在蛋種雞上復(fù)合甜菜堿Ⅱ型可以等量替代飼料中添加的蛋氨酸，使成本大大降低，每噸飼料節(jié)約12元。甜菜堿產(chǎn)品類型不同，飼喂肉雞效果也不同。咼于明等(1997)在肉仔雞日糧中，前期用甜菜堿產(chǎn)品B(50%的粗品)替代對(duì)照組日糧中1/2的蛋氨酸，飼料轉(zhuǎn)化率最好。后期以甜菜堿產(chǎn)品A(純品)替代2/3的蛋氨酸效果較好，試驗(yàn)中所用的兩種甜菜堿產(chǎn)品在肉仔雞日糧中與50%蛋氨酸的替代效果無(wú)顯著差異，但表現(xiàn)出粗品甜菜堿的飼喂效果好于純品的甜菜堿的趨勢(shì)。最新的研究和試驗(yàn)表明，在蛋氨酸不足的日糧中，添加甜菜堿和膽堿有部分節(jié)約蛋氨酸的作用。對(duì)生長(zhǎng)雞和肉仔雞達(dá)到適宜生長(zhǎng)，日糧中必須含有0.50%左右的蛋氨酸。郭玉琴等(1996)試驗(yàn)結(jié)果表明，基礎(chǔ)日糧中蛋氨酸含量0.23%～0.25%，膽堿1000～1200mg/kg的條件下，添加甜菜堿部分替代蛋氨酸后，肉仔雞增重與飼料報(bào)酬與對(duì)照組無(wú)顯著差異。王承民(2002)報(bào)道，試驗(yàn)組40%的蛋氨酸用甜菜堿代替，對(duì)照組與試驗(yàn)組的日增重分別為54.2g、55.3g，飼料報(bào)酬分別為2.05:1和2.02:1，成活率分別為90%和92%，綜合經(jīng)濟(jì)效益提高19.02%。甜菜堿不僅為機(jī)體提供高效的活性甲基，還可取代蛋氨酸的供甲基效應(yīng)，具有節(jié)約體內(nèi)蛋氨酸的作用，但甜菜堿并不能代替蛋氨酸用于蛋白質(zhì)的合成，因此甜菜堿只能部分代替蛋氨酸。椐有關(guān)報(bào)道，在肉雞玉米-豆粕型飼料中添加600mg/kg的甜菜堿與添加200mg/kg的蛋氨酸的效果基本相同。金邦荃等(1998)認(rèn)為當(dāng)日糧中缺乏膽堿時(shí)，甜菜堿可以部分替代蛋氨酸的功能，提供甲基改善生長(zhǎng)速度，在日糧中膽堿含量充足時(shí)，甜菜堿不能代替蛋氨酸合成蛋白質(zhì)。李優(yōu)琴(1998)試驗(yàn)表明，在肉仔雞配合飼料中甜菜堿部分替代蛋氨酸時(shí)，可以取得相似的飼養(yǎng)效果。但完全替代則引起肉仔雞生產(chǎn)性能下降。張陽(yáng)軍(1991)用甜菜堿代替30%蛋氨酸飼養(yǎng)羅氏沼蝦150天，平均體長(zhǎng)增加1.92cm，平均尾體重增加3.04g，飼料轉(zhuǎn)化率提高8%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　甜菜堿是具有應(yīng)用價(jià)值且前景廣闊的飼料添加劑。它的應(yīng)用不僅可以降低飼料成本，提高生產(chǎn)性能，為養(yǎng)殖戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益；而且甜菜糖蜜廠廢液是提取甜菜堿的主要原料，應(yīng)用甜菜堿又是變廢為寶，合理利用自然資源，改善生態(tài)環(huán)境的有效途徑，必然帶來(lái)巨大的社會(huì)效益。

　　該文章轉(zhuǎn)自[中國(guó)飼料科技網(wǎng)]
　　