甜菜堿及其營(yíng)養(yǎng)功能

lijing521 · 發(fā)表于 2010-7-23 08:52:42

　　甜菜堿及其營(yíng)養(yǎng)功能
　　張銳利張立武
　　(西南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品院，重慶 400716)
　　摘要：甜菜堿是在甜菜糖蜜中發(fā)現(xiàn)的季銨型生物堿，是動(dòng)物體代謝中間產(chǎn)物，具有提供甲基、調(diào)節(jié)體內(nèi)滲透壓、促進(jìn)脂肪代謝和蛋白質(zhì)合成等作用。應(yīng)用于飼料中能明顯改善生產(chǎn)效果，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，提高抗應(yīng)激能力，提高抗球蟲療效，是一種安全高效的營(yíng)養(yǎng)性飼料添加劑。
　　關(guān)鍵詞：甜菜堿;甲基;營(yíng)養(yǎng)功能
　　甜菜堿(Betaine)首先是在歐洲發(fā)現(xiàn)的，它主要存在于甜菜糖的糖蜜中，故而得名。自1939年DU Vigneaud發(fā)現(xiàn)其營(yíng)養(yǎng)功能以來，一直成為人們的研究熱點(diǎn)，并被廣泛地應(yīng)用于制藥、食品、添加劑、化學(xué)試劑、化工原料、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域。由于目前它能通過化學(xué)合成，因而歐洲國(guó)家、美國(guó)、日本等用它作為畜禽、水產(chǎn)和寵物等的飼料添加劑，每年需求量上萬噸[1]。在我國(guó)也已成為重要的飼料添加劑之一，并被列為國(guó)家“八五”科技攻關(guān)成果。
　　1 甜菜堿的來源、化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化特性
　　甜菜堿廣泛存在于動(dòng)植物體內(nèi)，谷物含量較少，在大多數(shù)植物體和海生無脊柱動(dòng)物以及微生物體內(nèi)含量較高。甜菜及一些中草藥如地骨皮、枸杞子、黃芪、連翹等也含有較多的甜菜堿。甜菜是甜菜堿含量最高的植物之一，甜菜的糖蜜是甜菜堿的主要來源[2]。
　　甜菜堿化學(xué)名稱為三甲銨乙內(nèi)酯或三甲基甘氨酸，分子結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，與蛋氨酸、膽堿化學(xué)結(jié)構(gòu)比較相似，都屬于季胺堿類物質(zhì)。
　　甜菜堿的理化特性[3，4]見表1。
　　2 甜菜堿的生產(chǎn)工藝[5]
　　甜菜糖蜜是提取天然甜菜堿的主要原料，其提取工藝主要是離子排斥法，應(yīng)用聚乙烯-二乙烯樹脂色譜分離柱，洗脫出的甜菜堿母液，經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、三段結(jié)晶、過濾制得純度約98%的無水或一水甜菜堿。
　　化學(xué)合成一般采用氯乙酸和三甲胺為原料在堿液中進(jìn)行常壓反應(yīng)，甜菜堿母液經(jīng)蒸餾、鹽酸酸化、濃縮、結(jié)晶、過濾成甜菜堿鹽酸鹽，其有效成分含量為75%左右;或母液經(jīng)濃縮、脫鹽、吸附后再制得純甜菜堿產(chǎn)品。
　　3 甜菜堿的營(yíng)養(yǎng)功能及機(jī)理
　　到目前為止，甜菜堿被發(fā)現(xiàn)有多種營(yíng)養(yǎng)功能，如促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)、增進(jìn)動(dòng)物脂肪代謝、緩和應(yīng)激、調(diào)節(jié)滲透、誘食、預(yù)防球蟲病等。
　　3.1 甜菜堿的轉(zhuǎn)甲基功能和節(jié)約蛋氨酸作用
　　甲基化反應(yīng)在神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)中都有十分重要的作用[6]。生長(zhǎng)動(dòng)物和成年動(dòng)物都需要穩(wěn)定的甲基供體。一般認(rèn)為動(dòng)物體內(nèi)自己不能合成甲基，需要食物中具有富含甲基的物質(zhì)，它們的分子中具有易反應(yīng)的甲基，從而參與動(dòng)物生理功能。這類富含甲基的物質(zhì)稱“甲基供體”，最易參與此反應(yīng)的甲基群(即有效甲基)，是與氮原子或硫原子連在一起的甲基。甲基供體如果不足，會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)紊亂和一些病理學(xué)癥狀以及蛋白質(zhì)代謝的紊亂[6]。
　　甜菜堿的分子量不大，并有3個(gè)活性甲基，在分子內(nèi)部正負(fù)電荷也已得到中和，因此它是高效的甲基供體。1939年動(dòng)物科學(xué)家們對(duì)大鼠的研究證實(shí)，甜菜堿主要在肝臟中發(fā)揮甲基供體的作用，并確定了它的有關(guān)代謝途徑，發(fā)現(xiàn)它是甜菜堿高半胱氨酸-S-甲基轉(zhuǎn)移酶(BHMT)的底物之一，并與胱硫醚β-合成酶(β-CYST)的調(diào)控有關(guān)[7]。進(jìn)一步研究表明，甜菜堿能顯著提高動(dòng)物肝臟中BHMT的活力。BHMT能催化甜菜堿與半胱氨酸作用合成蛋氨酸。β-CYST則催化半胱氨酸與絲氨酸合成胱硫醚。機(jī)體就是通過這2個(gè)酶的作用雙重調(diào)控肝臟的甲基代謝。由此表明，甜菜堿可作為機(jī)體內(nèi)胱氨酸向蛋氨酸轉(zhuǎn)變的甲基供體，替代蛋氨酸的供甲基效能，具有節(jié)約蛋氨酸的作用[8]。
　　3.2 甜菜堿參與氨基酸、蛋白質(zhì)代謝
　　Finkelstein等在研究人的高半胱氨酸尿癥時(shí)發(fā)現(xiàn)，飼喂甜菜堿的大鼠，其肝臟中蛋氨酸的含量明顯增加。Xue等人在對(duì)羊和鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，飼喂甜菜堿后，肝臟中蛋氨酸的循環(huán)顯著加強(qiáng)。這說明甜菜堿與蛋氨酸的代謝有著極為密切的關(guān)系。
　　浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)飼料科學(xué)研究所(1997)研究表明，甜菜堿能使動(dòng)物肝臟和肌肉中粗蛋白質(zhì)含量、RNA含量和RNA/DNA比率顯著升高，而血清尿酸含量明顯下降。這說明甜菜堿促進(jìn)了體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，降低了蛋白質(zhì)的分解，使組織中蛋白質(zhì)的沉積增加。其機(jī)制可能是甜菜堿通過增強(qiáng)機(jī)體組織的甲基代謝，加速了RNA的加工和修飾過程。
　　3.3 甜菜堿對(duì)脂類代謝的影響
　　甜菜堿能顯著降低動(dòng)物肝臟中脂肪的含量，大幅度降低豬胴體背膘厚度和家禽腹脂率[9]，說明甜菜堿參與了機(jī)體的脂肪代謝，具有抗脂肪肝和減少體脂沉積的作用。研究發(fā)現(xiàn)，甜菜堿顯著提高了蛋雞血清中的極低密度脂蛋白(VLDL)的含量，促進(jìn)了體內(nèi)磷脂的合成。而磷脂能降低肝臟中脂肪酶的活力和甘油三酯的含量。甜菜堿通過促進(jìn)脂肪分解和抑制脂肪沉積的雙重作用來降低體脂的沉積。甜菜堿通過促進(jìn)體內(nèi)磷脂的合成，一方面降低肝臟中脂肪生成酶的活性，另一方面又促進(jìn)了肝臟中載脂蛋白的合成。
　　3.4 細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)作用及對(duì)抗球蟲病
　　甜菜堿作為生物體內(nèi)一種重要的滲透壓緩沖物質(zhì)，能防止細(xì)胞中離子濃度的激變。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)滲透壓激變時(shí)，如外部滲透壓升高時(shí)，細(xì)胞開始產(chǎn)生或吸收甜菜堿以維持正常的滲透壓的平衡，同時(shí)防止細(xì)胞水分流出和鹽分的入侵。有學(xué)者認(rèn)為，腎臟中的甜菜堿是由鈉泵運(yùn)輸?shù)?。甜菜堿對(duì)滲透壓激變有緩沖作用，當(dāng)外界滲透壓發(fā)生激變時(shí)，甜菜堿能防止細(xì)胞中水分的流出和鹽類的侵入。仔豬腹瀉和家禽感染球蟲病常會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物脫水和腸道離子及滲透壓的失調(diào)，這時(shí)機(jī)體對(duì)甲基的需要量增加，此時(shí)機(jī)體需要甲基化反應(yīng)來建立免疫防衛(wèi)機(jī)制[10]，甜菜堿正好發(fā)揮了甲基供體的作用。
　　3.5 甜菜堿的誘食效應(yīng)
　　20世紀(jì)70年代芬蘭科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甜菜堿對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物具有獨(dú)特的誘食作用以后，甜菜堿作為水產(chǎn)動(dòng)物的誘食劑，首次在動(dòng)物飼料中得到應(yīng)用。近年來研究表明，甜菜堿是魚蝦味覺最大的刺激物之一，0.0001mol/ml的甜菜堿就能引起所有魚的味覺感受反應(yīng)。同時(shí)甜菜堿還能增強(qiáng)其他氨基酸的味覺感受反應(yīng)，可見甜菜堿是水產(chǎn)養(yǎng)殖中的理想誘食劑，能提高飼料的適口性和利用率。據(jù)浙江大學(xué)飼料科學(xué)研究所的試驗(yàn)表明，甜菜堿對(duì)豬具有明顯的誘食效應(yīng)，而對(duì)家禽并不明顯。
　　4 甜菜堿的應(yīng)用展望
　　甜菜堿由于具有許多對(duì)動(dòng)物有益的生理優(yōu)點(diǎn)，在養(yǎng)殖業(yè)中使用后能促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，防治動(dòng)物某些營(yíng)養(yǎng)性疾病，對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物具有良好的誘食性，能明顯降低飼料成本，提高經(jīng)濟(jì)收益。因此，甜菜堿已被作為多功能新型飼料添加劑廣泛應(yīng)用于各種動(dòng)物配合飼料中，越來越為人們所重視，其在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用也將顯示出更廣闊的前景。◇
　　參考文獻(xiàn)
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　　[3] 梁冬生，蘇曉鷗，陳益眾.甜菜堿.飼料工業(yè)，1997，18(3)：34-38.
　　[4] 朱曲波.甜菜堿及其功能.江西飼料，2002，(4)：11-13.
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　　[6] 北京農(nóng)業(yè)大學(xué)主編.動(dòng)物生物化學(xué).北京：農(nóng)業(yè)出版社，1980，241-248.
　　[7] 許梓榮.甜菜堿對(duì)醒氨酸、脂類代謝的影響.中國(guó)畜牧獸醫(yī)學(xué)報(bào)，1998，29(3)：212-219.
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　　[9] 朱曲波，劉奇.試論飼料添加劑甜菜堿的營(yíng)養(yǎng)功能.飼料與添加劑，2001，(6)：20-21.
　　[10] MATHENS J Q.Effect of betaine relati ve to choline as a dietary methyl donor.Poult sci，1987，66(1)：120.
　　表1 甜菜堿的理化性質(zhì)
　　分子式 C5H11NO2
　　分子量 117.15
　　外觀具有流動(dòng)性，微棕色結(jié)晶性粉末
　　熔點(diǎn) 293℃
　　溶解性極易溶于水，難溶于甲醇、乙醇
　　毒性(LD50) 雄鼠11200mg/Kg 雌鼠11150mg/Kg
　　[ 作者：張銳利張立武 ]　 [ 來源：《中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)》 ]