甜菜堿是一種廣泛存在于動植物體內(nèi)的天然化合物，無毒無害，最初從甜菜中提取而得名。它的基本功能是作為機體甲基化反應(yīng)的供體和維持滲透壓平衡的保護劑。在動物代謝過程中起著非常重要的作用。甜菜堿的研究始于60年代，但其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用僅見于最近幾年。國外研究表明：甜菜堿能明顯提高生豬生長性能、胴體品質(zhì)及肉質(zhì)。國內(nèi)也做出了很多研究，表明甜菜堿對豬生產(chǎn)有很多的有利影響。
1甜菜堿的理化性質(zhì)及種類
1.1理化性質(zhì)
甜菜堿又名甘氨酸三甲基內(nèi)鹽，是一種廣泛存在于動植物體內(nèi)的代謝中間產(chǎn)物季胺鹽型生物堿?；瘜W(xué)名三甲基甘氨酸和三甲胺乙內(nèi)酯，分子式C5H11NO2，相對分子質(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293°C，能耐低于200°C的高溫，具有很強的抗氧化能力。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個特點：一是電荷在分子內(nèi)分布呈中性；二是具有3個活性甲基。
1.2種類
甜菜堿根據(jù)制取工藝的不同，可分為天然甜菜堿和合成甜菜堿2種。
1.2.1天然甜菜堿
天然甜菜堿的提取以制糖過程中產(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。此工藝是將稀釋的廢糖蜜導(dǎo)入填充有聚苯乙烯-二乙烯苯樹脂的色譜柱分離柱，柱溫約80°C，料液流速接近色譜系統(tǒng)臨界速度。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%的無水或一水甜菜堿，回收率70%-80%。
1.2.2合成甜菜堿
合成甜菜堿一般采用氯乙酸鈉和三甲胺為原料進行合成。用氯乙酸溶液與氫氧化鈉溶液中和至pH6.7，將等摩爾的30%三甲胺水溶液緩緩加入到氯乙酸鈉溶液中。在室溫下反應(yīng)30min后，水浴加熱至50-55°C反應(yīng)1h。再水浴加熱至80-85°C反應(yīng)1h，冷卻即得。然后將反應(yīng)完成液中與甜菜堿等摩爾并存的氯化鈉和三甲胺鹽等鹽溶液進行分離。其分離方法如前所述可制得純品，但制取成本高。
2甜菜堿的作用機制
2.1甜菜堿的轉(zhuǎn)甲基作用
動物吸收的外源甜菜堿主要在肝中發(fā)揮甲基供體的作用，并受甜菜堿-高半胱氨酸-S-甲基轉(zhuǎn)移酶（BHMT）和β-胱硫醚合成酶（β-CYST）的雙重調(diào)控。在機體供甲基不足時，甜菜堿能顯著提高動物肝中BHMT的總活力和比活力，使高半胱氨酸接受甜菜堿的甲基，合成蛋氨酸；而在甲基滿足機體需要時，則通過提高β-CYST活性，使大部分高半胱氨酸通過轉(zhuǎn)硫途徑形成胱硫醚，加速轉(zhuǎn)硫途徑，從而使機體甲基代謝途徑處于穩(wěn)定的動態(tài)平衡。
動物體內(nèi)的甲基來源主要是甜菜堿、蛋氨酸和膽堿，由于氯化膽堿只有在線粒體內(nèi)轉(zhuǎn)化為甜菜堿后才能提供甲基，蛋氨酸只有一個非穩(wěn)態(tài)甲基，而甜菜堿有3個非穩(wěn)態(tài)甲基，所以用甜菜堿來提供甲基更有效。就提供甲基而言，理論上，甜菜堿與膽堿和蛋氨酸的替換量為1：2.3：3.7。
2.2甜菜堿與蛋白質(zhì)和氨基酸代謝
甜菜堿不僅為機體提供高效的活性甲基，在高半胱氨酸甲基化重新生成蛋氨酸的循環(huán)中起著重要作用，從而降低了蛋氨酸的供甲基消耗量，提高蛋氨酸的生物利用率。有研究表明：甜菜堿能使動物肝和肌肉中粗蛋白質(zhì)含量、RNA含量和RNA/DNA比例顯著增加，而血清尿素氮的含量明顯下降，這說明，甜菜堿促進了組織中蛋白質(zhì)的沉積，提高胴體瘦肉率。其機制主要在于甜菜堿能顯著提高機體生長激素（GH）和胰島素樣生長因子-1（IGF-1）。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，并通過激活依賴CAMP-蛋白激酶，催化許多蛋白質(zhì)的磷酸化，提高這些蛋白酶的活性，以適應(yīng)高蛋白質(zhì)合成狀態(tài)下正氮平衡的需要。甜菜堿與甘氨酸和絲氨酸的代謝亦有關(guān)。它們既是甜菜堿的代謝產(chǎn)物，又可以成為集體合成甜菜堿的前體物。甜菜堿轉(zhuǎn)甲基后形成二甲基甘氨酸，繼續(xù)脫甲基生成甘氨酸和絲氨酸，經(jīng)過磷脂化途徑又可以形成甜菜堿。馮杰和懷明燕等報道，甜菜堿使生長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。
2.3甜菜堿與脂肪代謝
肉堿是一種具有多種生理作用的化合物，主要參與脂肪代謝，其最基本的功能是運載長鏈脂肪酸通過線粒體內(nèi)膜。肉堿主要在肝中合成，由賴氨酸提供碳源然后甲基化生成，甜菜堿作為甲基供體，能為機體有效提供甲基，加強肝中肉堿的合成，使脂肪酸的運載增強，促進脂肪和肌細胞線粒體內(nèi)脂肪酸的β-氧化，從而起到降低或重新分配體內(nèi)脂肪的作用。有研究還表明：甜菜堿還可以通過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來促進脂肪分解代謝，抑制脂肪的合成代謝。
2.4甜菜堿對維生素的保護作用
飼料中，氯化膽堿吸水大，酸性強，往往會破壞維生素。而甜菜堿為兩性化合物，在水溶液中呈中性，具有很強的抗氧化性能，在飼料的加工與貯存過程中對維生素有保護作用。#p#分頁標(biāo)題#e#
2.5調(diào)節(jié)滲透壓
甜菜堿對滲透壓的激變具有緩沖作用．維持細胞滲透壓平衡。當(dāng)組織滲透壓發(fā)生變化時，甜菜堿能被細胞吸收，防止細胞水分流失及鹽類的進入，提高細胞Na-K泵功能，維持組織細胞正常滲透壓，以調(diào)節(jié)細胞滲透壓的平衡。從而提高生物體細胞對干旱、高溫、高鹽和高滲環(huán)境下的耐受力，具有穩(wěn)定酶活性和生物大分子功能的作用。
2.6甜菜堿促生長調(diào)控軸激素的分泌
有研究推測，甜菜堿促血清中GH的分泌可能是因為：l）鹽酸甜菜堿可以增加血清中精氨酸、蛋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，從而刺激生長激素的分泌。2）國外最新研究發(fā)現(xiàn)，天冬氨酸是一種重要的中樞神經(jīng)遞質(zhì)，其甲基化產(chǎn)物N-甲基-天冬氨酸可以明顯刺激垂體前葉分泌生長激素，從而促進豬的生長，改善胴體品質(zhì)。而甜菜堿是否直接或間接有此效應(yīng)，還有待于進一步研究證實。
3甜菜堿對機體的影響
3.1甜菜堿對豬生長性能的影響
生長期是豬沉積蛋白質(zhì)和器官發(fā)育的重要階段，此時豬可以充分而高效利用甜菜堿中的活性甲基，節(jié)約蛋氨酸和膽堿，以保證蛋白質(zhì)和神經(jīng)遞質(zhì)的合成，促進豬生長。Huang等證實，甜菜堿是通過加強生長激素的分泌來提高生長性能的。Diane Wray Cahen等試驗發(fā)現(xiàn)，在豬的日糧中添加甜菜堿，可以提高豬的生長性能。許梓榮等研究結(jié)果表明：飼糧中添加甜菜堿顯著提高了試驗豬血清中GH和IGF-1水平，試驗豬生長速度、飼料利用率及胴體瘦肉率亦均顯著提高。郭建鳳等研究表明：商品瘦肉豬日糧中添加甜菜堿對促進生長效果良好，3個高效活性甲基節(jié)約了蛋氨酸，保證蛋白質(zhì)的合成，可顯著提高生長速度和飼料報酬。尤以100kg日糧添加100g甜菜堿效果較好，日增質(zhì)量提高7.44%，料重比降低7.47%。
3.2甜菜堿對豬胴體組成的影響
甜菜堿的添加效果與日糧營養(yǎng)水平、甜菜堿劑量和使用時間長短及試驗豬的性別、生長階段和飼養(yǎng)管理等都有關(guān)。近年來，國內(nèi)外研究結(jié)果表明：甜菜堿可顯著提高肥育豬的胴體瘦肉率，降低脂肪率和背膘厚。郭建鳳等經(jīng)試驗屠宰測定結(jié)果顯示，與對照組相比，日糧中添加甜菜堿可使眼肌面積增大9.56%，背膘厚降低17.56%，瘦肉率提高4.75%。Qi Chun Huang等，經(jīng)過對48只55kg的肥育豬2d甜菜堿的試驗，結(jié)果顯示，飼喂甜菜堿的豬最長肌的肌間脂肪含量比對照組高23.6%（P<0.55）。Webel等的研究顯示，甜菜堿能明顯降低肥育豬背膘厚和胴體脂肪率。Matthews等試驗發(fā)現(xiàn)，在低能量或低蛋白的肥育豬日糧中添加0.125%的甜菜堿可以顯著提高日增質(zhì)量、胴體長度和血清中總氮的質(zhì)量濃度，而在基礎(chǔ)日糧中添加0.125%甜菜堿差異不顯著。Haydon等研究表明：在高賴氨酸能量比的飼糧中添加1000mg/kg甜菜堿能降低肥育豬的背膘厚，提高眼肌面積。Campbell等研究了甜菜堿與不同蛋氨酸水平對閹公豬背膘厚的影響，結(jié)果顯示，與高蛋氨酸水平相比，低蛋氨酸水平有增加65-90kg閹公豬背膘厚的趨勢，但在低水平的蛋氨酸飼糧中添加1250mg/kg甜菜堿則在降低閹公豬背膘厚方面能取得與高蛋氨酸水平飼糧的同樣效果。Lawrence報道，甜菜堿對20-65kg生長豬胴體組成的影響上存在著性別差異，在降低背膘厚方面，閹公豬優(yōu)于母豬；在提高眼肌面積和胴體瘦肉率方面，母豬優(yōu)于閹公豬。
3.3甜菜堿對豬肉品質(zhì)和風(fēng)味的影響
肉的色、香和味是評定肉質(zhì)的3個重要指標(biāo)，豬肉的顏色主要取決于肌肉中肌紅蛋白的含量，香味主要與肌肉中肌肉脂肪含量有關(guān)，鮮味來源于肌肉中鮮味物質(zhì)，主要是肌酐酸，它是味精鮮度的50多倍。肌酸和肌酐酸是肉類食品風(fēng)味的前體物質(zhì)，提高肌肉中肌酸和肌酐酸含量，可改善肉的風(fēng)味。甜菜堿通過增強肌肉中脂肪酸的β-氧化，促進了肌肉中腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）的生成，ATP分解供能后生成腺嘌呤核糖核苷酸（AMP），而肌肉中肌酐酸（IMP）是由AMP脫氨分解而來。從而間接促進了肌酐酸的生成，改善了豬肉的風(fēng)味。郭建鳳等在100kg豬日糧中添加100g和150g甜菜堿的試驗中，得出結(jié)果與對照組比，肉色鮮紅和肌內(nèi)脂肪分布均勻豐富，肉色評分分別提高14.55%和27.27%，大理石紋評分分別提高9.09%和18.18%，肌內(nèi)脂肪含量分別提高63.16%和21.05%，失水率分別降低32.98%和68.01%。Q C Huang等研究結(jié)果表明：飼糧中添加甜菜堿不僅是肥育豬血漿中GH和胰島素樣生長因子顯著提高，而且使脂肪合成酶的活性降低，從而提高了瘦肉率并改善了胴體品質(zhì)。邊連全等經(jīng)試驗研究得出結(jié)論與其一致，且1500mg/kg甜菜堿和500mg/kg膽堿對胴體品質(zhì)和肉品質(zhì)添加效果最為理想。
3.4甜菜堿的其他作用
甜菜堿對滲透壓激變具有緩沖作用，同時也能提高細胞膜Na-K泵的功能，從而很好的保持腸道上皮功能，保證抗球蟲藥的療效，但研究此方面進展的并不多。甜菜堿不僅作為甜味劑，同時也是水產(chǎn)動物誘食劑的主要成分，而且對于水產(chǎn)動物的增質(zhì)量和提高飼料轉(zhuǎn)化率等方面也有顯著的作用。劉瑞生等試驗表明：甜菜堿可以作為魚的誘食劑，效果顯著。在魚飼料中添加甜菜堿可以提高魚的成活率。#p#分頁標(biāo)題#e#
4甜菜堿的發(fā)展前景
隨著對甜菜堿各種生理功能研究的深入，研究人員發(fā)現(xiàn)，甜菜堿具有良好的理化性狀、較好的穩(wěn)定性及抗氧化能力，在飼料中的效用能保持較長時間。甜菜堿作為甲基供體，在動物的生長發(fā)育過程中，具有重要的生理調(diào)節(jié)作用。在養(yǎng)殖業(yè)中應(yīng)用可明顯降低飼料成本，提高飼養(yǎng)的經(jīng)濟效益。因此，甜菜堿作為一種營養(yǎng)添加劑越來越受到人們的重視，其在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用顯示出廣闊的前景。
