甜菜碱的应用

本文概述了甜菜碱、蛋氨酸和胆碱三种甲基供体的特性和共性，它们之间的代谢关系和相互替代作用。作者认为蛋氨酸、胆碱和甜菜碱这三种物质有各自不同的生理功能，在这方面三者不可相互代替，日粮中必须含有一定量的胆碱和蛋氨酸。但就甲基供体而言，三者在满足各自特有的生理功能的基础上可以互相替代。甜菜碱作为一种有效的甲基供体有明显的饲用效果。
      1甜菜碱的化学结构及理化特性
      甜菜碱的化学名称为1--羧基--N.N.N--三甲基氨基乙内脂。
                     CH3
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      结构式为： CH3-N-CH2-COOH
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                     CH3
      属于季胺碱类物质，分了量为117.15，通常含有一分子结晶水，具有两性，水溶性呈中性，白色晶体，有甜味，其沸点为273℃，极易溶于水，溶于甲醇、乙酸等，微溶于乙醚，极易潮解，在浓的强碱溶液中易分解出三甲胺，其盐酸盐则不易潮解，甜菜碱属于无毒物质。
      2甜菜碱的测定方法
      甜菜碱的测定有：分光光度法（AOAC,1984）和高效液相色谱法（Rajakgla,1983）。一般认为分光光度法操作复杂，分析时间较长，且准确性差。而高效液相色谱法只需用适当的色谱柱，如氨基酸柱（Vialle,1981），钠型阳离子交换树脂柱，以示差分析光检测器或紫外线可变波长检测器（190 nm）检测。该方法准确，快速，再现性高，但高效液相色谱仪价格昂贵，对该法的推广有一定的限制。
      3甜菜碱的生物学功能
      3.1甜菜碱作为甲基供体
      由于甲基是合成蛋氨酸、肉碱、肌酸、磷脂、肾上腺素，核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）等具有主要生理作用的物质所必需（Baker等, 1985;Frontien等,1994）,以及甲基化反应在神经系统，免疫系统，泌尿系统和心血系统中所起的作用，人们认为生长期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身不能合成甲基，需要食物中具有富含甲基物质，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为“甲基供体”，易参与此反应的甲基（即有效甲基），是与氮原子或硫原子连在一起的甲基，象甜菜碱、蛋氨酸、胆碱等（Vogt,1967）。
      蛋氨酸、胆碱和甜菜碱这三种物质有各自不同的生理功能，在这方面三者不可相互代替，但就甲基供体而言，三者在满足各自特有的生理功能的基础上可以互相替代。但沈同（1998）报道表明，某些生化反应需要不同的甲基源。
      蛋氨酸、胆碱和甜菜碱的共性作用是甲基供体。在动物体内蛋氨酸的合成是靠胆碱提供甲基，而胆碱本身不起甲基供体作用。胆碱必须在线粒体内氧化成甜菜碱才能发挥甲基供体的作用，而甜菜碱则再不能还原为胆碱。甜菜碱可将甲基转移给高半胱氨酸合成蛋氨酸，高半胱氨酸由蛋氨酸在体内代谢产生，天然蛋白质中几乎不含这种氨基酸，新生的高半胱氨酸可进一步接受转化而来的甲基。在上述这一循环过程中，并没有新生的蛋氨酸分子，在这一循环过程中，蛋氨酸只是简单地向前面的其它反应转移由甜菜碱提供的甲基。所以甜菜碱不能回来代替蛋氨酸合成蛋白质，但是如果胆碱或甜菜碱供应不足，转甲基循环受到抑制，因为没有足够的甲基转移给高半胱氨酸用于蛋氨酸的合成。因此甲基将不得不由日粮中不能再生的蛋氨酸提供，从而使蛋白质的合成削弱，蛋氨酸的利用率下降。Cook（1994）认为，如果蛋氨酸供应过量而又缺乏胆碱和甜菜碱，那么大量的高半胱氨酸在体内积蓄，会产生胫骨软骨发育不良和动脉粥样硬化等症。这就解释了日粮中为什么要有足够的胆碱和甜菜碱来满足对不稳定甲基的需要。
      另外，胆碱需转化为甜菜碱才能发挥甲基供体作用，而甜菜碱又不能还原为胆碱。有试验显示，甜菜碱作为动物体内普通存在的中间代谢物，是由胆碱在肝脏黄素蛋白酶氧化下形成的，此反应需VB12的参与，同时容易被镍、钴、铁盐抑制，在核黄素缺乏及有球虫的存在时也会使反应受到抑制，影响胆碱效能的发挥。甜菜碱直接使用就减少了由胆碱转化为甜菜碱的氧化过程，所以直接使用甜菜碱将更有效（Lowry，1978）。
      从转化甲基循环的生化路径可以看出，胆碱作甲基供体时被转变成甜菜碱，但甜菜碱再不能还原成胆碱，甜菜碱起不到胆碱其它功能的作用。此外对于雏鸡，由磷脂酰乙醇胺和由蛋氨酸提供的甲基合成的胆碱不足以满足其需要，因此雏鸡有一个甜菜碱或蛋氨酸不能满足的胆碱绝对需要量。
      3.2甜菜碱与氨基酸、蛋白质的代谢
      Finkelstein等（1974;1982），黄大有（1983）对人体的高半胱氨酸尿的研究中发现，添加甜菜碱，可使肝脏中的蛋氨酸含量明显增加。Xue等（1986）在羊和鼠饲喂甜菜碱后发现肝脏中的蛋氨酸循环明显增强。这说明甜菜碱与蛋氨酸的代谢有着密切的关系。一方面，甜菜碱比蛋氨酸能更有效地提供活性甲基，降低了蛋氨酸在提供甲基方面的消耗，另一方面甜菜碱能提高动物肝脏中甜菜碱高半胱氨酸-S-甲基转移酶(BHMT)的总活力和比活力，促进高半胱氨酸向蛋氨酸的转化，具有净增蛋氨酸的功效。冯杰（1996），周洪松（1997）在育肥猪日粮中添加甜菜碱，结果发现猪血清中甘氨酸和丝氨酸的含量明显升高，其原因可能是甜菜碱在转甲基后形成二甲基甘氨酸，继续脱甲基后形成甘氨酸，丝氨酸所致。许梓荣（1997）研究表明，饲料中添加甜菜碱，增加了猪背最长肌和肉鸡胸肌中RNA/DNA的比例，这就意味着蛋白质合成的增加。汪以真（1998）报道，添加不同剂量的甜菜碱（600，1300，2000，2700mg/kg）均明显改变了雏鸡的胴体组成和肉质，胸肌率明显提高，其中以2000mg/kg组效果最好，较不添加甜菜碱组提高了16.14%(P<0.01),添加蛋氨酸组 2000mg/kg提高了5.26%(P>0.05)。
      3.3甜菜碱参与脂肪代谢
      Sandarson （1990），Mekinley（1990）,Shette（1993），李秀波(1995)分别进行了甜菜碱与胆碱的对比试验,发现饲喂甜菜碱的动物体内脂肪量较低,体脂分布较均匀,肉质较松,味道可口,并且提高了幼禽产肉量3.7%。从玉艳（1999）报道，甜菜碱取代蛋氨酸和胆碱能显著降低肉仔鸡血清甘油三酯含量，增加血清磷脂含量，腹脂率和肝脂均显著下降。冯杰（1996），马玉龙（1998），汪以真（1998）研究得出甜菜碱能显著降低动物肝脏中脂肪的含量，大幅度降低猪的胴体背膘厚度和家禽的腹脂率。研究发现甜菜碱能显著提高蛋鸡血清中极低密度脂蛋白的含量（马玉龙，1998），促进体内磷脂的合成，而磷脂能降低小白鼠肝脏中脂肪生成酶的活力（Kadir等，1995）和甘油三酯的含量。
      由此得出，甜菜碱通过促进体内磷脂的合成，一方面降低了肝脏中脂肪生成酶的活性，另一方面又促进了肝脏中脂蛋白的合成，其中极低密度脂蛋白是作来运载内源性甘油三酯的主要载脂蛋白，从而促进了肝脏中脂肪的迁移，降低了肝脏中甘油三酯的含量。甘油三酯占动物体脂大约99%，是动物体储存能量的主要形式，它的分解过程就是体脂的降解过程。血清甘油三酯的含量降低说明脂肪分解加强，并直接反应在腹脂率的降低上。从上述可以看出，甜菜碱通过促进脂肪分解和抑制脂肪的生成这两个方面降低体脂起到抗脂肪肝的作用。
      3.4甜菜碱对渗透压调节功能和抗球虫药疗效的影响
      甜菜碱对渗透压激变有调节缓冲功能。当机体面临应激（如高温、腹泻、感染球虫病等）的情况下，外界渗透压发生激变，细胞自己开始生产或吸收甜菜碱以维持正常的渗透压平衡，防止水份的流失和盐类的入侵，并能提高钠钾泵的功能，有利于保护肠胃道的正常功能，从而减少应激的危害程度，维护良好的健康状况，并减少死亡现象的发生。Hall（1995）报道，长途运输前后给牛饲以甜菜碱，可以显著降低运输中应激，牛的体重恢复加快。丁熙成等（1999）试验发现，甜菜碱对巨型艾美耳球虫感染引起的动物电解平衡紊乱有改善作用，对巨型艾美耳球虫裂殖体繁殖有明显的抑制作用。彭新宇等（1999）报道，感染柔嫩艾美耳球虫的肉鸡，应用含聚醚类抗生素饲料添加甜菜碱，可提高肉鸡增重和聚醚类抗生素抗球虫指数，特别是马杜拉霉素加甜菜碱组增重最明显（相对增重率提高19%），抗球虫指数提高24.7%。可见甜菜碱是生物体细胞渗透压激变的有效缓冲物，并能和离子载体类抗球虫药一起作用保护肠道粘膜细胞，确保细胞的正常功能，提高抗球虫药疗效。
      3.5 甜菜碱的诱食作用：
      自20世纪70年代芬兰科学家发现甜菜碱对水产动物具有特殊的诱食作用之后，甜菜碱作为水产养殖业的诱食剂已得到普遍的认识和应用。水产养殖业中投放的人工饵料尽管营养成份全面，但对于水生动物来讲仍是一种乏味的食品。鱼类摄食除视觉和触觉外，嗅觉和味觉的作用尤为重要。美、日等国的一些学者对鱼虾的研究表明，0.0001mol/L的甜菜碱就能引起所有鱼的味觉感受反应。Clarke（1994）报道，在淡水中甜菜碱对大马哈鱼的生长，死亡情况没有显著的影响，在海水中投喂甜菜碱的饲料对该鱼的生长有显著的提高作用。薛永瑞（1995）对鲤鱼试验表明，饲料中添加0.1%、0.2%、0.3%的甜菜碱比对照组分别提高产量16.5%、17.4%、21.5%。闫有利等（1994）在鲤鱼饲料中分别添加甜菜碱0.3%,甜菜碱盐酸盐粗品0.5%和精品 0.3%，其中增重率比照组分别提高49.23%、41.78%和43.84%，饵料系数分别降低24.16%、22.13%和14.13%。常志洲等（1982）在河蟹饵料中添加1.25%甜菜碱，河蟹净增重提高95.3%，成活率提高38%，可获得较快的生长速度和较高的存活率。