甜菜碱替代蛋氨酸在生产中的应用
2008年04月05日 07:13 来源：山东畜牧网
摘要：甜菜碱(Betaine)又名三甲基甘氨酸，化学名称为三甲氨基乙内酯，分子式为C5H11O2N，是一种季胺型生物碱。从理论上讲甜菜碱可以代替价格较贵的蛋氨酸，以降低饲料成本。甜菜碱是具有应用价值且前景广阔的饲料添加剂，应用甜菜碱又是变废为宝，合理利用自然资源，改善生态环境的有效途径，必然带来巨大的社会效益。
关键词：甜菜碱替代营养机理动物生产甜菜碱(Betaine)又名三甲基甘氨酸，化学名称为三甲氨基乙内酯，分子式为C5H11O2N，是一种季胺型生物碱。具有三个动物体内不可缺少的物质--活性甲基，比蛋氨酸多2个甲基，是高效甲基供体。能在甜菜碱?高半胱氨酸甲基转移酶的作用下，将甲基供给高半胱氨酸形成氨基酸。因此从理论上讲甜菜碱可以代替价格较贵的蛋氨酸，以降低饲料成本。甜菜碱是在欧洲被发现的，主要存在于糖蜜中，但其功效却在70年代被确认，随着生物学和养殖业的发展，甜菜碱很快在国内外将得到广泛应用。
1、甜菜碱的理化特性甜菜碱为白色棱粒状或叶片状结晶，熔点293℃，其味甘甜。甜菜碱水合式溶于水，溶于甲醇和乙醇，微溶于乙醚。它具有很强的保湿性，室温下极易吸湿而潮解。甜菜碱很稳定，耐200℃高温，并有很强的抗氧化性能。经毒性试验证明，甜菜碱属于无毒品。
2、甜菜碱的生产工艺
2.1、天然物质提取法：制糖过程中产生的废糖蜜中甜菜碱含量达3%～8%，是提取甜菜碱的主要原料。本世纪20年代国外就有从废糖蜜中提取甜菜碱的饿报道。60年代至70年代提取法得到了大力发展，此间有许多离子交换提取法的报道，甜菜碱回收率约70%。芬兰成立了当时世界上唯一生产销售甜菜碱Calter公司，80年代初，芬兰科学家(HeikkiOHeikkila等)运用色谱法创造了排斥提取法，可制得纯度约98%的无水或一水甜菜碱，回收率79%～80%，降低了生产成本，避免了环境污染。同期，日本甜菜制糖株式会社研究所也报道了此法。在国内，浙江黄岩荣耀化工厂和沈阳石油化工研究院等单位也已从甜菜糖蜜中提取出纯度大于97%的甜菜碱及甜菜碱盐酸盐。
2.2、化学合成法：近年来随着养殖业对甜菜碱需求量的增加，依靠从甜菜糖蜜中提取甜菜碱已不能满足需要，人们又成功研究了化学合成甜菜碱的方法。以氯乙酸钠和三甲胺为原料，在水溶液中常压反应，很容易合成甜菜碱。但由于合成法消耗化工原料，生产成本大大高于提取法。中国农科院饲料研究所等单位也已人工合成了结晶和液体甜菜碱，天然甜菜碱和化学合成甜菜碱的性质相同，但含量和风味有一定差异。用上述方法可以生产无水或一水甜菜碱，用浓缩后的甜菜碱溶液，加入适量的盐酸结晶过滤即可得到甜菜碱盐酸盐。
3、甜菜碱的营养机理
3.1、甜菜碱是一种高效的甲基供体，能替代蛋氨酸和胆碱的供甲基功能。Vigncaud(1939)发现甜菜碱在动物代谢中可提供活性甲基，并证实具有甲基供体功能的营养素还有胆碱和蛋氨酸。试验证明，当大鼠基础日粮中缺乏蛋氨酸时，胆碱或甜菜碱能将甲基转移给高半胱氨酸合成蛋氨酸；氯化胆碱在动物体内只有转化为甜菜碱时，才能发挥供甲基功能，而且甜菜碱将甲基转移给氨基乙酸能合成胆碱。就提供甲基而言，甜菜碱可节约体内的蛋氨酸，但这是在日粮中供甲基源缺乏的前提下，若日粮中供甲基源满足时，甜菜碱并没有节约蛋氨酸的作用，因为此时机体并不需要以蛋氨酸为甲基供体。
3.2、甜菜碱可保证参与动物体内各种生化反应的甲基需要，以确保核酸、蛋白质的正常合成代谢。甜菜碱促进猪体蛋白质的合成，主要体现在眼肌面积的增加上。芬兰一项实验表明，添加2kg/T甜菜碱明显使眼肌面积增加。
3.3、甜菜碱能促进脂肪代谢，提高瘦肉率，防止脂肪肝，增强免疫功能。甜菜碱是通过影响肌肉中肉碱及不溶肉碱的含量，而调节肌细胞线粒体中的ß-氧化作用，促进的脂肪的分解，同时，甜菜碱还通过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进脂肪的分解代谢，抑制脂肪的合成代谢，显著提高胴体瘦肉率，降低胴体脂肪率和背膘厚。此外，甜菜碱在甲基转移过程中形成甘氨酸，大部分胆固醇在肝内转变为胆酸和脱氧胆酸，它们与甘氨酸和牛磺酸结合成胆汁酸而排出。可见甜菜碱在胆固醇的代谢中可能起一定作用。
3.4、甜菜碱能调节细胞渗透压，减少应激反应，确保动物正常生长。甜菜碱是渗透压激变的缓冲物质，可作为细胞的渗透保护剂。在干旱、高湿、高盐或高渗透环境下，当组织细胞渗透压发生变化时，甜菜碱能被细胞吸收，防止细胞水分流失及盐类的进入，稳定酶的活性及生物大分子功能，提高Na/K泵的功能，以调节细胞渗透压和离子平衡，防止腹泻引起的高血钾症，维持营养吸收功能，减少腹泻发生。
3.5、甜菜碱能刺激动物的嗅觉和味觉，是一种很好的诱食剂，特别是对水产动物具有提高摄食量及成活率、降低饵料系数、促进生长等功能。日本鹿儿岛大学学者测定鲤鱼三叉神经，下颌骨及肢骨对氨基酸和甜菜碱的电反应，结果表明，甜菜碱具有独立的味觉感受，能增强其它氨基酸的味觉感受反应。甜菜碱的化学结构适合于鱼类的嗅觉和味觉感受器。同时甜菜碱味甘甜，畜禽喜食。
3.6在预混合饲料中甜菜碱与维生素配伍，较胆碱能保持维生素较高的稳定性。维生素之所以不稳定，主要是受持水率、PH值和温度三种因素的影响。氯化胆碱是吸水力很强的酸性物质，是一种对维生素稳定性最有影响的因素。而甜菜碱属于两性化合物，在水溶液中呈中性反应，并具有很强的抗氧化性能，对维生素起保护作用，而且这种效果在高温条件下更明显。
4、甜菜碱替代蛋氨酸在动物生产中的应用甜菜碱替代蛋氨酸是目前人们十分关注的问题。Virtanner等(1995)在肉鸡玉米-豆粕型日粮中(仔鸡和大鸡粗蛋白、蛋氨酸、胆碱分别为21%、19%；0.31%、0.31%；1420mg/kg、1440mg/kg)分别添加0、0.05%、0.1%、0.15%的甜菜碱和蛋氨酸，结论认为，添加甜菜碱肉鸡的增重高于蛋氨酸组。陈学旭等(2002)报道，在肉鸭基础料中用甜菜碱替代蛋氨酸添加量的最佳水平为1/2(1-3周龄)和2/3(4-6周龄)。吴凡(2002)报道，在肉鸡饲料中添加0.05%甜菜碱能替代0.1%蛋氨酸，根据畜禽饲喂结果表明，1kg甜菜碱可代替3.5kg蛋氨酸。望苏宁等(1997)在肉鸡日粮中添加0.025%的甜菜碱部分代替蛋氨酸，日增重提高了4.71%，料肉比下降了7.10%。陈宝江等(2001)用甜菜碱替代基础日粮中40%的蛋氨酸饲喂肉仔鸡，日增重、成活率差异不显著，试验组综合经济效益提高12.37%。王若军等(1998)在海兰褐鸡产蛋后期用甜菜碱盐酸盐替代日粮中50%或全部单体合成蛋氨酸均可显著(P<0.01)提高蛋鸡产蛋高峰后期产蛋率，全期总的产蛋重均显著高于对照组，料蛋比均低于对照组(P<0.01)，表明在产蛋高峰后期，甜菜碱盐酸盐在替代50%或100%替代蛋氨酸可缓解产蛋后期产蛋率的下降，从而提高饲料转化效率。王若军等(1999)又报道，用甜菜碱盐酸盐100%替代蛋氨酸，由于破蛋率显著升高，平均蛋重也显著低于对照组和50%替代组，原因不明。张洪友等(1998)试验证明，在蛋种鸡上复合甜菜碱Ⅱ型可以等量替代饲料中添加的蛋氨酸，使成本大大降低，每吨饲料节约12元。甜菜碱产品类型不同，饲喂肉鸡效果也不同。呙于明等(1997)在肉仔鸡日粮中，前期用甜菜碱产品B(50%的粗品)替代对照组日粮中1/2的蛋氨酸，饲料转化率最好。后期以甜菜碱产品A(纯品)替代2/3的蛋氨酸效果较好，试验中所用的两种甜菜碱产品在肉仔鸡日粮中与50%蛋氨酸的替代效果无显著差异，但表现出粗品甜菜碱的饲喂效果好于纯品的甜菜碱的趋势。最新的研究和试验表明，在蛋氨酸不足的日粮中，添加甜菜碱和胆碱有部分节约蛋氨酸的作用。对生长鸡和肉仔鸡达到适宜生长，日粮中必须含有0.50%左右的蛋氨酸。郭玉琴等(1996)试验结果表明，基础日粮中蛋氨酸含量0.23%～0.25%，胆碱1000～1200mg/kg的条件下，添加甜菜碱部分替代蛋氨酸后，肉仔鸡增重与饲料报酬与对照组无显著差异。王承民(2002)报道，试验组40%的蛋氨酸用甜菜碱代替，对照组与试验组的日增重分别为54.2g、55.3g，饲料报酬分别为2.05:1和2.02:1，成活率分别为90%和92%，综合经济效益提高19.02%。甜菜碱不仅为机体提供高效的活性甲基，还可取代蛋氨酸的供甲基效应，具有节约体内蛋氨酸的作用，但甜菜碱并不能代替蛋氨酸用于蛋白质的合成，因此甜菜碱只能部分代替蛋氨酸。椐有关报道，在肉鸡玉米-豆粕型饲料中添加600mg/kg的甜菜碱与添加200mg/kg的蛋氨酸的效果基本相同。金邦荃等(1998)认为当日粮中缺乏胆碱时，甜菜碱可以部分替代蛋氨酸的功能，提供甲基改善生长速度，在日粮中胆碱含量充足时，甜菜碱不能代替蛋氨酸合成蛋白质。李优琴(1998)试验表明，在肉仔鸡配合饲料中甜菜碱部分替代蛋氨酸时，可以取得相似的饲养效果。但完全替代则引起肉仔鸡生产性能下降。张阳军(1991)用甜菜碱代替30%蛋氨酸饲养罗氏沼虾150天，平均体长增加1.92cm，平均尾体重增加3.04g，饲料转化率提高8%，经济效益显著。
5、结语甜菜碱是具有应用价值且前景广阔的饲料添加剂。它的应用不仅可以降低饲料成本，提高生产性能，为养殖户带来巨大的经济效益；而且甜菜糖蜜厂废液是提取甜菜碱的主要原料，应用甜菜碱又是变废为宝，合理利用自然资源，改善生态环境的有效途径，必然带来巨大的社会效益。
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