甜菜堿(Betaine)是一種天然化合物,這種物質因最初從甜菜中提取而得名,目前,甜菜堿在化工、印染、日化、醫藥、食品、飼料等領域都有廣泛應用。但其最重要的應用是在飼料工業中作為營養型添加劑,它用作飼料添加劑已有50多年的歷史。也因其在動物的蛋白質與脂肪代謝等方面的重要作用而倍受關注,并得到了廣泛的應用。

1 甜菜堿及其作用機理

1.1 甜菜堿的結構和性質

甜菜堿又名三甲基甘氨酸,分子式為C5H11N02,屬季胺類生物堿。甜菜堿純品為白色晶體,有甜味和特殊的蛋白質味;純品甜菜堿極易潮解,而鹽酸鹽不易潮解;甜菜堿屬無毒物,半致死量為18.14gkg。甜菜堿的分子結構具有獨特性,一是電荷在分子內的分布呈中性,二是它含有三個活性甲基,這種結構上的特殊性決定了甜菜堿的性質和在動物營養代謝上的獨特功能。

1.2 甜菜堿的作用機理

甲基是動物體內各種物質代謝不可缺少的重要物質,動物本身幾乎不能合成甲基,必須由飼料供給。甜菜堿是最有效的甲基供體,它的三個甲基團都可作為有效的活性甲基。其中一個使高半胱氨酸甲基化,形成內源蛋氨酸和二甲基苷氨酸,內源蛋氨酸通過形成S一腺苷蛋氨酸的釋放甲基,二甲基甘氨酸通過釋放甲基形成5一甲基四氫葉酸,而5一甲基四氫葉酸又是高半胱氨酸合成蛋氨酸的甲基供體。甜菜堿就是通過甜菜堿一高半胱氨酸甲基轉移反應,參與蛋白質、脂肪等物質的代謝,在神經系統、免疫系統、泌尿系統和心血管系統中起重要作用。

2 甜菜堿在水產動物中的作用

2.1 用作誘食劑,促進動物攝食

閻希柱(1996)報道,飼料中添加0.8%、1.0%的甜菜堿時,羅非魚的日增重分別較對照組提高28.68%和29.48%,攝食時間縮短了13。北京朝陽區水產局鯉魚試驗表明,將比例為0.1%、0.2%、0.3%的甜菜堿和0.1%的甜菜堿復合劑添加相同的基礎飼料中,與對照組相比,鯉魚的日增重分別提高16.5%、17.4%、21.5%、34.6%,說明在飼料中添加對其復合劑對鯉魚均有促生長作用,其中復合劑效果更佳。閻有利等(1994)報道,甜菜堿以0.3--05%的比例添加到鯉魚飼料中,增重提高41.78--49.32%,餌料系數分別降低14.13----24.16%。

甜菜堿不僅可提高飼料的適口性,使魚類攝食量增加,而且大大縮短了攝食時間,并降低餌料系數。閻希柱等(1996)研究表明,尼羅羅非魚攝食添加甜菜堿飼料會導致腸道及肝中蛋白酶、淀粉酶活性升高,這樣既提高飼料的利用率又減少了殘餌對水質的污染。此外,甜菜堿可加速蝦蟹的生理性蛻殼,有利于蝦蟹的生產性能(NeIson1989)

2.2 緩解應激,提高動物抵抗應激的能力

各種應激反應嚴重影響水生動物采食和生長,降低成活率,甚至引起死亡。甜菜堿通過促進體內高半胱氨酸向蛋氨酸的轉化,降低體內高半胱氨酸的含量。高半胱氨酸是一種興奮性氨基酸,也是腦內7一氨基丁酸(GABA)合成酶——谷氨酸脫羧酶(GAD)的抑制劑(Hammond等,1981),甜菜堿通過降低體內高半胱氨酸的含量而減輕其對GAD活性的抑制,有利于腦內GABA的合成,從而使中樞抑制作用加強,從而起到緩解應激的作用。

Freed(1979)研究發現,甜菜堿有抗小鼠高半胱氨酸、戊四氮和電驚厥發生的作用。許德義等(1986)的藥理研究表明,甜菜堿具有明顯的鎮靜作用。Hall(1995)報道,甜菜堿可減輕經長途運輸的牛的應激反應,提高運輸后體重恢復的速度。Cinton(1989)報道,飼料中添加甜菜堿可促進疾病或應激狀態下水生動物的攝食。Nelson(1991)試驗表明,甜菜堿有助于鮭魚抗10%以下的冷應激,是越冬期魚類的理想飼料添加劑。王燕等(1998)發現甜菜堿有助于魚類抵抗因長途運輸造成的應激。王等人將經長途運輸的1000尾草魚苗分別放人條件相同的A塘和B塘,A塘的草魚飼料中添加0.3%甜菜堿,B塘的草魚飼料中未添加甜菜堿,結果發現A塘的草魚苗在水中表現活躍、進食快,未發現魚苗死亡;而B塘的魚苗進食緩慢,死亡率4.5%。

2.3 調節滲透壓

滲透壓激變的情況下,為維持滲透壓平衡,防止細胞中的離子濃度激變,需要有滲透壓緩沖物質的存在。研究表明,線粒體、葉綠體中所含的高濃度的甜菜堿,在滲透壓激變時維持正常的細胞代謝發揮著重要的作用。

甜菜堿是有效的滲透壓緩沖物質,可作為細胞的滲透保護劑,能提高生物體細胞對干旱、高濕、高鹽和高滲環境的耐受力,防止細胞水分流失及鹽類的進入(Ko等,1994),提高細胞膜Na--K泵功能(Biggers1993),穩定酶活性及生物大分子功能,以調節組織細胞滲透壓和離子平衡,維持營養吸收功能,增強魚、蝦等滲透壓激變(蝦類蛻變、魚類運輸等引起)時耐受力,提高成活率。

2.4 作為甲基供體,節約膽堿和蛋氨酸

Du Vigneaud早于1939年發現甜菜堿在動物代謝中可提供活性甲基,并證實具有供甲基功能的還有膽堿和蛋氨酸。Ruiz

(1983)通過放射標記試驗表明,甜菜堿、膽堿和蛋氨酸三者在體內可相互轉化。

Rumsey(1989)試驗證明,虹鱒魚膽堿需要量的一半必須滿足,其余一半可由甜菜堿取代。張陽軍(1991)研究發現,在飼料中用甜菜堿取代適量氯化膽堿,15天后羅氏沼蝦平均體長比不取代的對照組增加27.63%,飼料系數降低8%。

2.5 參與脂肪代謝,預防脂肪肝

眾多研究結果表明,甜菜堿能通過促進脂肪分解、轉移和抑制脂肪生成兩方面來促進脂肪代謝,減少脂肪肝的發生。

江西贛州地區水產研究(1992)報道,甜菜堿對降低草魚脂肪肝有顯著作用,在草魚長期投喂配合飼料而無青飼料補充的情況下,添加甜菜堿能很好地預防營養缺乏導致的脂肪肝病。閻希柱等(1996)報道,飼料中添加甜菜堿后,尼羅羅非魚肉中的脂肪含量顯著下降。

2.6 提高生產性能

眾多養殖實驗及生產表明,飼料中添加一定量的甜菜堿能顯著提高水產養殖動物的生產性能。鄭榮恭(1991)報道,飼喂甜菜堿的虹鱒增重提高了23.5%,飼料系數降低14.01%;大西洋大馬哈魚增重提高31.9%,飼料系數降低20.8%。閆有利等(1994)報道,飼料中添加0.3--0.5%甜菜堿,2月齡鯉魚的日增重提高41--49%,餌料系數降低14%一24%。李詠梅等(1998)試驗表明,飼料中添加0.3%甜菜堿純品或復配品,能明顯促進羅非魚的生長,并降低餌料系數。常志洲等(1998)在河蟹餌料中添加1.5%甜菜堿,河蟹凈增重提高95.3%,成活率提高38%,可獲得較快的生長速度和較高的存活率。

3 甜菜堿的前景展望

甜菜堿耐高溫、存貯期長,還具有多種生理功能,能促進動物蛋白質和脂肪代謝,調節滲透壓,可直接轉換成甲基供體,作為水產動物誘食劑,能大大提高飼料的利用率和降低飼喂成本。還有研究發現甜菜堿還能增強飼料中的維生素的穩定性(Fragrane等,1991)。隨著對甜菜堿研究的進一步深入,甜菜堿將越來越得到人們的重視。

在國外,甜菜堿已有十多年的生產和使用歷史,美國、德國、日本、芬蘭等國都已實現工業化生產,歐美國家已普遍將甜菜堿應用于水產品和畜禽養殖。前幾年,國內甜菜堿產品數量很少;近年來,甜菜堿的生產開發與推廣應用已取得了較大的進展。