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甜菜碱的作用机理及在养殖业中的应用

(山东农业大学动物科技学院,泰安,271018)

摘要:甜菜碱用作饲料添加剂在国外已有近20年的历史,近几年在我国愈来愈受到动物营养专家的重视。并在畜禽养殖业的应用方面取得了较明显的成绩。本文就甜菜碱的化学结构、理化特性、营养生理作用以及在畜禽业中的应用等作了较为详细的叙述,以供大家借鉴。

关键词:甜菜碱;机理;应用

 

甜菜碱在动物体内普遍存在,甜菜是含甜菜碱最多的植物。近年来,甜菜碱在畜禽业中应用愈来愈受到重视。这是因为甜菜碱在生物机体代谢中可提供活性甲基,与半胱氨酸构成甲基转移酶,参与甲基反应,故有“生命甲基化剂”之称。另外,具有提供活性甲基功能的还有氯化胆碱和蛋氨酸。但甜菜碱做为无毒、无污染、无残留的新型营养再分配剂,克服了β–肾上腺素能激动剂等营养再分配剂引起的应激大、残留严重、肉质下降等一系列弊端。

1甜菜碱化学结构及理化特性

甜菜碱化学名为三甲基甘氨酸,系一种季氨型生物碱,分子式C5H12NO2,分子量为117.5,分子结构具有两个特点:一是电荷在分子内分布呈中性;二是具有三个活性甲基。其外观呈流动性、微棕色结晶粉末,味道甘甜,易吸潮,能溶于水和醇,水溶液呈中性,熔点293℃,能耐200℃以下的高温,具有很强的抗氧化性能。此外,甜菜碱还具有保湿性。

2甜菜碱的营养生理作用机制

2.1甜菜碱为机体提供高效的活性甲基   经过多年研究发现,甜菜碱做为动物体内的一种中间代谢产物,间接参与了动物蛋白质和脂肪代谢。从其生理作用机制来看,甜菜碱在动物体内是通过提供甲基,合成多种营养物质间接参与体内的许多生理代谢过程。甲基是合成蛋白质、肉碱、肌酸、磷脂、肾上腺素、核糖核酸和脱氧核糖核酸等动物体众多具有重要生理活性的物质所必须的基团,而动物体主要甲基供体之一的胆碱不能提供甲基,需要通过细胞线粒体将其转化为甜菜碱后,才能具有供甲基能力,合成脂蛋白、氨基酸等物质,因此,当饲料中胆碱供应不足时,添加甜菜碱有部分替代胆碱的作用。日粮中适当的补充甜菜碱可以替代另一主要甲基供体-蛋氨酸的供甲基作用,从而节约蛋氨酸,提高蛋白质利用率。甜菜碱提供甲基的能力还可以促进动物体内肉碱的合成,提高脂肪代谢强度。

2.2甜菜碱抑制脂肪沉积,提高产肉量及肉的品质       早期研究表明,甜菜碱具有一定的抗脂肪效应,日粮中添加甜菜碱,会使生长鸡体内脂肪下降,蛋白质含量增加。甜菜碱能提供甲基给甲基氨基乙醇而生成胆碱,胆碱在酯类代谢中发挥重要作用,从而促进脂肪酸氧化和磷脂的生成,提高酯类的运转速度,甜菜碱通过促进体内磷脂的合成,一方面减低了肝脏中的脂肪酶的活性,另一方面,有促进肝脏中载脂蛋白的合成,其中极低密度脂蛋白是用来运载内源性甘油三酯的主要载体蛋白,促进肝中脂肪的迁徙,从而降低肝中甘油三酯的含量。

2.3 甜菜碱参与氨基酸、蛋白质代谢    甜菜碱与蛋氨酸的代谢有密切的关系,一方面甜菜碱通过提供甲基降低蛋氨酸的供甲基消耗;另一方面,甜菜碱通过增加高半胱氨酸-S-甲基转移酶活性,促进了高半胱氨酸的转化,具有净增蛋氨酸的功效。据研究,甜菜碱能使动物肝脏和肌肉中粗蛋白含量、RNA/DNA比率显著升高,而血清尿酸含量明显下降,这说明甜菜碱促进了体内蛋白质合成,降低了蛋白质的分解,使组织中蛋白质沉积增加,其机制可能是甜菜碱通过增强机体的甲基代谢,加速了RNA的加工和修饰过程。

2.4甜菜碱做为调节渗透压的物质    甜菜碱对渗透压的激变具有缓冲作用。当外界渗透压发生激变时,甜菜碱能被细胞吸收以维持正常的渗透压平衡,同时防止细胞中水分的流失和盐类的侵入。仔猪腹泻或家禽感染球虫病常会导致动物脱水和肠道离子及渗透压的失调。这时机体对甲基的需要量增加,因此此时机体需要甲基化反应,以建立免疫防卫机制。此外,甜菜碱通过提高细胞膜Na/K泵的功能有效的防止水分的损失,防止腹泻引起的高血钾症,对维护和稳定动物肠道离子平衡和机能起到非常重要的作用。

2.5甜菜碱具有抗应缴和提高免疫力的效应    甜菜碱有明显的镇静作用,增强巴比妥的催眠作用和抗伤害性刺激及解热作用。鸡体极易感染球虫,影响肠道离子平衡,抗球虫药虽然能改变寄生虫细胞的离子浓度而杀死寄生虫,但同样影响了宿主细胞,尤其是肠道离子浓度从而影响肠道正常功能。而甜菜碱提供甲基作为细胞渗透保护剂,能维持动物细胞正常的渗透压,防止细胞中水分流失导致的脱水,稳定肠道离子平衡。从而提高鸡体的抵抗力。

2.6甜菜碱对神经内分泌的影响    研究发现,甜菜碱能显著提高育肥猪血清中生长激素水平。甜菜碱通过提高甲基,有助于天氡氨酸同N-甲基-天氡氨酸(NMDA)受体的转换,另一方面,甜菜碱在转甲基过程中形成甘氨酸促进了NMDA受体的激活,这样甜菜碱通过激活下丘脑NMDA受体,增强了下丘脑的内分泌机能,从而促进了下丘脑激素的释放。下丘脑激素又作用于腺垂体腺苷酸环化酶-cAMP-蛋白激酶系统,促进腺垂体释放GH、FSH和LH等激素。

2.7 甜菜碱对饲料中维生素的稳定作用    维生素的稳定性差,易受光、热、湿的影响,随时间的延长也会逐渐损耗,尤其是在饲料加工、储运过程中,大多数维生素都或多或少在效价上存在降低现象。此外,氯化胆碱由于吸水性大,酸性强,往往是影响破坏维生素的主要原因。而甜菜碱具有较强的保湿性,能增强维生素的稳定性,防止脂溶性维生素A、D、E、K的氧化,保护其效价。研究表明,在鸡用预混料中分别对甜菜碱和氯化胆碱进行维生素稳定试验,发现在20~25℃时,甜菜碱能提高维生素A、K3、B1、B6在贮存过程中的稳定性,并发现温度愈高,甜菜碱的作用性愈强,用甜菜碱成功全部代替日粮中胆碱是较经济实用的方法。

3 甜菜碱在养殖业中的应用

3.1 在养禽业中的应用   

3.1.1 促进机体生长    配合饲料中天然胆碱的含量足够家禽所必需的胆碱需要量,甲基供体部分完全能由甜菜碱取代,据K.R.Lowry等报道,鸡胆碱需要量的75%必须供给,25%可由甜菜碱代替。Gius等(1950)发现,雏鸡体内维生素B不足时,添加甜菜碱的促生长优于胆碱。James(1993)证实,在基础日粮成分相同的情况下,添加甜菜碱对肉鸡促生长,提高饲料利用率的效果是蛋氨酸的23倍。在瑞典,添加0.06%甜菜碱,其促生长和提高饲料转化率的效果与0.11%蛋氨酸的相同。添加2.0kg/t时,其效果明显优于添加等量的蛋氨酸的效果。应强调的是,甜菜碱节约蛋氨酸的效果与饲料中蛋氨酸、粗蛋白和能量水平有关。饲料中蛋氨酸超过0.1%-0.5%时,动物食欲就会减弱,而用甜菜碱替代部分蛋氨酸,则可减缓过量所引起的不良反应。

3.1.2促进鸡体脂肪代谢,改善胴体品质    饲用甜菜碱的幼禽脂肪分布比较分散,肉质疏松,腹脂减少,胸肌率提高,味道可口。通过添加鸡体明显提高肌红蛋白含量,改善肉色,增加肌酸、肌酸酐含量和肌肉大理石纹评分等指标,改善肉质风味。美国的生产结果表明, 玉米-豆粕型饲料中添加甜菜碱对提高肉鸡胸肌率,减少腹脂沉积的效果优于蛋氨酸。肌间脂肪、肌酸酐和肉碱是衡量肉质风味的主要指标,后3项都是甲基化产物。对0~4周龄肉雏鸡的研究表明,与对照组相比,添加甜菜碱,肌间脂肪和胸肌粗脂肪各有提高,与添加蛋氨酸组相比,上述两项指标也都有所提高。

3.1.3 提高抗球虫和抗腹泻的能力    感染球虫病的肉鸡,其蛋白质、碳水化合物的消化不充分,脂血素吸收受阻,机体抵抗力下降,易感染其它疾病(Teng 等,1981)。甜菜碱能提高盐霉素抗球虫的疗效,使肠道受损程度降低,。肉鸡感染球虫病时,添加甜菜碱(1.5kg/t)能明显提高抗球虫病的效果,促进肉鸡生长,而蛋氨酸和胆碱则无此效果。Matthews等(1995)证实,55mg/kg莫能菌素能有效的防止感染球虫病鸡死亡,但不能改善饲料利用率,而55mg/kg莫能菌素+0.1%甜菜碱,却能明显提高肉鸡的饲料利用率。

3.2在养猪业中的应用

3.2.1做为减肥剂    芬兰、澳大利亚和美国所作的试验结果表明,在60~95kg肥育猪饲料中,添加1.0~2.0kg/t甜菜碱,明显降低猪背膘厚度,显著增加眼肌面积,越到生长后期效果越明显;当添加量为1.25kg/t时,饲喂2周后背膘厚度几乎不再增加,而对照组则呈不断增加趋势。澳大利亚Bung公司研究结果表明,添加甜菜碱1.0kg/t可显著提高胴体瘦肉率。但对育肥猪的作用效果存在性别差异,提高瘦肉率的效果小母猪优于阉公猪。通过添加促进脂肪分解,减少体脂沉积,改善了肉质风味。

3.2.2 对猪生长的影响    甜菜碱对早期断奶仔猪具有防止腹泻的作用,断奶时仔猪遭受的一大应激,常导致采食量减少、腹泻和生长性能下将,甚至死亡。众多研究表明,在断奶仔猪饲粮中添加甜菜碱后,它会主动进入肠道组织细胞,维持肠道的正常机能,有效的防止腹泻,并可提高采食量和日增重。许梓荣等(1998 ),汪以真等(1999)报道,在玉米-豆粕型饲粮中添加甜菜碱可明显提高猪血清中的生长激素(GH)的含量,具有促进生长的作用。甜菜碱现已广泛应用于畜禽业中,但有关甜菜碱对猪采食量、日增重和饲料利用效率影响的研究结果报道不一。

综上所述,其应用效果与日粮种类、胆碱和蛋氨酸水平、甜菜碱产品类型、添加剂量和饲养阶段等因素有关。甜菜碱是具有应用价值和前景广泛的饲料添加剂,它的使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,而且甜菜碱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。

 

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