甜菜碱(Betaine)是一种天然化合物,这种物质因最初从甜菜中提取而得名,目前,甜菜碱在化工、印染、日化、医药、食品、饲料等领域都有广泛应用。但其最重要的应用是在饲料工业中作为营养型添加剂,它用作饲料添加剂已有50多年的历史。也因其在动物的蛋白质与脂肪代谢等方面的重要作用而倍受关注,并得到了广泛的应用。

1 甜菜碱及其作用机理

1.1 甜菜碱的结构和性质

甜菜碱又名三甲基甘氨酸,分子式为C5H11N02,属季胺类生物碱。甜菜碱纯品为白色晶体,有甜味和特殊的蛋白质味;纯品甜菜碱极易潮解,而盐酸盐不易潮解;甜菜碱属无毒物,半致死量为18.14gkg。甜菜碱的分子结构具有独特性,一是电荷在分子内的分布呈中性,二是它含有三个活性甲基,这种结构上的特殊性决定了甜菜碱的性质和在动物营养代谢上的独特功能。

1.2 甜菜碱的作用机理

甲基是动物体内各种物质代谢不可缺少的重要物质,动物本身几乎不能合成甲基,必须由饲料供给。甜菜碱是最有效的甲基供体,它的三个甲基团都可作为有效的活性甲基。其中一个使高半胱氨酸甲基化,形成内源蛋氨酸和二甲基苷氨酸,内源蛋氨酸通过形成S一腺苷蛋氨酸的释放甲基,二甲基甘氨酸通过释放甲基形成5一甲基四氢叶酸,而5一甲基四氢叶酸又是高半胱氨酸合成蛋氨酸的甲基供体。甜菜碱就是通过甜菜碱一高半胱氨酸甲基转移反应,参与蛋白质、脂肪等物质的代谢,在神经系统、免疫系统、泌尿系统和心血管系统中起重要作用。

2 甜菜碱在水产动物中的作用

2.1 用作诱食剂,促进动物摄食

阎希柱(1996)报道,饲料中添加0.8%、1.0%的甜菜碱时,罗非鱼的日增重分别较对照组提高28.68%和29.48%,摄食时间缩短了13。北京朝阳区水产局鲤鱼试验表明,将比例为0.1%、0.2%、0.3%的甜菜碱和0.1%的甜菜碱复合剂添加相同的基础饲料中,与对照组相比,鲤鱼的日增重分别提高16.5%、17.4%、21.5%、34.6%,说明在饲料中添加对其复合剂对鲤鱼均有促生长作用,其中复合剂效果更佳。阎有利等(1994)报道,甜菜碱以0.3--05%的比例添加到鲤鱼饲料中,增重提高41.78--49.32%,饵料系数分别降低14.13----24.16%。

甜菜碱不仅可提高饲料的适口性,使鱼类摄食量增加,而且大大缩短了摄食时间,并降低饵料系数。阎希柱等(1996)研究表明,尼罗罗非鱼摄食添加甜菜碱饲料会导致肠道及肝中蛋白酶、淀粉酶活性升高,这样既提高饲料的利用率又减少了残饵对水质的污染。此外,甜菜碱可加速虾蟹的生理性蜕壳,有利于虾蟹的生产性能(NeIson,1989)。

2.2 缓解应激,提高动物抵抗应激的能力

各种应激反应严重影响水生动物采食和生长,降低成活率,甚至引起死亡。甜菜碱通过促进体内高半胱氨酸向蛋氨酸的转化,降低体内高半胱氨酸的含量。高半胱氨酸是一种兴奋性氨基酸,也是脑内7一氨基丁酸(GABA)合成酶——谷氨酸脱羧酶(GAD)的抑制剂(Hammond等,1981),甜菜碱通过降低体内高半胱氨酸的含量而减轻其对GAD活性的抑制,有利于脑内GABA的合成,从而使中枢抑制作用加强,从而起到缓解应激的作用。

Freed(1979)研究发现,甜菜碱有抗小鼠高半胱氨酸、戊四氮和电惊厥发生的作用。许德义等(1986)的药理研究表明,甜菜碱具有明显的镇静作用。Hall(1995)报道,甜菜碱可减轻经长途运输的牛的应激反应,提高运输后体重恢复的速度。Cinton(1989)报道,饲料中添加甜菜碱可促进疾病或应激状态下水生动物的摄食。Nelson(1991)试验表明,甜菜碱有助于鲑鱼抗10%以下的冷应激,是越冬期鱼类的理想饲料添加剂。王燕等(1998)发现甜菜碱有助于鱼类抵抗因长途运输造成的应激。王等人将经长途运输的1000尾草鱼苗分别放人条件相同的A塘和B塘,A塘的草鱼饲料中添加0.3%甜菜碱,B塘的草鱼饲料中未添加甜菜碱,结果发现A塘的草鱼苗在水中表现活跃、进食快,未发现鱼苗死亡;而B塘的鱼苗进食缓慢,死亡率4.5%。

2.3 调节渗透压

渗透压激变的情况下,为维持渗透压平衡,防止细胞中的离子浓度激变,需要有渗透压缓冲物质的存在。研究表明,线粒体、叶绿体中所含的高浓度的甜菜碱,在渗透压激变时维持正常的细胞代谢发挥着重要的作用。

甜菜碱是有效的渗透压缓冲物质,可作为细胞的渗透;ぜ,能提高生物体细胞对干旱、高湿、高盐和高渗环境的耐受力,防止细胞水分流失及盐类的进入(Ko等,1994),提高细胞膜Na--K泵功能(Biggers,1993),稳定酶活性及生物大分子功能,以调节组织细胞渗透压和离子平衡,维持营养吸收功能,增强鱼、虾等渗透压激变(虾类蜕变、鱼类运输等引起)时耐受力,提高成活率。

2.4 作为甲基供体,节约胆碱和蛋氨酸

Du Vigneaud早于1939年发现甜菜碱在动物代谢中可提供活性甲基,并证实具有供甲基功能的还有胆碱和蛋氨酸。Ruiz

(1983)通过放射标记试验表明,甜菜碱、胆碱和蛋氨酸三者在体内可相互转化。

Rumsey(1989)试验证明,虹鳟鱼胆碱需要量的一半必须满足,其余一半可由甜菜碱取代。张阳军(1991)研究发现,在饲料中用甜菜碱取代适量氯化胆碱,15天后罗氏沼虾平均体长比不取代的对照组增加27.63%,饲料系数降低8%。

2.5 参与脂肪代谢,预防脂肪肝

众多研究结果表明,甜菜碱能通过促进脂肪分解、转移和抑制脂肪生成两方面来促进脂肪代谢,减少脂肪肝的发生。

江西赣州地区水产研究(1992)报道,甜菜碱对降低草鱼脂肪肝有显著作用,在草鱼长期投喂配合饲料而无青饲料补充的情况下,添加甜菜碱能很好地预防营养缺乏导致的脂肪肝病。阎希柱等(1996)报道,饲料中添加甜菜碱后,尼罗罗非鱼肉中的脂肪含量显著下降。

2.6 提高生产性能

众多养殖实验及生产表明,饲料中添加一定量的甜菜碱能显著提高水产养殖动物的生产性能。郑荣恭(1991)报道,饲喂甜菜碱的虹鳟增重提高了23.5%,饲料系数降低14.01%;大西洋大马哈鱼增重提高31.9%,饲料系数降低20.8%。闫有利等(1994)报道,饲料中添加0.3--0.5%甜菜碱,2月龄鲤鱼的日增重提高41--49%,饵料系数降低14%一24%。李咏梅等(1998)试验表明,饲料中添加0.3%甜菜碱纯品或复配品,能明显促进罗非鱼的生长,并降低饵料系数。常志洲等(1998)在河蟹饵料中添加1.5%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。

3 甜菜碱的前景展望

甜菜碱耐高温、存贮期长,还具有多种生理功能,能促进动物蛋白质和脂肪代谢,调节渗透压,可直接转换成甲基供体,作为水产动物诱食剂,能大大提高饲料的利用率和降低饲喂成本;褂醒芯糠⑾痔鸩思罨鼓茉銮克橇现械奈氐奈榷ㄐ(Fragrane等,1991)。随着对甜菜碱研究的进一步深入,甜菜碱将越来越得到人们的重视。

在国外,甜菜碱已有十多年的生产和使用历史,美国、德国、日本、芬兰等国都已实现工业化生产,欧美国家已普遍将甜菜碱应用于水产品和畜禽养殖。前几年,国内甜菜碱产品数量很少;近年来,甜菜碱的生产开发与推广应用已取得了较大的进展。