甜菜碱的应用-2010.ppt

1、甜菜碱的应用,潍坊祥维斯化学品有限公司,王 磊 手 机Email:,内容提要,一、 甜菜碱概述 二、 甜菜碱的生产工艺 三、 甜菜碱的作用机理 四、 甜菜碱的应用效果,一、甜菜碱概述,甜菜碱(Betaine)是首先在欧洲被发现的，它主要存在于甜菜糖的糖蜜中，故而得名，但其功效直到二十世纪七十年代才逐渐被认识。 甜菜碱普遍存在于动植物体内，是动物代谢的中间产物，在营养物质的代谢中起着十分重要的作用。,纯品天然甜菜碱为微棕色流动性结晶粉末，能耐高温，熔点293；合成纯品甜菜碱则为白色或淡黄色结晶粉末，熔点301305。 甜菜碱具有较强的吸水性，在水中极易溶解(160g10

2、0g水)，易溶于甲醇，微溶于乙醇，在氯仿或乙醚中不溶。,理化性质：,分子式为C5H1102N,分子量为117.15 甜菜碱分子结构比较简单，与蛋氨酸、胆碱的化学结构比较相似,其化学结构如图所示：,化学结构：,CH3 CH3N+CH2COO- CH3,甜菜碱分子结构的独特性：,分子内电荷分布均衡，呈电中性,含有三个活性甲基，是高效的甲基供体,甜菜碱的安全性：,甜菜碱是动物体内的代谢中间产物。大量实验证明，甜菜碱无致畸、致癌、致突变作用，是公认的安全物质。 汪以真等2002年对盐酸甜菜碱的研究发现： 雌、雄小鼠LD50值：5.84g/kg； 雌性大鼠LD50值：6.81g/kg 雄性大鼠LD50值

3、：5.84g/kg 根据急性毒性分级标准，证明为实际无毒类物质。,二、甜菜碱的生产工艺,天然物质提取法： 制糖工业过程中产生的废糖蜜中甜菜碱含量达3%8%，是用于提取甜菜碱的主要原料； 6070年代产生的离子交换提取法，使甜菜碱回收率达到70%左右，芬兰成立了当时世界上唯一生产销售饲料甜菜碱的Calter公司。 80年代初，芬兰科学家应用色谱法创造了离子排斥提取法，可制得纯度约98%的无水或一水甜菜碱，回收率约70%80% 。,提取法的缺陷,生产成本过高 产量受原料限制 很难在饲料中广泛应用,化学合成法： 以三甲胺和氯乙酸为原料，反应合成，然后采用重结晶等方法分离提纯制得产品。,优点,不结块,

4、不吸潮,流散性好,原料易得 成本较低 规模化生产,1、提供活性甲基，节约蛋氨酸和胆碱 甲基做为一个化学基团（-CH3），它能够结合在DNA上某些特定部位，这个甲基和DNA结合过程叫甲基化，相反，甲基从DNA上脱落的过程就叫做去甲基化。 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）等所必需的（Baker等1985;Frontien等,1994）。 甲基化反应在神经系统、免疫系统、泌尿系统和心血管系统中起重要作用。,三、甜菜碱的作用机理,动物自身不能合成甲基，必须由食物中摄取；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

5、硫原子连在一起的甲基，如甜菜碱、蛋氨酸、胆碱等。,甜菜碱、胆碱、蛋氨酸三者之间的关系,胆碱在代谢中的主要作用： 提供甲基，用于高半胱氨酸合成蛋氨酸或胍基醋酸形成肌酸等； 作为卵磷脂、某些缩醛磷脂的组分，构成和维持细胞结构； 用以合成神经递质乙酰胆碱。,蛋氨酸在代谢中的主要作用： 作为必需氨基酸(EAA) 直接用于蛋白质合成。 蛋白质合成过程中还需要半胱氨酸，而后者也必须由蛋氨酸转化而来。 蛋氨酸提供甲基，用于合成磷脂酰胆碱、肌酸、肉碱等,调节机体代谢过程。,作为有效的甲基供体，替代蛋氨酸的供甲基作用。 通过甲基化反应合成内源性蛋氨酸。,甜菜碱通过两个途径节约蛋氨酸,乙酰胆碱 （神经递质）,胆碱

6、,线粒体,胆碱,甜菜碱,甜菜碱,磷脂酰胆碱 （脂蛋白成分）,磷脂酰丝氨酸,CH3,CH3,蛋氨酸,蛋白质合成,高半胱氨酸,半胱氨酸,-CS,BHMT,甲基循环,ATP,S-腺苷蛋氨酸,甲基化反应 （核酸、氨基酸、脂肪代谢）,CH3,S-腺苷高半胱氨酸,CH3,2、促进机体脂肪代谢，减少胴体脂肪沉积,甜菜碱参与机体内脂肪的代谢，可以促进脂肪的分解利用，抑制脂肪的沉积，因而具有减少体脂沉积的作用。 甜菜碱能抗脂肪肝，降低动物肝脏中脂肪的含量。, 提高肌肉和肝脏中肉碱的含量，促进脂肪酸的氧化, 肉碱是赖氨酸的一种衍生物，是赖氨酸经甲基化后，再进一步修饰而成。,甜菜碱通过以下3个途径参与脂肪代谢：,-

7、氧化 部位：肝脏及其他组织的线粒体基质中,脂肪酸在体内氧化时在羧基端的-碳原子上进行氧化，碳链逐次断裂，每次断下一个二碳单位，既乙酰CoA，该过程称作-氧化。,-氧化的过程,a、脂肪酸的活化 线粒体外,脂酰肉碱,辅酶A,线粒体膜,内侧,外侧,肉碱脂酰转移酶 I,肉碱脂酰转移酶II,b、脂肪酸从线粒体膜外至膜内的转运,脂酰辅酶A,肉碱,脂酰肉碱,辅酶A,肉碱,脂酰辅酶A,甜菜碱,CH3,磷脂酰胆碱,磷脂酰乙醇胺,肝脏脂肪转运, 甜菜碱能显著降低苹果酸脱氢酶的活性，抑 制脂肪酸的生物合成。,甜菜碱,促进脂肪分解,抑制脂肪合成,瘦肉率,脂肪肝,3、对机体渗透压的激变具有缓冲作用，维持细胞渗透压平衡。

8、 渗透压失衡的危害： 当机体渗透压发生激变时，如细胞外渗透压升高，水分将会从细胞内流出，造成细胞体积缩小，如果细胞失水的状况不能改正，细胞最终走向死亡。 反之亦然。, 动用细胞膜上的离子泵以维持细胞内外的离子和水平衡。 钠-钾泵 、钙泵等 钠-钾泵作用： 维持细胞的渗透性，保持细胞体积； 维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。,机体的对策：,每一循环消耗一个ATP，转运出3个Na+，转进2个K+。 动用离子泵将会消耗大量能量，造成机体用于维持的能量增加。, 通过甜菜碱维持细胞内外渗透压平衡。 当细胞内渗透压激变时，如外部渗透压升高时，细胞开始产生或吸收甜菜碱以维持正常的渗透压平衡

9、，同时防止细胞水分流出和盐分的入侵。,甜菜碱具有双极两性离子特征和很好的水溶性，对动、植物和细菌来说，甜菜碱是最重要的渗透压感受因子之一。,通过甜菜碱这一途径维持渗透压平衡，可以使离子泵的动用减少，机体维持需要的能量也会降低。 甜菜碱对于缓解高盐、缺水、腹泻、球虫等不利状况具有重要作用。 细胞自身合成甜菜碱的量有限，有必要从外源补充甜菜碱。,4、甜菜碱具有抗应激效应 Freed等(1979)报道，甜菜碱有抗小鼠高半胱氨酸、戊四氮和电惊厥发生的作用。 Hall(1995)报道，长途运输前后给牛饲喂甜菜碱，可明显降低运输中的应激，并以2倍的速度恢复体重。,甜菜碱抗应激的机理,-氨基丁酸(GABA)

10、 在动物体内，GABA几乎只存在于神经组织中 ，参与多种代谢活动，具有很高的生理活性 镇静神经、抗焦虑 医学家已经证明GABA是中枢神经系统的抑制性传递物质，是脑组织中最重要的神经递质之一。其作用是降低神经元活性，防止神经细胞过热，GABA能结合抗焦虑的脑受体并使之激活，然后与另外一些物质协同作用，阻止与焦虑相关的信息抵达脑指示中枢；, 降低血压、血氨 提高脑活力 ,谷氨酸,-氨基丁酸,谷氨酸脱羧酶,CO2,高半胱氨酸是谷氨酸脱羧酶(GAD)的抑制剂。 甜菜碱通过促进体内高半胱氨酸向蛋氨酸转化，降低高半胱氨酸的含量，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。,

11、5、甜菜碱对神经内分泌的影响 冯杰(1996)研究发现，甜菜碱能显著提高育肥猪血清中生长激素(GH)水平。 马玉龙(1998)研究表明，甜菜碱能显著提高蛋鸡血清中促卵泡生成激素(FSH)和促黄体生成激素(LH)的水平。 孙华等（2008）发现，日粮中添加甜菜碱可以促进肉仔鸡GH、IGF-I的分泌。,6、是畜禽、水产动物的理想诱食促长剂,甜菜碱是鱼虾味觉最大的刺激物之一，同时甜菜碱还能增强其他氨基酸的味觉感受反应。 在水产饲料中加入0103的甜菜碱，对所有的鱼类和甲壳类动物的嗅觉和味觉均具有强烈的刺激作用，与氨基酸复配具有较高的引诱作用，增强了氨基酸的引诱效果，同时，提高了水产饲料的适口性，增加

12、鱼类的采食量，能增强抗病能力和免疫力，促进生长和加强生理性脱壳，提高成活率并改善饲料的利用率。,据浙江大学饲料科学研究所的试验表明，甜菜碱对猪具有明显的诱食效应，而对家禽并不明显。 在乳仔猪饲料中添加甜菜碱，不仅可以节约部分甚至全部蛋氨酸以及胆碱，同时还可以减少因添加蛋氨酸对小猪产生的抑食反应，并起到诱食的效果。,1、甜菜碱在养猪生产上的应用 在乳猪饲料中添加6001000g/t的饲料专用甜菜碱，可以替代部分或全部合成蛋氨酸，节约部分成本，减少因添加蛋氨酸引起的抑食反应，并有一定的诱食作用。 同时还可以有效保护小猪肠粘膜细胞渗透压平衡，预防腹泻发生率或减轻腹泻程度。,四、甜菜碱的应用效果,在育肥猪饲料中，添加10001500g/t饲料专用甜菜碱，可以有效减少背膘厚度，提高瘦肉率，改善肉品质； 同时可以提高饲料中能量的利用效率。,2、甜菜碱在家禽生产上的应用 在肉、蛋禽饲料中蛋氨酸总水平满足营养需要的前提下，使用饲料专用甜菜碱按1 : 2的比例替代30的蛋氨酸，可以适当节约成本；,在禽饲料中添加600800g/t的饲料专用甜菜碱，可以减少腹脂沉积，改善肉品质，增加胸肌产量；提高饲料能量的利用率；提高聚醚