《甜菜碱的应用》PPT课件.ppt

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1、 王王 磊磊 手 机 内容提要内容提要一、一、一、一、甜菜碱概述甜菜碱概述甜菜碱概述甜菜碱概述二、二、二、二、甜菜碱的生产工艺甜菜碱的生产工艺甜菜碱的生产工艺甜菜碱的生产工艺三、三、三、三、甜菜碱的作用机理甜菜碱的作用机理甜菜碱的作用机理甜菜碱的作用机理四、四、四、四、甜菜碱的应用效果甜菜碱的应用效果甜菜碱的应用效果甜菜碱的应用效果一、甜菜碱概述一、甜菜碱概述 甜菜碱甜菜碱(Betaine)(Betaine)是首先在欧洲被发现的，它主要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。十世纪七十年

2、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。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，能纯品天然甜菜碱为微棕色流动性结晶粉末，能耐高温，熔点耐高温，熔点293293；合成纯品甜菜碱则为白色或淡；合成纯品甜菜碱则为白色或淡黄色结晶粉末，熔点黄色结晶粉末，熔点301301305305。甜菜碱具有较强的吸水性，在水中极易溶解甜菜碱具有较强的吸水性，在水中极易溶解(160g(160g100g100g水水)，易溶于甲醇，微溶于乙醇，在氯，易溶于甲醇，微溶于乙醇，

3、在氯仿或乙醚中不溶。仿或乙醚中不溶。理化性质：理化性质：分子式为分子式为C C5 5H H11110 02 2N,N,分子量为分子量为117.15 117.15 甜菜碱分子结构比较简单，与蛋氨酸、胆碱的化学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结构比较相似,其化学结构如图所示：其化学结构如图所示：化学结构：化学结构：CH3 CH3N+CH2COO-CH3甜菜碱分子结构的独特性：甜菜碱分子结构的独特性：分子内分子内分子内分子内电荷电荷电荷电荷分布均衡，呈电中性分布均衡，呈电中性分布均衡，呈电中性分布均衡，呈电中性 含有三个活性甲基，是高效的甲基供体含有三个活性甲基，是高效的甲基

4、供体含有三个活性甲基，是高效的甲基供体含有三个活性甲基，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。菜碱无致畸、致癌、致突变作用，是公认的安全物质。汪以真等汪以真等20022002年对盐酸甜菜碱的研究发现：年对盐酸甜菜碱的研究发现：雌、雄小鼠雌、雄小鼠LDLD5050值：值：5.84g/kg5.84g/kg；雌性大鼠雌性大鼠LDLD5050值：值：6.81g/kg6.81g/kg雄性大鼠雄性大鼠LDLD5050值：值：5.84g/kg5.84g/k

5、g根据急性毒性分级标准，证明为实际无毒类物质。根据急性毒性分级标准，证明为实际无毒类物质。二、甜菜碱的生产工艺二、甜菜碱的生产工艺天然物质提取法：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制糖工业过程中产生的废糖蜜中甜菜碱含量达3%3%8%8%，是用于提取甜菜碱的主要原料；，是用于提取甜菜碱的主要原料；60607070年代产生的离子交换提取法，使甜菜碱回收年代产生的离子交换提取法，使甜菜碱回收率达到率达到70%70%左右，芬兰成立了当时世界上唯一生产销售左右，芬兰成立了当时世界上唯一生产销售饲料甜菜碱的饲料甜菜碱的CalterCalter公司。公司。80 80年代初，芬兰科学家应

6、用色谱法创造了离子排斥年代初，芬兰科学家应用色谱法创造了离子排斥提取法，可制得纯度约提取法，可制得纯度约98%98%的无水或一水甜菜碱，回收的无水或一水甜菜碱，回收率约率约70%70%80%80%。提取法的缺陷提取法的缺陷生产成本过高生产成本过高产量受原料限制产量受原料限制很难在饲料中广泛应用很难在饲料中广泛应用化学合成法：化学合成法：以三甲胺和氯乙酸为原料，反应合成，然后采用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。重结晶等方法分离提纯制得产品。优点优点 不结块不结块不吸潮不吸潮流散性好流散性好原料易得原料易得成本较低成本较低 规模化生产规模化生产1 1、提供活

7、性甲基，节约蛋氨酸和胆碱、提供活性甲基，节约蛋氨酸和胆碱甲基做为一个化学基团（甲基做为一个化学基团（-CH3-CH3），它能够结合在），它能够结合在DNADNA上某些特定部上某些特定部位，这个甲基和位，这个甲基和DNADNA结合过程叫甲基化，相反，甲基从结合过程叫甲基化，相反，甲基从DNADNA上脱落的上脱落的过程就叫做去甲基化。过程就叫做去甲基化。甲基是合成甲基是合成蛋氨酸蛋氨酸、肉碱肉碱、肌酸肌酸、磷脂磷脂、肾上腺素肾上腺素，核糖核酸核糖核酸（RNARNA）和）和脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（DNADNA）等所必需的（）等所必需的（BakerBaker等等1985;Frontien1985;F

8、rontien等等,1994,1994）。）。甲基化反应在甲基化反应在神经系统神经系统、免疫系统免疫系统、泌尿系统泌尿系统和和心血管系统心血管系统中起重中起重要作用。要作用。三、甜菜碱的作用机理三、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“甲基供体甲基供体”,易参与此反应的甲基（即有效甲基易参与此反应的甲基（即有效甲基),),是与氮原子或是与氮原子或硫原子连在一起的甲基，如甜菜碱、蛋氨酸、胆碱等。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甜菜碱、胆碱、蛋氨酸三者之

9、间的关系胆碱在代谢中的主要作用：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；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；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。用以合成神经递质乙酰胆碱。蛋氨酸在代谢中的主要作用：蛋氨酸在代谢中的主要作用：作为必需氨基酸作为必需氨基酸(EAA)直接用于蛋白质合成。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。须由蛋氨酸转化而来。蛋氨酸提供甲基，用于合

10、成磷脂酰胆碱、肌酸、蛋氨酸提供甲基，用于合成磷脂酰胆碱、肌酸、肉碱等肉碱等,调节机体代谢过程。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为有效的甲基供体，替代蛋氨酸的供甲基作用。作用。通过甲基化反应合成内源性蛋氨酸。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甜菜碱通过两个途径节约蛋氨酸 乙酰胆碱乙酰胆碱 （神经递质）（神经递质）胆碱胆碱线粒体线粒体胆碱胆碱甜菜碱甜菜碱甜菜碱甜菜碱 磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱（脂蛋白成分）（脂蛋白成分）磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸CH3CH3蛋氨酸蛋氨酸蛋白质合成蛋白质合成高半胱氨酸高半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸-CS-CSBHMTBHMT甲

11、甲基基循循环环ATPATPS-S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸 甲基化反应甲基化反应（核酸、氨基酸、脂肪代谢）（核酸、氨基酸、脂肪代谢）CH3S-S-腺苷高半胱氨酸腺苷高半胱氨酸CH32 2、促进机体脂肪代谢，减少胴体脂肪沉积、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解利用，抑制脂肪的沉积，因而具有减少体脂沉积的作用。的作用。甜菜碱能抗脂肪肝，降低动物肝脏中脂肪的含量。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，促进脂肪酸的提高肌肉和肝脏中肉碱的含

12、量，促进脂肪酸的氧化氧化 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。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。甜菜碱通过以下甜菜碱通过以下3 3个途径参与脂肪代谢：个途径参与脂肪代谢：甜菜碱甜菜碱-CH-CH3 3S-S-腺苷蛋氨腺苷蛋氨酸酸肉肉 碱碱-CH-CH3 3赖赖 氨氨 酸酸-氧化氧化部位：肝脏及其他组织的线粒体基质中部位：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脂肪酸在体内氧化时在羧基端的端的-碳原子上进行氧化，碳碳原子上进行氧化，碳链逐次断裂，每次断下一个二链逐次断裂，每次断下一个二碳单位，既乙酰碳单位，既乙酰CoACoA

13、，该过程称，该过程称作作-氧化。氧化。-氧化的过程氧化的过程a a、脂肪酸的活化脂肪酸的活化 线粒体外线粒体外线粒体外线粒体外 OR-C-OH+CoA-SH脂酰脂酰CoA合成酶合成酶 OR-C-SCoAATPADP (AMP+2Pi)脂酰肉碱脂酰肉碱脂酰肉碱脂酰肉碱辅酶辅酶辅酶辅酶A A A A-氧氧氧氧化化化化线粒体膜线粒体膜线粒体膜线粒体膜内侧内侧内侧内侧外侧外侧外侧外侧肉碱脂酰转移酶肉碱脂酰转移酶 I肉碱脂酰转移酶肉碱脂酰转移酶IIb b、脂肪酸从线粒体膜外至膜内的转运、脂肪酸从线粒体膜外至膜内的转运脂酰辅酶脂酰辅酶脂酰辅酶脂酰辅酶A A A A肉碱肉碱脂酰肉碱脂酰肉碱辅酶辅酶A A肉碱

14、肉碱脂酰辅酶脂酰辅酶脂酰辅酶脂酰辅酶A A A A甜菜碱甜菜碱CH3磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺肝脏脂肪转运肝脏脂肪转运 甜菜碱能显著降低苹果酸脱氢酶的活性，抑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。制脂肪酸的生物合成。甜甜菜菜碱碱促进脂肪分解促进脂肪分解抑制脂肪合成抑制脂肪合成瘦肉率瘦肉率脂肪肝脂肪肝3 3、对机体渗透压的激变具有缓冲作用，维持细胞渗、对机体渗透压的激变具有缓冲作用，维持细胞渗透压平衡。透压平衡。渗透压失衡的危害：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

15、出，造成细胞体积缩小，如果细胞失水将会从细胞内流出，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。的状况不能改正，细胞最终走向死亡。反之亦然。反之亦然。动动用用细细胞胞膜膜上上的的离离子子泵泵以以维维持持细细胞胞内内外外的的离离子子和和水水平衡。平衡。钠钠-钾泵钾泵 、钙泵等、钙泵等钠钠-钾泵钾泵作用：作用：维持细胞的渗透性，保持细胞体积；维持细胞的渗透性，保持细胞体积；维持低维持低NaNa+高高K K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。的细胞内环境，维持细胞的静息电位。机体的对策：机体的对策：每一循环消耗一个每一循环消耗一个ATPATP，转运出，转运出3 3个个NaNa+，

16、转进，转进2 2个个K K+。动用离子泵将会消耗大量能量，造成机体用于维持的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。能量增加。通过甜菜碱维持细胞内外渗透压平衡。通过甜菜碱维持细胞内外渗透压平衡。当当细细胞胞内内渗渗透透压压激激变变时时，如如外外部部渗渗透透压压升升高高时时，细细胞胞开开始始产产生生或或吸吸收收甜甜菜菜碱碱以以维维持持正正常常的的渗渗透透压压平平衡衡，同同时时防防止细胞水分流出和盐分的入侵。止细胞水分流出和盐分的入侵。甜菜碱具有甜菜碱具有双极两性离子双极两性离子特征和特征和很好的水溶性很好的水溶性，对动、植，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

17、。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。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。况具有重要作用。细胞自身合成甜菜碱的量有限，有必要从外源补充细胞自身合成甜菜碱的量有限，有必要从外源补充甜菜碱。甜菜碱。4 4、甜菜碱具有抗应激效应、甜菜碱具有抗应激效应FreedFreed等等(1979)(1979)报道，甜菜碱有抗小鼠高半胱氨酸、戊四报道，甜菜碱有抗小

18、鼠高半胱氨酸、戊四氮和电惊厥发生的作用。氮和电惊厥发生的作用。Hall(1995)Hall(1995)报道，长途运输前后给牛饲喂甜菜碱，可明报道，长途运输前后给牛饲喂甜菜碱，可明显降低运输中的应激，并以显降低运输中的应激，并以2 2倍的速度恢复体重。倍的速度恢复体重。甜菜碱抗应激的机理甜菜碱抗应激的机理-氨基丁酸氨基丁酸(GABA)(GABA)在动物体内，在动物体内，GABAGABA几乎只存在于神经组织中几乎只存在于神经组织中 ，参与多种，参与多种代谢活动，具有很高的生理活性代谢活动，具有很高的生理活性 镇静神经、抗焦虑镇静神经、抗焦虑医学家已经证明医学家已经证明GABAGABA是中枢神经系统

19、的抑制性传递物质，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。其作用是降低是脑组织中最重要的神经递质之一。其作用是降低神经神经元元活性，防止神经细胞过热，活性，防止神经细胞过热，GABAGABA能结合抗焦虑的脑受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；焦虑相关的信息抵达脑指示中枢；降低血压、血氨降低血压、血氨 提高脑活力提高脑活力 谷氨酸谷氨酸-氨基丁酸氨基丁酸谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶CO2CO2 高半胱氨酸是谷氨酸脱羧酶高半胱氨酸是谷氨酸脱羧酶(GAD)(GAD)的抑制

20、剂。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，减轻其对半胱氨酸的含量，减轻其对GADGAD活性的抑制，有利于脑内活性的抑制，有利于脑内GABAGABA的合成，从而使中枢抑制作用加强。的合成，从而使中枢抑制作用加强。5 5、甜菜碱对神经内分泌的影响甜菜碱对神经内分泌的影响冯杰冯杰(1996)(1996)研究发现，甜菜碱能显著提高育肥猪血清中研究发现，甜菜碱能显著提高育肥猪血清中生长激素生长激素(GH)(GH)水平。水平。马玉龙马玉龙(1998)(1998)研究表明，甜菜碱能显著提高蛋鸡血清中研究表明，甜菜碱能显著提高

21、蛋鸡血清中促卵泡生成激素促卵泡生成激素(FSH)(FSH)和促黄体生成激素和促黄体生成激素(LH)(LH)的水平。的水平。孙华等（孙华等（20082008）发现，日粮中添加甜菜碱可以促进肉仔）发现，日粮中添加甜菜碱可以促进肉仔鸡鸡GHGH、IGF-IIGF-I的分泌。的分泌。6 6、是畜禽、水产动物的理想诱食促长剂、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。其他氨基酸的味觉感受反应。在水产饲料中加入在水产饲料中加入0 01 10 03 3的甜菜碱，对所有的鱼类的甜菜碱，对所有

22、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，增加鱼类的采食量，能增强时，提高了水产饲料的适口性，增加鱼类的采食量，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。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。猪具有

23、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。氨酸对小猪产生的抑食反应，并起到诱食的效果。1 1、甜菜碱在养猪生产上的应用、甜菜碱在养猪生产上的应用在乳猪饲料中添加在乳猪饲料中添加6006001000g/t1000g/t的饲料专用甜菜碱，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，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，并有一定的诱减少

24、因添加蛋氨酸引起的抑食反应，并有一定的诱食作用。食作用。同时还可以有效保护小猪肠粘膜细胞渗透压平衡，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。预防腹泻发生率或减轻腹泻程度。四、甜菜碱的应用效果四、甜菜碱的应用效果在育肥猪饲料中，添加在育肥猪饲料中，添加100010001500g/t1500g/t饲料专饲料专用甜菜碱，可以有效减少背膘厚度，提高瘦用甜菜碱，可以有效减少背膘厚度，提高瘦肉率，改善肉品质；肉率，改善肉品质；同时可以提高饲料中能量的利用效率。同时可以提高饲料中能量的利用效率。2 2、甜菜碱在家禽生产上的应用、甜菜碱在家禽生产上的应用在肉、蛋禽饲料中蛋氨酸

25、总水平满足营养需要的前在肉、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提下，使用饲料专用甜菜碱按1 1:2:2的比例替代的比例替代3030的蛋氨酸，可以适当节约成本；的蛋氨酸，可以适当节约成本；在禽饲料中添加在禽饲料中添加600600800g/t800g/t的饲料专用甜菜碱，可的饲料专用甜菜碱，可以减少腹脂沉积，改善肉品质，增加胸肌产量；以减少腹脂沉积，改善肉品质，增加胸肌产量；提提高高饲料能量的利用率；料能量的利用率；提高聚醚类抗球虫药的防治提高聚醚类抗球虫药的防治效果；缓解热应激的危害；效果；缓解热应激的危害；3 3、甜菜碱在水产养殖上的应用、甜菜碱在水产养殖上的应用

26、在水产动物饲料中添加在水产动物饲料中添加100010003000g/t3000g/t的饲料的饲料专用甜菜碱，可以起到很好的诱食作用，加专用甜菜碱，可以起到很好的诱食作用，加快采食速度，节省饲料，最好的试验效果可快采食速度，节省饲料，最好的试验效果可以节约以节约3030以上的饲料；以上的饲料；可以有效减少海水转换引起的盐分浓度变化可以有效减少海水转换引起的盐分浓度变化产生的应激，提高成活率，尤其是在幼苗阶产生的应激，提高成活率，尤其是在幼苗阶段；段；减少脂肪肝，改善肉品质，提高饲料能量的减少脂肪肝，改善肉品质，提高饲料能量的利用效率。利用效率。提供活性甲基，减少富蛋氨酸原料的使用。提供活性甲基，减少富蛋氨酸原料的使用。