甜菜碱是一种广泛存在于动植物体内的天然化合物，无毒无害，最初从甜菜中提取而得名。它的基本功能是作为机体甲基化反应的供体和维持渗透压平衡的保护剂。在动物代谢过程中起着非常重要的作用。甜菜碱的研究始于60年代，但其在养猪生产中的应用仅见于最近几年。国外研究表明：甜菜碱能明显提高生猪生长性能、胴体品质及肉质。国内也做出了很多研究，表明甜菜碱对猪生产有很多的有利影响。
1甜菜碱的理化性质及种类
1.1理化性质
甜菜碱又名甘氨酸三甲基内盐，是一种广泛存在于动植物体内的代谢中间产物季胺盐型生物碱。化学名三甲基甘氨酸和三甲胺乙内酯，分子式C5H11NO2，相对分子质量117.15。属两性化合物，在水溶液中呈中性，白色棱状或叶片状结晶，熔点293°C，能耐低于200°C的高温，具有很强的抗氧化能力。其水合式溶于水、甲醇和乙醇，微溶于乙醚。室温下在空气中极易吸潮而潮解。其味甘甜。分子结构有2个特点：一是电荷在分子内分布呈中性；二是具有3个活性甲基。
1.2种类
甜菜碱根据制取工艺的不同，可分为天然甜菜碱和合成甜菜碱2种。
1.2.1天然甜菜碱
天然甜菜碱的提取以制糖过程中产生的废糖蜜（含甜菜碱3%-8%）为主要原料，离子排斥提取法为提取工艺。此工艺是将稀释的废糖蜜导入填充有聚苯乙烯-二乙烯苯树脂的色谱柱分离柱，柱温约80°C，料液流速接近色谱系统临界速度。经用水洗脱色谱柱，盐、糖及甜菜碱依次洗脱得以分离，收集甜菜碱洗脱液，经蒸发、结晶和分离等可得纯度为98%的无水或一水甜菜碱，回收率70%-80%。
1.2.2合成甜菜碱
合成甜菜碱一般采用氯乙酸钠和三甲胺为原料进行合成。用氯乙酸溶液与氢氧化钠溶液中和至pH6.7，将等摩尔的30%三甲胺水溶液缓缓加入到氯乙酸钠溶液中。在室温下反应30min后，水浴加热至50-55°C反应1h。再水浴加热至80-85°C反应1h，冷却即得。然后将反应完成液中与甜菜碱等摩尔并存的氯化钠和三甲胺盐等盐溶液进行分离。其分离方法如前所述可制得纯品，但制取成本高。
2甜菜碱的作用机制
2.1甜菜碱的转甲基作用
动物吸收的外源甜菜碱主要在肝中发挥甲基供体的作用，并受甜菜碱-高半胱氨酸-S-甲基转移酶（BHMT）和β-胱硫醚合成酶（β-CYST）的双重调控。在机体供甲基不足时，甜菜碱能显著提高动物肝中BHMT的总活力和比活力，使高半胱氨酸接受甜菜碱的甲基，合成蛋氨酸；而在甲基满足机体需要时，则通过提高β-CYST活性，使大部分高半胱氨酸通过转硫途径形成胱硫醚，加速转硫途径，从而使机体甲基代谢途径处于稳定的动态平衡。
动物体内的甲基来源主要是甜菜碱、蛋氨酸和胆碱，由于氯化胆碱只有在线粒体内转化为甜菜碱后才能提供甲基，蛋氨酸只有一个非稳态甲基，而甜菜碱有3个非稳态甲基，所以用甜菜碱来提供甲基更有效。就提供甲基而言，理论上，甜菜碱与胆碱和蛋氨酸的替换量为1：2.3：3.7。
2.2甜菜碱与蛋白质和氨基酸代谢
甜菜碱不仅为机体提供高效的活性甲基，在高半胱氨酸甲基化重新生成蛋氨酸的循环中起着重要作用，从而降低了蛋氨酸的供甲基消耗量，提高蛋氨酸的生物利用率。有研究表明：甜菜碱能使动物肝和肌肉中粗蛋白质含量、RNA含量和RNA/DNA比例显著增加，而血清尿素氮的含量明显下降，这说明，甜菜碱促进了组织中蛋白质的沉积，提高胴体瘦肉率。其机制主要在于甜菜碱能显著提高机体生长激素（GH）和胰岛素样生长因子-1（IGF-1）。另外，添加甜菜碱提高了肝和腺垂体中环腺苷酸（CAMP）的含量，第二信使水平提高，并通过激活依赖CAMP-蛋白激酶，催化许多蛋白质的磷酸化，提高这些蛋白酶的活性，以适应高蛋白质合成状态下正氮平衡的需要。甜菜碱与甘氨酸和丝氨酸的代谢亦有关。它们既是甜菜碱的代谢产物，又可以成为集体合成甜菜碱的前体物。甜菜碱转甲基后形成二甲基甘氨酸，继续脱甲基生成甘氨酸和丝氨酸，经过磷脂化途径又可以形成甜菜碱。冯杰和怀明燕等报道，甜菜碱使生长肥育猪血清中游离蛋氨酸、精氨酸、缬氨酸、亮氨酸、甘氨酸和丝氨酸的含量呈上升趋势。
2.3甜菜碱与脂肪代谢
肉碱是一种具有多种生理作用的化合物，主要参与脂肪代谢，其最基本的功能是运载长链脂肪酸通过线粒体内膜。肉碱主要在肝中合成，由赖氨酸提供碳源然后甲基化生成，甜菜碱作为甲基供体，能为机体有效提供甲基，加强肝中肉碱的合成，使脂肪酸的运载增强，促进脂肪和肌细胞线粒体内脂肪酸的β-氧化，从而起到降低或重新分配体内脂肪的作用。有研究还表明：甜菜碱还可以通过降低腹脂或皮下脂肪生成酶的活力，提高脂肪分解酶的活性来促进脂肪分解代谢，抑制脂肪的合成代谢。
2.4甜菜碱对维生素的保护作用
饲料中，氯化胆碱吸水大，酸性强，往往会破坏维生素。而甜菜碱为两性化合物，在水溶液中呈中性，具有很强的抗氧化性能，在饲料的加工与贮存过程中对维生素有保护作用。#p#分页标题#e#
2.5调节渗透压
甜菜碱对渗透压的激变具有缓冲作用．维持细胞渗透压平衡。当组织渗透压发生变化时，甜菜碱能被细胞吸收，防止细胞水分流失及盐类的进入，提高细胞Na-K泵功能，维持组织细胞正常渗透压，以调节细胞渗透压的平衡。从而提高生物体细胞对干旱、高温、高盐和高渗环境下的耐受力，具有稳定酶活性和生物大分子功能的作用。
2.6甜菜碱促生长调控轴激素的分泌
有研究推测，甜菜碱促血清中GH的分泌可能是因为：l）盐酸甜菜碱可以增加血清中精氨酸、蛋氨酸和甘氨酸等的量及血清中氨基酸总量，而血清中这几种氨基酸的增加，均作用于腹内侧核，与该区域受体集合，从而刺激生长激素的分泌。2）国外最新研究发现，天冬氨酸是一种重要的中枢神经递质，其甲基化产物N-甲基-天冬氨酸可以明显刺激垂体前叶分泌生长激素，从而促进猪的生长，改善胴体品质。而甜菜碱是否直接或间接有此效应，还有待于进一步研究证实。
3甜菜碱对机体的影响
3.1甜菜碱对猪生长性能的影响
生长期是猪沉积蛋白质和器官发育的重要阶段，此时猪可以充分而高效利用甜菜碱中的活性甲基，节约蛋氨酸和胆碱，以保证蛋白质和神经递质的合成，促进猪生长。Huang等证实，甜菜碱是通过加强生长激素的分泌来提高生长性能的。Diane Wray Cahen等试验发现，在猪的日粮中添加甜菜碱，可以提高猪的生长性能。许梓荣等研究结果表明：饲粮中添加甜菜碱显著提高了试验猪血清中GH和IGF-1水平，试验猪生长速度、饲料利用率及胴体瘦肉率亦均显著提高。郭建凤等研究表明：商品瘦肉猪日粮中添加甜菜碱对促进生长效果良好，3个高效活性甲基节约了蛋氨酸，保证蛋白质的合成，可显著提高生长速度和饲料报酬。尤以100kg日粮添加100g甜菜碱效果较好，日增质量提高7.44%，料重比降低7.47%。
3.2甜菜碱对猪胴体组成的影响
甜菜碱的添加效果与日粮营养水平、甜菜碱剂量和使用时间长短及试验猪的性别、生长阶段和饲养管理等都有关。近年来，国内外研究结果表明：甜菜碱可显著提高肥育猪的胴体瘦肉率，降低脂肪率和背膘厚。郭建凤等经试验屠宰测定结果显示，与对照组相比，日粮中添加甜菜碱可使眼肌面积增大9.56%，背膘厚降低17.56%，瘦肉率提高4.75%。Qi Chun Huang等，经过对48只55kg的肥育猪2d甜菜碱的试验，结果显示，饲喂甜菜碱的猪最长肌的肌间脂肪含量比对照组高23.6%（P<0.55）。Webel等的研究显示，甜菜碱能明显降低肥育猪背膘厚和胴体脂肪率。Matthews等试验发现，在低能量或低蛋白的肥育猪日粮中添加0.125%的甜菜碱可以显著提高日增质量、胴体长度和血清中总氮的质量浓度，而在基础日粮中添加0.125%甜菜碱差异不显著。Haydon等研究表明：在高赖氨酸能量比的饲粮中添加1000mg/kg甜菜碱能降低肥育猪的背膘厚，提高眼肌面积。Campbell等研究了甜菜碱与不同蛋氨酸水平对阉公猪背膘厚的影响，结果显示，与高蛋氨酸水平相比，低蛋氨酸水平有增加65-90kg阉公猪背膘厚的趋势，但在低水平的蛋氨酸饲粮中添加1250mg/kg甜菜碱则在降低阉公猪背膘厚方面能取得与高蛋氨酸水平饲粮的同样效果。Lawrence报道，甜菜碱对20-65kg生长猪胴体组成的影响上存在着性别差异，在降低背膘厚方面，阉公猪优于母猪；在提高眼肌面积和胴体瘦肉率方面，母猪优于阉公猪。
3.3甜菜碱对猪肉品质和风味的影响
肉的色、香和味是评定肉质的3个重要指标，猪肉的颜色主要取决于肌肉中肌红蛋白的含量，香味主要与肌肉中肌肉脂肪含量有关，鲜味来源于肌肉中鲜味物质，主要是肌酐酸，它是味精鲜度的50多倍。肌酸和肌酐酸是肉类食品风味的前体物质，提高肌肉中肌酸和肌酐酸含量，可改善肉的风味。甜菜碱通过增强肌肉中脂肪酸的β-氧化，促进了肌肉中腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）的生成，ATP分解供能后生成腺嘌呤核糖核苷酸（AMP），而肌肉中肌酐酸（IMP）是由AMP脱氨分解而来。从而间接促进了肌酐酸的生成，改善了猪肉的风味。郭建凤等在100kg猪日粮中添加100g和150g甜菜碱的试验中，得出结果与对照组比，肉色鲜红和肌内脂肪分布均匀丰富，肉色评分分别提高14.55%和27.27%，大理石纹评分分别提高9.09%和18.18%，肌内脂肪含量分别提高63.16%和21.05%，失水率分别降低32.98%和68.01%。Q C Huang等研究结果表明：饲粮中添加甜菜碱不仅是肥育猪血浆中GH和胰岛素样生长因子显著提高，而且使脂肪合成酶的活性降低，从而提高了瘦肉率并改善了胴体品质。边连全等经试验研究得出结论与其一致，且1500mg/kg甜菜碱和500mg/kg胆碱对胴体品质和肉品质添加效果最为理想。
3.4甜菜碱的其他作用
甜菜碱对渗透压激变具有缓冲作用，同时也能提高细胞膜Na-K泵的功能，从而很好的保持肠道上皮功能，保证抗球虫药的疗效，但研究此方面进展的并不多。甜菜碱不仅作为甜味剂，同时也是水产动物诱食剂的主要成分，而且对于水产动物的增质量和提高饲料转化率等方面也有显著的作用。刘瑞生等试验表明：甜菜碱可以作为鱼的诱食剂，效果显著。在鱼饲料中添加甜菜碱可以提高鱼的成活率。#p#分页标题#e#
4甜菜碱的发展前景
随着对甜菜碱各种生理功能研究的深入，研究人员发现，甜菜碱具有良好的理化性状、较好的稳定性及抗氧化能力，在饲料中的效用能保持较长时间。甜菜碱作为甲基供体，在动物的生长发育过程中，具有重要的生理调节作用。在养殖业中应用可明显降低饲料成本，提高饲养的经济效益。因此，甜菜碱作为一种营养添加剂越来越受到人们的重视，其在养殖业中的应用显示出广阔的前景。
