甜菜堿的安全性及對生態環境的影響

wlei908 · 發表于 2010-9-1 08:16:42

　　甜菜堿的安全性及對生態環境的影響
　　甜菜堿是一種廣泛存在于動物、微生物、植物體內的代謝產物。甜菜堿(甘氨酸甜菜堿、三甲基甘氨酸)是一種季銨鹽，在甘氨酸的氮原子上連接3個甲基而成。甜菜堿容易吸潮，能從空氣中吸收水分。目前甜菜堿的來源有兩種一種是從甜菜制糖后的糖蜜中提取，一種是以氯乙酸和三甲胺為原料化工合成。由于后者生產成本較低，并可以規?；a因此得到了廣泛應用。甜菜堿廣泛存在于生物體內，也存在于人體內，在一些植物、微生物以及海洋無脊椎動物的體內大量存在。甜菜中甜菜堿的含量大約在1.9g/kg[1]，人類大量食用的一些甲殼類動物的新鮮肌肉內甜菜堿的含量可達1-9g/kg，而一些軟體類動物的體內甜菜堿的含量可達6-14g/kg【2】。飼喂大馬哈魚添加了1.5%甜菜堿的試驗日糧1-2個月，肌肉中甜菜堿的含量為0.7-0.9g/kg,而對照組甜菜堿含量為0.12-0.28g/kg【3】。
　　甜菜堿在體內的代謝我們已經很清楚了。在眾多的生化反應過程中甜菜堿作為甲基供體提供活性甲基，如高半胱氨酸轉變為蛋氨酸的過程。甜菜堿廣泛分布于不同的組織和細胞內，而腎髓質內的含量最高，在那里甜菜堿起到調節滲透壓的作用。在甲基化反應過程中，甜菜堿提供一個甲基轉化為二甲基甘氨酸，然后進一步代謝轉化為肌氨酸和甘氨酸。甜菜堿主要是從小腸被吸收進體內的，表觀吸收率接近100%【5】。
　　甜菜堿的應用現狀：
　　甜菜堿在豬、禽、反芻和魚類的飼料中已得到了廣泛應用，一般的添加量為0.2-15kg/噸飼料。在飼料中甜菜堿作為高效的甲基供體具有節約部分膽堿和蛋氨酸的作用，從而降低飼料成本。甜菜堿另一個重要的作用是作為滲透壓調節劑緩解腸道遭受的各種應激。甜菜堿還可以增強酶和生物膜對溫度和離子的耐受力，從而穩定了某些大分子的生物功能。在魚類飼料中添加甜菜堿緩解淡、海水轉換應激的做法已被廣泛應用，長期的試驗研究未發現有不良影響。
　　很多國家和地區也將甜菜堿大量應用于人類食品中，比如日本。甜菜堿還可應用于藥劑中，比如用于治療人的高半胱氨酸尿癥和預防脂肪肝等，長期應用均未有不良反應【15】。食品中添加甜菜堿在日本、韓國均獲得了許可，甜菜堿作為健康添加食品在美國也獲得了FDA的批準。
　　甜菜堿在全球范圍內被廣泛應用于化妝品中，如護發、護膚產品。
　　甜菜堿還在發酵行業中大量應用，提高了發酵產品的產率，如維生素、抗生素、氨基酸等。這是因為甜菜堿能夠保護微生物免受滲透壓激變的影響提高了微生物的成活率，而且甜菜堿與很多催化酶具有很好的兼容性。
　　甜菜堿的安全性：
　　大鼠口服無水甜菜堿的半數致死量，LD50為11.179±0.725g/kgBW，因此是屬于無急性毒性作用的物質【6】。
　　細菌的反向突變試驗(對鼠傷寒沙門氏菌進行艾姆斯氏試驗)證明一水甜菜堿無致突變作用【7】。
　　家鼠骨髓微核試驗結果顯示，口服2g/kg體重的一水甜菜堿不會引起家鼠骨髓微核數的增加【8】。
　　對人的淋巴細胞分裂中期相分析發現，一水甜菜堿不是淋巴細胞的斷裂劑【9】。對豚鼠的敏感試驗顯示，一水甜菜堿不是豚鼠的敏化劑，甜菜堿屬于非致敏性物質，引起豚鼠的過敏率為零【10】。用10%的一水甜菜堿水溶液(w/v)進行急性眼睛刺激試驗顯示，沒有引起任何眼睛刺激，可以認定在此濃度下不是刺激性物質【11】。
　　皮膚刺激性試驗顯示，在濃度為5.15%-10.3%的十二烷基醚硫酸鈉溶液中加入超過3.5%的一水甜菜堿時可以非常顯著的降低刺激性。作用效果與甜菜堿之間存在劑量依賴性。另外，50%(w/v)的一水甜菜堿水溶液產生的刺激性看起來還要低于去離子水【12】。
　　含有一水甜菜堿的化妝品和含有安慰劑的化妝品對皮膚保水率的試驗顯示，在皮膚上使用含有甜菜堿的化妝品可以顯著的增加皮膚的保水率，減少水分流失【13】。
　　一水甜菜堿對所選擇的9種微生物的最低抑制濃度為10%以上(w/v)。在濃度低于10%的情況下一水甜菜堿不會對微生物的生長造成影響。
　　甜菜堿鹽酸鹽對小鼠雌、雄性經口LD50值為5.84g/kg，對雌性大鼠經口LD50值為6.81g/kg,對雄性大鼠經口LD50值為5.84 g/kg, 根據急性毒性分級標準，甜菜堿鹽酸鹽為實際無毒類物質【16】。
　　甜菜堿的生物降解性
　　自然界中甜菜堿廣泛存在于動物、植物、微生物的體內。生物體在新陳代謝時或者死亡后，甜菜堿被釋放到自然環境中，做為微生物生長所需要的基質而被利用。不論是厭氧的還是需氧的微生物都普遍具有降解甜菜堿的能力。實驗室結果顯示，在土壤中微生物的作用下甜菜堿在砂質粘土中2周內就可以完全被降解。經計算分析得知工業級無水甜菜堿(含量97%以上)的生物需氧量為1000mgO2/g甜菜堿;化學需氧量(COD)略高，為1300mg O/g甜菜堿;采用重鉻酸鉀(K2Cr2O7)作為氧化劑測定出的化學耗氧量(CODCr)為70-100mg O/g甜菜堿。
　　甜菜堿具有很高的水溶性，大約為160g/100g水，因此認為甜菜堿很容易被生物降解。
　　甜菜堿在水環境中的情況：
　　甜菜堿在很多海洋無脊椎動物體內大量存在，這些無脊椎動物被魚類捕食，成為魚類體內甜菜堿的重要來源。大馬哈魚的商業飼料中添加甜菜堿2-15g/kg，可以提高飼料的誘食性，促進生長并提高飼料轉化率。假設每天的投餌量為體重的1%-8%，飼料中甜菜堿的含量為2-15g/kg，那么魚類每天通過餌料攝入的甜菜堿為20-1200mg/kg體重，經過很多長期的實驗研究并未發現不利影響。
　　飼喂含甜菜堿15g/kg的日糧與對照組日糧1-2個月，幼齡大馬哈魚肌肉中甜菜堿含量分別為0.12-0.28g/kg和0.7-0.9g/kg【3】。對比發現，人類經常食用的甲殼類動物的肌肉中甜菜堿的含量為1-9g/kg，而軟體動物的含量為6-14g/kg【2】。
　　綜上所述，甜菜堿對人類、動物以及生態環境是無害的，因此認為通過檢測甜菜堿對水生動物的毒性來評估甜菜堿對環境的影響是沒有必要的。
　　Literature
　　(1) Beiss, U., 1994. Betaine in sugar beets. Zuckerindustrie, 119 (2):112 - 117.
　　(2) Meyers, S., 1987. Aquaculture feeds and chemoattractants. Infofish Marketing Digest,No 1/87.
　　(3) Virtanen, E., Junnila, M. and Soivio, A., 1989. Effects of food containing betaine/ amino acid additive on the osmotic adaptation of young Atlantic salmon, Salmo salar L.Aquaculture, 83: 109 - 122.
　　(4) Review of Physiological Chemistry ed. Harper, H.A., Rodwell, V.W. and Mayes, P.A.)Chapter 13. Water-Soluble Vitamins, Lange Medical Publications, 1979.
　　(5) Weigand, E. and Kirchgessner, M., 1981. Betain- und Glutaminssäureanteile an der Stickstoffverdauung und -bilanz bei Vinassefütterung an wachsende Schweine. Arch.Tiernährung, 31: 335 - 343.
　　(6) Life Science Research Ltd., 1990. Betaine anhydrous; Acute oral toxicity study in the rat, unpublished study report No: 90/CUT/001 made for Cultor Ltd. Finnsugar
　　Bioproducts.
　　(7) Toxicol Laboratories Ltd., 1989. Bacterial reverse mutation assay; betaine monohydrate,unpublished study report No: M/AMES/17027, made for Cultor Ltd. Finnsugar Bioproducts.
　　(8) Toxicol Laboratories Ltd., 1989. Mouse micronucleus test; betaine monohydrate,
　　unpublished study report No: M/MMN/17029, made for Cultor Ltd. Finnsugar
　　Bioproducts.
　　(9) Toxicol Laboratories Ltd., 1989. Metaphase analysis of human lymphocytes treated with betaine monohydrate, unpublished study report No: M/HL/17028, made for Cultor Ltd.Finnsugar Bioproducts.
　　(10) Toxicol Laboratories Ltd., 1989. Sensitisation test in the guinea pig; Magnusson and Kligman maximisation method; BETAFIN AP, unpublished study report No:
　　A/M/12407, made for Cultor Ltd. Finnsugar Bioproducts.
　　(11) Toxicol Laboratories Ltd., 1992. NATURAL EXTRACT AP (10% w/v in distilled water); acute eye irritation study, unpublished study report No: A/E/32701, made for Cultor Ltd. Finnsugar Bioproducts.
　　(12) Toxicol Laboratories Ltd., 1988. Human patch test for skin irritation to determine the effect of adding BETAFIN AP at various levels to solutions of Sodium Lauryl Eher Sulphate, unpublished study report No: V3-V10/8811, made for Cultor Ltd. Finnsugar Bioproducts.
　　(13) Toxicol Laboratories Ltd., 1989. Effect on transepidermal water loss of a cream
　　containing betaine, unpublished study report No: V1-V2/8903, made for Cultor Ltd.
　　Finnsugar Bioproducts.
　　(14) Toxicol Laboratories Ltd., 1988. Minimal inhibitory concentration (MIC), unpublished study report No: B/MISC/12481, made for Cultor Ltd. Finnsugar Bioproducts.
　　(15) Wilcken, D.E.L., Wilcken, B., Dudman, N.B.P. and Tyrrell, P.A.. 1983. Homocystinuria- The effects of betaine in the treatment of patients not responsive to pyridoxine. N.Engl. J. Med. 309: 448-453.
　　(16)汪以真，王友明，傅劍云。鹽酸甜菜堿安全性的初步評價[J].中國獸醫學報.2002，22(3)：309-310.