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β-胡萝卜素的功能及特性

β-胡萝卜素的功能及特性,β-胡萝卜素是人类饮食和组织中含量最丰富的维生素A原类胡萝卜素。β-胡萝卜素及其代谢产物是组织代谢中的关键调节信号因子,在包括人类在内的哺乳动物中发挥了许多有益功能。尽管β-胡萝卜素被认为是维生素A的一种安全形式,但由于其高度受控的肠吸收机制,至少在特定情况下其有害作用是由于摄入量不当引起的。本文概述了β-胡萝卜素的结构特征,明确了其可能对动物健康产生的有益或有害影响,从而为不同动物的β-胡萝卜素可摄入的适宜剂量提供理论依据。

1 β-胡萝卜素的结构和特性

自然界中类胡萝卜素(carotenoids)种类繁多,根据其化学结构的不同可分为胡萝卜素叶黄素。胡萝卜素(如β-胡萝卜素、α-胡萝卜素和β-隐黄质)是分子的一端或两端为线性或具有环状烃的非氧化类胡萝卜素,叶黄素(如玉米黄质、内消旋玉米黄质、虾青素和角黄素)是胡萝卜素的氧化衍生物。在胡萝卜中发现了β-胡萝卜素,同时发现了其3种异构体(α、β、γ),其中β-胡萝卜素活性最强,且在自然界中普遍存在。

β-胡萝卜素和维生素A之间的联系是由VonEuler等确立,并进一步证明结晶胡萝卜素具有维生素A活性,进一步有研究表明β-胡萝卜素可在大鼠体内转化为维生素A。根据类胡萝卜素本身是否具有维生素A前体作用,将其分为维生素A原和非维生素A原。维生素A原及其在酶切和非酶裂解后的代谢物(类维生素A)能产生维生素A,β-胡萝卜素是自然界中含量最丰富的维生素A前体。β-胡萝卜素是含有40个碳原子、分子结构两端有15个共轭双键和2个β-紫罗兰酮环的短直链分子,这种结构特性使β-胡萝卜素本质上具有高疏水性和非极性。在动物体内,与非极性类胡萝卜素相比,极性类胡萝卜素似乎更容易被吸收。总的来说,类胡萝卜素都具有高度疏水性特性。

2 β-胡萝卜素对动物生产性能的影响

研究发现,奶牛饲粮中添加β-胡萝卜素可以提高牛奶品质和产量。热应激奶牛每天补充400mgβ-胡萝卜素牛奶产量增加了11%,补充300mgβ-胡萝卜素牛奶产量增加了6.4%,添加β-胡萝卜素对奶牛的产奶量和乳品质都有提高作用。在中国荷斯坦奶牛饲粮中添加β-胡萝卜素,结果发现在维生素A充足的情况下添加β-胡萝卜素对奶牛泌乳前期的产奶量、乳成分以及乳中体细胞数均无显著影响,但产后3个月产奶量有不同程度提高。在澳洲荷斯坦奶牛饲粮中添加90mg/dβ-胡萝卜素,结果发现,添加后第20天产奶量比对照组显著提高了11.03%,第40天产奶量比对照组显著提高了13.83%,添加β-胡萝卜素组的乳脂含量显著提高。给每头奶牛饲粮中每天添加900mgβ-胡萝卜素,结果发现奶牛产奶量提高幅度最大,并能在一定时期内维持较高的泌乳水平,乳脂、乳蛋白、乳中干物质含量都有显著提高。β-胡萝卜素的着色作用对肉牛的肉品质有影响。沉积于脂肪组织中的β-胡萝卜素易使体脂肪变黄而降低牛肉的等级,因此肉牛育肥后期应减少饲粮中β-胡萝卜素的用量。研究也表明饲喂低剂量维生素A和胡萝卜素有利于牛肉大理石花纹的形成。

3 β-胡萝卜素对动物免疫功能的影响

β-胡萝卜素可提高动物机体的体液免疫、细胞免疫和非特异性免疫功能,增强抗病力,饲粮中添加β-胡萝卜素可使血清溶菌酶活性增加。有研究发现β-胡萝卜素可刺激动物机体淋巴细胞的增殖,并增强细胞介导的体液免疫应答,对免疫反应起到了积极的影响。在中国荷斯坦奶牛饲粮中添加β-胡萝卜素,发现降低了产后前3个月胎衣不下、子宫炎和乳房炎的发病率。给禽类补充β-胡萝卜素能促进生长,提高机体免疫力。在小鼠饲粮中添加β-胡萝卜素,发现可缓解由环磷酰胺引起的免疫抑制作用,也可通过提高免疫抑制小鼠体内细胞因子和免疫球蛋白含量来增强小鼠的免疫功能。给日本黑牛喂食干胡萝卜,发现可提高β-胡萝卜素缺乏牛初乳中IgA和IgG浓度。产犊前最后1周血清视黄醇浓度增加到100ng/mL时,泌乳早期乳房炎发病率减少了60%,然而血清β-胡萝卜素浓度与胎衣不下或乳腺炎无关。大量的试验结果都证明添加β-胡萝卜素对动物免疫功能的发挥起积极作用。

4 β-胡萝卜素对动物繁殖性能的影响

饲粮β-胡萝卜素可能与繁殖性能有关,反刍动物卵巢尤其是黄体中β-胡萝卜素浓度较高。研究表明,缺乏β-胡萝卜素可能导致奶牛排卵延迟、黄体功能不全、卵巢囊肿的发病率增加。目前,国内外学者就调整奶牛饲粮营养以改善生育率进行了大量研究。奶牛饲粮中补充β-胡萝卜素对繁殖性能的益处可能与β-胡萝卜素转化为维生素A有关,特别是在子宫和卵巢中。血清β-胡萝卜素浓度与黄体细胞分泌孕激素有关,产后第一波期排卵的母牛,产前3周血清β-胡萝卜素平均浓度高于不排卵牛;围产前期添加β-胡萝卜素(500或2000mg/d),产后第一波期排卵牛数量显著增加。产后120d热应激牛补充400mgβ-胡萝卜素超过90d,妊娠率有所提高。美国和德国研究人员发现补充β-胡萝卜素可缩短初情日龄,提高怀孕率,促进子宫修复和排卵,降低卵巢囊肿发病率和早期胚胎死亡。β-胡萝卜素在繁殖上的重要作用在日本已被广泛研究,发现卵巢囊肿奶牛血清胡萝卜素浓度[(11±2)μg/dL]比健康牛显著降低[(33±4)μg/dL];血清β-胡萝卜素浓度与日本黑牛超数排卵的胚胎质量相关,当血清β-胡萝卜素浓度高于200μg/dL时,黄体和总可回收胚胎数量有增加趋势,并显著提高正常可移植胚胎的数量。给其他动物添加β-胡萝卜素也可以提高繁殖力,研究发现,补充维生素A(4000IU/kg)和β-胡萝卜素(100mg/kg)可增加小母猪肾上腺和黄体中β-胡萝卜素含量。β-胡萝卜素还可增强瘤胃功能,在体外条件下添加β-胡萝卜素,瘤胃细菌生长和纤维素消化能力显著提高。

5 小结

研究表明,β-胡萝卜素不仅以维生素A的前体物发挥作用,同时还作为抗氧化剂、抗癌剂等在机体中发挥作用,对动物的生产性能提高、繁殖性能增强、免疫功能提高都有不同程度的作用。同时关于动物β-胡萝卜素补充量的研究也逐年增多,但还不足以得出最佳的补充策略,仍需更多的研究来确定动物在不同生产阶段的β-胡萝卜素需要量。关于类胡萝卜素与维生素A之间的转化、转运、沉积和代谢也有了相对深入的研究,但对于β-胡萝卜素的抗氧化、抗癌等生物学作用还有待深入发掘。

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