L-茶氨酸及其在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域的研究進(jìn)展

彭思敏 林 謙 吳衛(wèi)國(guó)*

(1.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所，長(zhǎng)沙 410205)

近年來(lái)，由于集約化飼養(yǎng)模式的廣泛應(yīng)用，以及只注重生產(chǎn)潛力而忽視抗逆性能的現(xiàn)代畜禽育種方向，致使動(dòng)物在飼養(yǎng)過(guò)程中對(duì)各種應(yīng)激的抵抗性明顯降低。此外，為了預(yù)防疾病，提高畜禽的生長(zhǎng)速度與飼料轉(zhuǎn)化率，抗生素的濫用現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，其導(dǎo)致的耐藥性、藥物殘留等問(wèn)題日漸突出。目前，全球多地已禁用或限用抗生素作為飼料添加劑使用，取而代之的是具有生物活性功能、綠色安全的各種天然植物提取物。其中，茶葉內(nèi)的生物活性物質(zhì)備受矚目，如茶多酚、茶多糖和茶氨酸(theanine)等。

茶氨酸是日本學(xué)者酒戶(hù)彌二郎于1952年于茶葉中發(fā)現(xiàn)并分離出的一種非蛋白質(zhì)氨基酸，化學(xué)名為N-乙基-γ-谷氨酰胺，分子式為CH3CH2NH-CO(CH2)2-CH(NH2)-COOH[1]。茶氨酸有D型和L型之分，但因不同構(gòu)型在機(jī)體內(nèi)代謝動(dòng)力學(xué)的不同而使D-茶氨酸的生物活性很低，L-茶氨酸的生物活性則高很多[2]。而自L-茶氨酸被分離鑒定以來(lái)，國(guó)際上對(duì)其在醫(yī)藥、保健領(lǐng)域的應(yīng)用研究層出不窮，其在保護(hù)神經(jīng)、抗腫瘤、抗疲勞和降血壓等方面的功效均已被證實(shí)[3]，但在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用研究還很少，本文則從L-茶氨酸的藥代動(dòng)力學(xué)特性、來(lái)源及其在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域的研究應(yīng)用進(jìn)展作一綜述，以期為L(zhǎng)-茶氨酸在飼料工業(yè)中的精準(zhǔn)運(yùn)用提供理論支持。

1 L-茶氨酸的藥代動(dòng)力學(xué)特性

L-茶氨酸的結(jié)構(gòu)(如圖1所示)與谷氨酰胺類(lèi)似[4]，對(duì)其在動(dòng)物體內(nèi)的吸收與代謝途徑的研究表明：L-茶氨酸通過(guò)動(dòng)物腸道刷狀緣黏膜的鈉離子偶聯(lián)協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白吸收，并通過(guò)血液循環(huán)進(jìn)入機(jī)體各組織器官[5-6]；大鼠經(jīng)口灌胃L-茶氨酸后1 h，血清和肝臟中L-茶氨酸的濃度急劇增加達(dá)到峰值，同時(shí)L-茶氨酸透過(guò)血腦屏障，于5 h后在腦組織中達(dá)到濃度峰值，而在24 h后L-茶氨酸在這些組織中完全消失[7]；L-茶氨酸經(jīng)動(dòng)物機(jī)體吸收后一部分主要在腎臟經(jīng)酶促水解反應(yīng)生成谷氨酸和乙胺，另一部分未被水解的L-茶氨酸同乙胺等一起隨尿液排出體外[8-9]。

圖1 L-茶氨酸結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic representation of L-theanine[4]

2 L-茶氨酸的來(lái)源與制備途徑

目前，根據(jù)L-茶氨酸的來(lái)源，可將L-茶氨酸制備方法分為以下幾類(lèi)：茶葉或組培組織直接提取法、化學(xué)合成法和微生物轉(zhuǎn)化法。

2.1 茶葉或組培組織直接提取法

L-茶氨酸在茶樹(shù)根部合成，在生長(zhǎng)期會(huì)迅速運(yùn)輸?shù)降厣喜糠值挠啄劢M織或茶葉中[10-11]。在新梢芽葉中，茶氨酸占總游離氨基酸的70%左右，占茶葉干重的1%～2%[12]。另外，在人工調(diào)控培養(yǎng)條件下，通過(guò)對(duì)茶樹(shù)細(xì)胞的離體培養(yǎng)或茶樹(shù)愈傷組織進(jìn)行培養(yǎng)，可實(shí)現(xiàn)茶氨酸在組織中的富集[13-14]。而從茶葉或組培組織中直接提取L-茶氨酸，能夠有效保障其原有的天然化學(xué)性質(zhì)和功能屬性，此方法也最有效、安全。目前常見(jiàn)的直接提取法有水浸提取法、沉淀法、離子交換樹(shù)脂法和膜分離法等。但是，由于水浸提取法和膜分離法獲得的L-茶氨酸純度不高，沉淀法獲得的L-茶氨酸產(chǎn)品中則易殘留重金屬離子和氯仿等有機(jī)溶劑，故而，利用L-茶氨酸作為兩性物質(zhì)的特性來(lái)提取其的離子交換樹(shù)脂法則更具優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景，且適用性廣[4,15-16]。如袁華等[17]在使用離子交換樹(shù)脂法從茶葉中提取茶氨酸時(shí)用pH為7.38的磷酸緩沖鹽作洗脫劑，得到產(chǎn)品純度為99.41%的L-茶氨酸。

2.2 化學(xué)合成法

化學(xué)合成L-茶氨酸的方法主要有以下3種：1)L-谷氨酸-乙胺合成法。Sokoto等[18]報(bào)道，將L-谷氨酸在高溫下脫水生成L-吡咯烷酮酸，之后于室溫下與乙胺反應(yīng)2周，產(chǎn)物用熱水和乙醇重結(jié)晶可得L-茶氨酸純品，其產(chǎn)率為35%左右。2)L-谷氨酸-γ-乙基酯合成法。王三永等[19]報(bào)道，將L-谷氨酸-γ-乙基酯溶于吡啶，再與氯化三苯甲烷反應(yīng)，所得混合物接著再與乙胺溶液反應(yīng)，隨后在乙酸溶液中回流得L-茶氨酸，產(chǎn)率為39%。3)γ-芐基谷氨酸鹽-苯甲烷氯化物合成法。有報(bào)道將γ-芐基谷氨酸鹽(溶于吡啶)與氯化三苯甲烷反應(yīng)，所得混合物再依次與乙胺、乙酸反應(yīng)，一定條件下減壓干燥后用熱水和乙醇重結(jié)晶可得茶氨酸純品，產(chǎn)率約為33.9%[20]。雖然化學(xué)合成法成本較低，簡(jiǎn)單且易規(guī)?；?、工業(yè)化生產(chǎn)，但同時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物也較多，含有D-茶氨酸或其他一些毒性物質(zhì)，故該法還有待進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化及安全性評(píng)估[3]。

2.3 微生物轉(zhuǎn)化法

微生物轉(zhuǎn)化法主要是通過(guò)微生物產(chǎn)生的谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase，GS，EC 6.3.1.2)、谷氨酰胺酶(glutaminase，EC 3.5.1.2)、γ-谷氨?；D(zhuǎn)肽酶(γ-glutamyl transpeptidase，GGT，EC 2.3.2.2)或谷氨酰甲胺合成酶(glutamylmethylamide synthetase，GMAS，EC 6.3.4.12)在乙胺的參與下催化合成L-茶氨酸[21]。如圖2所示，根據(jù)底物與反應(yīng)的性質(zhì)，可將上述4種酶催化的酶促反應(yīng)分為2類(lèi)：1)以谷氨酰胺為底物，基于谷氨酰轉(zhuǎn)移反應(yīng)的酶——谷氨酰胺酶和GGT；2)以谷氨酸為底物，需ATP參與供能的酶——GS和GMAS[3,22-25]。由于微生物轉(zhuǎn)化法制備的茶氨酸均為L(zhǎng)-茶氨酸，且副產(chǎn)物少，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品安全性高，被認(rèn)為是目前食藥用茶氨酸最有前景的生產(chǎn)方法[26]。

L-theanine：L-茶氨酸；L-glutamine：L-谷氨酰胺；Glutaminase：谷氨酰胺酶；L-glutamic acid：L-谷氨酸；GS：谷氨酰胺合成酶 glutamine synthetase；ATP：三磷酸腺苷adenosine triphosphate；Ethylamine：乙胺；L-glutamic acid γ-methyl ester：L-谷氨酸-γ-甲酯；GGT：γ-谷氨?；D(zhuǎn)肽酶 γ-glutamyl transpeptidase；GMAS：谷氨酰甲胺合成酶 glutamylmethylamide synthetase。
圖2微生物轉(zhuǎn)化法制備L-茶氨酸示意圖
Fig.2 Schematic overview ofL-theanine prepared by microbial transformation method[3]

3 L-茶氨酸在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域的研究進(jìn)展

因L-茶氨酸具有改善食品風(fēng)味、保護(hù)神經(jīng)、提高學(xué)習(xí)與記憶能力、抗腫瘤、抗疲勞、抗氧化、提高機(jī)體免疫力和降血壓等功效[27]，故多用于食品及醫(yī)藥保健領(lǐng)域。當(dāng)前，其在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用研究甚少，但基于L-茶氨酸上述諸多的生物學(xué)活性，其在飼料行業(yè)及養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中可預(yù)見(jiàn)將有巨大的應(yīng)用潛力，以下僅從抗應(yīng)激、改善飼料適口性等方面闡述L-茶氨酸在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域的研究進(jìn)展及可能應(yīng)用方向。

3.1 改善飼料風(fēng)味及適口性

茶氨酸是茶葉鮮爽味的主要成分，且可緩和咖啡堿的苦味和茶多酚的苦澀味，與茶葉的口味品質(zhì)呈正相關(guān)[10,27]。又由于茶氨酸易溶于水，且具有良好的安全性、穩(wěn)定性以及無(wú)毒副作用等優(yōu)點(diǎn)，使得其目前在食品添加劑領(lǐng)域廣受青睞，已廣泛應(yīng)用于糕點(diǎn)、糖果、飲料、口香糖等幾乎所有食品中，用于抑制苦味及改善食品風(fēng)味[10]。有鑒于此，茶氨酸亦具有作為飼料添加劑來(lái)改善飼料風(fēng)味及適口性，改變動(dòng)物采食行為，進(jìn)而提高畜禽生長(zhǎng)性能的潛能。李寧[28]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加1 000 mg/kgL-茶氨酸能夠顯著提高肥育豬的日采食量和日增重，同時(shí)增加育肥豬的日采食時(shí)間和采食速率，起到縮短到達(dá)肥育目標(biāo)時(shí)間的作用。童海鷗等[29]則以大鼠為模型進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)L-茶氨酸能夠促進(jìn)大鼠對(duì)飼糧的采食及對(duì)氨基酸的吸收，進(jìn)而調(diào)節(jié)大鼠的生長(zhǎng)發(fā)育。

3.2 抗應(yīng)激

應(yīng)激根據(jù)應(yīng)激原不同分為熱應(yīng)激、冷應(yīng)激、斷奶應(yīng)激、抓捕應(yīng)激、噪聲應(yīng)激等，而應(yīng)激反應(yīng)通?？稍斐蓹C(jī)體的免疫系統(tǒng)失調(diào)或氧化-抗氧化平衡狀態(tài)失衡[30]。近年來(lái)有關(guān)L-茶氨酸調(diào)控動(dòng)物應(yīng)激機(jī)能的研究隨著對(duì)谷氨酰胺抗應(yīng)激研究的深入而備受關(guān)注。谷氨酰胺在動(dòng)物機(jī)體中不僅具有供能及營(yíng)養(yǎng)功效[31-34]，近來(lái)研究顯示其還能提高機(jī)體免疫能力和抗氧化能力，進(jìn)而起到抗應(yīng)激的效果。有研究報(bào)道，當(dāng)體內(nèi)谷氨酰胺水平較低時(shí)，淋巴細(xì)胞增殖受限，而當(dāng)谷氨酰胺水平回升到正常水平時(shí)，淋巴細(xì)胞的增殖明顯增加，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺能為淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞提供呼吸底物及合成核苷酸的前體[35-37]；同時(shí)，谷氨酰胺還能影響機(jī)體細(xì)胞因子水平，調(diào)節(jié)免疫，如Yassad等[38]以脂多糖誘發(fā)小鼠腹膜炎，給予谷氨酰胺后可增加白介素-1β(IL-1β)及白介素-6(IL-6)的合成。而對(duì)于谷氨酰胺的抗氧化作用一般認(rèn)為其是通過(guò)參與還原型谷胱甘肽的合成來(lái)實(shí)現(xiàn)的[39]。

由于L-茶氨酸的結(jié)構(gòu)與谷氨酰胺類(lèi)似，具有保護(hù)神經(jīng)、鎮(zhèn)靜安神的作用[40]，因此可以推測(cè)L-茶氨酸可能也有如谷氨酰胺一樣的抗應(yīng)激功效。汪麗偉等[41]采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究L-茶氨酸在熱應(yīng)激條件下對(duì)蛋用仔公雞生長(zhǎng)性能及抗氧化能力的影響，結(jié)果表明，隨著L-茶氨酸添加量的增加，蛋用仔公雞的生長(zhǎng)性能有提高趨勢(shì)，同時(shí)蛋用仔公雞小腸、肝臟、胸肌、腿肌中過(guò)氧化氫酶活性顯著提高，且各組織器官中丙二醛含量有不同程度降低；劉通[42]通過(guò)對(duì)斷奶仔豬一次性腹腔注射10 mg/kg BW劑量的敵草快溶液成功誘導(dǎo)斷奶仔豬機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激，其后發(fā)現(xiàn)于氧化應(yīng)激斷奶仔豬飼糧添加1 000 mg/kg的L-茶氨酸可改善斷奶仔豬因氧化應(yīng)激而造成的生長(zhǎng)性能下降的態(tài)勢(shì)；而揭紅東等[43]則通過(guò)建立過(guò)氧化氫誘導(dǎo)的山羊瘤胃上皮傳代細(xì)胞氧化應(yīng)激模型發(fā)現(xiàn)L-茶氨酸對(duì)上述氧化應(yīng)激模型引起的山羊瘤胃上皮傳代細(xì)胞凋亡具有一定的保護(hù)作用，這也與Li等[44]在L02細(xì)胞上獲得的試驗(yàn)結(jié)果相一致。

3.3 作為畜禽免疫調(diào)節(jié)劑

當(dāng)前研究多認(rèn)為L(zhǎng)-茶氨酸這類(lèi)烷基氨類(lèi)物質(zhì)能夠激活機(jī)體非特異性免疫系統(tǒng)，促進(jìn)免疫系統(tǒng)γδT細(xì)胞的增殖和γ-干擾素的分泌[45-47]。而γδT細(xì)胞是能夠通過(guò)T細(xì)胞抗原識(shí)別受體來(lái)直接識(shí)別細(xì)菌、病毒、真菌和寄生蟲(chóng)等抗原成分進(jìn)而參與機(jī)體免疫調(diào)節(jié)的一類(lèi)T淋巴細(xì)胞亞群[48-49]。另外，機(jī)體免疫系統(tǒng)除了非特異性免疫系統(tǒng)外，還包括特異性免疫系統(tǒng)，兩者相輔相成，既保證機(jī)體健康，又防止過(guò)度或不當(dāng)?shù)哪繕?biāo)炎癥反應(yīng)。而亦有報(bào)道指出茶氨酸對(duì)動(dòng)物機(jī)體的特異性免疫功能具有改善效應(yīng)[50]。表1總結(jié)了近年來(lái)L-茶氨酸對(duì)動(dòng)物機(jī)體免疫性能影響的相關(guān)研究報(bào)道，以期為L(zhǎng)-茶氨酸作為畜禽免疫調(diào)節(jié)劑開(kāi)發(fā)運(yùn)用提供參考。

3.4 改善胴體品質(zhì)

一方面，現(xiàn)代部分畜禽育種體系仍以追求高的動(dòng)物生長(zhǎng)速度與飼料轉(zhuǎn)化效率為目標(biāo)，這勢(shì)必導(dǎo)致畜禽體脂過(guò)度沉積以及肉品質(zhì)的下降[60]。而另一方面，近年來(lái)高品質(zhì)畜禽產(chǎn)品的需求與消費(fèi)量逐步攀升，這就要求養(yǎng)殖行業(yè)能持續(xù)為消費(fèi)者生產(chǎn)和供應(yīng)健康、安全、美味的高品質(zhì)動(dòng)物產(chǎn)品[61-62]。已有研究顯示L-茶氨酸具有降脂減肥的功效，如Zheng等[63]用濃度分別為0.01%、0.02%、0.04%、0.08%和0.16%的茶氨酸飼糧飼喂雌鼠16周，發(fā)現(xiàn)濃度為0.04%的茶氨酸飼糧能減少體脂沉積，降低血清甘油三酯、未脂化脂肪酸及肝臟中脂肪含量；濃度為0.04%的茶氨酸飼糧組小鼠的體重明顯下降，腹脂量?jī)H為對(duì)照組小鼠的58%，血液中脂肪及膽固醇含量亦較對(duì)照組有大幅降低。Saeed等[59]將L-茶氨酸運(yùn)用于肉雞上的試驗(yàn)也得到了類(lèi)似的結(jié)果，同時(shí)還證明L-茶氨酸有改善肉雞肉品質(zhì)(肉色)的作用。有鑒于此，L-茶氨酸具有作為飼料添加劑來(lái)影響動(dòng)物脂肪代謝，減少畜禽體脂沉積，進(jìn)而改善胴體品質(zhì)等的潛能。

表1 L-茶氨酸對(duì)動(dòng)物機(jī)體免疫性能的影響Table 1 Effects of L-theanine on immune property of animal

4 小 結(jié)

綜上所述，L-茶氨酸具有改善飼料風(fēng)味及適口性、抗應(yīng)激、改善畜禽胴體品質(zhì)及作為畜禽免疫調(diào)節(jié)劑開(kāi)發(fā)的潛能。但目前L-茶氨酸在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究報(bào)道還相當(dāng)有限，下一步應(yīng)繼續(xù)研究L-茶氨酸在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果及具體作用的分子機(jī)制。此外，大量獲得有效且成本較低的L-茶氨酸產(chǎn)品是決定其能否在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。