广州立达尔生物科技有限公司/宋 焕 陈小兵
摘 要 β-胡萝卜素作为一种类胡萝卜素，在动物营养和生理功能方面发挥着重要的作用。该文从β-胡萝卜素生理功能、制备方法、饲用价值等方面进行了总结。
关键词 β-胡萝卜素；生理功能；制备方法；饲用价值
1 β-胡萝卜素的生理功能
1.1 维生素A的前体
Moore(1929)通过试验发现β-胡萝卜素能在体内转化为维生素A，缺乏维生素A的大鼠补饲β-胡萝卜素后能显著提高体内维生素A水平，所以又称其为维生素A原。β-胡萝卜素作为维生素A的前体，具有抗氧化、影响繁殖和甲状腺功能等作用(Weiss，1998)。β-胡萝卜素可贮存于肝脏中，根据需要逐步转化为维生素A。这一个特征使β-胡萝卜素成为维生素A的一个安全来源，被联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)食品添加剂委员会批准为无毒有营养的食品添加剂，世界上已有50多个国家批准使用，并已列入我国国家标准(GB2760－86)。
1.2 抗氧化作用
β-胡萝卜素可以有效地预防DNA和脂蛋白的氧化损伤，维持细胞功能，延缓机体衰老。现已知1分子的β-胡萝卜素可抑制1 000个分子的活性氧。
1.3 增强机体免疫力
β-胡萝卜素能调节与免疫调节和炎症反应有关的脂质过氧化酶。Bendich指出，类胡萝卜素的作用有：①增加免疫系统中B细胞的活力，使机体能抵抗外界入侵的病原体；②提高CD4细胞的能力(又称辅助T细胞)，能协助B细胞产生抗体，并提高其它免疫组分的活性；③增加嗜中性粒细胞的数量，包围细菌并分泌破坏细菌的酶；④增加自然杀伤细胞(NK)的数目，消除体内感染的细胞或癌细胞。
1.4 能促进动物生长，提高生产性能，提高牛、马、猪的繁殖能力，特别对雌性动物繁殖性能有明显的效果。
1.5 β-胡萝卜素呈天然的黄色或桔黄色，也是一种有效的着色剂，增强鲑鱼、虾的色泽，加深禽蛋的颜色。
2 影响胡萝卜素吸收的因素
2.1 脂肪和脂肪酸
胡萝卜素是脂溶性的，脂肪对胡萝卜素起运输作用。 研究发现，牛体脂肪中油酸含量与胡萝卜素的含量间存在正相关。在灌注液中添加游离脂肪酸极显著促进了胡萝卜素的吸收，而且油酸的促吸收作用最大。虽然许多不饱和脂肪酸对胡萝卜素的吸收也有促进作用，但比油酸弱，因为在肠黏膜细胞内存在一种脂肪酸结合蛋白，不饱和脂肪酸比胡萝卜素更易与脂肪酸结合蛋白结合，这种竞争性降低了胡萝卜素的吸收。
2.2 胆酸盐
胆汁乳化脂肪，使脂肪变成小的胶粒，易在小肠的液态环境中吸收，从而促进溶解在脂肪中的类胡萝卜素的吸收。当胡萝卜素溶于胶体溶液，在无胆汁存在时胡萝卜素既不能被吸收也不能发生断裂生成酯，说明胆汁不仅起肠腔助溶作用，而且参与了胡萝卜素的吸收、断裂和酯化的全过程，并且胆汁促进类胡萝卜素的吸收无种间特异性。胆汁中起作用的物质是结合性的胆酸和胆盐，促吸收的最佳浓度为0.04～0.008mol/L，浓度过高反而起抑制作用。
2.3 维生素A
已有研究表明，缺乏维生素A 会增加胡萝卜素的断裂。缺乏维生素A时，小肠上皮细胞吸收胡萝卜素下降。但尽管小肠黏膜细胞吸收胡萝卜素的能力下降，但总的胡萝卜素吸收量却上升，这可能与淋巴吸收有关，这表明维生素A 缺乏可导致胡萝卜素的净吸收增加。
2.4 其它因素
许多研究表明，碳氢类胡萝卜素与含氧类胡萝卜素如斑蝥黄、黄体素、西红柿红素之间存在着拮抗或协同作用。黄体素阻碍胡萝卜素的吸收，但并不影响胡萝卜素的断裂，当黄体素占优势时，这种阻碍作用非常显著，各种日粮纤维包括果胶，在日粮中高水平(5～20%)会影响人体对胡萝卜素的利用率，而且果胶的影响作用大于纤维素、琼脂及谷物糠麸；日粮中蛋白质水平也影响胡萝卜素的吸收，蛋白质水平的提高有利于胡萝卜素断裂为视黄醛，从而有利于维持胡萝卜素梯度扩散；日粮中粗蛋白质含量充足可提高胡萝卜素加双氧酶的活性。此外，日粮中类胡萝卜素及适宜的Fe2+，维生素E 和含- SH 基的物质如谷胱甘肽、硫醇等，均有利于该酶活性的正常发挥。
2.5 动物的生长阶段
在同种动物的不同生长阶段类胡萝卜素在其体内的分布是不同的。在生长初期，类胡萝卜素主要分布于肝脏、脂肪组织、血液、皮肤及羽毛中。随着性成熟，便逐渐转移到生殖器官如卵巢中。Katharina Schiedt(1985)报道，鸡在产蛋期间摄入体内的玉米黄质50%存在于卵巢中，25%存在于蛋黄中；鲑鱼在幼年期，类胡萝卜素主要存在于肌肉和皮肤，性成熟后便主要分布于卵巢中。动物在分娩前血浆的β-胡萝卜素水平会大幅度的下降。乳牛以产前21d的血浆β-胡萝卜素浓度为标准，产后10d可下降到50～70%，直至产后30d才基本恢复。这可能是因为胚胎在妊娠后期的快速生长有关。所以，在乳牛分娩前应补充一定量的β-胡萝卜素。Adams等(1981)报道，用孕激素处理猪，子宫内总维生素A量有所增加，当大鼠胚胎发育到第7d时，β-萝卜素-15,15’-加双氧酶mRNA的表达丰富，这说明类胡萝卜素向维生素A的转化过程开始启动。在第11d、13d、15d表达减少，这暗示该酶在原肠胚阶段有一定的生理意义。
2.6 季节因素
有报道显示，犊牛摄入β-胡萝卜素的量为春季25.8mg/d、夏季15.36mg/d，吸收率分别为99.2%、97.9%。尽管犊牛在春季摄入的β-胡萝卜素要高于夏季，但在春季β-胡萝卜素的吸收率却大于夏季。Deuel(1957)报道，绵羊肝脏中的维生素A水平在冬夏两季无明显差异而牛和猪肝脏中维生素A水平夏季要高于冬季。在对儿童的研究中发现，类胡萝卜素不足的情况下血清中β-和α-胡萝卜素与视黄醇浓度呈显著正相关，并且这种相关性冬天大于秋天。
2.7 性别因素
据张兴会(2001)报道，类胡萝卜素对皮肤的增色效果雄鸡优于雌鸡。这也提示性激素的分泌不仅受类胡萝卜素的影响。但具体的机制尚不清楚。
3 β-胡萝卜素制备方法
3.1 化学合成
化学合成法是指采用有机化工原料，通过化学合成反应，人工合成β-胡萝卜素的一种方法。根据近年来的研究报道，在合成品中的β-胡萝卜素全为全反式构型，而天然β-胡萝卜素除有全反式构型外，还含有不同程度的9-顺式和15-顺式构型，其中9-顺式β-胡萝卜素在胡萝卜的遗传毒性和抗遗传毒性中起着关键作用。化学合成法生产胡萝卜素技术复杂、难度大、活性低、毒性强，不能完全被人体吸收，并对人体产生一定程度的毒副作用，不少国家已限制使用。
3.2 天然产物提取法
从天然植物原料或者植物原料经加工处理后的下脚料中，采用有机溶剂(如石油醚、氯仿、丙酮、乙醚、乙醇等)萃取β-胡萝卜素的一种方法。
3.2.1 从胡萝卜中提取 胡萝卜中天然β-胡萝卜素含量约占鲜重的0.0036%[13]，是天然β-胡萝卜素的良好来源。魏国勤等研究了用石油醚等有机溶剂从胡萝卜中提取的天然β-胡萝卜素。美、日、英等国已研究培育出β-胡萝卜素含量比较高，且病虫害抗性强的胡萝卜新品种，为天然β－胡萝卜素的生产提供优质原料。
3.2.2 从枸杞色素中提取 枸杞色素是由类胡萝卜素和少量叶黄素及其他有色物质组成。每100g鲜枸杞子中β-胡萝卜素含量高达96.00mg。白寿宁研究了采用超临界CO2提取宁夏枸杞色素中的β-胡萝卜素，提取率可达51.5%，含量达64% 。
3.2.3 从马铃薯中提取 在马铃薯类胡萝卜素中β-胡萝卜素占主导地位，主要是全反式的，是提取天然β-胡萝卜素很好的自然资源。曾美霞等用超临界法提取马铃薯中天然β-胡萝卜素，类胡萝卜素提取率达80%，提取物中β-胡萝卜素含量高达94%，其中全反应式β-胡萝卜素占75%，13-顺式β-胡萝卜素占14%，9-顺式占11%。
3.2.4 从玉米中提取 张玉龙研究了从玉米淀粉生产的副产品蛋白粉中提取β-胡萝卜素，提取率达90%以上，β-胡萝卜素的含量在50%以上。
3.2.5 从盐生杜氏藻中提取 大面积养殖杜氏盐藻，通过溶剂萃取提取，是目前国外生产天然β-胡萝卜素的主要手段。美国、澳大利亚等国的数家公司均建有世界级的盐藻养殖厂以及盐藻提取装置。1990年代初，通过引进改造等手段，我国相继建成内蒙古吉兰泰盐场生物工程公司、天津兰泰生物工程公司等少数几家养殖盐藻生产天然β-胡萝卜素的企业。但是盐藻养殖受到外界环境条件的严格限制，使其规模均难于壮大，年生产能力均只有半吨左右，远远不能满足国内的市场需求。
研究表明，超临界萃取β-胡萝卜素可大大提高产率，同时具有速度快、无污染、工艺简单、萃取物色味纯正等优点。
3.3 生物发酵法
生物发酵法指利用微生物培养技术，通过微生物的培养，利用微生物在其体内合成β-胡萝卜素，将发酵液过滤得到的湿菌丝体进行细胞破壁，固液分离后用脱水剂脱水，然后用溶剂提取β-胡萝卜素，提取液经结晶、真空干燥后得到β-胡萝卜素晶体。发酵型β-胡萝卜素经美国北卡罗莱那州立大学提供的色谱分析结果表明，其中β-胡萝卜素占92% 以上，另外还有少量玉米黄质、角黄素、β-隐黄质，ξ-胡萝卜素等。发酵型β-胡萝卜素极易被生物体吸收，肝脏中优先积累，具有合成品所无法代替的生理作用。
微生物发酵法生产天然β-胡萝卜素因不受环境条件限制而受到重视。目前已发现能合成胡萝卜素的主要微生物主要有瑞士乳杆菌、球形红杆菌、短杆菌、分枝杆菌、粘红酵母、布拉克须霉、三孢布拉霉。其中三孢布拉霉(Blakesleatrispora)与其他菌种相比具有生物量大，单位菌体量β-胡萝卜素产量高等优点，是工业化生产天然β-胡萝卜素的理想微生物。从20世纪60年代起，国际科学家深入研究了该菌的培养条件、各种培养基成分对三孢布拉霉的生长、生物量及β-胡萝卜素产量的影响。
4 β-胡萝卜素在饲用价值
4.1 β-胡萝卜素在奶牛业中的应用
中国奶牛养殖业存在的最大问题就是优质牧草相对缺乏。在奶牛采食低粗料日粮、以玉米青贮和少量牧草为主的日粮、劣质粗料和处于围产期等情况下，β-胡萝卜素摄入不足，而围产期和泌乳早期奶牛经历分娩、泌乳、恢复发情等重要阶段，生理应激大，免疫水平下降，是疾病多发期。因此，在围产期和泌乳早期通过饲料补充β-胡萝卜素是保证奶牛获得高繁殖性能、维持高水平免疫活性的必要措施。
根据研究，奶牛的滤泡黄体细胞膜含大量的β-胡萝卜素，却不含维生素A，这表明β-胡萝卜素对繁殖活动具有特别功能，即在滤泡黄体合成孕激素中发挥生化作用，而滤泡黄体分泌的孕激素下降会增加流产和胎衣不下的发生率。日粮β-胡萝卜素缺乏能够导致发情不明显，推迟排卵、受精率降低、孕酮分泌不足、难以维持妊娠、胚胎重吸收、犊牛肺炎和腹泻等问题。荷斯坦奶牛产后直至怀孕期间，日粮中维生素A、维生素E和维生素D供应充足的情况下，每天补饲400mgβ-胡萝卜素可以提高血浆中β-胡萝卜素浓度，而且与对照组相比，黄体囊肿、子宫积脓和子宫内膜炎的发病率分别从21%、4%和13%下降到6%、0%和7%。
在干奶期或围产期奶牛日粮中添加作为维生素A的前体的β-胡萝卜素，能提高中性白细胞的吞噬能力，降低乳腺炎的发病率。据报道自产犊前直至产奶第8周每天额外补充300mg β-胡萝卜素或者120 000 IU维生素A，体细胞数分别降低67%和46%，补充β-胡萝卜素乳房炎发生率降低81%。
Aréchiga等(1998)在三个试验中，自产后15～30d开始每天补充400mgβ-胡萝卜素，试验结束时产奶天数分别为199d、136d和221d，平均产奶量增加2.9kg(28.7kg和31.6kg，试验1)，1.7 kg(31.0kg和32.7kg，试验2)和3.2 kg(34.0kg和37.2kg，试验3)。Rodrigues-Martinez等(2002)在三个试验中自产犊到产后60～90d给奶牛补充β-胡萝卜素400mg/头·d，显著提高了产后120d产奶量，增幅分别为10.1%、5.5%、9.4%。
在母牛预产期前10d到分娩后90d内，每天供给合成的β-胡萝卜素500mg，能使母牛的发情表现明显，受胎率提高。
5.2 β-胡萝卜素在中华鳖中的应用
杨新瑜等(1997)用制药厂生产的β-胡萝卜素，以0.4%添加在饲料中投喂89只均重128g的，经过73d的试验，结果表明，添加β-胡萝卜素的试验组成活率比对照组提高了15.8%，日增重提高了105.6%。
5.3 β-胡萝卜素在母猪中的应用
5.3.1 维生素A对维持母猪繁殖性能和胎儿发育有重要作用 维生素A能直接影响子宫内环境和胎体的发育，也可通过刺激卵巢分泌孕酮影响子宫内环境，孕酮可提高子宫内类视色素的水平，说明妊娠早期血清孕酮含量升高时，猪子宫内膜通过营养物质的能力提高。类视色素通过直接调节细胞变异、增殖和转录特定基因片段影响胚胎发育，也可通过调节卵巢分泌类固醇激素、免疫细胞的功能和干扰素量间接影响胚胎发育，都对维持妊娠和保胎有影响。所以类视色素可调节早期胚胎发育及胎盘和后期胎儿的发育。
母猪维生素A缺乏的典型症状包括产弱仔、死仔及畸型仔猪。母猪注射维生素A产生有益作用是可以肯定的。NRC提出母猪配种后日粮中维生素A的含量应为4000IU/kg，但现在已见到给妊娠母猪注射维生素A获得了较多的窝产仔数。由于维生素A只有当制成含有标准效力的稳定干粉才能使用，所以维生素A一般都以β-胡萝卜素的形式应用。有试验结果表明，在母猪饲料中添加维生素A的同时，给母猪注射β-胡萝卜素，母猪的繁殖成绩会更好。针对应用早期隔离断奶技术后母猪发情期推迟、排卵数减少、胚胎成活率下降等问题，肌注维生素A与胡萝卜素的效果是显著的，并且优于单独注射维生素A或在饲料中添加。Cottey和Britt(1999)的试验结果表明，在母猪断奶时、配种当天、配种后7d天时，给其注射200mgβ-胡萝卜素或5000IU维生素A棕榈酸酯，产活仔数显著增加，可提高18%。原因是增加饲料中的维生素A含量并不能增加其在血浆中的含量，因而不能产生同注射相同的效果。
5.3.2 β-胡萝卜素与猪的繁殖性能
与研究维生素A对繁殖性能的影响不同，对β-胡萝卜素的同类研究较少。offey等(1993) 给长白猪颈静脉注射0mg、50mg、100mg或200mgβ-胡萝卜素，研究β-胡萝卜素对母猪繁殖性能的影响。结果表明，剂量和胎次的相互作用对产活仔数(P＜0. 01)及仔猪死亡数(P＜0. 05)有影响。对经产母猪注射β-胡萝卜素，使产活仔数线性增加(P＜0. 05)，但对初产母猪影响不大。注射50mgβ-胡萝卜素的母猪的死仔数下降(P＜0. 01)，但当注射剂量增加，产死仔猪数没有进一步下降。
Herrick等(1993)在15个商品猪场共5000多头母猪中做了注射β-胡萝卜素的试验。处理组的母猪在断奶时先肌注5mL非离子乳化剂(含200mgβ-胡萝卜素)，配种时再注射5mL。注射过β-胡萝卜素的母猪受胎率提高12. 5%(由82. 3%增加到92. 6%)，产活仔数增加了12.3%(每窝增加1. 2头)。给母鼠注射β-胡萝卜素后胎儿生长率提高，死亡率降低。杂种母猪自配种开始至产后第三周仔猪断奶为止，每周注射228mgβ-胡萝卜素降低了胚胎死亡率。出生和断奶时每窝产仔数及体重均大于对照组。经产母猪在断奶时分别按0mg、50mg、100mg和200mg用量注射一次β-胡萝卜素，随着注射剂量的增加，窝产仔数也增加，试验组母猪产死仔率低。同样的处理对青年母猪没有处理效应。现在还不清楚的是，窝产仔数的增加是由于排卵率的提高还是胚胎死亡率降低引起的。因为子宫分泌物对胚胎成活及发育非常重要。这些分泌物属孕酮诱导产物。胚胎死亡率降低与子宫分泌物和卵巢孕酮分泌量改变有关。事实上，从配种后第一天开始，每隔一天给母猪注射16.4mgβ-胡萝卜素。在妊娠第15d，子宫特有蛋白质的含量高于对照组。同样，用胶原酶分离的猪黄体细胞经24h孵育，β-胡萝卜素能大幅度促进它的孕酮分泌量。同视黄醇和视黄酸相比，β-胡萝卜素的作用要大几倍。添加β-胡萝卜素能改善繁殖性能，但还不清楚β-胡萝卜素是直接调节某一繁殖过程还是仅仅作为维生素A原存在，还需进行更多的直接测定来研究β-胡萝卜素的作用，确定类胡萝卜素联接蛋白的位置。类胡萝卜素的作用机理，即β-胡萝卜素是一种抗氧化剂，能防止脂肪氧化，能阻止子宫及卵巢类固醇分泌细胞的氧化损伤。β-胡萝卜素具有氧化活性或作为维生素A的局部前体，改变了母猪子宫中维生素的代谢，因而β-胡萝卜素对母猪繁殖性能的影响能表现出独立的作用。
