【缬氨酸的功能及应用】[背景和概述] [1][2][3]

戈登在1856年首次在胰腺提取物中发现了缬氨酸，费希尔在1901年成功地从蛋白质水解物中分离出了缬氨酸。缬氨酸是一种具有五个碳原子的支链非极性-氨基酸，化学名称为-氨基-3-甲基丁酸，分子式为C5H11NO2，分子量为117.15。

【缬氨酸的功能及应用】缬氨酸为白色单斜晶或结晶性粉末，无味，有特殊苦味，熔点315，对热、光、空气稳定，溶于水，几乎不溶于无水乙醇和乙醚，难以与亮氨酸分离。缬氨酸是一种光学活性化合物，可分为左旋和右旋。化学合成的蛋氨酸是左旋的。

缬氨酸是构成蛋白质的20种氨基酸之一，是哺乳动物必需的氨基酸和原糖氨基酸。D-缬氨酸存在于一些放线菌素中，如缬氨酸。在动物体内，【缬氨酸的功能及应用】L型容易被肠壁吸收，其生理效应是D型的两倍。缬氨酸也是三种支链氨基酸之一，广泛用于人类营养添加剂、饲料添加剂、调味品、医药、农药和保健品。

缬氨酸在畜禽生产中的合理添加和利用还需要在以下几个方面进行进一步的研究和探讨：缬氨酸生产工艺的改进和协同作用。目前，缬氨酸已达到工业化生产，但由于生产技术的限制，缬氨酸的市场价格较高，这无形中增加了饲料生产成本；

(2)进一步研究缬氨酸的营养代谢和生理机制，为其合理利用提供科学的实验依据；探讨动物日粮中缬氨酸等营养素与激素的关系；(4)在家畜和家禽的每个生长阶段，饮食中缬氨酸的最合适的量和效果，以及在确定的缬氨酸水平下其他营养物的浓度或水平。

[吸收和代谢] [1]

缬氨酸进入动物体内，在小肠内被钠氨基酸载体复合物吸收，吸收部位主要在十二指肠和回肠。

【缬氨酸的功能及应用】小肠粘膜不发生代谢转化，而骨骼肌是骨骼肌代谢中支链氨基酸转氨作用的主要部位。食物中的缬氨酸被动物摄取、消化和吸收后，在支链氨基酸转氨酶的作用下，以三种支链氨基酸为底物产生相应的支链酮酸(BCKA)和谷氨酸(Glu)，Glu的氨基最终被用来合成氨基的载体——谷氨酰胺。

BCKA主要转运到肝脏进行代谢，经过氧化脱羧和一系列降解过程，最后通过甲基丙二酰辅酶a转化为琥珀酸辅酶a，进入三羧酸循环，可转化为草酰乙酸，因此缬氨酸是一种糖原氨基酸，主要在体内合成蛋白质，提供机体所需的能量，其产物谷氨酰胺和中间体丙氨酸可通过丙氨酸-葡萄糖循环进行糖异生，维持血糖浓度。

[生物功能和应用] [1]

1. 对蛋白质代谢的影响：支链氨基酸能促进蛋白质合成并抑制其分解。【缬氨酸的功能及应用】一些研究者认为支链氨基酸通过促进多肽链合成的启动来促进蛋白质合成。支链氨基酸对骨骼肌的蛋白质降解没有影响，但对骨骼肌外的蛋白质降解有抑制作用。

2. 
   

2.对能量代谢的影响：缬氨酸不仅用于体内合成蛋白质，也是饥饿、哺乳、运动和疾病等特殊生理时期的重要能量来源。特别是在应激时，支链氨基酸促进两种重要的糖异生氨基酸的利用，加速肝脏糖异生的能量转化，降低血清中丙氨酸和谷氨酸的浓度。此时，补充支链氨基酸可以节约肌糖原，使骨骼肌的能量来源持久，运动能力持久，疲劳时间延长

3.对动物生产性能的影响

1)对家禽生产性能的影响：作为动物必需的氨基酸之一，它是家禽生长和羽毛发育的必需氨基酸。研究表明，在基于小麦或大麦的肉鸡饮食中，

缬氨酸也是以玉米为基础的肉鸡日粮中的限制性氨基酸。

2)对猪生产性能的影响：研究表明，缬氨酸对哺乳母猪非常重要。提高饲料中的缬氨酸水平可以提高仔猪的产奶量和增重，特别是对断奶仔猪数超过10头的母猪。缬氨酸的需要量远远高于喂养标准推荐的水平，并与赖氨酸水平有关。【缬氨酸的功能及应用】当饲料中赖氨酸含量超过0.8%时，缬氨酸将成为哺乳母猪饲料中的第一限制性氨基酸。

3)对反刍动物生产性能的影响：缬氨酸是奶牛的重要营养物质，与生产性能密切相关。研究证实，缬氨酸在牛体内的生物学功能与在猪体内相似，具有氧化能量供应、调节氨基酸和蛋白质代谢、提高泌乳性能和增强免疫力的作用。

【缬氨酸的功能及应用】已经证明缬氨酸可以为牛乳腺组织提供能量，为非必需氨基酸的合成提供碳和-氨基氮。此外，据报道，当肉牛生长期代谢蛋白中缬氨酸含量为5.7%，异亮氨酸含量为5.6%，亮氨酸含量为6.9%时，可以满足肉牛的营养需求，获得最佳的经济效益。作为支链氨基酸。

4.对内分泌功能的影响：饮食中缬氨酸的含量也会影响动物的内分泌水平。研究表明，在哺乳母猪和哺乳大鼠的日粮中添加缬氨酸可以提高血浆中催乳素和生长激素的浓度。该研究还证实，在日粮中添加缬氨酸可显著提高母猪的血清催乳素浓度，并提高脱脂牛奶的胰岛素浓度和生长激素浓度。

5.神经功能的调节：缬氨酸在动物神经功能的调节中也起着重要作用。对小鼠的研究也发现，缬氨酸可能与神经活动密切相关。当缬氨酸不足时，大鼠中枢神经系统功能紊乱，共济失调导致肢体震颤，体内代谢过程中酮酸脱羧酶缺乏可能导致尿毒症，【缬氨酸的功能及应用】相应的酮酸从尿液中排除，常伴有惊厥等严重的脑症状。研究表明，静脉注射111的混合支链氨基酸可以增加小鼠对热刺激的耐受性，表明该混合支链氨基酸具有镇痛特性。

6.抗肿瘤作用：与正常组织细胞一样，肿瘤组织细胞需要大量特定的营养物质来满足快速生长的需求。支链氨基酸在肿瘤细胞的生长和分化中起着重要作用，缬氨酸的高摄入量是肿瘤氨基酸代谢的特征之一。肿瘤细胞的生长需要大量的缬氨酸。缬氨酸限制引起的相对缺乏会延迟结构蛋白和酶蛋白的合成，阻碍能量代谢，缺乏三磷酸腺苷，增加细胞膜的通透性，使抗癌药物更容易进入细胞，进一步干扰细胞代谢，阻碍核酸代谢，阻碍DNA合成。

[准备] [2]

支链氨基酸的生产方法主要有提取法、微生物发酵法、酶催化法和化学合成法，各有优缺点。

1.萃取法

提取方法是水解原料如动物血粉、蚕蛹和毛发，并从水解物中提取缬氨酸。然而，也存在一些缺点，如缬氨酸在总氨基酸中的含量低，难以分离不同构型的缬氨酸。虽然离子交换法可以将其分离，但对于大规模工业生产来说，必须提高离子交换树脂的系统分离效果和产品的分离效率，而且分离成本很高。因此，这种方法目前很少用于生产。

2.化学合成法

化学合成有两条合成路线。一种是以异丁醛为原料，与氨反应生成氨基异丁醇，再与氢氰酸合成氨基异丁腈，然后水解得到DL-缬氨酸，通过酶法或化学法进一步拆分得到光学活性缬氨酸。

其次，由甘氨酸制备缬氨酸，反应过程如下：

3.生物发酵法

该发酵方法基于微生物合成自身所需氨基酸的能力，通过对特定微生物的诱变处理，选择抗营养缺陷的突变菌株和氨基酸结构类似物，解除代谢调控中的反馈抑制和反馈抑制，从而达到过量积累左旋缬氨酸的目的。目前，L-缬氨酸生产菌株大多是通过对谷氨酸生产菌株黄短杆菌、谷氨酸棒杆菌和乳酸发酵短杆菌的诱变选育而成。微生物发酵法具有原料成本低、生产条件温和、发酵产量高、易于大规模生产等优点。得到的主要产物是左旋缬氨酸，它不需要光学分辨率。目前，世界各地的缬氨酸生产企业都采用这种方法。与国际生产企业相比，国内生产企业存在产酸量低、杂酸高、发酵周期长、提取手段落后、产品纯度低、生产过程污染严重等问题。如何有效解决存在的问题，对国内缬氨酸产业化和医药行业的发展具有重要意义。

[主要参考资料]

[1]替代蜡；邹晓婷。缬氨酸在畜禽生产中的应用。饲料和牲畜：新饲料，2012，12: 20-23。

[2]阎学光；胡友军；赖水斌。缬氨酸在畜禽和水产品生产中的研究进展。广州化工，2014，2014，2133029-32。

惠、何万玲。(2015年)。缬氨酸在畜禽生产中的应用研究进展。饲料和畜牧业：新饲料，(10)，59-64。