Betaiini on luonnossa esiintyvä yhdiste, jota esiintyy laajalti kasveissa ja eläimissä. Rehun lisäaineena sitä on saatavilla vedettömänä tai hydrokloridimuodossa. Sitä voidaan lisätä eläinten rehuun erilaisiin tarkoituksiin.
Ensinnäkin nämä tarkoitukset voivat liittyä betaiinin erittäin tehokkaaseen metyyliryhmien luovuttajakykyyn, jota esiintyy pääasiassa maksassa. Epästabiilien metyyliryhmien siirtymisen ansiosta erilaisten yhdisteiden, kuten metioniinin, karnitiinin ja kreatiinin, synteesi edistetään. Tällä tavoin betaiini vaikuttaa proteiini-, lipidi- ja energia-aineenvaihduntaan, mikä muuttaa hyödyllisesti ruhon koostumusta.
Toiseksi, betaiinin lisäämisen tarkoitus rehuun voi liittyä sen toimintaan suojaavana orgaanisena tunkeutuvana aineena. Tässä tehtävässä betaiini auttaa soluja koko kehossa ylläpitämään nestetasapainoa ja solujen toimintaa, erityisesti stressin aikana. Tunnettu esimerkki on betaiinin positiivinen vaikutus lämpöstressin alaisina oleviin eläimiin.
Sioilla on kuvattu betaiinilisän erilaisia ​​hyödyllisiä vaikutuksia. Tässä artikkelissa keskitytään betaiinin rooliin rehun lisäaineena vieroitettujen porsaiden suoliston terveydessä.
Useissa betaiinitutkimuksissa on raportoitu sen vaikutuksesta ravinteiden sulavuuteen sikojen sykkyräsuolessa eli koko ruoansulatuskanavassa. Toistuvat havainnot kuidun (raakakuidun tai neutraalin ja happaman pesuainekuidun) lisääntyneestä sulavuudesta sykkyräsuolessa osoittavat, että betaiini stimuloi jo ohutsuolessa olevien bakteerien käymistä, koska suolistosolut eivät tuota kuitua hajottavia entsyymejä. Kasvin kuituosa sisältää ravinteita, jotka voivat vapautua tämän mikrobikuidun hajoamisen aikana.
Siksi havaittiin myös parantunut kuiva-aineen ja raakatuhkan sulavuus. Koko ruoansulatuskanavan tasolla on raportoitu, että porsailla, joille on annettu 800 mg betaiinia/kg rehua, on parantunut raakaproteiinin (+6,4 %) ja kuiva-aineen (+4,2 %) sulavuus. Lisäksi eri tutkimus osoitti, että lisäämällä 1 250 mg betaiinia/kg rehua, raakaproteiinin (+3,7 %) ja eetteriuutteen (+6,7 %) näennäinen kokonaissulavuus parani.
Yksi mahdollinen syy havaitulle ravintoaineiden sulavuuden lisääntymiselle on betaiinin vaikutus entsyymituotantoon. Äskettäisessä in vivo -tutkimuksessa, jossa lisättiin betaiinia vieroitetuille porsaille, arvioitiin ruoansulatusentsyymien (amylaasi, maltaasi, lipaasi, trypsiini ja kymotrypsiini) aktiivisuutta kyymissä (kuva 1). Kaikki entsyymit paitsi maltaasin aktiivisuus lisääntyi, ja betaiinin vaikutus oli selvempi 2 500 mg betaiinia/kg rehua annoksella kuin 1 250 mg/kg. Aktiivisuuden lisääntyminen voi johtua entsyymituotannon lisääntymisestä tai entsyymin katalyyttisen tehokkuuden lisääntymisestä.
Kuva 1 - Porsaiden suoliston ruoansulatusentsyymien aktiivisuus, kun porsaille on annettu 0 mg/kg, 1 250 mg/kg tai 2 500 mg/kg betaiinia.
In vitro -kokeissa osoitettiin, että lisäämällä NaCl:a korkean osmoottisen paineen aikaansaamiseksi trypsiinin ja amylaasin aktiivisuus estyi. Erilaisten betaiinipitoisuuksien lisääminen tässä kokeessa palautti NaCl:n estävän vaikutuksen ja lisäsi entsyymiaktiivisuutta. Kuitenkin, kun NaCl:a ei lisätä puskuriliuokseen, betaiini ei vaikuta entsyymiaktiivisuuteen pienemmällä pitoisuudella, mutta sillä on estävä vaikutus suuremmalla pitoisuudella.
Pelkästään lisääntynyt sulavuus ei selitä raportoitua kasvutehon ja rehun muuntumisasteen paranemista sioilla, joille on annettu ravintobetainia. Betaiinin lisääminen sikojen ruokavalioon vähentää myös eläimen ylläpitoenergian tarvetta. Tämän havaitun vaikutuksen hypoteesi on, että kun betaiinia voidaan käyttää solunsisäisen osmoottisen paineen ylläpitämiseen, ionipumppujen tarve vähenee, mikä on energiaa vaativa prosessi. Rajoitetun energiansaannin tapauksessa betaiinin täydentämisen vaikutuksen odotetaan olevan voimakkaampi lisäämällä energiansaantia kasvuun eikä ylläpitoon.
Suolen seinämää verhoavien epiteelisolujen on selviydyttävä ravinteiden sulatuksen aikana suolen lumenin sisällön luomista erittäin vaihtelevista osmoottisista olosuhteista. Samaan aikaan näiden suolistosolujen on kontrolloitava veden ja erilaisten ravinteiden vaihtoa suolen lumenin ja plasman välillä. Solujen suojaamiseksi näiltä haastavilta olosuhteilta betaiini on tärkeä orgaaninen penetraatioaine. Kun tarkastellaan betaiinin pitoisuutta eri kudoksissa, suolistokudosten betaiinipitoisuus on melko korkea. Lisäksi on havaittu, että näihin tasoihin vaikuttaa ravinnon betaiinipitoisuus. Tasapainoisilla soluilla on parempi lisääntyminen ja paremmat palautumiskyvyt. Siksi tutkijat havaitsivat, että porsaiden betaiinipitoisuuden nostaminen lisää pohjukaissuolen nukkalisäkkeiden korkeutta ja sykkyräsuolen kryptojen syvyyttä, ja nukkalisäkkeet ovat tasaisempia.
Toisessa tutkimuksessa havaittiin suolinukan korkeuden kasvua pohjukaissuolessa, tyhjäsuolessa ja sykkyräsuolessa, mutta kryptojen syvyyteen ei havaittu vaikutusta. Kuten kokkidioilla infektoiduilla broilerikanoilla havaittiin, betaiinin suojaava vaikutus suoliston rakenteeseen voi olla vieläkin tärkeämpi tietyissä (osmoottisissa) altistuksissa.
Suolistoeste koostuu pääasiassa epiteelisoluista, jotka ovat yhteydessä toisiinsa tiiviiden liitosproteiinien avulla. Tämän esteen eheys on välttämätöntä haitallisten aineiden ja patogeenisten bakteerien pääsyn estämiseksi, jotka muuten aiheuttaisivat tulehdusta. Sikojen osalta suolistoesteen kielteisen vaikutuksen katsotaan johtuvan rehun mykotoksiinikontaminaatiosta tai yhdestä lämpöstressin kielteisestä vaikutuksesta.
Vaikutuksen mittaamiseksi estevaikutukseen käytetään usein solulinjojen in vitro -testejä transepiteliaalisen sähköisen resistanssin (TEER) mittaamiseen. Betaiinin levittämisen myötä voidaan havaita parantunutta TEER:iä useissa in vitro -kokeissa. Kun akku altistetaan korkealle lämpötilalle (42 °C), TEER laskee (kuva 2). Betaiinin lisääminen näiden lämpöaltistettujen solujen kasvualustaan ​​kumosi TEER:n laskua, mikä viittaa lisääntyneeseen lämmönkestävyyteen.
Kuva 2 - Korkean lämpötilan ja betaiinin vaikutukset solujen transepiteliaaliseen resistenssiin (TEER) in vitro.
Lisäksi porsailla tehdyssä in vivo -tutkimuksessa mitattiin 1 250 mg/kg betaiinia saaneiden eläinten tyhjäsuolen kudoksessa tiiviin liitoksen proteiinien (occludin, claudin1 ja zonula occludens-1) lisääntynyttä ilmentymistä verrattuna kontrolliryhmään. Lisäksi suoliston limakalvovaurion markkerina diamiinioksidaasiaktiivisuus näiden sikojen plasmassa oli merkittävästi vähentynyt, mikä viittaa vahvempaan suoliston suojamuuriin. Kun betaiinia lisättiin kasvavien ja lopahtavien sikojen ruokavalioon, suoliston vetolujuuden kasvu mitattiin teurastushetkellä.
Viime aikoina useat tutkimukset ovat yhdistäneet betaiinin antioksidanttijärjestelmään ja kuvanneet vapaiden radikaalien vähenemistä, malondialdehydin (MDA) pitoisuuksien alenemista ja glutationiperoksidaasin (GSH-Px) aktiivisuuden parantumista.
Betaiini ei toimi ainoastaan ​​osmoprotektanttina eläimillä. Lisäksi monet bakteerit voivat kerätä betaiinia de novo -synteesin tai ympäristöstä kulkeutumisen kautta. On merkkejä siitä, että betaiinilla voi olla positiivinen vaikutus bakteerien määrään vieroitettujen porsaiden ruoansulatuskanavassa. Sykkyräsuolen bakteerien, erityisesti bifidobakteerien ja laktobasillin, kokonaismäärä on lisääntynyt. Lisäksi ulosteissa havaittiin pienempiä määriä enterobakteereja.
Lopuksi havaitaan, että betaiinin vaikutus vieroitettujen porsaiden suoliston terveyteen on ripulin esiintyvyyden väheneminen. Tämä vaikutus voi olla annoksesta riippuvainen: ravintolisä 2 500 mg/kg betaiinia on tehokkaampi kuin 1 250 mg/kg betaiini ripulin esiintyvyyden vähentämisessä. Vieroitettujen porsaiden suorituskyky oli kuitenkin molemmilla lisäravinnetasoilla samanlainen. Muut tutkijat ovat osoittaneet, että kun lisätään 800 mg/kg betaiinia, ripulin esiintyvyys vieroitetuilla porsailla on pienempi.
Betaiinin pKa-arvo on alhainen, noin 1,8, mikä johtaa betaiinihydrokloridin hajoamiseen nauttimisen jälkeen ja siten mahan happamoitumiseen.
Mielenkiintoinen ruoka-aine on betaiinihydrokloridin mahdollinen happamoituminen betaiinin lähteenä. Ihmislääketieteessä betaiinihydrokloridilisäravinteita käytetään usein yhdessä pepsiinin kanssa vatsavaivoista ja ruoansulatusongelmista kärsivien ihmisten tukemiseksi. Tässä tapauksessa betaiinihydrokloridia voidaan käyttää turvallisena suolahapon lähteenä. Vaikka tästä ominaisuudesta ei ole tietoa, kun betaiinihydrokloridia on porsaiden rehussa, sillä voi olla erittäin tärkeä merkitys.
On hyvin tunnettua, että vieroitettujen porsaiden mahanesteen pH voi olla suhteellisen korkea (pH> 4), mikä vaikuttaa pepsiinin esiasteen aktivoitumiseen sen esiasteeksi, pepsinogeeniksi. Optimaalinen proteiinin sulatus ei ole tärkeää vain eläinten kannalta tämän ravintoaineen hyvän saatavuuden vuoksi. Lisäksi ruoansulatushäiriöistä johtuva proteiini voi aiheuttaa opportunististen patogeenien haitallista lisääntymistä ja lisätä vieroituksen jälkeistä ripulia. Betaiinin pKa-arvo on alhainen, noin 1,8, mikä johtaa betaiinihydrokloridin hajoamiseen nauttimisen jälkeen ja mahan happamoitumiseen.
Tätä lyhytaikaista uudelleenhappamoitumista on havaittu alustavassa ihmisillä tehdyssä tutkimuksessa ja koirilla tehdyissä tutkimuksissa. Kerta-annoksen 750 mg tai 1 500 mg betaiinihydrokloridia jälkeen aiemmin mahahapon vähentäjillä hoidettujen koirien mahan pH laski voimakkaasti noin 7:stä pH 2:een. Hoitamattomilla kontrollikoirilla mahan pH oli kuitenkin noin 2, mikä ei liittynyt betaiinihydrokloridin lisäykseen.
Betaiinilla on positiivinen vaikutus vieroitettujen porsaiden suoliston terveyteen. Tämä kirjallisuuskatsaus korostaa betaiinin erilaisia ​​mahdollisuuksia tukea ravinteiden sulatusta ja imeytymistä, parantaa fyysisiä suojaesteitä, vaikuttaa mikrobistoon ja parantaa porsaiden puolustuskykyä.