L-茶氨酸及其在动物营养领域的研究进展

彭思敏 林 谦 吴卫国*

(1.食品科学与生物技术湖南省重点实验室，湖南农业大学食品科技学院，长沙 410128；2.中国农业科学院麻类研究所，长沙 410205)

近年来，由于集约化饲养模式的广泛应用，以及只注重生产潜力而忽视抗逆性能的现代畜禽育种方向，致使动物在饲养过程中对各种应激的抵抗性明显降低。此外，为了预防疾病，提高畜禽的生长速度与饲料转化率，抗生素的滥用现象日趋严重，其导致的耐药性、药物残留等问题日渐突出。目前，全球多地已禁用或限用抗生素作为饲料添加剂使用，取而代之的是具有生物活性功能、绿色安全的各种天然植物提取物。其中，茶叶内的生物活性物质备受瞩目，如茶多酚、茶多糖和茶氨酸(theanine)等。

茶氨酸是日本学者酒户弥二郎于1952年于茶叶中发现并分离出的一种非蛋白质氨基酸，化学名为N-乙基-γ-谷氨酰胺，分子式为CH3CH2NH-CO(CH2)2-CH(NH2)-COOH[1]。茶氨酸有D型和L型之分，但因不同构型在机体内代谢动力学的不同而使D-茶氨酸的生物活性很低，L-茶氨酸的生物活性则高很多[2]。而自L-茶氨酸被分离鉴定以来，国际上对其在医药、保健领域的应用研究层出不穷，其在保护神经、抗肿瘤、抗疲劳和降血压等方面的功效均已被证实[3]，但在动物营养领域的应用研究还很少，本文则从L-茶氨酸的药代动力学特性、来源及其在动物营养领域的研究应用进展作一综述，以期为L-茶氨酸在饲料工业中的精准运用提供理论支持。

1 L-茶氨酸的药代动力学特性

L-茶氨酸的结构(如图1所示)与谷氨酰胺类似[4]，对其在动物体内的吸收与代谢途径的研究表明：L-茶氨酸通过动物肠道刷状缘黏膜的钠离子偶联协同转运蛋白吸收，并通过血液循环进入机体各组织器官[5-6]；大鼠经口灌胃L-茶氨酸后1 h，血清和肝脏中L-茶氨酸的浓度急剧增加达到峰值，同时L-茶氨酸透过血脑屏障，于5 h后在脑组织中达到浓度峰值，而在24 h后L-茶氨酸在这些组织中完全消失[7]；L-茶氨酸经动物机体吸收后一部分主要在肾脏经酶促水解反应生成谷氨酸和乙胺，另一部分未被水解的L-茶氨酸同乙胺等一起随尿液排出体外[8-9]。

图1 L-茶氨酸结构示意图Fig.1 Schematic representation of L-theanine[4]

2 L-茶氨酸的来源与制备途径

目前，根据L-茶氨酸的来源，可将L-茶氨酸制备方法分为以下几类：茶叶或组培组织直接提取法、化学合成法和微生物转化法。

2.1 茶叶或组培组织直接提取法

L-茶氨酸在茶树根部合成，在生长期会迅速运输到地上部分的幼嫩组织或茶叶中[10-11]。在新梢芽叶中，茶氨酸占总游离氨基酸的70%左右，占茶叶干重的1%～2%[12]。另外，在人工调控培养条件下，通过对茶树细胞的离体培养或茶树愈伤组织进行培养，可实现茶氨酸在组织中的富集[13-14]。而从茶叶或组培组织中直接提取L-茶氨酸，能够有效保障其原有的天然化学性质和功能属性，此方法也最有效、安全。目前常见的直接提取法有水浸提取法、沉淀法、离子交换树脂法和膜分离法等。但是，由于水浸提取法和膜分离法获得的L-茶氨酸纯度不高，沉淀法获得的L-茶氨酸产品中则易残留重金属离子和氯仿等有机溶剂，故而，利用L-茶氨酸作为两性物质的特性来提取其的离子交换树脂法则更具优势和应用前景，且适用性广[4,15-16]。如袁华等[17]在使用离子交换树脂法从茶叶中提取茶氨酸时用pH为7.38的磷酸缓冲盐作洗脱剂，得到产品纯度为99.41%的L-茶氨酸。

2.2 化学合成法

化学合成L-茶氨酸的方法主要有以下3种：1)L-谷氨酸-乙胺合成法。Sokoto等[18]报道，将L-谷氨酸在高温下脱水生成L-吡咯烷酮酸，之后于室温下与乙胺反应2周，产物用热水和乙醇重结晶可得L-茶氨酸纯品，其产率为35%左右。2)L-谷氨酸-γ-乙基酯合成法。王三永等[19]报道，将L-谷氨酸-γ-乙基酯溶于吡啶，再与氯化三苯甲烷反应，所得混合物接着再与乙胺溶液反应，随后在乙酸溶液中回流得L-茶氨酸，产率为39%。3)γ-苄基谷氨酸盐-苯甲烷氯化物合成法。有报道将γ-苄基谷氨酸盐(溶于吡啶)与氯化三苯甲烷反应，所得混合物再依次与乙胺、乙酸反应，一定条件下减压干燥后用热水和乙醇重结晶可得茶氨酸纯品，产率约为33.9%[20]。虽然化学合成法成本较低，简单且易规模化、工业化生产，但同时产生的副产物也较多，含有D-茶氨酸或其他一些毒性物质，故该法还有待进一步进行优化及安全性评估[3]。

2.3 微生物转化法

微生物转化法主要是通过微生物产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-谷氨酰基转肽酶(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)在乙胺的参与下催化合成L-茶氨酸[21]。如图2所示，根据底物与反应的性质，可将上述4种酶催化的酶促反应分为2类：1)以谷氨酰胺为底物，基于谷氨酰转移反应的酶——谷氨酰胺酶和GGT；2)以谷氨酸为底物，需ATP参与供能的酶——GS和GMAS[3,22-25]。由于微生物转化法制备的茶氨酸均为L-茶氨酸，且副产物少，生产周期短，产品安全性高，被认为是目前食药用茶氨酸最有前景的生产方法[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-谷氨酰基转肽酶 γ-glutamyl transpeptidase；GMAS：谷氨酰甲胺合成酶 glutamylmethylamide synthetase。
图2微生物转化法制备L-茶氨酸示意图
Fig.2 Schematic overview ofL-theanine prepared by microbial transformation method[3]

3 L-茶氨酸在动物营养领域的研究进展

因L-茶氨酸具有改善食品风味、保护神经、提高学习与记忆能力、抗肿瘤、抗疲劳、抗氧化、提高机体免疫力和降血压等功效[27]，故多用于食品及医药保健领域。当前，其在动物营养领域的应用研究甚少，但基于L-茶氨酸上述诸多的生物学活性，其在饲料行业及养殖产业中可预见将有巨大的应用潜力，以下仅从抗应激、改善饲料适口性等方面阐述L-茶氨酸在动物营养领域的研究进展及可能应用方向。

3.1 改善饲料风味及适口性

茶氨酸是茶叶鲜爽味的主要成分，且可缓和咖啡碱的苦味和茶多酚的苦涩味，与茶叶的口味品质呈正相关[10,27]。又由于茶氨酸易溶于水，且具有良好的安全性、稳定性以及无毒副作用等优点，使得其目前在食品添加剂领域广受青睐，已广泛应用于糕点、糖果、饮料、口香糖等几乎所有食品中，用于抑制苦味及改善食品风味[10]。有鉴于此，茶氨酸亦具有作为饲料添加剂来改善饲料风味及适口性，改变动物采食行为，进而提高畜禽生长性能的潜能。李宁[28]研究发现，饲粮添加1 000 mg/kgL-茶氨酸能够显著提高肥育猪的日采食量和日增重，同时增加育肥猪的日采食时间和采食速率，起到缩短到达肥育目标时间的作用。童海鸥等[29]则以大鼠为模型进一步研究发现L-茶氨酸能够促进大鼠对饲粮的采食及对氨基酸的吸收，进而调节大鼠的生长发育。

3.2 抗应激

应激根据应激原不同分为热应激、冷应激、断奶应激、抓捕应激、噪声应激等，而应激反应通常可造成机体的免疫系统失调或氧化-抗氧化平衡状态失衡[30]。近年来有关L-茶氨酸调控动物应激机能的研究随着对谷氨酰胺抗应激研究的深入而备受关注。谷氨酰胺在动物机体中不仅具有供能及营养功效[31-34]，近来研究显示其还能提高机体免疫能力和抗氧化能力，进而起到抗应激的效果。有研究报道，当体内谷氨酰胺水平较低时，淋巴细胞增殖受限，而当谷氨酰胺水平回升到正常水平时，淋巴细胞的增殖明显增加，进一步研究发现谷氨酰胺能为淋巴细胞等免疫细胞提供呼吸底物及合成核苷酸的前体[35-37]；同时，谷氨酰胺还能影响机体细胞因子水平，调节免疫，如Yassad等[38]以脂多糖诱发小鼠腹膜炎，给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。而对于谷氨酰胺的抗氧化作用一般认为其是通过参与还原型谷胱甘肽的合成来实现的[39]。

由于L-茶氨酸的结构与谷氨酰胺类似，具有保护神经、镇静安神的作用[40]，因此可以推测L-茶氨酸可能也有如谷氨酰胺一样的抗应激功效。汪丽伟等[41]采用单因素试验设计研究L-茶氨酸在热应激条件下对蛋用仔公鸡生长性能及抗氧化能力的影响，结果表明，随着L-茶氨酸添加量的增加，蛋用仔公鸡的生长性能有提高趋势，同时蛋用仔公鸡小肠、肝脏、胸肌、腿肌中过氧化氢酶活性显著提高，且各组织器官中丙二醛含量有不同程度降低；刘通[42]通过对断奶仔猪一次性腹腔注射10 mg/kg BW剂量的敌草快溶液成功诱导断奶仔猪机体产生氧化应激，其后发现于氧化应激断奶仔猪饲粮添加1 000 mg/kg的L-茶氨酸可改善断奶仔猪因氧化应激而造成的生长性能下降的态势；而揭红东等[43]则通过建立过氧化氢诱导的山羊瘤胃上皮传代细胞氧化应激模型发现L-茶氨酸对上述氧化应激模型引起的山羊瘤胃上皮传代细胞凋亡具有一定的保护作用，这也与Li等[44]在L02细胞上获得的试验结果相一致。

3.3 作为畜禽免疫调节剂

当前研究多认为L-茶氨酸这类烷基氨类物质能够激活机体非特异性免疫系统，促进免疫系统γδT细胞的增殖和γ-干扰素的分泌[45-47]。而γδT细胞是能够通过T细胞抗原识别受体来直接识别细菌、病毒、真菌和寄生虫等抗原成分进而参与机体免疫调节的一类T淋巴细胞亚群[48-49]。另外，机体免疫系统除了非特异性免疫系统外，还包括特异性免疫系统，两者相辅相成，既保证机体健康，又防止过度或不当的目标炎症反应。而亦有报道指出茶氨酸对动物机体的特异性免疫功能具有改善效应[50]。表1总结了近年来L-茶氨酸对动物机体免疫性能影响的相关研究报道，以期为L-茶氨酸作为畜禽免疫调节剂开发运用提供参考。

3.4 改善胴体品质

一方面，现代部分畜禽育种体系仍以追求高的动物生长速度与饲料转化效率为目标，这势必导致畜禽体脂过度沉积以及肉品质的下降[60]。而另一方面，近年来高品质畜禽产品的需求与消费量逐步攀升，这就要求养殖行业能持续为消费者生产和供应健康、安全、美味的高品质动物产品[61-62]。已有研究显示L-茶氨酸具有降脂减肥的功效，如Zheng等[63]用浓度分别为0.01%、0.02%、0.04%、0.08%和0.16%的茶氨酸饲粮饲喂雌鼠16周，发现浓度为0.04%的茶氨酸饲粮能减少体脂沉积，降低血清甘油三酯、未脂化脂肪酸及肝脏中脂肪含量；浓度为0.04%的茶氨酸饲粮组小鼠的体重明显下降，腹脂量仅为对照组小鼠的58%，血液中脂肪及胆固醇含量亦较对照组有大幅降低。Saeed等[59]将L-茶氨酸运用于肉鸡上的试验也得到了类似的结果，同时还证明L-茶氨酸有改善肉鸡肉品质(肉色)的作用。有鉴于此，L-茶氨酸具有作为饲料添加剂来影响动物脂肪代谢，减少畜禽体脂沉积，进而改善胴体品质等的潜能。

表1 L-茶氨酸对动物机体免疫性能的影响Table 1 Effects of L-theanine on immune property of animal

4 小 结

综上所述，L-茶氨酸具有改善饲料风味及适口性、抗应激、改善畜禽胴体品质及作为畜禽免疫调节剂开发的潜能。但目前L-茶氨酸在动物生产中的应用研究报道还相当有限，下一步应继续研究L-茶氨酸在动物生产中的应用效果及具体作用的分子机制。此外，大量获得有效且成本较低的L-茶氨酸产品是决定其能否在动物营养领域大规模应用的关键。