ベタインは、植物や動物に広く分布する天然化合物です。飼料添加物としては、無水物または塩酸塩の形で提供されます。様々な目的で動物飼料に添加することができます。
まず、これらの目的は、主に肝臓で起こるベタインの非常に効果的なメチル基供与能力に関連している可能性があります。不安定なメチル基の転移により、メチオニン、カルニチン、クレアチンなどのさまざまな化合物の合成が促進されます。このようにして、ベタインはタンパク質、脂質、エネルギー代謝に影響を与え、それによって体組成を有利に変化させます。
第二に、飼料にベタインを添加する目的は、保護的な有機浸透剤としての機能に関連している可能性があります。この機能において、ベタインは、特にストレス期間中に、体中の細胞が水分バランスと細胞活動を維持するのを助けます。よく知られた例として、熱ストレス下にある動物に対するベタインの好影響が挙げられます。
豚においては、ベタイン補給による様々な有益な効果が報告されている。本稿では、離乳子豚の腸内健康における飼料添加物としてのベタインの役割に焦点を当てる。
ベタインに関するいくつかの研究では、豚の回腸または消化管全体における栄養素の消化率への影響が報告されている。繊維（粗繊維または中性および酸性デタージェント繊維）の回腸消化率の増加が繰り返し観察されていることから、腸細胞は繊維分解酵素を産生しないため、ベタインは小腸に既に存在する細菌の発酵を刺激することが示唆される。植物の繊維部分には栄養素が含まれており、この微生物繊維の分解中に放出される可能性がある。
そのため、乾物と粗灰分の消化率も改善されたことが観察された。消化管全体では、飼料1kgあたり800mgのベタインを添加した子豚では、粗タンパク質（+6.4%）と乾物（+4.2%）の消化率が向上したことが報告されている。さらに、別の研究では、1kgあたり1,250mgのベタインを添加することで、粗タンパク質（+3.7%）とエーテル抽出物（+6.7%）の見かけ上の総消化率が向上したことが示された。
栄養素の消化率の増加が観察された理由の 1 つは、ベタインが酵素の産生に及ぼす影響である。最近、離乳子豚にベタインを添加した in vivo 研究において、消化物中の消化酵素 (アミラーゼ、マルターゼ、リパーゼ、トリプシン、キモトリプシン) の活性が評価された (図 1)。マルターゼを除くすべての酵素で活性の増加が見られ、ベタインの効果は 1,250 mg/kg 飼料よりも 2,500 mg ベタイン/kg 飼料でより顕著であった。活性の増加は、酵素産生の増加の結果である可能性があり、または酵素の触媒効率の増加の結果である可能性がある。
図1-ベタインを0mg/kg、1,250mg/kg、または2,500mg/kg添加した子豚の腸内消化酵素活性。
試験管内実験では、NaClを添加して高い浸透圧を発生させると、トリプシンとアミラーゼの活性が阻害されることが証明された。この試験に様々な濃度のベタインを添加すると、NaClの阻害効果が回復し、酵素活性が増加した。しかし、緩衝液にNaClを添加しない場合、ベタインは低濃度では酵素活性に影響を与えないが、高濃度では阻害効果を示す。
飼料にベタインを添加した豚の成長性能と飼料効率の向上は、消化率の向上だけでは説明できません。豚の飼料にベタインを添加すると、動物の維持エネルギー要求量も減少します。この効果に関する仮説は、ベタインが細胞内浸透圧の維持に利用できる場合、エネルギーを必要とするイオンポンプの需要が減少するというものです。エネルギー摂取量が限られている場合、ベタインを補給することで、維持よりも成長のためのエネルギー供給が増加するため、その効果がより顕著になると予想されます。
腸壁を覆う上皮細胞は、栄養素の消化中に腸管内容物によって生じる非常に変動の大きい浸透圧条件に対処する必要があります。同時に、これらの腸細胞は、腸管腔と血漿の間での水とさまざまな栄養素の交換を制御する必要があります。これらの厳しい条件から細胞を保護するために、ベタインは重要な有機浸透剤です。さまざまな組織におけるベタインの濃度を観察すると、腸組織におけるベタインの含有量が非常に高いことがわかります。さらに、これらのレベルは食事中のベタイン濃度によって影響を受けることが観察されています。バランスの取れた細胞は、増殖能力と回復能力が向上します。したがって、研究者らは、子豚のベタインレベルを上げると、十二指腸絨毛の高さと回腸陰窩の深さが増加し、絨毛がより均一になることを発見しました。
別の研究では、十二指腸、空腸、回腸の絨毛の高さの増加が観察されたが、陰窩の深さには影響がなかった。コクシジウムに感染したブロイラー鶏で観察されたように、ベタインの腸管構造に対する保護効果は、特定の（浸透圧）ストレス下ではさらに重要になる可能性がある。
腸管バリアは主に上皮細胞で構成されており、これらの細胞はタイトジャンクションタンパク質によって互いに結合しています。このバリアの完全性は、炎症を引き起こす有害物質や病原菌の侵入を防ぐために不可欠です。豚の場合、腸管バリアの悪影響は、飼料中のマイコトキシン汚染、または熱ストレスによる悪影響の1つであると考えられています。
バリア効果への影響を測定するために、細胞株のin vitro試験で経上皮電気抵抗（TEER）を測定することがよくあります。ベタインを適用すると、複数のin vitro実験でTEERの改善が観察されます。バッテリーが高温（42℃）にさらされると、TEERは低下します（図2）。これらの熱にさらされた細胞の増殖培地にベタインを加えると、TEERの低下が打ち消され、耐熱性が向上したことが示されました。
図2-高温とベタインが細胞経上皮抵抗（TEER）に及ぼす試験管内効果。
さらに、子豚を用いた生体内試験では、1,250 mg/kgのベタインを投与された動物の空腸組織におけるタイトジャンクションタンパク質（オクルディン、クローディン1、ゾヌラオクルデンス-1）の発現増加が対照群と比較して測定された。また、腸粘膜損傷のマーカーとして、これらの豚の血漿中のジアミンオキシダーゼ活性が有意に低下し、腸管バリアが強化されていることが示された。肥育豚の飼料にベタインを添加すると、屠殺時に腸管引張強度の増加が測定された。
近年、いくつかの研究でベタインと抗酸化システムとの関連性が指摘されており、フリーラジカルの減少、マロンジアルデヒド（MDA）レベルの低下、グルタチオンペルオキシダーゼ（GSH-Px）活性の向上などが報告されている。
ベタインは動物において浸透圧保護剤として作用するだけでなく、多くの細菌が新規合成または環境からの輸送によってベタインを蓄積することができます。ベタインが離乳子豚の消化管内の細菌数に良い影響を与える可能性があるという兆候があります。回腸細菌の総数、特にビフィズス菌と乳酸菌が増加しました。さらに、糞便中のエンテロバクターの量が減少しました。
最後に、ベタインが離乳子豚の腸の健康に及ぼす影響は、下痢率の低下であることが観察された。この効果は用量依存的である可能性があり、飼料添加物として2,500 mg/kgのベタインを投与すると、1,250 mg/kgのベタインを投与した場合よりも下痢率の低下に効果的である。しかし、2つの添加量における離乳子豚の成績は同程度であった。他の研究者らは、800 mg/kgのベタインを添加すると、離乳子豚の下痢率と発生率が低下することを示した。
ベタインはpKa値が約1.8と低いため、摂取後に塩酸ベタインが解離し、胃酸分泌が促進される。
興味深い食品は、ベタイン塩酸塩をベタイン源として酸性化する可能性です。人間の医療では、ベタインHClサプリメントは、胃の問題や消化の問題を抱える人々をサポートするために、ペプシンと組み合わせて使用​​されることがよくあります。この場合、ベタイン塩酸塩は塩酸の安全な供給源として使用できます。ベタイン塩酸塩が子豚の飼料に含まれている場合のこの特性に関する情報はありませんが、非常に重要である可能性があります。
離乳した子豚の胃液のpHは比較的高い（pH>4）ことがよく知られており、これはペプシン前駆体からその前駆体であるペプシノーゲンへの活性化に影響を与えます。最適なタンパク質消化は、動物がこの栄養素を良好に利用できるようにするために重要です。さらに、タンパク質の消化不良は、日和見病原体の有害な増殖を引き起こし、離乳後下痢の問題を悪化させる可能性があります。ベタインはpKa値が約1.8と低いため、摂取後にベタインHClが解離し、胃酸分泌が促進されます。
この短期的な再酸性化は、ヒトを対象とした予備研究および犬を対象とした研究で観察されている。750 mgまたは1,500 mgの塩酸ベタインを単回投与した後、胃酸抑制剤で以前に治療された犬の胃のpHは約7からpH 2まで急激に低下した。しかし、未治療の対照犬では、胃のpHは約2であり、これは塩酸ベタインの補給とは関係がなかった。
ベタインは離乳子豚の腸内健康に良い影響を与える。本文献レビューでは、ベタインが栄養素の消化吸収をサポートし、物理的な保護バリアを改善し、腸内細菌叢に影響を与え、子豚の防御能力を高めるための様々な可能性について概説する。