肉堿是B族維生素的一種，其結(jié)構(gòu)像氨基酸，因此有人又將其歸類于氨基酸。它的主要作用是幫助轉(zhuǎn)運(yùn)長鏈脂肪酸來提供能量。這能防止脂肪積累于心臟、肝臟與骨骼肌中。人工合成的肉堿有左旋體、右旋體和消旋體三種形式，以左旋肉堿的效果較好。左旋肉堿是一種具有多種生理活性功能的化合物，其主要的功能是促進(jìn)脂肪酸β-氧化; 還可調(diào)節(jié)線粒體內(nèi)?；嚷剩绊懩芰看x; 左旋肉堿可參加支鏈氨基酸代謝產(chǎn)物的運(yùn)輸，從而促進(jìn)支鏈氨基酸的正常代謝。此外，左旋肉堿在酮體的消除和利用中起作用，可作為生物抗氧化劑清除自由基，維持膜的穩(wěn)定，提高動(dòng)物的免疫力以及抗病抗應(yīng)激的能力等。
近年研究表明左旋肉堿與乙酰左旋肉堿對精子線粒體內(nèi)的能量代謝發(fā)揮重要載體作用，可清除ROS，保護(hù)精子膜功能。口服左旋肉堿和乙酰左旋肉堿對少、弱精子癥病人，可提高前向運(yùn)動(dòng)精子總數(shù)和運(yùn)動(dòng)精子總數(shù)，提高女方臨床妊娠率，且安全有效。國內(nèi)外的臨床實(shí)驗(yàn)研究表明，肉堿治療男子不育是近年男子不育藥物治療領(lǐng)域的新突破，其深入研究非常必要，以進(jìn)一步闡明其作用機(jī)制，明確其適應(yīng)證。
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左旋肉堿又稱L-肉堿，化學(xué)結(jié)構(gòu)類似于膽堿，與氨基酸相近，但它又不是氨基酸，不能參與蛋白質(zhì)的生物合成。由于左旋肉堿可由人和大多數(shù)動(dòng)物通過自身體內(nèi)合成來滿足生理需要，因此它也不是真正意義上的維生素，只是一種類似維生素的物質(zhì)。
左旋肉堿極易溶于水，從膳食攝入的肉堿能被人體完全吸收。已知體內(nèi)吸收左旋肉堿的部位是小腸，但有關(guān)肉堿 (游離的或酯化的)透過腸粘膜的確切吸收過程和吸收部位都還不清楚。除了從食物中攝取的外源性左旋肉堿外，人類還可以通過自身來合成內(nèi)源性肉堿。肝臟和腎臟是體內(nèi)生物合成肉堿的主要器官，從賴氨酸出發(fā)經(jīng)ε-三甲基-β羥 基賴氨酸，并在醛縮酶、醛氧化酶的作用下生成γ-丁基甜菜堿，再經(jīng)羥化酶轉(zhuǎn)化為左旋肉堿。除賴氨酸外，體內(nèi)左旋肉堿的生物合成還需要甲硫氨酸以及維生素C、煙酸和維生素B6等物質(zhì)。

左旋肉堿 (L-Carnitine)舊稱維生素BT，是1905年由俄國化學(xué)家Gulewitsch和Krimberg在肉浸汁中首次發(fā)現(xiàn)的，1927年Tomita和Senju確定它的化學(xué)結(jié)構(gòu)。20年后的1947年，F(xiàn)raenkel發(fā)現(xiàn)黃粉蟲等昆蟲的生長需要一種存在于酵母中的因子，當(dāng)時(shí)稱之為維生素BT。隨后在1952年，美國Illinois州立大學(xué)Carter等人確認(rèn)維生素BT即是左旋肉堿。

圖1為左旋肉堿結(jié)構(gòu)式

肉堿屬于類維生素，左旋肉堿是其中的一種，廣泛存在于動(dòng)植物、微生物體內(nèi)，是微生物、動(dòng)物及植物的基本成分之一。人體主要有2種來源：①從膳食中攝取。其中以肉類和乳制品最豐富，蔬菜、谷類水果含量極微甚至無。成人體內(nèi)含肉堿20g左右，機(jī)體主要是靠紅色肉類補(bǔ)充。通常植物性食物中肉堿含量低，動(dòng)物性食物中肉堿含量高。動(dòng)物性食品中，肉類中含量最高(如山羊肉中左旋肉堿的含量2100mg/kg)，內(nèi)臟次之，蛋類中極少。大多數(shù)動(dòng)物體有能力合成左旋肉堿，哺乳動(dòng)物在骨骼肌肉、心臟肌肉含有大量的左旋肉堿。②內(nèi)源性合成。在賴氨酸(其中以L-賴氨酸為主)、蛋氨酸、維生素C、煙堿、維生素B6和還原鐵等的參與下，由人體的肝、腎、腦等主要部位，經(jīng)過5步反應(yīng)合成左旋肉堿。

近年來的研究表明，左旋肉堿在酮體利用、 氮代謝等方面也具有一定的促進(jìn)作用。
1. 促進(jìn)脂肪酸的運(yùn)輸與氧化
脂肪酸的β-氧化作用是在肝臟及其他組織細(xì)胞的線粒體中進(jìn)行的。已知游離脂肪酸和脂酰輔酶A都不能穿透線粒體內(nèi)膜，而脂酰肉堿(Acylcarnitine)則能迅速地通過這層膜，從而肯定了左旋肉堿是將脂肪酸以脂酰基形式從線粒體膜外轉(zhuǎn)運(yùn)到膜內(nèi)的載體。
這種轉(zhuǎn)運(yùn)的詳細(xì)機(jī)制還不清楚，但可以肯定肉堿脂酰輔酶A轉(zhuǎn)移酶 (Carnitine acyl-CoA transferase) 是該過程的關(guān)鍵酶。
有人認(rèn)為，左旋肉堿也能參與其他?；霓D(zhuǎn)運(yùn)和排泄，因此可以防止機(jī)體因?；e累而造成的代謝中毒或有利于一些支鏈氨基酸的正常代謝。
2.加速精子的成熟并提高活力
左旋肉堿是精子成熟的一種能量物質(zhì)，具有提高精子數(shù)目與活力的功能。通過對30名成年男性的調(diào)查表明，精子數(shù)目與活力在一定范圍內(nèi)與膳食中左旋肉堿的供應(yīng)量成正比，且精子中左旋肉堿的含量也與膳食中左旋肉堿的含量呈正相關(guān)。
3.提高機(jī)體的耐受力
Watanabe等人研究發(fā)現(xiàn)，左旋肉堿能提高疾病患者在練習(xí)中的耐受力，諸如練習(xí)時(shí)間、最大氧吸收、乳酸閾值、氧吸收閾值等指標(biāo)，在機(jī)體補(bǔ)充左旋肉堿后，都會(huì)有不同程度的提高；口服左旋肉堿還可使最大氧吸收時(shí)的肌肉耐受力提高80%，縮短劇烈運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)期，減輕運(yùn)動(dòng)帶來的緊張感和疲勞感。
Santulli等人于1986年研究發(fā)現(xiàn)，左旋肉堿能增加孵化養(yǎng)殖鱸魚的生長率，降低魚組織中膽固醇和甘油三酯的含量。德國報(bào)道運(yùn)動(dòng)員在攝取左旋肉堿3周后體脂含量明顯減少，蛋白質(zhì)的比例增高但體重卻不受影響。

左旋肉堿不是減肥藥，它的主要作用是燃燒脂肪，和減肥不是一碼事。要想用左旋肉堿減肥，除了要他燃燒脂肪，大量運(yùn)動(dòng)仍是減肥的關(guān)鍵，肉堿僅起輔助作用。如果運(yùn)動(dòng)量并不大，比如僅僅節(jié)食減肥，服用左旋肉堿對減肥并無作用。

左旋肉堿是一種促使脂肪轉(zhuǎn)化為能量的類維生素，對人體無毒副作用。左旋肉堿最突出的生理功能就是作為脂肪酸運(yùn)輸?shù)妮d體，以乙酰基左旋肉堿的形式將中長鏈脂肪酸，從細(xì)胞線粒體膜外轉(zhuǎn)移到膜內(nèi)，在線粒體基質(zhì)中氧化，產(chǎn)生能量。舉例來講它好像一部鏟車一樣，能夠鏟起脂肪進(jìn)入燃料爐中燃燒來提供能量，充當(dāng)了脂肪到線粒體的“搬運(yùn)工”，是國際上公認(rèn)的安全無毒的減脂營養(yǎng)強(qiáng)化劑，國際上推薦食用1-5克左旋肉堿比較適合。特別適合人們配合做有氧運(yùn)動(dòng)來減脂，效果明顯。左旋肉堿在人體的肝臟和腎中產(chǎn)生，并儲(chǔ)存在肌肉、精液、腦和心臟中。

左旋肉堿作為一種新型的營養(yǎng)強(qiáng)化劑，尤其是作為嬰兒配方食品、運(yùn)動(dòng)員食品以及減肥健美食品的添加劑，目前在功能性食品中已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用。作為商品的左旋肉堿主要是其鹽酸鹽、酒石酸鹽和檸檬酸鎂鹽。
1. 在嬰兒配方食品中的應(yīng)用
左旋肉堿在嬰兒利用脂肪為能量來源的代謝過程中起到重要的作用，由于嬰兒體內(nèi)左旋肉堿的生物合成能力較弱，不能滿足其正常代謝的需要，因此必須攝取外源性的左旋肉堿以保證體內(nèi)的脂肪處于最佳的氧化狀態(tài)并提供足夠的能量維持嬰兒正常的體溫。此 外，左旋肉堿對嬰幼兒生長發(fā)育、改善代謝平衡等方面也有一定的促進(jìn)作用。因此有必要 對嬰幼兒食品進(jìn)行左旋肉堿的強(qiáng)化，尤其是以大豆為基礎(chǔ)的嬰幼兒配方食品，因?yàn)榇蠖怪凶笮鈮A的含量很低。我國對嬰兒配方食品的左旋肉堿限量為70～90mg/kg，目前我國已有左旋肉堿強(qiáng)化的嬰兒配方奶粉上市。
2. 在運(yùn)動(dòng)員食品中的應(yīng)用
據(jù)Decombaz J. 等人報(bào)道，劇烈運(yùn)動(dòng)后人體肌肉組織中游離肉堿的濃度將下降20%，并認(rèn)為補(bǔ)充肉堿可改善機(jī)體的疲勞感，因?yàn)樽笮鈮A能促進(jìn)體內(nèi)的脂肪氧化，為機(jī)體提供充足的能量，有利于運(yùn)動(dòng)持久力和爆發(fā)力的提高。若將廿八醇和左旋肉堿配伍使用，則對增強(qiáng)體力有相乘作用，表現(xiàn)為全身肌肉的放松、爆發(fā)力和耐力的提高、基礎(chǔ)代謝率的升高以及心肌層營養(yǎng)狀態(tài)的改善。常用的方法是將左旋肉堿添加到運(yùn)動(dòng)員飲料中進(jìn)行強(qiáng)化。
3. 在減肥健美食品中的應(yīng)用
早在70年代，就有將DL-肉堿用于防治肥胖癥的專利報(bào)道。隨后，DL-肉堿由于發(fā)現(xiàn)具有負(fù)效應(yīng)而被左旋肉堿所取代。實(shí)踐證明，左旋肉堿強(qiáng)化的食品對體內(nèi)因肉堿缺乏而產(chǎn)生的脂肪代謝紊亂具有較好的效果，可以防止因脂類物質(zhì)在肌纖維和肝臟中的積累而造成的肥胖、脂肪肝等病癥。桑田有認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)不足的肥胖類型體內(nèi)蓄積脂肪多、肉堿的生物合成能力低下，通過攝取左旋肉堿可有效地將體內(nèi)多余的脂肪轉(zhuǎn)化為能量釋放出來，起到防治肥胖的作用。因此以左旋肉堿為主要成分的降脂食品在歐洲市場頗受青睞。

FCC法 準(zhǔn)確稱取試樣約1.0g，溶于盛于一250ml燒瓶中的水中。稱重時(shí)應(yīng)盡量避免吸潮。用1.0mol/L鹽酸滴定至電位滴定終點(diǎn)。同時(shí)進(jìn)行一空白滴定并作必要校正。每ml1.0mol/L鹽酸相當(dāng)于C7 H15NO3 161.2mg。
GB法取本品約0.1g，精密稱定，加冰乙酸20ml溶解后，加結(jié)晶紫指示液一滴，用高氯酸液(0.1mol/L)滴定至溶液顯純藍(lán)色，并將滴定結(jié)果用空白試驗(yàn)校正。
含量(％)={(V1-V2)?c1×0.162/m1(1-X2)}×100
式中V1一一滴定試驗(yàn)溶液所消耗的高氯酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，ml；
V2——滴定空白溶液所消耗的高氯酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，ml；
C1一一高氯酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；
m1一——試樣的質(zhì)量，g；
X2一一樣品中水分的百分含量，%；
0.1612一一與1.00ml高氯酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液[c(HClO4)=1.00mol/L]相當(dāng)?shù)囊钥吮硎镜淖笮鈮A的質(zhì)量。
取平行測定結(jié)果的算術(shù)平均值為測定結(jié)果，平行測定結(jié)果的相對差值不大于0.3%。Adl 20mg/kg。
LD₅₀2272～2444mg/kg(兔，經(jīng)口)。GB 2760—1996：咀嚼片、飲液、膠囊，250～600mg/片、支、丸；乳粉，300～400g/kg；果汁(味)型飲料、乳飲料，600～3000mg/kg。白色結(jié)晶或透明粉末，熔點(diǎn)200℃（分解）。易溶于水、堿液、甲醇和乙醇，難溶于丙酮和乙酸鹽，不溶于三氯甲烷。有吸濕性。兔經(jīng)口LD₅₀2272-2444mg/kg，ADI 20mg/kg。L-肉堿是我國新批準(zhǔn)使用的動(dòng)物營養(yǎng)強(qiáng)化劑。主要用于強(qiáng)化以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的添加劑，可促進(jìn)脂肪的吸收和利用。D型和DL型無營養(yǎng)價(jià)值。使用量為70-90mg/kg。（以L-肉堿計(jì)，1g酒石酸鹽相當(dāng)于0。68gL-肉堿)。L-肉堿是我國新批準(zhǔn)使用的食品強(qiáng)化劑。主要用于強(qiáng)化以大豆為基礎(chǔ)的嬰兒食品，促進(jìn)脂肪的吸收利用。D-型和DL-型無營養(yǎng)價(jià)值。我國規(guī)定可用于餅干、飲液和乳飲料，使用量為600~3000mg/kg；在固體飲料、飲液和膠囊中使用量為250～600mg/kg；在乳粉中使用量為300～400mg/kg；在嬰兒配方食品中使用量為70～90mg/kg(以L-肉堿計(jì)，1g酒石酸鹽相當(dāng)于0.68gL-肉堿)。用于藥物、營養(yǎng)保健品、功能飲料、飼料添加劑等食欲增進(jìn)劑。可以促進(jìn)線粒體的脂肪酸氧化作用并且達(dá)到其他生化功能，這些功能包括乙酰緩沖能及在無氧產(chǎn)能情況下維持足夠輔酶A在線粒體內(nèi)之濃度，刺激三羧酸的循環(huán)和在肌肉持久運(yùn)動(dòng)下刺激ATP從線粒體向外輸出。用于動(dòng)物健康生長。提取法
L-肉堿天然存在于各種肉類和乳類中，因此可以從含L-肉堿的牛肉和牛乳中直接提取。文獻(xiàn)報(bào)道，從450g牛肉浸膏中可提取得到0.6g結(jié)晶肉堿，從56kg牛乳中可提取含2%L-肉堿的乳糖粉末100g。然而提取法成本較高，在經(jīng)濟(jì)上不太合理。
微生物發(fā)酵法
研究表明，許多微生物中也存在L-肉堿，利用酵母、曲霉、青霉、根霉等微生物液體深層培養(yǎng)或固體發(fā)酵，可以積累L-肉堿。但由于菌種的篩選工作比較復(fù)雜，目前的發(fā)酵水平還比較低。據(jù)報(bào)道，以2%DL-肉堿為原料，25℃發(fā)酵44h，累積L-肉堿0.4%。
合成法
國外1953年就有DL-肉堿合成的專利報(bào)道，20世紀(jì)60年代已有工業(yè)化生產(chǎn)。國內(nèi)1982年也有作為胃藥的生產(chǎn)和應(yīng)用。直接從DL-肉堿出發(fā)，用樟腦酸、N-乙酰-D-谷氨酸或乙苯酰-L-(+)酒石酸為拆分劑，進(jìn)行化學(xué)拆分獲取L-肉堿。但口肉堿消旋比較困難，不能回收，工業(yè)化生產(chǎn)尚需突破性進(jìn)展。
酶法轉(zhuǎn)化
這是研究得最多、也是最有前途的方法?？梢岳没瘜W(xué)合成得到的DL-肉堿，先進(jìn)行乙酰化制成酰胺或腈等，然后利用微生物來源的酶進(jìn)行選擇性水解拆分。如中山清等用假單胞菌等微生物的酰胺酶選擇性水解DL-肉堿酰胺或肉堿腈，可制得光學(xué)純度99%以上的L-肉堿。此外，還可以進(jìn)行β-脫氫肉堿的酶法轉(zhuǎn)化，反式巴豆甜菜堿的酶法水解和γ-丁基甜菜堿的酶法羥化等方法制備L-肉堿。
目前國際上只有瑞士、意大利、日本等國生產(chǎn)。我國江蘇省微生物研究所也在開展酶法轉(zhuǎn)化的研究。(1)提取法。天然存在于各種肉類和乳類中，因此可以從含L-肉堿的牛肉和牛乳中直接提取。文獻(xiàn)報(bào)道，從450g牛肉浸膏中可提取得到0.6g結(jié)晶肉堿，從56kg牛乳中可提取含2%L-肉堿的乳糖粉末100g。然而提取法成本較好，在經(jīng)濟(jì)上不太合理。
(2)微生物發(fā)酵法。研究表明，許多微生物中也存在L-肉堿，利用酵母、曲霉、青霉、根霉等微生物液體深層培養(yǎng)或固體發(fā)酵，可以積累L-肉堿。但由于菌種的篩選工作比較復(fù)雜，目前的發(fā)酵水平還比較低。據(jù)報(bào)道，以2%DL-肉堿為原料，25℃發(fā)酵44h，積累L-肉堿0.4%。
（3）合成法。在國外1953年就有DL-肉堿合成的專利報(bào)道，20世紀(jì)60年代已經(jīng)有工業(yè)化生產(chǎn)。國內(nèi)1982年也有作為胃藥的生產(chǎn)和應(yīng)用。直接從DL-肉堿出發(fā)，用樟腦酸、N-乙酰-D-谷氨酸或乙苯酰-L-（+）酒石酸為拆分劑，進(jìn)行化學(xué)拆分獲取L-肉堿。但D-肉堿消旋比較困難，不能回收，工業(yè)化生產(chǎn)尚需突破性進(jìn)展。
(4)酶法轉(zhuǎn)化。這是研究最多、也最后前途的方法。可以利用微生物來源的酶進(jìn)行選擇性水解拆分。如中山清等用假單孢菌等微生物的酰胺酶選擇性水解DL-肉堿酰胺或肉堿腈，可制得光學(xué)純度99%以上的L-肉堿。此外，還可以通過β-脫氫肉堿的酶法轉(zhuǎn)化、反式巴豆甜菜堿的酶法水解和γ-丁基甜菜堿的酶法羥化等方法制備L-肉堿。
目前國際上只有瑞士、意大利、日本等國生。我國江蘇省微生物研究所也在開展酶法轉(zhuǎn)化的研究。