提要：介紹了牛磺酸的結構、在動物組織中的分布和代謝，綜述了牛磺酸的生產、生物學功能及其在養殖業中的應用，提出了牛磺酸今后的研究方向。
牛磺酸是動物體內一種結構簡單的含硫氨基酸。1927年，牛磺酸首次被人們從牛膽中分離出來時，被認為是含硫氨基酸的無功能代謝產物，直到1976年Hayes等人證明了它具有生物學功能。此后，科學家們對牛磺酸進行了深入的研究，發現其在調節機體正常生理功能、增強細胞膜抗氧化、抗自由基損傷及抗病毒損傷方面具有廣泛的生物學功能（Timbrel,1995），研究表明：盡管牛磺酸廣泛存在于動物體內，但一些較高級的動物自身合成牛磺酸的數量有限，不能滿足機體需要，它們所需的牛磺酸主要從食物中獲得（安文林等，1997），因此，美國、日本等發達國家規定應在嬰兒乳制品中添加牛磺酸。我國也進行了此類乳制品的研制和開發，目前牛磺酸的年產量已達10000t。
由于牛磺酸的特殊生物學功能，逐漸引起了動物學家的興趣，并成為研究的熱點，隨著對牛磺酸營養機理研究的深入，它在養殖業中的應用也越來越廣泛。本文對牛磺酸的的結構、組織分布和代謝、生物學功能、在養殖業中的應用及其發展前景作一闡述，以促進它作為新型添加劑在養殖業中的推廣和應用。
1 牛磺酸的結構及其在動物體內的組織分布和代謝
牛磺酸（taurine），化學名為2--氨基乙磺酸，結構式為NH2-CH2-CH2-SO3H，它以游離形式大量存在于動物體內的各組織和器官中，其中以腦、心臟和肌肉組織中的含量最高。在動物體內，牛磺酸可由粒細胞代謝L?半胱氨酸等途徑轉化而來，其最終代謝產物為羥乙磺酸。
2 牛磺酸的的生產
牛磺酸的生產方法主要有三種，即天然提取法、微生物發酵法和化學合成法。
2.1 天然提取法
牛磺酸的天然提取法是通過牛膽汁水解或以烏賊、蛸、珠母貝等海產品為原料，通過水提取濃縮來制得產品。牛膽汁中牛磺酸的含量雖然較高，但它以與膽汁酸結合成牛磺膽酸的形式存在，不能簡單地提取分離；海產品中牛磺酸的含量較低，且來源有限，因此天然提取法發展的潛力不大，不能滿足市場需要。
2.2 微生物發酵法
日本研究者（1986）報道：將來源于牛肉的鏈球菌在含有1.5g牛膽汁提取物和葡萄糖的培養基中37℃培養2d，可以產45g牛磺酸。據Nakanishi（1988）報道：將谷氨酸棒狀桿菌在含有葡萄糖、蛋白凍、KH2PO4、K2HPO4、MgSO4、生物素、酵母膏、尿素、和維生素B1的培養基中28℃搖瓶發酵4d，最后牛磺酸的產量為870mg/L。
2.3 化學合成法
化學合成法主要有兩種，即乙醇胺法和乙撐亞胺法。
2.3.1 乙醇胺法
在一定溫度下，將乙醇胺滴加到硫酸中，使乙醇胺成鹽，經酯化后制得中間體硫酸-β-硫酸銨，然后將所得的中間體用亞硫酸鈉磺化，經濃縮、結晶、過濾得粗品，最后將粗品用活性炭吸附、重結晶而得白色晶體，其牛磺酸含量大于98%，總得率可達50%-55%，目前國內多采用此法。
丁學杰（1991）對乙醇胺法作了改進，他分氯化、磺化兩步來進行反應，先在鹽酸中滴加乙醇胺，然后通入氯化氫至不再吸收制得中間體氯化氫?β?氯化銨晶體，最后濃縮，用乙醇結晶、精制得白色晶體，其牛磺酸含量大于98.8%，兩步制備的總得率達47.9%。
2.3.2乙撐亞胺法
乙撐亞胺法是用乙撐亞胺與亞硫酸鈉直接反應，一步合成來生產牛磺酸的方法，此法反應溫和，沒有副產物，精制方便，純度達99.4%，產出率為88.9%，但缺點是乙撐亞胺沸點低，毒性大，易聚合爆炸，不易保存，為克服這一缺點，可用乙醇胺催化脫水環化來生產乙撐亞胺。
3 牛磺酸的生物學功能
3.1 對神經系統的作用
牛磺酸是新生動物腦中含量最豐富的游離氨基酸，隨著腦的發育，牛磺酸的水平逐漸下降，成年動物腦中牛磺酸的含量僅為新生動物的1/3（Sturman等，1975），在發育成熟的大腦中，牛磺酸的含量僅次于谷氨酸。牛磺酸在中樞神經系統中主要分布于大腦皮層、小腦、海馬及嗅球等區域（Banay等，1993）。在中樞神經系統中的各種細胞均含有牛磺酸，其中以神經膠質細胞和突觸細胞中的含量最為豐富（Sellstrom等,1975）。牛磺酸對某些激素如生長素和催乳素的分泌具有調節作用，低劑量的牛磺酸可增加催乳素的釋放，而高劑量的牛磺酸則沒有上述刺激作用。牛磺酸可使人腦神經細胞增殖，促進神經細胞突觸的形成，加速神經細胞的分化形成。
3.2 抗氧化作用
據報道，牛磺酸能夠增強細胞膜抗氧化、抗自由基損傷及抗病毒損傷的能力（Pasantes等，1984，邱珊等，1992）。牛磺酸與維生素E維生素C、類胡蘿卜素和一些多酚類化合物一樣，都具有清除活性氧自由基的作用，它們共同組成生命內源的防御系統，防止毒素對細胞及組織的傷害（Pascoe等，1989）。牛磺酸的清除活性氧自由基和抗脂質過氧化損傷的作用與其劑量呈依賴關系，它能防止兔精液細胞膜的脂質過氧化，保持正常精子的活動能力。體外試驗表明，牛磺酸可直接作用于微粒體膜，減少膜的脂質過氧化反應，從而抑制肝的脂質過氧化。口服牛磺酸還可顯著降低引起細胞膜脂質過氧化的物質四氯乙烯對鼠肝和腎的損傷(Ebrahim 等,1997)。
3.3 滲透調節作用
滲透調節作用是牛磺酸最基本的也是了解得清楚的生物學功能。海洋動物的滲透壓主要靠牛磺酸來調節和維持;哺乳動物的滲透壓雖然靠無機鹽來維持，但它的平衡是通過牛磺酸的移動來調節的。現已證明，牛磺酸在中樞神經系統、視網膜、血小板、骨骼肌和心臟等許多器官中起滲透調節作用。
3.4 對Ca2+的調節作用
現已證明，牛磺酸可影響Ca2+的結合、轉運，調節Ca2+的依賴或刺激過程。Ca2+的攝取分為高親合攝取和低親合攝取兩種途徑，高親合攝取時Ca2+的攝取濃度在μmol/L范圍內，在生理情況下由胞漿向胞外轉運Ca2+或將Ca2+由胞漿轉入細胞器中；低親合攝取是指Ca2+的攝取不受ATP的影響，將Ca2+由胞外向胞漿轉運或自線粒體及內質網這些聚集了高Ca2+的細胞器向胞漿轉運，它又稱為Ca2+的細胞外運法（宿燕崗等，1997）。Ca2+ 高親合攝取過程需要ATP、碳酸氫鹽和Na+的存在，而牛磺酸通過調節酶的活性來激活這一過程（Schaffer，1994）。另外，自細胞器中釋放的Ca2+亦受牛磺酸的影響，據劉乃奎等(1995)報道，牛磺酸對內皮損傷導致的血管平滑肌細胞Ca2+內流的增加及細胞Ca2+含量的升高有明顯的抑制作用。
此外，低濃度的牛磺酸可促進腸道對鋅的吸收，保護細胞膜的穩定性，它是動物體內肝臟合成膽酸的一種成分，食物中添加牛磺酸可抑制膽結石的形成，促進膽汁排泄。
4 牛磺酸在養殖業中的應用
由于牛磺酸的特殊生物學功能，它在養殖業中的應用一直是動物學家研究的熱點，現已證明，牛磺酸能夠提高畜禽的生長性能，增加動物的繁殖能力，并在水產養殖中作為誘食劑被廣泛應用。
4．1 提高畜禽的生長性能
近年來，牛磺酸在提高肉禽的生長性能方面的報道較多，Martin等（1972）研究發現，日糧中添加0.1%的牛磺酸可促進肉雞早期增重；Anderson等（1975）給雛雞日糧中添加0.75%的牛磺酸，使其的早期（0-3周齡）體重增加了20.5%，飼料轉化率提高了7.2%；Campbell等（1989）實驗表明：在公雛雞飼料中添加0.05%、0.1%、0.2%的牛磺酸后，3?6周齡料肉比隨牛磺酸添加水平的增加而下降，但不影響3?6周齡體重和0?3周齡的料肉比；Blair等（1991）報道，在1日齡肉用仔雞日糧中添加0.3%的牛磺酸后，21日齡增重明顯，但添加0.6%的牛磺酸對增重有負面效應；據何天培等（1995）報道，在仔雞日糧中添加0.1%、0.15%的牛磺酸，能促進仔雞的早期發育，1?2周齡雞的體重顯著提高，并可降低2?3周齡雞的料肉比。但添加0.05%的牛磺酸對肉用仔雞的體重和料肉比均無明顯影響。
4．2 增加動物的繁殖能力
據肖世平等（1997）報道，牛磺酸對黃雞性腺組織形態的發育和內分泌功能有促進作用，在雞日糧中添加0.45%的牛磺酸后，能提高性成熟前公雞睪丸的重量，增大曲細精管的直徑，促進生殖細胞的發育，提高精子細胞形成的速度，且能提高成熟前母雞卵巢的相對重量，促進卵細胞的發育。
Sturman （1986）報道，母豬日糧中缺乏牛磺酸時，產仔能力下降，易發生流產，且仔豬死胎多，成活率低。同樣，牛磺酸的缺乏可影響貓的繁殖能力，使流產和死胎的發生率增加，幼貓的初生體重降低，且生長緩慢(Wade等,1988)。
4.3 在水產養殖中作為誘食劑
牛磺酸是蝦的餌料誘食劑，在蝦飼料中添加牛磺酸可促進蝦的采食，并對調節蝦餌料中微量元素的平衡具有良好作用，日本的一項研究表明：牛磺酸是蝦的餌料中最好的誘食劑。牛磺酸對貝類有許多特殊功能：可作為能量的貯存，調節細胞的可激發性，并通過滲透排泄來減少體內過多的硫化物積聚。邱高峰等研究表明：牛磺酸對許多水產類動物有促進攝食作用。
5 牛磺酸在養殖業中的應用前景及研究方向
牛磺酸在調節機體正常生理功能、增強細胞膜抗氧化、抗自由基損傷及抗病毒損傷方面具有廣泛的生物學功能，是一種值得推廣應用的新型添加劑，在養殖業上具有廣闊的前景。為了更好地發揮牛磺酸的作用，應從以下方面進行深入的研究。
5.1 拓展牛磺酸在養殖業中應用的研究
目前，對牛磺酸在水產和禽類養殖中應用的研究較多，在家畜飼養中應用的報道比較罕見。如何拓展牛磺酸在養殖業中的應用，是今后需深入研究的方向，如在斷奶仔豬日糧添加牛磺酸來實驗其對仔豬的生長速度和飼料轉化率的影響；另一方面，應系統地研究牛磺酸在飼料中的添加量，分析添加量與應用效果的相關性，以確定不同生長階段，牛磺酸在各種水產、畜禽飼料中適宜添加量，以較小的投入來產生最佳的效果。
5.2 牛磺酸生產技術的研究
隨著對牛磺酸在養殖業中的廣泛應用，它的需求也將越來越大，如何提高牛磺酸的產量以及改進生產工藝增加產品的得率是值得研究的課題。目前，牛磺酸主要以化學合成法來生產，化學合成的牛磺酸含量雖然較高，但因生產中使用強酸，具有腐蝕性，且反應條件苛刻，造成設備投資較大，生產成本較高。Pauluty（1985）用氯化亞砜在等量的羧酸存在下,于60℃與乙醇胺鹽酸鹽反應7h，產率高達99.1%，此方法反應條件溫和，產品純度高，值得推廣應用。另外，改進微生物發酵方法，篩選高產菌株，控制發酵的最佳條件，改進發酵工藝，運用基因改良技術和選擇廉價的發酵原料來提高產量，降低生產成本，也是今后生產牛磺酸中有待思考的課題。
5.3 牛磺酸安全性的研究
雖然目前對牛磺酸在養殖中添加效果的研究較多，它作為動物的條件性必需氨基酸，在飼料中添加是比較安全的，但對它使用后在動物體內的殘留及添加過量引起的毒性卻鮮有報道，因此，對長期使用牛磺酸的安全性研究是一個有待探索的課題。
