Изучение содержания каротеноида ликопена в рационе питания животных

Окислительный стресс серьезно угрожает продуктивности и здоровью скота и птицы, нанося огромный экономический ущерб животноводческой отрасли. В процессе производства животноводческой и птицеводческой продукции такие факторы, как экологические изменения, физиологические изменения и экзогенные патогенные токсины (например, микотоксины), могут вызывать окислительный стресс, нарушая тем самым редокс-баланс животных. Чрезмерное производство химически активных видов кислорода (ROS) и химически активных видов азота (RNS) может привести к необратимому повреждению липидов клеток, белков и ДНК, тем самым влияя на физиологические функции и производительность животных.

Антиоксидантная защита определяется как процесс антиоксидантной защиты в живых организмах. Антиоксиданты в организме в основном делятся на две категории: одна синтезируется самим телом, а другая получается из пищи. При особых обстоятельствах, таких как высокие температуры, отлучение от груди и беременность, дополняющие экзогенные антиоксиданты (такие как растительные полифенолы и каротеноиды) могут эффективно снизить окислительный стресс домашнего скота и птицы, уменьшить окислительный ущерб, а также улучшить здоровье и производительность домашнего скота и птицы.

Устойчивость к антибиотикам и остаточные продукты оказывают негативное воздействие на животноводство, здоровье человека и экологическую устойчивость. В 2006 году европейский союз запретил использование антибиотиков в качестве кормовых добавок в кормах для животных, а в июле 2020 года Китай официально запретил использование антибиотиков в кормах для животных. Поэтому настоятельно необходимо разработать естественные, зеленые и безопасные альтернативы антибиотикам.

Lycopene (C40H56) is a carotenoid that is a natural pigment in plants, mainly found in fruits and vegetables such as tomatoes, carrots, watermelons, and pomegranates. Lycopene has been listed as a nutrient and food additive in many countries and is widely used in food, medicine, cosmetics, agriculture, and other fields. Lycopene contains two non-conjugated double bonds and 11 conjugated double bonds in its structure, and its chemical structure gives it the greatest antioxidant capacity. Lycopene'. Роль сильного антиоксиданта является основой для его воздействия на здоровье, включая противовоспалительный, антиканцерологический и гипогликемический потенциал, защиту сердечно-сосудистой системы, нейробиологию и гипотензивные эффекты. Все больше исследований показывают, что ликопен может использоваться в качестве функциональной кормовой добавки для скота и птицы и, как сообщается, повышает производительность, качество мяса, качество яиц, антиоксидантные свойства, иммунную функцию, липидный метаболизм и физиологическую функцию кишечника.

I. структура, абсорбция и биологические функции ликопена

1. 1. Ликопен источники и структура

В богатой семействе каротеноидов насчитывается около 60 видов, присутствующих в пище, и только 20 видов могут быть обнаружены в крови и тканях человека и животных. Из-за своих конджурованных связей (по крайней мере 7), они дают пищу его цвет, в основном желтый и красный. Различия в структуре различают две группы каротиноидов: каротиноиды (ликопен, антраксантин, антраксантин и т.д.) и ксантофилы (лютеин, астаксантин, кантаксантин и т.д.).

Lycopene was discovered in tomatoes in 1876 and was named after the scientific name Lycopersicon esculentum 27 years later. Lycopene is widely found in tomatoes and also in vegetables and fruits such as carrots, sweet potatoes, pumpkins, watermelons, apricots, papayas, grapefruit and guavas. The main source of lycopene is tomatoes (80%), which are the main source of lycopene extraction and also the cheapest ingredient. The lycopene content of tomatoes varies greatly, depending on factors such as variety, maturity, climate and geographical location of cultivation. The technology for extracting lycopene from raw materials usually includes chemical extraction, microwave and ultrasound-assisted extraction, supercritical fluid extraction and enzyme-assisted extraction. A variety of biotechnologies have been developed for the large-scale production of lycopene, among which microbial fermentation is a typical traditional biotechnology in the production of lycopene. In addition, modern biotechnology, including genetic engineering, protein engineering and metabolic engineering, has also been applied to the production of lycopene.

В отличие от большинства каротеноидов, ликопен имеет линейную структуру. Ликопен является полиэленовой цепью, состоящей из 13 двойных облигаций, 11 из которых соединены в линейном порядке, что делает его длиннее, чем другие каротеноиды. Ликопен является красной восковой пигмент, который встречается в природе как тонкие иглы, как кристаллы.Ликопен жирорастворим, insoluble in water, and soluble in benzene, chloroform and acetone. Lycopene occurs in nature mostly in the all-trans configuration, which is relatively stable, but at least 50% of the cis isomers are found in human blood plasma and tissues. The common forms are the 5-cis, 9-cis, 13-cis and 15-cis isomers, which indicates that the cis isomers are more readily absorbed and utilized by humans and animals. Food processing is actually a value-adding step, because after heat treatment, more lycopene becomes more bioavailable. If tomato juice is exposed to cooking temperatures, cis isomers are formed, which are considered to be more bioavailable. The double bond of lycopene can be isomerized from all-trans to mono- or polycis under the influence of light, temperature or chemical reactions. Lycopene is acyclic, has a symmetrical planar structure and is particularly susceptible to oxidative degradation as a highly conjugated polyene. Physical and chemical factors such as high temperatures, exposure to light, oxygen, extreme pH values and molecules with reactive surfaces can damage the double bond of lycopene. The undesirable degradation of lycopene not only affects the sensory quality of the end product, but also the health benefits of tomato-based foods for humans and animals.

1.2. Поглощение ликопеном

Ликопен является каротеноидом с самой высокой концентрацией плазмы крови у человека, со средней концентрацией в зависимости от пищевых привычек. С точки зрения поглощения наиболее широко изучается- о, каротинНе ликопен и другие каротиноиды. Хотя необходимы дальнейшие исследования, факторы, влияющие на абсорбцию грава-каротина, вероятно, окажут аналогичное воздействие на ликопен. Подобно другим каротеноидам, ликопен встроен в пищевую матрицу и не может эффективно поглощаться людьми и животными. Ликопен поглощается так же, как и липиды, главным образом путем пассивного рассеивания. Ликопен в пищевой матрице высвобождается действием желудочной кислоты, желчных кислот и ферментов. Как только он попадает в кишечник, он связывается с липидами, образуя chylomicrons, которые затем попадают в брыжеечную лимфатическую систему через диффузию и осмоз и, наконец, попадают в циркуляцию воротной вены. Это основной путь всасывания ликопена из желудочно-кишечного тракта.

После выхода из пищевой матрицы ликозол, принимаемый в пищу, должен быть эмульсифицирован и растворен в chylomicrons, прежде чем он может быть поглощен слизистой оболочкой кишечника. Ликопен может также поглощаться с помощью транспортера белка B-type, 1 (TBP-1), что предполагает активный процесс. Транспортер типа B рецептора "падальщик" находится главным образом в тонком кишечнике, печени, надпочечниках, яичниках, плаценте, почках, предстательной железе и мозге и частично отвечает за транспортировку каротеноидов из липобелков в ткани и из тканей в липобелки. Ликопин поставляется через диету и переваривается в желудочно-кишечном тракте на 10-30%. Ликопен и его метаболиты высвобождаются и переносятся через липопротеин с низкой плотностью и липопротеин с очень низкой плотностью и, наконец, распределяются по целевым тканям. Они циркулируют через организм и преимущественно накапливаются в яичниках, надпочечниках, печени, предстательной железе и жировой ткани. Это неравномерное распределение указывает на то, что они обладают уникальными биологическими функциями в этих тканях, такими как регулирование липидного метаболизма в печени.

1.3. Биологическая функция ликопена

Ликопен порошокЯвляется одним из сильнейших антиоксидантов среди каротиноидов после астаксантина. Другие антиоксиданты включают в себя грау-токоферол, каротин, криптокантин, зеаксантин, грау-каротин и лютейн. Ликопен является мощным антиоксидантом, который лежит в основе его воздействия на здоровье. Самыми распространенными каротеноидами в человеческой плазме являются:1. ЛутейнЗеаксантин и ликопен. Эти шесть основных каротеноидов составляют 70% всех каротеноидов в плазме и тканях человека. Что касается биологической функции, то ликопен в основном выступает в качестве единственного кислорода и пероксилового радикального мусорщика. Ликопенгаген и Швеция#39; уникальная структура двойной связи делает его гораздо выше других каротеноидов в выкопании как человеческих, так и животных пероксильных радикалов. Ликопен в два раза эффективнее бета-каротина и в 10 раз эффективнее альфа-токоферола при уборке синглетного кислорода (тип рос). Механизм действия ликопена на активные вещества можно объяснить тремя возможными механизмами: образованием аддуктов, передачей электронов свободным радикалам, извлечением аллиллического водорода. Среди них формирование аддуктов, свободных радикалов, прикрепленных к полиэленовой цепи, то есть, сильно сдвоенные связи ликопена, сформировать ликопенгаген-пероксильные аддукты.

Помимо нейтрализации роз, ликопен также активирует выражение генов, кодирующих NAD(P)H:Глутатионная редуктаза и глутатионС-трансферазы, которые помогают собирать свободные радикалы и уменьшить воспалительные повреждения. Эти ферменты считаются антиоксидантными и детоксикационными ферментами, также известными как ферменты защиты клеток фазы II. Промоутер области промышленных генов, кодирующих эти ферменты содержат, которые, после привязки к Nrf2, приводит к увеличению выражения этих генов. Nrf2/ сигнализирующий путь является важным эндогенным антиоксидантным защитным механизмом. Ликопен действует главным образом в качестве антистрессового агента, ослабляя окислительный стресс и поддерживая здоровье птицы путем инициирования Nrf2/ARE транскрипционной системы. Keap1 — специфический рецептор для гена Nrf2. Ликопен блокирует переплет Nrf2/Keap1, высвобождая Nrf2, который затем транспортируется в клеточный ядр и упрегулирует выражение ферментов защиты клеток фазы II у птицы, испытывающей тепловую нагрузку. Кроме того, растущее количество исследований показало, что ликопен обладает противовоспалительным, антиканцеровым и антидиабетическим потенциалом. Было также доказано, что ликопен имеет сердечно-сосудистые защитные эффекты, нейробиологические эффекты, а также понижающее давление в крови и антитромбоцитное агрегирование.

2. Применение ликопена в животноводстве

2.1. Влияние на эффективность производства

Sun et al. reported that a daily supplement of 50 mg/kg lycopene during gestation and lactation can improve the reproductive performance of sows, including an increase in the rate of live piglets born, the rate of live piglets weaned, the birth weight of litters, the weight of litters weaned, and a reduction in the rate of dead piglets born. The final conclusion was that lycopene can improve the reproductive performance of sows by regulating milk composition, placental immunity and antioxidant capacity. During the fattening period, dietary lycopene supplementation does not affect animal production performance. Fachinello et al. that various lycopene additive levels (12.5, 25, 37.5 and 50 mg/kg) did not affect the growth performance of finishing pigs, and that feeding finishing pigs 12.5, 25, 37.5 and 50 mg/kg of lycopene did not affect their carcass characteristics or relative organ weights.

В исследовании, посвященном питанию птицы, и др. показано, что 20 мг/кг ликопена или 1,7% томатной пасты в рационе в течение 28 дней увеличивают вес яиц и производство яиц у коричневых кур-цыплят. Wan et al. показали, что 10, 20 или 30 мг/кг ликопена увеличивают среднесуточный прирост веса бройлеров. Однако в исследовании Lee et al., когда томатная паста использовалась в качестве источника ликопена, не было отмечено никакого позитивного воздействия диеты, содержащей 10 или 20 мг/кг ликопена или 17 г/кг томатной пасты, на показатели роста и относительный вес органов броилеров. Доказано, что ликопен оказывает стимулирующее рост воздействие на животных в условиях стресса (например, теплового стресса) и загрязнения микотоксинов кормами. В условиях теплового стресса добавление 0,200 и 400 мг/кг ликопена 42 дня подряд также позволило линейно улучшить показатели роста бройлеров Ross 308, о чем свидетельствует увеличение совокупного потребления кормов, увеличение массы тела и снижение коэффициента преобразования кормов. Саркер и др. В условиях кормового вызова афлатоксином в1 ликопейная добавка при дозе 100 мг/кг увеличила среднесуточную прибавку веса бройлеров с 1 до 12 суток, а ликопейная добавка при дозе 200 мг/кг и 400 мг/кг увеличила среднесуточную прибавку веса бройлеров соответственно с 22 до 42 и с 1 до 42 суток.

2.2. Влияние на качество мяса и яиц

Ликопен, как естественная кормовая добавка, has attracted widespread attention in animal production for improving meat and egg quality. Wen et al. reported that the addition of lycopene to the diet improved the meat quality of finishing pigs, including a decrease in L* and b* values, an increase in a* values, and an increase in intramuscular fat and crude protein content in the longissimus dorsi muscle. Lycopene was also shown to promote the conversion of muscle fibre types in pigs, which is important in determining meat quality. In the study by Wen et al., the addition of lycopene resulted in an upregulation of mRNA levels of myofibrillar markers such as cytochrome c, myosin heavy chain IIa and myosin heavy chain IIx in the longissimus dorsi muscle of finishing pigs. Lipid oxidation can have a negative impact on the colour, nutritional value and flavour of meat as well as its shelf life. Wen et al. also showed that the addition of lycopene improved the antioxidant status of the longissimus dorsi muscle of finishing pigs, as evidenced by increased total superoxide dismutase and catalase activities, reduced MDA levels, and up-regulated mRNA levels of SOD1, SOD2, CAT, GPX1, GST, GR and Nrf2 (all of which are oxidative stress response factors). Similar results were reported by Correia et al., who observed improved oxidative stability in the longissimus dorsi muscle of piglets after feeding 5% tomato pomace for 5 weeks. However, An et al. found that the addition of 20 mg/kg lycopene + 3.4% tomato paste or 10 mg/kg lycopene + 1.7% tomato paste to the feed had no effect on the fatty acid composition of the abdominal meat of finishing pigs in a 28-day feeding trial.

Что касается качества яиц, то шевченко и др. показали, что добавление ликопена (20, 40, 60 мг/кг) в рацион кур-несушек высокой линии W36 в течение 90 дней улучшило качество яиц, повысив уровень каротеноидов и желчный цвет свежих яиц и яиц, хранящихся при 4 и 12 градусах. Орхан и др. показали, что кормление лохмана ЛSL кур 20 мг/кг ликопена чистым порошком или томатным порошком в течение 84 дней увеличило вес яйца, желчный цвет, желчный вес, соотношение желтка к яйцу и желчного ликопена, а также снизило уровни желтка мда и холестерина. В исследовании An et al., добавив 10 и 20 мг/кг ликопена в корм в течение 28 дней, повысил желчный цвет яиц и уровень ликопена и понизил уровень MDA в коричневых яйцах.