Каковы виды применения и преимущества астаксантина в кормлении животных?

Astaxanthin — каротеноид, извлеченный в основном из водных животных. Она имеет различные физиологические функции и, следовательно, является точкой исследования в животноводческой отрасли. Благодаря своей чрезвычайно сильной антиоксидантной активности, которая более чем в 10 раз превышает активность других каротиноидов и более чем в 550 раз-витамины, астаксантин также известен как «супер витамин». Астаксантин может эффективно подавлять окислительные повреждения и раковые изменения в клетках, а также предотвращать ультрафиолетовое излучение, усиливать организм и#39;s сопротивление, и противостоять сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний. Она играет все более важную роль в таких отраслях, как здравоохранение и кормовое хозяйство [1]. В настоящем документе рассматриваются физические и химические свойства, структурные характеристики, источники производства, применение в животноводстве и безопасность астаксантина с целью обеспечения теоретической основы для применения астаксантина в китае#39. Животноводство.

1 физико-химические свойства и структурные характеристики астаксантина

1.1 физико-химические свойства

Astaxanthin, also known as shrimp yellow protein or shrimp yellow substance, is a kind Соединенные Штаты америкиpurplish red crystalline substance first extracted from lobsters by German chemist Richard Kuhn. It is therefore called - астаксантин. Later, - астаксантинwas determined to be a carotenoid closely related to shrimp red pigment. Beta-carotene , lutein , canthaxanthin , lycopene, etc. are all synthetic intermediates of carotenoids, and astaxanthin is the product with the highest level of synthesis among carotenoids. It is also currently the substance with the strongest antioxidant activity discovered by humans in nature, with antioxidant properties that far exceed those of existing antioxidants. The chemical name of astaxanthin is 3,3'- дигидрокс -4,4'- дион-бета, бета'- каротин с молекулярной формулой C40H52O4 и Относительная молекулярная масса 596.84, точка плавления 215~216

1.2 структурные характеристики

Молекулярная структура астаксантина показана на рис. 1. Средняя структура состоит из комбинированной двойной связи, состоящей из четырех изопреновых единиц, а конечная структура состоит из грава-гидроксипериллена-гексагетероцициклов. C-3 и C-3&#- 39; В конце кольцевых структур два хиральных центров. Сдвоенная связь в средней структуре может привлечь не состоящих в паре электронов свободных радикалов или обеспечить электронами свободных радикалов, тем самым удалив свободные радикалы и играя антиоксидантную роль. Из-за особой структуры комбинированной двойной цепи связи, ненасыщенной группы кетонов и гидроксиловой группы астаксантин подвержен реакции разложения с помощью света, тепла и кислорода, формируя астаксантин.

Astaxanthin имеет две конформации для каждого центра хирала, и каждый хиральный атом углерода может существовать в виде R или S. поэтому Astaxanthin имеет три изомера: (3S, 3&)#39;S; (3р, 3&)#39; р; и (3R, 3'S) есть в общей сложности 3 изомера, из которых (3S, 3'S; и (3R, 3&)#39;R) are enantiomers. Astaxanthin exists in trans and cis structures due to the different ways in which the carbon-carbon double bond groups are linked. Природный астаксантин is almost entirely trans, and both are chemically synthesized. Among them, the natural trans-form of astaxanthin has higher biological activity, while the cis-form of astaxanthin has extremely low biological activity. Animals have weak absorption of cis-form astaxanthin. Therefore, the trans-form of astaxanthin is generally selected in the animal husbandry industry [2].

2 методы производства астаксантина

В начале xx века природный астаксантин добывался главным образом из креветок, крабов и других организмов с использованием естественных методов очистки. С развитием науки и техники химически синтезированный астаксантин незаметно вышел, но из-за различий в молекулярной структуре и других аспектах, его эффект и безопасность значительно ниже, чем у очищенного естественным путем астаксантина.

2.1 синтетический астаксантин

The main synthetic route дляastaxanthin is to use the carotenoid - о, каротин as a starting point, introduce two hydroxyl groups and a ketone group on the 3rd and 4th carbons of the aromatic ring of β-carotene, and finally form astaxanthin. At present, the most widely used method дляsynthesizing astaxanthin is the Wittig reaction, while the semi-synthesis method uses carotenoids such as canthaxanthin, zeaxanthin and lutein as raw materials to prepare astaxanthin. The main features of chemically synthesizing astaxanthin are its simple preparation process and low cost. However, it exists in the form of three stereoisomers and contains by-products, and its stability, safety and antioxidant activity are not satisfactory [3]. In particular, in practical production applications, the bioavailability of natural astaxanthin in animals is stronger than that of synthetic astaxanthin. When the feeding concentration is low, the concentration of natural astaxanthin in the blood of rainbow trout is significantly higher than that of synthetic astaxanthin, and synthetic astaxanthin cannot be converted into the natural configuration in animals. The biological efficacy and coloring ability are much lower than those of natural astaxanthin of the same concentration [4]. In view of this, the global management of chemically synthesized astaxanthin is becoming increasingly strict, and countries have also made corresponding management regulations. The US Food and Drug Administration (FDA) has banned the use of chemically synthesized astaxanthin in the health food market.

2.2 природный астаксантин

Natural astaxanthinВ основном существует в форме 3S, 3'S, которая имеет более высокую биологическую активность. Существует два основных метода производства: Один из них — извлечение из криля, лобстера, форели, лосося, водорослей, дрожжей, бактерий и отходов водной переработки [5]. В настоящее время в мире ежегодно образуется около миллионов тонн отходов водных продуктов. Природный астаксантин можно получить путем дробления, разрушения клеточной стенки, гидролиза и экстракции. Этот метод может способствовать здоровому развитию аквакультуры и снизить нагрузку на окружающую среду.

Однако эти отходы водных продуктов содержат такие примеси, как читин и зола. Как максимально увеличить извлечение астаксантина и удалить примеси является ключом к решению проблем качества продукции и производственных затрат. Другой метод заключается в его производстве путем микробного ферментации глютиниса родоторулы, пиреноидной хлореллы, одноклеточных микроорганизмов, таких как красные дрожжи, хлурелла вулгарис, гематококковая плювиалиса, Saccharomyces cerevisiae, Gluconobacter и так далее. Этот метод имеет преимущества низкого экологического давления, прозрачных продуктов и небольшого количества побочных продуктов [6] и в настоящее время является основным методом астаксантинского производства. Однако этот метод имеет высокие требования к культурным условиям и нагрузкам. Chi et al. [7] использовали генную инженецию для модификации высокоурожайных красных дрожжевых изделий MK19, а производство астаксантина увеличилось в 17 раз по сравнению с диким типом. Метод ферментации астаксантина с использованием красной дрожжевой ферментации имеет преимущества короткого времени культуры и высокой плотностью культуры, которые могут быть достигнуты за счет массовой пропаганды. Дрожжи также хорошее кормовое белковое сырье, и выбор высокопроизводительных красных дрожжевых штаммов привлекает большое внимание. Если можно будет выбрать высокопродуктивный штамм красных дрожжей, то это, безусловно, будет способствовать крупномасштабному производству астаксантина и способствовать его применению в животноводстве.

3 применение астаксантина в животноводстве

3.1 влияние астаксантина на качество продукции животноводства и птицеводства

Цвет и водоудержание являются важными показателями качества продукции животноводства и птицеводства. Факторы, влияющие на эти показатели, включают в себя содержание пигмента и антиоксидантную ферментную активность продукта. Астаксантин обладает врожденными преимуществами с точки зрения окраски и антиоксидантных свойств и является предпочтительным красителем в водной и птицеводческой кормах. В качестве последнего шага в каротеноидном синтезе астаксантин может непосредственно храниться и сдаваться в мышечную ткань после входа в animal' тело, и не может быть конкретно привязано к миоглобину [8]. Таким образом, добавление астаксантина в корм может эффективно улучшить цвет продукции животноводства и птицеводства, повысить их питательную ценность и конкурентоспособность на рынке.

Conradie et al. [9] found that adding astaxanthin to the feed can make the feet, skin, beaks, and feathers of laying hens appear in varying degrees of red or golden yellow, increase the weight of whole eggs and Яйцо (яйцо)yolks, promote poultry growth, and increase egg production. Liu Bing [10] found that the antioxidant enzyme activity of the muscle tissue and egg - йолк, йолк.of laying hens increased with the increase of the amount of astaxanthin added to the diet. Fu Xingzhou et al. [11] found that astaxanthin can significantly increase the a* and L* values of the redness and brightness of chicken meat after slaughter. There has also been a gradual increase in research on astaxanthin in livestock animals. Carballo et al. [12] found that when studying the meat quality of lambs, adding astaxanthin to a commercial butylated hydroxytoluene-containing milk powder can increase the a* redness value of the post-slaughter lamb and fat, thereby improving the lipid stability of frozen meat. Li Xinjie et al. [13] found that adding astaxanthin to the diet of fattening pigs can reduce the brightness value L* and yellowness value b* of the loin muscle, deepen the color of the meat, and the quality is better.

3.2 влияние астаксантина на репродуктивную функцию домашнего скота и птицы

Астаксантин может погасить синглет кислорода и собирать свободные радикалы. Это также может улучшить защитную функцию эндогенной антиоксидантной ферментной системы путем снижения проницаемости мембран и ограничения проникновения оксидантов в клетки. Астаксантин может улучшить качество спермы за счет постоянного снижения уровня окислительного повреждения спермы домашнего скота и птицы, а также улучшить репродуктивную функцию женских животных за счет повышения активности дисмутазы супероксида термошокированных кумулятивных клеток [14]. Исследования показали, что добавление астаксантина в сперму курицы может значительно повысить активность димутазы супероксида и глутатиона пероксидазы в сперме и улучшить целостность мембраны плазмы спермы [15]. Эксперименты In In vitro, добавляя астакзантин к среде созревания свинины oocytes улучшили рост и развитие на всех стадиях в различной степени [14]. Ху ямей [16] пришел к выводу, что соответствующее количество астаксантина может значительно улучшить качество свиной спермы при комнатной температуре. Kamada et al. [17] пришли к выводу, что добавление низких концентраций астаксантина в культурный сред лютеальных клеток крупного скота может увеличить содержание прогестерона в культурном среде. Таким образом, добавление астаксантина в корм имеет потенциал для улучшения лютеальной функции.

3.3 влияние астаксантина на производительность животноводства и птицеводства

В качестве нового вида кормовой добавки астаксантин может улучшить коэффициент использования кормов и темпы роста поголовья скота и птицы. Некоторые исследования показали, что добавление астаксантина в рацион кур-несушек может повысить стабильность хранения яиц DHA и увеличить производство яиц. Kumar et al. [18] пришли к выводу, что добавление астаксантина в рацион телят может значительно улучшить скорость преобразования кормов и увеличить вес тела. Лин и др. [19] пришли к выводу, что сочетание астаксантина и диацетата натрия в пиглетных кормах может повысить антиоксидантную способность и пищеваренность пиглетов, тем самым повышая их производительность. Perenlei et al. [20] обнаружили, что астаксантин может увеличить ежедневный прирост веса и процент брюшного жира бройлеров. Однако другие исследования показали, что привнесение природного астаксантина в рацион кур-несушек не влияет на производительность производства [21,22].

3.4 влияние астаксантина на иммунитет домашнего скота и птицы

The level of immunity in livestock and poultry directly affects their health and growth rate. The effect of astaxanthin on the immunity of livestock and poultry is mainly reflected in the following three aspects: first, its antioxidant effect. Astaxanthin has strong antioxidant properties, can scavenge free radicals, inhibit oxidative stress, protect immune cells, and prevent the immune system from damage. Second, it enhances the number and activity of immune cells. Astaxanthin can increase the number of immune cells such as lymphocytes, neutrophils and macrophages, thereby enhancing the body'. Иммунная способность.

В-третьих, это способствует производству иммуноглобулинов. Астаксантин может способствовать жизненной активности клеток в иммунной системе, увеличить производство иммуноглобулинов (IgG, lgA и IgM), а также повысить способность к гумно-иммунной реакции.

Подводя итог, астаксантин может быть использован в качестве эффективного антиоксиданта и иммунного усилителя в животноводстве, чтобы улучшить иммунитет и устойчивость к болезням животных и птицы. Тем не менее, астаксантин не может заменить какое-либо лекарство при лечении заболеваний. В то же время поглощение и использование астаксантина различными видами животных также могут различаться, и при фактическом применении необходимо вносить соответствующие коррективы и делать выбор.

4 безопасность астаксантина в животноводстве

Astaxanthin является безопасным и не имеет токсичных побочных эффектов. Он широко используется в кормах для животных и в умеренных количествах может способствовать росту и развитию животных без ущерба для здоровья животных. Это было продемонстрировано во многих экспериментах. Цзинь вэй и др. [23] провели 30- дневный эксперимент по астаксантинному кормлению крыс и обнаружили, что аномалии роста и развития крыс отсутствуют и в целом функционируют хорошо. Каких-либо существенных аномальных изменений в результатах различных показателей или гистопатологических обследований отмечено не было. Лин и др. [24] показали, что по сравнению с контрольной группой не было обнаружено существенных биологических различий в клинических параметрах, таких как вес тела, гематология, моча и вес органов у мышей, которые непрерывно вводились астаксантин в течение 13 недель. Ши Лили и др. [25] использовали такие методы токсикологической оценки, как тесты на острую токсичность, генотоксичность и 30- дневное испытание крыс на кормление для оценки безопасности потребления астаксантина. Каких-либо значительных токсичных побочных эффектов астаксантина отмечено не было. Лин фейлян и др. [26] также показали, что экстракт свеклы гематококка был безопасен при 90- дневном испытании крыс на корм и тератологическом испытании.

Worldwide, astaxanthin is used in a wide range of applications. In North America, in April 2009, the FDA approved astaxanthin as a component of a mixed coloring agent for use in fish feed. In 2000, Порошок плавиалиса гематококкаand Rhodopseudomonas palustris were approved for use in fish feed to color salmon, and achieved the desired feeding results. In the European Union, astaxanthin is approved as a new ingredient for dietary supplements. In 2009, China approved astaxanthin for use as a feed additive, and HaematoКокк (coccus)6. Плювиалис (pluvialis)was approved as a new food resource in 2010. In general, the use of astaxanthin in animal feed is safe, but it should be avoided if the animal is allergic to astaxanthin, carotenoids, the source of astaxanthin, or drugs that inhibit 5-alpha reductase. In addition, attention should be paid to the amount used and the combination with other feed ingredients to avoid affecting the health of the animal.

5. Резюме

Astaxanthin is one of the most important carotenoids in nature. It has attracted the attention of animal nutritionists because of its important role in improving the growth performance, survival rate, reproductive performance, and disease resistance of livestock and poultry. Due to its significant effect on improving the color, reproductive performance, production performance, and immunity of livestock and poultry, the amount of astaxanthin used in animal husbandry has increased rapidly, and it has great application value and development potential. However, there is not much research on the application of astaxanthin in the breeding of livestock and poultry, especially ruminants, and many of its mechanisms of action are still unclear. With the increasing market demand for astaxanthin, the large-scale production of astaxanthin through synthetic biology, molecular biology, metabolic engineering and other new technological methods is the focus of research. The screening, extraction and purification of Высокодоходный астаксантин strains are key points and difficulties. In short, the production and application of astaxanthin is an extremely attractive and challenging field. It is expected that with the help of new biotechnology, the large-scale production and application of astaxanthin will see new developments.

Справочные материалы:

[1] спиллер GA, Dewell A. безопасность богатого астаксантином гема-то - coccus  pluvialis  - водоросли Экстракт: рандомизированные клинические испытания [J]. Журнал лекарственных средств. 2003, 6(1):51-56.

[2] чжан чэнь, тан сювэнь, ван фачун и др. Прогресс в исследованиях по применению астаксантина в животноводстве [J]. Шаньдун животноводство и ветеринария, 2018, 39(6):80 — 82.

[3] Miao Liqing, Ma Xuhui, Li Suzhen и др. Биосинтез и промышленное применение астаксантина [J]. Китайский доклад о сельскохозяйственной науке и технике, 2023, 25(3):21-29.

[4] лю хунчао. Извлечение и комплексное использование биоактивных веществ из корпусов креветок [D]. Чжанцзян: гуандунский океанский университет, 2010.

[5] хао конгли, чжан че. Научно-исследовательский прогресс в области добычи и очистки природного астаксантина [J]. Канал гуандун, 2023, 32(11):31-34.

[6] чжан чэнь, сюй хуэй, чжу кунфу и др. Научный прогресс в микробном производстве астаксантина [J]. Китай пивоварение, 2021, 40(10):29-35.

[7] Chi S, He Y, Ren J, et al. Чрезмерное сжатие двухфункционального en-zyme, CrtS, усиливает astaxanthin синтез через два пути в Phaffia rhodozyma [J]. Микробные клеточные заводы, 2015(14):90.

[8] ли чжаохуа, лю пэн. Прогресс в функционировании и применении астаксантина [J]. Продукты питания и медикаменты, 2005(9):17-20.

[9] Conradie TA, Pieterse E, Jacobs K. применение Paracoccus marcusii в качестве потенциальной кормовой добавки для кур-несушек [J]. Наука о птице, 2018, 97(3):986 — 994.

[10] лю б. исследование влияния и механизма питания Селена и дха для улучшения качества яиц у кур-несушек позднего возраста [D]. Вуси: цзяньнаньский университет, 2021.

[11] Fu XZ, Lu ZF, Li D. влияние соединений астаксантина на показатели роста и качество мяса бройлеров [J]. Животноводство и ветеринария, 2017, 49(1):27 — 30.

[12] Carballo DE, Giraldez FJ, Andres S, et al. Влияние пищевых добавок астаксантина на окислительную стабильность мяса сосущих ягнят, питаемого коммерческим молочным заменителем, содержащим буты - Латированный гидрокситолуол [J]. Мясо Sci, 2019(156):68-74.

[13] Li Xinjie, Zhu Wei, Jiang Wei и др. Влияние природного астаксантина на качество и устойчивость к окислению уток [J]. Зернокомбикормовая промышленность, 2012(6):43-45.

[14] ли лей, чжан ли, лин шудай и др. Физиологические функции астаксантина и его применение в охране и производстве генетических ресурсов животных [J]. Китай животноводство, 2022, 18(12):19-26.

[15] ши вен. Исследование влияния добавления астаксантина в разбавленный раствор на эффект консервации спермы курицы [D]. Наньнин: гуаньси университет, 2020.

[16] ху ямей. Исследование влияния астаксантина на сохранение свиной спермы при комнатной температуре [D]. Янглинг: северо-западный университет A&F, 2018.

[17] камада х, акаги с, ватанабэ с. астаксантин увеличивает производство прогестерона в культурологических клетках крупного рогатого скота [J]. Журнал ветеринарной медицины, 2017, 79(6):1103 — 1109.

[18] Kumar S, Singh SV. Ингибирование NF-κB сигнального пути астаксантина Дополнительное питание for  Меры по предупреждению of  - теплота Вызванные стрессом воспалительные изменения и апоптоз в теликах Karan Fries [J]. Здоровье и производство тропических животных, 2019, 51 (5):1125-1134.

[19] линь джей кей, го рп. Влияние астаксантина и диацетата натрия на производительность и антиоксидантную способность отнятых поросят [J]. Feed Research, 2014(13):28-32.

[20] Perenlei G, Tojo H, Okada T, et al. Влияние диетических богатых дрожжей astaxanthin, fhaffia rhodozyma, на качество мяса кур бройлеров [J]. М. : наука, 2014, 85(10):895-903.

[21] Walker LA, Wang T, Xin H и др. Добавка корма для лежачих кур с пальмовым токосандом - водоросли astaxanthin  for  egg  yolk  Обогащение питательными веществами [J]. Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии, 2012 г. 60(8):1989-1999 годы.

[22] ли рунхуа, ни хемин, го ё н и др. Влияние природного астаксантина на производительность и качество яиц кур-несушек [J]. Журнал пекинского сельскохозяйственного колледжа, 2019, 34(4):100-103.

[23] цзинь вэй, лей лин. 30- дневное исследование астаксантинских мягких капсул [J]. Гигиена труда и здоровья, 2021, 37(5):595-598.

[24] линь, юй-джей, линь-джи, ван-дс и др. Оценка безопасности астаксантина, полученная на основе технологии Escherichia coli K-12, повторяется 13 недель 3. Доза Устный перевод Токсичность для окружающей среды Обучение и пренатальный уход Исследование токсичности для развития крыс [J]. Нормативная токсикология и фармакология, 2017(87):95 — 105.

[25] ши Лили, хан чао, чжао джинпенг и др. Токсикологическая оценка безопасности астаксантина [J]. Китай Food and Nutrition, 2019, 25(1):31-35.

[26] лин фейлян, чжан менгюн, панг динго и др. 90- дневный испытательный и тератологический анализ экстракта гематококковой плавиалии у крыс [J]. Журнал токсикологии, 2016, 30(1):85 — 87.