Для чего нужен астаксантин?

Currently, the main colorants added to aquaculture are natural colorants and chemically synthesized carotenoids. Natural colorants refer to extracts from animals, plants, and microorganisms that are rich in carotenoids and lutein. Chemically synthesized carotenoids include carotenoid and lutein. Astaxanthin can be extracted naturally or synthesized chemically. It is an oxygen-containing derivative of carotenoids and is now one of the most widely used feed colorants in aquaculture. This article describes the structure, properties, production methods, application effects in aquaculture, and development prospects of astaxanthin.

1 структура и физико-химические свойства астаксантина

Astaxanthin, также известный как креветки желтые, имеет химическое название 3,3'- дигидрокс -4,4'- дион-бета, бета'- каротин с молекулярной формулой C40 H52 O4. Это каротин кетотипа, содержащий две гидроксильные группы (O) и две группы кето (=O). Большинство его естественных форм существует как эстеры.

Астаксантин-кислородное органическое соединение розового цвета. Она нерастворима в воде, но растворима в большинстве органических растворителей. Он нестабилен при наличии кислот, кислорода, высоких температур и ультрафиолетового излучения и легко окисляется и деградирует.

2. Методы производства астаксантина

Существуют два основных метода производства астаксантина: естественная экстракция и химический синтез.

2.1 естественная экстракция астаксантина

Природный астаксантин is often found in certain animals, algae and microorganisms. Its production can be divided into extraction from animals and their by-products, extraction from algae and microbial fermentation.

2.1.1 извлечение из животных и их побочных продуктов

Астаксантин широко распространен в организме водных животных и в раковинах моллюсков (Goodwin, 1984). Эти животные не могут синтезировать сам астаксантин, и весь астаксантин в их организме происходит из пищи (в основном водорослей в воде). После того как karrer et al. (1932) впервые извлекли астаксантин из крабовых яиц, побочные продукты ракообразных водных продуктов (креветки, крабов) стали основным источником природного астаксантина. В норвегии астаксантин извлекается из измельченных корпусов креветок с помощью кислоты или ферзиматического гидролиза, за которым следует экстракция с использованием органического растворителя. Урожайность может достигать около 150 мг/кг, а содержание астаксантина извлекаемого пигмента превышает 90%. Однако, поскольку содержание пигмента в большинстве креветок и крабов в побочных продуктах является низким и составляет лишь 80-200 мг/кг, а затраты на добычу высоки, этот метод не подходит для коммерческого производства и имеет незначительный потенциал развития.

2.1.2 извлечение из водорослей

Многие водоросли, которые растут в условиях нехватки азота, напримерHaematococcus pluvialis, are important astaxanthin-producing bacteria and are considered to have great commercial production prospects. During the cultivation of this algae, if there is a lack of nitrogen sources, astaxanthin can accumulate in the algae, and the astaxanthin content in the dry matter can reach 0.5% to 2.0% (LWoFF et al., 1930), accounting for more than 90% of the total carotenoids.

 Кроме того, хлорококк SP устойчив к высоким температурам, экстремальным значениям pH и быстро растет. (LWoFF et al., 1930), на долю которых приходится более 90% общего объема каротеноидов. Кроме того, хлоропром SP имеет преимущества высокой температурной толерантности, экстремальной pH толерантности, быстрых темпов роста и простоты выращивания на открытом воздухе. Она считается водорослями с большим потенциалом для крупномасштабного производства астаксантина (Nelis et al., 1991). Однако, как правило, водоросли имеют длительные автотрофические циклы и высокие требования к качеству воды, окружающей среде и свету, что ограничивает крупномасштабное производство. Кроме того, 87% астакзантина в Haematococcus pluvialis присутствует в эстерифицированном состоянии, которое плохо всасывается и осаждается у некоторых животных (Kvalheim et al., 1985). Все эти факторы влияют на масштабное производство астаксантина с использованием водорослей.

2.1.3 микробная ферментация

К микроорганизмам, которые, как известно, производят астакзантин, относятся микобактерия lacticola, Brevibacterium 103 и гриб Pha "" ia rhodozyma. Из них Mycobacterium lacticola может производить астакзантин только на углеводородных средах, но не на биогенном агаре, в то время как Brevibacterium 103 должен расти на нефти. В конце ферментации производство астаксантина составляет менее 0,03 мг/г, поэтому ни то, ни другое не имеет практического значения.

Haematococcus pluvialis is considered to be the most valuable microorganism for industrial production of astaxanthin. It was first isolated from the exudate of deciduous trees in the mountainous areas of Alaska, USA, and Hokkaido, Japan, in 1970 (Andrewes et al., 1976), and was later identified as a genus of the fungus Basidiomycota. Haafu yeast is aerobic and can ferment sugars, unlike other yeasts of the same genus. It produces more than 10 kinds of carotenoids, the main ones being astaxanthin, - о, каротин, and “-carotene. The astaxanthin content of wild fungi ranges from 40% to 95%. However, the total amount of carotenoids in wild Hanseniaspora yeast generally does not exceed 500 mg/kg of dry yeast, and the yeast cell walls are very thick, so it is difficult for animals to digest and absorb them without breaking the walls.

Для решения этих проблем отечественные и зарубежные ученые в последние годы провели углубленные исследования по разведению высокоурожайных штаммов астаксантин и перелому стенки дрожжевых элементов и добились отрадных результатов. Например, с помощью жидкого спиртного средства культуры для проверки на наличие штамма мутантов родоторула глутиниса NRRLY-17269, JB2, 2100-2270 мг каротиноидов на килограмм стволовых клеток (Bon et al., 1997). В исследовании Calo et al. (1995), штамм мутантов дрожжей фаффия был получен с повышенным содержанием астаксантина 23%, достигнув 1500 мг/кг стволовых клеток. Исследователи в китае добились лучших результатов, обрабатывая клетки кислотным теплом, чтобы сломать клеточную стенку, а затем извлекая астакзантин с помощью ацетона. Другой метод заключается в использовании ферментов, разделенных циркулярными бациллами, для ферментного разрушения жестких клеточных стен. За рубежом уже существуют предприятия, использующие дрожжи Haver для промышленного производства астаксантина, такие как американская компания Red star, чье содержание дрожжей составляет 3000-4000 г/т сухих дрожжей; Igene Biotechnology Co., Ltd. имеет продукт с astaxanthin содержанием до 8000 г/т.

2.2 химический синтез

The transformation of β-carotene to astaxanthin requires the addition of two ketone groups and two hydroxyl groups. Chemical synthesis is difficult and most of the astaxanthin produced is in the cis configuration. To date, the only company that has used chemical synthesis to produce astaxanthin on an industrial scale is the Swiss company Hoffmann-La Roche, which markets it under the trade name Carophyll Pink. As astaxanthin produced by fermentation has a lower content, chemically synthesized astaxanthin has a competitive advantage. The Синтез астаксантина involves multiple chemical and biocatalytic reactions, with the biocatalytic reaction determining the stereochemistry of the carbon atoms in the intermediates or the position of the substituents on the oxygen atoms. The main precursor for chemical synthesis is (S)-3-acetyl-4-oxo-beta-ionone, which is obtained by asymmetric hydrolysis of (R)-terpene alcohol acetate by different microorganisms, followed by extraction, reflux and then subjected to technical processes such as extraction, reflux.

3. Эффект применения астаксантина

3.1. Цветовое действие астаксантина

Астаксантин является конечной точкой каротеноидного синтеза. После попадания в организм животного, он может храниться непосредственно в тканях без изменения или биохимической трансформации (Bjorndahl, 1990), придавая коже и мышцам некоторых водных животных здоровый и яркий цвет, а яйца и птица появляются здоровыми золотистый желтый или красный цвет. Хотя грау-каротин может быть преобразован в астаксантин у ракообразных водных животных, большая его часть преобразована в витамин а, который имеет плохой эффект окраски, и он не окрашивает обычных водных животных и птиц. Только оксигенные производные каротеноидов (xanthophylls) способны окрасить яичные желтки (Olson, 1989), а дигидроксидные и дикетонные каротеноиды (astaxanthin) оказывают более сильное цветовое воздействие на яичные желтки, чем моногидроксидные, монокетонные или эпоксидные каротеноиды (Braeunlich, 1978).

Когда Olsen et al. (1994) добавили астаксантин в рацион арктической сары, они обнаружили, что покраснение Рыбы положительно коррелирует с количеством добавленного астаксантина и что дозировка 70 мг/кг является стабильным периодом формирования пигмента. Choubert et al. (1996) обнаружили, что добавление 100 мг/кг астаксантина, извлеченного из дрожжей, в радужную форель увеличивает содержание каротеноидов в мышцах радужной форели. Kamada etal. (1990) обнаружили, что добавление экстракта petal calendula содержит 0. 1% astaxantin-содержащий petal экстракт мариголда в корме радужной форели, было обнаружено, что не только fish's эпиболи желтый, но astaxanthin содержание в мышцах также увеличилось. Ли чэньшень (1993) считает, что астаксантин является предпочтительным пигментом в лосося и радужной форели корма.

3.2 роль астаксантина в укреплении иммунной функции

Astaxanthin is an excellent antioxidant that plays an important role in promoting antibody production, enhancing the immune function of animals, and quenching the production of free radicals. Miki (1991) found that the antioxidant capacity of astaxanthin is 10 times that of β-carotene and 100 times that of vitamin E. These functions of astaxanthin help to improve the survival and health of individual animals. Studies have shown that adding 50 mg/kg astaxanthin to the feed of rock lobsters can significantly improve the survival rate, weight gain and feed conversion rate of the shrimp.

3.3 астаксантин и др#39; роль в содействии росту и воспроизводству

Яйца водных животных содержат высокий уровень астаксантина. Такой высокий уровень астаксантина может снизить чувствительность Рыбы к свету и способствовать росту и воспроизводству Рыбы (Li shengjean, 1993). Он также может выступать в качестве гормона для содействия оплодотворению рыбных яйцеклеток, снижения уровня смертности эмбрионального развития, ускорения роста личности и повышения скорости созревания и фертильности (Torrissen et al., 1994). Астаксантин может также увеличить производство яиц птицы.

4 направления исследований по применению астаксантина

Astaxanthin has good application prospects in the aquaculture industry as an excellent feed coloring agent. In recent years, the demand for astaxanthin at home and abroad has been increasing. Each year, 100 tons of astaxanthin are used in rainbow trout farming worldwide, worth 185 million US dollars, and the market potential is considerable.

4.1 исследования по технологии производства астаксантина

Перспективным направлением развития является масштабное производство астаксинтина с использованием гематококкового плувиалиса. Отбор штаммов, которые производят высокие уровни астаксантина, контроль оптимальных условий ферментации, совершенствование процессов ферментации, использование методов генетической модификации и выбор недорогого ферментного сырья для повышения урожайности и снижения производственных издержек, а также выбор соответствующих методов разрушения клеточных стенок для повышения коэффициента использования астаксантина-все это темы, требующие дальнейших исследований.

4.2 исследования по расширению применения астаксантина

At present, there is more research into the application of Астаксантин в аквакультуре and poultry farming, and there are relatively few reports on its application in livestock farming. How to expand the application of astaxanthin in livestock farming is an area that requires further research. For example, astaxanthin can be used as a feed coloring agent for pigs, taking advantage of its ability to be deposited on the surface of the body and in muscle tissue, so that the skin of the pig is shiny and the muscles are ruddy, improving the quality of the pork. On the other hand, the amount of astaxanthin added to the feed should be systematically studied, and the correlation between the amount added and the coloring effect should be analyzed to determine the appropriate amount of additive in various aquatic products and livestock feeds, so as to achieve the best results with a small investment.

The coloring effect of astaxanthin in feed is related to the feed formula, the health of the animals and the breeding environment. The lipids, antioxidants and vitamin E in the feed can protect the coloring agent from damage and are all conducive to the absorption of astaxanthin by animals. Feed containing a high concentration of calcium and vitamin A, however, can affect the deposition of astaxanthin. In addition, the type of protein in the feed, the oxidation state of the fat, the carotenoid content and the presence of anti-nutritional factors all affect the deposition of astaxanthin in the animal. Studying these influencing factors can better exploit the coloring effect of astaxanthin and reduce its loss in use.

4.3 исследования по безопасности астаксантина

Хотя в настоящее время имеется много сообщений о воздействии астаксантина, добавляемого в ходе сельскохозяйственного производства, мало сообщений о его остатках у животных после применения и токсичности, вызываемой чрезмерным добавлением. Поэтому необходимо также изучить вопрос о безопасности долгосрочного использования астаксантина.