Для чего нужен астаксантин?

В настоящее время основными цветами, добавленными в аквакультуру, являются естественные цвета и химически синтезированные каротеноиды. Под естественными цветами понимаются экстракты животных, растений и микроорганизмов, богатых каротеноидами и лютейном. Химически синтезированные каротеноиды включают каротеноиды и лютейн. Астаксантин может быть извлечен естественным путем или синтезирован химическим путем. Это кислородное производное каротеноидов, которое в настоящее время является одним из наиболее широко используемых кормовых красителей в аквакультуре. В статье описываются структура, свойства, методы производства, последствия применения в аквакультуре и перспективы развития астаксантина.

1 структура и физико-химические свойства астаксантина

- астаксантин, 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

Астаксантин является отличным антиоксидантом, который играет важную роль в продвижении производства антител, повышении иммунной функции животных, и прекращении производства свободных радикалов. Miki (1991) установила, что антиоксидантная способность астаксантина в 10 раз превышает способность грау-каротина и в 100 раз-способность витамина е. эти функции астаксантина помогают улучшить выживание и здоровье отдельных животных. Исследования показали, что добавление 50 мг/кг астаксантина в корм горным омарам может значительно улучшить выживаемость, увеличение веса и скорость преобразования кормов креветок.

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 astaxanthin in aquaculture and poultry farming, и имеется относительно мало сообщений о его применении в животноводстве. Вопрос о Том, как расширить применение астаксантина в животноводстве, требует дальнейших исследований. Например, астаксантин может быть использован в качестве кормового красителя для свиней, пользуясь его способностью попадать на поверхность тела и в мышечную ткань, так что кожа свиньи блестит, а мышцы румятся, повышая качество свинины. С другой стороны, следует систематически изучать количество астаксантина, добавляемого в корм, и анализировать корреляцию между добавляемым количеством и цветовым эффектом для определения соответствующего количества добавки в различных водных продуктах и кормах для скота, с тем чтобы добиться наилучших результатов при небольших инвестициях.

Цветовое действие астаксантина в корме связано с кормовой формулой, здоровьем животных и средой размножения. Липиды, антиоксиданты и витамин е в корме могут защитить краситель от повреждений и все это способствует всасыванию астаксантина животными. Однако корм, содержащий высокую концентрацию кальция и витамина а, может влиять на осаждение астаксантина. Кроме того, тип белка в корме, окисление жира, содержание каротеноидов и наличие антипитательных факторов влияют на осаждение астаксантина у животных. Изучение этих факторов влияния может лучше использовать эффект окраски астаксантина и уменьшить его потерю в использовании.

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.