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 часто встречается у некоторых животных, водорослей и микроорганизмов. Его производство может быть разделено на извлечение из животных и их побочных продуктов, извлечение из водорослей и микробной ферментации.

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, являются важными astaxanthins-производящих бактерииИ считается, что имеет большие перспективы промышленного производства. При выращивании этих водорослей, при отсутствии источников азота, астаксантин может накапливаться в водорослях, а содержание астаксантина в сухая материи может достигать 0,5% - 2,0% (LWoFF et al., 1930), что составляет более 90% общего содержания каротеноидов.

 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 считается самым ценным микроорганизмом для промышленного производства астаксантина. Впервые он был изолирован от экзотических лиственных деревьев в горных районах аляски, США, и хоккайдо, Япония, в 1970 году (Andrewes et al., 1976), а затем был идентифицирован как род грибков Basidiomycota. Haafu дрожжи аэробные и может ферментировать сахара, в отличие от других дрожжей того же рода. Она производит более 10 видов каротиноидов, основными из которых являются астаксантин, грау-каротин и "- каротин". Содержание астаксантина диких грибов варьируется от 40% до 95%. Однако общее количество каротеноидов в диких дрожжах Hanseniaspora, как правило, не превышает 500 мг/кг сухих дрожжей, а стенки дрожжевых элементов очень толстые, поэтому животным трудно переварить и абсорбировать их, не нарушая стенки.

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

В настоящее времяПреобразование грау-каротина в астаксантинТребует добавления двух групп кетонов и двух гидроксильных групп. Химический синтез является сложным, и большая часть произведенного астаксантина находится в конфигурации СНГ. На сегодняшний день единственной компанией, которая использовала химический синтез для производства астаксантина в промышленном масштабе, является швейцарская компания Hoffmann-La Roche, которая реализует его под торговым названием Carophyll Pink. Поскольку астаксантин, получаемый путем ферментации, имеет более низкое содержание, химически синтезированный астаксантин имеет конкурентное преимущество. Синтез астакзантина включает в себя многочисленные химические и биокаталитические реакции, при этом биокаталитическая реакция определяет стереохимию атомов углерода в промежуточных соединениях или положение заменителей на атомах кислорода. Основным прекурсором химического синтеза является (ы)-3- ацетил -4- оксо-бета-ионон, получаемый (ы) при асимметричном гидролизе (р)- терпенового спирта ацетат различными микроорганизмами, за которым следует экстракция, рефлюкс, а затем подвергаются техническим процессам, таким как экстракция, рефлюкс.

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

Астаксантин имеет хорошие перспективы применения в аквакультуре в качестве превосходного кормового красителя. В последние годы спрос на астаксантин внутри страны и за рубежом растет. Ежегодно 100 тонн астаксантина используется в выращивании радужной форели по всему миру на сумму 185 миллионов долларов США, и рынок обладает значительным потенциалом.

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

В настоящее время проводятся дополнительные исследования в области применения астаксантина в аквакультуре и птицеводстве, и относительно мало докладов 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.