養殖におけるアスタキサンチンの用途は何ですか?
アスタキサンチンis のtype のcarotenoid that not only hとしてa good coloring 効果にaquatic animals, but also has のeffect のpreventing discoloratiにとdeterioration とkeeping the 食品fresh[1]. Astaxanthでhas functions such as high-efficiency anti-oxidation, anti-cancer, immune enhancement, eye protection とcentral nervous system protection, とis currently widely used でthe 生産のmedicine, feed, food とcosmetics[2]. アスタキサンチンsources include artificial synthesis and 自然extraction. At present, the common natural astaxanthでproducts at home and abroad are mainly derived from aquatic product waste, microorganisms and genetically modified plants. In the aquaculture industry, アスタキサンチンis mainly used as a new and highly effective feed additive and is widely used.
1アスタキサンチンへの導入
Astaxanthでhas the molecular formula C40H52O4. It is a fat-soluble and water-soluble pigment. Crystalline アスタキサンチンhas a melting point の224°C. It is a dark purple-brown powder with a pink color. It is insoluble in water, but soluble in organic solvents such as acetone, benzene and chloroform. Astaxanthin is widely found in living organisms, especially in fish, shrimp, crab, and the feathers のbirds such as flamingos and ibises, as well as in the flesh の鮭and trout, and the shells のshrimp and crab. Animals cannot synthesize astaxanthin on their own, and although some crustaceans can convert other carotenoids inにastaxanthin, they cannot meet their body'のニーズなので、彼らは食べ物から摂取されなければなりません。ほとんどの海魚や甲殻類に含まれるアスタキサンチンは、一般的に食物連鎖を介して植物プランクトンや動物プランクトンから得られます[3-4]。アスタキサンチンは水生動物に良い外見を与えるだけでなく、動物の成長と発達に不可欠な栄養素です。
アスタキサンチン分子は環状構造の両端に1つのヒドロキシ基(- oh)を持ち、脂肪酸とモノエステルおよびジエステルを形成する。生物のエステル化基は、アスタキサンチンがタンパク質に結合するための橋渡しとして働く。遊離状態またはエステル化状態は体内のアスタキサンチンの安定性、タンパク質への結合度、代謝速度に影響を与える。例えば、生きた健康なエビやカニの表面は緑色で、加熱すると橙色から赤色に変色します。これは、タンパク質からエステル化したアスタキサンチンが分離するためです。
2形態およびアスタキサンチンのソース
2.1アスタキサンチンの形態
アスタキサンチンは動物や組織によって分布が異なり、生物に保存されるとより安定である。非酸化アスタキサンチンはエステル化アスタキサンチンである。魚類の皮膚・鱗・卵にはエステル化アスタキサンチンが、筋肉・血漿・内臓には遊離アスタキサンチンが主に含まれている。カニやエビなどの甲殻類では、エステル化したアスタキサンチンは主に殻、生殖腺、肝細胞に堆積する。
2.2アスタキサンチン筋
Currently, the mature astaxanthin production processes include biological extraction and chemical synthesis. Common natural astaxanthin is mainly derived from aquatic product waste, microorganisms and genetically modified plants. Molecular structure のアスタキサンチン(Figure 1): four isoprene units are linked in the form のa conjugated unsaturated double bond. The long conjugated unsaturated double bond structure is very sensitive to light, heat, acids, alkalis, oxides and enzymes [5]. Therefore, how to optimize the extraction process to extract natural astaxanthin with maximum efficiency has become an international research hotspot.
2.2.1化学合成法
アスタキサンチンの合成には、直接合成と間接合成の2つの方法があります。直接合成法では一般的にカロテノイドモノマーを直接合成するが、間接合成法では他のカロテノイドを酸化させてアスタキサンチンを得る。両方の方法の合成プロセスは非常に複雑であり、得られたアスタキサンチンは100%遊離であり、主にcis形である(天然のアスタキサンチンは主にトランス形である)。
2.2.2水産処理廃棄物からの抽出
2022年、China水産物の年間生産量は6869万トンに達する。水産廃棄物は豊富な資源であり、水産廃棄物からアスタキサンチンを抽出することは大きな経済的利益をもたらし、中国の持続可能な発展を促進することができます#39; s水産業。従来のアスタキサンチン抽出法には、アルカリ抽出、油可溶化、ソクシュレット抽出、有機溶媒抽出などがある。近年、アスタキサンチンを低消費かつ高効率に抽出するために、酵素抽出、負圧キャビテーション、高圧均質化、イオン液体、パルス電場、超臨界流体抽出などの新しい手法が用いられている。
祖元岡ら。[6]様々なプロセス条件に対する予備調査の側のネガティブ圧力に押され、アスタキサンチンキャビテーションの抽出方法、最適な抽出後のパラメータを得:80%の抽出溶剤エタノールにも関わらず抽出時間35分、通気性巻収録0.2 m3 / h。martinezら[7]は、haematococcuspluvialisからのアスタキサンチン抽出速度を、パルス電界処理、粉砕、凍結解凍、熱処理、超音波処理によって比較した。その結果、パルス電場処理後のアスタキサンチン抽出率は96%で、他の抽出法で最も高い抽出率は80%であった。
zhang yeら[8]は、赤血球分解酵素、ペクチナーゼおよび複合酵素がpluvialis haematococcus属の壁を破壊することに対する効果を研究し、この酵素による壁を破壊することで応答表面によるアスタキサンチンの抽出を最適化した。セルラーゼとペクチナーゼの酵素活性の比が1:1 (u / u)、酵素量7000 u / ml、ph 4.9、温度49℃、時間6時間、アスタキサンチン抽出率71.08%の場合、複合酵素法は単純で、穏やかで、緑で、安全で効率的であることが判明した。また、カラムクロマトグラフィー、高性能液体クロマトグラフィー、再結晶、高速逆流クロマトグラフィーなどのアスタキサンチン精製法も開発されています。水産物廃棄物中のアスタキサンチン含有量は比較的少なく、抽出プロセスは複雑で高価です。そのため、コスト効率の良いアスタキサンチンの抽出は、生産産業にとって喫緊の課題となっています。
2.2.3微生物生産
天然に存在する多くの種類の微生物(藻類、菌類、細菌など)は天然のアスタキサンチンを合成することができる。現在、xanthophyllomyces dendrorhousとhaematococcus pluvialisが最も広く研究され、生産に使用されている[9-10]。良好なxanthophyllomyces樹状菌株には乾燥重量の約0.5%を占めるアスタキサンチンが蓄積し、発酵過程が成熟しているため、短時間で生成物を得ることができる[11]。しかし、炭素源、窒素源、温度、ph、溶存酸素などの発酵条件に大きく影響され、発酵コストが高くなります。生産されるアスタキサンチンは、抗酸化活性が低いデキストロース異性体であるため、天然のアスタキサンチン生産ツールとしては最適ではない。
現在の主な生産手段はpluvialis haematococcusで、株の乾燥重量の4%から5%を占めるアスタキサンチンを蓄積することができます。しかし、要件Haematococcuspluvialisが極端に厳しい、高い水質に要求は光と文化環境、文化周期が长い、技術水準が求められる厳しく、て、アスタキサンチンを积み上げて体内に入っているので発生ストレス状況の中に不向きセルバイオマスの集積にほかなりません。そのため、大量生産が困難である[12-13]。
2.2.4遺伝子組換え植物の生産
β作り始める前兆-caroteneとβに必要な-carotene水酸化酵素アスタキサンチン合成高等植物の至る所に汉字がβ表現が入っていない-carotene ketolaseため、合成アスタキサンチンないというわけだ。現在の研究結果の導入は成功β-carotene ketolaseアスタキサンチン生産植物へとタバコ、[14][16]じゃがいもヤマハタザオ属〔17〕、蓮の花の[18]、栗の[19]、などの植物も。しかし、遺伝子組換え植物で産生されるアスタキサンチン含有量は不安定であり、中間代謝物の蓄積などの問題があります。したがって、植物の発見と利用' s自身のアスタキサンチン合成関連遺伝子(例えば、マリーゴード植物の花弁は、花弁の乾燥重量の約1%の含有量で、アスタキサンチンを含む[20])は、アスタキサンチン生産の遺伝子工学のための重要な研究の方向性となる。
3養殖におけるアスタキサンチンの応用
アスタキサンチンは、食品、医薬品、飼料業界で使用されてきましたが、現在は主に養殖で使用されています。
3.1彩色効果
アスタキサンチンは様々なタンパク質と結合して、赤、オレンジ、黄、緑、青、紫などの色を作ることができる。
3.1.1養殖魚の着色の促進
と述べ飼料にアスタキサンチンcan make the skin and muscles のfarmed fish such as salmon and sturgeon appear bright red, and the meat tastes more delicious [21]. Nickell et アル[22] found that the coloring degree and efficiency of astaxanthin increased with the increase of the content of lipid substances in the feed by feeding rainbow trout with feed of different fat levels. Zhang Chunyan et al. [23] found that the redness and yellowness values of the muscle of Oncorhynchus mykiss were significantly higher in the group 供給1.0 g/kg 合成astaxanthin and the group fed 0.1 g/kg astaxanthin-containing Haematococcus pluvialis extract than in the control group.
nogueiraら[24]は、アスタキサンチンの栄養補給(6ヶ月間50または80 mg/kg;50 mg/kgを3か月、80 mg/kgを3か月投与)では、背鰭と尾の肌色と発色にプラスの効果が認められ、発色と発色の値は野生個体とほぼ同等であった。li yao-pengらは[25]、平均体重約1 kgのニジマスを17万匹以上選び、食事中のアスタキサンチン濃度が成長能力、収量、筋肉の色に与える影響についての試験を行った。
40 mg/ lを追加することが判明しました30 mg/L astaxanthin to the feed, respectively, and feeding it 7 months and 9 months before the rainbow trout is marketed, the meat color can meet the standards. Wang Hongyu et al. [26] fed hexagramma otakii (Hexagrammos otakii) with astaxanthin-added feed. The results after 60 days showed that when the additive amount was 0.10%-0.20%, the brightness, redness, and yellowness of the dorsal surface of the fish, the redness and yellowness of the abdomen, and the brightness and yellowness of the tail were significantly higher than those of the control group. When the additive amount was 0.05%-0.20%, the astaxanthin deposition on the dorsal, abdominal, and caudal skin of the fish was significantly higher than that of the control group. were significantly higher than those of the control group. When the additive content was 0.05% to 0.20%, the astaxanthin deposition on the skin of the back, abdomen and tail of the fish was significantly higher than that of the control group.
3.1.2観賞魚の着色を促進する
観賞魚の体の色は、色素のアスタキサンチンとカンタキサンチンが体内に蓄積することで全身色になる。観賞魚はこの2つの色素を合成することはできず、餌から得なければならない。観賞魚の餌は、魚の成長と発達の両方のニーズと、明るい体色を維持する必要性を満たす必要があります。アスタキサンチンは最高の着色剤であり、観賞魚の鮮やかな体色を維持するのに役立つ。chen xiaomingらは、60日間の実験の結果、飼料に60 mg/kgのアスタキサンチンを添加すると、金魚の着色がより自然で鮮やかになることを発見した[27]。wang ruiら[28]は、飼料に30 mg/kgのアスタキサンチンを添加すると、グッピー、赤いメカジキ、金魚の色素沈着の効果が有意に改善することを発見した。
sun xueliangら[29]は、アスタキサンチンと異なるキャリア(リン脂質、ビタミンe)の組み合わせを研究し、アスタキサンチンと2つのキャリアビタミンeおよびリン脂質の組み合わせがオウム魚の体色を有意に赤くすることを見いだした。wang junhuiらは、コイ(cyprinus carpio l.)の体色に対するアスタキサンチンの影響を研究し、体色の赤みおよび黄さの値が、アスタキサンチン添加量が400 mg/kgのときに最大に達したことを発見した。
3.1.3エビとカニの着色効果
The body color of shrimp and crab determines their market value. Astaxanthin combines with chitin in shrimp and crab to appear greenish-blue. After high-temperature heating, the protein is separated from the original astaxanthin, and the color changes to orange-red. Jin Zhengyu et al. [31] fed Macrobrachiumrosenbergii with 60 mg/kg astaxanthin ため35 days. The results showed that the total carotenoid content in the shrimp was the highest (119.38 g/kg), which was 40% higher than that of the control group. Chien et al. [32] added 50 and 100 mg/kg astaxanthin in the feed of Japanese tiger prawns, and after 63 days, it was found that the deposition rate of astaxanthin in the shell and muscle of the prawns had significantly increased.
longら[33]は、中国産ミトンガニの成体(eriocheir sinensis)の餌に、天然のアスタキサンチンを豊富に含む「haematococcus pluvialisパウダー」を添加した。その結果、「haematococcus pluvialisパウダー」を添加すると、カニの卵巣と毛色の赤みが有意に増加することがわかった。これはsu fang &によって確認されました#39;s[34]の実験によると、ヘマトコックスプラビalisの飼料をカニクイガニに与えると、蟹製品の色と品質が大幅に改善され、蟹の卵巣、肝臓、甲殻、表皮のアスタキサンチン含有量が有意に増加することが明らかになった。有意な用量効果関係があります,とpluvialis haematococcusの追加が高いです,体内のアスタキサンチンの蓄積が高いです。Ma Nanら[35]提案しそして合成アスタキサンチンを養う肥育を大幅に増やすことができる総カロテノイド内容色頭をな抗酸化力・胸、、肝臓や膵臓の、や卵巣中国カニ豊年合成アスタキサンチン内容が追加と提案しなければならない雌の給肥育90 mg / kgくらいです。
3.2強力な抗酸化作用
shimidzuら[36]は、in vitro研究で、アスタキサンチンがルテインやゼアキサンチンよりも一重項酸素を消し、フリーラジカルを除去する能力が高いことを見出し、leeら[37]もこれを確認した。王Jiqiaoら。[38]少年Apostichopus japonicusうんざり飼料30を含む60 mg / kg、β900 -caroteneアスタキサンチン、それぞれ水温実験室条件に11.0-20.0°C、塩分、ステップ35及びpHとビビった繰込80 d後、のショットの平均合計な抗酸化力が組液体腔洗浄が滞るのにより補っていると見られるアスタキサンチン(12.77 U / mL基準)よりも高くなったのは、すでに団体により補っているとβ-carotene(8.7)。 80日後意味した結果な抗酸化力総額(30−12.77 U / mL)液(体腔洗浄が滞るグループごとにApostichopus japonicus餌アスタキサンチンより45.61%の平均値(30−、U / mL)各グループ餌β-carotene、ことを示すな抗酸化力よりも排出ガイド回転範囲θアスタキサンチン高いがβ-carotene。
feng mingleiらは[39]、基礎食に31.50 mg/kgの赤酵母アスタキサンチン(p-ast)と32.96 mg/kgの合成アスタキサンチン(s-ast)をそれぞれ添加し、ニジマスに112日間餌を与えた。その結果、ニジマスの赤筋では、s-astとp-astの両方が抗酸化系と脂質代謝関連遺伝子の機能を調節していることが明らかになった。ニジマスに31.50 mg/kgのp-astと32.96 mg/kgのs-astを112日間投与したところ、s-astとp-astの両方がニジマスの赤筋の抗酸化系の機能と脂質代謝に関連する遺伝子の発現を調節していることが明らかになった。
Wang Zhaoxin et al. [40] designed three kinds of feed with different concentrations of astaxanthin by adding Astaxanthin Plus (containing 10% astaxanthin) to an isonitrogenous and isoleucine-rich feed, and fed it to Litopenaeus vannamei prawns. After 112 days, the study showed that adding an appropriate amount of astaxanthin to the feed can improve the antioxidant capacity and immune function of the prawns. In terms of food preservation, Han Qingyou [41] found that astaxanthin can not only be used in the preservation of fruits and foods, but also provide a scientific basis for extending the shelf life of fruits. Li Nian et al. [42] showed that a shrimp-astaxanthin-carboxymethylchitosan composite coating of 60 and 90 mg/L is a safe, effective, and feasible method for preserving Litopenaeus rossensis. It can inhibit the decline in sensory quality of Litopenaeus rossensis during refrigeration, delay lipid oxidation, and extend the shelf life of Litopenaeus rossensis by 3–4 days.
3.3アンチストレス効果
城之内ら[43]は、アスタキサンチンが体液性免疫応答におけるth1 (tヘルパー細胞1)およびth2 (tヘルパー細胞2)の活性を高め、免疫グロブリンiga、igm、iggの産生を増加させ、動物の免疫調節活性を高めることを示した。zhangらは[44]、バナメエビの食事に125 ~ 150 mg/kgのアスタキサンチンを添加すると、エビの体の抗酸化能力と低酸素ストレスに対する耐性が向上することを発見した。jiangら[45]によると、幼体のカラタリガニの餌にhaematococcus pluvialisの粉末を添加すると、アンモニアストレスによる幼体のカニの死亡率が低下する。xieら[46]は、haematococcus pluvialisを添加すると、80日の摂食および急性低酸素ストレステスト(1.2 mg/ l)後に、ゴールデンポンプレス(trachinotus ovatus)の炎症反応が低下することを明らかにした。tizkarら[47]は、アスタキサンチン(50 ~ 150 mg/kg)を含む餌を70日間与えた後、ニホンイシエビが低酸素、アンモニアストレス、寒冷ストレスなどの様々な物理的・化学的ストレスに耐えられることを示した。
3.4成長、生殖、発達を促進する
Adding astaxanthin to the feed can significantly improve the growth and reproductive performance of rainbow trout, increase the survival rate of young shrimp, the buoyancy and survival rate of fish eggs, and increase the fertilization rate, survival rate and growth rate of salmon eggs. Jin Zhengyu et al. [31] showed that astaxanthin can significantly increase the weight gain rate of Litopenaeus vannamei. Li Chenlu [48] showed that astaxanthin has a significant alleviating effect on the oxidative stress response and oxidative damage caused by microcystin in zebrafish (Barchydanio rerio var.), and the higher the astaxanthin concentration, the better the effect on improving oxidative stress in the body. Wang Zhaoxin et al. [40] showed that adding the right amount of astaxanthin to the feed can increase the ovary yolk protein content, fertilized egg hatch rate, larval metamorphosis rate, and the number of amoeboid larvae and copepod larvae, thereby improving the reproductive performance of the parent shrimp.
4アスタキサンチンの安全性と応用の見通し
アスタキサンチンは日常的な食品に多く含まれている。エビとカニは80 - 100 mg/kg、紅鲑は30 - 58 mg/kg、魚は40 mg/kg、貝は10 mg/kgである。近年、動物やヒトを対象とした多くの毒性学的研究の結果も、アスタキサンチンが安全で無毒であることを示している[49-50]。
その重要な生理機能と経済的価値により、養殖、食品添加物、化粧品、医薬品などに大きな応用の可能性があります。国内外のさまざまな産業の発展に伴い、アスタキサンチンの需要は引き続き増加します。現在、アスタキサンチンの合成および抽出は、国際的に一般的に、合成および抽出方法が複雑で、歩留まりが低く、コストが高いという欠点があり、大規模な商業生産のニーズを満たすことができない。現代のバイオテクノロジーを用いて高収量のアスタキサンチン株の育種研究を行うことは、開発と応用の見通しが広く、重要な研究計画に含める必要がある。
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