養殖におけるアスタキサンチンの用途は何ですか?

アスタキサンチンはカロテノイドの一種で、水生動物に良い着色効果があるだけでなく、変色や劣化を防ぎ、食べ物を新鮮に保つ効果があります[1]。アスタキサンチンは、高効率の抗酸化、抗がん、免疫増強、眼保護、中枢神経系保護などの機能を有しており、現在、医療、飼料、食品、化粧品などの生産に広く使用されている[2]。アスタキサンチン源には人工合成と自然抽出が含まれる。現在、国内外で一般的な天然のアスタキサンチン製品は、主に水産物廃棄物、微生物、遺伝子組み換え植物などから作られている。水産業ではアスタキサンチンは、主に新規で効果の高い飼料添加物として使用されます広く使われています

1アスタキサンチンへの導入

アスタキサンチンの分子式はc40h52o4である。脂溶性および水溶性の色素である。結晶性のアスタキサンチンの融点は224°cである。濃い紫褐色の粉末でピンク色をしています。水には不溶だが、アセトン、ベンゼン、クロロホルムなどの有機溶媒には可溶である。アスタキサンチンは、魚類、エビ、カニ、フラミンゴやトキなどの鳥類の羽、サケやマスの肉、エビやカニの殻など、生物に広く含まれている。動物は自分でアスタキサンチンを合成することはできません,そして、いくつかの甲殻類は、他のカロテノイドをアスタキサンチンに変換することができますが,彼らは自分の体を満たすことができません'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観を与えるだけでなく、また、動物の成長と発達に不可欠な栄養素でもあります。

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、生きている健康なエビやカニの表面は緑色であり、調理されたときの分離によって引き起こされるオレンジ-赤になりますタンパク質からエステル化されたアスタキサンチン。

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

現在、成熟したアスタキサンチン生産プロセス生物学的抽出と化学合成が含まれます。一般的な天然のアスタキサンチンは、主に水産物廃棄物、微生物、遺伝子組み換え植物に由来する。アスタキサンチンの分子構造(図1):4つのイソプレン単位が共役不飽和二重結合でつながっている。長共役不飽和二重結合構造は、光、熱、酸、アルカリ、酸化物、酵素に非常に敏感です[5]。そのため、天然のアスタキサンチンを効率よく抽出するための抽出プロセスを最適化する方法は、国際的な研究ホットスポットとなっています。

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。伝統的なアスタキサンチン抽出法アルカリ抽出、油可溶化、ソックスレット抽出、有機溶媒抽出など。近年では、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低消費量でアスタキサンチンを抽出します高効率。

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]が比較したhaematococcuspluvialisからのアスタキサンチンの抽出率パルス電界処理、研削、凍結解凍、熱処理、および超音波処理によって。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比が1:1 (u / u)、酵素量7 000 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%そして、複合酵素法は簡単で、穏やかで、緑色で、安全で効率的です。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

自然に発生する微生物(藻類、真菌、細菌など)の多くの種類ができます合成自然アスタキサンチン。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。

現在の主な生産ツールですhaematococcus pluvialisは、アスタキサンチンを蓄積することができるひずみの乾燥重量の4%から5%を占めます。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植物にタバコでアスタキサンチンを生産する[14-15]、ジャガイモ[16]、シロイヌナズナ[17]、蓮[18]、トウモロコシ[19]など。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'自業自得なんだアスタキサンチンsynthesis-related遺伝子(例えば、マリーゴード植物の花弁は、乾燥重量の約1%の含有量を有する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異なる種類のタンパク質と結合することができる赤、オレンジ、黄色、緑、青、紫などの色を作り出すことができます。

3.1.1養殖魚の着色の促進

飼料にアスタキサンチンを添加すれば、養殖魚の皮膚と筋肉を作ることができる鮭やチョウザメのような鮮やかな赤色が現れ、肉はより美味しくなります[21]。nickellら[22]は、ニジマスに脂肪分の異なる飼料を与えると、飼料中の脂質含有量が増えるとアスタキサンチンの着色度と効率が上がることを発見した。zhang chunyanらは[23]、合成アスタキサンチン1.0 g/kg投与群およびアスタキサンチン含有ヘマトコックスプラビalisエキス0.1 g/kg投与群では、対照群よりもoncorhynchus mykissの筋肉の発赤および黄さの値が有意に高かったことを発見した。

nogueiraら[24]がそれを発見したアスタキサンチンの栄養補助食品(50または80 mg/kgの6ヶ月;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のアスタキサンチンを投与しニジマスは、7ヵ月と9ヵ月を与えて販売すれば、肉の色が基準を満たすことができる。[26] wang hongyuらは、オタキイをアスタキサンチン添加飼料で給餌した。60日後の結果では、添加量が0.0% ~ 0.20%の場合、背側の明度・発赤・黄さ、腹部の明度・黄さ、尾の明度・黄さが対照群よりも有意に高くなりました。添加量が0.05 ~ 0.20%であった場合,背側,腹部,尾部へのアスタキサンチン沈着量は対照群に比べ有意に高かった。対照群よりも有意に高かったのです添加量が0.05% ~ 0.20%の場合背中の皮膚にアスタキサンチン沈着腹部と尾は対照群よりも有意に高かった。

3.1.2観賞魚の着色を促進する

観賞魚の体の色が原因です顔料アスタキサンチンとカンタキサンチンの蓄積全身の色を作り出します観賞魚はこの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、その追加を発見した飼料に30 mg/kgのアスタキサンチンguppies, red swordtails とgoldfishにおける色素沈着の効果を有意に改善することができます。

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[30]が研究した体の色にアスタキサンチンの影響コイ(cyprinus carpio l .)の体色の赤みと黄さの値は、アスタキサンチンの添加が400 mg/kgのときに最大に達したことがわかりました。

3.1.3エビとカニの着色効果

エビやカニの体の色が市場価値を左右する。アスタキサンチンはエビのキチンと結合するカニは緑がかった青に見えます高温で加熱すると、タンパク質は元のアスタキサンチンから分離され、橙色から赤色に変化する。jでzhengyuら[31]は、macrobrachium rosenbergiiにアスタキサンチン60 mg/kgを35日間投与した。その結果、エビ全体のカロテノイド含有量が最も多く(119.38 g/kg)、対照群より40%も高かった。chienら[32]は、日本のエビの餌にアスタキサンチン50 mg/kgおよび100 mg/kgを添加し、63日後にエビの殻および筋肉におけるアスタキサンチンの沈着速度が有意に増加したことを見いだした。

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]の実験では、ヘマトコッコス・プルビアリス(haematococcus pluvialis)の飼料をカニクイガニに与えると、カニ製品の色と品質が大幅に改善されることが明らかになった卵巣のアスタキサンチン含有量の増加カニの皮、甲冑、表皮などです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。mのnanらは[35]、合成アスタキサンチンを飼料に添加すると、カラフトガニの総カロテノイド含有量、頭と胸、肝臓と膵臓、卵巣の色と抗酸化能力が有意に増加することを提案し、合成することを提案した女性のカニの肥育飼料にアスタキサンチン含有量が追加されました約90 mg/kgのはずです。

3.2強力な抗酸化作用

shimidzuら[36]は、でvitroの研究でそれを発見したアスタキサンチンは一重項酸素を消す能力が高いまた、ルテインやゼアキサンチンよりも遊離基を除去することができ、leeらによっても確認されています[37]。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ら[40]は3種類の飼料を設計した異なる濃度のアスタキサンチンイソニトロシンやイソロイシンを豊富に含む飼料にアスタキサンチンプラス(10%含有)を添加して、ベニエビオに与えた。112日後、飼料に適切な量のアスタキサンチンを添加すると、エビの抗酸化能力と免疫機能が向上することが明らかになった。食品保存分野では、ハン・ギョンウ氏[41]が、アスタキサンチンが果物や食品の保存だけでなく、果物の保存寿命を延ばす科学的根拠になることを発見した。li nianらは、60 mg/ lおよび90 mg/ lのシュリンプ-アスタキサンチンカルボキシメチルキトサン複合コーティングが、litopenaeus rossensisを保存するための安全で効果的で実行可能な方法であることを示した[42]。冷凍中の感覚の低下を抑制し、脂質の酸化を遅らせ、保存期間を3 - 4日延ばすことができる。

3.3アンチストレス効果

城之内ら[43]はそれを示しているアスタキサンチンはth1の活性を高めることができる(tヘルパー細胞1)とth2 (tヘルパー細胞2)の体液性免疫応答に加え、iga、igm、iggの産生を増加させ、動物の免疫調節活性を高めます。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、70日後にそれを示したアスタキサンチンを含む食事(50 - 150 mg/kg)その結果、低酸素、アンモニアストレス、低温ストレスといった様々な物理的・化学的ストレスに耐えることができた。

3.4成長、生殖、発達を促進する

飼料にアスタキサンチンを添加すると、ニジマスの成長と繁殖能力を大幅に向上させ、稚エビの生存率を高め、魚の卵の浮力と生存率を高め、鮭の卵の受精率、生存率、成長率を高めることができます。jでzhengyuら[31]がそれを示しているアスタキサンチンはlitopenaeus vannameiの体重増加率を有意に増加させることができる。li chenlu[48]は、ゼブラフィッシュのミクロシスチンによる酸化ストレス応答と酸化損傷に対するアスタキサンチンの顕著な緩和効果を示し(barchydanio rerio var.)、アスタキサンチン濃度が高いほど体内の酸化ストレス改善効果が高いことを示した。wang zhaoxinら[40]は、飼料にアスタキサンチンを適量添加すると、卵巣の卵黄タンパク質含有量、受精卵の孵化率、幼虫の変態率、アメイバ幼生とカイpod幼生の数が増加し、親エビの生殖能力が向上することを示した。

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]。

重要な生理機能と経済的価値によりアスタキサンチンは養殖に大きな応用の可能性がある食品添加物、化粧品薬剤品など61種に決まった。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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