魚の餌に対するアスタキサンチンの利点は何ですか?
アスタキサンチンは、藻類、エビ、カニなどに広く含まれているケト型カロテノイドです。抗酸化作用が強く、抗がん作用、抗炎症作用、抗高血圧作用、抗肥満作用など、さまざまな生物学的作用があり、すでに広く利用されている[1-3]。魚類の生存、成長、繁殖、発育にも重要な役割を果たしています[4-6]。
強力な抗酸化物質としてアスタキサンチンは魚の細胞膜を保護する活性酸素種と活性窒素種の攻撃から、酸化ストレスを軽減し、成長性能を向上させ、免疫力を強化する[7]。同時に、アスタキサンチンは着色効果があり、養殖魚の筋肉と皮膚の色を改善し、肉の品質と商業的価値を高めることができ、観賞魚の飼料に広く使用され、明るい体色の観賞魚の需要を満たす[8]。魚類は単独でアスタキサンチンを合成することはできない。自然環境では、魚はアスタキサンチンを豊富に含む藻類を食べることでアスタキサンチンを得る。人工飼育下では飼料に加えることでしか得られない[9]。このため、魚の人工繁殖過程でアスタキサンチンを添加すると、魚の健全な成長を促し、繁殖効率を高めることができる。
1 。アスタキサンチンの物理的および化学的性質
アスタキサンチンはカロテノイドの酸素含有誘導体であり、長い不飽和共役系を含み、複数の光学異性体に存在する。分子式はc40h52o4で、化学名は3,3&である#39; -dihydroxy-4、4' -dione-beta-carotene[10、11]。アスタキサンチンは比較的安定している融点は約215°cです。脂溶性で、水には容易に溶けません[12]。さらに、アスタキサンチンは、エタノールやイオン液体のトリブチル(octyl)塩化ホスホニウム[13]よりも酸性共晶溶媒に溶けやすい。アスタキサンチンの分子构造は長いチェーン重債券共役のとを兼ね備えた不飽和が終るのグループと某ヒドロキシ団体(図1)。これら特殊構造フリーラジカルを誘致できるまたはフリーラジカルに電子を供給を除去フリーラジカルます。[14]がもつ抗酸化力も優れてしたがって展示という。
2アスタキサンチンのソース
現在、アスタキサンチンは主に生合成と化学合成の2つの方法で合成される。生合成とは、甲殻類の殻、藻類、酵母、原核生物から分離して得られることを指す。この天然のアスタキサンチンは、構造がはっきりしていて副産物が少なく、環境に優しい原料です。この方法で作られた製品は、食品添加物として使用することができます[15]。化学合成法には、半合成法と全合成法があります。この方法では、カンタキサンチン、ルテイン、ゼアキサンチンなどのカロテノイド、または合成化学物質を用いてアスタキサンチンを製造する。半合成によって合成されたアスタキサンチンは高い活性を持つが、収率は比較的低い。対照的に、化学的全合成法は、材料が容易に入手でき、全体的な収率が高いため、工業原料や飼料を製造するために一般的に使用されています[16]。
2.1微細藻類のアスタキサンチン合成
バイオテクノロジーの発展に伴い、微細藻類の応用は単なるバイオマスの生産から価値ある製品の生産へと移行している。のアスタキサンチンの合成は重要な分野の一つである〔17〕。成熟したhaematococcus pluvialis(図2)にはaがあるアスタキサンチンの高レベルその細胞では、野生株のアスタキサンチン含有量は、細胞の乾燥重量の4%に達することができます。
商業生産のための天然アスタキサンチンの有望な供給源の一つとして同定されている[18]。ごとワクチンもDunaliella salinaは合成アスタキサンチンと先駆アスタキサンチンβ-carotene[19]。haematococcus pluvialisは、アルカリ処理とsaponificationによってトランス-アスタキサンチンの異性化を効果的に低減し、高純度のアスタキサンチン結晶を生成することができる[20]。さらに、シネコシスチスは高付加価値のアスタキサンチンを生産する工場に転換することもできる。この微細藻類は、培養が容易で、遺伝子操作が容易で、明確な遺伝的背景を持っている[21]。
2.2酵母ベースのアスタキサンチン合成
現時点では、主な酵母のソース天然のアスタキサンチンの合成はphaffia rhodozymaであるまた、そのアスタキサンチンは、魚の飼料加工に広く使用されています[15]。研究では、合成画像アスタキサンチンの濃度は野生酵母赤色phaffia酵母からそれぞれ200 ~ 400μg / g。[22]変異誘発およびスクリーニングを使用して、より高い収量の赤色phaffia酵母株を得ることができる[15]。赤色のファフィア酵母細胞には脂質が豊富に含まれており、細胞内でのアスタキサンチンの均等な分布を助け、保存を促進します[23]。また、この酵母は、光に依存せず、成長速度が速く、高密度栽培が特徴です。アスタキサンチンを抽出した後、その栄養豊富な副産物は、栄養飼料添加物としても使用することができます[22]。
2.3化学的に合成されたアスタキサンチン
アスタキサンチンの化学的合成法には全合成法と半合成法がある。全合成とは、原料から始めて、一連の化学反応を経て目的の化合物を合成する方法です。αを-ionone出発物質としてアスタキサンチン合成2C15 + C10を用いてことができる→たC40ルート[24]大人。
加えて、ありますアスタキサンチンを合成するルートルテインエステルの加水分解と異性化、ゼアキサンチンの臭素化と酸化[25]、および酸化剤によるゼアキサンチンの酸化によってアスタキサンチンが合成される[26]。化学半合成とは、一般的に、天然物またはその誘導体から始まり、一連の化学反応の助けを借りて部分的に目的の化合物に変換する方法を指します。この技術には、ルテインエステルの加水分解、ルテインの異性化、ゼアキサンチンの臭素化と酸化などの複数の段階があります[25]。どのような方法を用いても、アスタキサンチンの化学合成には、効率的で高収率な合成結果を得るために、反応条件とステップを正確に制御する必要があります。
3魚の飼料に添加されるアスタキサンチンの効果
多くの生物学的機能を有しており、養殖では成長促進、着色、抗酸化、免疫増強効果が主な用途となっています。
3.1成長実績の向上
適量のアスタキサンチンを添加することで、魚の成長性を高める効果がある。魚の種類によって、アスタキサンチンに対する要求が異なります。wang junhuiらは[27]、飼料中のアスタキサンチン量の増加に伴って、コイの最終体重、体重増加率、比成長率が上昇傾向を示し、その後低下傾向を示した。添加量が400 mg/kgのとき、上記のパラメータは最大値に達した。yao jinmingら[28]は、大規模な泥コイの最適投与量は100 mg/kgであることを発見した。
li meixinら[29]はそれを示した100 - 200 mg/kgのアスタキサンチンを追加します飼料に大幅にスヌクヘッドの成長率と飼料利用率を増加させることができます。コープZatˇら[30]の体重増加率、具体的な成長率や飼料利用率はチャネルナマズだった後、上昇傾向は拿捕したアスタキサンチンの小麦を多く含む食生活に食べさせた.アスタキサンチンのメカニズム'の成長促進効果は、その優れた抗酸化特性に起因することができます。
研究は、アスタキサンチンの特定の用量が体を維持することができることを示しています細胞内の過剰な酸素ラジカル(ros)を除去し、それによって活力を高め、ストレス応答を減少させ、最終的に成長を促進することにより、39;の正常な酸化防止抗酸化バランス[31-33]。
一部の研究では、これも行き過ぎていることが示されているアスタキサンチン補給は魚の成長性能を阻害する可能性がある。zhao fuyangら[34]は、ゼブラフィッシュを対象とした研究で、アスタキサンチン補給が0.6%を超えると、体重増加率と比成長率が対照群よりも有意に低くなり、体長の伸びも対照群より有意に低くなることを示した。アスタキサンチンの高用量によって引き起こされる成長阻害の理由は、過剰なアスタキサンチンが魚を加速することであってもよい'の代謝、それによって体から余分な栄養素を排出し、魚を消費同時に39のエネルギー[27]。要約すると、添加されたアスタキサンチンの量と魚の成長には一定の用量依存関係がある。適量のアスタキサンチンを添加すれば、魚の成長にプラスの効果がある。低用量では有意な効果はないが、高用量では成長に有意な効果はなく、抑制効果もある。
3.2ボディカラーを改善
現在、集中的な人工繁殖の環境では、水生動物は外部から十分なアスタキサンチンを得ることが困難であるため、体の色は一般的に明るい[35]。観賞魚の体色は、体内にフィトエンとフィトフルエンが蓄積することで形成される。これら2つの色素は単独で合成することはできず、食物から摂取する必要があります[4]。したがって、観賞魚の飼育に必要な飼料は、その成長と発達の必要性を考慮し、明るい体色を維持する必要がある[36]。
wang junhuiら[27]は、コイが餌を与えられた後に発見した異なるレベルのアスタキサンチンを含む食事療法一定期間、与えられたグループの皮膚の赤み値(a*値)、黄色値(b*値)とカロテノイド含有量400 mg/kgのアスタキサンチン対照群よりも有意に高く、観賞価値が向上した。サケやティラピアなど人間が食べることを目的とした魚の場合、筋肉の赤み値は魚の品質を示す重要な指標です[37]。アスタキサンチンを含む栄養食品大幅にそれらをより赤みを帯びた色合いを与え、食品魚の皮膚や筋肉の色を向上させることができます。また、肉の旨味を高め、消費者の要望に応えることもできる[38]。
zhang chunyanら[39]はその効果を調べた異なる量のアスタキサンチンを与えていますニジマスの体の色と肉の質。ast群の飼料に添加された合成アスタキサンチンは1.0 g/kgであったが、he群の飼料に添加されたhaematococcus pluvialis抽出物には4.4 g/kgのアスタキサンチン100 mg/kgが含まれていた。対照群の飼料は基本的な毎日の配給量であった。6週間の投与後、ast群およびhe群の筋肉a*およびb*値、組織アスタキサンチン含有量、血清カロテノイド含有量は対照群より有意に高かった。
gong cuipingらの結果[40]は、存在した後にそれを示した異なる量のアスタキサンチンを与えられました赤いティラピアのさまざまな組織や器官のカロテノイドの含有量が増加し、魚の体の色もより鮮やかになりました。400 mg/kgのアスタキサンチンを飼料に添加すると、カロテノイドの組織への沈着が有意に増加した。yiらによる黄ニベ科魚の研究[41]では、アスタキサンチン90 mg/kgを含む餌を与えると皮膚カロテノイド含有量が有意に増加した。
上記の研究は、アスタキサンチンが魚の成長と体の色に大きな影響を与えることを示しています。飼料に適切な量のアスタキサンチンを添加すると、魚のカロテノイド含有量が大幅に増加し、体の色がより鮮やかになります。また、魚の品質を向上させ、味を高め、経済的利益を向上させます。魚の皮膚の色の違いは、基本的に体内の異なる色素細胞粒子の動きによって引き起こされます。なかでも色素細胞は、肌や目、ひれなどの色をコントロールする重要な細胞です。frankら[42]は、アスタキサンチンが色素細胞のシグナル伝達経路を変化させ、例えば環状ampレベルに影響を与え、色素の凝集や分散を促進または阻害することで、魚の体色に影響を与えることを示した。
3.3抗酸化能力を高める
活性酸素種(reactive oxygen species, ros)は、生物における好気性代謝の生成物である。中程度の量は有益であるが、過剰な量は有害である[43]。害を減らすために、生物は洗練された抗酸化防御システムを開発しており、非酵素的なカロテノイドもその一部である。魚はn-3多価不飽和脂肪酸が豊富で、活性酸素による攻撃を非常に受けやすいので[44]、飼料にアスタキサンチンを追加することは、体のバランスを維持するために重要です'の抗酸化防御システム。スーパーオキシドジスムターゼ(sod)、カタラーゼ(cat)、グルタチオンペルオキシダーゼ(gsh-px)は、魚の抗酸化過程に関与しており、それらの抗酸化作用は、フリーラジカルを阻害し除去することによって達成されます。魚では、フリーラジカルは脂質と反応して過酸化反応を起こし、マロンジアルデヒド(mda)を生成する。mdaは酸化ストレスの一般的な指標として使用することができ、生体組織の酸化の度合いを反映する。wang junhuiら[27]は、コイの餌を補充することを発見したアスタキサンチンは、魚の抗酸化能力に大きな効果を持っていました' s肝臓.
その結果、アスタキサンチン添加量を徐々に増加させた試験群と対照群を比較したところ、鯉の肝臓におけるsod、cat、gsh-pxの活性が徐々に増加した後、減少したことが分かりました。添加量が400 mg/kgに達すると、他の群と比較して有意に高くなりました。肝臓のmda含有量は,アスタキサンチン含有量の増加に伴って減少し,増加する傾向を示した。
添加量が400 mg/kgの場合、含有量が最も低く、400 mg/kgのアスタキサンチンを添加することで、鯉の抗酸化力が最も高いことが分かりました。yao jinmingらは、最大の装甲ミノーを加えることで、肝臓と膵臓の抗酸化能力が有意に向上することを示した[28]適量のアスタキサンチンsod、catおよびgsh-pxの活動の増加によって証明されるように、gsh含量が増加し、mdaレベルが低下した。li meixinら[29]は、スネークヘッド血清と肝臓の抗酸化指標の研究で同じ結論に達した。以上の研究結果から、適度な量のアスタキサンチンは、魚の抗酸化能力を高め、酸素フリーラジカルを除去し、酸化ストレスを軽減し、体への損傷を防ぐことができます。
詳細な分析は、その理由を示していますアスタキサンチンは抗酸化作用を発揮しますその化学構造かもしれに耐えられるように居るべき細胞膜にしっかりや流動性、も膜の構造を維持する役割を果たす電子を助けるための「避雷針」電子運輸業、無彩色でを攻撃から守り、細胞膜活性酸素と活性窒素種との[45]が分かるんじゃないsynergistically行为とその他の酸化防止剤と[46]抗酸化作用を高める。
アスタキサンチンは魚の総抗酸化能力を大幅に向上させることができますが、アスタキサンチン自体は強力な抗酸化物質であり、体内のフリーラジカルを強く除去することができます。特定の条件下では、体内のsodやgsh-pxなどの基質を減少させ、それによって抗酸化酵素の活性を著しく低下させることがある[47]。sun liu-juanらは、アスタキサンチンを添加した飼料を摂取した後、インコの総抗酸化能力は増強されたが、sodの活性は低下したことを明らかにした。wangらによると[49]、飼料中のアスタキサンチン含有量を増加させると、脂肪カープの血清中の抗酸化酵素sodおよびgsh-pxの活性が様々な程度低下する。この現象の原因は、魚の抗酸化状態と関係している可能性があるが、正確な理由は、さらなる調査が必要である。
3.4免疫系の強化
養殖における病気は、急速な広がりと治療の困難さを特徴とし、養殖産業の発展を阻害する重要な要因となっている。したがって、魚の免疫システムを改善し、体に病原体によって引き起こされる害を減らすことは、魚の養殖業の健康で持続可能な発展のために特に重要です。多くの研究は、アスタキサンチンが生物の免疫システムを高めることができることを示しています。wang junhuiら[27]によると、アスタキサンチンを添加すると、鯉の血清中のlzm、acp、akp、c3、c4の活性が最初に増加した後に減少する傾向を示した。400 mg/kgのアスタキサンチンを添加した場合、上記の指標は最大値に達し、アスタキサンチンを添加しない対照群と比較して有意に高くなった。
shubinらの結果[50]は、100 mg/kgの追加を示した飼料にアスタキサンチン血清iggおよびigm値を有意に増加させた。limらは[51]、largemouth bassの血液がビブリオに感染した後、astaxanthin-enriched feedを投与すると、血液中のc3およびc4補体のレベルが有意に増加し、lzm活性が有意に増加したことを発見した。上記の研究では、アスタキサンチンは魚の免疫機能を高め、病気に対する抵抗力を高めることが示されています。ラットを用いた研究では、アスタキサンチンが免疫力を高めるメカニズムとして、ミトコンドリアの機能障害を抑制して酸化的損傷を軽減すること、シグナル伝達や転写活性化因子3 (stat3)の活性を阻害して酸化ストレスを抑制し、炎症を抑えて免疫力を高めることが明らかになった[52,53]。
4まとめと展望
魚の餌にアスタキサンチンを加える魚の体の色を向上させるだけでなく、その強力な抗酸化力は、魚の細胞膜を活性物質から保護することができ、間接的に成長性能と免疫力を向上させることができます。そのため、アスタキサンチンは養殖分野での応用の見通しが広く、経済的価値も大きい。しかし、アスタキサンチンは大きな開発可能性を秘めていますが、実用化にはまだまだ課題があります。
まず、アスタキサンチンは不安定であり、光、熱、酸素に曝されると異性化する。その有効性と生産の安定性をいかに維持するかは重要な研究課題である[54]。第二に、様々な魚種の飼料に最適なアスタキサンチンの添加量には決まったルールがない。の濃度アスタキサンチン最良の結果を得るために必要なことは魚種によって異なり、研究と決定のためには大量の実験データが必要です。しかし、アスタキサンチンの研究の深化と養殖技術の継続的な向上に伴い、養殖業への応用がより広範かつ成熟したものとなり、養殖業の持続可能な発展に強力なサポートを提供することができます。
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