動物飼料におけるアスタキサンチンの用途と利点は何ですか?

アスタキサンチン is a carotenoid extracted mainly from aquatic animals. It has various physiological functions and is therefore a research hotspot in the animal husbandry industry. Due to its extremely strong antioxidant activity, which is more than 10 times that のother carotenoids and more than 550 times that of vitamins, アスタキサンチンis also known as the “super vitamin”. Astaxanthin can effectively inhibit oxidative damage and cancerous changes in cells, as well as prevent ultraviolet radiation, enhance the body'の抵抗、および心血管および脳血管疾患に抵抗する。医療や飼料農業などの産業でますます重要な役割を果たしています[1]。本論文では、物理的および化学的特性、構造的特性、生産源、畜産への適用およびアスタキサンチンの安全性を検討し、中国におけるアスタキサンチンの適用のための理論的な参照を提供することを目的としています'の畜産業。

1 .アスタキサンチンの物理化学的性質と構造特性

1.1 Physicochemical特性

アスタキサンチン(英:astaxanthin)は、ドイツの化学者リチャード・クーンがロブスターから初めて抽出した赤紫色の結晶性物質である。そのためアスタキサンチンと呼ばれる。後に、アスタキサンチンはエビの赤色色素と近縁なカロテノイドであることが判明した。β-カロチン、ルテイン、カンタキサンチン、リコピンなどはいずれもカロテノイドの合成中間体であり、アスタキサンチンはカロテノイドの中で最も合成量が高い生成物である。現在、人間が自然界で発見した中で最も強い抗酸化活性を持つ物質であり、既存の抗酸化物質をはるかに上回る抗酸化特性を持つ。アスタキサンチンの化学名は3,3&である#39; -dihydroxy-4、4' -dione-beta、beta'-カロチン、分子式c40h52o4と 相対分子量596.84、融点215~216℃、沸点774℃、赤色固体粉末、脂溶性、水に不溶。

120構造的な

アスタキサンチンの分子構造を図1に示します。中期構造を构成するような二重結合共役、計4ブチルゴムを単位の末構造机のαで构成-hydroxy-perillene hexaheterocycles。c-3とc-3 '末端環構造には2つのキラル中心がある。中央構造の共役二重結合は、フリーラジカルの不対電子を引き寄せるか、またはフリーラジカルに電子を供給し、それによってフリーラジカルを除去し、抗酸化作用を果たします。共役二重結合という不飽和ケトン基と水酸基という特殊な構造のため、光、熱、酸素と分解しやすく、アスタキサンチンが形成されます。

アスタキサンチンはそれぞれのキラル中心に2つの配座を持ち、それぞれのキラル炭素原子はrまたはsの形で存在する#39; S)、(3 r、3' R) (3 r、3つの異性体(3 s, 3&)が存在する#39; s)と(3 r、3'R) are enantiomers. Astaxanthin exists in trans and cis structures due to the different ways in which the carbon-carbon double bond groups are linked. 自然アスタキサンチン is almost entirely trans, and both are chemically synthesized. Among them, the natural trans-form of astaxanthin has higher biological activity, while the cis-form of astaxanthin has extremely low biological activity. Animals have weak absorption of cis-form astaxanthin. Therefore, the trans-form of astaxanthin is generally selected in the animal husbandry industry [2].

2 .アスタキサンチンの製造方法

20世紀初頭、天然のアスタキサンチンは主にエビやカニなどの生物から天然精製法で抽出された。科学技術の進歩とともに、化学的に合成されたアスタキサンチンはひっそりと世に出てきましたが、分子構造などの違いにより、天然に精製されたアスタキサンチンに比べて効果や安全性が著しく低下しています。

2.1合成アスタキサンチン

The main synthetic route ためastaxanthin is to use the carotenoid β-carotene as a starting point, introduce two hydroxyl groups and a ketone group on the 3rd and 4th carbons of the aromatic ring of β-carotene, and finally form astaxanthin. At present, the most widely used method ためsynthesizing astaxanthin is the Wittig reaction, while the semi-synthesis method uses carotenoids such as canthaxanthin, zeaxanthin and lutein as raw materials to prepare astaxanthin. The main features of chemically synthesizing astaxanthin are its simple preparation process and low cost. However, it exists in the form of three stereoisomers and contains by-products, and its stability, safety and antioxidant activity are not satisfactory [3]. In particular, in practical production applications, the bioavailability of natural astaxanthin in animals is stronger than that of synthetic astaxanthin. When the feeding concentration is low, the concentration of natural astaxanthin in the blood of rainbow trout is significantly higher than that of synthetic astaxanthin, and synthetic astaxanthin cannot be converted into the natural configuration in animals. The biological efficacy and coloring ability are much lower than those of natural astaxanthin of the same concentration [4]. In view of this, the global management of chemically synthesized astaxanthin is becoming increasingly strict, and countries have also made corresponding management regulations. The US Food and Drug Administration (FDA) has banned the use of chemically synthesized astaxanthin in the health food market.

2.2自然アスタキサンチン

Natural astaxanthin主に3 s、3&の形で存在する#39、より高い生物学的活性を持っています。1つの方法は、オキアミ、ロブスター、マス、サーモン、藻類、酵母、細菌、水産処理廃棄物から抽出することです[5]。現在、世界では毎年数百万トンの水産物廃棄物が発生している。天然のアスタキサンチンは、破砕、細胞壁の破壊、加水分解、抽出によって得られる。この方法は養殖業の健全な発展を促し、生態環境への負担を減らすことができる。

しかし、これらの廃棄水産物には、キチンや灰などの不純物が含まれています。どのようにアスタキサンチンを最大限に抽出し、不純物を除去するかが、製品の品質と生産コストの問題を解決する鍵となります。別の方法は、rhodotorula glutinis、chlorella pyrenoidosa、赤色酵母、chlorella vulgaris、haematococcuspluvialis、saccharomyces cerevisiae、gluconobacterなどの単細胞微生物の微生物発酵によって生成する。この方法は、環境圧力が低く、生成物が透明で、副生成物が少ないという利点があり[6]、現在、アスタキサンチンの主な製造法となっています。しかし、この方法は培養条件や系統に対する要求が高い。chiら[7]は、遺伝子工学を用いて高収量の赤色酵母mk19を改変し、野生型と比較してアスタキサンチンの生産量が17倍に増加した。赤色酵母発酵を用いたアスタキサンチン発酵法は、培養時間が短く、大量増殖が可能で高密度培養が可能という利点がある。酵母は飼料タンパク質原料としても優れており、高収量の赤色酵母の選択が注目されている。赤酵母の高収量株を選択することができれば、アスタキサンチンの大量生産がさらに容易になり、畜産への応用が促進されることは間違いない。

3畜産におけるアスタキサンチンの応用

3.1家畜および家禽製品の品質に対するアスタキサンチンの影響

色と保水性は、家畜と家禽製品の品質の重要な指標です。これらの指標に影響を与える要因には、製品の色素含有量と抗酸化酵素活性が含まれます。アスタキサンチンは着色と抗酸化の点で生来の利点があり、水生および家禽の飼料で好まれる着色剤である。カロテノイド合成の最終段階として、アスタキサンチンは、動物に入った後、筋肉組織に直接保存して堆積することができます&#ミオグロビンに特異的に結合することができる[8]。したがって、飼料にアスタキサンチンを添加すると、効果的に家畜や家禽製品の色を改善し、栄養価と市場競争力を高めることができます。

Conradie et al. [9] found that adding astaxanthin to the feed can make the feet, skin, beaks, and feathers of laying hens appear in varying degrees of red or golden yellow, increase the weight of whole eggs and 卵yolks, promote poultry growth, and increase egg production. Liu Bing [10] found that the antioxidant enzyme activity of the muscle tissue and egg 黄身of laying hens increased with the increase of the amount of astaxanthin added to the diet. Fu Xingzhou et al. [11] found that astaxanthin can significantly increase the a* and L* values of the redness and brightness of chicken meat after slaughter. There has also been a gradual increase in research on astaxanthin in livestock animals. Carballo et al. [12] found that when studying the meat quality of lambs, adding astaxanthin to a commercial butylated hydroxytoluene-containing milk powder can increase the a* redness value of the post-slaughter lamb and fat, thereby improving the lipid stability of frozen meat. Li Xinjie et al. [13] found that adding astaxanthin to the diet of fattening pigs can reduce the brightness value L* and yellowness value b* of the loin muscle, deepen the color of the meat, and the quality is better.

3.2家畜および家禽の生殖能力に対するアスタキサンチンの影響

アスタキサンチンは一重項酸素を消し、フリーラジカルを除去することができる。また、膜透過性を低下させ、酸化剤の細胞への侵入を制限することによって、内因性の抗酸化酵素システムの防御機能を向上させることができます。アスタキサンチンは、家畜および家禽の精子に対する酸化的損傷のレベルを継続的に減少させることによって精液の品質を向上させ、熱的にショックを受けた卵丘細胞のスーパーオキシドジスムターゼ活性を増加させることによって雌動物の生殖性能を向上させることができる[14]。ニワトリの精液にアスタキサンチンを添加すると、精液中のスーパーオキシドジスムターゼとグルタチオンペルオキシダーゼの活性が著しく増強され、精子細胞膜の完全性が向上することが研究で示されている[15]。in vitro実験では、豚卵母細胞の成熟培地にアスタキサンチンを添加すると、あらゆる段階でさまざまな程度に成長と発達が改善された[14]。胡yamei[16]は、アスタキサンチンの適量は、室温で豚の精液の質を有意に向上させることを発見した。鎌田ら[17]は、牛の黄体細胞の培地に低濃度のアスタキサンチンを添加すると、培地中のプロゲステロン含有量が増加することを発見した。したがって、飼料にアスタキサンチンを添加することで、黄体機能を改善する可能性があります。

3.3家畜および家禽の生産能力に対するアスタキサンチンの影響

アスタキサンチンは、家畜・家禽の飼料利用率や成長率を向上させることができる新しい飼料添加剤です。産卵鶏の食事にアスタキサンチンを添加すると、dha卵の貯蔵安定性が向上し、卵の生産が増加することが示されている。kumarら[18]は、アスタキサンチンを子牛の食事に添加すると、飼料転換率が有意に向上し、体重が増加することを発見した。[19]リンらは、子豚の飼料にアスタキサンチンとジアセテートを配合すると、子豚の抗酸化能力と栄養消化性が向上し、その結果、子豚の性能が向上することを発見した。perenleiら[20]は、アスタキサンチンがブロイラの1日の体重増加および腹部脂肪率を増加させることを発見した。しかし、他の研究では、天然のアスタキサンチンを産卵鶏の食事に添加しても生産能力に影響しないことが示されています[21,22]。

3.4家畜や家禽の免疫に対するアスタキサンチンの影響

The level of immunity in livestock and poultry directly affects their health and growth rate. The effect of astaxanthin on the immunity of livestock and poultry is mainly reflected in the following three aspects: first, its antioxidant effect. Astaxanthin has strong antioxidant properties, can scavenge free radicals, inhibit oxidative stress, protect immune cells, and prevent the immune system from damage. Second, it enhances the number and activity of immune cells. Astaxanthin can increase the number of immune cells such as lymphocytes, neutrophils and macrophages, thereby enhancing the body' s容量は免疫があります

第三に、それは免疫グロブリンの産生を促進する。アスタキサンチンは免疫系のb細胞の活力を促進し、免疫グロブリン(igg、lga、igm)の産生を増加させ、体液性免疫応答の能力を高めることができます。

要約すると、アスタキサンチンは家畜や家禽の免疫力と耐病性を向上させるために、畜産において効果的な抗酸化および免疫増強剤として使用することができます。しかし、アスタキサンチンは病気を治療するための薬を置き換えることはできません。また、動物種によってもアスタキサンチンの吸収や利用方法が異なる場合があり、実際の適用にあたっては適切な調整や選択が必要となります。

4畜産におけるアスタキサンチンの安全性

アスタキサンチンは安全であり、毒性のある副作用はない。これは、動物の飼料に広く使用され、適度に、動物の健康に悪影響を与えることなく、動物の成長と発達を促進することができます。これは多くの実験で実証されている。jin weiら[23]がラットに30日間のアスタキサンチン給餌実験を行ったところ、ラットの成長と発達に異常はなく、全般的に良好な成績を示した。各種指標の結果や病理組織検査の結果に有意な異常は認められなかった。linらは、対照群と比較して、アスタキサンチンを13週間連続投与したマウスでは、体重、血液学、尿検査、臓器重量などの臨床パラメータに有意な生物学的差異は認められなかったことを示した。shi liliらは、アスタキサンチン摂取の安全性を評価するために、急性毒性試験、遺伝毒性試験、および30日間のラット採食試験などの毒性学的評価方法を用いた。アスタキサンチンの重大な毒性副作用は観察されなかった。lin feiliangら[26]はまた、ラットでの90日間の餌検査および奇形検査で、haematococcus pluvialis抽出物が安全であることを明らかにした。

Worldwide, astaxanthin is used in a wide range of applications. In North America, in April 2009, the FDA approved astaxanthin as a component of a mixed coloring agent for use in fish feed. In 2000, Haematococcus pluvialis粉and Rhodopseudomonas palustris were approved for use in fish feed to color salmon, and achieved the desired feeding results. In the European Union, astaxanthin is approved as a new ingredient for dietary supplements. In 2009, China approved astaxanthin for use as a feed additive, and Haematococcus pluvialiswas approved as a new food resource in 2010. In general, the use of astaxanthin in animal feed is safe, but it should be avoided if the animal is allergic to astaxanthin, carotenoids, the source of astaxanthin, or drugs that inhibit 5-alpha reductase. In addition, attention should be paid to the amount used and the combination with other feed ingredients to avoid affecting the health of the animal.

5概要

Astaxanthin is one of the most important carotenoids in nature. It has attracted the attention of animal nutritionists because of its important role in improving the growth performance, survival rate, reproductive performance, and disease resistance of livestock and poultry. Due to its significant effect on improving the color, reproductive performance, production performance, and immunity of livestock and poultry, the amount of astaxanthin used in animal husbandry has increased rapidly, and it has great application value and development potential. However, there is not much research on the application of astaxanthin in the breeding of livestock and poultry, especially ruminants, and many of its mechanisms of action are still unclear. With the increasing market demand for astaxanthin, the large-scale production of astaxanthin through synthetic biology, molecular biology, metabolic engineering and other new technological methods is the focus of research. The screening, extraction and purification of ハイリスク・ハイリターンアスタキサンチン strains are key points and difficulties. In short, the production and application of astaxanthin is an extremely attractive and challenging field. It is expected that with the help of new biotechnology, the large-scale production and application of astaxanthin will see new developments.

参照:

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