アスタキサンチンは何からできていますか?

要旨:本論文は、アスタキサンチンがピンク色の抗酸化色素であるだけでなく、重要な生物学的機能を有し、飼料、食品、製薬、化学産業で広く使用できることを紹介した。近年の国内外におけるアスタキサンチンの発生源、特にアスタキサンチンを産生するシゾキトリウムの育種、顔料の製造・抽出などの研究成果を紹介する。

1導入

アスタキサンチン, 3,3' -dihydroxy-4、4' -dione-beta、beta'-カロテン(-carotene)は、ピンク色のケト-カロテンであり、脂溶性で水に不溶で、クロロホルム、アセトン、ベンゼン、二硫化炭素などの有機溶媒に可溶である。生物界、特にエビ、カニ、魚などの水生動物や鳥の羽に広く見られ、色彩の役割を果たしています。顔料の沈着を調節することができ、プロゲステロンとは異なる。

When added to feed, astaxanthin is deposited in the egg yolk after consumption by poultry, which deepens the color. Astaxanthin is a non-vitamin のcarotenoid that cannot be converted into vitamin A in animals. However, astaxanthin is a chain-breaking antioxidant with extremely strong antioxidant properties. Animal experiments have shown that astaxanthin can remove NO2, sulfides, and disulfides, and can also reduce lipid peroxidation and effectively inhibit lipid peroxidation caused by free radicals. In addition, astaxanthin also has strong physiological effects such as inhibiting tumorigenesis and enhancing immune function. Therefore, it has broad application prospects in food additives, aquaculture, cosmetics, health products and the pharmaceutical industry. With the rapid development のhigh-end aquaculture, there has been a huge market demand for astaxanthin since the mid-1980s, and it has been increasing rapidly in recent years.

2アスタキサンチンのソース

2.1化学合成

アスタキサンチンはカロテノイド合成エンドポイントβの変化のアスタキサンチン-caroteneが必要なための行方不明者2人の団体とヒドロキシ団体だ。人工的な化学合成は比較的難しく、その多くはシス構造である。米国fda(食品医薬品局)は養殖用の添加剤としてのみトランスアスタキサンチンを承認している。そのため、人為的に合成されたトランスアスタキサンチンは高価であり(現在、国際市場では約2,000米ドル/kg)[1]、広く利用されるには限界がある。

At present, since the content のastaxanthin from biological sources is not high enough, chemically synthesized astaxanthin still has a certain competitive advantage. F. Hoffmann-La Roche of Switzerland has completed the synthesis of all-trans astaxanthin and has been approved for use as a feed additive for salmon [2].

しかし、いくつかのアスタキサンチンを含む微生物は、成長が速く、発酵サイクルが短く、抽出した1細胞タンパク質を餌や飼料添加物として利用できるという利点を持っています。全世界的に天然食品の台頭に伴い、それは徐々に現在の研究の焦点になるでしょう。

2.2生物筋

これに対し、生物から抽出されるアスタキサンチンは、ほとんどがトランス型で、安全に使用でき、環境にやさしいため、開発の見通しが広い。現在の生物学的資源は主に水産加工業廃棄物からの抽出と微生物発酵による生産である。

2.2.1水産加工業廃棄物からのアスタキサンチン抽出

現在、外国のザリガニ加工業は年間1000万トンの甲殻類水産物廃棄物を出している。用いた抽出システムのコンバージェンス剤やアスタキサンチンを展開するために使用されることができる、滋養強壮剤アスタキサンチン、エビこのかすから赤い色素の石高がついて153名μg / (g浪費)分析によると、抽出されたカロテノイドの90%以上がアスタキサンチンである。最近、ノルウェーの海洋漁業は、廃棄物をエンシリングする技術を採用しています。エンシリング後の回収率は10%向上し、アスタキサンチンの純度も大幅に向上した。

水産廃棄物中のアスタキサンチン含有量が低く、抽出コストが高く、資源の制約から大規模なアスタキサンチン供給源としては適さず、開発の可能性も低い。しかし、より良い方法がまだ発見されていないため、この方法は海外にも存在しています。

2.2.2微生物発酵生産

微生物界におけるアスタキサンチンの分布はカンタキサンチンの分布にやや似ている。研究によると、アスタキサンチンを産生する微生物には、放線菌(basidiomycota phffia)属の菌類、炭化水素を吸収する2種の細菌、窒素欠乏環境で生育する多くの緑藻類が含まれている[3]。

(1)藻類を培養してアスタキサンチンを生産する

Among the many astaxanthin-producing algae, Haematococcus pluvialis is an important astaxanthin-producing bacterium and was once considered a microalga with great prospects for commercial astaxanthin production. This algae can both carry out autotrophy and heterotrophy. During cultivation, if there is a lack of nitrogen sources, astaxanthin will accumulate in the algae.

現在、外国産の高品質ヘマトコッカス・プルビアリスの体内に含まれるアスタキサンチンは0.2% ~ 2%と高く、一般的にカロテノイド全体の90%以上を占めている。また、高耐熱性、高ph、成長速度が速く、屋外での栽培が容易という利点を持ち、大規模なアスタキサンチン生産の可能性が高い藻類であると考えられている[3]。しかし、藻類の独立栄養サイクルは長く、光の必要性のために生産場所がある程度制限され、藻類の細胞壁を破壊してアスタキサンチンを放出することは困難である。そのため、大量生産も難しくなった。

(2)細菌を用いたアスタキサンチンの生産

Two strains of bacteria are known to produce astaxanthin: Mycobacterium lacticola, which produces astaxanthin only on hydrocarbon media and does not produce astaxanthin on nutrient agar; and another strain, Bevibacterium brevis 103, which grows in petroleum and has a biomass of 3 g/L at the end of fermentation, with only 0.03 mg/g of pigment. Considering the disadvantages of hydrocarbon fermentation and its low yield, as well as the availability of Pichia pastoris, the future biotechnological application of the above two bacteria seems unlikely.

(3)ピヒア・パストリスを用いたアスタキサンチンの製造

1976年、アンドレーウェスとphaffはピヒア・パストリスでアスタキサンチンを発見し、大きな注目を集めた。それ以来、多くのバイオテクノロジー企業がphaffia酵母の研究にかなりの努力をし、いくつかの進歩を遂げています[4]。

3 phaffia酵母を用いたアスタキサンチン製造の研究

phaffia酵母は1970年にアラスカと北海道の山岳地帯の落葉樹液から単離された[4]。その後、担子菌綱の新属として同定され、phaffia属と命名された[3]。Phaffia酵母ようかなり特殊酵母のうち担子菌類、主にことが出来発酵糖類アスタキサンチンを収録ので厳正とは異なるにaerobiosis※その他赤酵母、色素は主にβ-caroteneやmonocyclicカロテン。アスタキサンチンは、発見されてすぐに酵母のヘマトコックスから発見され、飼料添加物として魚や家禽の飼料に使用することや、生物の色素形成に効果があることが研究され、良い結果が得られた。その後の20年間の研究の中で、研究の努力は次の3つの分野に焦点を当てている:(1)ひずみの改善;(2)発酵プロセスの最適化;(3)細胞からのアスタキサンチン抽出。

3.1高収量のアスタキサンチン系統の育種

Now people have focused on breeding mutant strains with excessive astaxanthin synthesis。ここ数年、国内外の学者たちはこの分野で一定の進歩を遂げた。例えば、rhodotorula glutinis変異株のアスタキサンチン含有量は232%増加し、1500 mg/(kg幹細胞)に達した[5]。haematococcus pluvialis nrrly-17269, jb2の変異株をアルコール廃液培地を用いてスクリーニングし、5 l発酵槽試験で(2,010 + 170)mgのカロテノイドの収量を得た[1]。また、dna組換え技術を用いた高収率のアスタキサンチン遺伝子組み換え細菌の構築に関する研究が行われ、アスタキサンチン生合成の鍵酵素であるピヒア・パストリスの形質転換系と、これらの酵素をコードする遺伝子が進展している。

3.2生産プロセスにおける研究の進捗状況

3.2.1最適発酵条件の制御

アスタキサンチンの収量は、株に加えて培養条件に関係する。酵母ucd67-210を実験菌株として使用し、ph、温度、炭素源の種類と濃度、溶存酸素、光など、発酵に影響するいくつかの重要なパラメータが研究された。発酵に最適なパラメータが得られました:ph 5。0;温度20 ~ 22℃最適な炭素源セロビオース1.5%を超える糖質量濃度は細胞の単位重量あたりのアスタキサンチン含有量を減少させる;しかし、バイオマスの増加により、単位体積当たりのアスタキサンチン含有量は増加する。溶存酸素3.6 ~ 108ミリモル/(l・h);光はアスタキサンチンにほとんど影響を与えません[3]。

ピヒア・パストリスの連続培養におけるphのオンライン制御を調べたところ、グルコース溶液のph(5.02)は培地のph(5.00)よりも高く、ピヒア・パストリスの成長は比較的遅い(0.055 h-1)ことがわかった。しかし、添加糖のphを4.98に制御すると、成長率は0になった。内容をh-1。また、糖の添加間隔が酵母の成長に有意な影響を及ぼすことも明らかになった[7]。

酵母nchu-fs501を用いて、グルコース濃度がアスタキサンチン産生に与える影響を調べたところ、グルコース濃度が35 g/ lに達すると、アスタキサンチン産生は16に達しました。33 0.0469 mg / Lグルコースの質量濃度が45 g/ lを超えると、アスタキサンチンの生成が阻害されます[2]。近年、フランスの研究者はグリセロールを炭素源として酵母pr190を培養し、アスタキサンチンの生産量を0.78 mg/(g幹細胞)から0.97 mg/(g幹細胞)に増加させた。また、酵母の成長速度が0.075 h−1の時、最大のアスタキサンチン収量が得られた。168 h醗酵では、アスタキサンチンの机械刈取率ベイリッシュの33.7% 0.0469 mg / L(1800μg / (g乾燥ユニット))できます。[8]

Mexican scholars used the juice of yucca as the sole carbon source, and when the mass concentration of reducing sugar was 22.5 g/L, the astaxanthin生産reached 6.170 mg/L, which was 2.5 times higher than that using YMmedium [9]. It is worth mentioning that when tomato juice is added, the precursor substances that may contain astaxanthin will increase the pigment content. Domestic scholars have optimized the shaking bottle conditions for astaxanthin production by Haematococcus pluvialis, and the highest astaxanthin yield obtained was 11.63 mg/L (1770 μg/(g dry cell)) [10]. Overall, there has been no breakthrough in simply optimizing the fermentation medium to increase the astaxanthin content.

3.2. 2発酵コストの削減

また、アスタキサンチンの低収率に加えて、酵母の生長に必要な培地(糖を添加した酵母窒素基材)のコストが相対的に高いことも、商業化に悪影響を及ぼしている。アルファルファ残渣などの安価な食品加工廃棄物は、酵母の増殖を促進すると同時に、アスタキサンチンの形成を抑制する。この阻害はサポニンの存在によるものである。

酵母nrrly-17269の変異株jb2をデンプンとアルコール廃液を用いてスクリーニングし、蒸留器で栽培した#39;sの穀物は、カロテノイドの1330 - 1750 mg/kgの乾燥物質を生成し、これは培地のコストを大幅に削減します[1]。また、phaffia栽培のための炭素源としてグルコースの代わりに糖蜜を安価な発酵原料として使用すると、アスタキサンチンの生産量が約3倍から15倍に増加することも報告されています。3は0.0469 mg / L[12]。また、木材や工業・農業廃棄物を加水分解して大量に得ることができ、安価な炭素源でもあります。一部の研究者はキシロースを炭素源として使用し、プロセス最適化後のアスタキサンチン収率は5.2 mg/ lであった[13]。

3.3アスタキサンチンの抽出

現在、細胞壁を様々な方法で破壊した後、有機溶媒で抽出する方法が主流です。研究によると、エタノールを使用した場合、ジメチルスルホキシド(dmso)を使用した場合よりも抽出速度が低いことが示されています[5]。国内の学者たちも、細胞を酸性の熱で処理した後、アセトンで抽出する方法で成果を上げている。最近、日本の研究者はstreptomyces rochei db-34を選択した。この酵素は、热分解で展示β−1、6-glucan、でこの酵素剤を加えてということのも発見されて文化後期Pichiaアスタキサンチンます。[14]を抽出できるように工夫pastorisれている。

飼料添加物として使用する場合は、アスタキサンチンが魚や卵黄に沈着するように酵母を分解しなければならない。色素をより容易に入手できるようにするには、蒸留水またはクエン酸緩衝液での事前自己分解が有望な方法であるか、またはbacillus circulansが分泌する酵素を用いて堅い細胞壁を分解することができる。bacillus circulansを追加する前に、酵母は熱殺菌され、phを調整する必要があります。したがって、2つの微生物を一緒に培養する方が便利です。また、無細胞培養培養液を再利用できることも大きなメリットです。発酵のためにいくつかの栄養素が取り除かれた後も、それはまだ酵母の成長をサポートし、細胞壁を変更する特定の溶解酵素を含んでいるからです。大量生産時の環境要求に対応するため、混合発酵ブロスをろ過・再利用するプロセス方式が提案されている。残念ながら、混合発酵はある程度アスタキサンチンの生成を阻害する[3]。

4開発と応用の見通し

Astaxanthin is currently being widely developed and applied in the production of foods, medicines, cosmetics and animal feed. Although astaxanthin is a carotenoid, some of its biological effects are much stronger than those of other carotenoids. Astaxanthin is fat-soluble, has a bright color and strong antioxidant properties. In foods, it not only colors, but also effectively preserves, preventing discoloration, off-flavors and spoilage.

Astaxanthin-containing red oil can be used to marinate vegetables, seaweed and fruit, as well as to color drinks, noodles and condiments. Patents have also been reported. Astaxanthin has stronger photoprotective effects than β-carotene, and there are patents for cosmetics containing astaxanthin abroad. The pharmaceutical and food industries use the antioxidant, anti-inflammatory and immune-promoting effects of astaxanthin to prevent oxidative tissue damage and formulate health foods. At the same time, because astaxanthin has a bright color and can non-specifically bind to actin, adding it to aquaculture feed can improve the skin and muscle color of farmed fish and increase their disease resistance. In addition, astaxanthin plays an important role in the growth and reproduction of fish. It can be used as a hormone to promote the fertilization of fish eggs, reduce the mortality rate of developing embryos, promote individual growth, increase maturity and fertility. Astaxanthin can also be used as a nutrient to promote the growth of poultry and increase egg production.

アスタキサンチンは強力な生理機能を持っており、広く使用されていることは間違いありません。近年、国内外でアスタキサンチンの需要が高まっています。アスタキサンチンは、水産加工業の廃棄物から抽出するほか、酵母や藻類などの微生物を利用した工業発酵によって製造されます。しかし、微生物を利用したアスタキサンチンの工業生産規模は、他の熟成醗酵品と比べるとまだまだ大きく遅れています。主な問題は、収量の低さと発酵コストの高さである。したがって、アスタキサンチンのさらなる開発と応用は、高収量株のスクリーニング、発酵プロセスの改善、収量増加とコスト削減のための遺伝子組み換え技術のタイムリーな導入の恩恵を受ける。

参考:

[1] bon j a, leathers t d, jayaswal r k。 以上のアスタキサンチンの分離- ミュータントを生産し pha " " ia rhodozyma [j]。  バイオテクノロジー 1997年(平成9年)2月1日:9 - 12号線開通。

【2】fang t j,chiou t y。 酵母pha " " ia rhodozyma nチュウ- fs5o1 [j]の変異体によるアスタキサンチンのバッチ栽培と生産。 日刊産業微生物学1996年(平成8年)(16)- 175 ~ 181だった。

[3] nelis h j, de leenheer a p。 カロテノイド豚の微生物源- 食品や飼料に使用[j]。 誌 応用 細菌学,1991,7 o:181 ~ 191。

[4] Andrewes A  G、phaff H J、スター  M  p。 カロチノイド色素 of   pha " " ia rhodozyma,a 赤い 色素沈着- 発酵 イースト菌はか[J]だ。  ^ phytochem- istry,1976(15):1 oo3 ~ 1 oo7。

[5] calo p,velazquez j b,sieiro c, blanco p,et al。 いくつかのphaiarhodozyma変異体から得られたastax anthinおよびその他のカロテノイドの分析[j]。 J Agric。 ^『官報』第43:1 9396号。

[6] chan h y, ho k p。 成長と phによるカロテノイド生産- stat phaia rhodozyma [j]の文化。 Biotechnol。 1999年(平成11年):953 - 958。

[7] kusdiyantini e, gaudin p, goma g,et al。 成長 何と- taxanthin production  of  pha " ia " Rhodozyma 炭素源としてグリセリンに バッチ 発酵か[J]。  Biotechnol。  lett,1998,2 o (1 o):929 ~ 934。

[8] ramirez j, munez m l,valdivia r。 yucca fil - liferaからのナツメヤシ果汁上で成長したphaia rhodozyma変異体によるアスタキサンチン生産の増加[j]。 J。 作品を守ろうとする構想Microbiol。する biotechnol,2000,24(3):187 ~ 19 o。

[9] xu xueming, jin zhengyu, liu danghui, et al。haematococcus pluvialisによるアスタキサンチンの生産のためのshake-flaskプロセス[j]。無錫軽工業大学紀要,2000,19(3):230-235。

[10] ^ a b c d e f g h i j j。 赤酵母phaia rhodozymaの増殖のためのサジダとしてのアルファルファ残渣ジュースの利用[j]。 たら。Microbiol。 biotechnol,1984, 2o:33 ~ 39。

[11] harrd n f。 酵母pha " " ia rhodozymaon molassesによるアスタキサンチン形成[j]。 ^ a b c d e f g h i (1988),1 o (9):6 o9 ~ 614。

[12] parajo j c,santos v,vazquez m。 カロテノイドのプロの最適化-によってduction phaia  Rhodozyma 細胞 栽培 キシロース日[J]。  1998年プロセス生化学33(2):181 ~かなわない

[13]西明子、大淵和彦、浜町正顕ら(東京医科大学)[13]西明子、大淵和彦、浜町正顕、et al。 繁殖 streptomyces rocheiの構成-生産株の pHA - 34年) phaia rhodozymaの溶解酵素を生成します 抽出 酵素[j]を使ってアスタキサンチンを抽出します 1999年seibutsu古学懐紙77(2):60 ~ 65。