アスタキサンチンは何からできていますか?

要旨:本論文では,それを紹介するアスタキサンチンはピンク色の抗酸化色素だけではありませんしかし、重要な生物学的機能を持っており、飼料、食品、製薬、化学産業で広く使用することができます。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。

飼料に加えるとアスタキサンチンは鶏卵で消費された後、卵黄に沈着する色が濃くなりますアスタキサンチンは非ビタミンaカロテノイドである動物ではビタミンaに変換できませんしかし、アスタキサンチンは鎖を断ち切る抗酸化物質であり、非常に強い抗酸化作用を持っています。動物実験では、アスタキサンチンはno2、スルフィド、ジスルフィドを除去することができ、また脂質過酸化を低減し、フリーラジカルによる脂質過酸化を効果的に阻害することが示されている。また、腫瘍形成を抑制し、免疫機能を高めるなど、強力な生理作用も持っています。そのため、食品添加物、水産養殖、化粧品、健康製品、製薬業界への幅広い応用の見通しがあります。ハイエンドの養殖の急速な発展に伴い、されていますアスタキサンチンの巨大な市場需要1980年代半ばから始まり、近年急速に増加しています。

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の終点である、変換β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。

現時点では、生物由来のアスタキサンチンの含有量が十分ではないため、化学的に合成されたアスタキサンチンは一定の競争優位性を有しています。スイスのf . hoffmann-la rocheが全トランスのアスタキサンチンの合成を完了し、サケの飼料添加物としての使用が承認された[2]。

ただし、アスタキサンチンを含む微生物は、速い成長の利点を持っています発酵サイクルが短いこと、アスタキサンチンで抽出した単細胞タンパク質が餌や飼料添加物として利用できることなどが挙げられる。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。重合剤を用いた抽出システムが可能ですアスタキサンチンの抽出に使用されます、アスタキサンチンestersこのかすからエビ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。

ため水産物中の低アスタキサンチン含有量廃棄物、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

の微生物界におけるアスタキサンチンの分布カンタキサンチンに似ています研究によると、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

多くのアスタキサンチン産生藻類の中でhaematococcus pluvialisは、重要なアスタキサンチン産生細菌であるかつては微小藻類と考えられ、アスタキサンチンの商業生産の可能性が高いと考えられていた。このような藻類は、自己組織化と従属栄養化の両方を行うことができる。栽培中に窒素源が不足すると、藻類中にアスタキサンチンが蓄積します。

現在、アスタキサンチンは、外国産の高品質ヘマトcoccus pluvialisの体内に0.2% ~ 2%も含まれている一般的に、総カロテノイドの90%以上を占めます。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

アスタキサンチンを産生する細菌としては、mycobacterium lacticolaの2種類が知られている炭化水素媒体だけでアスタキサンチンを生成し、栄養寒天培地では生成しない;もう一つの株bevibacterium brevis 103は石油由来で、発酵終了時のバイオマスは3 g/ lで、色素はわずか0.03 mg/gである。炭化水素発酵とその低収率の欠点とピヒア・パストリスの利用可能性を考慮すると、上記の2つの細菌の将来のバイオテクノロジー応用は考えにくい。

(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

人々は突然変異体の繁殖に注目しています過剰なアスタキサンチン合成を伴う株。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]。

上のグルコース質量濃度の影響アスタキサンチン生産酵母nchu-fs501を用いて調べたところ、グルコースの質量濃度が35 g/ lに達すると、アスタキサンチンの生産量は16に達した。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]

メキシコの研究者はユッカの果汁を唯一の炭素源とし、還元糖の質量濃度が22.5 g/ lの場合、アスタキサンチンの生成量は6.170 mg/ lに達し、ym培地を用いた場合の2.5倍に達した[9]。特筆すべきは、トマトジュースを加えると、アスタキサンチンを含む可能性のある前駆物質が色素含有量を増加させることです。国内の学者は瓶を撒くのも最適化を進める条件のHaematococcusによってアスタキサンチン生産pluvialis、最高アスタキサンチン収益率は取得は1272 0.0469 mg / L(1770年μg / (g乾燥ユニット))[10]。全体として、発酵媒体を最適化してアスタキサンチン含有量を増加させるという画期的な方法はありませんでした。

3.2. 2発酵コストの削減

ほかにアスタキサンチンの低収率また、酵母の成長に必要な培地(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す要因となっています。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、アスタキサンチンは主に最初に細胞を壊すことによって抽出される様々な方法で壁を作り、有機溶剤で抽出します。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、酵母はそのように分解されなければならないアスタキサンチンは、魚や卵黄に堆積することができる。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抑制されますアスタキサンチン生産[3]。

4開発と応用の見通し

アスタキサンチンは現在、食品、医薬品、化粧品、動物飼料の生産に広く開発され、適用されています。アスタキサンチンはカロテノイドであるが、いくつかの生物学的効果は他のカロテノイドよりもはるかに強い。アスタキサンチンは脂溶性で、明るい色で強い抗酸化作用があります。食品では、色だけでなく、効果的に保存し、変色、腐葉土、腐敗を防止します。

アスタキサンチン含有の赤色油は野菜のマリネに用いられる、海藻や果物だけでなく、飲料、麺や調味料を着色する。特許も取得している。アスタキサンチンはより強力なphotoprotectiveβよりシナジー効果-carotene、海外アスタキサンチン相違化粧品の特許も含まれている。製薬業界や食品業界では、アスタキサンチンの抗酸化作用、抗炎症作用、免疫促進作用を利用して、酸化組織の損傷を防ぎ、健康食品を製造しています。また、アスタキサンチンは色が鮮やかでアクチンと特異的に結合しないため、養殖飼料に添加すると養殖魚の皮膚や筋肉の色が改善され、耐病性が高まる。また、アスタキサンチンは魚の成長と繁殖に重要な役割を果たす。それは、魚の卵の受精を促進するためのホルモンとして使用することができ、発生胚の死亡率を低下させ、個々の成長を促進し、成熟度と生殖能力を高める。アスタキサンチンはまた、養鶏の成長を促進し、卵の生産を増加させる栄養素として使用することができます。

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、さらなる開発と応用アスタキサンチンは高収量株のスクリーニングから恩恵を受ける発酵プロセスの改善、収量を増加させ、コストを削減するための遺伝子組み換え技術のタイムリーな導入。

参考:

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