Etude sur le lycopène caroténoïde dans l’alimentation animale

Le stress oxydatif menace gravement la productivité et la santé du bétail et de la volaille, causant d’énormes pertes économiques à l’industrie de l’élevage. Dans le processus de production du bétail et de la volaille, des facteurs tels que les changements environnementaux, les changements physiologiques et les toxines pathogènes exogènes (telles que les mycotoxines) peuvent causer un stress oxydatif, perturbant ainsi l’équilibre redox chez les animaux. La production excessive d’espèces réactives d’oxygène (ROS) et d’espèces réactives d’azote (RNS) peut causer des dommages irréversibles aux lipides cellulaires, aux protéines et à l’adn, ce qui affecte les fonctions physiologiques et la performance de production des animaux.

La protection antioxydante est définie comme le processus de défense antioxydante dans les organismes vivants. Les antioxydants dans le corps sont principalement divisés en deux catégories: l’une est synthétisée par le corps lui-même, et l’autre est obtenue à partir de la nourriture. Dans des circonstances particulières telles que des températures élevées, le sevrage et la grossesse, l’apport d’antioxydants exogènes (tels que les polyphénols et les caroténoïdes dérivés de plantes) peut effectivement soulager l’état de stress oxydatif du bétail et de la volaille, réduire les dommages oxydatifs, et améliorer la santé et la performance de production du bétail et de la volaille.

La résistance aux antibiotiques et les résidus ont un impact négatif sur la production animale, la santé humaine et la durabilité environnementale. En 2006, l’union européenne a interdit l’utilisation d’antibiotiques comme additifs dans l’alimentation animale, et en juillet 2020, la Chine a officiellement interdit l’utilisation d’antibiotiques dans l’alimentation animale. Il est donc urgent de développer des alternatives naturelles, vertes et sûres aux antibiotiques.

Lycopene (C40H56) is a carotenoid that is a natural pigment in plants, mainly found in fruits and vegetables such as tomatoes, carrots, watermelons, and pomegranates. Lycopene has been listed as a nutrient and food additive in many countries and is widely used in food, medicine, cosmetics, agriculture, and other fields. Lycopene contains two non-conjugated double bonds and 11 conjugated double bonds in its structure, and its chemical structure gives it the greatest antioxidant capacity. Lycopene&#Son rôle en tant qu’antioxydant puissant est à la base de ses effets bénéfiques pour la santé, y compris son potentiel anti-inflammatoire, anticancéreux et hypoglycémique, sa protection cardiovasculaire et ses effets neurobiologiques et hypotenseurs. Un nombre croissant d’études ont montré que le lycopène peut être utilisé comme additif alimentaire fonctionnel pour le bétail et la volaille, eta été rapporté pour améliorer les performances de production, la qualité de la viande, la qualité des oeufs, les propriétés antioxydantes, la fonction immunitaire, le métabolisme des lipides et la fonction physiologique intestinale.

I. structure, absorption et fonctions biologiques du lycopène

1. 1. Sources et structure du lycopène

Parmi la riche famille des caroténoïdes, ily a environ 60 espèces présentes dans l’alimentation, et seulement 20 espèces peuvent être détectées dans le sang et les tissus des humains et des animaux. En raison de leurs liens conjugués (au moins 7), ils donnent à la nourriture sa couleur, principalement jaune et rouge. Les différences de structure distinguent deux groupes de caroténoïdes: les caroténoïdes (lycopène, α-carotène, β-carotène, etc.) et les xanthophylles (lutéine, astaxanthine, canthaxanthine, etc.).

Lycopene was discovered in tomatoes in 1876 and was named after the scientific name Lycopersicon esculentum 27 years later. Lycopene is widely found in tomatoes and also in vegetables and fruits such as carrots, sweet potatoes, pumpkins, watermelons, apricots, papayas, grapefruit and guavas. The main source of lycopene is tomatoes (80%), which are the main source of lycopene extraction and also the cheapest ingredient. The lycopene content of tomatoes varies greatly, depending on factors such as variety, maturity, climate and geographical location of cultivation. The technology for extracting lycopene from raw materials usually includes chemical extraction, microwave and ultrasound-assisted extraction, supercritical fluid extraction and enzyme-assisted extraction. A variety of biotechnologies have been developed for the large-scale production of lycopene, among which microbial fermentation is a typical traditional biotechnology in the production of lycopene. In addition, modern biotechnology, including genetic engineering, protein engineering and metabolic engineering, has also been applied to the production of lycopene.

Contrairement à la plupart des caroténoïdes, le lycopène a une structure linéaire. Le lycopène est une chaîne de polyène composée de 13 liaisons doubles, dont 11 sont conjuguées dans un arrangement linéaire, ce qui le rend plus long que les autres caroténoïdes. Le lycopène est un pigment cireux rouge qui se présente dans la nature sous forme de cristaux fins en forme d’aiguille.Le lycopène est liposoluble, insoluble in water, and soluble in benzene, chloroform and acetone. Lycopene occurs in nature mostly in the all-trans configuration, which is relatively stable, but at least 50% of the cis isomers are found in human blood plasma and tissues. The common forms are the 5-cis, 9-cis, 13-cis and 15-cis isomers, which indicates that the cis isomers are more readily absorbed and utilized by humans and animals. Food processing is actually a value-adding step, because after heat treatment, more lycopene becomes more bioavailable. If tomato juice is exposed to cooking temperatures, cis isomers are formed, which are considered to be more bioavailable. The double bond of lycopene can be isomerized from all-trans to mono- or polycis under the influence of light, temperature or chemical reactions. Lycopene is acyclic, has a symmetrical planar structure and is particularly susceptible to oxidative degradation as a highly conjugated polyene. Physical and chemical factors such as high temperatures, exposure to light, oxygen, extreme pH values and molecules with reactive surfaces can damage the double bond of lycopene. The undesirable degradation of lycopene not only affects the sensory quality of the end product, but also the health benefits of tomato-based foods for humans and animals.

1.2. Absorption de lycopène

Le lycopène est le caroténoïde avec la concentration plasmatique sanguine la plus élevée chez l’homme, la concentration moyenne dépendant des habitudes nutritionnelles. En termes d’absorption, le plus largement étudié estβ-carotène, pas le lycopène et d’autres caroténoïdes. Bien que d’autres recherches soient nécessaires, les facteurs affectant l’absorption du β-carotène ont probablement un effet similaire sur le lycopène. Comme les autres caroténoïdes, le lycopène est incorporé dans sa matrice alimentaire et ne peut être absorbé efficacement par les humains et les animaux. Le lycopène est absorbé de la même manière que les lipides, principalement par diffusion passive. Le lycopène dans la matrice alimentaire est libéré par l’action de l’acide gastrique, des acides biliaires et des enzymes. Une fois qu’il pénètre dans l’intestin, il se lie aux lipides pour former des chylomicrons, qui pénètrent ensuite dans le système lymphatique méentérique par diffusion et osmose et enfin dans la circulation de la veine porte. C’est la principale voie d’absorption du lycopène à partir du tractus gastro-intestinal.

Après avoir été libéré de la matrice alimentaire, le lycopène ingéré doit être émulsionné et dissous dans les chylomicrons avant d’être absorbé dans la muqueuse intestinale. Le lycopène peut également être absorbé par le transporteur de protéines de transport, type b, 1 (TBP-1), qui implique un processus actif. Le récepteur de type 1 de classe B se trouve principalement dans l’intestin grêle, le foie, les glandes surrénales, les ovaires, le placenta, les reins, la prostate et le cerveau, et est en partie responsable du transport des caroténoïdes des lipoprotéines aux tissus et des tissus aux lipoprotéines. Le lycopène est fourni par l’alimentation et est digéré dans le tractus gastro-intestinal de 10% à 30%. Le lycopène et ses métabolites sont libérés et transportés par la lipoprotéine de basse densité et la lipoprotéine de très basse densité, et sont finalement distribués aux tissus cibles. Ils circulent dans le corps et s’accumulent de préférence dans les testicules, les glandes surrénales, le foie, la prostate et les tissus adipeux. Cette répartition inégale suggère qu’ils ont des fonctions biologiques uniques dans ces tissus, comme la régulation du métabolisme des lipides dans le foie.

1.3. Fonction biologique du lycopène

Poudre de lycopèneEst l’un des antioxydants les plus forts parmi les caroténoïdes après l’astaxanthine. Les autres antioxydants comprennent l’α-tocophérol, le carotène, la cryptoxanthine, la zéaxanthine, le β-carotène et la lutéine. Le lycopène est un antioxydant puissant, qui est la base de son effet bénéfique pour la santé. Les caroténoïdes les plus abondants dans le plasma humain sont le β-carotène, l’α-carotène, la β-cryptoxanthine,La lutéine, zéaxanthine et lycopène. Ces six caroténoïdes majeurs représentent 70% de tous les caroténoïdes présents dans le plasma et les tissus humains. Du point de vue de la fonction biologique, le lycopène agit principalement comme un épurateur d’oxygène unique et de radicaux peroxyliques. lycopène' S structure de liaison double unique le rend bien supérieur à d’autres caroténoïdes dans le piégnement des radicaux peroxyles humains et animaux. Le lycopène est deux fois plus efficace que le bêta-carotène et 10 fois plus efficace que l’alpha-tocophérol pour extraire l’oxygène singlet (un type de ROS). Le mécanisme d’action du lycopène sur les substances actives peut s’expliquer par trois mécanismes possibles: la formation d’adduits, le transfert d’électrons aux radicaux libres et l’extraction de l’hydrogène allylique. Parmi eux, la formation d’adduits, les radicaux libres s’attachent à la chaîne du polyène, c’est-à-dire aux doubles liaisons fortement conjuguées du lycopène, pour former des adduits radicaux du lycopène-peroxyle.

En plus de neutraliser ROS, le lycopène active également l’expression des gènes codant pour la NAD(P)H:quinone oxidoréductase, hémie oxygénase 1,Glutathion réductase et glutathionS-transférase, qui aident à récupérer les radicaux libres et à réduire les dommages inflammatoires. Ces enzymes sont considérées comme des enzymes antioxydantes et de désintoxication, également appelées enzymes de protection cellulaire de phase II. La région promotrice des gènes inductibles codant ces enzymes contient ARE, qui, en se liant à Nrf2, conduit à une augmentation de l’expression de ces gènes. La voie de signalisation Nrf2/ARE est un important mécanisme endogène de défense antioxydante. Le lycopène agit principalement comme agent anti-stress, soulageant le stress oxydatif et maintenant la santé de la volaille en déclenchant le système de transcription Nrf2/ARE. Keap1 est un récepteur spécifique du gène Nrf2. Le lycopène bloque la liaison de Nrf2/Keap1, libérant Nrf2, qui est ensuite transporté au noyau cellulaire et augmente l’expression des enzymes de protection cellulaire de phase II chez les volailles stressées par la chaleur. En outre, un nombre croissant de recherches ont montré que le lycopène a un potentiel anti-inflammatoire, anticancéreux et anti-diabétique. Le lycopène a également été démontré pour avoir des effets protecteurs cardiovasculaires, des effets neurobiologiques, et des effets d’abaissement de la pression artérielle et d’agrégation anti-plaquettaire.

2. Application du lycopène dans l’alimentation du bétail

2.1. Effets sur les performances de production

Sun et al. reported that a daily supplement of 50 mg/kg lycopene during gestation and lactation can improve the reproductive performance of sows, including an increase in the rate of live piglets born, the rate of live piglets weaned, the birth weight of litters, the weight of litters weaned, and a reduction in the rate of dead piglets born. The final conclusion was that lycopene can improve the reproductive performance of sows by regulating milk composition, placental immunity and antioxidant capacity. During the fattening period, dietary lycopene supplementation does not affect animal production performance. Fachinello et al. that various lycopene additive levels (12.5, 25, 37.5 and 50 mg/kg) did not affect the growth performance of finishing pigs, and that feeding finishing pigs 12.5, 25, 37.5 and 50 mg/kg of lycopene did not affect their carcass characteristics or relative organ weights.

Une et al. ont démontré dans une étude sur la nutrition de la volaille que 20 mg/kg de lycopène ou 1,7% de pâte de tomate dans l’alimentation pendant 28 jours augmentaient le poids des œufs et la production d’œufs chez les poules brunes Hy-line. Wan et al. ont montré que 10, 20 ou 30 mg/kg de lycopène augmentaient le gain de poids quotidien moyen des poulets de chair. Cependant, dans une étude réalisée par Lee et al., aucun effet positif des aliments contenant 10 ou 20 mg/kg de lycopène ou 17 g/kg de pâte de tomate sur les performances de croissance et le poids relatif des organes des poulets de chair n’a été observé lorsque la pâte de tomate a été utilisée comme source de lycopène. Il a été démontré que le lycopène a un effet stimulant sur la croissance des animaux dans des conditions de stress (par exemple stress thermique) et de contamination des aliments par les mycotoxines. Dans des conditions de stress thermique, l’addition de 0, 200 et 400 mg/kg de lycopène pendant 42 jours d’affilée a également permis d’améliorer linéairement les performances de croissance des poulets de chair Ross 308, comme en témoignent une augmentation de l’apport alimentaire cumulé, une augmentation du poids corporel et une diminution du taux de conversion alimentaire. Sarker et al. Dans des conditions de défi alimentaire avec l’aflatoxine B1, l’apport en lycopène à 100 mg/kg a augmenté le gain de poids quotidien moyen des poulets de chair de 1 à 12 jours, et l’apport en lycopène à 200 mg/kg et 400 mg/kg a augmenté le gain de poids quotidien moyen des poulets de chair de 22 à 42 jours et de 1 à 42 jours, respectivement.

2.2. Effet sur la qualité de la viande et de l’œuf

Lycopène, comme additif alimentaire naturel, has attracted widespread attention in animal production for improving meat and egg quality. Wen et al. reported that the addition of lycopene to the diet improved the meat quality of finishing pigs, including a decrease in L* and b* values, an increase in a* values, and an increase in intramuscular fat and crude protein content in the longissimus dorsi muscle. Lycopene was also shown to promote the conversion of muscle fibre types in pigs, which is important in determining meat quality. In the study by Wen et al., the addition of lycopene resulted in an upregulation of mRNA levels of myofibrillar markers such as cytochrome c, myosin heavy chain IIa and myosin heavy chain IIx in the longissimus dorsi muscle of finishing pigs. Lipid oxidation can have a negative impact on the colour, nutritional value and flavour of meat as well as its shelf life. Wen et al. also showed that the addition of lycopene improved the antioxidant status of the longissimus dorsi muscle of finishing pigs, as evidenced by increased total superoxide dismutase and catalase activities, reduced MDA levels, and up-regulated mRNA levels of SOD1, SOD2, CAT, GPX1, GST, GR and Nrf2 (all of which are oxidative stress response factors). Similar results were reported by Correia et al., who observed improved oxidative stability in the longissimus dorsi muscle of piglets after feeding 5% tomato pomace for 5 weeks. However, An et al. found that the addition of 20 mg/kg lycopene + 3.4% tomato paste or 10 mg/kg lycopene + 1.7% tomato paste to the feed had no effect on the fatty acid composition of the abdominal meat of finishing pigs in a 28-day feeding trial.

En ce qui concerne la qualité des œufs, Shevchenko et al. ont montré que l’ajout de lycopène (20, 40, 60 mg/kg) au régime alimentaire des poules pondeuses W36 de race élevée pendant 90 jours a amélioré la qualité des œufs, avec une augmentation des niveaux de caroténoïdes et de la couleur du jaune dans les œufs frais et les œufs stockés à 4°C et 12°C. Orhan et al. ont montré que l’alimentation des poules Lohman LSL avec 20 mg/kg de poudre pure de lycopène ou de poudre de tomate pendant 84 jours augmentait le poids des œufs, la couleur du jaune, le poids du jaune, le rapport jaune/oeuf, et les niveaux de lycopène dans le jaune, et abaisse les niveaux de MDA et de cholestérol dans le jaune d’œuf. Dans l’étude menée par An et al., l’ajout de 10 et 20 mg/kg de lycopène à l’alimentation pendant 28 jours a augmenté la couleur du jaune d’œuf et les concentrations de lycopène et abaissé les concentrations de MDA dans les œufs bruns Hy-line.