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.

Le lycopène (C40H56) est un caroténoïde qui est un pigment naturel dans les plantes, principalement trouvé dans les fruits et légumes tels que les tomates, les carottes, les pastèques et les grenades. Le lycopène a été répertorié comme nutriment et additif alimentaire dans de nombreux pays et est largement utilisé dans la nourriture, la médecine, les cosmétiques, l’agriculture et d’autres domaines. Le lycopène contient deux doubles liaisons non conjuguées et 11 doubles liaisons conjuguées dans sa structure, et sa structure chimique lui confère la plus grande capacité antioxydante. lycopène&#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.).

Le lycopène a été découvert dans les tomates en 1876Et a été nommé d’après le nom scientifique Lycopersicon esculentum 27 ans plus tard. Le lycopène est largement présent dans les tomates ainsi que dans les légumes et les fruits tels que les carottes, les patates douces, les citrouilles, les pastèques, les abricots, les papayes, les pamplemousses et les goyaves. La principale source de lycopène est la tomate (80%), qui est la principale source d’extraction du lycopène et aussi l’ingrédient le moins cher. La teneur en lycopène des tomates varie considérablement en fonction de facteurs tels que la variété, la maturité, le climat et l’emplacement géographique de la culture. La technologie d’extraction du lycopène à partir de matières premières comprend généralement l’extraction chimique, l’extraction assistée par micro-ondes et ultrasons, l’extraction par fluide supercritique et l’extraction assistée par enzymes. Une variété de biotechnologies ont été développées pour la production à grande échelle de lycopène, parmi lesquelles la fermentation microbienne est une biotechnologie traditionnelle typique dans la production de lycopène. En outre, la biotechnologie moderne, y compris le génie génétique, le génie protéique et le génie métabolique, a également été adoptée.Appliqué à la production de lycopène.

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 dans l’eau et soluble dans le benzène, le chloroforme et l’acétone. Dans la nature, le lycopène se trouve principalement dans la configuration all-trans, qui est relativement stable, mais au moins 50% des isomères cis se trouvent dans le plasma et les tissus sanguins humains. Les formes courantes sont les isomères 5-cis, 9-cis, 13-cis et 15-cis, ce qui indique que les isomères cis sont plus facilement absorbés et utilisés par les humains et les animaux. La transformation des aliments est en fait une étape à valeur ajoutée, car après le traitement thermique, plus le lycopène devient plus biodisponible. Si le jus de tomate est exposé aux températures de cuisson, des isomères cis se forment, qui sont considérés comme plus biodisponibles. La double liaison du lycopène peut être isomérisée de all-trans à mono- ou polycis sous l’influence de la lumière, de la température ou de réactions chimiques. Le lycopène est acyclique, a une structure planaire symétrique et est particulièrement sensible à la dégradation oxydative en tant que polyène fortement conjugué. Des facteurs physiques et chimiques tels que les températures élevées, l’exposition à la lumière, l’oxygène, les valeurs extrêmes de pH et les molécules avec des surfaces réactives peuvent endommager la double liaison du lycopène. Le indésirableDégradation du lycopèneAffecte non seulement la qualité sensorielle du produit final, mais aussi les avantages pour la santé des aliments à base de tomate pour les humains et les animaux.

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 la protéine de transportTransporteur de 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. ont signalé qu’unSupplément quotidien de 50 mg/kg de lycopènePendant la gestation et la lactation, on peut améliorer les performances reproductives des truies, y compris une augmentation du taux de naissance de porcelets vivants, du taux de sevrage de porcelets vivants, du poids à la naissance des portées, du poids des portées sevrées et une réduction du taux de naissance de porcelets morts. La conclusion finale était que le lycopène peut améliorer la performance de reproduction des truies en régulant la composition du lait, l’immunité placentaire et la capacité antioxydante. Pendant la période d’engraissement, la supplémentation alimentaire en lycopène n’affecte pas les performances de production animale. Fachinello et al. ont constaté que diverses concentrations d’additifs au lycopène (12,5, 25, 37,5 et 50 mg/kg) n’affectaient pas les performances de croissance des porcs finisseurs et que l’alimentation des porcs finisseurs à 12,5, 25, 37,5 et 50 mg/kg de lycopène n’affectait pas les caractéristiques de leur carcasse ou le poids relatif de leurs organes.

Un et al. ont démontré dans une étude sur la nutrition de la volaille que20 mg/kg de lycopèneOu 1,7% de pâte de tomate dans l’alimentation pendant 28 jours a augmenté 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, a attiré l’attention dans la production animale pour l’amélioration de la qualité de la viande et des œufs. Wen et al. ont rapporté que l’ajout de lycopène au régime alimentaire a amélioré la qualité de la viande des porcs de finition, y compris une diminution des valeurs L* et b*, une augmentation des valeurs a* et une augmentation de la teneur en graisse intramusculaire et en protéines brutes dans le muscle longissimus dorsi. Il a également été démontré que le lycopène favorise la conversion des types de fibres musculaires chez les porcs, ce qui est important pour déterminer la qualité de la viande. Dans l’étude de Wen et al., l’ajout de lycopène a entraîné une augmentation des niveaux d’arnm des marqueurs myofibrillaires tels que le cytochrome c, la chaîne lourde de myosine IIa et la chaîne lourde de myosine IIx dans le muscle longissimus dorsi des porcs finisseurs. L’oxydation des lipides peut avoir un impact négatif sur la couleur, la valeur nutritive et le goût de la viande ainsi que sur sa durée de conservation. Wen et al. ont également montré que l’ajout de lycopène a amélioré le statut antioxydant du muscle longissimus dorsi des porcs de finition, comme en font foi l’augmentation des activités totales de superoxyde dismutase et de catalase, la réduction des niveaux de MDA, et les niveaux d’arnm régulés à la hausse des SOD1, SOD2, CAT, GPX1, GST, GR et Nrf2 (qui sont tous des facteurs de réponse au stress oxydatif). Des résultats similaires ont été rapportés par Correia et al., qui ont observé une amélioration de la stabilité oxydative dans le muscle longissimus dorsi des porcelets après avoir nourris 5% de mache de tomate pendant 5 semaines. Cependant, An et al. ont constaté que laAddition de 20 mg/kg de lycopène + 3,4% de pâte de tomate10 mg/kg de lycopène + 1,7% de pâte de tomate dans l’aliment n’ont eu aucun effet sur la composition en acides gras de la viande abdominale des porcs finissants dans un essai d’alimentation de 28 jours.

En termes de qualité des œufs, Shevchenko et al. ont montré queAjout de lycopène (20, 40, 60 mg/kg)Pour l’alimentation des poules pondeuses de haute ligne W36 pendant 90 jours amélioration de la qualité des œufs, avec une augmentation des niveaux de caroténoïdes et 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.