Quelles sont les utilisations de l’astaxanthine en Aquaculture?

l’astaxanthineis A Aatype De lacarotenoid that not only hEn tant quea good coloring effetSur leaquatic animals, but also has Le conseil des ministreseffect De lapreventing discoloratiSur leEt en plusdeterioration Et en pluskeeping the La nourriturefresh[1]. Astaxanthdanshas functions such as high-efficiency anti-oxidation, anti-cancer, immune enhancement, eye protection Et en pluscentral nervous system protection, Et en plusis currently widely used dansthe La productionDe lamedicine, feed, food Et en pluscosmetics[2]. l’astaxanthinesources include artificial synthesis and naturelextraction. At present, the common natural astaxanthdansproducts at home and abroad are mainly derived from aquatic product waste, microorganisms and genetically modified plants. In the aquaculture industry, l’astaxanthineis mainly used as a new and highly effective feed additive and is widely used.

1 Introduction à l’astaxanthine

Astaxanthdanshas the molecular formula C40H52O4. It is a fat-soluble and water-soluble pigment. Crystalline l’astaxanthinehas a melting point De la224°C. It is a dark purple-brown powder with a pink color. It is insoluble in water, but soluble in organic solvents such as acetone, benzene and chloroform. Astaxanthin is widely found in living organisms, especially in fish, shrimp, crab, and the feathers De labirds such as flamingos and ibises, as well as in the flesh De laLe saumonand trout, and the shells De lashrimp and crab. Animals cannot synthesize astaxanthin on their own, and although some crustaceans can convert other carotenoids inÀ propos deastaxanthin, they cannot meet their body' L lbesoins, donc ils doivent être ingérés à partir de la nourriture. La plupart des poissons et crustacés marins contiennent de l’astaxanthine, qui est généralement obtenue à partir du phytoplancton et du zooplancton à travers la chaîne alimentaire [3-4]. L’astaxanthine donne non seulement un bon aspect aux animaux aquatiques, elle est également un nutriment essentiel pour la croissance et le développement des animaux.

Les molécules d’astaxanthine ont un groupe hydroxyle (-OH) à chaque extrémité de la structure cyclique, qui peut former des monoesters et des diesters avec des acides gras. Les groupes estérifiés dans les organismes agissent comme un pont pour que l’astaxanthine se lie aux protéines. L’état libre ou estérifié affecte la stabilité de l’astaxanthine dans le corps, le degré de liaison aux protéines et le taux de métabolisme. Par exemple, la surface des crevettes et des crabes vivants et sains est verte, et lorsqu’elle est cuite, elle devient rouge orangé, ce qui est causé par la séparation de l’astaxanthine estérifiée de la protéine.

2 formes et sources de l’astaxanthine

2.1 formes d’astaxanthine

L’astaxanthine est distribuée différemment dans différents animaux et tissus, et est plus stable lorsqu’elle est stockée dans les organismes vivants. L’astaxanthine non oxydée est de l’astaxanthine estérifiée. La peau, les écailles et les œufs des poissons contiennent principalement de l’astaxanthine estérifiée, tandis que les muscles, le plasma sanguin et les organes internes contiennent principalement de l’astaxanthine libre. Chez les crustacés comme les crabes et les crevettes, l’astaxanthine estérifiée se dépose principalement sur la coquille, les gonades et l’hépatopancréas.

2.2 sources d’astaxanthine

Currently, the mature astaxanthin production processes include biological extraction and chemical synthesis. Common natural astaxanthin is mainly derived from aquatic product waste, microorganisms and genetically modified plants. Molecular structure De l’astaxanthine(Figure 1): four isoprene units are linked in the form De laa conjugated unsaturated double bond. The long conjugated unsaturated double bond structure is very sensitive to light, heat, acids, alkalis, oxides and enzymes [5]. Therefore, how to optimize the extraction process to extract natural astaxanthin with maximum efficiency has become an international research hotspot.

2.2.1 méthode de synthèse chimique

Il existe deux méthodes pour synthétiser l’astaxanthine: la synthèse directe et la synthèse indirecte. La méthode de synthèse directe utilise généralement des monomères caroténoïdes synthétiques pour la synthèse directe, tandis que la méthode de synthèse indirecte obtient de l’astaxanthine en oxydant d’autres caroténoïdes. Les processus de synthèse pour les deux méthodes sont très complexes, et l’astaxanthine obtenue est 100% libre, et principalement dans la configuration cis (l’astaxanthine naturelle est principalement dans la configuration trans).

2.2.2 Extraction des déchets de traitement aquatique

En 2022, la Chine et#La production annuelle de produits aquatiques atteindra 68,69 millions de tonnes. Les déchets de produits aquatiques sont une resSource:riche, et l’extraction d’astaxanthine à partir de déchets de produits aquatiques peut apporter d’énormes avantages économiques et promouvoir le développement durable de la Chine et#39; S l’industrie de l’aquaculture. Les méthodes traditionnelles d’extraction de l’astaxanthine comprennent l’extraction alcaline, la solubilisation de l’huile, l’extraction Soxhlet et l’extraction par solvant organique. Ces dernières années, de nouvelles méthodes telles que l’extraction enzymatique, la cavitation à pression négative, l’homogénéisation à haute pression, les liquides ioniques, les champs électriques pulsé et l’extraction de fluide supercritique ont été utilisées pour extraire l’astaxanthine à faible consommation et à haute efficacité.

Zu Yuangang et Al., et al.[6] ont effectué une étude préliminaire sur les différentes conditions du procédé d’extraction de l’astaxanthine par la méthode de cavitation à pression négative, et ont obtenu les paramètres optimaux du procédé d’extraction: un solvant d’extraction à 80% d’éthanol en masse, un temps d’extraction de 35 min et un volume d’aération de 0,2 m3/h. En ce qui concerne les taux d’extraction de l’astaxanthine provenant d’haematocoquespluvialis, on a comparé les taux d’extraction de l’astaxanthine provenant d’haematococcus pluvialis par traitement par champ électrique pulsé, broyage, congélation, traitement thermique et traitement ultrasonique. Les résultats ont montré que le taux d’extraction de l’astaxanthine après traitement par champ électrique pulsé était de 96%, et le taux d’extraction le plus élevé des autres méthodes d’extraction était de 80%.

Zhang Ye et al. [8] ont étudié l’effet de la cellulase, de la pectinase et de l’enzyme complexe sur la destruction de la paroi d’haematococcus pluvialis, et ont optimisé l’extraction enzymatique de l’astaxanthine par surface de réponse. Il a été constaté que lorsque le rapport de l’activité de la cellulase et de la pectinase était 1:1 (U/ U), quantité d’enzyme 7 000 U/mL, pH 4,9, température 49 ℃, temps 6 h, taux d’extraction de l’astaxanthine 71,08 %, et la méthode d’enzymes composite est simple, doux, vert, sûr et efficace. En outre, des méthodes d’épuration de l’astaxanthine telles que la chromatographie sur colonne, la chromatographie liquide à haute performance, la recristallisation et la chromatographie à contre-courant à grande vitesse sont également en constante évolution. La teneur en astaxanthine des déchets de produits aquatiques est relativement faible et le processus d’extraction est complexe et coûteux. Par conséquent, l’extraction rentable de l’astaxanthine est devenue un problème pressant pour l’industrie de production.

2.2.3 production microbienne

De nombreux types de micro-organismes naturels (algues, champignons, bactéries, etc.) peuvent synthétiser l’astaxanthine naturelle. Actuellement, Xanthophyllomyces dendrorhous et hématocoquePluvialis sont les plus largement étudiés et utilisés pour la production [9-10]. Une bonne souche dendrorheuse de Xanthophyllomyces peut accumuler de l’astaxanthine représentant environ 0,5% du poids sec, et le processus de fermentation est mature, de sorte que le produit peut être obtenu en peu de temps [11]. Cependant, il est grandement affecté par les conditions de fermentation telles que la source de carbone, la source d’azote, la température, le pH et l’oxygène dissous, et le coût de fermentation est élevé. L’astaxanthine produite est l’isomère de dextrorse avec une faible activité antioxydante, de sorte que Xanthophyllomyces dendrorhous ne peut pas être utilisé comme le meilleur outil naturel de production d’astaxanthine.

Le principal outil de production actuellement est Haematococcus pluvialis, qui peut accumuler de l’astaxanthine représentant 4 à 5% du poids sec de la souche. Cependant, les conditions de croissance d’haematococcus pluvialis sont extrêmement dures, avec des exigences élevées pour la qualité de l’eau, la lumière et l’environnement de culture sont exigeants, le cycle de culture est long, les exigences techniques sont strictes, et l’accumulation d’astaxanthine dans son corps se produit dans des conditions de stress qui ne conviennent pas à l’accumulation de biomasse cellulaire. Par conséquent, la production à grande échelle est difficile [12-13].

2.2.4 Production de plantes génétiquement modifiées

Les précurseurs β-carotène et β-carotène hydroxylase nécessaires à la synthèse de l’astaxanthine sont omniprésents dans les plantes supérieures, mais ils ne contiennent pas de β-carotène kétolase et ne peuvent donc synthétiser l’astaxanthine. La recherche actuelle a introduit avec succès la β-carotène kétolase dans les plantes pour produire l’astaxanthine dans le tabac [14-15], les pommes de terre [16], l’arabidopsis [17], le lotus [18], le maïs [19], et d’autres plantes. Cependant, la teneur en astaxanthine produite dans les plantes transgéniques est instable et il existe des problèmes tels que l’accumulation de métabolites intermédiaires. Par conséquent, la découverte et l’utilisation de la plante et#39; S propres gènes liés à la synthèse de l’astaxanthine (par exemple, les pétales de la plante de souche contiennent de l’astaxanthine, avec une teneur d’environ 1% du poids sec des pétales [20]) deviendra une direction de recherche importante pour le génie génétique de la production d’astaxanthine.

3 Application de l’astaxanthine en aquaculture

L’astaxanthine a été utilisée dans les industries alimentaire, pharmaceutique et des aliments pour animaux, mais elle est actuellement principalement utilisée en aquaculture comme nouvel additif alimentaire très efficace.

3.1 effet colorant

L’astaxanthine peut se combiner avec différents types de protéines pour produire rouge, orange, jaune, vert, bleu, violet et d’autres couleurs.

3.1.1 promotion de la coloration des poissons d’élevage

ajouterAstaxanthine dans l’alimentationcan make the skin and muscles De lafarmed fish such as salmon and sturgeon appear bright red, and the meat tastes more delicious [21]. Nickell et al. [22] found that the coloring degree and efficiency of astaxanthin increased with the increase of the content of lipid substances in the feed by feeding rainbow trout with feed of different fat levels. Zhang Chunyan et al. [23] found that the redness and yellowness values of the muscle of Oncorhynchus mykiss were significantly higher in the group nourri1.0 g/kg synthétiqueastaxanthin and the group fed 0.1 g/kg astaxanthin-containing Haematococcus pluvialis extract than in the control group.

Nogueira et al. [24] ont constaté que la supplémentation alimentaire en astaxanthine (50 ou 80 mg/kg pendant 6 mois; Ou 50 mg/kg pendant 3 mois, suivis de 80 mg/kg pendant 3 mois) ont eu un effet positif sur le teint de la peau et le chroma de la nageoire dorale et de la queue du vivaneau rouge, et les valeurs de teint et de chroma étaient proches de celles des individus sauvages. Li Yao-peng et al. [25] ont sélectionné plus de 170 000 truites arc-en-ciel triploïdes (Oncorhynchus mykiss) d’un poids moyen d’environ 1 kg pour effectuer un essai pilote sur les effets des concentrations alimentaires d’astaxanthine sur la performance de croissance, le rendement et la coloration musculaire.

On a constaté que l’ajout de 40 mg/L et30 mg/L astaxanthin to the feed, respectively, and feeding it 7 months and 9 months before the rainbow trout is marketed, the meat color can meet the standards. Wang Hongyu et al. [26] fed hexagramma otakii (Hexagrammos otakii) with astaxanthin-added feed. The results after 60 days showed that when the additive amount was 0.10%-0.20%, the brightness, redness, and yellowness of the dorsal surface of the fish, the redness and yellowness of the abdomen, and the brightness and yellowness of the tail were significantly higher than those of the control group. When the additive amount was 0.05%-0.20%, the astaxanthin deposition on the dorsal, abdominal, and caudal skin of the fish was significantly higher than that of the control group. were significantly higher than those of the control group. When the additive content was 0.05% to 0.20%, the astaxanthin deposition on the skin of the back, abdomen and tail of the fish was significantly higher than that of the control group.

3.1.2 promotion de la coloration des poissons d’ornement

La couleur du corps des poissons ornementaux est causée par l’accumulation des pigments astaxanthine et canthaxanthine dans le corps, qui produisent la couleur panchromatique. Les poissons d’ornement ne peuvent synthétiser ces deux pigments et doivent les obtenir à partir de la nourriture. Les aliments ornementaux pour poissons doivent répondre à la fois aux besoins de la croissance et du développement des poissons et à la nécessité de conserver leur couleur de corps brillante. L’astaxanthine, en tant que meilleur colorant disponible, peut aider les poissons ornementaux à conserver leur couleur de corps brillante. Chen Xiaoming et al. [27] ont constaté après une expérience de 60 jours que l’ajout de 60 mg/kg d’astaxanthine à la nourriture pourrait rendre la coloration du poisson rouge plus naturelle et plus dynamique. Wang Rui et al. [28] ont constaté que l’ajout de 30 mg/kg d’astaxanthine à la nourriture pourrait considérablement améliorer l’effet du dépôt de pigments chez les guppies, les queues d’espadons rouges et les poissons rouges.

Sun Xueliang et al. [29] ont étudié la combinaison d’astaxanthine avec différents porteurs (phospholipides, vitamine E) et ont constaté que la combinaison d’astaxanthine avec les deux porteurs vitamine E et phospholipides rougissait significativement la couleur du corps des poissons perroquets. Wang Junhui et al. [30] ont étudié l’effet de l’astaxanthine sur la couleur du corps de la carpe koi (Cyprinus carpio L.) et ont constaté que les valeurs de rougeur et de jaunissement dans la couleur du corps atteignaient un maximum lorsque l’astaxanthine en plus était de 400 mg/kg.

3.1.3 effet colorant sur la crevette et le crabe

The body color of shrimp and crab determines their market value. Astaxanthin combines with chitin in shrimp and crab to appear greenish-blue. After high-temperature heating, the protein is separated from the original astaxanthin, and the color changes to orange-red. Jin Zhengyu et al. [31] fed Macrobrachiumrosenbergii with 60 mg/kg astaxanthin pour35 days. The results showed that the total carotenoid content in the shrimp was the highest (119.38 g/kg), which was 40% higher than that of the control group. Chien et al. [32] added 50 and 100 mg/kg astaxanthin in the feed of Japanese tiger prawns, and after 63 days, it was found that the deposition rate of astaxanthin in the shell and muscle of the prawns had significantly increased.

Long et al. [33] ont ajouté de la poudre d’haematococcus pluvialis, riche en astaxanthine naturelle, à l’alimentation des crabes chinois adultes (Eriocheir sinensis), et ont constaté que la rougeur des ovaires et des carapaces augmentait considérablement avec l’augmentation de la quantité de poudre d’haematococcus pluvialis ajoutée. Cela a également été confirmé par Su Fang' S [34] des expériences ont montré que l’alimentation des crabes chinois à moufles avec de la nourriture pour Haematococcus pluvialis peut améliorer considérablement la couleur et la qualité des produits du crabe, avec une augmentation significative de la teneur en astaxanthine des ovaires, de l’hépatopancréas, de la carapace et de l’épiderme des crabes. Il existe une relation dose-effet significative, et plus l’addition d’haematococcus pluvialis est élevée, plus l’accumulation d’astaxanthine dans le corps est élevée. Ma Nan et al. [35] ont proposé que l’ajout d’astaxanthine synthétique aux aliments d’engraissement peut augmenter considérablement la teneur totale en caroténoïdes, la couleur et la capacité antioxydante dans la tête et le thorax, le foie, le pancréas et les ovaires du crabe à mitaine chinois, et ont suggéré que la teneur synthétique en astaxanthine ajoutée aux aliments d’engraissement des crabes femelles devrait être d’environ 90 mg/kg.

3.2 fort effet antioxydant

Shimidzu et al. [36] ont constaté dans une étude in In vitroque l’astaxanthine avait une plus grande capacité d’extinction de l’oxygène singlet et de piégeage des radicaux libres que la lutéine et la zéaxanthine, ce qui a également été confirmé par Lee et al. [37]. Wang Jiqiao et al. [38] ont nourri des juvéniles Apostichopus japonicus avec des aliments contenant respectivement 30, 60 et 90 mg/kg de β-carotène et d’astaxanthine, dans des conditions de laboratoire où l’eau était à une température de 11,0 à 20,0 °C, à une salinité de 35 et à un pH de 7,5. Après 80 jours d’alimentation, il a été constaté que la capacité antioxydante totale moyenne du liquide de la cavité corporelle des groupes suppléés en astaxanthine (12,77 U/mL) était plus élevée que celle des groupes suppléés en β-carotène (8,7). Après 80 jours, on a constaté que la valeur moyenne de la capacité antioxydante totale (12,77 U/mL) du liquide de cavité corporelle de chaque groupe d’apostichopus japonicus alimenté avec de l’ astaxanthine était 45,61 % supérieure à la valeur moyenne (8,77 U/mL) de chaque groupe alimenté avec du β-carotène, indiquant que la capacité antioxydante de l’ astaxanthine est supérieure à celle du β-carotène.

Feng Minglei et al. [39] ont ajouté 31,50 mg/kg d’astaxanthine de riz de levure rouge (P-AST) et 32,96 mg/kg d’astaxanthine synthétique (S-AST) à l’alimentation de base, respectivement, et nourri de la truite arc-en-ciel pendant 112 jours. Ils ont découvert que le S-AST et le P-AST pouvaient réguler la fonction du système antioxydant et des gènes liés au métabolisme des lipides dans le muscle rouge de la truite arc-en-ciel. Après avoir administré à la truite arc-en-ciel 31,50 mg/kg de P-AST et 32,96 mg/kg de S-AST pendant 112 jours, on a constaté que le S-AST et le P-AST pouvaient réguler la fonction du système antioxydant dans le muscle rouge de la truite arc-en-ciel et l’expression de gènes liés au métabolisme des lipides.

Wang Zhaoxin et al. [40] designed three kinds of feed with different concentrations of astaxanthin by adding Astaxanthin Plus (containing 10% astaxanthin) to an isonitrogenous and isoleucine-rich feed, and fed it to Litopenaeus vannamei prawns. After 112 days, the study showed that adding an appropriate amount of astaxanthin to the feed can improve the antioxidant capacity and immune function of the prawns. In terms of food preservation, Han Qingyou [41] found that astaxanthin can not only be used in the preservation of fruits and foods, but also provide a scientific basis for extending the shelf life of fruits. Li Nian et al. [42] showed that a shrimp-astaxanthin-carboxymethylchitosan composite coating of 60 and 90 mg/L is a safe, effective, and feasible method for preserving Litopenaeus rossensis. It can inhibit the decline in sensory quality of Litopenaeus rossensis during refrigeration, delay lipid oxidation, and extend the shelf life of Litopenaeus rossensis by 3–4 days.

3.3 effet Anti-stress

Jyonouchi et al. [43] ont montré que l’astaxanthine peut augmenter l’activité de Th1 (cellule auxiliaire T 1) et Th2 (cellule auxiliaire T 2) dans la réponse immunitaire humorale, et également augmenter la production d’immunoglobulines IgA, IgM, et IgG, de sorte que les animaux ont une activité régulatrice immunitaire plus élevée. Zhang et al. [44] [traduction]ont constaté que l’ajout de 125 à 150 mg/kg d’astaxanthine au régime alimentaire de la crevette vanamei peut accroître la capacité antioxydante du corps de la crevette et sa tolérance au stress hypoxique. Jiang et al. [45] ont constaté que l’ajout de poudre d’haematococcus pluvialis au régime alimentaire des crabes chinois juvéniles peut réduire la mortalité des crabes juvéniles pendant le stress ammoniacal. Xie et al. [46] ont constaté que l’ajout d’haematococcus pluvialis réduisait la réponse inflammatoire chez le pomfret doré (Trachinotus ovatus) après 80 jours d’alimentation et un test d’stress hypoxique aigu (1,2 mg/L). Tizkar et al. [47] ont montré qu’après 70 jours de régime contenant de l’astaxanthine (50 à 150 mg/kg), la crevette de l’étang japonaise (Macrobrachium nipponense) pouvait tolérer divers stress physiques et chimiques comme l’hypoxie, le stress à l’ammoniac et le stress au froid.

3.4 favorise la croissance, la reproduction et le développement

Adding astaxanthin to the feed can significantly improve the growth and reproductive performance of rainbow trout, increase the survival rate of young shrimp, the buoyancy and survival rate of fish eggs, and increase the fertilization rate, survival rate and growth rate of salmon eggs. Jin Zhengyu et al. [31] showed that astaxanthin can significantly increase the weight gain rate of Litopenaeus vannamei. Li Chenlu [48] showed that astaxanthin has a significant alleviating effect on the oxidative stress response and oxidative damage caused by microcystin in zebrafish (Barchydanio rerio var.), and the higher the astaxanthin concentration, the better the effect on improving oxidative stress in the body. Wang Zhaoxin et al. [40] showed that adding the right amount of astaxanthin to the feed can increase the ovary yolk protein content, fertilized egg hatch rate, larval metamorphosis rate, and the number of amoeboid larvae and copepod larvae, thereby improving the reproductive performance of the parent shrimp.

4 sécurité et perspectives d’application de l’astaxanthine

L’astaxanthine se trouve en grande quantité dans les aliments de tous les jours. Les aliments pour crevettes et crabes contiennent de 80 à 100 mg/kg d’astaxanthine, le saumon rouge sauvage en contient de 30 à 58 mg/kg, les poissons ont des concentrations moyennes d’astaxanthine d’environ 40 mg/kg et les mollusques et crustacés ont des concentrations moyennes d’astaxanthine d’environ 10 mg/kg. Ces dernières années, les résultats de nombreuses études toxicologiques sur les animaux et les humains ont également montré que l’astaxanthine est sûre et non toxique [49-50].

En raison de ses fonctions physiologiques importantes et de sa valeur économique, l’astaxanthine a un grand potentiel d’application dans l’aquaculture, les additifs alimentaires, les cosmétiques et les produits pharmaceutiques. Avec le développement de diverses industries au pays et à l’étranger, la demande d’astaxanthine continuera d’augmenter. Actuellement, la synthèse et l’extraction de l’astaxanthine au niveau international présentent généralement les inconvénients de méthodes complexes de synthèse et d’extraction, de faibles rendements et de coûts élevés, et ne peuvent pas répondre aux besoins de la production commerciale à grande échelle. L’utilisation de la biotechnologie moderne pour la recherche sur la sélection de souches d’astaxanthine à haut rendement a de vastes perspectives de développement et d’application et doit être incluse dans les plans de recherche clés.

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