Quelles sont les utilisations et les avantages de l’astaxanthine dans l’alimentation animale?

L’l’astaxanthinee est un caroténoïde extrait principalement d’animaux aquatiques. Il a diverses fonctions physiologiques et est donc un point chaud de recherche dans l’industrie de l’élevage. En raison de son activité antioxydante extrêmement forte, qui est plus de 10 fois celle des autres caroténoïdes et plus de 550 fois celle des vitamines, l’astaxanthine est également connue sous le nom de «super vitamine». L’astaxanthine peut effectivement inhiber les dommages oxydatifs et les changements cancéreux dans les cellules, aussi bien que prévenir le rayonnement ultraviolet, améliorer le corps et#39; S résistance, et de résister aux maladies cardiovasculaires et cérébrovasculaires. Elle joue un rôle de plus en plus important dans des secteurs tels que la santé et l’élevage des animaux [1]. Cet article examine les propriétés physiques et chimiques, les caractéristiques structurelles, les sources de production, l’application dans l’élevage et la sécurité de l’astaxanthine, en vue de fournir une référence théorique pour l’application de l’astaxanthine en Chine et#39; S industrie de l’élevage.

1 propriétés physico-chimiques et caractéristiques structurelles de l’astaxanthine

1.1 propriétés physico-chimiques

Astaxanthin, also known as shrimp yellow protein or shrimp yellow substance, is a kind De lapurplish red crystalline substance first extracted from lobsters by German chemist Richard Kuhn. It is therefore called astaxanthin. Later, l’astaxanthinewas determined to be a carotenoid closely related to shrimp red pigment. Beta-carotene , lutein , canthaxanthin , lycopene, etc. are all synthetic intermediates of carotenoids, and astaxanthin is the product with the highest level of synthesis among carotenoids. It is also currently the substance with the strongest antioxidant activity discovered by humans in nature, with antioxidant properties that far exceed those of existing antioxidants. The chemical name of astaxanthin is 3,3' dihydroxy-4,4' -dione-bêta, bêta ' -carotène, de formule moléculaire C40H52O4 et Masse moléculaire relative 596,84, point de fusion 215~216℃, point d’ébullition 774℃, poudre solide rouge, soluble dans la graisse, insoluble dans l’eau.

1.2 caractéristiques structurelles

La structure moléculaire de l’astaxanthine est illustrée à la Figure 1. La structure moyenne est composée d’une double liaison conjuguée composée de quatre unités d’isoprène, et les structures d’extrémité sont composées d’hexaheterocycles α-hydroxy-périllène. Le C-3 et C-3' Des structures de l’anneau d’extrémité sont deux centres chiraux. La double liaison conjuguée dans la structure centrale peut attirer les électrons non appariés des radicaux libres ou fournir des électrons aux radicaux libres, éliminant ainsi les radicaux libres et jouant un rôle antioxydant. En raison de la structure spéciale de la chaîne de liaison double conjuguée, du groupe cétone insaturé et du groupe hydroxyle, l’astaxanthine est sujet à des réactions de dégradation avec la lumière, la chaleur et l’oxygène, formant l’astaxanthine.

L’astaxanthine a deux conformations pour chaque centre chiral, et chaque atome de carbone chiral peut exister sous la forme de R ou S. par conséquent, l’astaxanthine a trois isomères: (3S, 3'S), (3R, 3'R) et (3R, 3'S) il y a un total de 3 isomères, dont (3S, 3'S) et (3R, 3'R) are enantiomers. Astaxanthin exists in trans and cis structures due to the different ways in which the carbon-carbon double bond groups are linked. Astaxanthine naturelle is almost entirely trans, and both are chemically synthesized. Among them, the natural trans-form of astaxanthin has higher biological activity, while the cis-form of astaxanthin has extremely low biological activity. Animals have weak absorption of cis-form astaxanthin. Therefore, the trans-form of astaxanthin is generally selected in the animal husbandry industry [2].

2 méthodes de Production de l’astaxanthine

Au début du xxe siècle, l’astaxanthine naturelle était principalement extraite de la crevette, du crabe et d’autres organismes à l’aide de méthodes de purification naturelles. Avec les progrès de la science et de la technologie, l’astaxanthine synthétisée chimiquement est sortie tranquillement, mais en raison de différences dans la structure moléculaire et d’autres aspects, son effet et la sécurité sont beaucoup plus faibles que celui de l’astaxanthine naturellement purifiée.

2.1 astaxanthine synthétique

The main synthetic route pourastaxanthin is to use the carotenoid β-carotène as a starting point, introduce two hydroxyl groups and a ketone group on the 3rd and 4th carbons of the aromatic ring of β-carotene, and finally form astaxanthin. At present, the most widely used method poursynthesizing astaxanthin is the Wittig reaction, while the semi-synthesis method uses carotenoids such as canthaxanthin, zeaxanthin and lutein as raw materials to prepare astaxanthin. The main features of chemically synthesizing astaxanthin are its simple preparation process and low cost. However, it exists in the form of three stereoisomers and contains by-products, and its stability, safety and antioxidant activity are not satisfactory [3]. In particular, in practical production applications, the bioavailability of natural astaxanthin in animals is stronger than that of synthetic astaxanthin. When the feeding concentration is low, the concentration of natural astaxanthin in the blood of rainbow trout is significantly higher than that of synthetic astaxanthin, and synthetic astaxanthin cannot be converted into the natural configuration in animals. The biological efficacy and coloring ability are much lower than those of natural astaxanthin of the same concentration [4]. In view of this, the global management of chemically synthesized astaxanthin is becoming increasingly strict, and countries have also made corresponding management regulations. The US Food and Drug Administration (FDA) has banned the use of chemically synthesized astaxanthin in the health food market.

2.2 astaxanthine naturelle

Natural astaxanthinExiste principalement sous forme de 3S, 3'S, qui a une activité biologique plus élevée. Il existe deux méthodes principales de production: l’une consiste à l’extraire du krill, du homard, de la truite, du saumon, des algues, de la levure, des bactéries et des déchets de traitement aquatique [5]. À l’heure actuelle, il y a environ des millions de tonnes de déchets de produits aquatiques dans le monde chaque année. L’astaxanthine naturelle peut être obtenue en écrasant, en brisant la paroi cellulaire, en hydrolysant et en extrayant. Cette méthode peut favoriser le développement sain de l’industrie aquacole et réduire la pression sur l’environnement écologique.

Cependant, ces déchets de produits aquatiques contiennent des impuretés comme la chitine et les cendres. Comment maximiser l’extraction de l’astaxanthine et éliminer les impuretés est la clé pour résoudre les problèmes de qualité du produit et les coûts de production. Une autre méthode consiste à le produire par fermentation microbiale de Rhodotorula glutinis, Chlorella pyrenoidosa, micro-organismes unicellulaires tels que la levure rouge, Chlorella vulgaris, Haematocoquespluvialis, Saccharomyces cerevisiae, Gluconobacter et ainsi de suite. Cette méthode présente les avantages d’une faible pression environnementale, de produits clairs et de peu de sous-produits [6] et est actuellement la principale méthode de production d’astaxanthine. Cependant, cette méthode présente des exigences élevées en fonction des conditions et des souches d’élevage. Chi et al. [7] ont utilisé le génie génétique pour modifier la levure rouge MK19 à haut rendement, et la production d’astaxanthine a été augmentée de 17 fois par rapport au type sauvage. La méthode de fermentation de l’astaxanthine utilisant la fermentation de levure rouge présente les avantages d’un temps de culture court et d’une culture à haute densité qui peut être obtenue par propagation de masse. La levure est également une bonne matière première protéique alimentaire, et la sélection de souches de levure rouge à haut rendement a donc attiré beaucoup d’attention. Si l’on peut choisir une souche de levure rouge à haut rendement, cela facilitera certainement la production à grande échelle d’astaxanthine et favorisera son application dans l’élevage.

3 Application de l’astaxanthine dans l’élevage

3.1 effet de l’astaxanthine sur la qualité des produits d’élevage et de volaille

La couleur et la rétention d’eau sont des indicateurs importants de la qualité des produits du bétail et de la volaille. Les facteurs influant sur ces indicateurs comprennent la teneur en pigments et l’activité enzymatique antioxydante du produit. L’astaxanthine a des avantages innés en termes de propriétés colorantes et antioxydantes, et est l’agent colorant préféré dans les aliments aquatiques et de volaille. En tant que dernière étape de la synthèse des caroténoïdes, l’astaxanthine peut être directement stockée et déposée dans le tissu musculaire après être entrée dans l’animal.#39; S corps, et peut se lier non spécifiquement à la myoglobine [8]. Par conséquent, l’ajout d’astaxanthine à l’alimentation peut améliorer efficacement la couleur des produits d’élevage et de volaille, améliorer leur valeur nutritive et la compétitivité sur le marché.

Conradie et al. [9] found that adding astaxanthin to the feed can make the feet, skin, beaks, and feathers of laying hens appear in varying degrees of red or golden yellow, increase the weight of whole eggs and oeufyolks, promote poultry growth, and increase egg production. Liu Bing [10] found that the antioxidant enzyme activity of the muscle tissue and egg Jaune jauneof laying hens increased with the increase of the amount of astaxanthin added to the diet. Fu Xingzhou et al. [11] found that astaxanthin can significantly increase the a* and L* values of the redness and brightness of chicken meat after slaughter. There has also been a gradual increase in research on astaxanthin in livestock animals. Carballo et al. [12] found that when studying the meat quality of lambs, adding astaxanthin to a commercial butylated hydroxytoluene-containing milk powder can increase the a* redness value of the post-slaughter lamb and fat, thereby improving the lipid stability of frozen meat. Li Xinjie et al. [13] found that adding astaxanthin to the diet of fattening pigs can reduce the brightness value L* and yellowness value b* of the loin muscle, deepen the color of the meat, and the quality is better.

3.2 effet de l’astaxanthine sur les performances de reproduction du bétail et de la volaille

L’astaxanthine peut éteindre l’oxygène unique et récupérer les radicaux libres. Il peut également améliorer la fonction de défense du système enzymatique antioxydant endogène en réduisant la perméabilité de la membrane et en limitant la pénétration des oxydants dans les cellules. L’astaxanthine peut améliorer la qualité du sperme en réduisant continuellement le niveau de dommages oxydatifs aux spermatozoïdes du bétail et de la volaille, et améliorer la performance de reproduction des femelles en augmentant l’activité de superoxyde dismutase des cellules du cumulus thermiquement choquées [14]. Des études ont montré que l’ajout d’astaxanthine au sperme de poulet peut améliorer significativement les activités de superoxyde dismutase et de glutathion peroxydase dans le sperme et améliorer l’intégrité de la membrane plasmatique du sperme [15]. Dans des expériences In vitro, l’ajout d’astaxanthine au milieu de maturation des oocytes porcins a amélioré la croissance et le développement à tous les stades à des degrés divers [14]. Hu Yamei [16] a constaté que la quantité appropriée d’astaxanthine peut améliorer considérablement la qualité du sperme de porc à température ambiante. Kamada et al. [17] ont constaté que l’ajout de faibles concentrations d’astaxanthine au milieu de culture de cellules lutéales bovines peut augmenter la teneur en progestérone dans le milieu de culture. Par conséquent, l’ajout d’astaxanthine à la nourriture a le potentiel d’améliorer la fonction lutéale.

3.3 effet de l’astaxanthine sur les performances de production du bétail et de la volaille

En tant que nouveau type d’additif alimentaire, l’astaxanthine peut améliorer le taux d’utilisation des aliments et le taux de croissance du bétail et de la volaille. Certaines études ont montré que l’ajout d’astaxanthine au régime alimentaire des poules pondeuses peut améliorer la stabilité de stockage des œufs de DHA et augmenter la production d’œufs. Kumar et al. [18] ont constaté que l’ajout d’astaxanthine au régime alimentaire des veaux peut améliorer considérablement le taux de conversion alimentaire et augmenter le poids corporel. Lin et al. [19] ont constaté qu’une combinaison d’astaxanthine et de diacétate de sodium dans l’alimentation des porcelets peut améliorer la capacité antioxydante et la digestibilité des nutriments des porcelets, améliorant ainsi leur rendement. Perenlei et al. [20] ont constaté que l’astaxanthine peut augmenter le gain de poids quotidien et le pourcentage de graisse abdominale des poulets de chair. Cependant, d’autres études ont montré que l’ajout d’astaxanthine naturelle au régime alimentaire des poules pondeuses n’a aucun effet sur les performances de production [21,22].

3.4 effet de l’astaxanthine sur l’immunité du bétail et de la volaille

The level of immunity in livestock and poultry directly affects their health and growth rate. The effect of astaxanthin on the immunity of livestock and poultry is mainly reflected in the following three aspects: first, its antioxidant effect. Astaxanthin has strong antioxidant properties, can scavenge free radicals, inhibit oxidative stress, protect immune cells, and prevent the immune system from damage. Second, it enhances the number and activity of immune cells. Astaxanthin can increase the number of immune cells such as lymphocytes, neutrophils and macrophages, thereby enhancing the body' S capacité immunitaire.

Troisièmement, il favorise la production d’immunoglobulines. L’astaxanthine peut favoriser la vitalité des cellules B dans le système immunitaire, augmenter la production d’immunoglobulines (IgG, lgA et IgM), et augmenter la capacité de réponse immunitaire humorale.

En résumé, l’astaxanthine peut être utilisée comme antioxydant efficace et activateur immunitaire dans l’élevage des animaux pour améliorer l’immunité et la résistance aux maladies du bétail et de la volaille. Cependant, l’astaxanthine ne peut remplacer aucun médicament dans le traitement des maladies. En même temps, l’absorption et l’utilisation de l’astaxanthine par différentes espèces d’animaux peuvent également différer, et des ajustements et des choix appropriés doivent être faits lors de l’application réelle.

4 innocuité de l’astaxanthine dans l’élevage

L’astaxanthine est sûre et n’a aucun effet secondaire toxique. Il est largement utilisé dans l’alimentation animale et, en quantités modérées, peut favoriser la croissance et le développement des animaux sans nuire à la santé animale. Cela a été démontré dans de nombreuses expériences. Jin Wei et al. [23] ont mené une expérience d’alimentation à base d’astaxanthine de 30 jours sur des rats, et ont constaté qu’il n’y avait aucune anomalie dans la croissance et le développement des rats, et ils ont généralement donné de bons résultats. Aucun changement anormal significatif n’a été observé dans les résultats de divers indicateurs ou examens histopathologiques. Lin et al. [24] ont montré que, par rapport au groupe témoin, aucune différence biologique significative n’a été observée dans les paramètres cliniques comme le poids corporel, l’hématologie, l’analyse d’urine et le poids des organes chez les souris qui ont reçu de l’astaxanthine de façon continue pendant 13 semaines. Shi Lili et al. [25] ont utilisé des méthodes d’évaluation toxicologique comme des essais de toxicité aiguë, des essais de génotoxicité et un essai d’alimentation de 30 jours chez le rat pour évaluer l’innocuité de la consommation d’astaxanthine. Aucun effet secondaire toxique significatif de l’astaxanthine n’a été observé. Lin Feiliang et al. [26] ont également révélé que l’extrait d’haematococcus Pluvialis:était sans danger lors d’un test d’alimentation de 90 jours et d’un test de tératologie chez le rat.

Worldwide, astaxanthin is used in a wide range of applications. In North America, in April 2009, the FDA approved astaxanthin as a component of a mixed coloring agent for use in fish feed. In 2000, Haematococcus pluvialis poudreand Rhodopseudomonas palustris were approved for use in fish feed to color salmon, and achieved the desired feeding results. In the European Union, astaxanthin is approved as a new ingredient for dietary supplements. In 2009, China approved astaxanthin for use as a feed additive, and Haematococcus pluvialis was approved as a new food resource in 2010. In general, the use of astaxanthin in animal feed is safe, but it should be avoided if the animal is allergic to astaxanthin, carotenoids, the source of astaxanthin, or drugs that inhibit 5-alpha reductase. In addition, attention should be paid to the amount used and the combination with other feed ingredients to avoid affecting the health of the animal.

5 résumé

Astaxanthin is one of the most important carotenoids in nature. It has attracted the attention of animal nutritionists because of its important role in improving the growth performance, survival rate, reproductive performance, and disease resistance of livestock and poultry. Due to its significant effect on improving the color, reproductive performance, production performance, and immunity of livestock and poultry, the amount of astaxanthin used in animal husbandry has increased rapidly, and it has great application value and development potential. However, there is not much research on the application of astaxanthin in the breeding of livestock and poultry, especially ruminants, and many of its mechanisms of action are still unclear. With the increasing market demand for astaxanthin, the large-scale production of astaxanthin through synthetic biology, molecular biology, metabolic engineering and other new technological methods is the focus of research. The screening, extraction and purification of Astaxanthine à haut rendement strains are key points and difficulties. In short, the production and application of astaxanthin is an extremely attractive and challenging field. It is expected that with the help of new biotechnology, the large-scale production and application of astaxanthin will see new developments.

Références:

[1] Spiller GA, Dewell A. sécurité d’une hémie riche en astaxanthine coccus  pluvialis  algues Extrait: un essai clinique randomisé [J]. Journal of Medicinal Food. 2003, 6(1):51-56.

[2] Zhang Chen, Tan Xiuwen, Wan Fachun, et al. Progrès de la recherche sur l’application de l’astaxanthine dans l’élevage [J]. Shandong élevage et médecine vétérinaire, 2018, 39(6):80-82.

[3] Miao Liqing, Ma Xuhui, Li Suzhen et al. Biosynthèse et application industrielle de l’astaxanthine [J]. China Agricultural Science and Technology Report, 2023, 25(3):21-29.

[4] Liu Hongchao. Extraction et utilisation complète des substances bioactives des coquilles de crevettes [D]. Zhanjiang: université d’océan de Guangdong, 2010.

[5] Hao Kongli, Zhang Ce. Progrès de la recherche dans l’extraction et la purification de l’astaxanthine naturelle [J]. Guangdong Feed, 2023, 32(11):31-34.

[6] Zhang Chen, Xu Hui, Zhu Kunfu et al. Progrès de la recherche dans la production microbienne d’astaxanthine [J]. China Brewing, 2021, 40(10):29-35.

[7] Chi S, He Y, Ren J, et al. La surexpression d’un en-zyme bifonctionnel, le CrtS, améliore la synthèse de l’astaxanthine par deux voies chez Phaffia rhodozyma [J]. Microbienne Cell Factories, 2015(14):90.

[8] Li Zhaohua, Liu Peng. Progrès dans la fonction et l’application de l’astaxanthine [J]. Food and Drugs, 2005(9):17-20.

[9] Conradie TA, Pieterse E, Jacobs K. Application de Paracoccus marcusii comme additif alimentaire potentiel pour les poules pondeuses [J]. Poultry Science, 2018, 97(3):986-994.

[10] Liu B. Research on the effect and mechanism of dietary selenium and DHA to improve egg quality in late ponte hens [D]. Wuxi: université de Jiangnan, 2021.

[11] Fu XZ, Lu ZF, Li D. effets des additifs composés d’astaxanthine sur la performance de croissance et la qualité de la viande des poulets de chair [J]. Élevage et médecine vétérinaire, 2017, 49(1):27-30.

[12] Carballo DE, Giraldez FJ, Andres S, et al. Effets de la supplémentation alimentaire en astaxanthine sur la stabilité oxydative de la viande d’agneaux allaitants nourrie d’un substitut de lait Hydroxy-toluène [J]. Meat Sci, 2019(156):68-74.

[13] Li Xinjie, Zhu Wei, Jiang Wei et al. Effet de l’astaxanthine naturelle sur la qualité et la stabilité à l’oxydation lipidique de la viande de canard [J]. Grain and Feed Industry, 2012(6):43-45.

[14] Li Lei, Zhang Li, Lin Shudai et al. Les fonctions physiologiques de l’astaxanthine et son application dans la protection et la production des ressources zoogénétiques [J]. China Animal Breeding, 2022, 18(12):19-26.

[15] Shi Wen. Etude de l’effet de l’ajout d’astaxanthine à une solution diluée sur l’effet de conservation du sperme de poulet [D]. Nanning: université de Guangxi, 2020.

[16] Hu Yamei. Etude de l’effet de l’astaxanthine sur la conservation du sperme de porc à température ambiante [D]. Yangling: université du nord-ouest A&F, 2018.

[17] Kamada H, Akagi S, Watanabe S. astaxanthine augmente la production de progestérone dans les cellules lutéales bovines d’élevage [J]. Journal des sciences médicales vétérinaires, 2017, 79(6):1103-1109.

[18] Kumar S., Singh SV. Inhibition de la voie de signalisation NF-κB par l’astaxanthine supplémentation for  La prévention of  La chaleur Changements inflammatoires induits par le stress et apoptose chez les génisses frites de Karan [J]. Santé et Production des animaux tropicaux, 2019, 51 (5):1125-1134.

[19] Lin JK, Guo RP. Effet de l’astaxanthine et du diacétate de sodium sur la performance et la capacité antioxydante des porcelets sevrés [J]. Feed Research, 2014(13):28-32.

[20] Perenlei G, Tojo H, Okada T, et al. Effet de la levure alimentaire riche en astaxanthine, Phaffia rhodozyma, sur la qualité de la viande des poulets de chair [J]. Anim Sci J, 2014, 85(10):895-903.

[21] Walker LA, Wang T, Xin H, et al. Supplémentation d’aliments pour poules pondeuses avec du tocosand de palme Les algues astaxanthin  for  egg  yolk  Enrichissement en éléments nutritifs [J]. Journal de chimie agricole et alimentaire, 2012, 60(8):1989-1999.

[22] Li Runhua, Ni Hemin, Guo Yong et al. Effets de l’astaxanthine naturelle sur la performance de production et la qualité des œufs des poules pondeuses [J]. Journal of Beijing Agricultural College, 2019, 34(4):100-103.

[23] Jin Wei, Lei Lin. Une étude d’alimentation de 30 jours de capsules molles d’astaxanthine [J]. Occupational and Health, 2021, 37(5):595-598.

[24] Lin, YJ, Lin JY, Wang DS, et coll. Évaluation de l’innocuité de l’astaxanthine dérivée d’escherichia coli K-12 d’ingénierie en utilisant une période répétée de 13 semaines La dose Par voie orale toxicité Étude et un prénatal Étude de toxicité pour le développement chez le rat [J]. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2017(87):95-105.

[25] Shi Lili, Han Chao, Zhao Jinpeng et al. Évaluation de la sécurité toxicologique de l’astaxanthine [J]. China Food and Nutrition, 2019, 25(1):31-35.

[26] Lin Feiliang, Zhang Mengyun, Pang Dingguo et al. Un essai d’alimentation de 90 jours et un test de tératologie de l’extrait d’haematococcus pluvialis chez le rat [J]. Journal of Toxicology, 2016, 30(1):85-87.