À quoi sert l’astaxanthine?

Currently, the main colorants added to aquaculture are natural colorants and chemically synthesized carotenoids. Natural colorants refer to extracts from animals, plants, and microorganisms that are rich in carotenoids and lutein. Chemically synthesized carotenoids include carotenoid and lutein. Astaxanthin can be extracted naturally or synthesized chemically. It is an oxygen-containing derivative of carotenoids and is now one of the most widely used feed colorants in aquaculture. This article describes the structure, properties, production methods, application effects in aquaculture, and development prospects of astaxanthin.

1 Structure et propriétés physiques et chimiques de l’astaxanthine

L’astaxanthine, également connue sous le nom de jaune de crevette, a le nom chimique 3,3' dihydroxy-4,4' -dione-bêta, bêta &#- carotène de formule moléculaire C40 H52 O4. C’est un carotène de type céto contenant deux groupes hydroxyle (-OH) et deux groupes céto (=O). La plupart de ses formes naturelles existent sous forme d’esters.

L’astaxanthine est un composé organique contenant de l’oxygène avec une couleur rose. Il est insoluble dans l’eau, mais soluble dans la plupart des solvants organiques. Il est instable en présence d’acides, d’oxygène, de températures élevées et de lumière ultraviolets, et est facilement oxydé et dégradé.

2. Méthodes de production d’astaxanthine

Il existe deux méthodes principales de production d’astaxanthine: l’extraction naturelle et la synthèse chimique.

2.1 extraction naturelle de l’astaxanthine

Astaxanthine naturelle is often found in certain animals, algae and microorganisms. Its production can be divided into extraction from animals and their by-products, extraction from algae and microbial fermentation.

2.1.1 Extraction des animaux et de leurs sous-produits

L’astaxanthine est largement répandue dans le corps des animaux aquatiques et dans la coquille des mollusques (Goodwin, 1984). Ces animaux ne peuvent pas synthétiser l’astaxanthine eux-mêmes, et toute l’astaxanthine dans leur corps provient de la nourriture (principalement les algues dans l’eau)). Après que karrer et al. (1932) aient extrait pour la première fois l’astaxanthine des œufs de crabe, les sous-produits des crustacés aquatiques (crevettes, crabe) ont été la principale source d’astaxanthine naturelle. En Norvège, l’astaxanthine est extraite des coquilles de crevettes broyées par hydrolyse acide ou enzymatique, suivie d’une extraction avec un solvant organique. Le rendement peut atteindre environ 150 mg/kg, et la teneur en astaxanthine du pigment extrait est supérieure à 90%. Cependant, comme la teneur en pigment de la plupart des sous-produits de la crevette et du crabe est faible, à seulement 80 à 200 mg/kg, et que les coûts d’extraction sont élevés, cette méthode ne convient pas à la production commerciale et a peu de potentiel de développement.

2.1.2 Extraction des algues

De nombreuses algues qui poussent dans des environnements déficients en azote, commeHaematococcus pluvialis, are important astaxanthin-producing bacteria and are considered to have great commercial production prospects. During the cultivation of this algae, if there is a lack of nitrogen sources, astaxanthin can accumulate in the algae, and the astaxanthin content in the dry matter can reach 0.5% to 2.0% (LWoFF et al., 1930), accounting for more than 90% of the total carotenoids.

 De plus, Chlorococcus SP résiste à des températures élevées, à des valeurs de pH extrêmes et croît rapidement. (LWoFF et al., 1930), qui représentent plus de 90% du total des caroténoïdes. En outre, chloroccum SP présente les avantages d’une tolérance à haute température, une tolérance extrême au pH, un taux de croissance rapide et une facilité de culture en plein air. Il est considéré comme une algue ayant un grand potentiel pour la production d’astaxanthine à grande échelle (Nelis et al., 1991). Cependant, en général, les algues ont de longs cycles autotrophiques et des exigences élevées en matière de qualité de l’eau, d’environnement et de lumière, ce qui limite la production à grande échelle. De plus, 87% de l’astaxanthine de Haematococcus pluvialis est présente à l’état estérifié, qui est mal absorbé et déposé chez certains animaux (Kvalheim et al., 1985). Tous ces facteurs influent sur la production à grande échelle d’astaxanthine à l’aide d’algues.

2.1.3 fermentation microbienne

Les microorganismes connus pour produire l’astaxanthine comprennent Mycobacterium lacticola, Brevibacterium 103 et le champignon Pha "" ia rhodozyma. Parmi celles-ci, Mycobacterium lacticola ne peut produire de l’astaxanthine que sur un milieu hydrocarboné, mais pas sur de l’agar nutritif, tandis que Brevibacterium 103 doit se développer sur du pétrole. A la fin de la fermentation, la production d’astaxanthine est inférieure à 0,03 mg/g, de sorte que ni l’un ni l’autre n’a d’importance pratique.

Haematococcus pluvialis is considered to be the most valuable microorganism for industrial production of astaxanthin. It was first isolated from the exudate of deciduous trees in the mountainous areas of Alaska, USA, and Hokkaido, Japan, in 1970 (Andrewes et al., 1976), and was later identified as a genus of the fungus Basidiomycota. Haafu yeast is aerobic and can ferment sugars, unlike other yeasts of the same genus. It produces more than 10 kinds of carotenoids, the main ones being astaxanthin, β-carotène, and “-carotene. The astaxanthin content of wild fungi ranges from 40% to 95%. However, the total amount of carotenoids in wild Hanseniaspora yeast generally does not exceed 500 mg/kg of dry yeast, and the yeast cell walls are very thick, so it is difficult for animals to digest and absorb them without breaking the walls.

Afin de résoudre ces problèmes, ces dernières années, des chercheurs nationaux et étrangers ont mené des recherches approfondies sur la sélection de souches d’astaxanthine à haut rendement et la rupture des parois cellulaires de levure, et ont obtenu des résultats gratifiants. Par exemple, utiliser un milieu de culture liquide de déchets d’alcool pour détecter une souche mutante de Rhodotorula glutinis NRRLY-17269, JB2, de 2100 à 2270 mg de caroténoïdes par kilogramme de cellules souches (Bon et al., 1997). Dans une étude de Calo et al. (1995), une souche mutante de la levure Phaffia a été obtenue avec une teneur en astaxanthine accrue de 23%, atteignant 1500 mg/kg de cellules souches. Les chercheurs chinois ont obtenu de meilleurs résultats en traitant les cellules avec de la chaleur acide pour briser la paroi cellulaire, puis en extrayant l’astaxanthine avec de l’acétone. Une autre méthode consiste à utiliser des enzymes sécrétées par Bacillus circulams pour briser enzymatiquement les parois cellulaires dures. À l’étranger, il existe déjà des entreprises qui utilisent la levure Haver pour la production industrielle d’astaxanthine, comme l’american Red star company, dont la teneur en pigments de levure est de 3000-4000 g/t de levure sèche; Igene Biotechnology Co., Ltd. a un produit avec une teneur en astaxanthine allant jusqu’à 8000 g/t.

2.2 synthèse chimique

The transformation of β-carotene to astaxanthin requires the addition of two ketone groups and two hydroxyl groups. Chemical synthesis is difficult and most of the astaxanthin produced is in the cis configuration. To date, the only company that has used chemical synthesis to produce astaxanthin on an industrial scale is the Swiss company Hoffmann-La Roche, which markets it under the trade name Carophyll Pink. As astaxanthin produced by fermentation has a lower content, chemically synthesized astaxanthin has a competitive advantage. The Synthèse de l’astaxanthine involves multiple chemical and biocatalytic reactions, with the biocatalytic reaction determining the stereochemistry of the carbon atoms in the intermediates or the position of the substituents on the oxygen atoms. The main precursor for chemical synthesis is (S)-3-acetyl-4-oxo-beta-ionone, which is obtained by asymmetric hydrolysis of (R)-terpene alcohol acetate by different microorganisms, followed by extraction, reflux and then subjected to technical processes such as extraction, reflux.

3. Effets d’application de l’astaxanthine

3.1. Effet colorant de l’astaxanthine

L’astaxanthine est le point terminal de la synthèse des caroténoïdes. Après être entré dans le corps de l’animal, il peut être stocké directement dans les tissus sans modification ni transformation biochimique (björndahl, 1990), donnant à la peau et aux muscles de certains animaux aquatiques une couleur saine et vibrante, et les œufs et la volaille semblent en bonne santé jaune or ou rouge. Bien que le β-carotène puisse être converti en astaxanthine chez les animaux aquatiques crustacés, la majeure partie est convertie en vitamine A, qui A un faible effet colorant, et il ne colorera pas les animaux aquatiques et les oiseaux communs. Seuls les dérivés oxygénés des caroténoïdes (xanthophylles) ont la capacité de colorer les jaunes d’œufs (Olson, 1989), et les caroténoïdes dihydroxy et dicétone (astaxanthine) ont un effet colorant plus fort sur les jaunes d’œufs que les caroténoïdes monohydroxy, monokétone ou époxy (Braeunlich, 1978).

Lorsque Olsen et al. (1994) ont ajouté de l’astaxanthine à l’alimentation de l’omble chevalier, ils ont constaté que la rougeur du poisson était positivement liée à la quantité d’astaxanthine ajoutée et qu’une dose de 70 mg/kg était une période stable de formation de pigment. Choubert et al. (1996) ont constaté que l’ajout de 100 mg/kg d’astaxanthine extraite de la levure à l’alimentation de la truite arc-en-ciel augmentait la teneur en caroténoïdes des muscles de la truite arc-en-ciel. Kamada etal. (1990) ont constaté que l’ajout d’extrait de pétale de calendula contenant 0. 1% d’extrait de pétales de soucis contenant de l’astaxanthine dans l’alimentation de la truite arc-en-ciel, il a été constaté que non seulement le poisson et#39; S jaune, mais la teneur en astaxanthine dans les muscles a également augmenté. Li Zhansheng (1993) croit que l’astaxanthine est le pigment préféré dans l’alimentation du saumon et de la truite arc-en-ciel.

3.2 le rôle de l’astaxanthine dans l’amélioration de la fonction immunitaire

Astaxanthin is an excellent antioxidant that plays an important role in promoting antibody production, enhancing the immune function of animals, and quenching the production of free radicals. Miki (1991) found that the antioxidant capacity of astaxanthin is 10 times that of β-carotene and 100 times that of vitamin E. These functions of astaxanthin help to improve the survival and health of individual animals. Studies have shown that adding 50 mg/kg astaxanthin to the feed of rock lobsters can significantly improve the survival rate, weight gain and feed conversion rate of the shrimp.

3.3 astaxantin ' rôle dans la promotion de la croissance et de la reproduction

Les œufs des animaux aquatiques contiennent des niveaux élevés d’astaxanthine. Cette concentration élevée d’astaxanthine peut réduire la sensibilité des poissons à la lumière et favoriser leur croissance et leur reproduction (Li Shengzhan, 1993). Il peut également agir comme une hormone pour favoriser la fécondation des œufs de poisson, réduire le taux de mortalité du développement embryonnaire, accélérer la croissance individuelle et augmenter la vitesse de maturation et de fertilité (Torrissen et al., 1994). L’astaxanthine peut également augmenter le taux de production d’œufs de la volaille.

4 directions de recherche pour l’application de l’astaxanthine

Astaxanthin has good application prospects in the aquaculture industry as an excellent feed coloring agent. In recent years, the demand for astaxanthin at home and abroad has been increasing. Each year, 100 tons of astaxanthin are used in rainbow trout farming worldwide, worth 185 million US dollars, and the market potential is considerable.

4.1 recherches sur la technologie de production de l’astaxanthine

La production à grande échelle d’astaxanthine à l’aide d’haematococcus pluvialis est la direction future du développement. La sélection de souches qui produisent des niveaux élevés d’astaxanthine, le contrôle des conditions optimales de fermentation, l’amélioration des procédés de fermentation, l’utilisation de techniques de modification génétique et la sélection de matières premières de fermentation peu coûteuses pour augmenter les rendements et réduire les coûts de production, ainsi que la sélection de techniques appropriées de destruction de la paroi cellulaire pour améliorer le taux d’utilisation de l’astaxanthine sont des sujets qui nécessitent des recherches plus poussées.

4.2 recherches visant à étendre l’application de l’astaxanthine

At present, there is more research into the application of Astaxanthine en aquaculture and poultry farming, and there are relatively few reports on its application in livestock farming. How to expand the application of astaxanthin in livestock farming is an area that requires further research. For example, astaxanthin can be used as a feed coloring agent for pigs, taking advantage of its ability to be deposited on the surface of the body and in muscle tissue, so that the skin of the pig is shiny and the muscles are ruddy, improving the quality of the pork. On the other hand, the amount of astaxanthin added to the feed should be systematically studied, and the correlation between the amount added and the coloring effect should be analyzed to determine the appropriate amount of additive in various aquatic products and livestock feeds, so as to achieve the best results with a small investment.

The coloring effect of astaxanthin in feed is related to the feed formula, the health of the animals and the breeding environment. The lipids, antioxidants and vitamin E in the feed can protect the coloring agent from damage and are all conducive to the absorption of astaxanthin by animals. Feed containing a high concentration of calcium and vitamin A, however, can affect the deposition of astaxanthin. In addition, the type of protein in the feed, the oxidation state of the fat, the carotenoid content and the presence of anti-nutritional factors all affect the deposition of astaxanthin in the animal. Studying these influencing factors can better exploit the coloring effect of astaxanthin and reduce its loss in use.

4.3 recherches sur la sécurité de l’astaxanthine

Bien qu’il existe actuellement de nombreux rapports sur l’effet de l’astaxanthine ajoutée pendant l’élevage, il existe peu de rapports sur ses résidus chez les animaux après utilisation et sur la toxicité causée par une addition excessive. Par conséquent, la recherche sur la sécurité de l’utilisation à long terme de l’astaxanthine est également un sujet à explorer.