À quoi sert l’astaxanthine?

À l’heure actuelle, les principaux colorants ajoutés à l’aquaculture sont les colorants naturels et les caroténoïdes synthétisés chimiquement. Les colorants naturels désignent les extraits d’animaux, de plantes et de micro-organismes riches en caroténoïdes et en lutéine. Les caroténoïdes synthétisés chimiquement comprennent le caroténoïde et la lutéine. L’astaxanthine peut être extraite naturellement ou synthétisée chimiquement. Il s’agit d’un dérivé des caroténoïdes contenant de l’oxygène et est maintenant l’un des colorants alimentaires les plus largement utilisés en aquaculture. Cet article décrit la structure, les propriétés, les méthodes de production, les effets d’application en aquaculture et les perspectives de développement de l’astaxanthine.

1 Structure et propriétés physiques et chimiques de l’astaxanthine

l’astaxanthine, également connu 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

L’astaxanthine naturelle est souvent présente chez certains animaux, algues et micro-organismes. Sa production peut être divisée en l’extraction d’animaux et de leurs sous-produits, l’extraction d’algues et la fermentation microbienne.

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, sont importantes bactéries productrices d’astaxanthineEt sont considérés comme ayant de grandes perspectives de production commerciale. Pendant la culture de cette algue, en l’absence de sources d’azote, l’astaxanthine peut s’accumuler dans les algues, et la teneur en astaxanthine dans la matière sèche peut atteindre 0,5% à 2,0% (LWoFF et al., 1930), ce qui représente plus de 90% du total des caroténoïdes.

 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 est considéré comme le micro-organisme le plus précieux pour la production industrielle d’astaxanthine. Elle a été isolée pour la première fois à partir de l’exsudate d’arbres à feuilles caduques dans les régions montagneuses de l’alaska, aux États-Unis, et d’hokkaido, au Japon, en 1970 (Andrewes et al., 1976), puis a été identifiée comme un genre de champignon Basidiomycota. La levure Haafu est aérobie et peut ferment les sucres, contrairement aux autres levures du même genre. Il produit plus de 10 types de caroténoïdes, les principaux étant l’astaxanthine, le β-carotène, et "-carotène. La teneur en astaxanthine des champignons sauvages varie de 40% à 95%. Cependant, la quantité totale de caroténoïdes dans la levure sauvage de Hanseniaspora ne dépasse généralement pas 500 mg/kg de levure sèche, et les parois cellulaires de la levure sont très épaisses, il est donc difficile pour les animaux de les digérer et de les absorber sans les briser.

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

Le conseil des ministresTransformation du β-carotène en astaxanthineNécessite l’addition de deux groupes cétoniques et de deux groupes hydroxyle. La synthèse chimique est difficile et la majeure partie de l’astaxanthine produite est en configuration cis. À ce jour, la seule entreprise qui ait utilisé la synthèse chimique pour produire l’astaxanthine à l’échelle industrielle est la société Suisse Hoffmann-La Roche, qui la commercialise sous le nom commercial Carophyll Pink. Comme l’astaxanthine produite par fermentation a une teneur plus faible, l’astaxanthine synthétisée chimiquement a un avantage concurrentiel. La synthèse de l’astaxanthine implique de multiples réactions chimiques et biocatalytiques, la réaction biocatalytique déterminant la stéréochimie des atomes de carbone dans les intermédiaires ou la position des substituants sur les atomes d’oxygène. Le principal précurseur de la synthèse chimique est le (S) -3-acétyl-4-oxo-bêta-ionone, qui est obtenu par hydrolyse asymétrique de l’acétate d’alcool (R) terpène par différents micro-organismes, suivi par extraction, reflux et ensuite soumis à des procédés techniques tels que l’extraction, le 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

L’astaxanthine est un excellent antioxydant qui joue un rôle important dans la promotion de la production d’anticorps, améliorant la fonction immunitaire des animaux, et éteignant la production de radicaux libres. Miki (1991) a constaté que la capacité antioxydante de l’astaxanthine est 10 fois celle du β-carotène et 100 fois celle de la vitamine E. ces fonctions de l’astaxanthine aident à améliorer la survie et la santé des animaux individuels. Des études ont montré que l’ajout de 50 mg/kg d’astaxanthine à l’alimentation du homard commun peut améliorer considérablement le taux de survie, le gain de poids et le taux de conversion alimentaire des crevettes.

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

L’astaxanthine a de bonnes perspectives d’application dans l’industrie aquacole en tant qu’excellent colorant alimentaire. Ces dernières années, la demande d’astaxanthine au pays et à l’étranger a augmenté. Chaque année, 100 tonnes d’astaxanthine sont utilisées dans l’élevage de truites arc-en-ciel dans le monde, pour une valeur de 185 millions de dollars, et le potentiel de marché est considérable.

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

À l’heure actuelle, il y a davantage de recherches sur l’application de l’astaxanthine en aquaculture et en aviculture, et il y a relativement peu de rapports sur son application dans l’élevage. Comment étendre l’application de l’astaxanthine dans l’élevage est un domaine qui nécessite des recherches plus poussées. Par exemple, l’astaxanthine peut être utilisée comme colorant alimentaire pour les porcs, en tirant parti de sa capacité à se déposer sur la surface du corps et dans le tissu musculaire, de sorte que la peau du porc est brillante et les muscles sont rougeux, ce qui améliore la qualité du porc. D’autre part, la quantité d’astaxanthine ajoutée à l’aliment doit être systématiquement étudiée et la corrélation entre la quantité ajoutée et l’effet colorant doit être analysée afin de déterminer la quantité appropriée d’additif dans divers produits aquatiques et aliments pour bétail, de manière à obtenir les meilleurs résultats avec un faible investissement.

L’effet colorant de l’astaxanthine dans les aliments est lié à la formule alimentaire, à la santé des animaux et au milieu d’élevage. Les lipides, les antioxydants et la vitamine E présents dans les aliments peuvent protéger le colorant des dommages et sont tous favorables à l’absorption de l’astaxanthine par les animaux. Les aliments contenant une forte concentration de calcium et de vitamine a peuvent toutefois influer sur le dépôt d’astaxanthine. En outre, le type de protéines dans l’aliment, l’état d’oxydation des graisses, la teneur en caroténoïdes et la présence de facteurs anti-nutritionnels ont tous une incidence sur le dépôt d’astaxanthine chez l’animal. L’étude de ces facteurs peut mieux exploiter l’effet colorant de l’astaxanthine et réduire sa perte d’utilisation.

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.