Quel est l’avantage de la poudre de bêta-carotène?

β-carotène is used as a coloring agent and vitamin-type functional feed additive. It has strong antioxidant capacity and can reduce the production of lipid oxidation by scavenging free radicals in the body. It has the effect of promoting the healthy growth of animals, reducing feeding costs and improving the value of animal products [1]. This paper reviews the physical and chemical properties and sources of β-carotene, its absorption and metabolism in animals, its main physiological functions and the progress of its application in animal production, providing a reference for the application and promotion of β-carotene in modern healthy aquaculture production.

1 propriétés physiques et chimiques du β-carotène

Le β-carotène est un composé liposoluble jaune orangé. En tant que précurseur clé du rétinol, il est un régulateur important des réserves de graisse corporelle. Les produits bêta-carotène sont principalement des cristaux ou des poudres cristallines rouges, brunâtres ou violets. Ils sont insolubles dans l’eau, légèrement solubles dans l’éthanol et l’éther, et facilement solubles dans les solvants organiques tels que le chloroforme et le benzène. Ils ont un point de fusion de 176 à 180°C et sont facilement dégradés par la chaleur, la lumière et l’oxygène.

La formule moléculaire du β-carotène est C40H56, avec un poids moléculaire d’environ 537. Il contient 15 doubles liens insaturés conjugués et deux anneaux de β-ionone à chaque fin (Figure 1). Les structures communes de β-carotène dans la nature sont le all-trans, le 9-cis, le 13-cis et le 15-cis, parmi lesquels le all-trans β-carotène est facilement absorbe et utilisé par les animaux [2].

2 Sources de β-carotène

β-carotene is mainly obtained naturally and through chemical synthesis. Natural sources of β-carotene are mainly extracted from plants, microorganisms, algae, and synthesized by microorganisms such as yeast. Chemical synthesis generally uses β-ionone as the starting material. Currently, more than 90% of β-carotene products are of chemical synthesis origin [3]. The use of solvents and by-products in the chemical synthesis of β-carotene products can affect human safety, while β-carotene products from natural sources have better medical and nutritional effects. However, no safety issues have been found in toxicity studies of β-carotene products from different sources [4].

En raison de la puissante bioactivité nutritionnelle et médicale du β-carotène, la recherche sur la technologie d’industrialisation des produits d’origine naturelle a progressivement attiré l’attention, en se concentrant principalement sur l’extraction et la biosynthèse de Dunaliella salina. La fermentation microbienne est une technologie de biosynthèse β-carotène populaire ces dernières années, principalement à l’aide de bactéries génétiquement modifiées telles que Brevibacterium linens [5] et les levures Rhodafuva [6], mais elle n’a pas encore été industrialisée.

En Chine ' S catalogue d’additifs alimentaires, le β-carotène est clairement défini comme un produit d’additif alimentaire de type vitaminique et des normes nationales pour les additifs alimentaires de β-carotène ont été formulés pour la fermentation naturelle et la synthèse chimique: GB/T 19370-2003 et GB 7300.901-2019. Ces normes exigent clairement que le β-carotène synthétisé chimiquement soit utilisé comme agent colorant.

3 Absorption et métabolisme du β-carotène dans le corps

3.1 Absorption du β-carotène dans le corps

Dans la nature, le β-carotène est largement distribué dans les légumes à feuilles vertes, les légumes jaunes et orange et les fruits orange. Il est également stocké dans les bactéries et les animaux, mais les animaux et les humains ne peuvent pas le synthétiser eux-mêmes et doivent l’obtenir de l’extérieur. Chez les animaux, l’intestin est le principal organe de digestion et d’absorption du β-carotène, tandis que le foie et la rate sont les principaux organes de stockage. Le β-carotène est principalement absorbé et converti dans l’intestin grêle proximal et moyen [7]. Le β-carotène est absorbé dans l’intestin grêle des animaux sous forme de chylomicrons intacts et est distribué à d’autres organes du corps. Son absorption dans l’intestin est affectée par des facteurs tels que la concentration des sels biliaires intestinaux et la taille des particules des chylomicrons [8].

3.2 métabolisme du β-carotène dans le corps

Il existe deux voies métaboliques principales pour le β-carotène après absorption [9] (Figure 2), qui sont la conversion en vitamine A et la dégradation pour produire du rétinol ou de l’acide rétinoïque. Le β-carotène est converti en vitamine A par l’action de 15,15' -oxygénase et réductase rétinienne, et exerce son rôle nutritionnel en tant que vitamine A. parmi ceux-ci, le β-carotène 15, 15' -monooxygénase (BCMO1) et β-carotène#39;, 10' la dioxygénase (BCDO2) sont les principales enzymes des tissus adultes qui clivent le β-carotène pour produire de la vitamine A.

Dans le cadre de l’action de la BCMO1, les 15,15 et#39; La double liaison de β-carotène est clivée symétriquement par oxydation pour produire 2 molécules de rétine. La rétine peut être convertie en acide trans-rétinoïque par l’action de l’aldéhyde déshydrogénase ou de la rétine déshydrogénase, qui est la forme biologiquement active de la vitamine A. BCDO2 peut catalyser le clivage du β-carotène par clivage non centrosymétrique à 10' -apocarotène et β-ionone, dont 10 %#39; -l’apocarotène peut être converti en 1 molécule de rétine. Turner et al. [10] ont constaté qu’après avoir été absorbé par les cellules épithéliales de l’intestin, le β-carotène est converti en rétine par le BCMO1, puis converti de façon réversible en rétinol dans le foie par la réductase rétinienne et stocké. Après avoir été stocké dans le foie, le rétinol est hydrolysé et combiné avec la protéine de liaison du rétinol pour le transport vers les cellules cibles. Le β-carotène non absorbé est excrété dans les fèces.

4 principales fonctions physiologiques du β-carotène

4.1 synthèse de la vitamine A

Les multiples doubles liens conjugués instables dans le β-carotène sont facilement oxydés et isomérisés en présence de chaleur, d’oxygène et de lumière, produisant divers produits de dégradation tels que des phytohormones, des substances aromatiques et de la vitamine A. en 1930, Moore [11] a confirmé que le β-carotène est un prévecteur de la vitamine a en complétant le β-carotène de rats déficients en vitamine a, ce qui a augmenté considérablement les niveaux de vitamine a dans le corps. Prouvant que le β-carotène est un précurseur de la vitamine A. chez les humains et les souris, les enzymes métaboliques du β-carotène BCMO1 et BCDO2 sont exprimées dans divers tissus du corps, y compris le foie, la graisse, le placenta et l’embryon [12], indiquant que le β-carotène peut être utilisé comme source de vitamine a dans diverses parties du corps.

4.2 fonction antioxydante

La structure du β-carotène contient de multiples liaisons doubles conjuguées de polyène, qui ont une forte capacité de piégnement des radicaux libres et une activité antioxydante. Ils peuvent réduire la production d’oxydation des lipides dans les cellules et atténuer les effets néfastes du stress oxydatif [13]. Zhang Xianglun et al. [14] ont constaté que le β-carotène et les propriétés antioxydantes sériques du sérum de boeuf étaient positivement corrélées avec la quantité de β-carotène alimentaire ajoutée, tandis que la teneur sérique en vitamine A n’était pas corrélée de façon significative avec la quantité de β-carotène alimentaire ajoutée ou les propriétés antioxydantes sériques, ce qui indique que le β-carotène peut directement affecter les propriétés antioxydantes sériques des bovins de boucherie, plutôt que la vitamine A, qui est un produit du catabolisme.

Les mécanismes antioxydants possibles du β-carotène sont actuellement analysés: ① la structure de double liaison se lie aux radicaux libres par des mécanismes tels que le transfert d’atome d’hydrogène, l’ajout de radicaux libres, et le transfert d’électrons [15], exerçant un effet de piégage des radicaux libres. ② la disposition électronique du noyau de β-carotène est similaire à celle du lycopène, et il peut exercer un effet d’extinction sur l’oxygène singlet en raison du transfert d’énergie par échange électronique [16]. ③ le β-carotène peut favoriser le processus antioxydant en modifiant l’activité des enzymes antioxydantes telles que la glutathione-s-transférase, en inhibant l’expression des sous-unités de la NADPH oxydase et en augmentant l’expression/activité des enzymes antioxydantes [17]. Zhou Tong et al. [18] ont constaté que, dans un modèle de déficience cognitive intermittente induite par l’hypoxie chez les rats, l’alimentation en bêta-carotène peut réduire l’apoptose des cellules neuronales et restaurer la fonction cognitive chez les rats en récupérant les espèces réactives d’oxygène (ROS). Le bêta-carotène peut augmenter l’activité de la glutathion peroxydase (GSH-Px) dans le foie et le sérum [19]. D’autres recherches approfondies ont trouvé que le β-carotène peut maintenir le corps et#39; S équilibre redox en augmentant l’expression d’arnm Nrf2, en augmentant l’expression d’arnm des enzymes antioxydantes, en régulant l’activité de superoxyde Dismutase (SOD), et en réduisant les niveaux de malondialdéhyde (MDA) [20-21].

4.3 fonction anti-inflammatoire

Le bêta-carotène exerce sa fonction anti-inflammatoire principalement en activant des voies de signaux telles que MAPK et NF-κB dans le corps et en régulant l’expression des cytokines. Qiao Dong et al. [22] ont administré du β-carotène à des souris par gavage et injection intraméritonéale et ont constaté que le β-carotène pouvait favoriser la production de cytokines inflammatoires. L’intensité de l’effet sur les cytokines varie en fonction de la voie, et il a été supposé que le mécanisme immunomodulateur du β-carotène dans le corps pourrait être lié à des voies de signaux telles que NF-κB et JAK-STAT.

Li et al. [23] ont étudié l’effet du β-carotène sur l’activation des voies de signalisation JAK2/STAT3, MAPK et NF-κB dans les cellules RAW264.7 induites par les lipopolysaccharides et les macrophages péritonéaux. Les résultats ont montré que le β-carotène inhibait significativement la libération d’il-1β, d’il-6 et de TNF-α et l’expression de leur arnm, et l’activation induite par le LPS de JAK2/STAT3, IκB/NF-κBP65, et de la signalisation MAPK JNK/p38 était significativement et proportionnellement réduite par le β-carotène. Cela indique que le β-carotène peut réduire les réponses inflammatoires induites par les lipopolysaccharides en régulant les voies de signalisation NF-κB, JAK2/STAT3 et JNK/p38 MAPK dans les macrophages. Dans une étude du stress endoplasmique du réticulum chez les porcelets sevrés, il a également été constaté que le β-carotène inhibait l’activation de la voie de signalisation IRE1-JNK/p38 MAPK de manière dose-dépendant. améliorant ainsi le#39; S capacité immunitaire et la réduction de la réponse inflammatoire [24].

4.4 fonction de régulation immunitaire

Le bêta-carotène peut être converti en vitamine A dans le corps, participer au développement du système immunitaire et améliorer le corps et#39; S immunité [25-26]. Il peut également exercer directement une fonction de régulation immunitaire en régulant l’expression des gènes et les réponses immunitaires, en favorisant la prolifération des lymphocytes B et T, et la production de macrophages et de cytokines [27]. Ishida et al. [28] ont constaté que l’ajout de 500 mg/ jour de β-carotène au régime alimentaire des bovins noirs japonais peut augmenter la concentration d’igg1 dans le colostrum et la concentration de β-carotène dans le plasma. Akkara et al. [29] ont constaté que, dans un modèle de toxicité hépatique induite par le bromobenzène chez les rats mâles Wistar, un prétraitement par gavage de 10 mg/kg p.c. de β-carotène pouvait considérablement atténuer les lésions hépatiques et rénales et l’expression de facteurs inflammatoires.

4.5 autres fonctions

Beta-carotene also promotes pigment deposition, improves meat quality, enhances reproductive performance and affects intestinal microorganisms [30]. Carotenoids such as beta-carotene can promote the deposition of pigments in aquatic animals [31] and egg yolks [32], improving product quality and price. Lopez et al. [16] found that beta-carotene can promote the expression and release of GnRH, stimulate the secretion of reproductive hormones such as luteinizing hormone (LH) and follicle-stimulating hormone (FSH), improve follicle quality, and enhance reproductive capacity. Henriquez et al. [33] found that high-carotene corn can increase intramuscular fat and improve pork quality without changing the lean meat rate of the carcass. Yuan et al. [34] found that supplementing the sow diet with β-carotene can significantly increase the abundance of the phylum Firmicutes in the intestine and increase the number of beneficial bacteria.

5 progrès de la recherche sur le β-carotène dans l’élevage et l’aviculture

Comme la recherche surβ-carotene in animal production continues to deepen (Table 1), it has been approved for use as a feed additive in 52 countries and regions around the world.

5.1 Application du β-carotène dans l’élevage porcin

Le bêta-carotène peut atténuer le stress des porcelets sevrés, améliorer l’immunité et favoriser la croissance des porcelets. Wu Min [35] a constaté que le bêta-carotène peut réguler la voie de signalisation TLR4/MyD88/NF-kb pour réduire les dommages inflammatoires induits par les lipopolysaccharides dans les cellules IPEC-J2. L’ajout de 200 mg/kg de β-carotène dans l’alimentation des porcelets sevrés âgés de 28 jours peut augmenter significativement l’expression relative des gènes CCL25 et IgASC, favoriser la sécrétion d’anticorps par les cellules épithéliales des porcelets, réduire l’expression des cytokines pro-inflammatoires et améliorer les performances de croissance. Dans une étude de Hong Pan [36], il a été constaté que le β-carotène peut réduire significativement les niveaux de MDA dans les intestins des porcelets sevrés, améliorer l’activité GSH-Px et SOD, et inhiber dose-dépendants les niveaux d’expression de protéines telles que le JNK phosphorylé et le p38MRK, ce qui indique que le β-carotène peut soulager la réponse de stress du réticulum endoplasmique et l’apoptose dans les cellules intestinales des porcelets sevrés, avoir des effets anti-inflammatoires et réduire les dommages de stress de sevrage. Les résultats d’une étude menée par Zhang Xiaoyin et al. [37] ont montré que l’ajout de β-carotène dans l’alimentation des truies aux derniers stades de la grossesse peut augmenter la teneur en β-carotène des matières fécales et aussi augmenter la concentration d’iga dans le sérum et le lait, améliorant ainsi la fonction immunitaire de la truie.

Yu et al. [38] found that the use of β-carotene as an antioxidant can improve oocyte quality and even ovarian function, which suggests that β-carotene can improve animal reproductive performance. This hypothesis was verified in a study by Chen et al. [39], in which the addition of β-carotene to the sow&#Le régime alimentaire a augmenté de manière significative la concentration d’immunoglobulines telles que l’igm du colostrum, l’igg et d’autres concentrations d’immunoglobulines, et a amélioré le poids à la naissance et le poids individuel des porcelets. Kostoglou et al. [40] ont comparé les effets de l’ajout de 400 mg/kg de β-carotène à l’alimentation des truies à différents stades de la grossesse ou de l’injection de 200 mg/kg de β-carotène à trois reprises. Ils ont constaté que le groupe injection et le groupe β-carotène augmentaient tous deux le poids de sevrage des porcelets. Dans l’étude de Yuan et al. [34], l’ajout de 30 mg/kg de β-carotène et de 90 mg/kg de β-carotène au régime alimentaire des truies à partir du 90e jour de la gestation jusqu’à la mise à la mise à jour n’améliorait pas significativement la performance de reproduction, comme la taille de la portée et le poids à la naissance des porcelets, mais montrait la même tendance à l’amélioration.

En outre, le β-carotène a également un certain effet sur la qualité du porc. Les résultats d’une étude de Yuan Dezhi et al. [41] ont montré que l’ajout de β-carotène et de bicarbonate de sodium au régime alimentaire des porcs d’engraissement peut réduire la perte de goutte à goutte et prolonger la durée de conservation du porc. Le mécanisme d’action peut être que l’effet antioxydant du β-carotène réduit l’oxydation des lipides dans les membranes cellulaires, maintenant l’intégrité cellulaire et réduisant ainsi l’exsudation du liquide intracellulaire.

5.2 Application du β-carotène en aviculture

En aviculture, le β-carotène est largement utilisé pour améliorer la couleur de la viande de volaille et des produits d’œufs et augmenter la valeur des produits de volaille. Li Junying et al. [42] ont constaté que l’ajout d’une quantité appropriée de β-carotène au régime alimentaire des poules pondeuses peut augmenter la production d’œufs et le poids moyen des œufs, ainsi que d’améliorer la couleur du jaune d’œuf, le meilleur effet étant obtenu lorsque la quantité additionnelle est de 150 mg/kg. L’étude a révélé qu’il n’y avait aucune différence significative dans la croissance et la performance de ponte des poules pondeuses en liberté et élevées en cage, mais la proportion de jaune d’œuf dans le groupe en liberté était significativement plus élevée que dans le groupe élevé en cage [43], ce qui pourrait être lié à une meilleure absorption et utilisation du β-carotène en liberté. Khan et al. [44] ont constaté que la quantité de β-carotène déposée dans les jaunes d’œufs de volaille provenant de la nourriture était très faible, généralement seulement de 0,16% à 0,66%. Kristina et al. [45] ont montré que seulement 8,85% du β-carotène présent dans le maïs hybride était déposé dans le jaune d’œuf.

Le bêta-carotène peut favoriser le développement des jeunes oiseaux#39; immune organs and growth. Liu Haiyan et al. [46] found that adding beta-carotene to the diet can significantly increase the daily weight gain and tibia length of early-stage Hy-Line brown chicks, and improve the thymus index, spleen index and bursa index. Ji Yubin et al. [47] found that on the 21st and 42nd days of feeding, the β-carotene and carrot residue groups both significantly increased the IgA content in the serum of Hy-Line brown chicks.

D’autres études ont montré que le β-carotène a un effet stimulant sur le dépôt de pigments dans la peau et les œufs en élevage de volaille, mais la quantité déposée elle-même n’est pas élevée. Il a également pour effet d’empêcher la détérioration de la viande de poulet et des œufs, et peut également augmenter les anticorps et améliorer l’immunité [48].

5.3 Application du β-carotène dans l’élevage des ruminants

Le bêta-carotène est sujet à la dégradation structurale après stimulation par la lumière et la chaleur, eta une faible stabilité, ce qui limite son application dans la production de ruminants [49]. Néanmoins, il existe également de nombreuses recherches scientifiques qui montrent que le bêta-carotène a toujours un effet positif sur les performances de production des ruminants. Chen Liqing [50] a constaté que l’apport de différents niveaux de β-carotène dans l’alimentation peut augmenter la production de lait et l’efficacité de la lactation chez les vaches laitières, et augmenter la teneur totale en solides, en protéines du lait et en lactose dans le lait. Le β-carotène a également un effet positif sur l’amélioration de la qualité de la viande des ruminants. Jin Qing et al. [51] ont constaté que l’apport de β-carotène dans l’alimentation peut améliorer le taux d’abattage et le rendement net en viande des bovins de boucherie. Bi Yulin et al. [52] ont constaté qu’à mesure que la concentration de β-carotène ajoutée à la nourriture augmentait, la luminosité de la couleur du bœuf diminuait linéairement, améliorant ainsi la saturation en couleurs de la viande. Jin et al. [53] ont constaté que le β-carotène dans l’alimentation des bovins de boucherie peut inhiber le dépôt de graisse dans le dos en inhibant la synthèse des graisses et en favorisant l’hydrolyse des graisses.

ajouter β-carotene to the diet can improve the breeding rate and conception rate of ruminants and promote reproductive performance. Li Ziyan et al. [54] found that adding β-carotene to the postpartum diet of dairy cows can shorten the time to the first estrus after calving and the time to insemination, increase the trend of the conception rate during estrus, and reduce the number of inseminations and the incidence of mastitis. The effect of adding 400 mg/head is better than that of adding 200 mg/head. Kawashima et al. [55] found that Dairy cows that orally consumed 2,000 mg of β-carotene per day from 21 days before expected calving to before calving had a significantly higher number of active corpus luteum 21 days after calving than the control group, indicating that β-carotene supply may support the occurrence of corpus luteum activity in early lactation. Li Qiufeng et al. [56] showed that β-carotene can significantly improve the viability of Holstein bull semen under high temperatures. Eriani et al. [57] added different levels of β-carotene to fresh semen from Aceh swamp buffaloes before freezing. They found that after adding 0.625% (w/v) β-carotene, cell viability, acrosome integrity and plasma membrane integrity were the highest. The pregnancy rate of artificial insemination with buffalo semen treated with 0.625% β-carotene was 50%.

6 résumé

Le β-carotène joue une fonction biologique importante dans la nutrition animale, l’immunité et la santé du corps. Ces dernières années, des progrès significatifs ont été réalisés dans la biosynthèse et l’extraction naturelle de divers nutriments. Avec l’amélioration continue de la chaîne de l’industrie de l’élevage et l’expansion progressive de la demande pour l’élevage vert, le développement d’additifs alimentaires fonctionnels sûrs et efficaces deviendra la tendance principale dans le développement technologique de l’industrie alimentaire moderne. Les fonctions biologiques spécifiques du β-carotène chez les animaux, son impact sur la santé intestinale et les mécanismes d’action connexes n’ont pas encore été entièrement clarifiés et nécessitent des recherches plus poussées. Cependant, le β-carotène et les ingrédients et prémélanges alimentaires riches en β-carotène auront de larges perspectives d’application en Chine et#39; S l’élevage et la volaille.

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