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japonaisQuelle est la Source du bêta-carotène naturel?
1 Introduction
bêta-carotèneis widely found dansgreen vegetables, fruits, algae Et en plusbacteria, Et en plusis formed Par:cyclizatiSur leDe laLe conseil des ministresbranched linear parcoursÀ partir deoctahydro-lycopene to lycopene [1]. Beta-carotene is a good source De lavitamdansA AEt en plusplays an important role dansantioxidant, anti-inflammatory, immunitaireenhancement, anti-tumor Et en plusother aspects. It has been recognized by Le conseil des ministresJoint FAO/WHO Expert Committee Sur leFood Additives (JECFA) as a non-toxic, safe Et en plusnutritious food additive. With the deepening De laresearch, the markEt etdemEt en plusfor beta-carotene is increasing. This paper reviews the sources, structural characteristics, toxicological studies Et en plusbiological functions De labeta-carotene. JECFA) has been recognized as a non-toxic, safe, Et en plusnutritious food additive. With the deepening De laresearch, the markEt etdemEt en plusfor β-carotèneis increasing day by day. This paper reviews the sources, structural characteristics, toxicological studies, Et en plusbiological functions De β-carotèneto provide a reference for the development and utilizatiSur leDe laβ-carotene.
2 Structure Et etsources de β-carotène
Le bêta-carotène ne peut pas être synthétisé dans le corps humadansEt etne peut être obtenu que par l’alimentation. La formule moléculaire du bêta-carotène est C40H56, Et etil a une structure chimique inverse symétrique avec huit structures d’isoprène sur la chaîne principale Et etdeux structures d’anneau de β-ionone aux extrémités (Figure 1). Le poids moléculaire est 536,88, point de fusiSur le184°C. Dans la nature, Existe sous forme de all-trans Et etde 4 isomères: 9-cis, 13-cis Et et15-cis [3]. Le β-carotène est une poudre cristalline brillante rouge violacé à rouge foncé. Sa solution diluée est orange à jaune, Et età mesure que la concentration augmente, elle devient orange. La polarité de la solution peut être légèrement rougeâtre. Le β-carotène est facilement oxydé et dégradé en présence d’oxygène, de lumière, de chaleur et d’acides forts, mais est stable dans les alcalis faibles; Insoluble dans l’eau, le propylène glycol et la glycérine, presque insoluble dans le méthanol et l’éthanol, soluble dans les solvants organiques tels que le tétrahydrofurane, le dinitrosulfure, le disulfure de carbone, le benzène, le chloroforme, l’éthane et l’huile végétale [4].
Selon la source, le β-carotène est divisé ennatural β-carotene and chemically β-carotène synthétisé. Natural β-carotene can be obtained by extracting from plants, algae and microbial fermentation. Beta-carotene is extracted from vegetables, fruits, palm oil, flowers and other plants using organic solvent extraction, supercritical fluid extraction or in-situ extraction. Algae, especially Dunaliella salina, can produce large amounts De labeta-carotene during cultivation and breeding, and are highly adaptable [5]. However, the preparation process is affected by Les facteurssuch as location and climate, resulting danshigh extraction costs and making it difficult to achieve large-scale production of β-carotene [6]. Microbial fermentation is a popular technology dansrecent years. The bacteria and fungi used includeOwenella, Blastomyces triposporus, Cladosporium cladosporioides, and Rhodotorula glutinis[7]. The use of these wild strains to produce β-carotene has a short cycle, relatively safe, and more efficient than plants and algae. However, the wild strains have poor living performance, low final yield, and are difficult to industrialize [4].
La différence entre la structure du β-carotène naturel et celle du β-carotène synthétisé chimiquement se reflète dans le rapport des isomères all-trans et cis. La configuration du β-carotène synthétisé chimiquement est presque entièrement trans, tandis que le β-carotène naturel contient une certaine proportion d’isomères cis en plus des isomères all-trans [8].
La structure all-trans du β-carotène est plus facilement absorbée que l’isomère cis. Lorsque le β-carotène all-trans est administré par gavage, l’accumulation de β-carotène dans le sérum et le tissu héfoie des gerbilles est plus élevée que celle du 9-cis et du 13-cis. L’absorption, le transport, l’accumulation tissulaire et la biodisponibilité préférentiels sont évidents [9]. Après l’administration par voie orale d’un mélange de all-trans et de 80% de β-carotène 9-cis à des hommes adultes en bonne santé, l’isomère all-trans a augmenté plus dans le sérum que l’isomère 9-cis [10]. En tant que précurseur de la vitamine a, l’isomère all-trans du bêta-carotène est biologiquement plus actif que l’isomère cis. Lorsque les gerbilles ont reçu des doses de 141, 275 et 418 nmol/ j par gavage, les isomères 9-cis et 13-cis administrés aux gerbilles avaient des valeurs relatives en vitamine A de 38% et 62% de la valeur all-trans [11]; Dans une expérience chez le rat, les réserves de vitamine a dans le foie des groupes 9-cis et 13-cis de ratsreprésentaient 61% et 74% du groupe all-trans [12].
Although the source activity of the cis isomers is lower than that of all-trans, studies have found other biological Les effetsof the cis isomers. dansvitro and dansEn directexperiments have shown that 9-cis is more prominent than all-trans isomers dansterms of antioxydantcapacity [13,14]. In the study by Harari et Al., et al.[15], mice fed a high-fat Régime alimentairecontaining 50% and 25% 9-cis isomers of duscroside had a 40% to 63% reduction dansplasma cholesterol concentrations and a 60% to 83% reduction dansthe cholesterol concentration of atherosclerotic lesions dansthe 50% 9-cis group. Using an dansvitro digestion method combined with a Caco-2 cellulemodel, the differences in the digestion stability, micelle formation and absorption of β-carotene isomers were compared, and it was found that the micelle formation efficiency of the cis isomer was higher than that of the all-trans isomer [16]. Currently, the main β-carotene structure on the market is all-trans. If the proportion of cis-isomers is increased, their synergistic effetcan be brought Dans leplay, enhancing the health effects of β-carotene. The preparation of high cis-isomer β-carotene mainly uses isomerization techniques, such as thermo-induced isomerization, photo-induced isomerization [17], and nano-catalytic technology [18].
La technologie de l’adn Recombinant a permis de biosynthétiser le β-carotène. Des gènes exogènes sont introdusondans le riz pour former un système d’enzymes de conversion des caroténoïdes dans l’endosperme du riz, qui accumule le β-carotène. En 2000, Vous avezet Al., et al.[19] [traduction]ont transféré le gène octahydro-tomate rouge synthase dérivé de la jonquille dans des graines de riz pour cultiver la première génération de «riz doré». Cependant, la teneur en β-carotène de la première génération de "riz doré" n’était que de 1,6 μg/g. Sur cette base, Al-Babiliet Al., et al.[20] [en]ont remplacé l’octahydro-tomate rouge pigment synthase d’origine dérivée de la jonquille par une octahydro-tomate rouge pigment synthase dérivée du maïs, et ont mis au point avec succès la deuxième génération de «riz doré», qui a augmenté la teneur en β-carotène de 23 fois. En 2012, Des chercheurs chinois ont développé la troisième génération de «riz d’or» en 2012. Les gènes impliqués dans la biosynthèse des caroténoïdes provenaient du raisin et l’accumulation de β-carotène dans le riz était de 37μg/g[21].
3 etudes toxicologiques des caroténoïdes
3.1 etudes toxicologiques des caroténoïdes naturels
La sécurité du β-carotène naturel a été confirmée dans de nombreuses études. Des évaluations de mutagénicité, y compris le test d’ames et le test du micronoyau cellulaire de moelle osseuse de souris, ont montré que le β-carotène n’est pas mutagène et aucune preuve d’embryotoxicité n’a été trouvée. Une étude sur la multigénération chez le rat A montré que l’administration orale de 1000 mg/kg/ jour de β-carotène n’interférait pas avec la fonction reproductrice du rat [22]. Dans l’étude de Nabae et Al., et al.[23], Des rats ont reçu une alimentation contenant 5,0 % de β-carotène de Trichophora brasiliensis dans des aliments irradiés, et aucun effet nocif sur la santé n’a été observé (3127 mg/kg/ jour pour les rats mâles et 3362 mg/kg/ jour pour les rats femelles).
3.2 etudes toxicologiques sur le bêta-carotène de synthèse chimique
Aucun effet nocif n’a été observé dans les études toxicologiques sur la mutagénicité, la tératogénicité et la cancérogénicité du bêta-carotène de synthèse chimique. Aucun effet toxique sur la reproduction ou le développement n’a été observé dans les études sur la multigénération et la tératologie, respectivement. Dans les études d’alimentation subaiguë et subchronique chez le rat et la souris, aucun effet indésirable lié au traitement n’a été observé à des doses de 1000 mg/kg/ jour (équivalant à 2% de la dose alimentaire). Aucune toxicité pour les organes n’a été constatée lors d’essais d’alimentation chronique chez des rats, des souris et des chiens [24].
3.3 études toxicologiques du β-carotène génétiquement modifié
Avec le développement de la biotechnologie, l’application du génie génétique au β-carotène a fait l’objet d’une attention croissante. Grenfell-Lee et Al., et al.[25] [traduction]ont étudié la toxicité génétique et subchronique des cristaux de β-carotène produits par la fermentation de la levure de lipase transgénique. Les résultats du test d’ames, du test d’aberration chromosomique et du test du micronoyau étaient tous négatifs. Avec des doses de 0, 125, 250 et 500 mg/kg administrées à des rats par gavage continu pendant 13 semaines, aucune anomalie toxique n’a été observée au niveau des symptômes cliniques, de l’ophtalmologie, de l’hématologie, de l’autopsie ou de l’histopathologie. La dose sans effet nocif observé du β-carotène provenant des levures Rhodotorula est de 500 mg/kg. A propos de nouset Al., et al.[21] [en]ont étudié l’innocuité du riz transgénique riche en β-carotène et ont constaté que le riz transgénique riche en β-carotène a une valeur nutritive similaire à celle du riz non transgénique Zhonghua 11 et aucun effet nocif causé par le riz transgénique n’a été trouvé.
4. Effets biologiques du β-carotène
4.1 effets antioxydants
En raison de sa structure spéciale de 11 liaisons doubles conférées et de 2 anneaux de violaxanthone, le β-carotène a la capacité de récupérer les radicaux libres [26], de désaltérer l’oxygène singlet, et de favoriser l’expression des enzymes antioxydantes. Cette structure peut également protéger le corps en mettant fin aux réactions de peroxydation lipidique [27]. Dans dim Xiejun&#Dans l’expérience [28], le pouvoir réducteur, la capacité de piégeage des radicaux hydroxyles et la résistance à la peroxydation lipidique d’une solution standard de β-carotène et d’un extrait salé ont tous deux augmenté avec la concentration de β-carotène. Le β-carotène a été extrait par la culture et la fermentation d’une souche de Trichophora. Il a été constaté qu’à la même température, sa capacité à récupérer les radicaux libres 1,1-diphényl-2-picrylhydrazyl (DPPH) augmentait graduellement, et il y avait une relation dose-réponse dans une certaine plage [29]. Dans le cadre d’une expérience In vivo sur les antioxydants avec le poisson zèbré, trois groupes expérimentaux ont été constitués avec 25, 50 et 100 μg/mL, et les capacités antioxydantes correspondantes étaient respectivement de 30,43 %, 53,6 % et 73,91 % [29].
Lorsque 0,6, 1,2 et 1,8 g de β-carotène ont été ajoutés au régime alimentaire des vaches laitières, la capacité antioxydante totale (T-AOC), le système enzymatique antioxydant et la teneur en glutathion (GSH) dans le sang des vaches laitières du groupe de 1,2 ou 1,8 g ont augmenté, et la concentration de malondialdéhyde (MDA) a diminué [30]. Liu Yu [31] a constaté que l’activité de l’eau dans le sélénium, le β-carotène et le groupe expérimental combiné de rats du foie de superoxyde dismutase total (superoxyde dismutase total, T-SOD), de glutathion peroxydase (glutathion peroxydase, GSH-Px) était plus élevée que celle du groupe témoin, ce qui suggère que l’administration de prévention et thérapeutique de rats avec la bonne quantité de sélénium et de β-carotène peut améliorer le corps et#39; S capacité antioxydante.
4.2 effet anti-inflammatoire
Le stress oxydatif active les voies de signalisation inflammatoires. Le bêta-carotène peut inhiber la signalisation inflammatoire et les dommages tissulaires, réduisant ainsi le risque de maladies inflammatoires. Le bêta-carotène peut inhiber la signalisation inflammatoire réactive médiée par l’espèce d’oxygène, y compris les protéines kinases activées par mitogène et les facteurs de transcription sensibles à la redox, et réduire l’expression des médiateurs inflammatoires tels que l’interleukine-8 (IL-8), Oxyde nitrique synthase inducible et cyclooxygénase-2 dans les tissus infectés. L’ajout d’antioxydants tels que le bêta-carotène à l’alimentation peut aider à prévenir la gastrite induite par Helicobacter pylori-induite [32].
Le bêta-carotène peut prévenir l’athérosclérose et les maladies inflammatoires telles que la polyarthrite rhumatoïde en éliminant les radicaux libres et en perturbant la séquence des réactions qui entraînent des dommages [33]. Zhang ZhangXiaoyin Et al.[34] ont établi un modèle d’inflammation en induisant les macrophages RAW264.7 à libérer de grandes quantités de lipopolysaccharide (LPS), et les résultats ont montré que le β-carotène a un effet de promotion sur l’activité cellulaire des macrophages stimulés par les LPS, Et peut inhiber la sécrétion de facteurs inflammatoires interleukine-1β (IL-1β) et interleukine-6 (IL-6) et du facteur de nécrose tumorale α (TNF-α) en inhibant l’expression de la protéine NF-κB p65 dans la voie NF-κB. Yan Changmeng et Al., et al.[35] ont étudié l’effet du β-carotène sur l’expression du NF-KB, du facteur de croissance de transformation βl (facteur de croissance de transformation -β1, TGF-βl) et de l’il-6 chez les rats atteints de pancréatite aiguë. Les scores pathologiques, les concentrations sériques d’amylase et d’il-6, ainsi que l’expression de NF-KB et d’arnm chez les rats du groupe traité par le β-carotène étaient inférieurs à ceux du groupe modèle de pancréatite aiguë. L’expression du TGF-β1 était plus élevée, ce qui suggère que dans les premiers stades de la pancréatite aiguë, le β-carotène peut jouer un rôle dans l’inflammation, la réparation et la régénération.
4.3 effet modulateur sur le système immunitaire
Le bêta-carotène peut améliorer le corps et#39;s humoral immunity, cellular immunity and non-specific immune response, and improve the body' S immunité. L’alimentation des vaches laitières avec 0 g/ jour/tête, 0,6 g/ jour/tête, 1,2 g/ jour/tête et 1,8 g/ jour/tête d’additif bêta-carotène n’a pas eu d’effet significatif sur la teneur en immunoglobulines IgA, IgG et IgM sériques chez les vaches. Cependant, le groupe de 1,2 g a été en mesure d’augmenter le rapport du sous-ensemble immunitaire de lymphocytes T CD4 (groupe de différenciation 4)/CD8 (groupe de différenciation 8) et de réduire le contenu des cytokines immunitaires interféron Y (interféron Y,IFN-Y), TNF-a, IL-1, IL-2 et IL-4 [36].
Adding β-carotene to the diet of Hy-Line brunchicks increased their daily weight gain and the organ coefficient of the bursa of Fabricius [37]. Ma Shihui et Al., et al.[38] established a cyclophosphamide mouse immunosuppression model and found that β-carotene can increase the serum levels of the cytokines IL-2 and IL-4, as well as the levels of IgA, IgG and IgM in mice. Zhang Xiaoyin et Al., et al.[39] showed that adding β-carotene to the basal feed of pregnant sows in the first half and one month before the expected date of birth increased the serum and laitl’igaconcentrations compared to the control group. Yoshitaka et al. [40] [traduction]showed that after β-carotene supplémentationduring pregnancy and lactation, Le nombre de cellules sécrétant des anticorps IgA dans les glandes mammaires et les ileumes des rats a augmenté; Les chiots nés de rats supplémentés en β-carotène ont montré des niveaux significativement plus élevés d’iga dans le contenu de l’estomac les 7e et 14e jours après la naissance, ce qui indique que l’ingestion de β-carotène pendant la grossesse et l’allaitement peut favoriser le transfert d’iga de la mère aux chiots dans le lait maternel.
4.4 effet antitumoral
L’effet anti-tumoral du β-carotène se manifeste par l’inhibition de la tumorigénèse, l’inhibition de la prolifération des cellules tumorales et la promotion de l’apoptose. Zhao auet al. [41] [traduction]ont constaté que le β-carotène combiné à la La rosiglitazonepeut inhiber la prolifération des cellules K562 de la leucémie humaine à travers une voie de signalisation dépendante du récepteur -γ activé par les proliférateurs de peroxysomes (ppar-γ). Il a été démontré que le bêta-carotène isolé des épinards réduit la viabilité des cellules du Le cancerdu sein MCF-7, et les deux ont une relation dose-dépendantes [42].
Des études ont montré que dans le tissu hépatique des rats du groupe sélénium et du β-carotène, l’expression de la protéine Bcl-2, un gène important qui contrôle l’apoptose des cellules tumorales, est plus faible que celle du groupe témoin, et l’expression de la protéine Bax, un gène qui favorise l’apoptose des cellules tumorales, est plus élevée [31]. Cependant, des études d’intervention menées auprès de fumeurs ont révélé que chez les personnes qui fument fréquemment et longtemps ou qui sont exposées à l’amiante, l’ingestion de β-carotène augmente le risque de Le cancerdu poumon et de décès [43]. Certaines études ont émis l’hypothèse que l’interaction des agents cancérigènes présents dans les composants de la fumée de cigarette avec le β-carotène est un mécanisme potentiel pour l’augmentation du risque de cancer du poumon. Les résultats ont montré que le risque accru de cancer du poumon chez les fumeurs prenant des suppléments de β-carotène ne dépendait pas du niveau de goudron ou de nicotine, et il a été recommandé que tous les fumeurs continuent d’éviter les suppléments de β-carotène [44]. Regina[45] [traduction]croit que les changements dans le métabolisme des rétinoïdes et les voies de signalisation, ainsi que les interactions avec le cytochrome P450 (protéines du cytochrome P450, CYP) et la pro-oxydation/oxydation de l’adn, sont des mécanismes potentiels, et le tabagisme important peut avoir une incidence sur la consommation de β-carotène. Mathilde:et al. [46] [traduction]ont montré que chez les non-fumeurs, la consommation de β-carotène est négativement corrélée avec le cancer; Et pour les fumeurs, le β-carotène a une corrélation positive avec le cancer.
4.5 effet sur d’autres maladies
Le β-carotène est un précurseur de la vitamine a et a l’activité biologique de la vitamine a, comme la protection de la vue, la prévention de la cécité nocturne, la sécheresse des yeux, etc., et l’ingestion de β-carotène ne conduit pas à une accumulation excessive de vitamine a dans le corps. Des études épidémiologiques récentes ont montré que l’apport en α-carotène et en β-carotène peut être négativement lié à des symptômes dépressifs chez les femmes d’âge moyen et âgées [47], et est associé à une baisse globale des maladies cardiovasculaires, des maladies cardiaques, des accidents vasculaires cérébraux et d’autres causes de décès [48]. Le mécanisme doit encore être exploré.
5 résumé
La sécurité et les effets biologiques du β-carotène en termes d’effets antioxydants, anti-inflammatoires et immunomodulateurs ont été confirmés dans de nombreuses études. Cependant, le mécanisme d’action dans certaines maladies n’est pas encore entièrement compris, et des recherches plus approfondies sont nécessaires à l’avenir pour fournir une base scientifique pour la production industrielle et l’application clinique du β-carotène.
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