¿Qué es?

El betacaroteno es uno de los carotenoides más abundantes en la naturaleza. Como uno de los pigmentos naturales más estables, se encuentra ampliamente en verduras y frutas de temporada natural, tales como zanahorias, espinacas,El Brel.Tomates, mangos y frutos de estrella. El contenido de betacaroteno de diferentes verduras y frutas varía, y en general, cuanto más oscuro es el color, más rico es el contenido. Desde que Wacken-roder extrajo por primera vez el beta-carotende de las zanahorias en la década de 1830, se ha encontrado que tiene un fuerte antioxidante, la proliferación celular y la promoción de la diferenciación, la regulación de la transducde señales intercelular, influencia en la expresión génica, mejora inmune, anti-inflamatorio, anti-cáncer, prevención de enfermedades cardiovasculares y efectos anti-envejecimiento.

Beta-carotene is a relatively safe precursor form of vitamin A. There are differences in the metabolism of beta-carotene in different animals. Some studies have shown that there are specific carrier proteins in the intestines and other tissues of different animals that strictly regulate the absorption and accumulation of beta-carotene. The metabolic pathways of different species still need to be explored. In recent years, as research on β-carotene has continued to deepen, the global demand for β-carotene has become increasingly high. Currently, β-carotene has been approved for use as a Aditivos alimentariosPara todos los animales en 52 países y regiones de todo el mundo. Este artículo revisa principalmente las rutas metabólicas y las actividades biológicas del -caroteno y sus aplicaciones, con el objetivo de proporcionar una referencia para el desarrollo y la utilización del -caroteno y la cría sana de animales.

1 propiedades físicas y químicas de − -caroteno

− -caroteno (fórmula molecular C40H56) es un hexaedro rómbbrillante de color naranja a rojo oscuro, microcristales en forma de placa o polvo cristalcon un ligero olor peculiar. Tiene un punto de fusión de 176-184°C, es insoluble en agua, propilenglicol y glicer, ligeramente soluble en etanol, metany éter, soluble en cloroform, hexano, disulfurde de carbono, acetona y bencen, inestable en presencia de luz y calor, y fácilmente oxidado. La estructura química del caroteno está formada por cuatro enlaces dobles de isopreno, y hay principalmente all-trans, 9-cis, 13-cis y 15-cis. Hay cuatro fórmulas estructurales: all-trans, 9-cis,cis y 15-cis. En la estructura cis, hay un gran impedimento estérico entre los átomos de hidrógeno cerca del doble enlace o entre los átomos de hidrógeno y el grupo metilo, lo que hace que la estructura cis sea inestable. Por lo tanto, el − -carotennatural existe principalmente en la estructura all-trans (figura 1).

Ruta metabólica 2 β -caroten.

En humanos y animales, el caroteno se ingia a través de la dieta y entra en los intestinos a través de la mastic. Bajo la acción de las enzimas intestinales, el caroteno es liberado de los alimentos, principalmente en el intestino delgado, y emulsionado con sustancias éster para formar quilomicrones, que son absorpor las células de la mucosa intestinal a través de difusión pasiva. El cuerpo y#39;s la absorción de − -caroteno de los alimentos varía mucho, dependiendo principalmente del contenido de − -carotende de los alimentos, el tipo de lípidos, otros carotenoides y factores de vitamina A, así como la especie animal.

As a highly lipophilic non-polar molecule, β-carotene mainly exists in the form of a protein complex. The steps involved in the absorption of β-carotene from food by the epithelial cells of the small intestine mucosa of animals are: (1) In the stomach, the action of pepsin and other digestive enzymes releases β-carotene from the protein complex; (2) In the duodenum, the released β-carotene forms chylomicrons with other lipid substances under the emulsifying action of bile. The chylomicrons enter the small intestine and is then absorbed by the small intestinal mucosal epithelial cells; (3) After the β-carotene-containing chylomicrons enter the small intestinal mucosal epithelial cells, they mainly go to three places. One is that β-carotene is converted into β-carotene-15,15-monooxygenase (β,β-carotene 15,15-monooxygenase, BCO Ⅰ) and β-carotene-9,10-dioxygenase (β, β-carotene 9,10-dioxygenase, BCO Ⅱ) is converted into vitamin A. The second is that β-carotene re-enters the intestine with the renewal of mucosal epithelial cells, and then excreted from the body; the third is that β-carotene enters the blood circulation through the portal vein or lymph and is further transported to the liver and other target tissues, and some of it can be converted into vitamin A in the liver, stored or involved in other biological functions of the body.

3 funciones biológicas del beta-caroteny sus aplicaciones

3.1 precursor de vitamina A

Los estudios han demostrado que muchos carotenoides tienen actividad de vitamina A, siendo el beta-carotenque tiene la actividad más alta y por lo tanto se convierte en una fuente importante de vitamina A en los cuerpos animales. Ya en la década de 1930, Steenkbock descubrió que el beta-carotenpuede tener actividad de vitamina A. Moore demostró experimentalmente que el beta-carotenpuede convertirse en vitamina A en animales y ejercer la función de vitamina A. hay dos maneras en que el betacaroteno se convierte en vitamina A: (1) escisión central (escisión simétrica): el betacaroteno se convierte en dos moléculas de vitamina A por BCO β; (2) escisión excéntrica (escisión asimétrica): el betacaroteno se convierte en una molécula de vitamina A por BCO Ⅱ. Los estudios han demostrado que los animales no pueden sintetizar la vitamina A directamente, y sólo pueden obtenerla de los alimentos o fuentes de vitamina A. Cuando el cuerpo carece de vitamina A, el contenido de BCO y el aumento de la actividad, y se puede convertir el beta-carotenalmacenen el hígado en vitamina A. cuando la cantidad de vitamina A en el cuerpo alcanza el nivel requerido, esta conversión se detendrá inmediatamente, y no habrá acumulación excesiva de vitamina A. en otras palabras, los animales tienen la capacidad de mantener el equilibrio dinámico de la vitamina A en el cuerpo mediante la regulación de la actividad de BCO.

Función antioxidante 3.2

Bajo condiciones normales, el cuerpo está en un estado de equilibrio entre oxidy anti-oxid. Este equilibrio es mantenido por el sistema de defensa antioxidante, que se divide en sistemas enzimáticos y no enzimáticos. El sistema enzimincluye la superóxido dismutasa (SOD), catalasa (CAT), glutatión peroxid(GSH-Px), etc., y el sistema no enzimincluyeGlutatión reducido (GSH)Vitamina C, vitamina E y algunos antioxidantes naturales. Las especies reactivas del oxígeno (ROS) en el cuerpo son subproductos formados durante el metabolismo celular normal. Los bajos niveles de ROS juegan un papel vital como moléculas de señalización en muchas vías de transducción de señales en el cuerpo. Sin embargo, cuando el cuerpo está sometido a estímulos adversos, la producción de ROS aumenta. El cuerpo y#39;s el sistema de defensa antioxidante no puede eliminarlos a tiempo, y este equilibrio se altera, lo que a su vez daña el cuerpo.

Las ROS incluyen principalmente anión superóxido (O2-), peróxido de hidrógeno (H2O2), radical hidroxilo (OH-), ozono (O3) y oxígeno singlete (1O2). El betacaroteno contiene una estructura molecular especial de polienos, por lo que tiene una fuerte capacidad de captura de radicales libres, puede eliminar ROS, y mejorar significativamente el cuerpo#39;s estado antioxidante. Los datos de investigación muestran que una molécula de beta-carotenpuede inhibi1000 moléculas de 1O2. En la actualidad, el -carotenreacciona con ROS principalmente a través de tres vías: una es el mecanismo de transferencia de electrones, la segunda es el mecanismo de transferencia de átomo de hidrógeno, y la tercera es la reacción de adición de radicales libres. Algunos estudiosos han encontrado que el beta-carotenpuede activar el factor relacionado con nf-e2 2 (Nrf2) - Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1) - antioxidante response element (ARE) vía de señalización para upreregular la expresión de genes de enzimas antioxidantes, mejorando así el body's capacidad de limpiar los radicales libres con enzimas antioxidantes. Keap1) - el elemento de respuesta antioxidante (antioxidante response element, ARE) vía de señal aumenta la expresión de genes de enzimas antioxidantes, mejorando así el body's capacidad de eliminar radicales libres con enzimas antioxidantes.

Szczubia found that the levels of GSH-Px, CAT and SOD in the blood erythrocytes of pregnant sows were significantly elevated after intramuscular injection of β-carotene in the late stage of pregnancy. Salem found that the level of GSH-Px was significantly increased and the content of malondialdehyde (MDA) was significantly reduced after mice were Suplementcon − -caroteno. Estudios han encontrado que la adición de una cantidad apropiada de betacaroteno a las dietas de vacas lecheras y vacas de carne puede aumentar significativamente los niveles de GSH-Px, CAT y SOD en el suero, mientras que reduce significativamente el nivel de MDA. Akcakaya et al. usaron peróxido de H2O2 para someter las células K562 a una prueba de estrés oxidativo y encontraron que el -carotenno tenía efecto en la mejora del daño oxidativo a las células cuando se trataba al mismo tiempo que el H2O2 o después del tratamiento, pero el pre-tratamiento con -carotenmejoró significativamente el daño oxidativo a las células causado por el H2O2.

3.3 mejorar la inmunidad animal

El betacaroteno mejora el cuerpo#39;s resistencia a determinadas enfermedades y mejora la salud animal al potenciar las respuestas inmuninmuncelulares, humorales e inespecíficas. Los resultados de la investigación de Zhang Xiaoyin y otros muestran que el beta-carotenpuede mejorar significativamente la viabilidad celular de los macrófagos RAW264.7 estimulado por lipopolisacárido (LPS). Ma et al. encontraron que la alimentación de ratones → -carotendespués de la administración de ciclofosfami(CTX) puede mejorar el daño a los órganos inmuncausados por CTX y aumentar los niveles de citocinas e inmunoglobulinas en suero de ratón. Ji Yubin y otros mostraron que CTX) y luego suplementado con beta-carotenpuede mejorar el daño a los órganos inmuncausados por la inmunosupresión indupor CTX en ratones y aumentar los niveles de citocinas e inmunoglobulinas en suero de ratón. Ji Yubin et al. mostraron que la adición de diferentes dosis de -carotena A la dieta de pollos de un día de edad Hy-Line Brown puede aumentar significativamente el contenido de inmunoglobulina A (IgA) en la sangre de los pollos.

Mientras tanto, Lo et al. encontraron que el -carotenpuede mejorar el cuerpo#39;s función inmune mediante la regulación de la secreción de factor estimulante de colonias de granulocitemacrofago (GM-CSF), interleucin-6 (IL-6), y metaloproteinasa de matriz 9 (MMP-9). Mejorando así el body's capacidad inmune. Maho et al. encontraron que la alimentación de ganado negro japonés beta-caroteno aumentó significativamente el contenido de inmunoglobulina G (IgG) del calostro. Liu Haiyan et al. agregdiferentes dosis de betacaroteno a las dietas de pollos Hy-Line Brown de 21 días de edad y encontraron que el betacaroteno mejoró significativamente el índice de órganos inmunde los pollos. Li Yanqiang encontró que la adición de -carotena a la dieta basal de las cerdas preñadas puede mejorar la capacidad inmune de los lechones recién nacidos, aumentar la tasa de salud y el peso al destete de los lechones, y reducir significativamente la tasa de mortalidad de los lechones desde el nacimiento hasta el destete.

3.4 mejorar la capacidad reproductiva animal

En los animales, el betacaroteno puede proteger el útero, los ovarios y las células reproductivas activas del daño causado por las reacciones oxid, proteasí los órganos celulares importantes del sistema reproductivo y así aumentando la fertilidad animal y mejorando el funcionamiento de la producción. El betacaroteno también puede estimular la producción de progesterona y está relacionado con la síntesis de estrógeno y progesterona y aumenta su actividad.

Relevant literature reports that in production practice, after adding β-carotene to the diet of dairy cows, the incidence of retained afterbirth after calving decreased by 15%, the incidence of mastitis decreased by 17%, and the conception rate within 90 days after calving increased by 14%. Ma Jifeng et al. found that adding 100, 200, or 300 mg/kg β-carotene to the basic diet of dairy cows can improve their reproductive performance and reduce the somatic cell count in milk compared to the control group without added β-carotene.

Li Ziyan añadió diferentes dosis de -caroten(0,200, 400 mg/ cabeza ·d) a la dieta de la vaca lech. Los resultados mostraron que la adición de 400 mg/ Head ·d · -carotena las vacas lecheras después del parto puede reducir significativamente el número de tiempos de apareamiento, acortar el tiempo desde el primer periodo después del parto hasta el primer apare, reducir el número de días de no cría, aumentar la tasa de concepción durante el período de calor y reducir significativamente la incidencia de enfermedades reproductivas postparto; La adición de -carotena a la dieta tiene una tendencia a aumentar la progesterona sérica y aumentar significativamente el contenido de hormona luteinizante y estrógeno. Liu Ruigang et al. también mostraron que la adición de beta-carotenmicroencapsulado a la dieta de las cerdas en las últimas etapas del embarazo aumentó significativamente los niveles séricos de estradiol y progesterona en las cerdas. El posible mecanismo es que el beta-caroten, como un antioxidante, juega un papel importante en la protección de las células foliculares y la producción de hormonas esteroides en el endometri. Arellano-Rodriguez et al. encontraron que la suplementación a corto plazo con − -caroteno puede aumentar la tasa de ovulación en las cabras y mejorar la síntesis y secreción de progesterona por el tejido del cuerpo lúteo.

3.5 mejorar la calidad de los productos pecuarios

The special conjugated double bond structure in the β-carotene molecule determines its own color through its light absorption properties, and it also has good coloring properties. Zhang Hui et al. found that adding β-carotene to broiler feed can improve the meat color and leg coloring of broilers. Li Junying et al. showed that adding β-carotene to a corn-soybean meal diet significantly improved the color of the egg yolk. Li Xiong et al. also found that adding β-carotene to the diet of hens at peak egg production significantly improved the color of the egg yolk and improved egg quality. In addition, β-carotene has a significant regulatory effect on fat metabolism.

Jin et al. showed that β-carotene can inhibit fat deposition in beef cattle by inhibiting fat synthesis and enhancing fat hydrolysis. Some researchers have also shown that feeding too much β-carotene to beef cattle during the fattening period significantly increases the yellowish color of their meat and reduces the grade of the beef, so it is advisable to supplement an appropriate amount of β-carotene to beef cattle during the fattening period. Yuan Dezhi et al. confirmed through experiments that adding Research has shown that adding 30 mg/kg of beta-carotene to the basic diet of fattening pigs can improve the pH and color of the pork after slaughter and reduce the production of inferior meat. The mechanism may be that beta-carotene reduces lipid oxidation of cell membranes and reduces the exudation of intracellular fluid. Jin Qing et al. added 0, 600, 1200, and 1800 mg/d of β-carotene to the basic diet of beef cattle and found that the addition of β-carotene to the diet can significantly increase the β-carotene level in the liver of beef cattle, and the slaughter rate and net meat rate increase significantly with the increase of the amount added. Wu Hongjiu and Xia Yun's la investigación mostró que la adición de -caroteno a la dieta de las vacas lechpuede mejorar significativamente la calidad de la leche.

Función antiinflamatoria

Li et al. mostraron que − -caroteno puede inhibir el factor nuclear − B (factor nuclear − -B, NF- − B), Janus quinasa 2 (JAK2)/ transducde señal y activador de transcripción (STAT3) y c-Jun N-terminal quinasa (JNK)/ P38 mitógeno activproteína quinasa (MAPK) vías de señalización para reducir la inflamación indupor LPS. Cho et al. encontraron que la vía de señalización de la proteína quinasa activpor mitógeno (MAPK) β -caroteno JNK)/ P38 para reducir la inflamación indupor LPS. Cho et al. encontraron que el beta-carotensuprime el estrés oxidativo indupor la inflamación por la inhibide la adipoadipopro-inflammonociprotequimioabsorb1 (MCP-1) y la regulación de la expresión y la secreción de las células T activadas, así como por la mejora de la adiponectina en los adipocitos. Pretratamiento de las células epiteliyeyeales porcinas (MCP-1) y regulación de la expresión y secreción de las células T activadas, así como la mejora de adiponectina en adipocitos para inhibir la inflamación inducida por el estrés oxidativo. El pretratamiento de las células epiteliyeyeales porcinas (IPEC-J2) con − -caroteno puede reducir el daño inflamindupor LPS a IPEC-J2.

Los estudios han demostrado que el beta-carotenpuede inhibir la expresión y la mediación de los genes de citocina pro-inflamatoria, e inhibide las respuestas inflamindupor el LPS mediante la inhibide la degradación del inhibide NF- - B (inhibide NF- - B, I - B) y por lo tanto inhibide la activación de NF- - B. El betacaroteno puede reducir el daño inflamintestinal causado por el destete, promover el crecimiento de lechones destetados y mejorar la morfointestinal. El posible mecanismo es que el β -carotenalivia el daño inflamatorio intestinal en los lechones al bajar la regulación del nivel de NF-κB, una proteína en la vía de señalización relacionada con el inflam. Además de inhibide la vía NF-κB, el beta-carotentambién puede aliviar la inflamación al inhibide la proteína activadora 1 (AP-1) y la vía de señalización MAPKs. Los estudios han encontrado que el betacaroteno puede prevenir y aliviar la inflamación y sus complicaciones mediante la inhibición de factores pro-inflamy la regulación de la expresión y la secreción de células T normales, así como la inhibición de la activación de factores de transcripción.

Otras funciones

Los estudios han encontrado que el beta-carotenpuede mejorar la comunicación de célula a célula, reducir el daño a los intestinos causado por el estrés externo, y por lo tanto inhibir o reducir la aparición de enfermedades. Los estudios han demostrado que el pretratamiento con → -carotenpuede mejorar significativamente la viabilidad y la resistencia transmembrana de las células de IPEC-J2 estrespor LPS, aliviar la respuesta de fase aguda causada por altas dosis de dimetilnitrosamina. El dióxido de titanide tamaño nanoinduce daño a las células germinales de los testículos de los ratones, aumentando significativamente la altura de las vellosidades duodeny yeyeen las gallinas ponhy-line Brown. Al mismo tiempo, el beta-carotenes un agente de apoptosis de las células cancerosas y no tiene ningún efecto negativo en las células normales. Park et al. encontraron que el beta-carotenpuede inducir apoptosis en células de cáncer gástrico. Zhou Tong et al. encontraron que el beta-carotenpuede reducir el daño al aprendizaje yla memoria causado por el síndrome de apnea obstrucdel sueño, y especular que el mecanismo es inhibide la caspasa-3, que está estrechamente relacionado con la expresión de la proteína tau fosforilada (p-tau).

4 resumen

En resumen, la investigación sobre el beta-carotentiene una historia de casi 200 años. Juega un papel innegable en la producción animal y ha sentado las bases para el desarrollo verde, eficiente y saludable de la industria pecuaria. Por un lado,natural β-carotene (with multiple isomers coexisting) is relatively expensive, and chemically synthesized β-carotene (all trans) has certain toxic side effects on the body under certain conditions; in addition, the large demand for natural β-carotene in the food, cosmetics, and pharmaceutical industries has hindered its widespread use in animal husbandry to some extent. Therefore, further exploration is needed for the industrial production of β-carotene isomers. On the other hand, due to the differences in the metabolism and absorption of β-carotene by different animals, the appropriate amount to be added in animal production and the specific biological functions and metabolic mechanisms are not yet fully understood and still require further in-depth exploration.