Estudio sobre el licopencarotenoen la alimentación Animal

El estrés oxidativo amenaza seriamente la productividad y la salud del ganado y las aves de corral, causando enormes pérdidas económicas a la industria pecuaria. En el proceso de producción de ganado y aves de corral, factores tales como los cambios ambientales, los cambios fisiológicos y las toxinas patógenas exógenas (como las micotoxinas) pueden causar estrés oxidativo, con lo que se altera el equilibrio redox en los animales. La producción excesiva de especies reactivas de oxígeno (ROS) y especies reactivas de nitrógeno (RNS) puede causar daños irreversibles a los lípidos celulares, proteínas y ADN, lo que afecta a las funciones fisiológicas y el rendimiento de producción de los animales.

La protección antioxidante se define como el proceso de defensa antioxidante en los organismos vivos. Los antioxidantes en el cuerpo se dividen principalmente en dos categorías: uno es sintetizpor el propio cuerpo, y el otro se obtiene de los alimentos. En circunstancias especiales como altas temperaturas, destete y embarazo, la suplementación con antioxidantes exógenos (como los polifenoles y carotenoides derivados de plantas) puede aliviar eficazmente el estado de estrés oxidativo del ganado y las aves de corral, reducir el daño oxidativo y mejorar la salud y el rendimiento productivo del ganado y las aves de corral.

La resistencia a los antibióticos y los residuos tienen un impacto negativo en la producción animal, la salud humana y la sostenibilidad ambiental. En 2006, la Unión europea prohibió el uso de antibióticos como aditivos alimentarios en la alimentación animal, y en julio de 2020, China prohibió oficialmente el uso de antibióticos en la alimentación animal. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar alternativas naturales, verdes y seguras a los antibióticos.

Lycopene (C40H56) is a carotenoid that is a natural pigment in plants, mainly found in fruits and vegetables such as tomatoes, carrots, watermelons, and pomegranates. Lycopene has been listed as a nutrient and food additive in many countries and is widely used in food, medicine, cosmetics, agriculture, and other fields. Lycopene contains two non-conjugated double bonds and 11 conjugated double bonds in its structure, and its chemical structure gives it the greatest antioxidant capacity. Lycopene's papel como un poderoso antioxidante es la base para sus efectos promotores de la salud, incluyendo anti-inflamatorio, anticancer y el potencial hipoglicémico, la protección cardiovascular, y la neurobiología y los efectos hipoten. Un número creciente de estudios han demostrado que el licopeno se puede utilizar como aditivo alimentario funcional para el ganado y las aves de corral, y se ha informado que mejora el rendimiento de la producción, la calidad de la carne, la calidad de los huevos, las propiedades antioxidantes, la función inmune, el metabolismo de los lípidos y la función fisiológica intestinal.

I. estructura del licopeno, absorción y funciones biológicas

1. 1. Fuentes y estructura del licopeno

Entre la rica familia de carotenoides, hay cerca de 60 especies presentes en los alimentos, y sólo 20 especies pueden ser detectadas en la sangre y los tejidos de los seres humanos y los animales. Debido a sus enlaces conjug(al menos 7), dan al alimento su color, principalmente amarillo y rojo. Las diferencias en la estructura distinguen dos grupos de carotenoides: carotenoides (licopeno, − -caroteno, − -caroteno, etc.) y xantofilas (luteína, astaxantina, cantaxantina, etc.).

Lycopene was discovered in tomatoes in 1876 and was named after the scientific name Lycopersicon esculentum 27 years later. Lycopene is widely found in tomatoes and also in vegetables and fruits such as carrots, sweet potatoes, pumpkins, watermelons, apricots, papayas, grapefruit and guavas. The main source of lycopene is tomatoes (80%), which are the main source of lycopene extraction and also the cheapest ingredient. The lycopene content of tomatoes varies greatly, depending on factors such as variety, maturity, climate and geographical location of cultivation. The technology for extracting lycopene from raw materials usually includes chemical extraction, microwave and ultrasound-assisted extraction, supercritical fluid extraction and enzyme-assisted extraction. A variety of biotechnologies have been developed for the large-scale production of lycopene, among which microbial fermentation is a typical traditional biotechnology in the production of lycopene. In addition, modern biotechnology, including genetic engineering, protein engineering and metabolic engineering, has also been applied to the production of lycopene.

Al contrario de la mayoría de los carotenoides, el licopentiene una estructura lineal. El licopeno es una cadena de polieno que consta de 13 enlaces dobles, 11 de los cuales se conjuen en una disposición lineal, por lo que es más largo que otros carotenoides. El licopeno es un pigmento ceroso rojo que se presenta en la naturaleza como cristales aciculares delgados.El licopeno es soluble en grasa, insoluble in water, and soluble in benzene, chloroform and acetone. Lycopene occurs in nature mostly in the all-trans configuration, which is relatively stable, but at least 50% of the cis isomers are found in human blood plasma and tissues. The common forms are the 5-cis, 9-cis, 13-cis and 15-cis isomers, which indicates that the cis isomers are more readily absorbed and utilized by humans and animals. Food processing is actually a value-adding step, because after heat treatment, more lycopene becomes more bioavailable. If tomato juice is exposed to cooking temperatures, cis isomers are formed, which are considered to be more bioavailable. The double bond of lycopene can be isomerized from all-trans to mono- or polycis under the influence of light, temperature or chemical reactions. Lycopene is acyclic, has a symmetrical planar structure and is particularly susceptible to oxidative degradation as a highly conjugated polyene. Physical and chemical factors such as high temperatures, exposure to light, oxygen, extreme pH values and molecules with reactive surfaces can damage the double bond of lycopene. The undesirable degradation of lycopene not only affects the sensory quality of the end product, but also the health benefits of tomato-based foods for humans and animals.

1.2. Absorción de licopeno

El licopeno es el carotenocon la concentración plasmática sanguínea más alta en los seres humanos, con la concentración promedio dependiendo de los hábitos nutricionales. En términos de absorción, el más ampliamente estudiado es− -carotenoNo licopenni otros carotenoides. Aunque se necesita más investigación, es probable que los factores que afectan la absorción del caroteno tengan un efecto similar sobre el licopeno. Al igual que otros carotenoides, el licopenestá incrusten su matriz alimentaria y no puede ser absoreficazmente por los seres humanos y los animales. El licopense absorbe de manera similar a los lípidos, principalmente a través de difusión pasiva. El licopenen la matriz alimentaria es liberado por la acción del ácido gástrico, ácidos biliares y enzimas. Una vez que entra en el intestino, se une a los lípidos para formar quilomicrones, que luego entran en el sistema linfámesentérico a través de difusión y ósmosis y, finalmente, entrar en la circulación de la vena porta. Esta es la principal vía de absorción de licopendesde el tracto gastrointestinal.

Después de ser liberado de la matriz alimentaria, el licopeningeridebe emulsionarse y disolverse en los quilomicrones antes de que pueda ser absorbido por la mucosa intestinal. El licopentambién se puede absorber a través del transportador de proteínas de transporte, tipo b, 1 (TBP-1), que implica un proceso activo. El receptor scavenger clase B tipo 1 transportador se encuentra principalmente en el intestino delgado, hígado, glándulas suprarren, ovarios, placenta, riñones, próstata y cerebro, y es en parte responsable de transportar carotenoides de las lipoproteínas a los tejidos y de los tejidos a las lipoproteínas. El licopense suministra a través de la dieta y se digiere en el tracto gastrointestinal de 10 a 30%. El licopeny sus metabolise liberan y se transportan a través de la lipoproteína de baja densidad y la lipoproteína de muy baja densidad, y finalmente se distribuyen a los tejidos diana. Circulan por el cuerpo y se acumulpreferentemente en los testículos, las glándulas suprarren, el hígado, la próstata y el tejido adiposo. Esta distribución desigual sugiere que tienen funciones biológicas únicas en estos tejidos, como la regulación del metabolismo lipídico en el hígado.

1.3. Función biológica del licopeno

Polvo de licopenoEs uno de los antioxidantes más fuertes entre los carotendespués de astaxantina. Otros antioxidantes incluyen -tocoferol, caroteno, criptoxantina, zeaxantina, -caroteny luteína. El licopenes un poderoso antioxidante, que es la base de su efecto promotor de la salud. Los carotenoides más abundantes en el plasma humano son − -caroteno, − -caroteno, − -criptoxantina,luteínaZeaxantina y licopeno. Estos seis carotenoides principales representan el 70% de todos los carotenoides en el plasma y los tejidos humanos. En términos de la función biológica, el licopenactúa principalmente como un oxígeno singlete y peroxilo secuestrador de radicales. Lycopene&#La única estructura de doble enlace 39;s lo hace muy superior a otros carotenoides en la eliminación de radicales peroxilo humanos y animales. El licopeno es dos veces más eficaz que el betacaroteno y 10 veces más eficaz que el alfa-tocoferol para eliminar oxígeno singlete (un tipo de ROS). El mecanismo de acción del licopensobre las sustancias activas puede explicarse por tres posibles mecanismos: la formación de aductos, la transferencia de electrones a radicales libres y la extracción de hidrógeno alílico. Entre ellos, la formación de aductos, los radicales libres se unen a la cadena de polieno, es decir, los dobles enlaces altamente conjugde licopeno, para formar aductos de radicales licopeno-peroxilo.

Además de neutralizar ROS, el licopeno también activa la expresión de genes que codifican NAD(P)H:Glutatión reductasa y glutatiónS-transferasa, que ayudan a eliminar los radicales libres y reducir el daño inflamatorio. Estas enzimas son consideradas enzimas antioxidantes y de desintoxicación, también conocidas como enzimas de protección celular de fase II. La región promotora de los genes inducibles que codifican estas enzimas contiene son, que, al unirse a Nrf2, conduce a un aumento en la expresión de estos genes. La vía de señalización Nrf2/ARE es un importante mecanismo endógeno de defensa antioxidante. El licopenactúa principalmente como un agente antiestrés, aliviando el estrés oxidativo y manteniendo la salud de las aves de corral al activar el sistema de transcripción Nrf2/ARE. Keap1 es un receptor específico para el gen Nrf2. El licopenbloquea la Unión de Nrf2/Keap1, liberando Nrf2, que luego es transportado al núcleo celular y aumenta la expresión de enzimas de protección celular de fase II en aves de corral sometidas a estrés térmico. Además, un cuerpo creciente de investigación ha demostrado que el licopeno tiene potencial antiinflamatorio, anticanceroso y antidiabético. El licopentambién se ha demostrado que tiene efectos protectores cardiovasculares, efectos neurobiológicos y efectos reductores de la presión arterial y antiagregplaquetaria.

2. Aplicación de licopeno en la alimentación del ganado

2.1. Efectos sobre el rendimiento de la producción

Sun et al. reported that a daily supplement of 50 mg/kg lycopene during gestation and lactation can improve the reproductive performance of sows, including an increase in the rate of live piglets born, the rate of live piglets weaned, the birth weight of litters, the weight of litters weaned, and a reduction in the rate of dead piglets born. The final conclusion was that lycopene can improve the reproductive performance of sows by regulating milk composition, placental immunity and antioxidant capacity. During the fattening period, dietary lycopene supplementation does not affect animal production performance. Fachinello et al. that various lycopene additive levels (12.5, 25, 37.5 and 50 mg/kg) did not affect the growth performance of finishing pigs, and that feeding finishing pigs 12.5, 25, 37.5 and 50 mg/kg of lycopene did not affect their carcass characteristics or relative organ weights.

Un et al. demostró en un estudio de nutrición avícola que 20 mg/kg de licopeno o 1,7% de pasta de tomate en la dieta durante 28 días aumentaron el peso de los huevos y la producción de huevos en gallinas Hy-line Brown. Wan et al. mostraron que 10, 20 o 30 mg/kg de licopenaumentaron el aumento de peso diario promedio de los pollos de engor. Sin embargo, en un estudio realizado por Lee et al., no se observaron efectos positivos de las dietas que contienen 10 o 20 mg/kg de licopeno o 17 g/kg de pasta de tomate sobre el rendimiento de crecimiento y el peso relativo de los órganos de los pollos de engorcuando se utilizó pasta de tomate como fuente de licopeno. Se ha demostrado que el licopeno tiene un efecto estimulante del crecimiento en animales sometidos a condiciones de estrés (por ejemplo, estrés por calor) y contaminación de piensos con micotoxinas. Bajo condiciones de estrés térmico, la adición de 0, 200 y 400 mg/kg de licopendurante 42 días consecutivos también demostró mejorar linealmente el rendimiento de crecimiento de los pollos de engorross 308, como lo evidenciun aumento en el consumo acumulado de alimento, un aumento en el peso corporal y una disminución en el índice de conversión del alimento. Sarker et al. En condiciones de desafío alimentario con aflatoxina B1, la administración de suplementos de licopena 100 mg/kg aumentó el aumento de peso diario promedio de los pollos de engorde de 1 a 12 días de edad, y la administración de suplementos de licopena 200 mg/kg y 400 mg/kg aumentó el aumento de peso diario promedio de los pollos de engorde de 22 a 42 y de 1 a 42 días de edad, respectivamente.

2.2. Efecto sobre la calidad de la carne y la calidad de los huevos

Licopeno, como aditivo alimentario natural, has attracted widespread attention in animal production for improving meat and egg quality. Wen et al. reported that the addition of lycopene to the diet improved the meat quality of finishing pigs, including a decrease in L* and b* values, an increase in a* values, and an increase in intramuscular fat and crude protein content in the longissimus dorsi muscle. Lycopene was also shown to promote the conversion of muscle fibre types in pigs, which is important in determining meat quality. In the study by Wen et al., the addition of lycopene resulted in an upregulation of mRNA levels of myofibrillar markers such as cytochrome c, myosin heavy chain IIa and myosin heavy chain IIx in the longissimus dorsi muscle of finishing pigs. Lipid oxidation can have a negative impact on the colour, nutritional value and flavour of meat as well as its shelf life. Wen et al. also showed that the addition of lycopene improved the antioxidant status of the longissimus dorsi muscle of finishing pigs, as evidenced by increased total superoxide dismutase and catalase activities, reduced MDA levels, and up-regulated mRNA levels of SOD1, SOD2, CAT, GPX1, GST, GR and Nrf2 (all of which are oxidative stress response factors). Similar results were reported by Correia et al., who observed improved oxidative stability in the longissimus dorsi muscle of piglets after feeding 5% tomato pomace for 5 weeks. However, An et al. found that the addition of 20 mg/kg lycopene + 3.4% tomato paste or 10 mg/kg lycopene + 1.7% tomato paste to the feed had no effect on the fatty acid composition of the abdominal meat of finishing pigs in a 28-day feeding trial.

En cuanto a la calidad de los huevos, Shevchenko et al. mostraron que la adición de licopen(20, 40, 60 mg/kg) a la dieta de galponw36 de alta línea durante 90 días mejoró la calidad de los huevos, con un aumento de los niveles de carotenoides y el color de la yema en los huevos frescos y los huevos almacenados a 4°C y 12°C. Orhan et al. mostraron que alimentar a las gallinas Lohman LSL con 20 mg/kg de polvo puro de licopeno o polvo de tomate durante 84 días aumentó el peso del huevo, el color de la yema, el peso de la yema, la relación yema a huevo y los niveles de licopende de yema y redujo los niveles de MDA y colesterol de la yema de huevo. En el estudio realizado por An et al., la adición de 10 y 20 mg/kg de licopeno al alimento durante 28 días aumentó el color de la yema del huevo y las concentraciones de licopeny redujo las concentraciones de MDA en los huevos de color marrón hyline.