¿Cuáles son los usos de la astaxantina en la acuicultura?

Lunastaxantina es un tipo de carotenoide que no sólo tiene un buen efecacolorante en los animales acuáticos, sino que también tiene el efecto de prevenir la decoloración y el deterioro y mantener los alimentos frescos [1]. Astaxantina tiene funciones tales como alta eficiencia anti-oxid, anti-cáncer, mejora inmune, protección de los ojos y la protección del sistema nervioso central, y es actualmente ampliamente utilizado en la producción de medicamentos, piensos, alimentos y cosméticos [2]. Lasfuentes de astaxantina incluyen la síntesis artificial y la extracción naturAl.En la actualidad, los productos naturales comunes astaxantina en el país y en el extranjero se derivan principalmente de residuos de productos acuáticos, microorganismos y plantas modificadas genéticamente. En la industria de la acuicultura, la astaxantina se utiliza principalmente como un nuevo y altamente eficaz aditivo alimentario y se utiliza ampliamente.

1 introducción a la astaxantina

Astaxantina tiene la fórmula molecular C40H52O4. Es un pigmento soluble en grasa y soluble en agua. La astaxantina cristalina tiene un punto de fusión de 224°C. Es un polvo oscuro de color púrpura marrón celun color rosa. Es insoluble en agua, pero soluble en disolventes orgánicos como acetona, benceno y cloroform. Astaxantina se encuentra ampliamente en los organismos vivos, especialmente en peces, camarones, cangrejo, y las plumas de aves como flameny ibises, así como en la carne del salmón y la trucha, y las conchas de camarón y cangrejo. Los animales no pueden sintetizar astaxantina por sí solos, y aunque algunos crustáceos pueden convertir otros carotenoides en astaxantina, no pueden cumplir celsu cuerpo#39;s necesidades, por lo que deben ser ingeride la comida. La mayoría de los peces y crustáceos marinos contienen astaxantina, que se obtiene generalmente del fitoplancton y zooplancton a través de la cadena alimentaria [3-4]. Astaxantina no sólo da a los animales acuáticos un buen aspecto, también es un nutriente esencial para el crecimiento animal y el desarrollo.

Las moléculas de astaxantina tienen un grupo hidroxilo (-OH) en cada extremo de la estructura cíclica, que puede formar monoésteres y diésteres con ácidos grasos. Los grupos esterificados en organismos actúan como un puente para que la astaxantina se una a las proteínas. El estado libre o esterificado afecta a la estabilidad de astaxantina en el cuerpo, el grado de Unión a las proteínas y la tasa de metabolismo. Por ejemplo, la superficie de los camarones y cangrejos sanos vivos es verde, y cuando se cuece se vuelve rojo anaranjado, que es causado por la separación de astaxantina esterificada de la proteína.

2 formas y fuentes de astaxantina

2.1 formas de astaxantina

Astaxantina se distribuye de manera diferente en diferentes animales y tejidos, y es más estable cuando se almacena en organismos vivos. La piel, escamas y huevas de los peces contienen principalmente astaxantina esterificada, mientras que los músculos, el plasma sanguíneo y los órganos internos contienen principalmente astaxantina libre. En crustáceos como cangrejos y camar, la astaxantina esterificada se deposiprincipalmente en la concha, gónadas y hepatopáncreas.

2.2 fuentes de astaxantina

Actualmente, elProcesos de producción de astaxantina maduraIncluyen la extracción biológica y la síntesis química. Astaxantina naturalcomún se deriva principalmente de residuos de productos acuáticos, microorganismos y plantas modificadas genéticamente. Estructura Molecular de astaxantina (figura 1): cuatro unidades de isopreno están Unidos en forma de un doble enlace insaturconju. La larga estructura de doble enlace insaturconjugada es muy sensible a la luz, calor, ácidos, álcalis, óxidos y enzimas [5]. Por lo tanto, cómo optimizar el proceso de extracción para extraer astaxantina natural con la máxima eficiencia se ha convertido en un hotspot de investigación internacional.

2.2.1 método de síntesis química

Hay dos métodos para sintetizar la astaxantina: síntesis directa y síntesis indirecta. El método de síntesis directa comúnmente utiliza monómeros carotenoides sintéticos para la síntesis directa, mientras que el método de síntesis indirecta obtiene astaxantina por oxidde otros carotenoides. Los procesos de síntesis para ambos métodos son muy complejos, y la astaxantina obtenida es 100% libre, y sobre todo en la configuración cis (astaxantina natural es sobre todo en la configuración trans).

2.2.2 extracción a partir de residuos de tratamiento acuático

En 2022, China' la producción anual de productos acuáticos alcanzará los 68,69 millones de toneladas. Los desechos de productos acuáticos son un recurso rico, y la extracción de astaxantina de los desechos de productos acuáticos puede traer enormes beneficios económicos y promover el desarrollo sostenible de China's industria acuícola. Los métodos tradicionales de extracción de astaxantina incluyen extracción alcalina, solubilide de aceite, extracción de Soxhlet y extracción con disolvente orgánico. En los últimos años, nuevos métodos como la extracción enzim, cavitación a presión negativa, homogeneia alta presión, líquidos iónicos, campos eléctricos pulsados y extracción de fluido supercrítico se han utilizado para extraer astaxantina con bajo consumo y alta eficiencia.

Zu Yuangang et al. [6] realizaron un estudio preliminar sobre las diversas condiciones de proceso para la extracción de astaxantina por el método de cavitación a presión negativa, y obtuvieron los parámetros óptidel proceso de extracción: un disolvente de extracción de etanol al 80% en masa, un tiempo de extracción de 35 meny un volumen de aireación de 0,2 m3/h. Martínez et al. [7] compararon las tasas de extracción de astaxantina de HaematoEl cocopluvialis mediante tratamiento con campo eléctrico pulsado, molición, descongelación, tratamiento térmico y tratamiento ultrasónico. Los resultados mostraron que la tasa de extracción de astaxantina después del tratamiento con campo eléctrico pulsado fue del 96%, y la tasa de extracción más alta de otros métodos de extracción fue del 80%.

Zhang Ye et al. [8] estudiaron el efecto de la celulasa, la pectinasa y la enzima compleja en la rotura de la pared de Haematococcuspluvialis, y optimila extracción enzimasistida por rotura de pared de astaxantina por superficie de respuesta. Se encontró que cuando la relación de actividad de la enzima celulasa y pectinasa fue 1:1 (U/ U), la cantidad de la enzima 7 000 U/mL, pH 4,9, temperatura 49 ℃, tiempo 6 h, tasa de extracción de astaxantina 71,08%, y el método de la enzima compuesta es simple, suave, verde, seguro y eficiente. Además, los métodos de purificación para astaxantina como la cromatode columna, cromatolíquida de alto rendimiento, recristalización, y cromatode contracorriente de alta velocidad también se están desarrollando constantemente. El contenido de astaxantina en los residuos de productos acuáticos es relativamente bajo, y el proceso de extracción es complejo y caro. Por lo tanto, la extracción rentable de astaxantina se ha convertido en un problema apremipara la industria de producción.

2.2.3 producción microbiana

Muchos tipos de microorganismos naturales (algas, hongos, bacterias, etc.) pueden sintetizar astaxantina natural. En la actualidad, Xanthophyllomyces dendrorhous y Haematococcus Pluvialis son los más ampliamente estudiados y utilizados para la producción [9-10]. Una buena cepa de Xanthophyllomyces dendrorhous puede acumular astaxantina representando aproximadamente el 0,5% del peso seco, y el proceso de fermentación es maduro, por lo que el producto se puede obtener en poco tiempo [11]. Senembargo, se ve muy afectada por las condiciones de fermentación como la fuente de carbono, la fuente de nitrógeno, la temperatura, el pH y el oxígeno disuelto, y el costo de la fermentación es alto. La astaxantina producida es el isómero dextrorsa con baja actividad antioxidante, por lo que Xanthophyllomyces dendrorhous no puede ser utilizado como la mejor herramienta de producción de astaxantina natural.

La herramienta de producción principal en la actualidad esHaematococcus pluvialis, que puede acumular astaxantinaRepresenta del 4 al 5% del peso seco de la cepa. Senembargo, las condiciones de crecimiento de Haematococcus pluvialis son extremadamente duras, con altos requerimientos de calidad del agua, luz y ambiente de cultivo exigentes, el ciclo de cultivo es largo, los requerimientos técnicos son estrictos, y la acumulación de astaxantina en su cuerpo ocurre bajo condiciones de estrés que no son adecuadas para la acumulación de biomasa celular. Por lo tanto, la producción a gran escala es difícil [12-13].

2.2.4 producción de plantas modificadas genéticamente

Los precursores − -caroteno y − -carotenhidroxilnecesarios para la síntesis de astaxantina son ubicuen las plantas superiores, pero no contienen − -caroteno cetolasa y por lo tanto no pueden sintetizar astaxantina. La investigación actual ha introducido con éxito la beta-carotencetolasa en las plantas para producir astaxantina en el tabaco [14-15], patatas [16], Arabidopsis[17], loto [18], maíz [19], y otras plantas. Senembargo, el contenido de astaxantina producido en las plantas transgénicas es inestable, y hay problemas tales como la acumulación de metaboliintermedios. Por lo tanto, el descubrimiento y la utilización de la planta 's propios genes relacionados con la síntesis de astaxantina (por ejemplo, los pétalos de la planta de Marigold contienen astaxantina, con un contenido de aproximadamente el 1% del peso seco de los pétalos [20]) se convertirá en una importante dirección de investigación para la ingeniería genética de la producción de astaxantina.

3 aplicación de astaxantina en acuicultura

Astaxantina se ha utilizado en la industria alimentaria, farmacéutica y de piensos, pero actualmente se utiliza principalmente en la acuicultura como un nuevo y altamente eficaz aditivo de piensos.

3.1 efecto de coloración

Astaxantina se puede combinar con diferentes tipos de proteínas para producir rojo, naranja, amarillo, verde, azul, púrpura y otros colores.

3.1.1 fomentar la coloración de los peces de piscifactoría

La adición de astaxantina a la alimentación puede hacer que la piel y los músculos de los peces de piscicomo el salmón y el esturiluzcan de color rojo brillante, y la carne sabe más deliciosa [21]. Nickell et al. [22] encontraron que el grado de coloración y la eficiencia de astaxantina aumentó con el aumento del contenido de sustancias lipídicas en el alimento al alimentar trucha arco iris con alimento de diferentes niveles de grasa. Zhang Chunyan et al. [23] encontraron que los valores de enrojecimiento y amarilldel músculo de Oncorhynchus mykiss fueron significativamente más altos en el grupo que recibió 1,0 g/kg de astaxantina sintética y en el grupo que recibió 0,1 g/kg de extracto de Haematococcus pluvialis que contenía astaxantina que en el grupo de control.

Nogueira et al. [24] encontraron que la complementación alimentaria con astaxantina (50 u 80 mg/kg durante 6 meses; O 50 mg/kg durante 3 meses, seguido de 80 mg/kg durante 3 meses) tuvo un efecto positivo sobre el tono de la piel y el croma de la aleta dorsal y la cola del pargo rojo, y los valores de tono y croma fueron cercanos a los de los individuos salvajes. Li Yao-peng et al. [25] seleccionmás de 170.000 truchas arco iris triploides (Oncorhynchus mykiss) con un peso promedio de aproximadamente 1 kg para llevar a cabo una prueba piloto sobre los efectos de los niveles de astaxantina en la dieta en el rendimiento de crecimiento, rendimiento y coloración muscular.

Se encontró que la adición de 40 mg/L y 30 mg/L de astaxantina a la alimentación, respectivamente, y la alimentación de 7 meses y 9 meses antes de que la trucha arco iris se comercializa, el color de la carne puede cumplir con los estándares. Wang Hongyu et al. [26] alimentaron al hexagramma otakii (Hexagrammos otakii) con alimento agregado a astaxantina. Los resultados después de 60 días mostraron que cuando la cantidad de aditivo fue de 0.10%--0.20%, el brillo, enrojecimiento y amarillamiento de la superficie dorsal de los peces, el enrojecimiento y amarillamiento del abdomen yel brillo y amarillamiento de la cola fueron significativamente mayores que los del grupo control. Cuando la cantidad aditiva fue de 0.05%-0.20%, la deposición de astaxantina en la piel dorsal, abdominal y caudal de los peces fue significativamente mayor que la del grupo control. Fueron significativamente más altas que las del grupo de control. Cuando el contenido de aditivo fue de 0,05% a 0,20%, la deposición de astaxantina en la piel de la espalda, el abdomen y la cola de los peces fue significativamente mayor que la del grupo de control.

3.1.2 fomento de la coloración de peces ornamentales

El color del cuerpo de los peces ornamentales es causado por la acumulación de los pigastaxantina y cantaxantina en el cuerpo, que producen el color pancromático. Los peces ornamentales no pueden sintetizar estos dos pigmentos y deben obtenerlos de la alimentación. Los piensos para peces ornamentales deben satisfacer las necesidades de crecimiento y desarrollo de los peces y la necesidad de mantener su color corporal brillante. La astaxantina, como el mejor agente colordisponible, puede ayudar a los peces ornamentales a mantener el color brillante de su cuerpo. Chen Xiaoming et al. [27] encontraron después de un experimento de 60 días que la adición de 60 mg/kg de astaxantina a la alimentación podría hacer que la coloración de los peces de colores más natural y vibrante. Wang Rui et al. [28] encontraron que la adición de 30 mg/kg de astaxantina a la alimentación podría mejorar significativamente el efecto de la deposición de pigmento en guppies, colas de espada rojas y peces de colores.

Sun Xueliang et al. [29] estudiaron la combinación de astaxantina con diferentes portadores (fosfolípidos, vitamina E) y encontraron que la combinación de astaxantina con los dos portadores vitamina E y fosfolípidos enroenrola significativamente el color del cuerpo del pez loro. Wang Junhui et al. [30] estudiaron el efecto de la astaxantina en el color corporal de la carpa koi (Cyprinus Carpio L.) y encontraron que los valores de enrojecimiento y amarillen el color corporal alcanzaron un máximo cuando la adición de astaxantina fue de 400 mg/kg.

3.1.3 efecto de coloración en camarones y cangrejos

El color del cuerpo del camarón y el cangrejo determina su valor de mercado. La astaxantina se combina con quitina en camarones y cangrejos para aparecer de color azulververdoso. Después de un calentamiento a alta temperatura, la proteína se separa de la astaxantina original, y el color cambia a rojo anaranjado. Jin Zhengyu y otros. [31] alimentaron a Macrobrachiumrosenbergii con 60 mg/kg de astaxantina durante 35 días. Los resultados mostraron que el contenido total de carotenoides en los camarones fue el más alto (119,38 g/kg), que fue un 40% superior al del grupo control. Chien et al. [32] añadi50 y 100 mg/kg de astaxantina en el alimento de gambas tigre japonesas, y después de 63 días, se encontró que la tasa de deposición de astaxantina en la concha y el músculo de las gambas había aumentado significativamente.

Long et al. [33] añadipolvo de Haematococcus pluvialis, que es rico en astaxantina natural, a la alimentación de cangrejos adultos de China mitten (Eriocheir sinensis), y encontró que el enrojecimiento de los ovarios de cangrejo y carapaces aumentó significativamente con el aumento en la cantidad de polvo de Haematococcus pluvialis añadido. Esto también fue confirmado por Su Fang's [34] experimentos, que encontraron que la alimentación de cangrejos con alimento de Haematococcus pluvialis puede mejorar significativamente el color y la calidad de los productos de cangrejo, con un aumento significativo en el contenido de astaxantina de los ovarios, hepatopáncreas, caparazón y epiderde los cangrejos. Hay una relación dosis-efecto significativa, y cuanto mayor es la adición de Haematococcus pluvialis, mayor es la acumulación de astaxantina en el cuerpo. Ma Nan et al. [35] propusieron que la adición de astaxantina sintética al alimento de engorpuede aumentar significativamente el contenido total de carotenoides, el color y la capacidad antioxidante en la cabeza y el tórax, el hígado y el páncreas y los ovarios del cangrejo mancho, e indicaron que el contenido de astaxantina sintética agregado al alimento de engorde de cangrejos hembra debe ser de aproximadamente 90 mg/kg.

3.2 fuerte efecto antioxidante

Shimidzu et al. [36] encontraron en un estudio in Vitro vitroque la astaxantina tiene una capacidad más alta de apagar el oxígeno singlet y eliminar los radicales libres que la luteína y la zeaxantina, y esto también fue confirmado por Lee et al. [37]. Wang Jiqiao et al. [38] alimentaron a juveniles de Apostichopus japonicus con alimento que contenía 30, 60 y 90 mg/kg de − -caroteny astaxantina, respectivamente, en condiciones de laboratorio de temperatura del agua de 11,0 a 20,0 β C, salinidad 35 y pH 7,5. Después de la alimentación de 80 d, se encontró que la capacidad antioxidante total promedio del líquido de la cavidad corporal de los grupos suplementados con astaxantina (12,77 U/mL) fue mayor que la de los grupos suplementados con ≥ -caroteno (8,7). Después de 80 días, se encontró que el valor medio de la capacidad antioxidante total (12,77 U/mL) del fluido de la cavidad corporal de cada grupo de Apostichopus japonicus alimentado con astaxantina fue 45,61% mayor que el valor medio (8,77 U/mL) de cada grupo alimentado con -caroteno, lo que indica que la capacidad antioxidante de astaxantina es mayor que la de -caroteno.

Feng Minglei et al. [39] agreg31,50 mg/kg de astaxantina de arroz de levadura roja (P-AST) y 32,96 mg/kg de astaxantina sintética (S-AST) a la dieta basal, respectivamente, y alimentaron a la trucha arco iris durante 112 días. Encontraron que tanto S-AST y P-AST podrían regular la función del sistema antioxidante y los genes relacionados con el metabolismo lipídico en el músculo rojo de la trucha arco iris. Después de alimentar a la trucha arco iris con 31,50 mg/kg P-AST y 32,96 mg/kg S-AST durante 112 días, se encontró que tanto S-AST como P-AST podían regular la función del sistema antioxidante en el músculo rojo de la trucha arco iris y la expresión de genes relacionados con el metabolismo lipídico.

Wang Zhaoxin et al. [40] diseñtres tipos de alimento con diferentes concentraciones de astaxantina mediante la adición de astaxantina más (que contiene 10% de astaxantina) a un alimento rico en isonitrogena e isoleucina, y lo alimentó a camarcamarlitopenaeus vannamei. Después de 112 días, el estudio demostró que la adición de una cantidad adecuada de astaxantina a la alimentación puede mejorar la capacidad antioxidante y la función inmune de los camarones. En términos de conservación de alimentos, Han Qingyou [41] encontró que la astaxantina no sólo puede usarse en la preservación de frutas y alimentos, sino que también proporciona una base científica para extender la vida útil de las frutas. Li Nian et al. [42] mostraron que un revestimiento compuesto de ganta-astaxantina-carboximetilquitosano de 60 y 90 mg/L es un método seguro, eficaz y factible para preservar Litopenaeus rossensis. Puede inhibir la disminución dela calidad sensorial de Litopenaeus rossensis durante la refrigeración, retrasar la oxidde los lípidos, y extender la vida útil de Litopenaeus rossensis por 3-4 días.

3.3 efecto antiestrés

Jyonouchi et al. [43] mostraron que la astaxantina puede aumentar la actividad de Th1 (célula T ayudante 1) y Th2 (célula T ayudante 2) en la respuesta inmunitaria humoral y también aumentar la producción de inmunoglobulinas IgA, IgM e IgG, de modo que los animales tienen una actividad inmunitaria reguladora más alta. Zhang et al. [44]encontraron que la adición de 125-150 mg/kg de astaxantina a la dieta del camarón vanamei puede aumentar la capacidad antioxidante del cuerpo del camarón y su tolerancia a la tensión hipóxica. Jiang et al. [45] encontraron que la adición de polvo de Haematococcus pluvialis a la dieta de cangrejos jóvenes de China puede reducir la mortalidad de cangrejos juveniles durante el estrés por amoníaco. Xie et al. [46] encontraron que la adición de Haematococcus pluvialis redujo la respuesta inflamen la Pomfret dorada (Trachinotus ovatus) después de 80 días de alimentación y una prueba de esfuerzo hipóxica aguda (1,2 mg/L). Tizkar et al. [47] mostraron que después de 70 días de alimentación con una dieta que contiene astaxantina (50-150 mg/kg), camarón japonés de estanque (Macrobrachium nipponense) podría tolerar diversos estrés físico y químico, tales como hipoxia, amoníaco estrés y estrés por frío.

3.4 promueve el crecimiento, la reproducción y el desarrollo

La adición de astaxantina a la alimentación puede mejorar significativamente el crecimiento y el rendimiento reproductivo de la trucha arco iris, aumentar la tasa de supervivencia de camarones jóvenes, la flotabilidad y la tasa de supervivencia de los huevos de peces, y aumentar la tasa de fertiliz, la tasa de supervivencia y la tasa de crecimiento de los huevos de salmón. Jin Zhengyu et al. [31] mostraron que la astaxantina puede aumentar significativamente la tasa de ganancia de peso de Litopenaeus vannamei. Li Chenlu [48] mostró que la astaxantina tiene un efecto significativo alivio en la respuesta al estrés oxidativo y el daño oxidativo causado por la microcistina en pez cebra(Barchydanio rerio var.), y cuanto mayor sea la concentración de astaxantina, mejor será el efecto en la mejora del estrés oxidativo en el cuerpo. Wang Zhaoxin et al. [40] mostraron que la adición de la cantidad correcta de astaxantina a la alimentación puede aumentar el contenido de proteína de la yema del ovari, la tasa de eclodel huevo fertiliz, la tasa de metamorfosis larval, y el número de larvas ameboides y larvas de copepod, mejorando así el rendimiento reproductivo de los camarones padres.

4 seguridad y perspectivas de aplicación de astaxantina

La astaxantina se encuentra en grandes cantidades en los alimentos cotidianos. Los alimentos de camarones y cangrejos contienen 80-100 mg/kg de astaxantina, el salmón salvaje contiene 30-58 mg/kg, las concentraciones promedio de astaxantina de los peces de alrededor de 40 mg/kg, y las concentraciones promedio de astaxantina de los mariscos de alrededor de 10 mg/kg. En los últimos años, los resultados de muchos estudios toxicológicos en animales y seres humanos también han demostrado que la astaxantina es seguro y no tóxico [49-50].

Debido a sus importantes funciones fisiológicas y valor económico, astaxantina tiene un gran potencial de aplicación en la acuicultura, aditivos alimentarios, cosméticos y productos farmacéuticos. Con el desarrollo de diversas industrias en el país y en el extranjero, la demanda de astaxantina seguirá aumentando. En la actualidad, la síntesis y extracción de astaxantina internacionalmente generalmente tienen las desventajas de la síntesis compleja y métodos de extracción, bajos rendimientos, y altos costos, y no puede satisfacer las necesidades de la producción comercial a gran escala. El uso de la biotecnología moderna para llevar a cabo investigaciones sobre la cría de cepas de astaxantina de alto rendimiento tiene amplias perspectivas de desarrollo y aplicación y debe incluirse en los planes de investigación clave.

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