¿Cuáles son los usos y beneficios de la astaxantina en la alimentación Animal?

astaxantina is a carotenoid extracted mainly from aquatic animals. It has various physiological functions and is therefore a research hotspot in the animal husbandry industry. Due to its extremely strong antioxidant activity, which is more than 10 times that deother carotenoids and more than 550 times that of vitamins, astaxantinais also known as the “super vitamin”. Astaxanthin can effectively inhibit oxidative damage and cancerous changes in cells, as well as prevent ultraviolet radiation, enhance the body's resistencia, y resistir enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares. Está desempeñando un papel cada vez más importante en industrias como la salud y la producción de piensos [1]. Este artículo revisa las propiedades físicas y químicas, las características estructurales, las fuentes de producción, la aplicación en la ganadería y la seguridad de astaxantina, con el fin de proporcionar referencia teórica para la aplicación de astaxantina en China#39;s industria pecuaria.

1 propiedades fisicoquímicas y características estructurales de astaxantina

1.1 propiedades fisicoquímicas

La astaxantina, también conocida como proteína amarilla de camarón o sustancia amarilla de camarón, es un tipo de sustancia cristalina de color rojo violáceo extraído por primera vez de las langostas por el químico alemán Richard Kuhn. Por lo tanto se llama astaxantina. Más tarde, se determinó que la astaxantina era un caroteno estrechamente relacionado con el pigmento rojo de camar. Betacaroteno, luteína, cantaxantina, licopen, etc. son todos intermediarios sintéticos de los carotenoides, y astaxantina es el producto con el más alto nivel de síntesis entre los carotenoides. También es actualmente la sustancia con la actividad antioxidante más fuerte descubierta por los seres humanos en la naturaleza, con propiedades antioxidantes que superan con creces las de los antioxidantes existentes. El nombre químico de astaxantina es 3,3' dihidroxy-4,4'-dione-beta,beta' -caroten, con la fórmula molecular C40H52O4 y Masa molecular relativa 596.84, punto de fusión 215~216℃, punto de ebulli774 ℃, polvo sólido rojo, soluble en grasa, insoluble en agua.

1.2 características estructurales

La estructura molecular de astaxantina se muestra en la figura 1. La estructura media está compuesta de un doble enlace conjuque consta de cuatro unidades de isopreno, y las estructuras finales están compuestas de hexaheterociclos de -hidroxiperilleno. El C-3 y C-3' Las estructuras del anillo final son dos centros quirales. El doble enlace conjuen la estructura media puede atraer los electrones no parede de los radicales libres o proporcionar electrones a los radicales libres, eliminando así los radicales libres y jugando un papel antioxidante. Debido a la estructura especial de la cadena de doble enlace conjug, grupo cetona insatury grupo hidroxilo, astaxantina es propensa a reacciones de degradación con la luz, el calor y el oxígeno, formando astaxantina.

La astaxantina tiene dos conformaciones para cada centro quiral, y cada átomo de carbono quirpuede existir en la forma de R o S. por lo tanto, la astaxantina tiene tres isómeros: (3S, 3'S), (3R, 3'R) y (3R, 3'S) hay un total de 3 isómeros, de los cuales (3S, 3'S) y (3R, 3'R) are enantiomers. Astaxanthin exists in trans and cis structures due to the different ways in which the carbon-carbon double bond groups are linked. Astaxantina Natural is almost entirely trans, and both are chemically synthesized. Among them, the natural trans-form of astaxanthin has higher biological activity, while the cis-form of astaxanthin has extremely low biological activity. Animals have weak absorption of cis-form astaxanthin. Therefore, the trans-form of astaxanthin is generally selected in the animal husbandry industry [2].

2 métodos de producción de astaxantina

A principios del siglo XX, astaxantina natural se extrae principalmente de camarones, cangrejos y otros organismos utilizando métodos de purificación natural. Con el progreso de la ciencia y la tecnología, químicamente sintetizastaxantina en silencio salió, pero debido a las diferencias en la estructura molecular y otros aspectos, su efecto y la seguridad son mucho más bajos que el de astaxantina purinatural.

2.1 astaxantina sintética

The main synthetic route paraastaxanthin is to use the carotenoid − -caroteno as a starting point, introduce two hydroxyl groups and a ketone group on the 3rd and 4th carbons of the aromatic ring of β-carotene, and finally form astaxanthin. At present, the most widely used method parasynthesizing astaxanthin is the Wittig reaction, while the semi-synthesis method uses carotenoids such as canthaxanthin, zeaxanthin and lutein as raw materials to prepare astaxanthin. The main features of chemically synthesizing astaxanthin are its simple preparation process and low cost. However, it exists in the form of three stereoisomers and contains by-products, and its stability, safety and antioxidant activity are not satisfactory [3]. In particular, in practical production applications, the bioavailability of natural astaxanthin in animals is stronger than that of synthetic astaxanthin. When the feeding concentration is low, the concentration of natural astaxanthin in the blood of rainbow trout is significantly higher than that of synthetic astaxanthin, and synthetic astaxanthin cannot be converted into the natural configuration in animals. The biological efficacy and coloring ability are much lower than those of natural astaxanthin of the same concentration [4]. In view of this, the global management of chemically synthesized astaxanthin is becoming increasingly strict, and countries have also made corresponding management regulations. The US Food and Drug Administration (FDA) has banned the use of chemically synthesized astaxanthin in the health food market.

2.2 astaxantina Natural

Natural astaxanthinExiste principalmente en forma de 3S, 3'S, que tiene mayor actividad biológica. Hay dos métodos principales de producción: un método es extraer krill, langosta, trucha, salmón, algas, levaduras, bacterias y desechos de procesamiento acuático [5]. En la actualidad, hay alrededor de millones de toneladas de residuos de productos acuáticos en todo el mundo cada año. Astaxantina Natural se puede obtener por tritur, rompila pared celular, hidroliz, y la extracción. Este método puede promover el desarrollo saludable de la industria acuícola y reducir la presión sobre el medio ambiente ecológico.

Sin embargo, estos residuos de productos acuáticos contienen impurezas como la quitina y las cenizas. Cómo maximizar la extracción de astaxantina y eliminar las impurezas es la clave para resolver los problemas de calidad del producto y los costos de producción. Otro método es producira través de la fermentación microbiana de Rhodotorula glutinis, Chlorella pyrenoidosa, microorganismos unicelulares como la levadura roja, Chlorella vulgaris, HaematoEl cocopluvialis, Saccharomyces cerevisiae, Gluconobacter y así sucesivamente. Este método tiene las ventajas de baja presión ambiental, productos claros y pocos subproductos [6] y es actualmente el principal método de producción de astaxantina. Sin embargo, este método tiene altos requerimientos para las condiciones de cultivo y cepas. Chi et al. [7] usaron ingeniería genética para modificar la levadura roja de alto rendimiento MK19, y la producción de astaxantina se incrementó 17 veces en comparación con el tipo silvestre. El método de fermentación de astaxantina usando fermentación de levadura roja tiene las ventajas de un tiempo de cultivo corto y un cultivo de alta densidad que se puede lograr por propagación masiva. La levadura también es una buena materia prima proteínica para piensos, por lo que la selección de variedades de levadura roja de alto rendimiento ha atraído mucha atención. Si se puede seleccionar una cepa de levadura roja de alto rendimiento, sin duda facilitará aún más la producción a gran escala de astaxantina y promover su aplicación en la cría de animales.

3 aplicación de astaxantina en la cría de animales

3.1 efecto de astaxantina en la calidad de los productos de ganado y aves de corral

El Color y la retención de agua son indicadores importantes de la calidad de los productos de ganado y aves de corral. Entre los factores que afectan a estos indicadores se incluyen el contenido de pigmentos y la actividad de enzimas antioxidantes del producto. Astaxantina tiene ventajas innen términos de coloración y propiedades antioxidantes, y es el agente colorpreferido en los alimentos acuáticos y aves de corral. Como el paso final en la síntesis de carotenoides, astaxantina puede ser almacendirectamente y depositado en el tejido muscular después de entrar en el animal's cuerpo, y no puede unirse específicamente a la mioglobina [8]. Por lo tanto, la adición de astaxantina para la alimentación puede mejorar eficazmente el color de los productos de ganado y aves de corral, mejorar su valor nutricional y la competitividad en el mercado.

Conradie et al. [9] found that adding astaxanthin to the feed can make the feet, skin, beaks, and feathers of laying hens appear in varying degrees of red or golden yellow, increase the weight of whole eggs and huevoyolks, promote poultry growth, and increase egg production. Liu Bing [10] found that the antioxidant enzyme activity of the muscle tissue and egg Yema de huevoof laying hens increased with the increase of the amount of astaxanthin added to the diet. Fu Xingzhou et al. [11] found that astaxanthin can significantly increase the a* and L* values of the redness and brightness of chicken meat after slaughter. There has also been a gradual increase in research on astaxanthin in livestock animals. Carballo et al. [12] found that when studying the meat quality of lambs, adding astaxanthin to a commercial butylated hydroxytoluene-containing milk powder can increase the a* redness value of the post-slaughter lamb and fat, thereby improving the lipid stability of frozen meat. Li Xinjie et al. [13] found that adding astaxanthin to the diet of fattening pigs can reduce the brightness value L* and yellowness value b* of the loin muscle, deepen the color of the meat, and the quality is better.

3.2 efecto de astaxantina en el rendimiento reproductivo de ganado y aves de corral

La astaxantina puede apagar el oxígeno singlete y eliminar los radicales libres. También puede mejorar la función de defensa del sistema endógeno de enzimas antioxidantes al reducir la permede la membrana y limitar la penetración de oxidantes en las células. Astaxantina puede mejorar la calidad del semen mediante la reducción continua del nivel de daño oxidativo a los espermatozoides de ganado y aves de corral, y mejorar el rendimiento reproductivo de las hembras animales mediante el aumento de la actividad de superóxido dismutasa de células cumultérmicamente impac[14]. Estudios han demostrado que la adición de astaxantina al semen de pollo puede mejorar significativamente las actividades de superóxido dismutasa y glutatión peroxiden el semen y mejorar la integridad de la membrana plasmática del esperma [15]. En experimentos In vitro, la adición de astaxantina al medio de maduración de ovocitos porcinmejoró el crecimiento y el desarrollo en todas las etapas en diversos grados [14]. Hu Yamei [16] encontró que la cantidad adecuada de astaxantina puede mejorar significativamente la calidad del semen de cerdo a temperatura ambiente. Kamada et al. [17] encontraron que la adición de concentraciones bajas de astaxantina al medio de cultivo de células lúteas bovinas puede aumentar el contenido de progesterona en el medio de cultivo. Por lo tanto, la adición de astaxantina a la alimentación tiene el potencial de mejorar la función lútea.

3.3 efecto de astaxantina en el rendimiento de producción de ganado y aves de corral

Como un nuevo tipo de aditivo alimentario, astaxantina puede mejorar la tasa de utilización del alimento y la tasa de crecimiento de ganado y aves de corral. Algunos estudios han demostrado que la adición de astaxantina a la dieta de las gallinas ponedoras puede mejorar la estabilidad de almacenamiento de los huevos de DHA y aumentar la producción de huevos. Kumar et al. [18] encontraron que la adición de astaxantina a la dieta de los terneros puede mejorar significativamente la tasa de conversión del pienso y aumentar el peso corporal. Lin et al. [19] encontraron que una combinación de astaxantina y diacetato de sodio en los piensos para lechones puede mejorar la capacidad antioxidante y la digestibilidad de nutrientes de los lechones, mejorando así su rendimiento. Perenlei et al. [20] encontraron que la astaxantina puede aumentar el aumento de peso diario y el porcentaje de grasa abdominal de los pollos de engor. Sin embargo, otros estudios han demostrado que la adición de astaxantina natural a la dieta de las gallinas ponedoras no tiene efecto sobre el rendimiento de la producción [21,22].

3.4 efecto de la astaxantina en la inmunidad del ganado y las aves de corral

The level of immunity in livestock and poultry directly affects their health and growth rate. The effect of astaxanthin on the immunity of livestock and poultry is mainly reflected in the following three aspects: first, its antioxidant effect. Astaxanthin has strong antioxidant properties, can scavenge free radicals, inhibit oxidative stress, protect immune cells, and prevent the immune system from damage. Second, it enhances the number and activity of immune cells. Astaxanthin can increase the number of immune cells such as lymphocytes, neutrophils and macrophages, thereby enhancing the body's capacidad inmune.

Tercero, promueve la producción de inmunoglobulinas. Astaxantina puede promover la vitalidad de las células B en el sistema inmune, aumentar la producción de inmunoglobulinas (IgG, lgA e IgM), y mejorar la capacidad de respuesta inmune humoral.

En resumen, astaxantina puede ser utilizado como un antioxidante eficaz y potenciinmune en la ganadería para mejorar la inmunidad y la resistencia a las enfermedades del ganado y las aves de corral. Sin embargo, astaxantina no puede reemplazar ningún medicamento en el tratamiento de enfermedades. Al mismo tiempo, la absorción y la utilización de astaxantina por diferentes especies de animales también pueden diferir, y los ajustes y las elecciones apropiados necesitan ser hechos en la aplicación real.

4 seguridad de la astaxantina en la cría de animales

La astaxantina es segura y no tiene efectos secundarios tóxicos. Se utiliza ampliamente en la alimentación animal y, en cantidades moderadas, puede promover el crecimiento y el desarrollo de los animales sin afectar negativamente a la salud animal. Esto ha sido demostrado en muchos experimentos. Jin Wei et al. [23] llevaron a cabo un experimento de alimentación de 30 días con astaxantina en ratas, y encontraron que no había anomalías en el crecimiento y desarrollo de las ratas, y en general se desempeñbien. No se observaron cambios anormales significativos en los resultados de diversos indicadores o exámenes histopatológicos. Lin et al. [24] mostraron que, en comparación con el grupo de control, no se encontraron diferencias biológicas significativas en los parámetros clínicos como peso corporal, hematología, análisis de orina y peso orgánico en ratones que habían recibido astaxantina de forma continua durante 13 semanas. Shi Lili et al. [25] usaron métodos de evaluación toxicolcomo pruebas de toxicidad aguda, pruebas de genotoxicidad y un ensayo de alimentación con ratas de 30 días para evaluar la seguridad del consumo de astaxantina. No se observaron efectos secundarios tóxicos significativos de astaxantina. Lin Feiliang et al. [26] también revelaron que el extracto de Haematococcus pluvialisera seguro en una prueba de alimentación de 90 días y una prueba de teratología en ratas.

Worldwide, astaxanthin is used in a wide range of applications. In North America, in April 2009, the FDA approved astaxanthin as a component of a mixed coloring agent for use in fish feed. In 2000, Haematococcus pluvialis polvoand Rhodopseudomonas palustris were approved for use in fish feed to color salmon, and achieved the desired feeding results. In the European Union, astaxanthin is approved as a new ingredient for dietary supplements. In 2009, China approved astaxanthin for use as a feed additive, and Haematococcus pluvialis was approved as a new food resource in 2010. In general, the use of astaxanthin in animal feed is safe, but it should be avoided if the animal is allergic to astaxanthin, carotenoids, the source of astaxanthin, or drugs that inhibit 5-alpha reductase. In addition, attention should be paid to the amount used and the combination with other feed ingredients to avoid affecting the health of the animal.

5 resumen

Astaxanthin is one of the most important carotenoids in nature. It has attracted the attention of animal nutritionists because of its important role in improving the growth performance, survival rate, reproductive performance, and disease resistance of livestock and poultry. Due to its significant effect on improving the color, reproductive performance, production performance, and immunity of livestock and poultry, the amount of astaxanthin used in animal husbandry has increased rapidly, and it has great application value and development potential. However, there is not much research on the application of astaxanthin in the breeding of livestock and poultry, especially ruminants, and many of its mechanisms of action are still unclear. With the increasing market demand for astaxanthin, the large-scale production of astaxanthin through synthetic biology, molecular biology, metabolic engineering and other new technological methods is the focus of research. The screening, extraction and purification of Astaxantina de alto rendimiento strains are key points and difficulties. In short, the production and application of astaxanthin is an extremely attractive and challenging field. It is expected that with the help of new biotechnology, the large-scale production and application of astaxanthin will see new developments.

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