¿Para qué sirve la astaxantina?

Actualmente, los principales colorantes añadidos a la acuicultura son colorantes naturales y carotensintetizquímicamente. Los colorantes naturales se refieren a los extractos de animales, plantas y microorganismos que son ricos en carotenoides y luteína. Los carotenoides sintetizquímicamente incluyen carotenoides y luteína. Astaxantina se puede extraer de forma natural o sintetizquímicamente. Es un derivado de los carotenoides que contiene oxígeno y ahora es uno de los colorantes de alimentación más utilizados en la acuicultura. Este artículo describe la estructura, las propiedades, los métodos de producción, los efectos de la aplicación en la acuicultura y las perspectivas de desarrollo de la astaxantina.

1 estructura y propiedades físicas y químicas de astaxantina

astaxantinaTambién conocido como camaramarillo, tiene el nombre químico 3,3' dihidroxy-4,4'-dione-beta,beta' -carotencon la fórmula molecular C40 H52 O4. Es un carotende tipo ceto que contiene dos grupos hidroxilo (-OH) y dos grupos ceto (=O). La mayoría de sus formas naturales existen como ésteres.

Astaxantina es un compuesto orgánico que contiene oxígeno con un color rosa. Es insoluble en agua, pero soluble en la mayoría de disolventes orgánicos. Es inestable en presencia de ácidos, oxígeno, altas temperaturas y luz ultravioleta, y se oxida y degrada fácilmente.

2. Métodos de producción de astaxantina

Hay dos métodos principales de producción de astaxantina: extracción natural y síntesis química.

2.1 extracción Natural de astaxantina

Astaxantina Natural is often found in certain animals, algae and microorganisms. Its production can be divided into extraction from animals and their by-products, extraction from algae and microbial fermentation.

2.1.1 extracción de animales y sus subproductos

La astaxantina está ampliamente distribuida en los cuerpos de los animales acuáticos y en las conchas de moluscos (Goodwin, 1984). Estos animales no pueden sintetizar astaxantina por sí mismos, y toda la astaxantina en sus cuerpos proviene de los alimentos (principalmente algas en el agua). Después de que Karrer et al. (1932) extrajeron por primera vez astaxantina de los huevos de cangrejo, los subproductos de los productos acuáticos de crustáceos (camarones, cangrejo) han sido la principal fuente de astaxantina natural. En Noruega, la astaxantina se extrae de cáscaras de camarón triturpor hidrólisis ácida o enzim, seguida de extracción con un solvente orgánico. El rendimiento puede alcanzar alrededor de 150 mg/kg, y el contenido de astaxantina del pigmento extraído es superior al 90%. Sin embargo, debido a que el contenido de pigmento en la mayoría de los subproductos de camarón y cangrejo es bajo, de sólo 80 a 200 mg/kg, y los costos de extracción son altos, este método no es adecuado para la producción comercial y tiene poco potencial de desarrollo.

2.1.2 extracción de algas

Muchas algas que crecen en entornos con deficiencia de nitrógeno, comoHaematococcus pluvialis, are important astaxanthin-producing bacteria and are considered to have great commercial production prospects. During the cultivation of this algae, if there is a lack of nitrogen sources, astaxanthin can accumulate in the algae, and the astaxanthin content in the dry matter can reach 0.5% to 2.0% (LWoFF et al., 1930), accounting for more than 90% of the total carotenoids.

 Además, Chlorococcus SP es resistente a altas temperaturas, valores de pH extremos, y crece rápidamente. (LWoFF et al., 1930), representando más del 90% de los carotenoides totales. Además, chloroccum SP tiene las ventajas de tolerancia a altas temperaturas, extrema tolerancia al pH, rápida tasa de crecimiento y facilidad de cultivo al aire libre. Se considera una alga con gran potencial para la producción de astaxantina a gran escala (Nelis et al., 1991). Sin embargo, en general, las algas tienen largos ciclos autótrofos y altos requisitos de calidad del agua, medio ambiente y luz, lo que limita la producción a gran escala. Además, el 87% de la astaxantina en Haematococcus pluvialis está presente en un estado esterificado, que se absorbe mal y se deposien en algunos animales (Kvalheim et al., 1985). Todos estos factores afectan a la producción a gran escala de astaxantina utilizando algas.

2.1.3 la fermentación microbiana

Los microorganismos conocidos por producir astaxantina incluyen Mycobacterium lacticola, Brevibacterium 103, y el hongo Pha "" ia rhodozyma. De estos, Mycobacterium lacticola solo puede producir astaxantina en medios hidrocarburpero no en agar nutriente, mientras que Brevibacterium 103 necesita crecer en petróleo. Al final de la fermentación, la producción de astaxantina es inferior a 0,03 mg/g, por lo que ninguna de las dos es de importancia práctica.

Haematococcus pluvialis is considered to be the most valuable microorganism for industrial production of astaxanthin. It was first isolated from the exudate of deciduous trees in the mountainous areas of Alaska, USA, and Hokkaido, Japan, in 1970 (Andrewes et al., 1976), and was later identified as a genus of the fungus Basidiomycota. Haafu yeast is aerobic and can ferment sugars, unlike other yeasts of the same genus. It produces more than 10 kinds of carotenoids, the main ones being astaxanthin, − -caroteno, and “-carotene. The astaxanthin content of wild fungi ranges from 40% to 95%. However, the total amount of carotenoids in wild Hanseniaspora yeast generally does not exceed 500 mg/kg of dry yeast, and the yeast cell walls are very thick, so it is difficult for animals to digest and absorb them without breaking the walls.

Con el fin de resolver estos problemas, en los últimos años, los académicos nacionales y extranjeros han llevado a cabo una investigación en profundidad sobre la cría de alto rendimiento astaxantina cepas y la ruptura de las paredes celulares de levadura, y han logrado resultados gratificantes. Por ejemplo, utilizando un medio de cultivo líquido de residuos de alcohol para detectar una cepa mutante de Rhodotorula glutinis NRRLY-17269, JB2, 2100 a 2270 mg de carotenoides por kilogramo de células madre (Bon et al., 1997). En un estudio realizado por caló et al. (1995), se obtuvo una cepa mutante de la levadura Phaffia con un aumento del contenido de astaxantina del 23%, alcanzando 1500 mg/kg de células madre. Los investigadores en China han obtenido mejores resultados al tratar las células con calor ácido para romper la pared celular, y luego extraer la astaxantina con acetona. Otro método es utilizar enzimas secretadas por la circulación de bacibacipara enzymáticamente romper las paredes celulares duras. En el extranjero, ya hay empresas que utilizan levadura Haver para la producción industrial de astaxantina, como la American Red star Company, cuyo contenido de pigmento de levadura es de 3000-4000 g/t de levadura seca; Igene Biotechnology Co., Ltd. tiene un producto con un contenido de astaxantina de hasta 8000 g/t.

2.2 síntesis química

The transformation of β-carotene to astaxanthin requires the addition of two ketone groups and two hydroxyl groups. Chemical synthesis is difficult and most of the astaxanthin produced is in the cis configuration. To date, the only company that has used chemical synthesis to produce astaxanthin on an industrial scale is the Swiss company Hoffmann-La Roche, which markets it under the trade name Carophyll Pink. As astaxanthin produced by fermentation has a lower content, chemically synthesized astaxanthin has a competitive advantage. The Síntesis de astaxantina involves multiple chemical and biocatalytic reactions, with the biocatalytic reaction determining the stereochemistry of the carbon atoms in the intermediates or the position of the substituents on the oxygen atoms. The main precursor for chemical synthesis is (S)-3-acetyl-4-oxo-beta-ionone, which is obtained by asymmetric hydrolysis of (R)-terpene alcohol acetate by different microorganisms, followed by extraction, reflux and then subjected to technical processes such as extraction, reflux.

3. Efectos de aplicación de astaxantina

3.1. Efecto colorde astaxantina

Astaxantina es el punto terminal de la síntesis de carotenoides. Después de entrar en el cuerpo animal, puede ser almacendirectamente en los tejidos sin modificación o transformación bioquímica (bj ö rndahl, 1990), dando a la piel y los músculos de algunos animales acuáticos un color saludable y vibrante, y los huevos y las aves de corral aparecen sanos de color amarillo dorado o rojo. Aunque el acaroteno se puede convertir en astaxantina en los animales acuáticos de crustáceos, la mayor parte se convierte en vitamina A, que tiene un efecto de coloración pobre, y no colorea los animales acuáticos comunes y las aves. Sólo los derivados oxigende los carotenoides (xantofila) tienen la capacidad de dar color a las yemas de huevo (Olson, 1989), y los carotenoides dihidroxi y dicetona (astaxantina) tienen un efecto colormás fuerte sobre las yemas de huevo que los monohidroxi, monocetona o epoxi carotenoides (Braeunlich, 1978).

Cuando Olsen et al. (1994) añadieron astaxantina a la dieta de Arctic char, encontraron que el enrojecimiento del pescado estaba correlacionado positivamente con la cantidad de astaxantina añadi, y que una dosis de 70 mg/kg era un período estable de formación del pigmento. Choubert et al. (1996) encontraron que la adición de 100 mg/kg de astaxantina extrade la levadura a la alimentación de la trucha arco iris aumentó el contenido de carotenoides del músculo de la trucha arco iris. Kamada etal. (1990) encontraron que la adición de extracto de pétalde de caléndula contiene 0. Con un 1% de astaxantina conteniendo extracto de pétalde de Marigold en la alimentación de la trucha arco iris, se encontró que no sólo lo hizo el fish's epiboly se volvió amarillo, pero el contenido de astaxantina en los músculos también aumentó. Li Zhansheng (1993) cree que la astaxantina es el pigmento preferido en la alimentación de salmón y trucha arco iris.

3.2 el papel de astaxantina en la mejora de la función inmune

Astaxantina es un excelente antioxidante que desempeña un papel importante en la promoción de la producción de anticuerpos, mejorar la función inmune de los animales, y apagar la producción de radicales libres. Miki (1991) encontró que la capacidad antioxidante de la astaxantina es 10 veces mayor que la de la vitamina E. estas funciones de la astaxantina ayudan a mejorar la supervivencia y la salud de los animales. Estudios han demostrado que la adición de 50 mg/kg de astaxantina a la alimentación de langostas de roca puede mejorar significativamente la tasa de supervivencia, el aumento de peso y la tasa de conversión alimentaria de los camarones.

3.3 astaxantina#39;s papel en la promoción del crecimiento y la reproducción

Los huevos de los animales acuáticos contienen altos niveles de astaxantina. Este alto nivel de astaxantina puede reducir la sensibilidad de los peces a la luz y promover el crecimiento y la reproducción de los peces (Li Shengzhan, 1993). También puede actuar como una hormona para promover la fertilización de huevos de peces, reducir la tasa de mortalidad del desarrollo embrion, acelerar el crecimiento individual, y aumentar la velocidad de maduración y fertilidad (Torrissen et al., 1994). Astaxantina también puede aumentar la tasa de producción de huevos de aves de corral.

4 direcciones de investigación para la aplicación de astaxantina

Astaxanthin has good application prospects in the aquaculture industry as an excellent feed coloring agent. In recent years, the demand for astaxanthin at home and abroad has been increasing. Each year, 100 tons of astaxanthin are used in rainbow trout farming worldwide, worth 185 million US dollars, and the market potential is considerable.

4.1 investigación sobre la tecnología de producción de astaxantina

La producción a gran escala de astaxantina usando Haematococcus pluvialis es la dirección futura del desarrollo. La selección de cepas que producen altos niveles de astaxantina, el control de las condiciones óptimas de fermentación, la mejora de los procesos de fermentación, el uso de técnicas de modificación genética y la selección de materias primas de fermentación de bajo costo para aumentar los rendimientos y reducir los costos de producción, y la selección de técnicas adecuadas para romper las células para mejorar la tasa de utilización de astaxantina son todos los temas que requieren más investigación.

4.2 investigación para ampliar la aplicación de astaxantina

At present, there is more research into the application of astaxanthin in aquaculture and poultry farmingY existen relativamente pocos informes sobre su aplicación en la ganadería. Cómo ampliar la aplicación de astaxantina en la ganadería es un área que requiere más investigación. Por ejemplo, astaxantina puede ser utilizado como un agente colorante de alimentos para los cerdos, aprovechando su capacidad de ser depositado en la superficie del cuerpo y en el tejido muscular, de modo que la piel del cerdo es brillante y los músculos son rojizo, mejorando la calidad de la carne de cerdo. Por otro lado, se debe estudiar sistemáticamente la cantidad de astaxantina añadia los piensos y analizar la correlación entre la cantidad añadiy el efecto colorpara determinar la cantidad adecuada de aditivo en diversos productos acuáticos y piensos para el ganado, con el fin de obtener los mejores resultados con una pequeña inversión.

El efecto colorde de astaxantina en el pienso está relacionado con la fórmula alimenticia, la salud de los animales y el ambiente de cría. Los lípidos, antioxidantes y vitamina E en el alimento puede proteger el agente colorde daños y son todos conducen a la absorción de astaxantina por los animales. Alimento que contiene una alta concentración de calcio y vitamina a, sin embargo, puede afectar a la deposición de astaxantina. Además, el tipo de proteína en el alimento, el estado de oxidde la grasa, el contenido de carotenoides y la presencia de factores anti-nutricionales afectan a la deposición de astaxantina en el animal. El estudio de estos factores de influencia puede explotar mejor el efecto colorde astaxantina y reducir su pérdida en el uso.

4.3 investigación sobre la seguridad de la astaxantina

Aunque actualmente hay muchos informes sobre el efecto de la astaxantina añadida durante la cría, hay pocos informes sobre sus residuos en los animales después de su uso y la toxicidad causada por la adición excesiva. Por lo tanto, la investigación sobre la seguridad del uso a largo plazo de astaxantina es también un tema a ser explorado.