[동물영양학] 카로티노이드 라이코펜에 관한 연구

산화스트레스는 가축, 가금의 생산성과 건강을 심각하게 위협하여 축산업에 거대한 경제손실을 초래한다다.가축, 가금의 생산과정에서 환경변화, 생리적변화, 외인성 병원성독소 (례하면 진균독소) 등 요소가 산화스트레스를 일으켜 동물의 산화환원균형을 깨뜨릴수 있다.반응성 산소종 (reactive oxygen species, ROS)과 반응성 질소종 (reactive nitrogen species, RNS)의 과도한 생산은 세포의 지질, 단백질 및 DNA에 비가역적인 손상을 초래하여 동물의 생리적 기능과 생산능에 영향을 미치게 된다.

항산화 보호는 생물체에서의 항산화 방어 과정으로 정의된다.인체내의 항산화물질은 주로 두가지로 나뉘는데 하나는 인체자체에서 합성한것이고 다른 하나는 음식물로부터 얻은것이다.고온, 이유식, 임신 등 특수한 상황에서 외인성 항산화제 (식물유래 폴리페놀, 카로티노이드 등)를 보충하면 가축, 가금의 산화적 스트레스 상태를 효과적으로 완화시키고 산화적 피해를 감소시키며 가축, 가금의 건강과 생산 성과를 향상시킬 수 있다.

항생제 내성 및 잔류물은 동물 생산, 인간의 건강 및 환경 지속 가능성에 부정적인 영향을 미친다.2006년 유럽연합 (eu)은 동물성 사료의 사료 첨가제로 항생제 사용을 금지했고, 2020년 7월 중국도 공식적으로 동물성 사료에 항생제 사용을 금지했다.따라서 천연적이고 친환경적이며 안전한 항생제 대체물질 개발이 시급하다.

리코펜 (C40H56)은 식물의 천연 색소인 카로티노이드이다, 토마토, 당근, 수박, 석류와 같은 과일과 채소에서 주로 발견됩니다.리코펜은 여러 나라에서 영양소 및 식품첨가물로 등재되어 있으며 식품, 의약, 화장품, 농업 및 기타 분야에서 널리 사용되고 있다.리코펜은 그 구조에 2개의 비공액 이중결합과 11개의 공액 이중결합을 포함하고 있으며, 그 화학구조로 항산화 능력이 가장 크다.Lycopene'의 강력한 항산화 제로서의 역할은 항 염증, 항암 및 저혈당 가능성, 심혈관 보호, 신경 생물학 및 저혈압 효과를 포함한 건강 증진 효과의 기초입니다.리코펜은 가축 및 가금의 기능성 사료 첨가제로 사용될 수 있다는 연구가 증가하고 있으며, 생산능, 육질, 계란의 품질, 항산화 특성, 면역기능, 지질대사 및 장내 생리기능을 향상시키는 것으로 보고되고 있다.

I. 리코펜의 구조, 흡수 및 생물학적 기능

1. 1.리코펜의 원천과 구조

풍부한 카로티노이드족 중 식품에는 약 60 종이 존재하며, 사람과 동물의 혈액과 조직에서는 20 종만이 검출될 수 있다.그들의 결합 결합 (최소 7)으로 인해, 그들은 주로 노란색과 빨간색으로 음식의 색을 냅니다.차이에 구조 카로 티 노이 드의 두 그룹을 구별:카로 티 노이 드 (리코 펜, α-carotene, β-carotene, 등)과 xanthophylls (루테인, astaxanthin, canthaxanthin 등이다.).

리코펜은 1876년에 토마토에서 발견되었다그리고 27년 후에 Lycopersicon esculentum 이라는 학명을 따서 명명되었다.리코펜은 토마토에 널리 함유되어 있으며 당근, 고구마, 호박, 수박, 살구, 파파야, 자몽, 구아바 등의 채소와 과일에도 함유되어 있다.리코펜의 원료는 토마토 (80%)로, 리코펜 추출의 주원료이자 가장 저렴한 재료이기도하다.토마토의 리코펜 함량은 품종, 성숙도, 기후, 재배지리적 위치 등 요소에 따라 큰 차이를 보인다.원료에서 리코펜을 추출하는 기술에는 보통 화학 추출, 마이크로파 및 초음파 보조 추출, 초임계 유체 추출 및 효소 보조 추출이 포함됩니다.리코펜의 대규모 생산을 위해 다양한 바이오 기술이 개발되어 왔는데, 그 중 미생물 발효는 리코펜 생산에 있어 대표적인 전통적인 바이오 기술이다.또한, 유전공학, 단백질공학, 대사공학을 포함한 현대의 생명공학도 그랬다lycopene의 생산에 적용됩니다.

대부분의 카로티노이드와는 반대로, 리코펜은 선형 구조를 가지고 있습니다.리코펜은 13개의 이중결합으로 이루어진 폴리엔 사슬로,이 중 11개가 선형 배열로 공액화되어 있어 다른 카로티노이드보다 길이가 길다.리코펜은 가느다란 바늘 같은 결정체로서 자연에서 발생하는 붉은 왁스 색소입니다.리코펜은 지용성이다, 물에 용해되지 않으며 벤젠, 클로로포름 및 아세톤에 용해됩니다.리코펜은 자연계에서 대부분 올-트랜스 (all-trans) 형태로 발생하여 상대적으로 안정적이지만 시스 이성질체의 최소 50%는 인간의 혈장과 조직에서 발견된다.일반적인 형태는 5-cis, 9-cis, 13-cis, 15-cis 이성질체이며, 이는 cis 이성질체가 인간과 동물에 더 쉽게 흡수되고 이용된다는 것을 나타낸다.열처리 후 더 많은 리코펜이 더 많은 생물학적 이용이 가능하기 때문에 식품 가공은 사실 가치를 부가하는 단계입니다.토마토주스가 조리온도에 노출될 경우 시스 이성질체가 형성되는데, 시스 이성질체는 생물이용성이 더 높을 것으로 판단된다.리코펜의 이중 결합은 빛, 온도 또는 화학 반응의 영향으로 올 트랜스에서 모노 또는 폴리시스로 이성질화 될 수 있습니다.리코펜은 비순환성이며 대칭적인 평면구조를 가지고 있으며 특히 공액성이 높은 폴리엔으로서 산화분해에 취약하다.높은 온도, 빛에 대한 노출, 산소, 극단적인 pH 값 및 반응성 표면을 가진 분자 등의 물리적, 화학적 요인이 리코펜의 이중 결합에 손상을 줄 수 있습니다.이 바람직하지 않은리코펜의 분해최종 제품의 감각 품질뿐만 아니라 인간과 동물을위한 토마토 기반 식품의 건강 혜택에 영향을 미칩니다.

1.2. 리코 펜 흡수

리코펜은 사람의 혈장 농도가 가장 높은 카로티노이드로 영양 습관에 따라 평균 농도가 다르다.흡수에 관해서 가장 널리 연구된 것은 다음과 같다β-carotene, 리코펜과 다른 카로티노이드가 아닙니다.더 많은 연구가 필요 했지만, 그 영향을 미치는 요인 β-carotene 흡수 리코 펜에 대해 비슷 한 효과를 가지고 있을 가능 성이 있습니다.다른 카로티노이드와 유사하게 리코펜은 먹이 매트릭스에 내장되어 있으며 인간과 동물에게 효율적으로 흡수될 수 없습니다.리코펜은 주로 수동적 확산을 통해 지질과 유사한 방식으로 흡수된다.음식 매트릭스에 있는 리코펜은 위산, 담즙산, 효소의 작용에 의해 분비된다.일단 장으로 들어가면 지질과 결합하여 chylomicrons를 형성하고, 확산과 삼투압을 통해 장간막 림프계로 들어가 최종적으로 간문맥 순환으로 들어간다.이것은 위장관에서 리코펜이 흡수되는 주요 경로입니다.

음식매트릭스에서 방출된후 섭취한 라이코펜은 반드시 유화되여 칠로미크론에 용해되여야 장점막에 흡수될수 있다.리코펜은 수송 단백질을 통해서도 흡수될 수 있다Transporter, b 형, 1 (TBP-1), 활성 과정을 포함한다.청소부 수용체 class B type 1 수송체는 주로 소장, 간, 부신, 난소, 태반, 신장, 전립선 및 뇌에서 발견되며, 지단백에서 조직으로, 조직에서 지단백으로 카로티노이드를 운반하는 역할을 부분적으로 한다.리코펜은 식단을 통해 공급되며 위장관에서 10%에서 30% 정도 소화된다.리코펜과 대사산물은 저밀도 지단백과 매우 저밀도 지단백질을 통해 방출되고 운반되며, 최종적으로 목표 조직에 분배됩니다.이들은 체내를 순환하며 고환, 부신, 간, 전립선, 지방조직에 우선적으로 축적된다.이러한 불균등한 분포는 이들이 이들 조직에서 간의 지질대사 조절과 같은 독특한 생물학적 기능을 가지고 있음을 시사한다.

1.3. 리코펜의 생물학적 기능

리코 펜 가루카로티노이드 중 아스타잔틴 다음으로 강력한 항산화제 중 하나다.다른 항 산화 물질에는 α-tocopherol, 카로 틴, cryptoxanthin 틴, β 루테-carotene과 입니다.리코펜은 강력한 항산화제로, 건강 증진 효과의 기초가 된다.인체 혈장은 β에 나타나는 가장 풍부 한 카로 티 노이 드-carotene, α-carotene, β-cryptoxanthin,루테인, 제아잔틴과 리코펜.이 6가지 주요 카로티노이드는 사람의 혈장과 조직에 있는 모든 카로티노이드의 70%를 차지한다.생물학적 기능 측면에서 리코펜은 주로 싱글렛 산소와 퍼옥실 라디칼 청소기 역할을 합니다.Lycopene's의 독특한 이중 결합 구조는 사람과 동물의 peroxyl 라디칼을 모두 제거하는 데 다른 carotenoids보다 훨씬 우수합니다.리코펜은 베타-카로틴보다 2배, 알파-토코페롤보다 10배 더 싱글렛 산소 (ROS의 일종)를 청소하는 데 효과적이다.활성 물질에 대한 리코펜의 작용 기전은 부도체의 형성, 활성산소로의 전자 이동, 알릴수소의 추출 등 세 가지 가능한 기전으로 설명할 수 있다.그 중 가교제의 형성, 활성산소는 폴리엔 사슬, 즉 리코펜의 고공결합 이중결합에 부착하여 리코펜-퍼록실 라디칼 가교제를 형성한다.

리코펜은 ROS를 중화시키는 것 외에도 NAD(P)H:quinone oxidoreductase, heme oxygenase 1을 암호화하는 유전자의 발현을 활성화시키고,glutathione reductase와 글루타치온활성산소를 제거하고 염증 손상을 줄이는데 도움이 되는 s-전이효소.이 효소들은 제2단계 세포 보호 효소로도 알려진 항산화 및 해독 효소로 간주됩니다.이들 효소를 암호화하는 유도성 유전자의 프로모터 영역은 포함하고 있는데, Nrf2에 결합하면 이들 유전자의 발현이 증가하게 된다.Nrf2/ARE signaling pathway는 중요한 내인성 항산화 방어 메커니즘입니다.리코펜은 주로 항스트레스 작용제로 작용하여 Nrf2/ARE 전사계를 유발함으로써 산화 스트레스를 완화시키고 가금류의 건강을 유지한다.Keap1은 Nrf2 유전자의 특정 수용체이다.리코펜은 Nrf2/Keap1의 결합을 차단하여 Nrf2를 방출하고, Nrf2는 세포핵으로 운반되어 열을 받은 가금류에서 제2기 세포 보호 효소의 발현을 상승시킨다.게다가, 리코펜이 항염증, 항암, 항당뇨 가능성을 가지고 있다는 연구가 늘어나고 있다.리코펜은 심혈관 보호 효과, 신경생물학적 효과, 혈압 저하 및 혈소판 응집 억제 효과도 있는 것으로 나타났다.

2. lycopene의 가축영양 적용

2.1. 생산성과에 미치는 영향 (Effects on production performance)

Sun 등은 a매일 50 mg/kg의 리코펜을 보충한다임신기와 수유기에 암퇘지의 생식공능을 개선할수 있는데 살아있는 새끼돼지가 태여나는 비률, 살아있는 새끼돼지가 젖을 떼는 비률, 새끼돼지가 젖을 떼는 비률, 새끼돼지가 젖을 떼는 비률의 증가, 죽은 새끼돼지가 태여나는 비률의 감소를 포함한다.리코펜은 우유조성, 태반면역력 및 항산화능력을 조절함으로써 수우의 생식능을 향상시킬 수 있다는 것을 최종 결론으로 제시하였다.살찌는 기간 동안, 식이성 리코펜 보충은 동물의 생산 성과에 영향을 미치지 않습니다.Fachinello 등은 다양한 리코펜 첨가제 수준 (12.5, 25, 37.5 및 50 mg/kg)이 마무리 돼지의 성장능에 영향을 미치지 않았으며, 사육 마무리 돼지 12.5, 25, 37.5 및 50 mg/kg의 리코펜이 사체 특성이나 상대적 장기 중량에 영향을 미치지 않는다고 하였다.

등이 가금류 영양 연구에서 그것을 증명했다리코펜 20 mg/kg또는 1.7%의 토마토 페이스트를 28일간 식이로 급여한 경우 Hy-line 갈색 암탉에서 알 무게와 알 생성이 증가하였다.Wan 등은 10, 20 또는 30 mg/kg의 리코펜이 브로일러의 일일 평균 체중 증가를 증가시킨다는 것을 보여주었다.그러나 Lee 등의 연구에서 토마토 페이스트를 리코펜 원료로 사용하였을 때 10 또는 20 mg/kg의 리코펜이나 17 g/kg의 토마토 페이스트를 함유한 식이가 브로일러의 성장성과 상대장기 무게에 미치는 긍정적인 영향은 관찰되지 않았다.리코펜은 스트레스 조건 (예:열 스트레스) 및 mycotoxin 사료 오염 하에서 동물에서 성장 촉진 효과가 있는 것으로 나타났습니다.열 스트레스 조건에서도 0, 200 및 400 mg/kg의 리코펜의 42일 연속 첨가는 로스 308 브로일러의 성장능도 선형적으로 개선시키는 것으로 나타났으며, 이는 누적 사료 섭취량의 증가, 체중의 증가 및 사료 전환율의 감소로 입증되었다.Sarker 외.아플라톡신 B1을 첨가한 사료도전조건에서 리코펜 100 mg/kg의 보충은 브로일러의 1~12일령 평균 체중증가량을 증가시켰으며, 리코펜 200 mg/kg과 400 mg/kg의 보충은 각각 22~42일 및 1~42일령 평균 체중증가량을 증가시켰다.

2.2. 육질과 달걀의 질에 미치는 영향

리코펜, 천연 사료 첨가제로서, 고기와 달걀 품질 개선을 위한 동물 생산에서 광범위한 관심을 끌었습니다.Wen 등은 식이에 리코펜의 첨가로 마감용 돼지의 육질이 개선되었으며, L* 및 b* 값이 감소하고, a* 값이 증가하였으며, 장등근 (longissimus dorsi muscle)의 근육내 지방 및 조단백질 함량이 증가하였다고 보고하였다.또한 리코펜은 육질을 결정하는 데 중요한 돼지의 근섬유 유형의 전환을 촉진하는 것으로 나타났다.Wen 등의 연구에서, 라이코펜의 첨가는 마무리 돼지의 longissimus dorsi 근에서 cytochrome c, myosin heavy chain IIa 및 myosin heavy chain IIx와 같은 근섬유 마커들의 mRNA 수준을 상승시키는 결과를 보였다.지질 산화는 고기의 색상, 영양적 가치 및 풍미뿐만 아니라 유통기한에도 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.또한 Wen 등은 라이코펜의 첨가가 마무리 돼지 (longissimus dorsi muscle)의 항산화 상태를 개선시켰으며, 이는 총 superoxide dismutase 및 catalase 활성 증가, MDA 수준 감소, 그리고 SOD1, SOD2, CAT, GPX1, GST, GR 및 Nrf2의 up-regulated mRNA 수준 (모두 산화적 스트레스 반응 인자)에 의해 입증되었다.이와 유사한 결과를 Correia 등이 5%의 토마토포마스를 5주 동안 먹인 후 새끼돼지의 longissimus dorsi 근에서 산화적 안정성이 향상된 것을 관찰한 바 있다.그러나, An et al.은 다음과 같은 사실을 발견했다라이코펜 20 mg/kg + 토마토 페이스트 3.4% 첨가또는 10 mg/kg lycopene + 1.7%의 토마토 페이스트 투여 사료는 28일 사료 투여시험에서 마무리 돼지 복부육의 지방산 조성에 영향을 미치지 않았다.

달걀의 품질에 대해서는 Shevchenko 등이 다음과 같이 보여주었다리코펜 첨가 (20, 40, 60 mg/kg)90일 동안 산란하는 암탉을 High Line W36의 식이에 4°C와 12°C에서 저장한 신선란과 달걀에서 카로티노이드 수준과 노른자 색이 증가되어 계란 품질이 향상되었다.Orhan 등은 Lohman LSL 암닭에게 20 mg/kg의 리코펜 순수분말이나 토마토분말을 84일 동안 먹인 결과 계란 무게, 노른자 색, 노른자 무게, 노른자 대 계란 비율, 노른자 리코펜 수준을 증가시켰으며, 계란 노른자 MDA와 콜레스테롤 수준을 낮추는 것으로 나타났다.An 등에 의한 연구에서 28일간 사료에 10, 20 mg/kg의 리코펜을 첨가하였을 때 계란 노른자 색과 리코펜 수치가 증가하였고 Hy-line 갈색 계란에서 MDA 수치가 낮아졌다.