어류 먹이에 아스타잔틴의 이점은 무엇입니까?

아스타잔틴은 케토형 카로티노이드로 조류, 새우,게 등 생물에서 널리 발견된다.강력한 항산화 특성과 항암, 항염증, 항 고혈압 및 항 비만 특성을 포함한 다양한 생물학적 활성을 가지고 있으며 이미 널리 사용되고 있습니다 [1-3].또한 아스타잔틴은 어류의 생존, 성장, 번식 및 발달에 핵심적인 역할을 한다 [4-6].

강력한 항산화제로서 아스타잔틴은 반응성 산소종과 반응성 질소종의 공격으로부터 어류의 세포막을 보호하고, 산화 스트레스를 감소시키며, 성장 능력을 향상시키고 면역력을 강화시킬 수 있다 [7].동시에 아스타잔틴은 착색효과가 있어 양식어류의 근육과 피부색을 개선하고 육질과 상업가치를 높일수 있으며 [8] 밝은 체색에 대한 관상어류의 수요를 충족시키기 위해 관상어류 사료에 널리 사용된다.물고기는 스스로 아스타잔틴을 합성할 수 없다.자연환경에서 물고기는 아스타잔틴이 풍부한 해조류를 먹어 아스타잔틴을 얻는다.인공사육 조건에서는 아스타잔틴을 사료에 첨가해야만 얻을 수 있다 [9].그러므로 어류의 인공번식중에 아스타잔틴을 첨가하면 어류의 건강한 생장을 효과적으로 촉진하고 번식능률을 제고할수 있다.

astaxanthin의 물리적, 화학적 성질 1

Astaxanthin은 카로티노이드의 산소를 함유한 유도체로, 긴 불포화 공액계를 포함하고 여러 광학 이성질체에 존재한다.분자식은 C40H52O4 이고 화학명은 3,3&이다#39;-dihydroxy-4, 4'-디온-베타카로틴 [10, 11].아스타잔틴은 비교적 안정적이다, 녹는점이 215°C 정도이다.지용성이라 물에 쉽게 녹지 않는다 [12].또한, 아스타잔틴은 에탄올이나 이온성 액체 트리부틸 (옥틸) 포스포늄 클로라이드 [13]보다 산성 공융 용매에 더 잘 용해된다.아스타잔틴의 분자구조는 공액이중결합의 긴 사슬을 가지고 있으며, 끝에는 불포화 케톤기와 하이드록시기를 모두 가지고 있다 (그림 1). 이러한 특수한 구조는 활성산소를 유인하거나 활성산소에 전자를 공급함으로써 활성산소를 제거하여 우수한 항산화 특성을 나타낼 수 있다 [14].

astaxanthin의 2가지 출처

현재 아스타잔틴은 주로 생합성과 화학합성 두가지 방법으로 제조된다.생합성은 갑각류 껍질, 조류, 효모 또는 원핵생물로부터 분리 및 획득하는 것을 말한다.이 천연 astaxanthin의 원천은 구조가 명확하고 부산물이 거의 없으며 환경 친화적입니다.이 방법을 이용해 만든 제품은 식품첨가물로 사용할 수 있다 [15].화학합성방법은 화학반합성과 화학총합성으로 나눌수 있다.이 방법은 canthaxanthin, lutein, zeaxanthin 또는 합성 화학 물질과 같은 카로티노이드를 사용하여 astaxanthin을 생성합니다.반합성에 의해 제조된 astaxanthin은 높은 활성을 가지지만, 수율은 상대적으로 낮다.반대로 화학총합법은 재료를 쉽게 구할 수 있고 전체적인 수율이 높기 때문에 [16] 공업용 원료나 사료를 생산하는데 흔히 사용된다.

아스타잔틴의 미세조류 합성 2.1

생명공학의 발달로 미세조류의 응용은 단순한 바이오매스의 생산에서 가치 있는 제품의 생산으로 전환되었다.아스타잔틴의 합성은 중요한 분야 중 하나 [17].성숙한 Haematococcus pluvialis (그림 2)는 세포내에 높은 수준의 astaxanthin을 함유하고 있으며, 야생균주의 astaxanthin함량도 세포의 건조중량의 4%에 달할 수 있다.

상업적 생산을 위한 천연 아스타잔틴의 유망원 중 하나로 확인되었다 [18].그것과 Dunaliella salina 합성 할 수 있고 astaxanthin astaxanthin 전구체 β-carotene [19].헤마토코쿠스 플루비알리스 (Haematococcus pluvialis)는 알칼리 처리와 saponification을 통해 트랜스 아스타잔틴의 이성질화를 효과적으로 감소시켜 고순도 아스타잔틴 결정 [20]을 생성 할 수 있다.뿐만 아니라 시스코 시스티스는 고부가가치 아스타잔틴을 생산하는 공장으로도 변신할 수 있다.또한이 미세조류는 재배하기 쉽고, 유전자 조작이 용이하며, 명확한 유전적 배경을 가지고 있다는 특징을 가지고 있다 [21].

2.2 Yeast-based astaxanthin 합성

현재,에 대한 주요 효모 소스천연 astaxanthin을 합성하면 Phaffia rhodozyma 가 된다(그림 3), 그리고 그것의 astaxanthin 제품은 어류 사료 가공에 널리 사용되어 왔다 [15].연구에 의해 astaxanthin 농도 합성 되어 다는 것을 발견 야생하는 이스트 범위 200에서 붉은 phaffia 400 μ g/g [22]이다.돌연변이 발생과 스크리닝을 통해 수확량이 더 높은 적색 파피아 효모 균주를 얻을 수 있다 [15].적색 파피아 효모 세포에는 지질이 풍부하여 세포 내에 아스타잔틴이 골고루 분포하고 [23] 보관이 용이하도록 돕는다.또한,이 효모는 빛에 독립적인 생장, 빠른 생장 속도, 고밀도 재배 등의 특징이 있다.아스타잔틴의 추출 후, 영양소가 풍부한 부산물은 영양 사료 첨가제로도 사용될 수 있다 [22].

2.3 화학적으로 합성한 astaxanthin

astaxanthin의 제조를 위한 화학적 방법에는 총 화학적 합성과 반합성이 있다.총화학합성법은 원료로부터 시작하여 일련의 화학반응을 통해 목표 화합물을 합성하는 방법이다.시작 재료로 사용 하여 α-ionone, astaxanthin 2C15를 사용 할 수 있는 합성 되어 + C10 → 가정 경로 [24].

또한, 루테인 에스터의 가수분해 및 이성질화, 제아잔틴의 브롬화 및 산화 [25], 산화제에 의한 제아잔틴의 산화 [26] 등의 단계를 거쳐 아스타잔틴을 합성하는 경로가 있다.화학반웅은 일반적으로 천연물 또는 그 유도체로부터 시작하여 일련의 화학반응의 도움을 받아 부분적으로 목표화합물로 전환하는 방법을 가리킨다.이 기술은 루테인 에스터의 가수분해, 루테인의 이성질화, 제아잔틴의 브롬화 및 산화 [25] 등의 여러 단계를 거친다.사용되는 방법에 관계없이, astaxanthin의 화학적 합성은 효율적이고 높은 수율의 합성 결과를 보장하기 위해 반응 조건 및 단계를 정밀하게 제어해야 한다.

어류를 먹이로 첨가한 아스타잔틴의 효과 3

Astaxanthin은 많은 생물학적 기능을 가지고 있으며, 어류 양식에 있어서 주요 응용 가치는 성장 촉진, 착색, 항산화 및 면역 강화 효과입니다.

3.1 성장 성과 향상

아스타잔틴을 적당량 첨가하면 어류의 성장능률을 효과적으로 높일수 있다.어종에 따라 아스타잔틴에 대한 요구량이 다르다.왕준희 등 27명의 연구결과에 의하면 사료 내 아스타잔틴의 양이 증가함에 따라 코이의 최종체중, 체중증가율 및 특정성장률은 상승하다가 하락하는 경향을 보였다.첨가량이 400 mg/kg 일 때 위의 매개변수들은 가장 높은 값에 도달하였다.야오진밍 등 [28]은 큰 비늘진흙 잉어의 최적 복용량은 100 mg/kg 임을 발견했다.

Li Meixin et al. [29]은 100-200 mg/kg의 astaxanthin을 사료에 첨가하면 뱀의 성장 속도와 사료 이용률을 유의하게 증가시킬 수 있음을 보여주었다.Zat ˇ kov et al. [30]다고 보도 체중 증가 속도, 특정 성장률 및 사료 채널 메기의 활용 률은 상당히 향상 된 후 그들은 astaxanthin이 풍부 한 식단을 먹었습니다.astaxanthin&의 메커니즘#39;s 성장 촉진 효과는 우수한 항산화 특성으로 기인할 수 있습니다.

연구에 따르면 아스타잔틴을 특정 복용하면 몸 &을 유지할 수 있다#39;s는 세포에 있는 과도한 산소 (ROS)를 제거함으로써 정상적인 산화-항산화 균형을 유지하여 활력을 증진시키고 스트레스 반응을 감소시키며 궁극적으로 성장을 촉진한다.

또한 일부 연구에서는 과도한 아스타잔틴 보충제가 어류의 성장 성능을 저해할 수 있다는 것을 보여주었다.자오푸양 등 [34]은 제브라피시에 대한 연구에서 아스타잔틴 보충제가 0.6%를 초과하면 체중 증가율과 특정 성장률이 대조군보다 현저히 낮아지고, 몸길이 성장값도 대조군보다 현저히 낮아진다고 밝혔다.astaxanthin의 고용량에 의한 성장 억제의 이유는 과도한 astaxanthin이 fish&를 가속화시키기 때문일 것이다#39;s 대사, 그럼으로써 체내에서 과도한 영양분을 배출하고 생선 &을 섭취한다#39, 동시에 s 에너지 [27].요약하면, 첨가된 아스타잔틴의 양과 어류 성장 사이에는 특정 용량 의존적인 관계가 있습니다.아스타잔틴을 적당량 첨가하면 어류 성장에 긍정적인 영향을 줄 수 있다.적게 복용하면 큰 영향이 없지만 많이 복용하면 성장에 큰 영향이 없고 심지어 억제효과가 있을 수도 있다.

3.2 신체색을 개선한다

현재, 수생 동물은 외부에서 충분한 아스타잔틴을 얻는 데 어려움을 겪기 때문에 집중적으로 인공 사육하는 환경에서, 그들의 몸 색깔은 일반적으로 옅다 [35].관상어의 경우, 체색은 피토엔과 피토플루엔이 체내에 축적되어 형성된다.이 두 색소는 그 자체로는 합성할 수 없고 음식에서 섭취해야 한다 [4].따라서 관상어 사육에 필요한 사료는 성장과 발육 및 밝은 체색 [36]을 유지하는 데 필요한 것을 고려해야 한다.

왕준희 등 (27)은 koi에게 일정 기간 다양한 수준의 astaxanthin이 함유된 식이를 공급한 후, astaxanthin 400 mg/kg을 공급한 군의 피부의 적색도 값 (a* 값), 황색도 값 (b* 값) 및 카로티노이드 함량이 대조군에 비해 유의적으로 높았으며 관상성도 개선되었다.사람이 섭취할 목적으로 만들어진 연어나 틸라피아 같은 어류의 경우 근육의 적색도 값이 어류의 질을 나타내는 중요한 지표가 된다 [37].아스타잔틴이 함유된 먹이를 먹이면 먹이물고기의 피부와 근육의 색을 대폭 개선하여 더욱 불그스름한 빛깔을 낼수 있다.또한 고기의 우마미 맛을 높여 소비자 수요를 충족시킬 수 있다 [38].

장춘옌 등 39명이 사료에 다양한 용량의 아스타잔틴 첨가가 무지개송어의 체색과 육질에 미치는 영향을 연구하였다.Ast 군의 사료에 첨가한 합성 astaxanthin은 1.0 g/kg 이었고, HE군의 사료에 첨가한 Haematococcus pluvialis 추출물은 100 mg/kg의 astaxanthin이 4.4 g/kg 이었다.대조군 사료는 기본 일일 배급량이었다.6주간의 영양공급 후 Ast와 HE 군의 근 a*, b* 값, 조직 astaxanthin 함량, 혈청 carotenoid 함량이 대조군에 비해 유의적으로 높았다.

궁큐이핑 등의 연구 결과 [40], 아스타잔틴을 다른 양의 먹이로 섭취한 후, 적틸라피아의 다양한 조직 및 기관의 카로티노이드 함량이 증가하였고, 물고기의 체색 또한 더욱 활기차졌다.400 mg/kg astaxanthin을 사료에 첨가한 경우 어류의 조직 내 carotenoids의 침전이 유의적으로 증가하였다.yellow croaker에 대한 Yi 등 [41]의 연구에서, 90 mg/kg의 astaxanthin이 함유된 식이를 먹임으로써 피부 카로티노이드 함량이 유의적으로 증가하였다.

이상의 연구결과는 astaxanthin이 어류의 성장과 체색에 상당한 영향을 미친다는 것을 보여준다.사료에 아스타잔틴을 적당량 첨가하면 어류의 카로티노이드함량을 대폭 증가시켜 체색을 더욱 선명하게 할수 있다.또 생선의 질을 높이고 맛을 증가시키며 경제효익을 제고시킨다.물고기피부의 부동한 색갈은 근본적으로 체내의 부동한 색소세포입자가 움직인데서 초래된것이다.이 가운데 멜라닌 세포는 피부, 눈, 지느러미 등 다른 부위의 색깔을 조절하는 핵심 세포 유형이다.Frank et al. [42]은 아스타잔틴이 멜라노사이트 (melanocytes)에서 신호전달 경로를 변화시킴으로써, 예를 들어 순환 AMP 수준에 영향을 미치고, 색소의 응집이나 분산을 촉진하거나 억제함으로써 어류의 체색에 영향을 미칠 수 있음을 보여주었다.

3.3 항산화 능력 강화

활성산소종 (Reactive oxygen species, ROS)은 생물체의 유산소 대사의 산물이다.적당한 양은 이롭지만, 과도한 양은 해롭다 [43].그 해를 줄이기 위해 생물들은 정교한 항산화 방어 시스템을 개발했고, 그 중 비효소인 카로티노이드가 한 부분이다.어류는 n-3 다불포화지방산이 풍부하므로 [44] 반응성 산소종에 의한 공격에 매우 취약하기 때문에, 사료에 아스타잔틴을 첨가하는 것은 체내 &의 균형을 유지하는 데 중요하다#39;의 항산화 방어 시스템.Superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) 및 glutathione peroxidase (GSH-Px)는 어류의 항산화 과정에 관여하며, 활성산소를 억제하고 제거함으로써 항산화 효과를 얻을 수 있다.어류에서는 활성산소가 지질과 반응하여 과산화반응을 일으켜 말론디알데하이드 (MDA)를 생성한다.MDA는 산화 스트레스의 일반적인 지표로 사용될 수 있으며 생물학적 조직에서의 산화 정도를 반영한다.왕준희 등은 고이잉어의 사료를 astaxanthin으로 보충한 것이 fish&의 항산화능에 유의적인 영향을 미치는 것으로 나타났다#39; s 간다.

본 연구는 astaxanthin 첨가를 점진적으로 증가시킨 시험군과 대조군을 비교하였을 때, 코이 어류의 간에서 SOD, CAT 및 GSH-Px의 활성이 점차 증가하다가 감소하였다.첨가량이 400 mg/kg에 도달하였을 때 다른 시험군에 비해 유의적으로 높았다.고이잉어의 간 내 MDA 함량은 처음에는 감소하다가 astaxanthin 함량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였다.

첨가량이 400 mg/kg 일 때 그 함량이 가장 낮아 400 mg/kg의 아스타잔틴을 첨가하면 코이잉어에게 가장 우수한 항산화능을 부여할 수 있음을 알 수 있었다.야오진밍 (Yao Jinming) 등 28은 아스타잔틴 (astaxanthin)을 적당량 첨가함으로써 대갑피뢰기의 간 및 췌장의 항산화 능력이 현저히 향상될 수 있음을 보여주었으며, 이는 SOD, CAT 및 GSH-Px의 활성 증가, GSH 함량 증가 및 MDA 농도 감소에서 입증되었다.리메이신 등 29명은 뱀장어 혈청과 간의 항산화지표에 대한 연구에서 동일한 결론에 도달하였다.이상의 연구 결과는 적당량의 아스타잔틴이 어류의 항산화 능력을 증진시키고, 산소 활성산소를 제거하며, 산화 스트레스를 감소시키고, 신체의 손상을 예방하는데 도움이 된다는 것을 보여준다.

심층 분석 결과, 아스타잔틴 (astaxanthin)이 항산화성을 발휘할 수 있는 이유는 그 화학적 구조가 세포막에 단단히 결합하고, 막 구조와 유동성을 유지하며, 전자"피침개"역할을 하여 전자 수송과 중화작용을 도와줌으로써, 반응성 산소종과 반응성 질소종에 의한 공격으로부터 세포막을 보호하기 때문일 수 있다 [45],그리고 다른 항산화제 [46]와 시너지 작용을 하여 항산화 효과를 높일 수도 있다.

아스타잔틴이 어류의 총 항산화 능력을 크게 향상시킬 수 있지만, 아스타잔틴 자체가 체내의 활성산소를 강력하게 청소할 수 있는 강력한 항산화제라는 점에 유의해야 한다.특정 조건에서 체내 SOD, GSH-Px 등의 기질 감소를 유도하여 [47] 항산화 효소의 활성을 현저히 감소시킬 수 있다.손류주안 등 [48]은 아스타잔틴을 보충한 사료를 먹인 후 피앵무새 어류의 총 항산화능은 증진되었으나 SOD의 활성은 감소되었다.Wang 등 (49)에 의하면 사료내 astaxanthin의 함량을 증가시키면 지방잉어의 혈청내 항산화 효소인 SOD와 GSH-Px의 활성이 다양하게 감소될 수 있다.이런 현상의 원인은 어류중의 항산화상태와 관련될수도 있지만 정확한 원인은 아직 더 연구해봐야한다.

3.4 면역체계 강화

어류양식에서의 질병은 그 확산이 빠르고 치료가 어렵다는 특징이 있으며, 양식산업의 발전을 제한하는 중요한 요인이 되고 있다.그러므로 어류의 면역체계를 개선하고 병원균에 의해 인체에 끼치는 위해를 줄이는것은 어류양식업의 건강하고 지속가능한 발전을 위해 특히 중요하다.수많은 연구에서 아스타잔틴이 유기체의 면역 체계를 강화시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다.왕준희 등 (27)은 첨가된 astaxanthin의 증가에 따라 코이잉어의 혈청 내 LZM, ACP, AKP의 활성과 C3, C4의 함량이 먼저 증가하다가 감소하는 경향을 보였다.400 mg/kg의 astaxanthin을 첨가하였을 때 상기 지표는 최대치에 도달하였으며 astaxanthin을 첨가하지 않은 대조군보다 유의적으로 높았다.

의 100 mg/kg을 첨가한 수빈 등 [50]의 결과를 나타내었다사료에 astaxanthinlargemouth black bass의 혈청 IgG와 IgM수치를 유의하게 증가시켰다.임 등 (51)은 대입 농어의 혈액을 비브리오균에 감염시킨 후 아스타탄틴이 농축된 사료를 먹인 결과 혈중 C3와 C4 보완수치가 유의적으로 증가하였고 LZM 활성이 유의적으로 증가하였음을 확인하였다.이상의 연구결과에 의하면 아스타잔틴은 어류의 면역기능을 강화하고 질병에 대한 저항력을 향상시킬수 있다.쥐를 대상으로 한 연구에서 연구자들은 아스타잔틴이 면역력을 강화하는 기전은 미토콘드리아 기능장애를 억제하여 산화적 손상을 감소시키고, 신호전달과 전사활성제3 (STAT3)의 활성을 차단하여 산화적 스트레스를 억제하여 염증을 감소시키고 면역력을 강화시키는 것으로 밝혀졌다 [52, 53].

4 요약 및 전망

어류 사료에 아스타잔틴을 첨가하면 어류의 체색이 좋아질 뿐만 아니라 강력한 항산화 능력으로 활성 물질로부터 어류 세포막을 보호할 수 있어 간접적으로 성장 공능과 면역 능력을 향상시킬 수 있다.따라서 astaxanthin은 물고기 양식 분야에서 광범위한 응용 전망과 상당한 경제적 가치를 가지고 있습니다.그러나 아스타잔틴의 거대한 개발 잠재력에도 불구하고 실제 적용에는 아직 미비점과 어려움이 있다.

먼저 아스타잔틴은 불안정하며 빛, 열, 산소에 노출되면 이성질화한다.생산에 있어서 그 효과와 안정성을 어떻게 유지할 것인가가 중요한 연구 주제이다 [54].둘째, 다양한 어종의 사료에 첨가되는 아스타잔틴의 최적 양에 대한 고정된 규칙이 없다.최상의 결과를 얻기 위해 필요한 astaxanthin의 농도는 어종에 따라 다르며, 이를 위해서는 연구 및 결정을 위한 많은 양의 실험 데이터가 필요하다.그러나 아스타잔틴에 대한 연구가 심화되고 양식 기술이 지속적으로 향상됨에 따라 어류 양식 산업에서의 응용은 더욱 광범위하고 성숙해질 것이며, 어류 양식 산업의 지속 가능한 발전에 강력한 지원을 제공할 수 있다.

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