Микроводоросли раскрывают свой потенциал заранее «питание и здоровье», а также благодаря их способности производить биологически активные вещества, такие как астаксантин, каротиноид с необычайной антиоксидантной силой. Его предполагаемое использование несколько, давай функциональные продукты и пищевые добавки к косметике и лекарствам, вплоть до аквакультуры и животноводства.
Микроводоросли Гематококк плювиалис это вид, представляющий наибольший экономический интерес для производства природного астаксантина, даже если другие виды микроводорослей (вместе с дрожжами и бактериями) также могут быть использованы для экстракции этого ценного ингредиента (или добавки, в зависимости от применения). (1) Углубление.
1) Натуральный и синтетический астаксантин
астаксантин это каротиноид, известный своим красноватым цветом и исключительными антиоксидантными свойствами, намного превосходящими свойства других молекул, таких как витамины С и Е, лютеин и β-каротин. Микроводоросли Гематококк плювиалис (o Х. лакустрис) является первым природным источником астаксантина, стоимость производства которого не может конкурировать с затратами на химический синтез той же молекулы. Таким образом, синтетический астаксантин очень популярен в секторе кормов (вне цепочек поставок органических продуктов), но его использование в пищевых продуктах и пищевых добавках не разрешено в ЕС.
Существенные различия (преимущества и недостатки) между природным и синтетическим астаксантином определяются следующим образом:
- натуральный астаксантин обладает заметно более высокой биологической активностью и антиоксидантной силой, большей безопасностью потребления, меньшим воздействием на окружающую среду. С недостатками более высоких производственных затрат, более низкой урожайности и более короткого срока годности,
- его синтетическая реплика имеет противоположные характеристики. И, следовательно, низкие производственные затраты, высокая доступность, большая стабильность, а также серьезное воздействие на окружающую среду из-за использования нефтехимических реагентов и сложных, невозобновляемых путей биосинтеза.
2) Астаксантин из микроводорослей, главные действующие лица
Драгоценный каротиноид могут быть извлечены из некоторых видов рыб (например, масло криля, экзоскелеты ракообразных) или, в вариантах вегетарианский, некоторыми микроводорослями и микроорганизмами. EFSA, признавая Гематококк плювиалис lo статус di КПТ (Квалифицированная презумпция безопасности), указывает на это как на первый источник астаксантина. По сравнению с другими микроводорослями – как Хромохлорис зофингиенсис e виды хлорококка., Ботриококк брауни – но и в отношении микроорганизмов, из которых он может быть получен (см. п. 4).
3) Хромохлорис зофингиенсис, революционная микроводоросль
Хромохлорис зофингиенсис (уже известный как Хлорелла зофингиенсис) является кандидатом зеленых микроводорослей на замену Гематококк плювиалис (лакустрис) только для извлечения астаксантина. Фактически, он имеет более быстрое размножение биомассы и производственную мощность, особенно в условиях особого экологического стресса.
Добыча восстановление каротиноидов (т.е. последующая обработка), в свою очередь, легче благодаря более высокой эффективности разрушения клеточной стенки и разделения метаболитов. Единственным ограничением является более низкий выход продукции астаксантина на объем клетки и общую биомассу.
Стрессовые состояния, вызванные высоким световые облучения, стимулированные синими светодиодами (не вводить в избытке, во избежание метаболических блоков) и белыми люминесцентными лампами оказались оптимальными для стимуляции биоаккумуляции астаксантина в С. зофингиенсис (макс. 39.8 мг/л). Для дальнейшего повышения продуктивности в будущем также необходимо будет учитывать плотность клеток, концентрацию азота, а также тип и интенсивность светового излучения. (2)
4) Альтернативы микроводорослям
Микроорганизмы такие как дрожжи и бактерии, также могут быть использованы для производства природного астаксантина. Между ними:
- Phaffia rhodozyma/Xanthophyllomyces dendrorous. Бесполые и половые формы одних и тех же дрожжей, они были наиболее используемым источником астаксантина до появления микроводорослей. Х. плювиалис. Его производительность ниже, но проводятся несколько испытаний Upcycling производить биомассу за счет использования недорогих питательных веществ, таких как пищевые отходы, (3)
- Паракокк каротинифасьенс. Эта бактерия производит не чистый астаксантин, а смешивать каротиноидов, основным компонентом которых он является. С помощью классических методов мутагенной селекции (например, УФ, химическая обработка) были отобраны более продуктивные штаммы вместе с более подходящими параметрами культивирования.
4) Новые продукты на основе астаксантина
Применение астаксантина. в пищевых продуктах в ЕС в настоящее время разрешен только в пищевых добавках с предупреждением о непригодности для употребления детьми и молодыми людьми в возрасте до 14 лет (см. пункт 6). Первая авторизация а Новая еда касается богатой астаксантином олеорезина из Х. плювиалис, и предложение об изменении его условий использования сейчас находится на рассмотрении. Также была подана дополнительная заявка на участие в программе NF для живицы и муки из морских водорослей. Х. плювиалис, Еще один роман пищи с (сложными эфирами) астаксантина, уже разрешенное, является маслом Каланус финмархикус (мелкий веслоногий рачок).
5) Антиоксидантное действие и другие преимущества для здоровья
Выгоды астаксантина многочисленны благодаря экспоненциально превосходящей антиоксидантной биологической активности по сравнению с другими молекулами (Mularczyk и другие, 2020). (4) Поскольку это жирорастворимое соединение, его биодоступность увеличивается при приеме с маслами или жирами. Несколько клинических исследований продемонстрировали способность астаксантина уменьшать воспаление и укреплять иммунную систему в дополнение к антимикробной и противовирусной активности. Другие преимущества, описанные в литературе (Ambati и другие, 2014) с разным уровнем научной обоснованности, касаются:
- снижение холестерина и триглицеридов в крови,
- профилактика сердечно-сосудистых заболеваний,
- уменьшение повреждения ДНК и снижение частоты возникновения опухолей,
- восстановление после умственной усталости,
- защита кожи от УФ-лучей,
- поддержание антиоксидантной функции после окислительного стресса от физической активности. (5)
Другие клинические исследования (Хаяси и другие, 2021) показали способность астаксантина предотвращать тревогу, язву желудка и повреждение сетчатки, а также улучшать когнитивные функции. Предполагая, что эти эффекты происходят не только от астаксантина, но и от других AER (каротиноиды, богатые астаксантином), такие как адонирубин и адониксантин. (6)
6) Уровни воздействия, ADI
EFSA (2020) провели повторную оценку безопасности астаксантина для человека на основе воздействия роман пищи разрешено (максимум 8 мг/день астаксантина) и от потребления рыбы и ракообразных, которые его содержат, из-за его использования в качестве кормовой добавки. Результаты для целевых групп были следующими:
- взрослые (масса тела 70 кг): воздействие в дозе 0,174 мг/сут на кг массы тела является безопасным, так как на 13% ниже уровня ДСП (Допустимая суточная доза) установить в заключениях на кормовые добавки 0,2 мг астаксантина на кг живой массы,
- подростки от 14 до 17 лет (масса тела 61,3 кг). Воздействие составляет 0,2 мг/сутки на кг массы тела, что эквивалентно ДСП.
- подростки от 10 до 13 лет (масса тела 43,3 кг). ДСП превышена на 0,056 мг/сут на кг массы тела (28% от общей ДСП),
- дети до 10 лет. Экспозиция колеблется от 0,25 до 1 мг/сут на кг массы тела (ДСП превышена на 123-524%).
6) Астаксантин в аквакультуре
аквакультура это сектор, где астаксантин широко используется благодаря его способности придавать типичный «лососевый» цвет разводимым на фермах видам рыб, таким как лососевая форель и сам лосось, ракообразные, а также декоративные рыбы. Пищевые добавки с астаксантином показали дополнительные преимущества для здоровья производительность производство животных аквакультуры. На самом деле он способен способствовать росту и увеличению веса.
Администрация астаксантина вместе с биомассой водорослей также позволяет:
- содержат незаменимые аминокислоты, моно- и полиненасыщенные жирные кислоты, полисахариды и витамины, которые усиливают действие каротиноидов,
- повысить функциональность иммунной системы благодаря антиоксидантной способности и, таким образом, снизить потребность в использовании антибиотиков в аквакультуре,
- уменьшают перекисное окисление липидов, повышая стабильность пищи и ее питательные свойства (Lu и другие, 2021. См. примечания 8,9).
7) Астаксантин в птицеводстве
Птицеводство это еще один сектор животноводства, где астаксантин обнаруживает большой потенциал как в отношении его антиоксидантного действия, так и в отношении положительного воздействия на иммунную систему и здоровье животных. С целью сокращения и, возможно, даже прекращения использования антибиотиков и других ветеринарных препаратов, как это уже было протестировано в Италии с Алгатаном. (10)
Недавние исследования опыты по применению астаксантина в птицеводстве (Чжу и другие, 2021; Пертиви и другие, 2022) фактически продемонстрировали полезность его вклада как в стимулирование роста мясной птицы (бройлер), а также для здоровья и благополучия кур-несушек, оказывая положительное влияние на качество яиц (11,12).
8) Использование в свиноводстве
Антиоксиданты они не только влияют на здоровье и состояние свиней, но и на качество мяса. Ян и другие (2006) продемонстрировали десятикратное снижение содержания жира на спине и увеличение мышечной массы после 14 дней кормления 3 мг/кг астаксантина. (13)
Накопление природного астаксантина в мышечной ткани свиней после его включения в рацион корма обладает антиоксидантным действием, которое, по оценкам, в четыре раза выше, чем у витамина Е. Обладая эффектами, превосходящими действие той же молекулы, добавленной к мясу, для поддержания его качество и сохранность.
8) Предварительные выводы
Домен микроводорослей продолжает выражать потенциал, который до сих пор не выражен или, во всяком случае, недооценен. В целях производства нутрицевтических ингредиентов, лекарственных средств и натуральной косметики, в том числе за счет Upcycling CO2 и отходов из других цепочек поставок, как мы видели (14,15).
Мировое производство водорослей и микроводорослей - как указано в отчете Европейского парламента (2023 г.), который следует за «Инициатива ЕС по водорослям» (2022) – увеличился с 0,56 до 35,82 млн тонн в период с 1950 по 2019 год (16,17,18). И Азия является абсолютным героем, с 97%.
Исследования и инновации необходимы для разработки и проверки эффективных процессов и инновационных продуктов, чтобы стимулировать рождение синий биоэкономика. Как показывает исследовательский проект, например ПроБудущее, в программе горизонт и отправлять адресату Horizon4Белки (19).
Дарио Донго и Андреа Адельмо Делла Пенна
Внимание
(1) Вильяро и другие (2021). Астаксантин, полученный из микроводорослей: исследования, потребительские тенденции и промышленное использование в пищу. Еда 10: 2303, https://doi.org/10.3390/foods10102303
(2) Чен и другие (2017). Повышенное производство астаксантина Chromochloris zofingiensis в системе культивирования на основе микропланшетов при сильном облучении светом. Биоресурсная технология 245: 518-529, https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.08.102
(3) Герваси и другие (2019). Производство астаксантина Xanthophyllomyces dendrorhous, растущими на дешевом субстрате. Агрофор. Сист. 94:1229–1234, https://doi.org/10.1007/s10457-018-00344-6
(4) Муларчик М., Михалак И., Марич К. (2020). Астаксантин и другие питательные вещества из Haematococcus pluvialis — многофункциональные приложения. Мар Наркотики. 2020 сен 7;18(9):459. doi: 10.3390/md18090459
(5) Р.Р. Амбати и другие (2014). Астаксантин: источники, экстракция, стабильность, биологическая активность и его коммерческое применение - обзор. Мар. Наркотики 12: 128-152, https://doi.org/10.3390/md12010128
(6) Хаяси и другие (2021). Коммерческое производство астаксантина с помощью Paracoccus carotinifaciens. В: Каротиноиды: биосинтетические и биофункциональные подходы. Достижения экспериментальной медицины и биологии 1261:11–20, https://doi.org/10.1007/978-981-15-7360-6_2
(7) ЕФСА (Европейское агентство по безопасности продуктов питания) Соглашение о неразглашении Панель (2020). Безопасность астаксантина для его использования в качестве нового пищевого продукта в пищевых добавках. Журнал EFSA 18 (2): 5993, https://doi.org/10.2903/j.efsa.2020.5993
(8) Лу и другие (2021). Астаксантин как метаболит микроводорослей для аквакультуры: обзор синтетических механизмов, методов производства и практического применения. Исследования водорослей 54: 102178. https://doi.org/10.1016/j.algal.2020.102178
(9) Для использования в аквакультуре астаксантин должен быть разрешен в качестве кормовой добавки (категория «вкусовые добавки», группа «красители»). В настоящее время в реестр ЕС внесены три разрешенные добавки (астаксантин, астаксантин-диметилсукцинат, биомасса Фафия родозима богаты астаксантином), с относительно разрешенными видами. Идет оценка безопасности Паракокк каротинифасьенс, также для использования в качестве кормовой добавки
(10) Дарио Донго, Андреа Адельмо Делла Пенна. Безантибиотическое птицеводство по-итальянски. ПОДАРОК (Великая итальянская торговля продуктами питания). 14.12.20
(11) Юаньчжао Чжу и другие (2021). Добавление астаксантина улучшает продуктивность, физиологические и иммунологические реакции у кур-несушек. Биология животных. 2021 март; 34(3): 443–448. дои: 10.5713/ab.20.0550
(12) Херинда Пертиви и другие (2022). Астаксантин как потенциальный антиоксидант для улучшения здоровья и производственных показателей ветеринарных цыплят-бройлеров. Мед. Интерн.. 2022 г.; 2022: 4919442. doi: 10.1155/2022/4919442
(13) Ян, YX; Ким, Ю.Дж.; Джин, З .; Лохакаре, JD; Ким, CH; О, СХ; Ли, СХ; Чой, JY; Че, Би Джей (2006). Влияние добавок астаксантина в рацион на продуктивность, качество яиц несушек и качество мяса свиней на откорме. AJAS 2006, 19, 1019–1025. doi: 10.5713/ajas.2006.1019
(14) Дарио Донго, Андреа Адельмо Делла Пенна. Водоросли и микроводоросли для пищевых продуктов в Европе, ABC. ПОДАРОК (Великая итальянская торговля продуктами питания). 14.11.22
(15) Дарио Донго, Джулия Пьетроллини. Водоросли и микроводоросли. Углеродное сельское хозяйство e Upcycling СО2. ПОДАРОК (Великая итальянская торговля продуктами питания). 18.1.23
(16) Европейский парламент (2023). Будущее сектора водорослей ЕС. https://bit.ly/733-114 Исследование для комитета PECH DOI: 10.2861 / 922543
(17) Марта Стринати. Европейская комиссия предлагает 23 действия для индустрии морских водорослей. ПОДАРОК (Великая итальянская торговля продуктами питания). 23.11.22
(18) Сообщение Европейской комиссии «На пути к сильному и устойчивому сектору водорослей ЕС» (COM/2022/592 final)"https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A52022DC0592&qid=1685431066833
(19) Дарио Донго. ПроБудущее, микроводоросли, чтобы накормить планету. Исследовательский проект ЕС. ПОДАРОК (Великая итальянская торговля продуктами питания). 18.6.19
Дарио Донго, юрист и журналист, доктор наук в области международного пищевого права, основатель WIISE (FARE - GIFT - Food Times) и Égalité.
Окончил факультет пищевых технологий и биотехнологий, получил квалификацию технолога пищевых продуктов, занимается исследованиями и разработками. Особое внимание уделяется европейским исследовательским проектам (в Horizon 2020, PRIMA), в которых участвует подразделение FARE благотворительной компании WIISE Srl.
