Red yeast (Phaffia rhodozyma) as a source of Astaxanthin and its impacts on productive performance and physiological responses of poultry
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Abstract:
The red yeast Phaffia rhodozyma is considered as a useful source of astaxanthin (ASX) which is a carotenoid pigment widely used in the feed industry. Poultry cannot synthesise carotenoids, so they must obtain these pigments from diet supplementation with sources such as red yeast, as a source of ASX. Astaxanthin has health benefits including the protection against oxidative damage in cells, enhancement of the immune response and protection against diseases by scavenging oxygen free radicals. It has activities approximately 10 times stronger than that of other carotenoids and 100 times greater than α-tocopherol against reactive oxygen species. In recent years, Phaffia rhodozyma has become an important microorganism for its use in both the pharmaceutical industries and food. Dietary Phaffia rhodozyma addition at the level of 10 and 20 mg/kg in broiler diets positively increased weight gain by 4.12 and 6.41% respectively. The inclusion of ASX rich red yeast (100 mg/kg) in broiler diets for 14 days improved T-cell proliferation and IgG production by 111.1 and 34.6% respectively. However, the optimum level or feeding duration of dietary ASX rich red yeast addition for enhancing poultry productive, physiological and immunological responses has not been determined.생물계의 색소성분인 동시에 연간 1억톤 이상 생산되고 있는 carotenoids의 특성, 산화억제 및 발암 억제작용 등 생리기능성 및 생물공학적인 생산기술에 관하여 조사하였다. Carotenoids는 황적색 색소로서 각종 식품의 착색에 이용되어 왔으며 공액 이중결합이 많은 특성으로 열, 광, 산 및 금속이온 등에 의하여 산화가 쉽게 일어나는 특징을 나타내었다. Carotenoids는 비타민 A의 활성을 나타내고 활성의 강도는 trans-형이 cis-형보다 큰 것으로 나타났다. Carotenoids는 생체에 유해한 활성산소의 소거기능을 나타내며, 특히 β-carotene, canthaxanthin, astaxanthin 및 lycopene 등은 토코페롤보다 강력한 생체 항산화성을 나타내었으며, 이러한 특정은 carotenoids 특유의 공액 이중결합수와 β-ionone의 화학구조와 깊은 관련이 있는 것으로 추정되었다. β-Carotene을 비롯하여 astaxanthin, α-carotene, fucoxanthin, halocynthiaxanthin 및 peridinin 등은 폐암, 구강암, 피부암, 신경 세포암 및 십이지장 종양 등을 강하게 억제하는 활성을 나타내어 향후 이에 대한 해석과 유사물질에 대한 깊이 있는 연구가 필요한 것으로 지적되었다. Carotenoids 중 천연 β-carotene 및 astaxanthin은 유용성이 인정되어 현재 Dunaliella 및 Haematococcus 등의 해양조류를 이용한 생물공학적 생산기술에 대한 연구가 진행되고 있으나, 이들 carotenoids가 상업적 수준으로 생산되기 위해서는 아직도 배양체계의 조절과 부가가치가 높은 조류(algae)의 선발이 요구되었다. 향후 carotenoids의 생물활성에 대한 해명과 상업적인 생산기술 개발을 통해 carotenoids가 다양한 분야에 이용될 것으로 기대된다.
Canthaxanthin
Peridinin
Carotene
Dunaliella
Ionone
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Penaeus
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The purpose of this presentation is to review recent literature on carotenoid pigmentation in salmonid fishes. Consumers have preferences for red-colored products of salmonid fishes, and this is reflected by an increased rate of publications on carotenoids in relation to aspects of quality such as coloration, variation among groups of fish and within fish, and effects of fish production and processing. Recent studies have shown that dietary carotenoid utilization f or muscle pigmentation has a considerable genetic component, enabling selective breeding for color traits. Recently, studies have shown that astaxanthin (3,3´ -dihydroxy-â, â-carotene-4,4´-dione) E/Z isomers accumulate selectively in fish tissues and plasma. All -E-astaxanthin accumulate selectively in muscle and plasma, and 13 Z-astaxanthin in liver of salmonid fishes. The positive effect of lipid content on muscle caroteno id deposition appear to be the only interaction with macronutrients. Also it has been shown that oil composition and a -tocopherol may have slight positive effects on carotenoid utilization. Storage losses of carotenoids may be considerable, and protection from oxygene is of great importance. Carotenoid absorption is slow, and apparently governed by passive diffusion. About 60% of the absorbed carotenoids are metabolized, partly into idoxanthin (3,3´,4´ -trihydroxy- â, â -carotene-4-one) which is rapidly formed from astaxanthin. Carotenoid metabolism and partitioning among body compartments is affected by sex hormones. Positive effects of astaxanthin on on growth and disease resistance may be related to carotenoid antioxidant activity.
Canthaxanthin
Carotene
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Canthaxanthin
Flesh
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Flesh
Canthaxanthin
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해양생물에 함유하는 특이한 carotenoids 조성과 이들carotenoids의 생리활성을 밝히고저 미색동물 및 패류의 육과 표피에 존재하는 carotenoids 성분을 분리, 동정하였으며, 이들 marine carotenoids에 대한 돌연변이 유발억제 및 종양세포 증식억제 활성을 비교, 검토한 결과는 다음과 같다. 멍게류의 총 carotenoids 함량은 육에서는 붉은멍게, 미더덕, 참멍게, 이가보야개멍게, 리테르개멍게 및 흑미더덕의 순으로 함유하였고(18.65～2.39 mg%), 미더덕육이 참멍게 육보다 높게 나타나 특이하였으며, 붉은멍게, 참멍게 외는 육의 총 carotenoids 함량이 표피에 비해 높게 나타났다. 멍게류의 carotenoids 조성은 참멍게, 붉은멍게, 혹미더덕 그리고 미더덕에는 cynthiaxanthin(25.1～42.2%), halocynthiaxanthin(9.7～26.3%), diatoxanthin(8.0～18.7%) 및 β-carotene(7.7～21.2%)이, 리테르개멍게에는 canthaxanthin(19.6%), cynthiaxanthin(15.4%), halocynthiaxanthin(14.8%) 및 (3R, 3'R), (3S, 3'S)-astaxanthin(22.6%)이, 그리고 이가보야개멍게에는 fucoxanthin(26. 6%), cynthiaxanthin(21.8%), halocynthiaxanthin(15.2%) 및 β-carotene(9.3%)이 주성분으로 함유하나, 멍게류의 carotenoids 조성은 전체적으로 서로 유사하였다. 그리고 멍게류의 육과 표피의 carotenoids 조성도서로 유사하였다. 시료 패류중에서 비단조개 육, 키조개 난소, 비단가리비 난소 및 재첩 육의 총 carotenoids 함량(2.51～6.83mg%)이 다른 패류에 비해 매우 높았으며, 패류의 carotenoids 조성은 서식환경이 다른 것처럼 전체적으로 서로 상이하였다. 그러나 비단가리비 난소, 코고둥 육 및 굴 육에는 cynthiaxanthin(15.9～39.0%), zeaxanthin(9.6～21.9%)이, 재첩 육과 키조개 난소에는 cynthiaxanthin(21.5～48.6%), mytiloxanthin(14.6%)이, 그리고 비단조개 육에는 canthaxanthin(60.6%), isozeaxanthin(20.5%)이, 이 외다슬기 육 및 백합 육에는 β-carotene(23.7～34.8%) 및 zeaxanthin(18.2～20.4%)이 주성분으로 함유하였다. 또한 굴육에는 diester형 carotenoids가 유리형 carotenoids와 혼합되어 존재하는 것이 특이하였다. 한편, 멍게류 및 패류에서 분리한 주요 carotenoids의 돌연변이 유발억제 효과는 S. typhimurium TA 98에 대하여 20, 50 그리고 100 μg투여시 농도증가에 비례하여, IQ에서는 astaxanthin, isozeaxanthin, mytiloxanthin 및 halocynthiaxanthin 첨가구에서, AFB1에서는 β-carotene, isozeaxanthin 및 mytiloxanthin첨가구에서 유의적으로 돌연변이 유발이 억제되었다. 또한, 멍게류 및 패류에서 분리한 주요 carotenoids의 종양세포증식억제 효과는 5, 10 그리고 20 μg 투여시 농도증가에 비례하여, 자궁경암(HeLa)세포에서는 β-carotene, cynthiaxanthin, astaxanthin 및 halocynthiaxanthin 첨가구에서, 위암(NCI-H87)세포에서는 β-carotene, astaxanthin, cynthiaxanthin 및 halocynthiaxanthin 첨가구에서, 결장암(HT-29)세포에서는 β-carotene, cynthiaxanthin, mytiloxanthin 및 halocynthiaxanthin 그리고 골육암(MG-63)세포에서는 β-carotene, cynthiaxanthin, astaxanthin, canthaxanthin 및 halocynthiaxanthin 첨가구에서 유의적으로 종양세포 증식이 억제되었다.
Canthaxanthin
Carotene
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Canthaxanthin
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Carotene
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양식 농어에 대한 사료 carotenoids의 대사와 체색개선에 미치는 영향을 검토하기 위하여 β-carotene, lutein ester, astaxanthin, astaxanthin monoester 및 astaxanthin diester의 첨가사료로서 8주간 사육하여 표피의 Carotenoid성분을 분석, 비교 검토한 결과는 다음과 같다.
농어 표피의 carotenoid색소는 tunaxanthin획분과 lutein이 주성분을 이루고 있으며, 그 외 β-carotene, α-cryptoxanthin, zeaxanthin 및 β-carotene type triol이 소량으로 존재하였다. 한편, 천연산은 양식산에 비하여 tunaxanthin과 lutein의 함유비가 높은 반면 β-carotene의 함유비가 낮은 경향을 보여 서로 차이를 보였다.
Carotenoid의 축적율은 astaxanthin monoester첨가구에서 가장 높게 나타나서 채색선명화의 효과가 컸었으며, 그 다음으로 astaxanthin, astaxanthin diester첨가구의 순으로 나타났다.
사육시험후 각 시험구의 carotenoid함량과 조성으로 보아. 농어의 carotenoid대사경로는 astaxanthinol β-carotene type trios, zeaxanthin, lutein을 거쳐 tunaxanthin으로 되는 환원적대사과정을 가지는 것으로 추정할 수 있었다.
Carotene
Triol
Canthaxanthin
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양식 참돔과 넙치에 대한 사료 carotenoid의 대사와 체색개선에 미치는 영향을 검토하기 위하여 β-carotene, lutein ester, astaxanthin 및 β-apo-8`-carotenal을 각각 첨가한 사료로서 8주간 사육한 결과는 다음과 같다.
1) 참돔에 있어서 carutenoid 축적율은 astaxanthin diester첨가구에서 가장 높게 나타나 체색개선 효과가 가장 컸었으며, β-apo-8`-carotenal, astaxanthin monoester첨가구의 순으로 효과가 컸었다.
2) 참돔의 carotenoid 대사경로는 astaxanthin이 tunaxanthin으로 되는 환원적 대사과정을 가지는 것으로 추정 되었다.
3) 참돔 표피의 carotenoid 색소는 astaxanthin diester, tunaxanthin 및 β-carotene이 주성분을 이루고, 천연산과 양식산은 astaxanthin diester와 β-carotene의 함량에서 서로 차이가 있었다.
4) 넙치에 있어서 carotenoid 축적율은 β-carotene첨가구에서 가장 높게 나타나 체색개선 효과가 가장 컸었으며, 그 다음으로 lutein ester첨가구의 순으로 나타났다.
5) 넙치의 carotenoid 대사경로는 lutein이 tunaxanthin으로 환원대사되는 것으로 추정할 수 있었다.
6) 넙치 표피의 carotenoid 색소는 zeaxanthin, lutein이 주성분을 이루고, 천연산과 양식산은 lutein과 β-carotene의 함량에서 서로 차이가 있었다.
Carotene
Canthaxanthin
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