Progrès dans l'étude des propriétés fonctionnelles de l'astaxanthine et son application dans les aliments fonctionnels

L'astaxanthine (Astaxanthin), également connue sous le nom d'astaxanthine, les carapaces de crevettes et de crabes, les huîtres, le saumon et certaines algues contiennent des dérivés caroténoïdes de l'oxygène, qui permettent de neutraliser efficacement les espèces réactives de l'oxygène et qui ont une grande valeur nutritionnelle et sanitaire.

Dès les années trente du vingtième siècle, des chercheurs ont isolé l'astaxanthine à partir de la carapace des crevettes et des crabes, mais sa fonction physiologique n'a attiré l'attention de tous que dans les années quatre-vingt du vingtième siècle. Des études expérimentales animales et cliniques ont montré que l'astaxanthine a un fort pouvoir antioxydant, anticancéreux et inhibiteur du cancer, qu'elle renforce l'immunité, qu'elle prévient les maladies cardiovasculaires et qu'elle a d'autres fonctions en matière de soins de santé, ce qui ouvre de vastes perspectives d'application.

Propriétés physiques et chimiques de l'astaxanthine

L'astaxanthine cristalline est rose, son point de fusion est de 215 ℃ ~ 216 ℃, elle est insoluble dans l'eau, soluble dans les graisses, soluble dans le chloroforme, l'acétone, le benzène et d'autres solvants organiques. La structure moléculaire de l'astaxanthine de la chaîne de double liaison conjuguée et son extrémité du groupe cétone insaturé et de l'hydroxyle, a un effet électronique plus actif, peut attirer les électrons non appariés des radicaux libres ou fournir des électrons aux radicaux libres, de sorte que le piégeage des radicaux libres, a un effet antioxydant puissant.

La structure facilite également l'interaction avec la lumière, la chaleur, les oxydes, les changements structurels dans la dégradation de l'astaxanthine. Il a été constaté que la lumière visible sur l'astaxanthine a un faible impact, et que la lumière ultraviolette sur l'astaxanthine a un grand effet destructeur ; 70 ℃ en dessous, la température de l'astaxanthine a un faible impact, 70 ℃ ou plus, l'astaxanthine a commencé à être détruite par la chaleur ; dans la plage pH4 ~ 11, le pH sur l'astaxanthine a un très faible impact, pH 13 l'astaxanthine commence à être dégradée ; Ca2 ＋, Mg2 ＋, K ＋, Na ＋, Zn2 + et autres ions métalliques sur l'astaxanthine n'a fondamentalement aucun effet, Fe2 +, Fe3 +, Cu2 + sur l'astaxanthine a un effet destructeur significatif, dont Fe3 + a l'impact le plus important.

L'astaxanthine se présente principalement sous forme libre et estérifiée. L'astaxanthine libre est extrêmement instable, facile à oxyder, et est généralement synthétisée chimiquement pour la forme libre. L'astaxanthine estérifiée est due à la structure annulaire terminale de l'astaxanthine qui possède un groupe hydroxyle. Elle est facile à former des esters avec les acides gras et est stable, la peau et la coquille des animaux aquatiques, l'astaxanthine des algues rouges, l'astaxanthine de la levure rouge sont principalement à l'état estérifié, principalement à l'état estérifié en fonction de sa combinaison d'acides gras, sont divisés en monoester d'astaxanthine et diester d'astaxanthine. Lorsque l'astaxanthine est estérifiée, son hydrophobie est renforcée et le diester est plus lipophile que le monoester ; en même temps, l'astaxanthine à l'état estérifié forme des complexes avec les protéines pour produire différentes couleurs.

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Propriétés fonctionnelles de l'astaxanthine

Ces dernières années, les fonctions physiologiques importantes et la grande valeur économique de l'astaxanthine étant progressivement connues, la recherche nationale et étrangère sur les propriétés fonctionnelles de l'astaxanthine s'intensifie, en particulier dans les domaines suivants : antioxydant, anticancer et inhibition du cancer, renforcement de l'immunité, anti-hypertension, prévention des maladies cardiovasculaires, anti-rayonnement ultraviolet, etc.

2.1 Antioxydant
L'astaxanthine est un antioxydant qui brise la chaîne et dont les effets antioxydants sont extrêmement puissants. L'organisme peut produire une petite quantité de radicaux libres d'oxygène au cours des activités normales de la vie, telles que le transfert d'électrons dans la chaîne respiratoire et l'oxydation d'autres substances dans le corps, et un grand nombre de radicaux libres d'oxygène seront produits lorsqu'ils sont stimulés par des réactifs chimiques et des rayons ultraviolets.

Ces radicaux libres peuvent provoquer la peroxydation des lipides, l'oxydation des acides aminés, la dégradation des protéines et la détérioration de l'ADN sur les membranes biologiques, mais aussi provoquer la réaction en chaîne des acides gras insaturés sur la membrane cellulaire, affectant ainsi la composition des cellules. L'astaxanthine peut non seulement étouffer l'oxygène linéaire unique, piégeant directement les radicaux d'oxygène, mais aussi bloquer la réaction en chaîne des acides gras.

Il a été constaté que la capacité de plusieurs caroténoïdes à éteindre l'oxygène moléculaire est dans l'ordre suivant : astaxanthine > α-carotène > β-carotène > rhododendron > zéaxanthine > lutéine > bilirubine > bilirubine, Lee et al. ont constaté que le rôle de cinq caroténoïdes et de leurs dérivés, à savoir la lutéine, la zéaxanthine, le lycopène, l'isozeaxanthine et l'astaxanthine, qui ont différents nombres de liaisons conjuguées, dans la photo-oxydation de l'huile de soja, dans l'extinction des espèces réactives de l'oxygène, et ont constaté que l'extinction des espèces réactives de l'oxygène est un facteur très important pour le développement de l'huile de soja. Il a été constaté que la capacité à éteindre les espèces réactives de l'oxygène augmentait avec l'augmentation des doubles liaisons conjuguées, et que l'astaxanthine présentait la plus forte capacité d'extinction.

Certains chercheurs ont également appliqué la méthode de l'acide thiobarbiturique pour tester la DE50 (voir tableau 1) de la dose à demi-effet de piégeage des radicaux libres des caroténoïdes et de leurs dérivés et de l'α-tocophérol (VE) pour chaque sujet, en utilisant des protéines hémiques contenant des ions ferreux comme générateurs de radicaux libres et de l'acide linoléique comme accepteur, et ont constaté de la même manière que l'astaxanthine a la plus forte capacité de piégeage des radicaux libres.

Ces dernières années, des recherches continues ont également prouvé que l'effet antioxydant de l'astaxanthine est plus de 100 fois supérieur à celui de l'α-tocophérol, ce qui lui a valu le nom de "super VE". En même temps, l'astaxanthine peut prévenir efficacement la peroxydation des phospholipides et d'autres lipides. En outre, l'astaxanthine peut également augmenter l'activité des enzymes antioxydantes et l'expression des protéines. Différentes doses d'astaxanthine dans les cellules animales ont augmenté de manière significative l'expression des protéines de la peroxiredoxine et de la superoxyde dismutase, et son activité biologique a également été améliorée de manière significative.

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2.2 Anti-cancer
La relation entre l'apport alimentaire en caroténoïdes et l'incidence du cancer ou la mortalité s'est avérée être significativement négative avec l'apport en caroténoïdes [14].Nishino [15] a comparé l'activité anticarcinogène de divers caroténoïdes et a conclu que l'astaxanthine avait l'effet anticarcinogène le plus fort.

Savoure et al. ont démontré que l'effet tumorigène de l'astaxanthine réside dans l'inhibition de la prolifération tumorale. Actuellement, des études ont montré que la communication entre les jonctions lacunaires joue un rôle important dans la régulation de la prolifération et de la différenciation normales des cellules et de la stabilité des tissus, et que l'inhibition ou la destruction de sa fonction est un mécanisme important dans la phase de pro-carcinogenèse.

L'effet anticancéreux de l'astaxanthine est étroitement lié à sa capacité à induire la communication entre les jonctions lacunaires des cellules, ce qui permet d'isoler les cellules cancéreuses et de réduire la connexion entre les cellules cancéreuses en renforçant la connectivité entre les cellules normales afin de contrôler leur croissance et d'empêcher la transformation tumorale.

Un grand nombre d'études nationales et internationales ont également montré que l'astaxanthine a un effet inhibiteur ou préventif significatif sur une variété de cancers, comme Tanaka et al. qui ont observé, par le biais d'expérimentations animales, que l'astaxanthine a un effet préventif sur le cancer de la bouche et le cancer de la vessie ; Gradelet et al. ont montré que l'astaxanthine a un effet significatif sur l'inhibition du carcinome hépatocellulaire ; il a également été démontré que l'astaxanthine prévient la croissance et la transformation des fibroblastes humains (1BR-3), des mélanocytes (HEMAc) et des tumeurs intestinales. L'astaxanthine protège également les cellules CaCo-2 (HEMAc) et les cellules intestinales CaCo-2 contre les dommages causés à l'ADN par les rayons ultraviolets, réduisant ainsi l'apparition du cancer de la peau.

2.3 Renforcement de l'immunité
Une étude de Jyonouchi et al. sur les effets immunomodulateurs de l'astaxanthine et des caroténoïdes sur les lymphocytes de souris dans un système de culture tissulaire in vitro a révélé que l'astaxanthine avait un fort effet immunomodulateur. Il a été démontré que l'astaxanthine favorise de manière significative la production d'anticorps dans les splénocytes de souris en réponse à l'antigène dépendant du thymus (TD-Ag) et améliore la conclusion des réponses immunitaires humorales dépendant des antigènes T-spécifiques.

En outre, l'astaxanthine et les caroténoïdes ont favorisé de manière significative la production d'anticorps en réponse à la stimulation TD-Ag et ont augmenté le nombre de cellules sécrétant des IgG et des IgM dans une étude in vitro sur des cellules sanguines humaines, tandis que la supplémentation en astaxanthine a partiellement restauré la production d'anticorps en réponse à TD-Ag chez des souris âgées, contribuant ainsi à la restauration de l'immunité humorale chez les animaux âgés.

Les résultats de l'étude de Chew et al. sur les effets de l'ingestion de β-carotène, d'astaxanthine et de jaune de moule zébrée sur la fonction des splénocytes chez les souris ont montré que le β-carotène et l'astaxanthine avaient pour effet d'améliorer de manière significative la fonction des lymphocytes spléniques chez les souris afin de renforcer l'immunité de l'organisme.

En outre, l'astaxanthine améliore également la production d'immunoglobuline humaine ainsi que la capacité à libérer de l'interleukine-1 et du facteur de nécrose tumorale chez les souris, ce qui est plus fort que le β-carotène et la kératine. Ainsi, l'astaxanthine a une forte activité d'induction de la division cellulaire et a un effet immunomodulateur important.

2.4 Antihypertenseurs
Hussein et al [27] ont étudié l'effet antihypertenseur de l'astaxanthine chez des rats spontanément hypertendus (SHR), et les résultats ont montré qu'une alimentation continue en astaxanthine pendant 14 jours entraînait une réduction significative de la pression artérielle chez les SHR ; une alimentation continue en astaxanthine (50 mg-kg-1) pendant 5 semaines chez des SHR sujets aux accidents vasculaires cérébraux entraînait une réduction significative de la pression artérielle, et retardait également l'apparition des accidents vasculaires cérébraux chez les SHR.

En ce qui concerne le mécanisme d'action de l'effet antihypertenseur de l'astaxanthine, certaines études ont montré que l'astaxanthine peut réguler la rhéologie sanguine, y compris la voie du récepteur sympathoadrénergique, assurer la normalisation de la sensibilité du récepteur α-adrénergique, ainsi qu'atténuer la vasoconstriction induite par l'Ang II et les espèces réactives de l'oxygène comme moyen de réparer l'état de tension vasculaire et d'obtenir l'effet antihypertenseur.

Harry et al. ont réalisé des expériences en utilisant des rats Juk à acide gras (ZFR) comme modèle, prouvant que l'astaxanthine a la capacité de résister à l'hypertension et de réduire l'activité du système rénine-angiotensine (SRA).

2.5 Prévention des maladies cardiovasculaires
Des études cliniques ont montré que l'oxydation des lipoprotéines de faible densité (LDL) est une cause importante d'athérosclérose, et plus la concentration de LDL dans le corps humain est élevée, associée au dépôt de plaquettes qui amincit les vaisseaux sanguins et entrave la vitesse de circulation du sang, plus le risque d'athérosclérose dans l'organisme est élevé [30].

Normalement, les LDL existent à l'état non oxydé, mais les lipoprotéines de basse densité oxydées (ox-LDL) transforment les cellules en cellules spumeuses et en stries lipidiques. La présence de cellules spumeuses dans la paroi vasculaire enflammée entraîne une augmentation de la capacité oxydative, une prolifération des cellules musculaires lisses périphériques et un rétrécissement de l'artère.

Les données épidémiologiques et cliniques suggèrent que les antioxydants alimentaires préviennent les maladies cardiovasculaires. C'est une raison importante pour laquelle l'astaxanthine est efficace dans la prévention de l'athérosclérose. En outre, l'astaxanthine réduit l'infiltration des macrophages dans les plaques artérielles, empêchant ainsi la formation de matériel athérosclérotique et ayant un effet stabilisateur sur les plaques.

L'étude de Murillo et al. a révélé que l'astaxanthine dans l'organisme entraîne une augmentation significative des HDL et réduit l'efficacité des LDL. Par conséquent, l'astaxanthine joue un rôle dans la prévention des maladies cardiovasculaires telles que l'athérosclérose, les maladies coronariennes et les lésions cérébrales ischémiques.

2.6 Anti-rayonnement ultraviolet
Des études ont montré que la peau et d'autres tissus exposés à une lumière vive, en particulier la lumière ultraviolette, peuvent conduire les membranes cellulaires et les tissus à produire de l'oxygène monoatomique et des radicaux libres, de sorte que l'organisme est sujet à des dommages oxydatifs.

Ces dommages peuvent être efficacement réduits lorsque l'organisme consomme suffisamment d'antioxydants tels que les caroténoïdes représentés par le β-carotène dans l'alimentation. Les caroténoïdes présents dans la nature jouent un rôle important dans la protection des tissus contre l'oxydation par les UV.

L'astaxanthine, quant à elle, a la propriété de prévenir les dommages causés par les rayons UV plus efficacement que le bêta-carotène et la lutéine, etc. D'autre part, l'astaxanthine a un effet particulier sur l'enzyme glutamine transglutaminase (Transglutaminase), qui est capable de consommer la putrescine lorsque la peau est exposée à la lumière, afin d'empêcher l'accumulation de putrescine.

Au Japon, l'astaxanthine a été testée pour la protection de la peau et les résultats ont montré que l'astaxanthine améliorait de manière significative la tension, la teneur en eau, la tonicité, l'élasticité et la douceur de la peau. Par conséquent, l'astaxanthine peut être utilisée comme agent potentiel de protection contre le rayonnement UV, pour la protection des membranes cellulaires et des membranes mitochondriales contre les dommages oxydatifs, pour prévenir le photovieillissement de la peau et pour maintenir la santé de la peau joue un rôle important.

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Application dans les aliments fonctionnels

Un grand nombre d'études menées dans le pays et à l'étranger ont montré que l'astaxanthine peut éliminer efficacement les radicaux libres générés par l'exercice dans les cellules musculaires, renforcer le métabolisme exigeant de l'oxygène, avec un effet anti-fatigue significatif et un effet de ralentissement du vieillissement ; elle peut améliorer de manière significative l'immunité humaine ; c'est le seul caroténoïde qui peut passer la barrière hémato-encéphalique, avec l'avantage d'une protection antioxydante des yeux, avec une variété de caractéristiques importantes et uniques en matière de fonctions de soins de santé. Il peut également être utilisé en tant que nouvel additif alimentaire fonctionnel, comme colorant alimentaire, antioxydant, etc., afin d'améliorer la qualité et la perception des aliments.

3.1 Application dans les aliments fonctionnels anti-âge
Le vieillissement de l'organisme est principalement causé par un grand nombre de radicaux libres générés dans la réaction d'oxydation en chaîne dans les mitochondries, qui, s'ils ne sont pas éliminés à temps, conduiront à des dommages oxydatifs mitochondriaux, accélérant le vieillissement des cellules de l'organisme. L'astaxanthine a une forte activité antioxydante, elle peut piéger efficacement les radicaux libres de l'oxygène, son efficacité est plus de 100 fois supérieure à celle du VE.

L'astaxanthine maintient non seulement une forte capacité antioxydante, mais ralentit également le déclin fonctionnel lié à l'âge et aide à résister au vieillissement. Par conséquent, l'ajout d'astaxanthine dans les aliments fonctionnels contribuera à prévenir une série de maladies causées par le vieillissement des organes et à améliorer la santé des personnes.

À l'heure actuelle, des pays étrangers ont mené des activités de recherche et de développement sur les aliments fonctionnels anti-âge à base d'astaxanthine, comme la société américaine Cyanotech qui a lancé les gélules d'astaxanthine naturelle Derma Astin (Derma).

En outre, la combinaison de l'astaxanthine et du facteur de beauté avec la production d'aliments de beauté anti-âge et de cosmétiques avec l'utilisation, améliore son effet anti-âge. Selon l'enquête, 90% des marques internationales de cosmétiques de première ligne ont lancé un produit de beauté contenant de l'astaxanthine, comme le "living face G + C" de Shiseido.

3.2 Application dans l'alimentation pour renforcer la fonction immunitaire
L'astaxanthine peut favoriser de manière significative la capacité des splénocytes à produire des anticorps en présence d'antigènes et améliorer la production d'immunoglobulines dans les cellules sanguines stimulées par les lymphocytes T dans le corps humain.

L'astaxanthine renforce également la réponse immunitaire humorale spécifique au stade initial de l'invasion de l'antigène. L'astaxanthine a une activité optimale d'induction de la cytokinèse qui augmente la production d'immunoglobulines dans l'organisme, ce qui joue un rôle immunomodulateur important.Goswami et al. ont constaté que l'astaxanthine peut être d'une grande utilité en tant qu'immunomodulateur.

Par conséquent, l'application de l'astaxanthine pour renforcer le système immunitaire de l'organisme constitue une orientation importante pour le développement de l'astaxanthine. Le Japon a lancé une variété de produits à base d'astaxanthine, tels que la marque Fancl "astaxanthine 30 jours" et d'autres produits nutritionnels renforçant le système immunitaire.

La société Japan Suntory applique l'astaxanthine et d'autres extraits fonctionnels à la méthode, à la production d'une variété de nouveaux produits au rôle fonctionnel plus élevé. L'astaxanthine et d'autres caroténoïdes, par exemple, renforcent l'immunité.

3.3 Dans la fonction de protection oculaire des applications alimentaires
Les principales maladies qui causent des dommages visuels et même la cécité sont la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) et la cataracte sénile, qui sont toutes deux liées au processus de photo-oxydation à l'intérieur de l'œil. La rétine humaine contient plus d'acides gras polyinsaturés et une forte concentration d'oxygène que n'importe quel autre tissu. Lorsque la lumière bleue à haute énergie est appliquée à la rétine, l'oxygène monolinéaire produit par la photo-oxydation et les radicaux d'oxygène causent des dommages peroxydatifs à la rétine. Dommage peroxydatif.

Chez l'homme et d'autres animaux, les caroténoïdes alimentaires, qui sont essentiels à la santé des yeux, éliminent ces espèces réactives de l'oxygène nuisibles et aident la rétine à résister aux dommages oxydatifs. Des études ont montré que l'astaxanthine peut traverser la barrière hémato-encéphalique et prévenir efficacement l'oxydation de la rétine et les lésions des cellules photoréceptrices, ce qui suggère que l'astaxanthine est efficace pour prévenir et traiter la "dégénérescence maculaire liée à l'âge" et améliorer la fonction rétinienne.

Par conséquent, l'astaxanthine appliquée à la protection de la vue, au maintien de la santé oculaire et à l'alimentation fonctionnelle est le sujet d'actualité de la recherche nationale et étrangère. Le Japon, par exemple, associera l'astaxanthine et l'extrait de myrtille afin de renforcer l'effet de protection de la vision ; les États-Unis ont mis au point des capsules d'astaxanthine naturelle et d'autres produits dédiés à la protection de la vue, afin d'améliorer la dégénérescence maculaire de la rétine chez les personnes âgées.

3.4 Application dans les additifs alimentaires fonctionnels
Dans l'industrie alimentaire, l'astaxanthine peut non seulement être utilisée comme stimulant immunitaire, agent antivieillissement et autres ingrédients fonctionnels ajoutés aux aliments, mais aussi jouer un rôle efficace dans la préservation de la fraîcheur, de la couleur, de la saveur, de la qualité, etc. Utilisés pour préserver les nutriments originaux des aliments sans nuire à la perte ou améliorer les propriétés sensorielles, ils renforcent l'attrait des aliments pour les consommateurs.

L'astaxanthine est un pigment liposoluble de couleur rouge brillant, naturel et réaliste, doté d'une forte capacité de dépôt de pigments, d'un fort pouvoir colorant, sûr et non toxique, d'un faible dosage, d'une absence d'odeur particulière et d'un bon goût. Il peut être utilisé pour la coloration de nombreux produits de santé ainsi que pour la coloration de l'enrobage des comprimés et des gélules. Il peut également être utilisé directement dans les denrées alimentaires, telles que les graisses et les huiles comestibles, la margarine, la crème glacée, les bonbons, les pâtisseries, les nouilles, les assaisonnements, etc. En particulier les produits alimentaires contenant davantage de lipides, qui ont à la fois un bon effet colorant et un effet de conservation remarquable. Peut également être utilisé pour la coloration des boissons, en particulier pour les jus de fruits contenant du VC.

Au Japon, l'utilisation de l'astaxanthine en tant qu'additif alimentaire fonctionnel est plus courante. L'huile rouge contenant de l'astaxanthine est largement utilisée dans les marinades de légumes, d'algues et de fruits, ainsi que dans les boissons, les nouilles, les assaisonnements, les colorants, etc.

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Conclusion et perspectives

Un grand nombre d'études menées dans le pays et à l'étranger ont prouvé que l'astaxanthine pouvait avoir des effets spéciaux sur la santé du corps humain, ce qui rend l'astaxanthine de plus en plus populaire. À l'heure actuelle, les principales sources d'astaxanthine sont la synthèse chimique et l'extraction naturelle.

L'astaxanthine synthétisée chimiquement et l'astaxanthine naturelle présentent des différences au niveau de la structure, de la nature, de l'application et de la sécurité ; sa stabilité, ses propriétés antioxydantes, colorantes et autres propriétés importantes sont nettement inférieures à celles de l'astaxanthine naturelle. L'extraction et la préparation efficaces de l'astaxanthine naturelle sont au cœur du développement de l'astaxanthine à l'avenir ; en particulier, l'utilisation de levures, d'algues et d'autres micro-organismes pour la production d'astaxanthine par fermentation industrielle ; le cycle de production est court et prometteur.

Par conséquent, la sélection de souches à haut rendement, l'amélioration du processus de fermentation, l'introduction de la technologie d'amélioration génétique au bon moment, l'augmentation du rendement et la réduction du coût contribueront grandement au développement et à l'application de l'astaxanthine.

L'astaxanthine dans le domaine des applications alimentaires fonctionnelles, les pays étrangers sont principalement situés dans son efficacité pour renforcer le système immunitaire, anti-cancer, anti-âge, protection de la rétine, anti-inflammatoire, prévention des dommages oxydatifs au cholestérol des lipoprotéines de basse densité (LDL-C), recherche et développement de la production d'un certain nombre d'aliments nutritionnels de soins de santé contenant de l'astaxanthine, des compléments alimentaires et ainsi de suite.

La Chine en est encore au stade primaire. Avec l'étude approfondie des propriétés fonctionnelles de l'astaxanthine, la technologie de production pour améliorer la perfection, tout en combinant notre concept traditionnel "médecine et alimentation", l'utilisation de l'astaxanthine pour le développement d'aliments nutritionnels fonctionnels, aura d'excellentes perspectives pour l'application d'une signification de développement de grande portée.