Astaksantyna – budowa, właściwości i możliwości zastosowania w żywności funkcjonalnej

• Autorzy: Pogorzelska E. , Hamulka J. , Wawrzyniak A.

Warianty tytułu

EN

Astaxanthin – structure, properties, and application possibilities in functional food

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Astaksantyna jest ksantofilem naturalnie występującym w przyrodzie. Nadaje charakterystyczne różowo-czerwone zabarwienie tkankom ryb, takim jak łosoś i pstrąg, a także skorupom skorupiaków. Zwierzęta i ludzie nie przejawiają zdolności syntetyzowania astaksantyny de novo. Zdolność tę wykazują niektóre algi, drożdże, bakterie i rośliny. Dzięki budowie chemicznej astaksantyna charakteryzuje się silnymi właściwościami antyoksydacyjnymi. Jest uważana za jeden z najsilniejszych naturalnych antyoksydantów. Jak wynika z dotychczasowych badań, astaksantyna przyjmowana w dużych dawkach nie wykazuje właściwości prooksydacyjnych i toksycznych. Stąd też stosowana jest jako składnik suplementów diety, a ponadto jako dodatek do pasz dla ryb i, w mniejszym stopniu, dla drobiu. Coraz częściej znajduje również zastosowanie jako składnik żywności funkcjonalnej. W pracy przedstawiono szczegółową charakterystykę astaksantyny: jej budowę chemiczną, występowanie, bezpieczeństwo stosowania oraz możliwości jej zastosowania do produkcji żywności funkcjonalnej.

EN

Astaxanthin is a naturally occurring xanthophyll. It gives the tissues of fish, such as salmon or trout, as well as the shells of crustaceans a characteristic pink-red colour. Animals and people do not have the ability to synthesize astaxanthin de novo. Some algae, yeast, bacteria, and plants possess this ability. Owing to its chemical structure, astaxanthin is characterized by strong antioxidant properties. It is considered one of the most powerful natural antioxidants. Scientific studies carried out so far have proven that astaxanthin, if taken in large doses, does not exhibit any prooxidative and toxic properties. Hence, astaxanthin is used as an ingredient in dietary supplements and, moreover, as a feed additive for fish and, to a lesser extent, for poultry. More and more frequently, it is also applied as a functional food component. The paper presents a detailed characterization of astaxanthin in terms of its chemical structure, occurrence, application safety, and potential applications thereof to produce functional food.

Słowa kluczowe

PL

astaksantyna; ksantofil; karotenoidy; zywienie zwierzat; zywienie czlowieka; barwniki naturalne; zywnosc funkcjonalna; suplementy diety; przeciwutleniacze; dodatki paszowe; produkcja zywnosci; wlasciwosci prozdrowotne

• Wydawca: -
• Czasopismo: Żywność Nauka Technologia Jakość
• Rocznik: 2016
• Tom: 23
• Numer: 1
• Opis fizyczny: s.5-16,rys.,bibliogr.

Twórcy

autor

Pogorzelska E.

• Samodzielne Laboratorium Chemicznych Badań Żywności, Katedra Żywienia Człowieka, Wydział Nauk o Żywieniu Człowieka i Konsumpcji, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, ul. Nowoursynowska 159 C, 02-776 Warszawa

autor

Hamulka J.

• Katedra Żywienia Człowieka, Wydział Nauk o Żywieniu Człowieka i Konsumpcji, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, ul. Nowoursynowska 159 C, 02-776 Warszawa

autor

Wawrzyniak A.

• Katedra Żywienia Człowieka, Wydział Nauk o Żywieniu Człowieka i Konsumpcji, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, ul. Nowoursynowska 159 C, 02-776 Warszawa

Bibliografia

• [1] Alvarez V., Rofrígue-Sáiz M., De la Fuente J. L., Gudiña E. J., Godio R.P., Martín J. F., Barredo J. L.: The crtS gene of Xanthophyllomyces dendrorhous encodes a novel cytochrome P-450 hydroxylase involved in the conversion of beta-carotene into astaxanthin and other xanthophylls. Fungal Genet. Biol., 2006, 43, 261 - 272.
• [2] Anarjan N., Tan C. P.: Chemical stability of astaxanthin nanodispersions in orange juice and skimmed milk as model food systems. Food Chem., 2013, 139, 527 - 531.
• [3] Anderson M. L.: A preliminary investigation of the enzymatic inhibition of 5alpha-reduction and growth of prostatic carcinoma cell line LNCap-FGC by natural astaxanthin and saw palmetto lipid extract in vitro. J. Herb. Pharmacother., 2005, 5 (1), 17 - 26.
• [4] Aoi W., Naito Y., Sakuma K., Kuchide M., Tokuda H., Maoka T., Toyokuni S., Oka S., Yasuhara M., Yoshikawa T.: Astaxanthin limits exercise-induced skeletal and cardiac muscle damage in mice. Antioxid. Redox Signaling, 2003, 5 (1), 139 - 144.
• [5] Armenta-López R., Guerrero I. L., Huerta S.: Astaxanthin extraction from shrimp waste by lactic fermentation and enzymatic hydrolysis of the carotenoprotein complex. J. Food Sci., 2002, 67 (3), 1002 - 1006.
• [6] Bartalucci G., Coppin J., Fisher S., Hall G., Helliwell J. R., Helliwell M., Liaan-Jensen S.: Unravelling the chemical basis of the bathochromic shift in the lobster carapace; new crystal structures of unbound astaxanthin, cathaxanthin and zeaxanthin. Acta Cryst., 2007, 63 (2), 328 - 337.
• [7] Bertram J. S., Vine A. L.: Cancer prevention by retinoids and carotenoids: Independent action on a common target. Biochim. Biophys. Acta, 2005, 1740 (2), 170 - 178.
• [8] Bhosale P.: Environmental and cultural stimulants in the production of carotenoids from microorganisms. Appl. Microbial. Biotechnol., 2004, 63 (4), 351 - 361.
• [9] Boussiba S., Bing W., Yuan J. P., Zarka A., Chen F.: Changes in pigments profile in the green alga Haematococcus pluvialis exposed to environmental stresses. Biotechnol. Lett., 1999, 21 (7), 601 - 604.
• [10] Britton G., Liaaen-Jensen S., Pfander H.: Carotenoids today and challenges for the future. Carotenoids. In: Isolation and Analysis. T. IA. Eds. G. Britton, S. Liaaen-Jensen, H. Pfander. Birkhauser Verlag, Basel, Switzerland, 1995, pp. 13 - 26.
• [11] Camera E., Mastrofrancesco A., Fabbri C., Daubrawa F., Picardo M., Sies H., Stahl W.: Astaxanthin, cantaxanthin and β-carotene differently affect UVA-induced oxidative damage and expression of oxidative stress-responsive enzymes. Exp. Dermatol., 2009, 18 (3), 222 - 231.
• [12] Carr C. C., Johnson D. D., Brendemuhl J. H., Gonzalez J. M.: Fresh pork quality and shelf-life characteristics of meat from pigs supplemented with natural astaxanthin in the diet. Prof. Anim. Sci., 2010, 26 (1), 18 - 25.
• [13] Chew W., Mathison B. D., Kimble L. L., Mixter P. F., Chew B. P.: Astaxanthin decreases inflammatory biomarkers associated with cardiovascular disease in human umbilical vein endothelial cells. Am. J. Adv. Food Sci. Technol., 2013, 1, 1 - 17.
• [14] Clark R. M., Yao L., She L., Furr H. C.: A comparison of lycopene and astaxanthin absorption from corn oil and olive oil emulsions. Lipids, 2000, 35 (7), 803 - 806.
• [15] Coral-Hinostroza G. N., Ytrestøyl T., Ruyter B., Bjerkeng B.: Plasma appearance of unesterified astaxantin geometrical E/Z and optical R/S isomers in men given single doses of a mixture of optical 3 and 3’R/S isomers of astaxanthin fatty acyl diesters. Comp. Biochem. Physiol. Part C Toxicol. Pharmacol., 2004, 139, 99 - 110.
• [16] Del Campo J. A., Rodriguez H., Moreno J., Vargas M. A., Rivas J., Guerrero M. G.: Accumulation of astaxanthin and lutein in Chlorella zofingiensis (Chlorophyta). Appl. Microbiol. Biotechnol., 2004, 64, 848 - 854.
• [17] Edge R., Gaikwad P., Navaratnam S., Rao B. S., Truscott T. G.: Reduction of oxidized guanosine by dietary carotenoids: A pulse radiolysis study. Arch. Biochem. Biophys., 2010, 504, 100 - 103.
• [18] Elmadfa I., Muskat E.: Wielkie tabele kalorii i wartości odżywczych. Wyd. Muza S. A., Warszawa 2011.
• [19] Genest J.: C-reactive protein: Risk factor, biomarker and/or therapeutic target? Can. J. Cardiol., 2010, 26, 41A - 44A.
• [20] Goto S., Kogure K., Abe K., Kimata Y., Yamashita E., Terada H.: Efficient radical trapping at the surface and inside the phospholipid membrane is responsible for highly potent antioxidantive activity of the carotenoid astaxanthin. Biochem. Biophys. Acta., 2001, 1512 (2), 251 - 258.
• [21] Guerin M., Huntley M. E., Olaizola M.: Haematococcus astaxanthin: Applications for human health and nutrition. Trends Biotechnol., 2003, 21 (5), 210 - 216.
• [22] Hamułka J., Wawrzyniak A.: Karotenoidy w suplementach diety. Probl. Hig. Epidemiol., 2011, 92 (1), 67 - 72.
• [23] Higuera-Ciapara I., Félix-Valenzuela L., Goycoolea F. M.: Astaxanthin: A review of its chemistry and applications. Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 2006, 46 (2), 185 - 196.
• [24] Jackson H., Braun C. L., Ernest H.: The chemistry of novel xanthophyll carotenoids. Am. J. Cardiol., 2008, 101 (10A), 50D - 57D.
• [25] Jyonouchi H., Sun S., Iijima K., Gross M. D.: Antitumor activity of astaxanthin and its mode of action. Nutr. Cancer., 2000, 36 (1), 59 - 65.
• [26] Kabayashi M., Kakizono T., Nagai S.: Astaxanthin production by a green alga, Haematococcus pluvialis accompanied with morphological changes in acetate media. J. Ferment. Bioeng., 1991, 71 (5), 335 - 339.
• [27] Kabayashi M., Kakizono T., Nagai S.: Enhanced carotenoid biosynthesis by oxidative stress in acetate-induced cyst cells of a green unicellural alga Haematococcus pluvialis. Appl. Environ. Microbiol., 1993, 59 (3), 867 - 873.
• [28] Kadam S. U., Parabhasankar P.: Marine foods as functional ingerdients in bakery and pasta products, Food Res. Int., 2010, 43 (8), 1975 - 1980.
• [29] Katsuda T., Shiraishi H., Ishizu N., Ranjbar R., Katoh S.: Effect of light intensity and frequency of flashing light from blue light emitting diodes on astaxanthin production by Haematococcus pluvialis., J. Biosci. Bioeng., 2008, 105 (3), 216 - 220.
• [30] Kopsel C.: Pulverulent carotenoid preparation for colouring drinks. Patent US20100267838, 21.10.2010.
• [31] Kurihara H., Koda H., Asami S., Kiso Y., Tanaka T.: Contribution of the antioxidative property of astaxanthin to its protective effect on the promotion of cancer metastasis in mice treated with restraint stress. Life Sci., 2002, 70 (21), 2509 - 2520.
• [32] List of authorized additives in feedingstuffs published in application of article 9(t) b of Council Directive 70/524/EEC concerning additives in feedingstuffs. OJEC, C 50/1. 25.02.2004.
• [33] Macedo R. C., Bolin A. P., Marin D. P., Otton R.: Astaxanthin addition improves human neutrophils function: In vitro study. Eur. J. Nutr., 2010, 49 (8), 447 - 457.
• [34] Martin H. D., Ruck C., Schmidt M., Sell S., Beutner S., Mayer B., Walsh R.: Chemistry of carotenoid oxidation and free radical reactions. Pure Appl. Chem., 1999, 71 (12), 2253 - 2262.
• [35] Miki W.: Biological functions and activities of animal carotenoids. Pure Appl. Chem., 1991, 63 (1), 141 - 146.
• [36] Miyawaki H., Takahasi J., Tsukahara H., Takehara I.: Effects of astaxanthin on human blood rheology. J. Clin. Biochem. Nutr., 2008, 43 (2), 69 - 74.
• [37] Monahan P., Hiu S.: Agent for improving carcass performance in finishing hogs. Patent US20120253078, 04.10.2012.
• [38] Naguib Y. M. A.: Antioxidant activities of astaxanthin and related carotenoids. J. Agric. Food Chem., 2000, 48 (8), 1150 - 1154.
• [39] Nakano M., Onodera A., Saito E., Tanabe M., Yajima K., Takahashi J., Ngyuen V. C.: Effect of astaxanthin in combination with alpha-tocopherol or ascorbic acid against oxidative damage in diabetic ODS rats. J. Nutr. Sci. Vitaminol., 2008, 54 (4), 329 - 334.
• [40] Nishigaki I., Rajendran P., Venugopal R., Ekambaran G., Sakthisekaran D., Nishigaki Y.: Cytoprotective role of astaxanthin against glycated protein/iron chelate-induced toxicity in human umbilical vein endothelial cells. Phythoter. Res., 2010, 24, 54 - 59.
• [41] Odeberg J. M., Lignell Å., Len Pattersson A., Höglund P.: Oral bioavailability of the antioxidant astaxanthin in humans is enhanced by incorporation of lipid based formulations. Eur. J. Pharm. Sci., 2003, 19 (4), 299 - 304.
• [42] Ooi Y., Kitamur A., Yamashita E.: Baked food produced from astaxanthin containing dough. Patent US20130108764, 02.05.2013.
• [43] Østerlie M., Bjerkeng B., Liaaen-Jensen S.: Plasma appearance and distribution of astaxanthin E/Z and R/S isomers in plasma lipoproteins of men after single dose administration of astaxanthin. J. Nutr. Biochem., 2000, 11 (10), 482 - 490.
• [44] Palloza P., Torelli C., Boninsegna A., Simone R., Catalano A., Mele M. C., Picci N.: Growthinhibitory effects of the astaxanthin-rich alga Haematococcus pluvialis in human colon cancer cells. Cancer Lett., 2009, 283 (1), 108 - 117.
• [45] Parisi V., Tedeschi M., Gallinaro G., Varano M., Saviano S., Piermarocchi S.: Carotenoids and antioxidants in age-related maculopathy italian study: Multifocal electroretinogram modifications after 1 year. Ophthalmology, 2008, 115 (2), 324 - 333.
• [46] Petri D., Lundebyea A. K.: Tissue distribution of astaxanthin in rats following exposure to graded levels in the feed. Comp. Biochem. Physiol. Part C Toxicol. Pharmacol., 2007, 145 (2), 202 - 209.
• [47] Pogorzelska E., Hamułka J.: Analiza rynku suplementów diety z astaksantyną w Polsce. Handel Wewnętrzny, 2013, 4, 107 - 115.
• [48] Ranga Rao A., Raghunath Reddy R. L., Baskaran V., Sarada R., Ravishankar G. A.: Characterization of microalgal carotenoids by mass spectrometry and their bioavailability and antioxidant properties elucidated in rat model. J. Agric. Food Chem., 2010, 58 (15), 8553 - 8559.
• [49] Sarada R., Tripathi U., Ravishankar G. A.: Influence of stress o astaxanthin production in Haematococcus pluvialis grown under different culture conditions. Process Biochem., 2002, 37 (6), 623 - 627.
• [50] Stachowiak B., Czarnecki Z.: Drożdże Phaffia rhodozyma jako potencjalne źródło naturalnej astaksantyny. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 2006, 47 (2), 17 - 28.
• [51] Stachowiak B., Gramza-Michałowska A., Nowak J., Reguła J.: Potencjał przeciwutleniający ekstraktów karotenoidów pozyskanych z mutantów drożdży Phaffia rhodozyma w emulsji kwasu linolowego. Probl. Hig. Epidemiol. 2011, 92 (4), 890 - 893.
• [52] Stachowiak B.: Astaxanthin synthesis by Xanthophyllomyces dendrorhous DSM 5626 and its astaxanthin overproducing mutants on xylose media under diferent illumination. Acta Sci. Pol., Technol. Aliment., 2014, 13 (3), 279 - 288.
• [53] Stewart J. S., Lignell A., Pettersson A., Elfving E., Soni M. G.: Safety of astaxanthin-rich microalgae biomass: Acute and subchronic toxicity studies in rats. Food. Chem. Toxicol., 2008, 46 (9), 3030 - 3036.
• [54] White D. A., Page G. I., Swaile J., Moody A. J., Davies S.J.: Effect of esterification on the absorption of astaxanthin in rainbow trout, Oncorhynchus mykiss (Walbaum). Aquacult. Res., 2002, 33 (5), 343 - 350.
• [55] Valko M., Rhodes C. J., Moncol J., Izkovic M., Mazur M.: Free radicals, metals and antioxidants in oxidative stress-induced cancer. Chem. Biol. Interact., 2006, 160 (1), 1 - 40.
• [56] Van Het Hof K. H., West C. E., Weststrate J. A., Hautvast J. G. A. J.: Dietary factors that affect the bioavailability of carotenoids. J. Nutr., 2000, 130 (3), 503 - 506.
• [57] Yamashita E.: Astaxanthin as a medical food. FFHD, 2013, 7 (3), 254 - 258.
• [58] Yang Y. X., Kim Y. J., Jin Z., Lohakare J. D., Kim C. H., Ohh S. H., Lee S. H., Choi J. Y., Chae B. J.: Effects of dietary supplementation of astaxanthin on production performance, egg quality in layers and meat quality in finishing pigs. AJAS, 2006, 19 (7), 1019 - 1025.
• [59] Yang Y., Kim B., Lee J. Y.: Astaxanthin structure, metabolism, and health benefits. J. Hum. Nutr. Food Sci., 2013, 1, 1003: 1 - 11.
• [60] Zagalsky P. F.: β-crustacyanin, the blue-purple carotenoprotein of lobster carapace: Consideration of the bathochromic shift of the protein-bound astaxanthin. Acta. Crystallog., 2003, D59 (8), 1529 - 1531.
• [61] Commission Regulation (EC) No 2316/98 of 26 October 1998 concerning authorisation of new additives and amending the conditions for authorisation of a number of additives already authorised in feedingstuffs. Dz. U. UE L 289 z 28.10.1998.
• [62] Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju wsi z dnia 8.01.2003 r. w sprawie wykazu produktów, które do dnia 26 października 2003 r. mogą być wytwarzane i wprowadzane do obrotu bez uprzedniego ich wpisania do odpowiedniego rejestru produktów. Dz. U. 2003 r. Nr 29, poz. 243.