강력한 항산화물질인 astaxanthin의 함량이 다른 천연 공급원에 비해 높아 astaxanthin 생산균주로 주목받고 있는 Haematococcus pluvialis는 상당한 두께의 견고한 세포벽을 가지고 있어, 세포 파쇄를 위해 많은 에너지가 소모되고 비용이 비싼 방법들이 이용되고 있다. 이에 H. pluvialis로부터 막자와 막자사발을 이용하여 astaxanthin을 손쉽게 효율적으로 추출하는 방법을 제시하였다. 막자와 막자사발을 이용하여 분쇄한 후 추출용매로 acetonitrile, acetone, methanol, dichloromethane : methanol (1:3, v/v), ethylacetate : ethanol (1:1, v/v)로 사용하여 비교하였을 때, acetone을 이용하였을 때 astaxanthin을 1.13~1.29 배 더 높은 효율로 추출할 수 있었다. 또한 acetone으로 H. pluvialis로부터 추출할 경우, 1차 추출로 H. pluvialis에 축적되어 있는 전체 astaxanthin의 96.7%를 회수할 수 있을 정도로 acetone은 astaxanthin 추출효율이 높았다. H. pluvialis가 세포내에 축적하는 astaxanthin은 축적 특성상 ester-형태의 astaxanthin로 다량 축적하므로, 추출물 내의 다양한 형태의 astaxanthin을 분리하기 위하여 농도 구배 시스템을 적용한 HPLC 분석을 수행하였다. H. pluvialis에 축적되어 있는 전체 astaxanthin 중 free astaxanthin이 45.9%이고, 나머지 54.1%는 ester-형태의 astaxanthin이었다.
The unicellular green alga Haematococcus pluvialis has recently attracted great inter-est due to its large amounts of ketocarotenoid astaxanthin, 3,3'-dihydroxy-${\beta}$,${\beta}$-carotene-4,4'-dione, widely used commercially as a source of pigment for aquaculture. In the life cycle of H. pluvialis, astaxanthin biosynthesis is associated with a remarkable morphological change from green motile vegetative cells into red immotile cyst cells as the resting stage. In recent years we have studied this morphological process from two aspects: defining conditions governing astaxanthin biosynthesis and questioning the possible function of astaxanthin in protecting algal cells against environmental stress. Astaxanthin accumulation in cysts was induced by a variety of environmental conditions of oxidative stress caused by reactive oxygen species, intense light, drought, high salinity, and high temperature. In the adaptation to stress, abscisic acid induced by reactive oxygen species, would function as a hormone in algal morphogenesis from veget ative to cyst cells. Furthermore, measurements of both in vitro and in vivo antioxidative activities of astaxanthin clearly demonstrated that tolerance to excessive reactive oxygen species is greater in astaxanthin-rich cysts than in astaxanthin-poor cysts or astaxanthin-less vegetative cells. Therefore, reactive oxygen species are involved in the regulation of both algal morph O-genesis and carotenogenesis, and the accumulated astaxanthin in cysts can function as a protective agent against oxidative stress damage. In this study, the physiological roles of astaxanthin in stress response and cell protection are reviewed.
The concentrations of astaxanthin and $\alpha$-tocopherol were measured from the muscle of the rainbow trout(Oncorhynchus mykiss) that had been fed the red yeast(Phaffia rhodozyma) containing 0.2% astaxanthin for 7, 14 and 21 days. The effect of the astaxanthin supplementation for 21 days on peroxidation of liver and muscle lipids of the rainbow trouts was examined. The astaxanthin was found to be accumulated in the rainbow trout muscle when fed for 7 days with astaxanthin supplementation(80mg/kg diet) in the form of the red yeast and the content did not increase further when fed longer up to 21 days. Seven days supplementation of astaxanthin raised the rainbow trout muscle content of the astaxanthin to 17.3$\mu\textrm{g}$/g tissue from 11.8$\mu\textrm{g}$/g tissue in mature control group. Although the hepatic TBARS level was found to be significantly decreased, the astaxanthin supplementation did not alter the $\alpha$-tocopherol and TBARS contents of the rainbow trout muscle.
The production of astaxanthin by Xanthophyllomyces dendrorhous mutant depended on the culture conditions. Therefore, a cultivation strategy, including effective chemical and light induction, for the high-level production of astaxanthin by X. dendrorhous mutant JH1 was explored. Effective chemicals such as ethanol, acetic acid, and hydrogen peroxide, which are known inducers or precursors of astaxanthin synthesis, were investigated for their increase of astaxanthin production. Each of 1.0% ethanol, 1.0% acetic acid, and 1.0% hydrogen peroxide increased the astaxanthin concentration to 49.77 mg/l, 46.33 mg/l, and 45.61 mg/l, respectively. Among these chemicals, 1.0% ethanol showed the best effect on increasing astaxanthin concentration after 48 h of cultivation. Under 1.0% ethanol feeding condition, high light intensity (2,400 lux) stimulated astaxanthin production to 59.67 mg/l, compared with that in the dark-grown cultivation.
An, G.-H.;Song, J.-Y.;Chang, K.-S.;Lee, B.-D.;Chae, H.-S.;Jang, B.-G.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제17권9호
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pp.1309-1314
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2004
The red carotenoid, astaxanthin was studied to improve the meat quality of broiler chickens. Astaxanthin pigmented chickens and delayed oxidation of lipid in them. Two sources of astaxanthin were used to pigment broiler chickens in a five-wk feeding trial: biological astaxanthin (BA) from the red yeast, Xanthophyllomyces dendrorhous, and chemical astaxanthin (CA) from chemical synthesis. The concentrations of CA (45 mg/kg feed) and BA (22.5 mg/kg feed) were set to give similar levels of pigmentation. The colorimetric values (a and b) of breast muscles were significantly changed by astaxanthin (p${\leq}$0.01). Absorption and accumulation of BA were higher than those of CA, probably due to the high contents of lipids in the yeast (17%). Lipid peroxide formation in skin was significantly decreased by astaxanthin (p${\leq}$0.05). This result indicated that the production of lipid peroxides in the carcasses of broiler chickens during storage could be delayed by astaxanthin. Therefore, astaxanthin could be used as an antioxidant as well as a colorant for broiler chickens.
Major progress has been made in the past decade towards understanding of the biosynthesis of red carotenoid astaxanthin and its roles in stress response while exploiting microalgae-based astaxanthin as a potent antioxidant for human health and as a coloring agent for aquaculture applications. In this review, astaxanthin-producing green microalgae are briefly summarized with Haematococcus pluvialis and Chlorella zofingiensis recognized to be the most popular astaxanthin-producers. Two distinct pathways for astaxanthin synthesis along with associated cellular, physiological, and biochemical changes are elucidated using H. pluvialis and C. zofingiensis as the model systems. Interactions between astaxanthin biosynthesis and photosynthesis, fatty acid biosynthesis and enzymatic defense systems are described in the context of multiple lines of defense mechanisms working in concert against photooxidative stress. Major pros and cons of mass cultivation of H. pluvialis and C. zofingiensis in phototrophic, heterotrophic, and mixotrophic culture modes are analyzed. Recent progress in genetic engineering of plants and microalgae for astaxanthin production is presented. Future advancement in microalgal astaxanthin research will depend largely on genome sequencing of H. pluvialis and C. zofingiensis and genetic toolbox development. Continuous effort along the heterotrophic-phototrophic culture mode could lead to major expansion of the microalgal astaxanthin industry.
An, Gil-Hwan;Song, Jae-Yeon;Kwak, Woong-Kwon;Lee, Bong-Duk;Song, Kyung-Bin;Choi, Jae-Eul
Food Science and Biotechnology
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제15권4호
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pp.506-510
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2006
To be used as a source of astaxanthin by animals, the red yeast Xanthophyllomyces dendrorhous needs to be dried and the cell wall ruptured. Spray-drying and flat-roller milling successfully prepared the yeast as a feed additive with little loss of astaxanthin. Spray-drying successfully dried the yeast with negligible decomposition of astaxanthin compared to drum-drying. By repeated milling with a flat-roller mill, astaxanthin extracted with ethanol increased from 0.01 to 1.31 mg astaxanthin/g yeast. This method did not decompose astaxanthin in contrast to chemical digestion of the cell wall. Flat-roller milling effectively flattened and cracked the dried cells. Astaxanthin in yeast prepared by spray-drying and flat-roller milling was well absorbed by animals. Specifically, when spray-dried and milled yeast was supplied in the feed (40 mg astaxanthin/kg feed), astaxanthin was successfully absorbed (1,500 ng/mL blood and 1,100 ng/g skin) by laying hens.
Natural astaxanthin mainly derives from a microalgae producer, Haematococcus pluvialis. The induction of nitrogen starvation and high light intensity is particularly significant for boosting astaxanthin production. However, the different responses to light intensity and nitrogen starvation needed to be analyzed for biomass growth and astaxanthin accumulation. The results showed that the highest level of astaxanthin production was achieved in nitrogen starvation, and was 1.64 times higher than the control group at 11 days. With regard to the optimization of light intensity utilization, it was at $200{\mu}mo/m^2/s$ under nitrogen starvation that the highest astaxanthin productivity per light intensity was achieved. In addition, both high light intensity and a nitrogen source had significant effects on multiple indicators. For example, high light intensity had a greater significant effect than a nitrogen source on biomass dry weight, astaxanthin yield and astaxanthin productivity; in contrast, nitrogen starvation was more beneficial for enhancing astaxanthin content per dry weight biomass. The data indicate that high light intensity synergizes with nitrogen starvation to stimulate the biosynthesis of astaxanthin.
양식 농어에 대한 사료 carotenoids의 대사와 체색개선에 미치는 영향을 검토하기 위하여 ${\beta}$-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 ${\beta}$-carotene, a-cryptoxanthin, zeaxanthin 및 ${\beta}$-carotene type triol이 소량으로 존재하였다. 한편, 천연산은 양식산에 비하여 tunaxanthin과 lutein의 함유비가 높은 반면 ${\beta}$-carotene의 함유비가 낮은 경향을 보여 서로 차이를 보였다. Carotenoid의 축적율은 astaxanthin monoester 첨가구에서 가장 높게 나타나서 체색선명화의 효과가 컸었으며, 그 다음으로 astaxanthin, astaxanthin diester첨가구의 순으로 나타났다. 사육시험후 각 시험구의 carotenoid함량과 조성으로 보아, 농어의 carotenoid대사경로는 astaxanthin이 ${\beta}$-carotene type triol, zeaxanthin, lutein을 거쳐 tunaxanthin으로 되는 환원적대사과정을 가지는 것으로 추정할 수 있었다.
63주령 ISA Brown 산란계 총 96수를 사용하여, 12일 동안 난황에서의 biological astaxanthin과 chemical astaxanthin 및 capxanthin의 축적을 통한 착색 효과를 비교하였다. 대조구 사료에는 착색제를 첨가하지 않았고, 효모 Phaffia rhodozyma 3%를 대조구 사료에 첨가하여 astaxanthin 함량이 22.5 mg/kg 되게 한 후, 화학적으로 합성한 astaxanthin을 대조구 사료에 45 mg/kg 첨가한 후 및 paprika로부터 추출한 capxanthin을 대조구 사료에 45 mg/kg 첨가구 모두 4개의 처리구들을 두었다. 처리당 6반복, 반복당 4수씩을 임의로 배치하였다. Astaxanthin은 생물학적 및 화학적 급원 모두 급여 9일째까지 축적이 이루어졌다. Capxanthin의 경우, 난황에서 축적되지는 않았고 이로부터 파생되어진 물질들이 급여 $6{\sim}9$일 후에 미미하게 검출되었다. 난황에서의 astaxanthin 축적 정도는 급여한 농도에 비례하였다. 난황의 색깔을 제외하면, 달걀의 다른 품질 요인들은 처리구들 간의 차이가 거의 없었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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