Iturriaga, Enrique A.;Velayos, Antonio;Eslava, Arturo P.
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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제5권4호
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pp.263-274
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2000
Carotenoids are widely distributed natural pigments which are in an increasing demand by the market, due to their applicatins in the human food, animal feed, cosmetics, and pharmaceutical industries. Although more than 600 carotenoids have been identified in nature, only a few are industrially important (${\beta}$-carotene, astaxanthin, lutein or lycopene). To date chemical processes manufacture most of the carotenoid production, but the interest for carotenoids of biological origin is growing since theire is an increased public concern over the safety of artificial food colorants. Although much interest and effort has been devoted to the use of biological sources for industrially important carotenoids, only the production of biological ${\beta}$-carotene and astaxanthin has been reported. Among fungi, several Mucorales strains, particularly Blakeslea trispora, have been used to develop fermentation processes for the production of ${\beta}$-carotene on almost competitive cost-price levels. Similarly, the basidiomycetous yeast Xanthophyllomyces dendrorhous (the perfect state of Phaffia rhodozyma), has been proposed as a promising source of astaxanthin. This paper focuses on recent findings on the fungal pathways for carotenoid production, especially the structure and function of the genes involved in the biosynthesis of carotenoids in the Mucorales. An outlook of the possibilities of an increased industrial production of carotenoids, based on metabolic engineering of fungi for carotenoid content and composition, is also discussed.
Three different strains of carotenoid accumulating XantlwphyUomyces dendrorhous mutants, JH1, JH2, and JH3, were isolated by NTG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) mutagenesis, which might potentially be useful for animal feed as well as for studies on the regulation and biosynthesis of astaxanthin. Mutants were selected based on the capability of growth and carotenoid production on the YM agar plate containing chemical inhibitor, $\beta$-ionone. Astaxanthin-overproducing mutant JH1 produced 4.032 mg astaxanthinlg dry cell weight, and this value was about 15-folds higher than that of wild-type. $\beta$-Carotene-overproducing mutant JH2 produced 0.273 mg $\beta$-carotene/g dry cell weight, and this was 4-folds increase from that of wild-type. In contrast, JH3 was a white-colored mutant that was unable to produce carotenoid pigment.
The effects of smoking and physical exercise on the plasma concentrations of lipid-soluble antioxidants were investigated in 62 healthy males, aged 34-65 years. Current smokers (n=21) and ex-smokers(n=16) had significantly lower plasma levels of carotenoids ($\alpha$-carotene, $\beta$-carotene, cryptoxanthin and lycopene), $\alpha$-tocopherol and ${\gamma}$-tocopherol than non-smokers (n=25). Plasma concentrations of retionl and ubiquinone (coenzyme Q10) were lower among ex-smokers and current smokers than among non-smokers, but the differences were not statistically significant. Regular physical exercise was associated with increased plasma levels of lipid-soluble antioxidants. Plasma concentrations of crytoxanthin, retinol and ubiquinone were significantly elevated in the group engaging in moderate amounts of exercise (more than 20 minutes per day) compared to the group engaging in small amounts of exercise (less than 10 minutes per day). Plasma $\alpha$-carotene, $\beta$-carotene, lycopene levels in the subjects were affected more by smoking than by exercise. However, plasma levels of cryptoxanthin, retinol and ubiquinone in the subjects were affected more by exercise than by smoking. These findings suggest than smoking may cause a decrease in plasma lipid-soluble antioxidants during neutralization of reactive oxygen species present in cigarette smoke and that poor exercise habits may accelerate this imbalance of oxidant/antioxidant homeostasis in middle-aged Korean men.
BACKGROUND: Kale (Brassica oleracea) biosynthesizes various phytochemicals including glucosinolates, flavonoids, and carotenoids. Phytochemicals of plants are influenced by light, temperature, carbon dioxide, and growing conditions. Specifically, carotenoids are affected by temperature, light, and oxygen. The aim of this study was to investigate the effect of cold stress (day/night: $25^{\circ}C/20^{\circ}C$, $20^{\circ}C/15^{\circ}C$, $15^{\circ}C/10^{\circ}C$) on carotenoids in kale leaves. METHODS AND RESULTS: Kale was grown in pots for up to 50 days after sowing (DAS) in a greenhouse. For cold acclimation experiments, kale grown in growth chambers for 3 days and was subjected to low temperature for 4 days. The conditions maintained in the growth chambers were as follows: photoperiod, 12/12 h (day/night); light, fluorescent; and relative humidity, 60%. Carotenoid (lutein, ${\alpha}-carotene$, zeaxanthin, ${\beta}-carotene$) contents were analyzed by high-performance liquid chromatography (HPLC). The total carotenoid content gradually increased during cold acclimation for 3 days. When kale was subjected to cold stress, the total carotenoid content was high at $25^{\circ}C/20^{\circ}C$ treatment, but low at $15^{\circ}C/10^{\circ}C$ treatment. The total carotenoid content of kale leaves continuously grown in greenhouse decreased from 50 to 57 DAS (1,418 and 1,160 mgkg-1 dry wt., respectively). The lutein, ${\alpha}-carotene$, and ${\beta}-carotene$ contents were very low and the zeaxanthin contents were very high at $15^{\circ}C/10^{\circ}C$ treatment. When kale was subjected to cold stress, the ratio of individual to the total carotenoid contents of kale leaves was 4553% for -carotene and 210% for zeaxanthin. CONCLUSION: The ${\beta}-carotene$ and zeaxanthin contents in kale leaves indicate their sensitiveness toward cold stress.
방사선 조사식품의 지용성 비타민에 대한 안정성을 확인하기 위하여 지용성 비타민 중 $\beta-carotene$, 비타민 $D_3$, $\alpha-tocopherol$을 택하여 한국인의 상용 식품이면서 각각의 급원식품인 귤, 멸치, 쇠고기에 대해 방사선조사 전후의 해당 비타민 함량을 분석하였다. 귤의 $\beta-carotene$의 함량은 조사구가 비조사구에 비해 약간 증가하는 경향을 보였으나 유의적이지는 않았다. 멸치의 비타민 $D_3$ 함량은 조사선량에 비례하여 5kGy 조사 시 $109.30\%$, 10kGy 조사 시 $125.25\%$로 증가하였다. (p<0.05). 소고기의 $\alpha-tocopherol$ 함량은 고지방 부위인 등심육의 경우 조사선량에 따라 큰 폭으로 감소되어 비조사구에 비해 10kGy 조사구에서 $84\%$의 감소율을 보였으나, 지방함량이 비교적 적은 사태육의 경우 조사구 모두에서 비조사구 대비 약 $13\%$의 감소율을 보였다. 순수 용액의 비타민 A, 비타민 $D_3,\;\alpha-tocopherol$은 조사선량에 비례하여 함량이 감소하는 것으로 나타났으며 특히, 비타민 $D_3$는 지용성 비타민 중 조사에 가장 안정한 비타민으로 나타났고, $\alpha-tocopherol$의 경우는 10kGy 처리구에서 전량 감소를 보여 지용성 비타민 중 조사에 가장 취약한 비타민으로 나타났다. 마이크로웨이브 처리구나 가열 처리구에서는 이들 지용성 비타민들의 손실이 거의 없었다. 이사의 결과로부터 10kGy이내의 방사선 조사 시, 귤의 $\beta-carotene$ 함량에는 영향을 미치는 않는 것으로 보이며, 비타민 $D_3$의 경우는 적어도 10kGy까지는 매우 안정함을 보여주었고 지방함량이 높은 등심육의 경우 $\alpha-tocopherol$의 상당한 분해가 일어남을 알 수 있었다.
본 연구는 고구마 잎에 함유된 carotenoids류인 lutein, ${\beta}$-carotene과 항산화 성분을 효과적으로 동시에 추출할 수 있는 방법을 연구하고 각 추출물에 대한 항산화 효과를 평가하였다. 1차 추출은 99.9% 에탄올을 사용하였고 2차 추출은 에탄올 농도를 50~90%로 증가시키며 추출하였다. Lutein과 ${\beta}$-carotene은 2차 추출 에탄올 농도 90%에서 각각 77.9% 및 68.5%로 가장 높은 추출률을 나타내었고 추출시간이 길어짐에 따라 감소하였다. Polyphenol, flavonoid 및 DPPH, ABTS 라디칼 소거능은 2차 추출 에탄올 농도 60%에서 각각 32.3 mg gallic acid equivalent/g, 17.0 mg catechin equivalent/g 및 1.94 mg/mL(EDA, $IC_{50}$), 17.0 mg AA eq/g(AEAC)으로 가장 높게 나타났으며, 추출시간이 길어짐에 따라 감소하였다. 또한, 총 페놀산 함량은 2차 추출을 에탄올 60~70%에서 추출 시 가장 높은 함량을 나타내었다. 지용성 물질인 carotenoids뿐만 아니라 대량으로 존재하는 수용성 물질인 페놀류를 동시에 추출하기 위해서는 99.9%의 에탄올을 사용하여 1차 추출을 하고, 60% 정도의 에탄올로 2차 추출을 30분 동안 추출 시 높은 추출률을 나타내어 루테인, 베타카로틴 및 폴리페놀 동시 추출법으로 가장 적합할 것으로 판단되었다.
Carotenoids, which are natural pigments found abundantly in wide-ranging species, have diverse functions and high industrial potential. The carotenoid biosynthesis pathway is very complex and has multiple branches, while the accumulation of certain metabolites often affects other metabolites in this pathway. The DsLCYB gene that encodes lycopene cyclase was selected in this study to evaluate β-carotene production and the accumulation of β-carotene in the alga Dunaliella salina. Compared with the wild type, the transgenic algal species overexpressed the DsLCYB gene, resulting in a significant enhancement of the total carotenoid content, with the total amount reaching 8.46 mg/g for an increase of up to 1.26-fold. Interestingly, the production of α-carotene in the transformant was not significantly reduced. This result indicated that the regulation of DsLCYB on the metabolic flux distribution of carotenoid biosynthesis is directional. Moreover, the effects of different light-quality conditions on β-carotene production in D. salina strains were investigated. The results showed that the carotenoid components of β-carotene and β-cryptoxanthin were 1.8-fold and 1.23-fold higher than that in the wild type under red light stress, respectively. This suggests that the accumulation of β-carotene under red light conditions is potentially more profitable.
본 연구는 농촌진흥청에서 개발된 베타카로틴강화미를 Sprague-Dawley rats에 13주동안 투여하여 안전성을 입증 하기 위해 수행되었다. 그 결과, 투여기간동안 모든 동물이 생존했다. 체중, 식이 음수 섭취량 및 식이섭취량에서 대조군과 큰 차이를 보이지 않았다. 베타카로틴강화미의 투여가 독성에 기인하는 임상증상 또한 나타나지 않았다. AST, ALT, TG함량이 베타카로틴강화미 25%투여군과 베타카로틴강화미 50%투여군 암 수컷에서 다소 감소하였다. 또한, 대조군과 베타카로틴강화미 투여군에서 병리조직학적 변화를 나타내지 않았다. 따라서, 베타카로틴강화미는 일반미와 마찬가지로 안전하다고 판단된다.
Kim, Ji Hyun;Hwang, Jinah;Shim, Eugene;Chung, Eun-Jung;Jang, Sung Hee;Koh, Seong-Beom
Nutrition Research and Practice
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제11권2호
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pp.114-120
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2017
BACKGROUND/OBJECTIVES: A pivotal role of oxidative stress has been emphasized in the pathogenesis as well as in the disease progression of Parkinson's disease (PD). We aimed at investigating serum levels of antioxidant vitamins and elucidating whether they could be associated with the pathogenesis and progression of PD. MATERIALS/METHODS: Serum levels of retinol, ${\alpha}$- and ${\gamma}$-tocopherols, ${\alpha}$- and ${\beta}$-carotenes, lutein, lycopene, zeaxanthin and ${\beta}$-cryptoxanthin were measured and compared between 104 patients with idiopathic PD and 52 healthy controls matched for age and gender. In order to examine the relationship between antioxidant vitamins and the disease progression, multiple group comparisons were performed among the early PD (Hoehn and Yahr stage I and II, N = 47), advanced PD (stage III and IV, N = 57) and control groups. Separate correlation analyses were performed between the measured antioxidant vitamins and clinical variables, such as Hoehn and Yahr stage and Unified Parkinson's Disease Rating Scale (UPDRS) motor score. RESULTS: Compared to controls, PD patients had lower levels of ${\alpha}$- and ${\beta}$-carotenes and lycopene. ${\alpha}$-carotene, ${\beta}$-carotene and lycopene levels were significantly reduced in advanced PD patients relative to early PD patients and were negatively correlated with Hoehn and Yahr stage and UPDRS motor score in PD patients. No significant differences were found in serum levels of retinol, ${\alpha}$- and ${\gamma}$-tocopherols, and other carotenoids between PD patients and controls. No significant correlations were found between these vitamin levels and clinical variables in PD patients. CONCLUSTIONS: We found that serum levels of some carotenoids, ${\alpha}$-carotene, ${\beta}$-carotene and lycopene, were lower in PD patients, and that these carotenoids inversely correlated with clinical variables representing disease progression. Our findings suggest that decreases in serum ${\alpha}$-carotene, ${\beta}$-carotene and lycopene may be associated with the pathogenesis as well as progression of PD.
한국 특산어인 각시붕어 (Rhodeus uyekii)는 산란기인 5월 중순에서 6월 초순사이에 나타나는 혼인색이 아름다워 관상어로서의 개발 가능성이 높다. 자라서 혼인색이 가장 많이 나타나는 시기에 이 어류의 체표, 지느러미 둥에 분포하는 색소 조성을 알아보았다. 각시붕어 혼인색의 주성분은 carotenoids인 것으로 나타났다. 천연산 각시붕어의 표피 및 지느러미 부위의 총 carotenoid의 함량은 산란기 어류에서 $44.9mg\%$, 비산란기는 $41.8mg\%$로 나타나 산란기에서 다소 높은 경향을 나타냈다. Carotenoids의 조성에서는 자연 수계에서 산란기에서는 zeaxanthin $36.7\%$, $\beta$-carotene $30.1\%$ 및 diatoxanthin $16.4\%$, 비산란기에서는 $\beta$-carotene $41.2\%$, diatoxanthin $18.1\%$ 및 isocryptoxanthin $14.0\%$로 나타나 산란기의 carotenoid 주성분은 zeaxanthin이며 비산란기의 carotenoid 주성분은 $\beta$-carotene으로 carotenoids 조성의 차이를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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