Astaxanthin tự nhiên – Natural Astaxanthin (N-AX)

• Astaxanthin tự nhiên và astaxanthin tổng hợp có cấu hình đồng phân khác nhau.
• Astaxanthin tự nhiên chứa chủ yếu dạng ester hóa, trong khi dạng tổng hợp là hỗn hợp nhiều đồng phân lập thể

Astaxanthin tự nhiên (Natural Astaxanthin) là gì?

Astaxanthin là một xanthophyll carotenoid màu đỏ cam, được tổng hợp tự nhiên bởi vi tảo Haematococcus pluvialis và tích lũy trong nhiều sinh vật biển như cá hồi, tôm và nhuyễn thể.

Astaxanthin có cấu trúc phân tử cho phép nằm xuyên qua màng phospholipid tế bào, giúp trung hòa các gốc tự do ở cả bề mặt và vùng lipid của màng tế bào. Đây là đặc điểm khác biệt so với nhiều carotenoid khác.

Trong hệ sinh thái tự nhiên, astaxanthin sau đó được tích lũy dần qua chuỗi thức ăn và xuất hiện ở nhiều loài động vật thủy sinh. Tuy nhiên, không phải tất cả các nguồn astaxanthin đều có giá trị sinh học, giá trị thương mại hoặc đặc điểm hóa học giống nhau.

Nguồn gốc của Natural Astaxanthin 

Haematococcus pluvialis 

• Vi tảo lục đơn bào Haematococcus pluvialis được xem là nguồn astaxanthin tự nhiên quan trọng nhất hiện nay.

• Hàm lượng astaxanthin trong H. pluvialis có thể đạt 30–50 mg/g sinh khối khô, tương đương khoảng 3–5% khối lượng khô tế bào, cao nhất trong tất cả các nguồn tự nhiên hiện được biết đến.

• Trong điều kiện nuôi cấy tối ưu, hàm lượng astaxanthin có thể đạt 1,5–4% trọng lượng khô, cao hơn rất nhiều so với mức 0,02–0,03% ở giai đoạn sinh trưởng bình thường.

• Khoảng 70–90% astaxanthin tồn tại dưới dạng monoester hoặc diester với acid béo, giúp tăng tính ổn định trước oxy hóa.

• Đồng phân lập thể (3S,3’S) chiếm hơn 99,5%, tạo nên đặc điểm khác biệt quan trọng giữa astaxanthin tự nhiên từ H. pluvialis và astaxanthin tổng hợp
• Hiện nay, H. pluvialis là nguồn astaxanthin tự nhiên duy nhất được FDA công nhận GRAS (Generally Recognized As Safe) cho sử dụng ở người và được  Liên minh Châu Âu (EU) phê duyệt làm thành phần bổ sung thực phẩm.

Nấm men (Xanthophyllomyces dendrorhous)

• Xanthophyllomyces dendrorhous là nấm men đỏ có khả năng tự tổng hợp astaxanthin thông qua con đường mevalonate. Không giống H. pluvialis, astaxanthin trong nấm men chủ yếu tồn tại ở dạng tự do (free astaxanthin) thay vì dạng ester hóa.
• Hàm lượng astaxanthin của nấm men thường chỉ dao động từ 0,2–0,8 mg/g sinh khối khô, thấp hơn hàng chục lần so với H. pluvialis. Tuy nhiên, nguồn này được quan tâm nhờ khả năng sản xuất bằng công nghệ lên men công nghiệp, ít phụ thuộc ánh sáng và điều kiện môi trường.
• Đáng chú ý, nấm men sản xuất chủ yếu đồng phân 3R,3’R, khác với đồng phân ưu thế của H. pluvialis. Sự khác biệt này có thể ảnh hưởng đến khả năng hấp thu, phân bố mô và hoạt tính sinh học, mặc dù dữ liệu trên chó và mèo hiện còn hạn chế

Thủy sản

Cá hồi (Salmo salar, Oncorhynchus spp)

• Hàm lượng astaxanthin trong thịt cá hồi thường dao động khoảng 5–15 mg/kg thịt, tùy thuộc vào loài, chế độ ăn và điều kiện môi trường sống.
• Astaxanthin tồn tại chủ yếu ở dạng tự do (free astaxanthin), không este hóa với axit béo (Bjørklund et al., 2022).
• Astaxanthin không chỉ tạo màu đỏ hồng đặc trưng mà còn góp phần bảo vệ mô khỏi tổn thương oxy hóa và hỗ trợ chức năng sinh sản của cá

Krill (giáp xác)

• Krill là loài giáp xác nhỏ, cùng họ với tôm
• Hàm lượng astaxanthin trong krill có thể dao động từ 120–1200 mg/kg trọng lượng khô, với sự biến thiên đáng kể theo mùa, tuổi và điều kiện sinh thái.
• Astaxanthin trong dầu krill chủ yếu tồn tại dưới dạng phospholipid ester, liên kết với các phospholipid mà thành phần nổi bật là phosphatidylcholine.
• Dạng liên kết này được cho là có khả năng hấp thu và phân bố sinh học thuận lợi hơn so với một số dạng astaxanthin khác.
• Ngoài astaxanthin, dầu krill còn cung cấp các acid béo omega-3 chuỗi dài (EPA và DHA), tạo nên giá trị dinh dưỡng và chức năng cao của nguyên liệu này (Donoso et al., 2021).

Tôm và cua

• Vỏ và phần đầu ngực của tôm (Penaeus spp.) và nhiều loài cua là nguồn astaxanthin tự nhiên đáng kể trong ngành chế biến thủy sản.
• Hàm lượng astaxanthin thường dao động từ 10–130 mg/kg, tùy thuộc vào loài và nguồn nguyên liệu.
• Trong mô của giáp xác, astaxanthin chủ yếu tồn tại dưới dạng phức hợp astaxanthin–protein (carotenoprotein).
• Các phức hợp này tạo nên màu xanh lam, xanh lục hoặc nâu đặc trưng của vỏ tôm cua khi còn sống.
• Khi gia nhiệt, protein bị biến tính làm giải phóng astaxanthin tự do, khiến màu sắc chuyển sang đỏ cam đặc trưng.
• Hiện nay, phụ phẩm từ ngành chế biến tôm và cua được khai thác như một nguồn nguyên liệu để thu nhận astaxanthin tự nhiên.
• Tuy nhiên, hiệu suất chiết xuất thấp, hàm lượng biến động lớn và chi phí xử lý nguyên liệu cao khiến nguồn này ít cạnh tranh hơn so với Haematococcus pluvialis trong sản xuất astaxanthin thương mại (Higuera-Ciapara et al., 2006).

Cấu trúc hóa học

Astaxanthin tự nhiên là một carotenoid thuộc nhóm xanthophyll, gồm hai vòng β-ionone ở hai đầu được nối với nhau bởi một chuỗi polyene chứa 11 liên kết đôi liên hợp. Hệ thống liên kết đôi liên hợp này là đặc điểm cấu trúc quan trọng nhất, quyết định màu đỏ cam đặc trưng và khả năng tương tác với các loại oxy phản ứng (ROS).

Điểm khác biệt chính giữa astaxanthin và các carotenoid hydrocarbon như β-carotene là sự hiện diện của hai nhóm hydroxyl (-OH) và hai nhóm keto (=O) trên hai vòng β-ionone. Các nhóm chức chứa oxy này làm tăng độ phân cực của phân tử và tạo nên tính lưỡng cực (amphipathic), cho phép astaxanthin tương tác đồng thời với môi trường lipid và môi trường nước.

Một đặc điểm nổi bật khác là phần lớn astaxanthin tự nhiên không tồn tại ở dạng tự do mà ở dạng ester hóa với acid béo. Trong H. pluvialis, khoảng 70–90% astaxanthin tồn tại dưới dạng monoester hoặc diester, chủ yếu liên kết với oleic acid, linoleic acid và palmitic acid. Dạng ester hóa giúp tăng độ ổn định của phân tử trước ánh sáng, oxy và nhiệt độ.

Nhờ cấu trúc gồm chuỗi polyene liên hợp dài, các nhóm hydroxyl và keto ở hai đầu, cấu hình lập thể tự nhiên (3S,3’S) và trạng thái ester hóa với acid béo, astaxanthin được xem là một trong những carotenoid có cấu trúc hóa học phức tạp và đặc biệt nhất trong tự nhiên.

Chất chống oxy hóa – Cách tiếp cận toàn diện đối với sức khỏe thú cưng

Astaxanthin tự nhiên hiện ngày càng được công nhận là một trong những chất chống oxy hóa mạnh nhất có nguồn gốc tự nhiên. Một số nghiên cứu cho thấy khả năng dập tắt gốc tự do của astaxanthin có thể cao hơn khoảng 110 lần so với vitamin E trong các mô hình thí nghiệm nhất định.

Nhiều nghiên cứu đã ghi nhận những lợi ích tiềm năng của astaxanthin trên nhiều loài động vật khác nhau, bao gồm vật nuôi kinh tế, thủy sản, ngựa, chó và mèo. Các bằng chứng hiện có cho thấy astaxanthin có thể hỗ trợ khả năng vận động, sức bền và phục hồi cơ sau vận động ở chó. Ngoài ra, hoạt chất này còn được nghiên cứu về vai trò trong việc duy trì sức khỏe tim mạch, chức năng nhận thức, khả năng tập trung và đặc biệt là chức năng của ty thể, cơ quan chịu trách nhiệm sản xuất năng lượng cho tế bào.

Bên cạnh các tác động lên chuyển hóa và sức khỏe tế bào, việc bổ sung astaxanthin tự nhiên ở chó và mèo còn được ghi nhận có khả năng tăng cường hệ thống phòng vệ tự nhiên của cơ thể, đồng thời cải thiện cả đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào và đáp ứng miễn dịch dịch thể. Một số nghiên cứu cũng cho thấy astaxanthin có tiềm năng hỗ trợ sức khỏe thị giác ở động vật lớn tuổi, bao gồm cải thiện một số tình trạng suy giảm thị lực liên quan đến tuổi tác như hiện tượng đục thủy tinh thể ở chó.

Những tác động sinh học đa dạng này phần lớn xuất phát từ cấu trúc phân tử đặc biệt của astaxanthin. Nhờ sở hữu cả các vùng phân cực và không phân cực trong cùng một phân tử, astaxanthin có khả năng xuyên qua toàn bộ lớp màng phospholipid kép của tế bào. Điều này cho phép hoạt chất trung hòa các loại oxy phản ứng (Reactive Oxygen Species – ROS) ở cả môi trường ưa nước và kỵ nước của màng sinh học. Nhờ đó, astaxanthin giúp bảo vệ tế bào cũng như ty thể khỏi các tổn thương do stress oxy hóa gây ra.

Hình. Astaxanthin tự nhiên cho thấy kết quả vượt trội hơn khi xét đến sức khỏe toàn diện của cá, đặc biệt là khả năng chống oxy hóa và miễn dịch (Zhao et al., 2022)

Giá trị cảm quan

Bên cạnh những lợi ích tiềm năng đối với sức khỏe của Astaxanthin nói chung, chúng còn góp phần nâng cao giá trị cảm quan của sản phẩm thức ăn thú cưng. Màu sắc là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quyết định mua hàng của người nuôi thú cưng. Nhiều người tiêu dùng thường liên hệ màu sắc tươi sáng, tự nhiên với độ tươi mới, chất lượng nguyên liệu và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

Người nuôi thú cưng ngày nay không chỉ quan tâm đến thành phần dinh dưỡng mà còn mong muốn sản phẩm có màu sắc tự nhiên, hấp dẫn và phù hợp với nguyên liệu được công bố trên nhãn. Ví dụ, sản phẩm chứa rau bina được kỳ vọng có màu xanh tự nhiên, trong khi sản phẩm chứa thịt bò nên có màu nâu đỏ đặc trưng. Mặc dù chó và mèo có khả năng nhận biết màu sắc hạn chế hơn con người và có thể không quá nhạy cảm với những khác biệt này, các nhà sản xuất vẫn cần quan tâm đến kỳ vọng và sở thích của người tiêu dùng khi phát triển sản phẩm.

Việc sử dụng các thành phần tự nhiên đa chức năng như astaxanthin phản ánh xu hướng phát triển hiện nay của ngành thức ăn thú cưng: kết hợp giữa giá trị dinh dưỡng, lợi ích sức khỏe và trải nghiệm cảm quan trong cùng một nguyên liệu, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người nuôi thú cưng đối với các sản phẩm an toàn, minh bạch và có nguồn gốc tự nhiên.

Tiện lợi hóa dinh dưỡng thú cưng

Bên cạnh xu hướng ưu tiên các thành phần tự nhiên và lành mạnh, người nuôi thú cưng ngày nay cũng mong muốn các sản phẩm mang lại sự tiện lợi tối đa trong quá trình sử dụng. Những định dạng sản phẩm dễ sử dụng như thức ăn hạt (kibble), bánh thưởng chức năng, meal topper hoặc các dạng nhai bổ sung dinh dưỡng đang ngày càng được ưa chuộng nhờ khả năng kết hợp giữa tính tiện lợi và giá trị sức khỏe.

Trong một nghiên cứu thực hiện trên chó Beagle, việc sử dụng sản phẩm nhai chứa astaxanthin cho thấy khả năng cải thiện đáng kể sức khỏe răng miệng. Kết quả ghi nhận sự giảm tích tụ mảng bám và cao răng, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của các vi khuẩn có lợi trong khoang miệng và làm giảm sự hiện diện của các vi khuẩn có hại. Những thay đổi này góp phần hỗ trợ vệ sinh răng miệng tổng thể và duy trì hệ vi sinh vật đường miệng cân bằng hơn.

Nguồn nguyên liệu bền vững từ vi tảo

Trong bối cảnh ngành dinh dưỡng thú cưng ngày càng chú trọng đến tính bền vững và trách nhiệm môi trường, nguồn gốc nguyên liệu đang trở thành một yếu tố quan trọng không kém hiệu quả sản phẩm. Astaxanthin tự nhiên hiện được sản xuất chủ yếu từ vi tảo Haematococcus pluvialis

Vi tảo đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái toàn cầu và được xem là một nguồn tài nguyên tái tạo đầy tiềm năng. So với nhiều loại cây trồng truyền thống, việc nuôi cấy vi tảo thường đòi hỏi ít diện tích đất canh tác hơn, sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn và không phụ thuộc vào thuốc trừ sâu hoặc thuốc diệt cỏ. Điều này giúp giảm áp lực lên các nguồn tài nguyên thiên nhiên và hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường.

Khi được nuôi cấy trong hệ thống kiểm soát khép kín trong nhà, vi tảo có thể được bảo vệ tốt hơn khỏi các yếu tố môi trường bất lợi và nguy cơ nhiễm tạp. Điều kiện nuôi cấy được kiểm soát chặt chẽ cũng giúp tối ưu hóa quá trình tích lũy astaxanthin, đồng thời tạo ra sinh khối vi tảo có chất lượng ổn định và hàm lượng hoạt chất cao.

Nhờ vậy, astaxanthin có nguồn gốc từ vi tảo không chỉ mang lại giá trị dinh dưỡng và các lợi ích sinh học tiềm năng cho vật nuôi mà còn phù hợp với xu hướng phát triển bền vững của ngành công nghiệp thức ăn thú cưng. Việc lựa chọn các nguồn nguyên liệu tái tạo như vi tảo phản ánh định hướng ngày càng rõ nét của thị trường: kết hợp giữa hiệu quả dinh dưỡng, chất lượng sản phẩm và trách nhiệm đối với môi trường.

Astaxanthin tự nhiên không phải là dưỡng chất thiết yếu đối với chó và mèo, nhưng là một hoạt chất dinh dưỡng chức năng có khả năng hỗ trợ hệ miễn dịch và hệ thống chống oxy hóa, góp phần duy trì sức khỏe tổng thể và hỗ trợ quá trình lão hóa khỏe mạnh.

Độ tinh khiết của astaxanthin phụ thuộc vào nguồn gốc hay công nghệ sản xuất?

Về mặt khoa học, độ tinh khiết của astaxanthin được quyết định chủ yếu bởi công nghệ chiết xuất và tinh chế, trong khi nguồn nguyên liệu ảnh hưởng đến thành phần đầu vào và mức độ khó của quá trình tinh sạch.

Vai trò nguồn nguyên liệu

Nguồn nguyên liệu quyết định hàm lượng astaxanthin ban đầu và các tạp chất đi kèm.

Ở vi tảo Haematococcus pluvialis, astaxanthin có thể chiếm từ 1–5% khối lượng khô của tế bào. Thành phần tạp chất chủ yếu là các carotenoid khác, lipid và một lượng nhỏ protein. Do đó, nguyên liệu tảo thường được xem là nguồn astaxanthin tự nhiên giàu nhất hiện nay.

Ngược lại, trong phụ phẩm tôm hoặc cua, hàm lượng astaxanthin thấp hơn đáng kể. Ngoài astaxanthin, nguyên liệu còn chứa nhiều protein, chitin, khoáng chất và lipid. Điều này làm cho quá trình tinh sạch phức tạp hơn và đòi hỏi nhiều bước xử lý hơn để đạt được cùng mức độ tinh khiết.

Nguồn nguyên liệu ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu đầu vào nhưng không quyết định trực tiếp độ tinh khiết của sản phẩm cuối cùng.

Vai trò của công nghệ chiết xuất và tinh chế

Sau khi thu được nguyên liệu ban đầu, độ tinh khiết của astaxanthin phụ thuộc vào khả năng loại bỏ các thành phần không mong muốn thông qua các công nghệ sản xuất với mục tiêu là loại bỏ protein, lipid, carotenoid khác và các tạp chất còn sót lại để thu được astaxanthin có độ tinh khiết cao.

Hai nguyên liệu khác nhau hoàn toàn có thể tạo ra sản phẩm astaxanthin có độ tinh khiết tương đương nếu được áp dụng quy trình tinh chế phù hợp.

Một số nghiên cứu

Yuan và Chen (1998) đã nghiên cứu quá trình tách và tinh sạch astaxanthin từ Haematococcus pluvialis. Mặc dù đây là nguồn astaxanthin tự nhiên giàu nhất, dịch chiết ban đầu vẫn chứa nhiều carotenoid và đồng phân khác nhau. Sau khi dùng phương pháp HPLC pha đảo, nhóm nghiên cứu thu được sản phẩm chứa khoảng 97,7% trans-astaxanthin, chứng minh rằng độ tinh khiết cao chỉ đạt được sau quá trình tinh chế chuyên sâu.

Tương tự, Hu và cộng sự (2019) đã phát triển quy trình chiết xuất và tinh chế astaxanthin từ phụ phẩm tôm. Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa các bước xử lý nhằm nâng cao độ tinh sạch của astaxanthin thu được. Điều này cho thấy nguyên liệu có hàm lượng astaxanthin thấp vẫn có thể tạo ra sản phẩm chất lượng cao nếu áp dụng công nghệ phù hợp.

Công nghệ chiết xuất và tinh chế mới là yếu tố quyết định độ tinh khiết cuối cùng của sản phẩm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Chew BP, Mathison DB, Hayek MG, Massimino S, Reinhart GA, Park JS, Dietary astaxanthin enhances immune response in dogs. Vet Immunol Immunopathol. 2011 Apr;140(3–4):199-206.
2. Hu, J., Lu, W., Lv, M., Wang, Y., Ding, R., & Wang, L. (2019). Extraction and purification of astaxanthin from shrimp shells and the effects of different treatments on its content. Revista Brasileira de Farmacognosia, 29, 24–29. https://doi.org/10.1016/j.bjp.2018.11.004
3. Murai T, Kawasumi K, Tominaga K, Okada Y, Kobayashi M, Arai T, Effects of astaxanthin supplementation in healthy and obese dogs. Vet Med. 2019 Feb;10:29-35.
4. Park JS, Mathison BD, Hayek MG, Zhang J, Reinhart GA, Chew BP, Astaxanthin modulates age-associated mitochondrial dysfunction in healthy dogs. J Anim Sci. 2013 Jan;91(1):268-75.
5. Park JS, Mathison BD, Hayek MG, Massimino S, Reinhart GA, Chew BP, Astaxanthin stimulates cell-mediated and humoral immune responses in cats. Vet Immunol Immunopathol. 2011 Dec;144(3–4):455-61.

6. Yuan, J. P., & Chen, F. (1998). Chromatographic separation and purification of trans-astaxanthin from the extracts of Haematococcus pluvialis. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 46(8), 3371–3375. https://doi.org/10.1021/jf980039b

7. Zanghi BM, Middleton RP, Reynolds AJ, Effects of postexercise feeding of a supplemental carbohydrate and protein bar with or without astaxanthin from Haematococcus pluvialis to exercise-conditioned dogs. Am J Vet Res. 2015 April;76(4):338-50.
8. Wang W, Hernandez J, Moore C, Jackson J, Narfström K, Antioxidant supplementation increases retinal responses and decreases refractive error changes in dogs. J Nutr Sci. 2016 May;5(E18)