¿Qué hay de la estabilidad del pigmento Natural polvo de ficocianina?

Ficocianinunes un complejo fotosintético de lunproteína pigmento obtenido por el aislamiento y la purificación de las células de microalgas [1]. Es un pigmento secundario de la clorofila [2]. Polvo de ficocianina ha sido ampliamente utilizado en muchos campos. Puede ser utilizado como agente colornatural en alimentos [3], como aditivo en la industria cosmética, y como suplemento nutricional en la industria de la salud [4]. Debido a su alta sensibilidad a los reactivos fluorescentes, también puede ser utilizado en experimentos de inmunoensayo como marcador de anticuerpos y receptores [5]. Además, las ficobiliproteínas tienen actividades biológicas tales como antitumoral, antiinflamatorio, antioxidante, y la regulación inmune [6], y también se pueden utilizar en la industria farmacéutica como agentes antiinflamatorios y antioxidantes.

Senembargo, debido a los diferentes Estados de agregde la proteína en ficocianina, es propensa a la degradación. Esta propiedad puede estar relacionada celmuchos factores, como la luz, la temperatura, el pH y la concentración de proteínas [7-8]. La sensibilidad de las ficobiliproteínas al calor y la luz se manifiesta en la pérdida de Color colory la aparición de la precipitación. Por otra parte, celel aumento de la intensidad de la luz y el aumento de la temperatura, la actividad de las ficobiliproteínas también disminuye o incluso se inactiva, lo que limita en gran medida la aplicación de ficobiliproteínas [9]. Algunos estudios han demostrado que la tasa de degradación de ficobiliproteínas se puede ralentizar mediante la adición de estabilizadores, modificación estructural, inmovilización y microencapsul, etc. [10], mejorando así la estabilidad de ficobiliproteínas. En este trabajo se revisan las características estructurales de las ficobiliproteínas, los factores que afectan su estabilidad y los métodos para mejorar su estabilidad, celel objetivo de proporcionar una referencia teórica para mejorar la estabilidad de las ficobiliproteínas y ampliar su ámbito de aplicación.

1Características estructurales dePhycocyanin

Los ficobilisomas (PBS) selcomplejos de recolección de luz celun rango de absorción de 500-660 nm [11]. Cada ficobilisoma se compone de proteínas de color llamadas ficobiliproteínas (PBP). Estas moléculas están dispuestas de manera similar a las antenas; La energía absorbida es transporal centro de reacción del fotosistema II celuna eficiencia de más del 95%. Por lo tanto, las cianobacteripueden utilizar luz roja, amarilla, verde y, en menor medida, azul [12]. Contiene las proteínas de color ficocianina (PC, − max= 610-620 nm), phcoerythren(PE,  PE,− max=540~570 nm) y aloficocianina (APC, − max=650~655 nm) (Fig. 1 [13]). Como se muestra en la figura 1, diferentes ficobiliproteínas se ensamblen en un orden específico, de modo que la energía puede ser transferido eficientemente al centro de reacción en una dirección. El orden es ficocianina, luego ficobiliina, y finalmente aloficocianina, que en última instancia se transfial centro de reacción fotosistema I (fotosistema Yo,PS I) y II (fotosistema II, PS II) [14].

Las ficobiliproteínas están compuestas de un cromóforo tetrapirrol de apertura de cadena, ficobilina, covalunido a la molécula de la proteína. El tipo y el número de cromóforos de ficobiliina hace que las ficobiliproteínas aparezcan en diferentes colores [15]. Los cambios en la estructura del cromóforo hacen que las ficobiliproteínas pierdan su color y actividad antioxidante. Ficobiliproteínas se encuentran en los extremos de varillas periféricas y seladyacentes a un cilindro núcleo compuesto de alficocianina. Su estructura básica está compuesta por monómeros con dos subunidades homólogas, − y − [11]. Estos monómeros se agregen en (− −)3 trímeros con C3 uno frente al otro para formar una simetría, y cada dos (− −)3 forman un hexhex(− −)6 con triple simetría [16-17]. El hexluego se ensamben en un cilindro de varilla o núcleo, y la proteína de enlace no pigmento es aislada en el gran poro en el centro del trímero, hexámero, varo o cilindro de núcleo.

La estructura de la proteína está altamente correlacionada con la estabilidad de ficobiliproteínas y promueve la protección de cromóforos. Por lo tanto, cualquier factor que afecta a la estabilidad y la estructura de la proteína puede prevenir o acelerar la degradación de ficobiliproteínas. En comparación con los trímeros y monómeros, la estructura hexamérica es más estable y proporciona una mayor protección para ficobiliproteínas [18]. El mantenimiento de la conformación lineal de ficobiliproteínas también es importante para prevenir su degradación [19]; Cuando la proteína se desnaturaliza, la reducción en la red de enlaces de hidrógeno hace que la molécula de ficobiliproteína se reorgande la conformación lineal a la conformación cíclica, lo que resulta en la decoloración [20].

2 estudios de estabilidadPhycocyanin

Las ficocianinas son pigmentos de proteínas soluen aguaComplejos. La tasa de degradación de ficobiliproteína depende del estado de agregde la proteína, que se ve afectada por la luz, pH,temperatura y otros factores.

2.1 efecto del pH sobre la estabilidad de las ficobiliproteínas

El pH es el principal factor que afecta a la agregación y descomposición de ficobiliproteínas en solución, tales como monómeros, trímeros, hexámeros y otros oligómeros. Cuando el pH cambia, la carga y la disocide las ficobiliproteínas también cambian, lo que afecta a la estabilidad. Cuando el pH es cercano a 7.0, predominlos hexexamers, que es la estructura más estable e impide la desnaturalización de ficobiliproteínas. Senembargo, a pH mayor o menor, esta estructura es propensa a la disoci, y su estabilidad es reducida [21]. Cuando el pH es ácido o alcal, se altera la conformación de la ficobiliproteína cromóforo, lo que cambia su color y afecta su estabilidad [15,22]. Ren Shuncheng etAl.[23]encontraron que la conformación de la ficobiliproteína cromófora permaneció estable y se mostró de color azul brillante a pH 4,0 — 7,0, mientras que a pH < 4,0 o pH > 7,0 el color azul cambió a verde y se precipitó a pH 2,5 — 3,0.

2.2 efecto de la luz sobre la estabilidad de ficobiliproteínas

La luz puede dañar la estructura de las ficobiliproteínas, lo que desestabilila conformación de los cromóforos Unidos a ellos y reduce la estabilidad de las ficobiliproteínas. La estabilidad de las ficobiliproteínas se estabiligradualmente a medida que la intensidad de la luz disminuye. Wu etAl.[24]encontraron que la degradación de ficobiliproteínas bajo una intensidad de luz de 100 μmol m−2 s−1 es mayor que bajo 50 − mol m−2 s−1. Cuando las ficobiliproteínas están expuestas a la luz durante mucho tiempo, a menudo pierden sus cromóforos, perdiendo así su color y estabilidad [25]. Liang Xiao etAl.[26]seleccionuna condición de luz de 1500 Lx para irradificobiliproteínas. unmedida que el tiempo de luz y la intensidad aumentó, el color de las ficobiliproteínas gradualmente se aclaró, y su tasa de retención disminuyó, lo que indica que no sólo la intensidad de la luz, sino también el tiempo de luz afectará a la estabilidad de las ficobiliproteínas.

2.3 efecto de la temperatura sobre la estabilidad de ficobiliproteínas

Un aumento en la temperatura puede conducir a una reacción de extensión de la ficobiliproteína-ficocianina estructura, causando un cambio conformacional de una forma lineal a una forma cíclica, lo que afecta a la estructura tridimensional de ficobiliproteínas. Los determinantes de la estabilidad térmica de las ficobiliproteínas incluyen principalmente: el número de enlaces de hidrógeno, la fracción de la superficie polar, el contenido de la estructura secundaria y la diferencia en la relación entre el área de la superficie y el volumen [27]. MUNAWARO etAl.[28]encontraron que las ficobiliproteínas tienen el potencial de mantener la intensidad espectral a 60 °C, pero comienzan a disminuir a 70 °C y temperaturas más altas, lo que indica que la proteína del pigmento es térmicamente inestable durante el calentamiento. Los estudios han encontrado que la estructura de ficocianina se destruye por encima de 40 °C [29-30]. Bcker etAl.[31]determinaron que las temperaturas de transición de punto intermedio de trimeros de ficocianina y hexámeros eran de 58.4 °C y 60.9 °C. A 40 °C, no hay cambio en el espectro de absorción o fluorescencia de ficocianina, Cuando la temperatura es mayor que 50 °C, el espectro cambia con el aumento de la temperatura. No sólo es ficobiliproteína sensible a altas temperaturas, pero su estabilidad no es también alta en condiciones de baja temperatura. CHOI etAl.[32]almacenaron ficobiliproteína a 4 °C y el contenido de ficobiliproteína disminuyó en 10,39% y su estabilidad disminuyó.

Otros factores

Además de los factores anteriores que afectan a la estabilidad de ficobiliproteínas, iones metálicos, aditivos, etc también puede afectar a la conformación de ficobiliproteína cromóforos. La adición de iones metálicos afecta a la estabilidad de ficobiliproteínas, mientras que la adición de emulsionantes o agentes espumpueden formar burbujas alrededor de ficobiliproteínas para protegerlos, manteniendo así la estabilidad de ficobiliproteínas [22]. Zhang Yanyan etAl.[33]encontraron que la estabilidad de las ficobiliproteínas era mejor en soluciones con concentraciones bajas de Mn2+, Al3+, Zn2+ y Cu2+. La estabilidad de las ficobiliproteínas no se vio afectada significativamente por los cambios en la concentración de Na+ y Mg2+, mientras que cuanto mayor sea la concentración de Fe3+, más beneficioso fue para la estabilidad de ficobiliproteínas. Algunos reactivos orgánicos pueden reducir la estabilidad de ficobiliproteínas. Zhao Bingbing etAl.[34]añadieron diferentes concentraciones de aditivos a las ficobiliproteínas y encontraron que su estabilidad disminuyó con el aumento de etanol, benzoato de sodio y ácido cítrico. Entre ellos, el ácido cítrico tuvo un mayor efecto.

3 métodos para mejorar la estabilidad dePhycocyanin

3.1 adición de estabilizadores

La adición de estabilizadores es la forma más sencilla de mejorar la estabilidad de ficobiliproteínas. Este método es fácil de aplicar, no requiere equipos complicados o costosos, pero requiere que el estabilizador sea altamente seguro, bajo en toxicidad e inocu, y que la cantidad de aditivo sea grande. En la actualidad, los principales estabilizadores comúnmente utilizados son el azúcar, el sorbitol, el ácido benzoico, la azida de sodio y el ditiotreitol. CHENTIRetAl.[35]agregpolietilenglicol -4000, sacarosa y sorbitol a una solución de ficobiliproteína de 0,5 mg/mL.El mejor efecto estabilitérmico sobre la ficobiliproteína, seguido de sorbitol, Y el efecto protector sobre la proteína algina aumenta con la concentración del estabilizador. «FAIETA»etAl.[36]estudiaron los efectos de los efectos térmicos y los efectos térmicos equivalentes en la decoloración de la proteína algina en agua y soluciones de diferentes concentraciones de sacarosa y trehalosa. A una temperatura constante, la pérdida de color aumenta con el tiempo, mientras que la concentración del soluto aumenta. Esto muestra que la concentración del estabilizador se correlaciona positivamente con la estabilidad de ficobiliproteínas, pero el calentamiento prolongado dará lugar a una disminución en la estabilidad de ficobiliproteínas.

Bajo condiciones de procesamiento de alimentos, la estabilidad de ficobiliproteínas se puede mejorar mediante la adición de proteínas. Las proteínas pueden envolver ficobiliproteínas, mejorando así su estabilidad [37]. ZHANG ZHANGZHANGZHANGZHANGZHANGetAl.[38]trataron la proteína de suero de leche y las ficobiliproteínas A pH de 3,0 y 80 °C durante 1-20 min. Se encontró una solución de proteína de suero de leche al 10% para prevenir la agregación de ficobiliproteína y la proteína de suero natural fue más eficaz que la proteína de suero hidrolizada desnatur.

3.2 modificación química

La modificación química es una técnica que utiliza reactivos bifuncionales para unir covalentemente dos grupos químicos en la superficie de una proteína para fortalecer la estructura plegde ficobiliproteínas y mejorar su estabilidad. Formaldehído, metilglioxal y propionatos se pueden utilizar para cruzar ficobiliproteínas y estabilizar sus estructuras terciarias y cuaternarias, mejorando así su estabilidad [39-41]. La estabilidad del pigmento también puede ser mantenida por la Unión covalente de la proteína a los polisacáridos para preservar la estructura extendida del tetrapirrol. SELIG etAl.[42]evaluaron el efecto estabilide la pectina de remolacha, la goma guar y los polisacáridos solubles de soja sobre la ficocianina. Los resultados mostraron que la pectina de remolacha puede estabilizar ficocianina, mantener su color y reducir la capacidad de enzimas (como la proteasa alcalina, la papaína y la bromelaína) para degradar la proteína.

3.3 tecnología de encapsul

3.3.1 encapsulación de microcápsulas

La tecnología de microencapsulación implica el uso de un material de núcleo sólido, líquido o gas, y luego el uso de un material polimérico natural o sintético como material de pared para formar una micropartícula semipermeable o sellada [43]. El material de pared utilizado para la encapsulación debe ser biocompatible, biodegradable, de baja toxicidad y bajo costo. La tecnología de microencapsulación puede mejorar eficazmente la estabilidad, solubilidad y biodisponibilidad del material del núcleo. Las microcápsulas de ficocianina se pueden preparar usando una variedad de métodos, tales como liofilización, secado por pulveri, y encapsulación por extru. Las microcápsulas de ficocianina preparadas usando estos métodos tienen buena resistencia al calor y alta actividad antioxidante [44-45]. Diferentes materiales de recubrimiento también afectan a la estabilidad de ficocianina, con maltodextrina y carragenina como los mejores materiales de recubrimiento [46]. Lv Xiaoling etal. [47]prepararon microcápsulas de ficocianina usando recubrimiento de suspensión de aire. Se midió que en las condiciones óptimas (temperatura del aire de entrada 80 °C, relación del material de la pared del núcleo 1:1.5, presión de atomización 0,15 MPa, contenido de gelatina en el material de la pared 20%), la estabilidad de ficocianina se incrementó en un 26,21%,  Y la estabilidad de almacenamiento aumentó un 75,1%. SCHMATZD etal. [48]usaron alcohol polivinílico para encapsular ficocianina mediante tecnología de electropulveri. Las partículas ultrafinas de alcohol polivinílico de ficocianina tienen una alta resistencia al calor, con una temperatura de resistencia al calor de hasta 216 °C, y mantienen la actividad antioxidante de ficocianina.

3.3.2 encapsuldel liposoma

Los liposomas se forman a partir de moléculas de fosfolípidos que tienen una tendencia a formar bicapas lipíestables en fases acuosas. No sólo pueden mejorar eficazmente la estabilidad y la dispersión de la solución de las sustancias encapsuladas en la capa interna, sino también desempeñar un papel en el sistema de administración, mejorando el papel funcional de las sustancias activas. Tienen un gran potencial como portadores de fármacos para la administración selectiva de fármacos en el tratamiento de enfermedades.

La proteína algina puede ser incrusten diferentes materiales para mejorar su estabilidad. CHUNG et al. [49]prepararon liposomas de proteínas de algina usando quitosano. La hidrofilicidad del quitosano se utilizó para dispersar los liposomas uniformemente en solución y mejorar la estabilidad térmica de la proteína algina. NOGUEIRA et al. [50]hidrataron una solución de cloroformde lectina de soja con trimetilglicina, clorde magnesio y ficocianina para formar liposomas de ficocianina, lo que mejoró la estabilidad y especificidad de la proteína, así como sus actividades antioxidantes, antiinflamatorias y neuroprotec. SEYEDet al. [51]prepararon liposomas de ficocianina usando dietilenglicol a 70 °C y encontraron que los liposomas resultantes tenían una estabilidad alta en términos de sedimenty partículas suspen.

3.4 otros métodos

La estabilidad de las ficobiliproteínas también se puede mejorar por métodos tales como alta presión. La alta presión hace que las ficobiliproteínas formen una estructura proteica más compacta y se agregcon cambios en la estructura secundaria. ZHANG et al. [52]estudiaron el efecto del tratamiento de alta presión sobre la estructura y la estabilidad del color de las mezclas de ficobiliproteínas, ficobiliproteína proteína de suero y ficobiliproteina-carragenina. El tratamiento de alta presión de ficocianin-El suero de lecheproteeny ficocianin-carragenan formaron agregados beneficiosos a pH 5.0, lo que redujo la correspondiente pérdida de ficocianina. Esto proporciona una nueva manera de mejorar la estabilidad de almacenamiento de ficocianina bajo condiciones de luz.

4 aplicaciones

Polvo de ficocianina es ampliamente utilizado como un pigmento natural soluble en agua en la industria alimentaria, cosmética y farmacéutica. La ficocianina no solo mejora el color de los alimentos, sino que también aumenta sus ingredientes funcionales. También tiene el efecto de estimular la formación de colonias de eritrocitos, reabastecer la sangre y mejorar la actividad linfá.

4.1 aplicación en alimentos

Debido a que el polvo de ficocianina es inestable a la luz y al calor, su aplicación en productos horneados es limitada. En la actualidad, su aplicación se concentra principalmente en productos lácteos, confitería y otros alimentos. MG et al. [53]agregficocianina al yogur a pH 4.5. A 4 °C, como la concentración de ficocianina aumentó, la viscodel yogur aumentó en consecuencia, Resultando en una disminución significativa de Streptococcus thermophilus y Lactobacillus bulgaricus a los 14 y 21 días, respectivamente. Alginina puede aumentar la tasa de deshidratdel yogur y mejorar la textura del yogur. «DEWI»et al. [54]preparó azúcar en gel usando microcápsulas de alginina. Maltodextrina y alginato de sodio se utilizaron como materiales de revestimiento para preparar microcápsulas de alginina. Luego se agreg0,1%, 3% y 5% de las microcápsulas al azúcar gel a una temperatura de 40 °C. La adición de 5% de las microcápsulas produjo un color azul brillante, y las microcápsulas tenían un cierto grado de persistencia durante el procesamiento del azúcar gel.

4.2 aplicaciones en el campo médico

Polvo de alginina es biológicamente sensible, biocompatible, bioabsorbible, y tiene baja toxicidad para el cuerpo humano. Se puede utilizar como un antioxidante, agente neuroprotector, agente contra el cáncer de páncreas, y también puede promover la cicatride heridas en la piel. MADHYASTHAet al. [55]utilizado alginina para conjugar nanopartículas de plata para reducir significativamente la toxicidad de las nanopartículas de plata, Mejoró el movimiento de los glóbulos rojos a la superficie de la herida, y redujo el estrés celular en el borde de la herida. MADHYASTHAet al. [56]aisló el cianopéptido − 2 de la cadena − de la ficocianina, que puede recoger radicales libres en el plasma, aumentar la capacidad de reducción del hierro e inhibir el daño al ADN por especies reactivas del oxígeno, Por lo tanto manteniendo la integridad del ADN. Fernández-rojas et al. [57]estudiaron el efecto preventivo de ficocianina en la disfunción mitocondrial indupor cisplatino (CP) en ratones machos CD-1. El estudio mostró que Ficoeritrina puede reducir las reacciones mitocondriales anormales. LIAO et al. [58] estudiaron el potencial terapéutico de la ficocianina como un medicamento contra el cáncer de páncreas envitro e envivo. En el estudio se observó que la ficocianina ejerce actividad contra el cáncer de páncreas al inducir la apoptosis y la muerte celular por autofagia, lo que confirma que la ficocianina es un fármaco contra el cáncer de páncreas prometedor.

Otras aplicaciones

El polvo de ficoeritrina tiene las ventajas de alto rendimiento cuánde fluoresc, alto coeficiente de extinción molar y gran desplazamiento de Stokes, que son superiores a muchos colorantes sintéticos actualmente en uso. Ficoeritrina ahora se combina con inmunoglobulina, proteínas A y antibióticos proteínas para formar sondas fluoresc. ZHENG et al. [59] desarrollaron un nuevo método de detección de la fluorescencia relativamente sensible para detectar ficoeritrina al hacer que la sonda fluorescfluorescde ficoeritrina purificada sea compatible con el sistema de detección cualitativa de barras de densidad de fluorescen el dispositivo de carga acoplde diodo emisde luz (LED). Este método resuelve el problema de los métodos tradicionales de purificación El sistema de detección cualitativa de barra de densidad de fluorescfluoresc(CCD), desarrollado un nuevo método de detección de fluorescfluorescrelativamente sensible para detectar ficobiliproteínas. Este método resuelve los inconvenientes del método tradicional de depuración, que es complejo, tiene una baja tasa de recogida y una cantidad insuficiente. Puede proporcionar información cuantitativa conveniente y muestra un gran potencial para la detección rápida en la investigación del medio ambiente y la seguridad alimentaria.

5 perspectivas

Como un pigmento natural, el polvo de ficocianina se puede utilizar como agente coloren en la industria cosmética, como aditivo en los alimentos, y como un agente antiinflamatorio, antioxidante, agente contra el cáncer, inmunomodulador y la sonda de detección fluorescen la medicina. As people's comprensión de las propiedades y funciones de la ficocianina sigue profundizprofundiz, sus perspectivas de aplicación son cada vez más y más amplia. Sin embargo, la estabilidad se ha convertido en un cuello de botella que limita su aplicación, por lo que resolver el problema de la estabilidad promoverá en gran medida el alcance y la escala de su aplicación. En la actualidad, aunque la estabilidad de las ficobiliproteínas se puede mejorar de varias maneras, como el ajuste del pH,la adición de estabilizadores, agentes reticulo encapsulficobiliproteínas, las interacciones químicas entre ficobiliproteínas y estabilizadores y sustralimentarios deben ser aún más explorados. Queda por ver si los estabilizadores de las ficobiliproteínas afectarán a la nutrición y las propiedades sensoride los alimentos, y si pueden ser utilizados en condiciones de procesamiento y producción de alimentos. Además, durante la aplicación y promoción de la ficocianina, es necesario resolver los problemas de extracción eficiente y la tecnología de purificación, y para explorar a fondo su biodisponibilidad y el mecanismo de su actividad biológica y efecto. Se cree que con la profundización continua de la investigación sobre ficocianina, la aplicación de mercado de ficocianina se hará aún más extensa.

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