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

Phycocyanin is unphotosynthetic pigment proteencomplex obtained porisolating ypurifying it desdemicroalgae cells [1]. It is unsecondary pigment dechlorophyll [2]. Polvo de ficocianina has been widely used enmany fields. It can be used as a natural coloring agent enfood [3], as an additive enelcosmetics industry, yas a Nutricional nutricionalsupplement enelhealth care industry [4]. Due to its high sensitivity to fluorescent reagents, it can also be used enimmunoassay experiments as a marker for antibodies yreceptors [5]. In addition, phycobiliproteins have biological activities such as anti-tumor, anti-inflammatory, antioxidant, yimmune regulatiel[6], ycan also be used in elpharmaceutical industry as anti-inflammatory agents yantioxidants.

Sin embargo, 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.

1 características 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), phcoerythrin (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].

Phycocyanins are composed dea chain-opening tetrapyrrole chromophore, phycobilin, covalently attached to elprotein molecule. eltype ynumber dephycobilin chromophores causes phycobiliproteins to appear in different colors [15]. Changes in elstructure dethe chromophore cause phycobiliproteins to lose their color yantioxidant activity. Phycobiliproteins are located at the ends deperipheral rods yare adjacent to a core cylinder composed deallophycocyanin. Its basic structure is composed demonomers contwo homologous subunits, α and β [11]. These monomers aggregate into (αβ)3 trimers conC3 facing each other to form a symmetry, and every two (αβ)3 form a (αβ)6 hexamer with triple symmetry [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 elEstabilidad de ficocianinaY promueve la protección de cromóforos. Por lo tanto, cualquier factor que afecte la estabilidad y la estructura de la proteína puede prevenir o acelerar la degradación de ficocianina. 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 ficocianina también cambian, lo que afecta la estabilidad. Cuando el pH es cercano a 7.0, predominlos hexexamers, que es la estructura más estable e impide la desnaturalización de ficobiliproteínas. Sin embargo, 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 del cromóforo ficocianina se mantuvo estable y mostró un 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 elEstructura de ficocianinasLo que desestabilila conformación de los cromóforos Unidos a ellos y reduce la estabilidad de las ficocianinas. 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 ficocianinas.

2.3 efecto de la temperatura sobre la estabilidad de ficocianinas

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 ficocianinas 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

In addition to the above factors that affect the estabilidaddephycocyanins, metal ions, additives, etc. can also affect the conformation dephycocyaninchromophores. eladdition demetal ions affects the estabilidadof phycobiliproteins, while the addition of emulsifiers or foaming agents can form bubbles around phycobiliproteins to protect them, therepormaintaining the estabilidadphycocyanin[22]. Zhang Yanyan etAl.[33]found that the estabilidadphycocyaninwas better in solutions with low concentrations of Mn2+, Al3+, Zn2+, and Cu2+. elestabilidadof phycobiliproteins was not significantly affected porcambiosin the concentration of Na+ and Mg2+, while the higher the concentration of Fe3+, the more beneficial it was for the estabilidadof phycobiliproteins. Some organic reagents can reduce the stability of phycobiliproteins. Zhao Bingbing etAl.[34]added different concentrations of additives to phycocyaninand found that their stability decreased with the increase of ethanol, sodium benzoate, and citric acid. Among them, citric acid had a greater effect.

3 métodos para mejorar la estabilidad dePhycocyanin

3.1 adición de estabilizadores

La adición de estabilizadores es la manera más simple de mejorar la estabilidad de ficocianina. 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 ficocianina.

Under food processing conditions, the stability of phycocyanins can be improved by adding proteins. Proteins can wrap up phycocyanins, thereby improving their stability [37]. ZHANG ZHANGZHANGZHANGZHANGZHANGetAl.[38]treated El suero de lecheprotein and phycocyanins at pH 3.0 and 80 °C for 1–20 min. A 10% whey protein solution was found to prevent phycobiliprotein aggregation, and natural whey protein was more effective than denatured hydrolyzed whey protein.

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 ficocianinas 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

Microencapsulation technology involves usandoa core material of solid, liquid or gas, and then using a natural or synthetic polymeric material as a wall material to form a semi-permeable or sealed microparticle [43]. The wall material used for encapsulation must be biocompatible, biodegradable, low-toxicity and low-cost. Microencapsulation technology can effectively improve the stability, solubility and bioavailability of the core material. Microcapsules of phycocyanincan be prepared using a variety of methods, such as freeze-drying, spray drying, and extrusion encapsulation. Microcapsules phycocyaninprepared using these methods have good heat resistance and high antioxidant activity [44‒45]. Different coating materials also affect the stability of phycocyanin, with maltodextrin and carrageenan as the best coating materials [46]. Lv Xiaoling etal. [47]prepared Microcápsulas de ficocianinaUtilizando revestimiento 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 ficocianinas también puede ser mejorada 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 ficobiliproteínas, la ficobiliproteína proteína de suero y las mezclas de ficocianina-carragenina. El tratamiento de alta presión de ficocianin-whey protein y 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

Phycocyanin powder is widely used as a natural water-soluble pigment in the food, cosmetics and pharmaceutical industries. Phycocyanin not only improves the color of foodPero 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

desdephycocyanin powder is unstable to light and heat, its aplicaciónin baked goods is limited. At present, its aplicaciónis mainly concentrated in dairy products, jelly candies and other foods. MG et al. [53]added phycocyanin to yogurt at pH 4.5. At 4 °C, as the concentration of phycocyanin increased, the viscosity of the yogurt increased accordingly,  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 in vitro e in vivo. 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

Phycocyanin powder has the advantages of high fluorescence quantum yield, high molar extinction coefficient and large Stokes shift, which are superior to many synthetic dyes currently in use. Phycoerythrin is now combined with immunoglobulin, protein A and antibiotic proteins to form fluorescent probes. ZHENG et al. [59] developed a relatively sensitive new fluorescence detection method for detecting phycoerythrin by making the purified phycoerythrin fluorescent probe compatible with the light emitting diode (LED)-charge coupled device (CCD) fluorescence density bar qualitative detection system. This method solves the problem of traditional purification methods  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 reticuloEncapsulating phycocyanins (en inglés)Las interacciones químicas entre las ficobiliproteínas y estabilizadores y los sustratos alimentarios necesitan ser exploradas más a fondo. 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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