Cómo extraer licopeno en polvo?

Lycopene (C40H56) is a carotenoid found in plant foods that has nutritional ycoloring effects. It has the strongest quenching activity desinglet oxygen among known carotenoids, twice that debeta-carotene, 100 times that of vitamin E, and 1000 times that of vitamin C [1].

Lycopene is widely found in tea and the roots of radishes, carrots, turnips and kale, as well as in tomatoes, watermelons, papayas and pomegranates [2]. In ripe tomatoes, 80% to 90% of the pigment composition is lycopene [3]. Lycopene is a typical straight-chain hydrocarbon. Thanks to its special chemical structure (11 conjugated double bonds and 2 non-conjugated double bonds) [4], it has the potential to affect the auto-oxidation of fats. Its strong antioxidant properties and applications are also the main research areas in the study of the physiological functions of lycopene. It also contains a variety of beneficial ingredients such as vitamins, minerals and carbohydrates, and has been dubbed “plant gold” [1].

En el campo de la transformación de alimentos,lycopene is used as a food additive to reduce the lipid oxidation rate in beef and its meat products and extend the shelf life. It is often used in the processing of products such as Frankfurt sausages, fresh sausages, fermented sausages, hamburgers and minced meat [5]. At the same time, epidemiological surveys have shown that the nutritional and health benefits of lycopene have been reported as appropriate supplementary treatments for diseases, such as those used to treat and improve obesity, diabetes, prostate cancer, cardiovascular disease and metabolic syndrome. LEH et al. [6] demonstrated that lycopene can help prevent and treat type 2 diabetes mellitus (T2DM) by reducing oxidative stress biomarkers and inducing antioxidant defense mechanisms.

Mientras tanto, MIRAHMADI et al. [7] analizaron el mecanismo anticancancerdel licopeno mediante experimentos de cultivo celular. El licopeno puede reducir la expresión de la molécula antiapoptótica B-cell lymphoma 2 (Bcl 2) al activar la sobreexpresión de las proteínas TP 53 y Bax (proteína X asociada a Bcl 2) y el ARNm, lo que aumenta la tasa de apoptosis y la capacidad antiproliferativa de las células cancerosas y, por lo tanto, se convierte en un tratamiento complementario para el cáncer de próstata. Además, el licopentambién se puede utilizar como aditivo alimentario en la alimentación animal y desempeña un papel positivo en la ganadería mediada por el estrés oxidativo y en la mejora de la calidad de la carne [8]. En general, es precisamente debido a sus funciones fisiológicas únicas y una amplia gama de aplicaciones que se ha convertido en el "nuevo alimento funcional favorito del siglo 21". Ha sido reconocido como un nutriente de clase a por la organización de las naciones Unidas para la alimentación y la agricultura (FAO/ OMS) y el comité de expertos en aditivos alimentarios de la organización mundial de la salud (JECFA), y puede ser ampliamente utilizado en alimentos saludables, medicina, cosméticos y otros campos [9]. A continuación se resumen sistemáticamente los métodos de extracción del licopeny sus funciones fisiológicas típicas, sentando las bases teóricas para la preparación industrial y el desarrollo funcional de alimentos del licopeno.

1 extracción de licopeno

Con el desarrollo de la economía y la mejora de las personas#39;s nivel de vida material, la nutrición y la inocuidad de los alimentos se han convertido gradualmente en un tema candente de interés social activo. Por lo tanto, los consumidores son muy curiosos y persiguen los alimentos con ciertas sustancias funcionales. El licopense ha convertido en un tema candente de discusión internacional debido a su funcionalidad única y ha atraído la atención de expertos de todo el mundo. En la actualidad, los principales métodos de extracción de licopeno incluyen la extracción con disolvente orgánico, extracción asistida por ultras, extracción de fluido supercrítico, etc. [10].

1.1 extracción con disolventes orgánicos

The lipophilic nature of lycopene is often exploited in industry, and lycopene is extracted from plant raw materials using an organic solvent extraction method. This method is simple to manipulate and highly practical, and has now become one of the mainstream methods for extracting lycopene in industry. Zhao Jianying et al. [11] explored the use of response surface optimization to analyze the effects of different solutions, liquid-to-material ratios, extraction temperatures, extraction times, and other factors on the extraction efficiency of lycopene from fresh cherry tomatoes. The results showed that when ethyl acetate was selected as the extraction medium, the extraction temperature was 45°C, the extraction time was 4 h, and the extraction pH was 6. In addition, POOJARY et al. [12] used a factorial design method to extract pure all-trans lycopene from tomato processing waste, and similar results were obtained. The optimal extraction medium was a mixture of hexane and acetone in a ratio of 1:3, and the extraction temperature was 20°C and the extraction time was 40 min. The recovery rate and purity of all-trans lycopene were as high as 94.7% and 98.3%b. However, this method is very likely to cause chemical solvent residues on the surface of the extract, and most of the extraction solvents selected are potentially harmful to the human body and the environment [13]. Therefore, KYRIAKOUDI et al. [14] optimized the extraction conditions of lycopene based on this method, using a hydrophobic natural deep eutectic solvent synthesized with different proportions of capric acid and lauric acid as the extraction medium. The lycopene recovery rate is comparable to that of the organic solvent (acetone). This method is non-toxic, environmentally friendly, and makes the most of raw materials. It is set to become industrialized.

1.2 extracción asistida por ultrasonidos

La extracción asistida por ultrasonido es ampliamente utilizada en la extracción de principios activos funcionales, procesamiento de alimentos y conservación de alimentos debido a su alta eficiencia provocada por el efecto cavitación, efecto térmico y acción mecánica [15]. En comparación con la extracción de calefacción tradicional, la extracción por microondas y los métodos de extracción supercríticos, la extracción asistida por ultrasonido tiene las características de corto tiempo de extracción, baja temperatura y alta eficiencia de extracción, y es más económico y adaptable. XU et al. [16] usaron extracción asistida por ultrasonido para extraer el licopenall-trans del pomelo rojo. En comparación con el método tradicional de extracción por solvente, el método de extracción por ultrasonidos reduce significativamente el tiempo de extracción (30 min), al tiempo que aumenta la tasa de extracción en 1,81 veces. Se explica además que en comparación con la temperatura óptima (40 °C) del método de extracción tradicional, la temperatura óptima (30 °C) del proceso de extracción asistida por ultrasonido es relativamente baja, lo que también puede limitar efectivamente la degradación del licopenall-trans durante el proceso de extracción y aumentar la tasa de extracción [17].

Sobre esta base, Li Changbao et al. [18] combinaron las características de la tecnología de hidrólisis enzim, que promueve la disolución de la pared celular, con la tecnología de hidrólienzimasistida por ultrasen para investigar el efecto de la extracción de solución verde eutéctica sobre la tasa de extracción de licopeno de tomates cherry. Se encontró que las condiciones óptimas de extracción fueron una mezcla de enzimas (celulasa y pectinasa) a una dosis de 3,6%, una relación líquido-sólido de 1:40, a una temperatura de extracción de 54°C, se obtuvo el mayor rendimiento de extracción de licopende 410,94 ± 1,78 ± g/g cuando el tiempo ultrasónico fue de 22 min, resultado similar al de Konwarh et al. [19]. En comparación con los tratamientos individuales (solo, Onozuka R-10 cellulase tratamiento y ultrasonic tratamiento), la hidrólisis enzimultrasasistida puede aumentar el rendimiento de licopenen la piel de tomate en 662%, 225% y 150% en comparación con los tratamientos individuales (solo, Onozuka R-10 cellulase tratamiento y ultrasónico tratamiento), y el método tiene una tasa de eliminación de radicales libres de 38,2%. Por lo tanto, la hidrólisis enzimultrasasistida tiene las características de condiciones de extracción suaves y tiempo de extracción corto, y tiene grandes perspectivas de desarrollo y potencial de aplicación en el campo de la separación eficiente y purificación del licopeno.

1.3 extracción de fluido supercrítico

La tecnología de extracción de fluido supercrítico (SFE) utiliza principalmente fluidos supercríticos (solventes) para separar los componentes deseados (extractos) de matrices alimenticomplejas. Los extractantes comúnmente utilizados incluyen CO2, etileno, metan, etc. En comparación con los métodos tradicionales de extracción química con disolventes, la tecnología SFE no tiene consumo de disolventes químicos o residuos, es menos contaminante con el medio ambiente, y también evita la descomposición y el deterioro del extracto a altas temperaturas, manteniendo la actividad biológica de ser destruida. Se puede decir que la extracción de sustancias bioactivas por medio de la SFE es una nueva tecnología "verde" que está en línea con el desarrollo sostenible [20,21]. DHAKANE-LAD et al. [22] usaron toronja como materia prima, SC-CO 2 y aceite de salvado de arroz como codisolventes; el proceso óptimo de extracción para el licopeno se investigó mediante análisis de superficie de respuesta. Los resultados mostraron que, en condiciones de presión de 325 bar, temperatura de 64°C y tiempo de extracción de 143 min, la tasa de recuperación de licopenfue de casi 70% y la tasa de retención de -orizanol fue de 97%.

Se encontraron resultados similares en el experimento de Priyadarsani et al. [23] sobre la extracción de licopende la cáscara del pomelo maduro. A medida que aumentaba la presión de extracción, la tasa de extracción del licopenaumentaba significativamente, lo que indica que la presión y el tiempo están estrechamente relacionados con la tasa de extracción del licopeno. Bajo las condiciones óptimas de 305 bar, 70 °C, 35 g/min de flujo de CO2 supercrítico y 135 min de tiempo de extracción, la tasa de extracción de licopenpuede ser tan alta como 93%. Además, en comparación con la extracción de hexano único de oleorresina, la tasa de extracción de licopenaumenta un 24% cuando se utiliza dióxido de carbono supercrítico (SC-CO2) en sinergia con la extracción de hexano, y la biodisponibilidad aumenta a 3,3 veces [24]. Por lo tanto, el uso de la tecnología SFE no solo tiene las caracter ã sticas de ciclo de producci ã ³ n corto, bajo consumo de enerã a, alta eficiencia, y ning ã º n residuo de disolvente excesivo, sino que adem ã ¡S tiene el potencial de mejorar la actividad del extracto. Se trata de un nuevo método de extracción de licopenrespetuoso con el medio ambiente con amplias perspectivas de aplicación en la producción industrial a gran escala [25].

2 actividad funcional del licopeno

Polvo de licopeno, as a precursor substance capable of synthesizing carotene, has a unique long-chain molecular structure that gives it strong free radical scavenging ability and high antioxidant capacity. It also has a variety of biological functions, such as inhibiting tumor proliferation, preventing cardiovascular disease, enhancing the body's inmunidad y retraso del envejecimiento [26]. Por lo tanto, su buena actividad biológica hace que muestre un fuerte valor de investigación y amplias perspectivas de aplicación en los campos de la alimentación, la medicina, los productos sanitarios, etc.

2.1 actividad antioxidante

La investigación humana sobre cómo frenar el envejecimiento nunca se ha detenido. La aparición de la "teoría del envejecimiento de los radicales libres" provocó un clímax en las teorías anti-envejecimiento humanas. La teoría de los radicales libres señala que la acumulación de radicales libres es una causa importante del envejecimiento humano [27]. El licopenes actualmente uno de los pocos antioxidantes en la naturaleza que tienen beneficios para la salud y efectos colorantes. Tiene el efecto de eliminar los radicales libres en el cuerpo humano, previniendo daño dela oxidal ADN y a las proteínas en el cuerpo, retrasenvejecimiento dela célula, y retrasel proceso de envejecimiento. WANG et al. [28] encontraron a través de experimentos in vitro e in vivo que el licopenmejora el estrés oxidativo en el riñón y alivia la apoptosis de las células renal al activar la transferencia nuclear del factor clave antioxidante Nrf 2, al tiempo que inhila la expresión de los factores de señal NF-κB e inhila la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) en las células epitelitubulares ren.

ZHAO et al. [29] showed that lycopene powder not only has the potential to improve neuronal damage in the human brain, but also plays a positive role in repairing synaptic dysfunction. This result is similar to that of HU [30], which showed that Blakeslea trispora powder ( a lycopene preparation) has the effect of improving the activities of superoxide dismutase, catalase and glutathione peroxidase, effectively reducing the level of free radicals in the body, indicating that Blakeslea trispora powder has the effect of protecting the body from oxidative stress damage and improving free radical-induced cell aging. It is precisely because of its super antioxidant activity that lycopene has the potential to become a natural antioxidant, and it has broad application prospects and development potential in delaying food oxidation and the development of functional foods.

El nitrito es actualmente un aditivo alimentario esencial en la producción de salchichas fermentadas, pero también es un fuerte carcinógeno que plantea riesgos potenciales para la salud [31]. Wang et al. [32] encontraron que cuando se usó licopenpara reemplazar parte del nitrito en la producción de salchichas fermentadas, no solo mejoró significativamente el color de la salchic, sino que también redujo los niveles de nitrógeno básico volátil y ácido tiobarbitúrico en la salchic, extendiendo efectivamente la vida útil de la salchicfermenty sirviendo como desarrollador y conservante del color. Otros estudios también han demostrado que el extracto de licopenpuede prolongar eficazmente la vida útil y la estabilidad del aceite de linaza [33]. Sin embargo, su alto costo de producción y baja estabilidad limitan su aplicación en la producción de aceite comesti. En resumen, lycopene has sustainable development and application value in both the pharmaceutical and food processing fields due to its strong antioxidant properties.

2.2 efecto anticcáncer

Los tumores constituyen una grave amenaza para la salud humana, y actualmente se tratan principalmente con cirugía y radioterapia [34]. Los experimentos han demostrado que la adición de licopena a la dieta puede inhibir el crecimiento de células cancerosas y reducir la aparición de complicaciones por cáncer [35]. El licopeninhisignificativamente la proliferación de las células tumorales y mejora el organismo#39;s sistema inmune protegiendo la comunicación intercelular de daño o interrupción [36]. Zhu Yuchen et al. [37] confirmaron que el licopeninhila la raíz de las células madre del cáncer de mama (CCSC) y aumenta la sensibilidad a la quimioterapia al regular la expresión de factores clave en la vía de señalización NF-κB y reducir el cuerpo#39;s ROS nivel. Al mismo tiempo, el licopentambién tiene el potencial de interrumpir la formación del citoesqueleto, inhibir selectivamente el crecimiento celular, regular la expresión de las proteínas del ciclo celular, e inducir la apoptosis [38]. Los experimentos clínicos contra el cáncer han demostrado que el licopenen combinación con aceite de espora de Ganoderma lucidum (LZFQ) inhila la proliferación de varias células cancerosas. El mecanismo de acción se manifiesta principalmente en la regulación de la expresión de proteínas pro-apoptóticas (Bax), caspasa-3 y Bcl-2, induciendo apoptosis e inhibiendo el crecimiento de tumores trasplantados in vivo, en especial el efecto de inhibición sobre células humanas de cáncer de pulmón de células no pequeñas es el mejor (IC 50= 0,49 mg/mL) [39]. Posteriormente, la investigación de Sui Jingjing et al. [40] también confirmó además que el licopeno Ganoderma lucidum cápsulas blandas de aceite de esporas son un posible suplemento terapéutico que no es tóxico e inocupara el cuerpo y mejora el cuerpo 's capacidad inmuncelular. Esto muestra que el licopentiene buenas perspectivas de desarrollo en la prevención y el tratamiento del cáncer, y puede usarse ampliamente en alimentos saludables y medicamentos.

otros

Las enfermedades cardiovasculares (ECV) son un término colectivo para las enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares, y han amenazado seriamente la salud de las personas de mediana edad y de edad avanzada [34]. El estrés oxidativo y la falta de antioxidantes juegan un papel clave en el desarrollo y la progresión de las ECV. Estudios epidemiológicos han encontrado que los países mediterráneos tienen una menor tasa de mortalidad por EC, lo que puede estar relacionado con la ingesta de licopenen la dieta mediterránea [41]. El tomate es una de las verduras indispensables en la dieta mediterránea, proporcionando al ser humano una gran cantidad de licopeny otras sustancias bioactivas.

Los estudios clínicos han demostrado que en pacientes con aterosclerosis coronaria, un suplemento diario de 7 mg de licopenpuede reducir eficazmente el cuerpo's contenido de IgG de Chlamydia pneumoniae, indicando que el licopentiene importantes propiedades antiinflamatorias y juega un papel positivo en la mejoría y prevención de enfermedades cardiovasculares [42]. Además, el síndrome metabólico (sm) es un estado patológico de trastornos metabólicos que pueden inducir la aparición y el desarrollo de diversas enfermedades, como la diabetes, la obesidad y las enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares. TSITSIMPIKOU et al. [43] encontraron en un experimento clínico que después de aproximadamente 60 días de ingesta continua de jugo de tomate, los pacientes con esclerosis múltiple presentaron reducciones significativas en las concentraciones de factor de necrosis tumoral (TNF- -) y dimetilarginina asimétrica (ADMA) a 10,2% y 17,5%, respectivamente, y reducciones significativas en las concentraciones de resistencia a la insulina y de lipoproteínas de baja densidad (LDL) de 32,9% y 33,1%, respectivamente (p < 0,001), los niveles de colesterol de lipoproteínas de alta densidad (colesterol HDL) aumentaron un 7,6%. Estos indicadores confirman aún más que el licopentiene el efecto de inhibir la producción de citocinas proinflamatorias, mejorando la disfunción de las células endotelivasculares y manteniendo niveles normales de glucosa en sangre. En resumen,El licopenpuede mejorar la capacidad metabólica celularMediante la regulación de los niveles de expresión de los factores metabólicos en el cuerpo, lo que potencialmente mejorar la inmunidad y la regulación de los trastornos del síndrome metabólico y las complicaciones relacionadas.

3 resumen

This paper provides a systematic overview of the development and application of lycopene extraction processes and its physiological activity in the fields of food, medicine and health products. The optimal extraction methods and process parameters for extracting lycopene by organic solvent extraction, ultrasonic-assisted extraction and supercritical fluid extraction are introduced respectively. Furthermore, starting from the physiological activity of lycopene, the mechanism of action of its functional properties (such as antioxidant activity, anticancer effects and others) in vivo/in vitro is analyzed, and it is applied to the production and manufacturing of food, medicine and health products, so as to improve the potential of free radical-induced oxidative damage, inhibit the malignant proliferation of tumor cells, and regulate cardiovascular and cerebrovascular diseases and metabolic syndrome disorders. However, the poor bioavailability of lycopene limits its application in the fields of biomedicine and functional food development. In the future, lycopene can be combined with various technologies such as encapsulation and carriers, such as microencapsulation, emulsion loading, and nanotechnology, to slow down its degradation in the body and improve its bioavailability and stability. This is undoubtedly a unique blueprint in food industry technology, and will surely open up new avenues for the development and application of lycopene's actividad funcional.

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