Astaxantina Natural estabilidad última investigación

Lunastaxantina, un miembro importante de la familia de los carotenoides, no solo es el antioxidante más fuerte entre lassustanciasnaturales [3], sino que también tiene importantes actividades fisiológicas como la antiinflamatoria [4], el cáncer [5], la prevención de enfermedades cardiovasculares [6], la desaceleración del envejecimiento [7] y la mejora del movimiento del cuerpo [8]. Por lo tanto, astaxantina tiene buenas perspectivas de aplicación en los mercados de productos para la salud, alimentos, medicamentos, cosméticos y piensos [9].

En 2010, China' anuncio n º 17 aprobado Haematococcus pluvialis como un nuevo alimento de recurso, y astaxantina derivada de Haematococcus pluvialis se le permitió ser añadido a todo tipo de alimentos y bebidas, excepto la comida infantil [10]. De acuerdo cellos datos de mercado de Global marketInsights, el mercado Global de astaxantina se espera que alcance los 800 millones de dólares EE.UU. en 2024, celel mercado de América del norte creciendo a una tasa de crecimiento anual compuesto de más del 3,5%. La región Asia-Pacífico se convertirá en el principal contribuyente al crecimiento del mercado (más de 250 millones de dólares estadounidenses).

Senembargo, la astaxantina naturales inestable y se degrada fácilmente, lo que reduce su actividad biológica y la función fisiológica y limita su aplicación. Por lo tanto, la mejora de la estabilidad de astaxantina natural es uno de los actuales hotspots de investigación, y ha habido muchos informes sobre los sistemas de entrega de astaxantinA. Senembargo, este campo está en su infancia, y las leyes de los cambios de estabilidad durante la extracción, procesamiento y almacenamiento de astaxantina sela menudo ignorados, que carecen de datos básicos completos y análisis sistemático. Sólo mediante la comprensión integral de los factores y las leyes esenciales que afectana la estabilidad de astaxantina natural puede el desarrollo y la mejora de la tecnología de estabilización ser mejor logrado.

Este trabajo revisa la influencia y las causas de la estabilidad de la astaxantina natural en su propia estructura, el disolvente de extracción, las condiciones ambientales de procesamiento y almacenamiento. Resume y compara los efectos protectores, las características técnicas y los principios básicos de la estabilización de astaxantina natural por emulsión, microcápsula, liposoma y nanoencapsulación. Por último, propone algunas perspectivas basadas en la tecnología de estabilización astaxantina existente, que proporciona algún valor de referencia para la protección y la entrega de astaxantina.

1 resumen de astaxantina

Astaxantina, también conocida como Haematococcus pluvialis luteína, pigmento rojo de camar, pigmento amarillo de camar, sustancia amarilla de camary pigmento de la concha de langosta [12], es actualmente la sustancia cella actividad antioxidante más fuerte descubierto. Su capacidad antioxidante es mucho mayor que la de los antioxidantes naturales existentes como la vitamina E, − -caroteny licopen, y se conoce como "super vitamina E" [13−14].

1.1 estructura química de astaxantina

Los átomos de carbono quirales C-3 y C-3' En ambos extremos de la cadena de enlace doble conjugde astaxantina existe en la forma de R o S, respectivamente, dando lugar a tres estereoisómeros (como se muestra en la figura 1 (1)), a saber all-trans (3S, 3 'S), cis-trans (3S, 3'R), y trans-trans (3R, 3'R), de los cuales (3S, 3'S) y (3R, 3'R) los isómeros son imágenes de espejo (enantiómeros) [15]. Los múltiples enlaces dobles conjugy los grupos cetónicos insaturados en los extremos dan astaxantina un efecto electrónico vivo, que puede atraer electrones no parede de los radicales libres o donar electrones a los radicales libres, lo que elimina los radicales libres y el oxígeno singletapagfísicamente.

Astaxantina tiene múltiples enlaces dobles en la parte lineal de su molécula, y cada doble enlace puede estar en la configuración Z (cis) o E (trans). La configuración all-E es la estructura más estable porque los grupos ramino compiten por posiciones espaciales [16]. Se ha encontrado que la estructura de tipo z está presente en las posiciones 9, 13 y 15 en astaxantina natural, por lo que los posibles isómeros geométricos de astaxantina son all-E, (9Z), (13Z), (15Z), etc. (como se muestra en la figura 1 (2)). Al mismo tiempo, astaxantina tiene un grupo hidroxilo en cada una de sus estructuras cíclicterminales. Estos grupos hidroxilo libres pueden formar ésteres con ácidos grasos. Un grupo hidroxilo forma un éster con un ácido graso, que se llama un solo éster de astaxantina, mientras que dos grupos hidroxilo se llaman ésteres dobles (como se muestra en la figura 1 (3)). Después de la esterificación, su hidrofobicidad y estabilidad se mejoran [16−17]. Se puede ver que la astaxantina natural es diversa en forma, y las diferentes estructuras moleculares determinan las diferencias en la estabilidad entre astaxantina.

1.2 fuentes de astaxantina

Actualmente, astaxantina se produce por síntesis química, biosíntesis, y la extracción naturAl.La síntesis química se divideen síntesis total y semisíntesis: la síntesis total utiliza materias primas químicas como materias primas y se produce a través de reacciones de síntesis química; La semisíntesis utiliza carotenoides como cantaxantina, luteína y zeaxantina como materias primas para preparar astaxantina [18]. Este método requiere múltiples reacciones químicas y biocatalíticas, y la astaxantina sintetizes una mezcla de conformaciones múltiples y contiene subproductos. El proceso de síntesis plantea riesgos de seguridad significativos [19].

El método de biosíntesis utiliza levaduras, algas y bacterias para producir astaxantina. Este método produce astaxantina con una estructura clara (en su mayoría trans estructuras) y pocos subproductos, pero el rendimiento es bajo y las condiciones de cultivo son estrictas. La clave para lograr una producción a gran escala es el uso de materiales de cultivo baratos y la selección y crianza de cepas de alta calidad y alto rendimiento [20]. En la actualidad, la extracción de astaxantina de los recursos naturales es menos costosa y se puede producir a gran escala, lo que puede aliviar la demanda del mercado de astaxantina. La astaxantina se extrae principalmente de fuentes naturales como Haematococcus pluvialis, Rhodopseudomonas palustris y crustáceos utilizando aceites vegetales [21], solventes orgánicos [22], líquidos iónicos [23] y disolventes eutécticos [24]. Astaxantina Natural generalmente tiene ventajas sobre astaxantina sintética en términos de estabilidad, actividad antioxidante, biodisponibilidad y seguridad [25−27].

2 estabilidad de la astaxantina natural y factores que la afectan

Astaxantina Natural tiene excelentes propiedades funcionales y es de gran valor en el desarrollo de productos funcionales correspondientes. Senembargo, la inestabilidad de astaxantina es el primer desafío a ser enfrentado en aplicaciones prácticas. Primero, el doble enlace conjude la astaxantina la hace químicamente activa. En segundo lugar, la diferencia de polaridad de diferentes disolventes afecta la solubilidad y estabilidad. Por último, astaxantina es susceptible a la degradación durante el procesamiento y almacenamiento debido a la luz, temperatura, etc. Muchos estudios sólo se han centrado en un aspecto de la astaxantina estabilidad, haciendo caso omiso de la influencia de múltiples factores. Este artículo analizará exhaustivamente los factores que influyen y cambiar las leyes de la astaxantina natural estabilidad desde tres perspectivas: la estructura de la astaxantina en sí, el solvente de extracción, y el procesamiento y el medio ambiente de almacenamiento.

2.1 la estructura de la astaxantina misma

En comparación con la luteína, vitamina C,-caroten, etc., la presencia de dobles enlaces conjug, grupos hidroxilo y grupos ceto hace que la astaxantina sea tanto hidrófila como hidrófobo, lo que también hace que sea más propenso a reaccionar con radicales libres y sufrir cambios estructurales [28]. Por otro lado, la astaxantina más natural existe en una forma esterificada, que contiene varios ácidos grasos, incluyendo C16:0, ácido esteári(C18:0), C18:1, ácido linoleico (C18:2) y ácido − -linolénico (C18:3) [29]. Estudios han demostrado que la astaxantina esterificada es más estable que la astaxantina libre. Por ejemplo, en una microemulsión que contiene dl-mentol y ácido caprílico, la vida media de la astaxantina libre es de 13,86 días, mientras que la vida media del éster de astaxantina es de 69,31 días [17]. Además, la estabilidad se correlaciona positivamente con el grado de esterificación. Además, el aumento de la longitud de la cadena de carbono y la reducción del grado de insaturde los ácidos grasos son beneficiosos para mejorar la estabilidad de los ésteres de astaxantina. La astaxantina docosahexaenoato diéster es la forma más estable de astaxantina éster [16].

Por lo tanto, en la producción y procesamiento de alimentos, medicamentos y cosméticos, se debe prestar atención a la distinción entre las diferentes estructuras de astaxantina, aclarar el efecto de su propia estructura en la estabilidad, tomando medidas de protección específicas, extendiendo efectivamente la vida útil del producto, y promover el uso eficiente de astaxantina.

2.2 disolvente de extracción

La interacción entre el disolvente y la molécula de astaxantina tiene un efecto directo sobre su estabilidad, y diferentes condiciones de extracción (temperatura, tiempo, etc.) tienen un efecto significativo sobre la estructura de astaxantina durante el proceso de extracción. Sin embargo, muchos estudios previos han ignorado el efecto de la naturaleza del solvente en sí sobre la astaxantina. Astaxantina es insoluble en agua, soluble en grasa, y fácilmente soluble en disolventes orgánicos como cloroform, acetona, bencen, etc. [22] y el aceite vegetal, aceite de pescado, etc [21]. El efecto de la extracción de aceite vegetal es pobre y requiere altas temperaturas, y la astaxantina se degrada fácilmente [30]; Aunque la tasa de extracción de disolventes orgánicos es alta, la polaridad de los disolventes orgánicos es muy fuerte, lo que no es propicio para mantener la estabilidad de la estructura de astaxantina [31]. Por lo tanto, la tecnología de extracción ideal debe combinar las dos funciones de alta tasa de extracción y la estabilidad de astaxantina.

Los estudios han demostrado que los líquidos iónicos imidazolil (ILs), como el clorde 1-butil-3-metilimidazolium ([BMIM][Cl]) y el hexafluorofosfato de 1-butil-3-metilimidazolium ([BMIM][PF6]), tienen una vida media más larga que la acetona al extraer carotenoides, lo que indica que los ILs son más estables que la acetona al extraer carotenoides [23]. El hexafluorofosfato ([BMIM][PF6]) y otros ILs tienen una vida media más alta que la acetona, lo que indica que los carotenoides extraídos por il son más estables que los carotenoides extraídos por acetona [23]. Estudios previos han demostrado que el amonio cuaternario hidrofóbico y los líquidos iónicos de fosfonio son más solubles en astaxantina que los líquidos iónicos de imidazolio, y que hay una buena relación matemática entre el cambio de concentración de astaxantina en clorde de tributilfosfonio ([P4448]Cl) y el parámetro de diferencia de color [32]. Sin embargo, desventajas como el alto precio y la pobre biocompatibilidad de los ILs limitan su extracción comercial generalizada de astaxantina.

Los disolventes eutécprofundos (DESs) son un solvente verde emergente que son mezclas eutécticas de un aceptor de enlace de hidrógeno (HBA) y un donante de enlace de hidrógeno (HBD). Los estudios han demostrado que la astaxantina exhibe mejor estabilidad en microemulsiones de DESque en disolventes orgánicos (etanol, metanol y acetona) [17]. Además, la actividad antioxidante de astaxantina extraída con DESes mayor que la extracon disolventes orgánicos [33], y DES ácido es más propicio para la disolución de astaxantina [34]. Por lo tanto, el DES es una buena alternativa a los disolventes orgánicos y líquidos iónicos. En resumen, la elección del disolvente para la extracción de astaxantina debe considerarse de forma integral desde múltiples aspectos como el costo, la protección del medio ambiente, la seguridad, la solubilidad y la estabilidad.

2.3 condiciones ambientales de procesamiento y almacenamiento

Luz 2.3.1

La luz tiene dos efectos sobre la astaxantina: A. la formación de dobles enlaces cis-trans, con el espectro de ondas electromagnéticas cambiando 2-10 nm hacia el extremo azul; B. oxidacelerada de la astaxantina, con la degradación y fragmentación del cromóforo, el desplazamiento del espectro hacia la región ultravioleta, y la pérdida de color [35]. El extracto de astaxantina fue colocado en condiciones de ausencia de luz, luz natural interior, luz UV y la exposición solar continua. Después de 6 horas, la tasa de retención de astaxantina bajo la exposición solar fue de sólo 0,57%, mientras que la muestra en la oscuridad no mostró ningún cambio significativo [36]. Del mismo modo, Maohua Aihemat et Al.[37] señalaron que la luz ultravioleta puede dañar la estabilidad de la astaxantina. Por lo tanto, astaxantina es muy sensible a la luz solar y ultravioleta, y se debe tener cuidado para evitar la luz durante la extracción, almacenamiento y uso.

2.3.2 la temperatura

Las altas temperaturas tienen un efecto dañino significativo en la mayoría de las sustancias bioactivas. Astaxantina debe ser almacena bajas temperaturas para frenar su degradación. Muchos estudios han demostrado que la estabilidad de los extractos de astaxantina disminuye con el aumento de la temperatura. Por ejemplo, la absorbancia de los extractos de astaxantina almacenados a 4 °C permanece sin cambios, mientras que la tasa residual de astaxantina es de sólo alrededor del 30% después de ser almacena 70 °C durante 6 h [36]. Del mismo modo, después de almacenar el aceite de astaxantina a menos de 60 °C durante 1 h, la tasa de pérdida de astaxantina fue inferior al 2%, mientras que cuando la temperatura de almacenamiento alcanzó más de 80 °C,la tasa de pérdida superó el 20% [38].

2,3.3 pH

La acidez y alcalinidad del medio ambiente afectará a la solubilidad y estabilidad de astaxantina en diversos grados. Un ambiente débilmente alcalino tiene poco efecto sobre la estabilidad de astaxantina, pero un ambiente débilmente ácido A largo plazo dañará su estabilidad [39]. Además, los ésteres de astaxantina se someterá a una reacción de saponificación y convertirse en astaxantina libre en un ambiente débilmente alcalino [37]. Aunque la solubilidad y la actividad antioxidante de astaxantina se mejoran significativamente en condiciones ácidas, la acidez excesiva puede afectar a la estabilidad de astaxantina [32]. Por lo tanto, el mantenimiento de la solución en un estado neutro o ligeramente alcalino durante el almacenamiento de astaxantina ayudará a mantener la estabilidad de la astaxantina estructura y función.

Iones metálicos

Los iones metálicos pueden promover la oxidde la astaxantina, causando que se disuelva y se desvanezca, e incluso se turbia. Song Sumei et al. [40] encontraron que la tasa de retención de astaxantina disminuyó significativamente con la adición de Fe2+, Fe3+ y Cu2+. Además, la adición de Fe2+, Cu2+, y K+ hizo que la solución de extracción de astaxantina se volviturbia [36]. Por lo tanto, la adición de artículos de hierro y sustancias que contienen Fe2+ y Cu2+ debe evitarse tanto como sea posible durante la producción y transporte de astaxantina.

2.3.5 oxígeno

El oxígeno puede causar auto-oxid, fotooxidy oxidquímica de astaxantina. Cuando la astaxantina se expone al aire a temperatura ambiente de 25 °C y se almacena en la oscuridad durante 30 días, la tasa de retención de astaxantina libre es sólo del 20%, mientras que la de astaxantina microencapsulada puede alcanzar el 80% [41]. Esto puede ser debido a que el oxígeno en el aire reacciona con astaxantina en una reacción oxid, causando astaxantina para descompon. Algunos estudios han tratado de mejorar la estabilidad de la astaxantina mediante la adición de antioxidantes, pero se encontró que la adición del antioxidante 2,6-di-tert-butyl-4-cresol (BHT) no mejora la estabilidad de la astaxantina, y los dos antioxidantes VC y Na2SO3 en realidad reducen la estabilidad de la astaxantina [36]. Esto puede ser debido a que las propiedades antioxidantes de astaxantina son mucho más altas que las de VC y Na2SO3, y astaxantina se oxida para proteger VC y Na2SO3 de la oxid.

3 tecnología de estabilización para astaxantina natural

aunqueAstaxantina naturalTiene fuertes propiedades antioxidantes, su estructura altamente insatursignifica que tiende a degradarse químicamente cuando se expone a altas temperaturas, luz, etc., lo que puede hacer que se desvase y su actividad biológica disminu, limitando su aplicación en la industria alimentaria, farmacéutica y cosmética. Con el fin de mejorar la tasa de utilización de astaxantina en diversas aplicaciones, se han estudiado diferentes técnicas de estabilización, incluyendo encapsulpor emulsión, microencapsul, liposoma y encapsula nanonivel. Por lo tanto, a continuación se describe el proceso de incorporación de astaxantina utilizando las técnicas anteriores y la estabilidad de la astaxantina después de la incorporación, mientras que la comparación de los efectos de estabilización y las ventajas y desventajas de diferentes técnicas de estabilización.

3.1 sistema de entrega de emulsión

El sistema de emulsión para la entrega de astaxantina es disolastaxantina en una fase orgánica, a continuación, dispercompletamente la fase orgánica en una fase acuosa que contiene un emulsificante, y formar un sistema coloidal bajo la acción de ciertas fuerzas externas (tales como agitación, homogenei, ultrasonido, etc) [42]. Además de las emulsiones tradicionales, las nanoemulsiones, microemulsiones, emulde Pickeringy emulde multicapa han ido apareciendo gradualmente en los últimos años. El rápido desarrollo de la tecnología de estabilización de astaxantina ha sido promovido por la actualización de la tecnología de preparación de emulsión, la iteración de ingredientes y la diversificación de funciones (como se muestra en la tabla 1).

3.1.1 emulsiones tradicionales

Las emulsiones tradicionales, también conocidas como emulsiones convencionales o emulsiones gigantes, se refieren a los sistemas de dispersión gruesa con radios de gotas entre 300 nm y 100 μm, que tienden a rompercon el tiempo. En el pasado, la combinación de proteínas y emulsificantes de polisacáridos ha tenido un buen efecto estabilizador, pero tiende a degradar las sustancias incrusten ella bajo tratamiento ultravioleta o térmico [43]. Estudios recientes han encontrado que una casein-cafeic acido-glucoestabiliemules beneficioso para la protección de la astaxantina interna contra ambientes adversos debido a la presencia de polifenoles (ácido cafeico) [44]. Sin embargo, las emulsiones tradicionales son inherinestables, y cómo mantener aún más la estabilidad de la propia emulsión siempre ha sido un reto en este campo.

3.1.2 nanoemulsiones

Las nanoemulsiones generalmente consisten en agua, aceite y un surfac. Pueden alcanzar un pequeño tamaño de partícula (50-200 nm) y son cinéticamente estables a través de la homogeneia alta presión. En comparación con las emulsiones tradicionales, pueden mejorar la estabilidad y biodisponibilidad de los principios activos [45]. La selección de emulgentes y el uso de emulgentes complejos son la clave para preparar nanoemulsiones con excelentes propiedades.

Una nanoemulsión de astaxantina preparada con lecitina de soja como emulsificante y almacenen en las mismas condiciones que la astaxantina libre durante una semana tuvo una tasa de retención de astaxantina de 85,34%, que fue mucho mayor que el 54,92% de esta última [46]. Además, se ha demostrado que las mezclas de emulgentes de moléculas pequeñas, proteínas y polisacáridos mejoran considerablemente las propiedades de las emulsiones preparadas [47]. Por ejemplo, la tasa de degradación de astaxantina fue de solo 20% después de 8 semanas de almacenamiento a 25 °C cuando las nanoemulde astaxantina fueron preparadas usando un emulsificador complejo (polisorbato 20, caseinato de sodio y goma arábiga) [48]. Sin embargo, es probable que la homogeneia alta presión cause cambios en la estructura de los compuestos sensibles en el sistema, reduciendo su actividad biológica y haciéndolos termodinámicamente inestables.

3.1.3 microemulsiones

En comparación con las nanoemulsiones, las microemulsiones tienen un tamaño de partícula más pequeño (entre 10 y 100 nm) y son transparentes. Pueden formarse espontáneamente bajo la acción de surfacactivos y son sistemas termodinámicamente estables [49]. Las microemulsiones tienen buenas propiedades, incluyendo excelente estabilidad, baja viscoy fuerte capacidad de solubilide de los compuestos lipofílicos. Son un tipo de disolvente de extracción de astaxantina que tiene en cuenta tanto la solubilidad como la estabilidad. En los últimos años, las microemulsiones a base de líquido iónico [50] y las microemula base de disolvente eutéc[17] han mostrado buenos resultados en la extracción y estabilización de astaxantina. En comparación con los disolventes orgánicos, las microemulsiones pueden mejorar la solubilidad de la astaxantina, y los ésteres libres de astaxantina y astaxantina en las microemula base de disolvente eutécpresentan una mejor estabilidad de almacenamiento que en los disolventes orgánicos [17].

3.1.4 emulsiones de Pickering

Las emulsiones convencionales estabilizadas por surfac(por ejemplo, polisacáridos y proteínas) son generalmente termodinámicamente inestables y se descomponen con el tiempo a través de floculación, coagy maduración de Ostwald. Las emulsiones decapantes, por el contrario, aumentan su propia estabilidad a través de partículas coloid[51]. Las partículas coloidcomunes son partículas a base de proteínas (por ejemplo, partículas de proteína de lupino [52]) o partículas de polisacáridos de proteínas (por ejemplo, proteína soluble en alcohol y alginato de sodio [53]). Al mismo tiempo, la astaxantina llevada por emulsiones de decapado es más resistente al calor, altas temperaturas o iones metálicos que la astaxantina libre [54].

3.1.5 emulsiones multicapa

La "emulsión multicapa" es una tecnología emergente para encapsular astaxantina. Se compone de muchas capas de biopolímeros (o emulsificantes) que rodean gotitas de lípidos, que se deposiuna encima de la otra a través de interacciones electrostáticas atractivas [55]. Estudios han demostrado que la tasa de degradación de astaxantina en las emulsiones multicapa de quitosan-pectina es de 3 a 4 veces más lenta que en las emulsiones tradicionales durante el almacenamiento [56]. Sin embargo, la tecnología de emulsión multicapa también se enfrenta a retos, en primer lugar, el diseño de una composición del sistema razonable, y en segundo lugar, la optimización de los muchos factores que afectan a la estabilidad (como el tipo de biopolímero, la concentración de gotitas, la fuerza iónica, etc.).

Ya se trate de una emulsión convencional o una nanoemulsión, microemul, emulde Pickering o emulmulticapa, que han ido surgiendo gradualmente en los últimos años, su inestabilidad inherente limita enormemente su aplicación como sistemas de encapsulación y liberación de sustancias bioactivas como la astaxantina. En la actualidad, la investigación en este campo se centra principalmente en mejorar la estabilidad de la emulsión en sí. Por el contrario, la estabilidad de las microemulsiones, las emulsiones de decapado y las emulsiones multicapa ha mejorado considerablemente, ya que contienen sustancias anfifílicas. Sin embargo, hay una falta de investigación sobre la mejora de la tasa de extracción, el efecto de encapsulación y la estabilidad de almacenamiento de astaxantina, y la investigación teórica sobre la composición de la emulsión debe ser reforzada.

3.2 sistema de entrega de microencapsul.

3.2.1 métodos básicos

Encapsular astaxantina en una matriz de material de la pared (líquido/sólido, material homogéneo/heterogé, etc.) puede proteger astaxantina de la interferencia externa [61]. Los métodos comunes incluyen el secado por pulverización [62], el secado por congelación [63] y la coacervación compleja [64]. La tabla 2 enumera los parámetros del proceso, la eficiencia de encapsuly la estabilidad de estas técnicas de microencapsulación de astaxantina. El secado por pulveries rápido, sencillo y económico, pero un secado a una temperatura demasiado alta puede dañar el material del núcleo [62]. Por el contrario, el estado de congelación a baja temperatura del método de liofilización puede proteger eficazmente la astaxantina interna, pero es lento y tiene altos costos de operación [63]. Aunque el método de coacervación no requiere disolventes orgánicos ni altas temperaturas y es adecuado para su uso en la industria alimentaria, la tasa de encapsulde este método es generalmente baja [65]. Por lo tanto, es importante conocer los principios, condiciones de funcionamiento, parámetros de proceso, ventajas y desventajas de cada método para preparar microcápsulas de astaxantina con buenas propiedades.

3.2.2 materiales de pared común

La composición y selección del material de pared son cruciales para las propiedades de la microcápsula y también son condiciones para obtener productos de microcápsula altamente eficientes y de rendimiento superior. Un material ideal de pared debe tener las siguientes ventajas: alta concentración y baja visco(buena fluidez en altas concentraciones), propiedades emulsificantes superiores, fácil secado y dessolvatación, y bajo costo [66−67]. Los materiales de pared común incluyen carbohidratos (sacarosa, maltodextrina, fibra de maíz), gomas hidrofílicas (goma arábica y goma de anacardo), proteínas (proteína de suero y gelatina) y aceites y grasas (ésteres de ácidos grasos de sacarosa, lecitina).

En la práctica, varios materiales de pared a menudo se mezclan y se utilizan juntos, como una combinación de proteínas y carbohidratos, o una combinación de proteínas y gomas hidrófilas. El tipo y la proporción de la combinación del material de pared son factores clave en la formación de un sistema estable durante el proceso de microencapsulación, pero deben combinarse razonablemente de acuerdo con los requisitos de la aplicación.

a. Combinación de carbohidratos entre sí y con proteínas o gomas hidrofílicas. Aunque los carbohidratos tienen baja viscoy son muy solubles, a menudo necesitan ser combinados con proteínas o gomas para lograr una alta compacidad debido a su alta porosidad y baja capacidad emulsificante [68−69]. Por ejemplo, las microcápsulas de astaxantina preparadas con una proporción 1:1 de zeína y oligoquitosano (OCH) como material de pared no sólo tienen una alta tasa de encapsul(94.34% − 0.64%), sino que también puede soportar la luz ultravioleta, con una tasa de retención de astaxantina de 82.4%, que es mucho mayor que el 60% de astaxantina libre [69]. Además, la adición de un emulsionante puede mejorar significativamente la estabilidad y la eficiencia de encapsulde astaxantina [41].

B. Protein yhydrophigum blending (en inglés). Aunque las proteínas tienen buenas propiedades emulsionantes, las partículas de proteínas tienden a agregy son fácilmente hidrolizadas por las proteasas. Sin embargo, las gomas hidrofílicas pueden mejorar la actividad de la superficie y la viscode las proteínas y mejorar la estabilidad del material de la pared. Por ejemplo, microcápsulas preparadas mediante la incorporación de ésteres de astaxantina con proteína de suero de leche y goma aráarácomo materiales de pared se encontró que tienen una buena resistencia al ácido fuerte (pH 4) ambientes [64].

C. Mezcla de lípidos y carbohidratos. Los estudios han demostrado que la astaxantina incrusten un material de pared compuesto de -ciclodextrina y éster de ácido graso de sacarosa (en una relación de 1:1) es más estable a diferentes temperaturas que la astaxantina libre [63]. La posible razón es que las sustancias lipídicas como el éster de ácidos grasos de la sacarosa pueden promover la cristalización de ciclodextrina, formando una estructura de red densa en la superficie molecular para estabilizar la astaxantina en el interior.

Aunque la microencapsulación de astaxantina puede lograr una buena estabilización y la eficiencia de encapsula través de la combinación de varios materiales de pared, la interacción entre los materiales de pared y la estructura molecular microscópica aún no está claro. Se necesita más investigación a nivel molecular para proporcionar una base teórica para el diseño preciso de microcápsulas para encapsular astaxantina.

3.3 sistema de administración de liposomas

Los liposomas son partículas porosas esfériultramicroscópicas formadas por autoagregde bicapas fosfolipíconcéntricas dispersas en una fase acuosa. Tienen una estructura vesicular con capas hidrofílicas internas y externas y una capa media hidrofóbica [76]. No sólo puede encapsular sustancias polares en el núcleo de agua, sino también sustancias no polares en la región no polar formada por el fosfolípido. Los métodos comunes de preparación de los liposomas incluyen la inyección de disolvente [77], evaporinversa [78], dispersión de película delgada [76], sonicación de película delgada [79], etc.

Como se muestra en la tabla 3,Liposomas de astaxantinaPreparados a partir de fosfatidilcolina como materia prima tienen una tasa de encapsulde 97,68% y exhibuena estabilidad de almacenamiento [80]. Sin embargo, los liposomas convencionales tienen defectos tales como ser propensos a la oxidy la agregación. Por lo tanto, la modificación de la superficie de los liposomas es un factor en la mejora de la estabilidad y la eficiencia de encapsulación. Varios polisacáridos (por ejemplo, quitosano [81]) y proteínas (por ejemplo, lactoferrina) se han utilizado como modificadores de superficie. Wu et al. [82] mostraron que la encapsulación de astaxantina en liposomas aumentó la tasa de retención en 10% en comparación con la astaxantina libre. Los liposomas modificados como fosfatidilcolina galactosa y fosfatidilcolina neocarboxilmanano también tenían una mayor eficiencia de encapsulde astaxantina y actividad antioxidante que los liposomas de fosfatidilcolina originales. Los liposomas tienen una mayor eficiencia de encapsulación y actividad antioxidante que los liposomas de fosfatidilcolina originales. El gran número de grupos hidroxilo en la cabeza polar de los fosfolípidos modificados ayuda a formar enlaces de hidrógeno en la superficie de la membrana para mejorar la estabilidad.

Además de los liposomas individuales, la preparación de liposomas complejos también ha sido un foco de investigación en los últimos años. La estructura de vesícula de doble capa de los liposomas puede integrar astaxantina y bacteriocina en la capa de lípidos y la capa acuosa, respectivamente, sin afectarse entre sí. Es una sustancia con efectos antioxidantes y conservantes [78]. Los excipientes y el equipo necesario para la preparación de los liposomas son relativamente caros, y las dosis altas de liposomas pueden ser altamente tóxicos. En la actualidad, hay una falta de investigación sobre la evaluación de la seguridad de la astaxantina estabilipor liposomas.

3.4 sistemas de entrega a escala nanométrica

Además de nanoliposomas y nanomicelas, también hay tecnologías de encapsulación para astaxantina, tales como nanopartículas y nanosuspensiones.

3.4.1 nanopartículas

Las nanopartículas suelen ser ensambla partir de polímeros naturales como proteínas, polisacáridos y polímeros sintéticos [39]. Son un portador ideal con propiedades físicas especiales (por ejemplo, uniformidad, permefuerte, etc.) que se pueden utilizar para encapsular sustancias activas, reducir influencias externas y lograr una liberación específica en respuesta a estímulos específicos [84-85]. La elección del portador de nanopartículas puede tener un efecto diferente en la estabilización de astaxantina. Por ejemplo, la solubilidad en agua, la estabilidad y la bioactividad de astaxantina se mejoran significativamente cuando se encapsulan en nanopartículas poliméripreparadas a partir de proteína polisacárida (alginato y quitosano) [86-87]. Como se muestra en la tabla 4, astaxantina encapsulada en nanopartículas ha demostrado mejorar su estabilidad. Sin embargo, la toxicidad potencial de las nanopartículas puede tener un impacto en la salud humana y el medio ambiente [88].

3.4.2 nanodispersiones

Las nanodispersiones son sistemas coloidformados por la dispersión estable de nanopartículas en un medio de dispersión [89]. Astaxantina en nanodispersiones se estabiliza por emulsificadores, y la clave para el diseño es optimizar el tipo y la cantidad de emulsificador [90]. Por ejemplo, la combinación de gelatina y otras sustancias activas puede mejorar la estabilidad. Entre ellos, la nanodispersión de gelatina y caseinato de sodio como emulsionantes presentó la menor tasa de degradación de astaxantina [90]. La razón puede ser que el caseinato de sodio tiene grupos funcionales tales como residuos de cisteína y enlaces disulfuren su estructura, que puede eliminar los radicales libres y prevenir la oxidde los lípidos [91]. Una combinación apropiada de emulsificantes puede mejorar el rendimiento de dispersión de la emuly estabilizar la astaxantina mediante la formación de complejos moleculares en la interfaz [92-93] (como se muestra en la tabla 4).

3.5 comparación de las técnicas de estabilización de astaxantina

Efecto de estabilización

Aunque hay una cantidad creciente de investigación sobre la estabilización de astaxantina natural, hay una falta de estudios comparativos entre los diferentes métodos. Comparando las tablas 1 a 4, basadas en los principios de las diferentes técnicas de estabilización y los efectos de almacenamiento de la astaxantina, puede concluirse que la estabilidad termodinámica inherente de las microemulsiones y el uso de emulsiones de decapado con partículas coloiden en lugar de emulsionantes tradicionales es mejor que la de las emulsiones tradicionales (la tasa de degradación de la astaxantina es generalmente inferior al 20%); La astaxantina encapsulada en microcápsulas es más estable que los sistemas de emulsión con una pobre autoestabilidad debido al efecto protector del material de pared, y la tasa de retención de astaxantina puede alcanzar el 85%. Astaxantina en liposomas, nanopartículas y nanodispersiones también puede proteger astaxantina, pero está relacionado con factores tales como las materias primas y los parámetros del proceso. Por lo tanto, el método de estabilización más adecuado debe ser seleccionado sobre la base de una consideración integral de todos los factores.

3.5.2 problemas con cada tecnología

Aunque las tecnologías de estabilización astaxantina existentes han mejorado la estabilidad de astaxantina en diversos grados, también tienen sus propios problemas que necesitan ser resueltos. El propio sistema de emulsión tiene una estabilidad pobre, por lo que se utiliza un alto contenido de emulsionante, lo que no sólo aumenta los costes de producción, sino que también dificulta el transporte de la emulsión [58]. La tecnología de microencapsulación suele requerir la ayuda del secado por pulveripara producir un tamaño de partícula pequeño, que es un proceso complejo con una gran inversión en equipos y un alto consumo de energía de producción [45]. Los excipientes necesarios para los liposomas y el costo del equipo son relativamente altos, y las dosis altas de liposomas pueden ser altamente tóxicos [76]. La preparación de nanodispersiones con buen rendimiento se enfrenta al dilema de grandes tamaños de partículas, procesos de preparación complejos, materias primas costosas y dificultades de almacenamiento, y la dificultad de lograr una producción a gran escala [90].

4 conclusión y perspectivas

Astaxantina Natural tiene una actividad biológica extremadamente alta y valor medicinal, y tiene amplias perspectivas de aplicación en los campos de la alimentación, la medicina y los cosméticos. Sin embargo, la inestabilidad de las propiedades y funciones de astaxantina natural debido a su propia estructura, proceso de extracción y el medio ambiente de almacenamiento limita el ejercicio de sus funciones biológicas. La construcción de varios sistemas de entrega de astaxantina, tales como emulsiones, microcápsulas, liposomas, nanopartículas y nanodispersiones puede ayudar a mejorar la estabilidad de astaxantina natural y exhibidiferentes características técnicas.

En la actualidad, el desarrollo de sistemas de administración de astaxantina tales como emulsiones, microcápsulas, liposomas y nanopartículas está progresa a diferentes velocidades. Sin embargo, en general, la actual tecnología de estabilización astaxantina se encuentra todavía en la etapa de investigación preliminar, y todavía hay muchos problemas científicos por resolver. A. Fortalecer la investigación básica, combinar la simulación molecular y otras tecnologías para diseñar la composición de emulgentes o materiales de pared desde el nivel molecular, optimizar la estructura del sistema de estabilización, y mejorar los efectos de encapsulación y estabilización; B. Buscar sistemas más ecológicos e inteligentes, como el uso de disolventes eutécticos, nuevos surfacy emulsiones sensibles; C. Centrándose en la correlación y la continuidad entre el sistema de extracción de astaxantina, el sistema de homeostasis, y el sistema de administración de la aplicación; D. Acelerar el establecimiento de métodos de evaluación de seguridad y sistemas para los sistemas de astaxantina homeostasis.

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