¿Cuál es el método de extracción del polvo de → caroteno?

El betacaroteno es uno de los carotenoides y un compuesto soluble en grasa de color amarillo anaranjado. Es el pigmento natural más común y estable en la naturaleza y se encuentra ampliamente en diversas plantas, algas, hongos y bacterias. Extensos experimentos han demostrado que el beta-carotenes un antioxidante, tiene propiedades desintoxic, y es un nutriente esencial para mantener una buena salud. Tiene un efecto significativo en la prevención del cáncer, enfermedades cardiovasculares, cataratas y oxid, y puede prevenir muchas enfermedades degenerativas causadas por el envejecimiento y la senilidad.

Además, el − -carotentambién tiene un efecto positivo en el desarrollo y crecimiento de los animales. Puede prevenir y eliminar los radicales libres producidos durante el metabolismo fisiológico en el cuerpo, y es el "enemigo" más fuerte de los radicales libres de oxígeno.

El betacaroteno se encuentra en abundancia en plantas naturales. Sus funciones antioxidantes y colorantes se utilizan ampliamente en medicina, alimentos, cosméticos y otros campos, y son de gran importancia para la salud humana. En los últimos años, el descubrimiento de funciones más saludables y medicinales del betacaroteno y la creciente demanda de aditivos alimentarios naturales han llevado a un aumento anual de la demanda de betacaroteno [1]. Este documento presenta brevemente las propiedades físicas y químicas y las actividades biológicas del -caroteno, centrándose en los hotspots de investigación y las tendencias de desarrollo de varios procesos de extracción, con el objetivo de proporcionar una referencia para el desarrollo y la utilización de los recursos del -caroteno.

1 propiedades físicas y químicas de − -caroteno

1.1 propiedades físicas y químicas

El betacaroteno es un compuesto tetraterpencon múltiples isómeros. Su fórmula molecular es C40H56 y su masa molecular relativa es 535.88. A menudo coexiste con la clorofila en plantas y algas [2]. El betacaroteno es un hexaedro obli, brillante, de color rojo oscuro a rojo oscuro, microcristal en forma de placa o polvo cristalcon un ligero olor peculiar o extraño. Es inestable en presencia de oxígeno, calor y luz, pero estable en álcalis débiles. Es insoluble en agua, propilglicol, glicer, ácidos y álcalis, pero soluble en dióxido de carbono, benceno, cloroform, hexano y aceite vegetal, y casi insoluble en metanol y etanol. Esta propiedad se puede utilizar para seleccionar un disolvente de extracción adecuado para extraer → -carotende de las plantas.

2 proceso de extracción de − -caroteno

Los métodos comunes de extracción para el acaroteno incluyen la extracción de CO2 supercrítica, la extracción ultrasónica, la extracción asistida por microondas, la extracción con disolvente orgánico, la cromatografía líquida de alto rendimiento, etc.

2.1 extracción supercrítica de CO2

La extracción supercrítica de CO2 es la técnica de extracción de fluido supercrítico más común. Utiliza la excelente solubilidad del CO2 bajo condiciones específicas para separar, extraer y concentrar sustancias, y tiene ventajas que otras técnicas no pueden igualar. El principio del proceso de extracción y separación del fluido supercrítico es que los fluidos supercríticos tienen un efecto especial de disolución en sustancias tales como ácidos grasos, alcaloides, éteres y pigmentos. El proceso hace uso de la relación entre la solubilidad de fluidos supercríticos y su densidad, es decir, la influencia de la presión y la temperatura sobre la solubilidad de fluidos supercríticos. Se caracteriza por una alta eficiencia y alto rendimiento.

La extracción de CO2 supercrítica es una nueva tecnología de separación y purificación que no es tóxica y no contaminante. Ha sido ampliamente utilizado en la industria alimentaria y farmacéutica. Por ejemplo, Liu Yingfen y otros extrextractaron exitosamente el beta-carotende de polvo de algas salusando la extracción supercrítica de CO2. Los resultados mostraron que cuanto mayor es la presión y temperatura de extracción, mayor es la tasa de extracción. Las condiciones del proceso fueron: presión de operación 35MPa, temperatura 50°C. En estas condiciones, la tasa de extracción de acaroteno fue superior al 90%, y el contenido fue del 14,4% [3].

La extracción supercrítica de CO2 no sólo es adecuada para plantas, sino también para hongos. Por ejemplo, Wang S.L. et al. utilizaron la extracción supercrítica de CO2 para extraer → -carotende de la levadura roja, los resultados mostraron que después de que la levadura roja se deshizo por tratamiento ácitérmico, la tasa de extracción podría alcanzar el 0,83% bajo las condiciones óptimas de extracción determinadas: presión de extracción 30MPa, temperatura 40 β C, flujo de CO2 20kg/h, tiempo de extracción 90min[4].

La extracción con fluido supercrítico tiene las ventajas de no residuos de disolvente, no contaminación y bajos costos de extracción. También evita la desnaturalización del extracto a altas temperaturas, y tiene una rápida tasa de transferencia de calor, fácil control de temperatura, y actualmente es un método más ideal paraExtracción de − -caroteno.

2.2 extracción por ultrasonidos

La extracción por ultrasonidos es un método de extracción eficiente y de ahorro energético que ha surgido en los últimos años. Utiliza un disolvente ultrasónico para la extracción. Con la ayuda del ciclo alternado de presión positiva y negativa generada por la transmisión de energía ultrasónica durante la acción ultrasónica, se genera cavitación entre el solvente y la muestra. Al mismo tiempo, las funciones especiales de las ondas ultrasónicas, como la trituración y agitación, destruyen las paredes celulares de las plantas, permitiendo que el disolvente penetre en el medio de extracción y entre en las células para extraer el producto objetivo. El extracto se filtra y centrifu, luego se concentra bajo presión reducida, y finalmente se seca para obtener extracto crudo de → -caroteno.

Extracción asistida por ultrasonidos es un proceso de extracción ampliamente investigado. Por ejemplo, Xiong y otros utilizaron extracción asistida por ultrasonidos para extraer β -caroteno de las zanahorias, y determinó su contenido utilizando HPLC como el índice de evaluación. El proceso óptimo obtenido a través de experimentación uniforme fue poder ultrasónico 60%, relación líquido-sólido de 15:1, tiempo de extracción de 60 min, temperatura de extracción de 40 °C, y extracción por 3 veces [5]. La extracción ultrasónica tiene las características de corto tiempo de extracción, alto rendimiento, y no requiere calentamiento, por lo que es muy adecuado para la extracción de β -caroteno.

Por ejemplo, Zhaoyu Zhi et al. optimiel proceso de extracción ultrasasistida de carotenoides de plántulas de trigo, y utiliza una columna de intercambio de óxido de magnesio para separar y puriel beta-caroten. Se utilizó la cromatolíquida de alto rendimiento para la elución gradiente para separar y determinar la concentración másico de -caroteny el contenido durante el proceso de purificación. Los resultados mostraron que los parámetros óptidel proceso para la extracción ultrasónica de carotenoides de plántulas de trigo fueron una relación líquido-líquido de 1:50 (g/mL), éter de petróleo: acetona 95:5 (v/v), una potencia ultrasónica de 300 W, un tiempo de extracción de 50 min, y tres extracciones a temperatura ambiente, dando un contenido de -carotende de 4,86 mg/g [6].

El método ultrasónico tiene las ventajas de una alta eficiencia de extracción, baja temperatura de extracción, y una amplia aplicabilidad. El producto crudo obtenido tiene pocas impurezas, y los ingredientes efectivos son fáciles de separar y puri. En los últimos años, los centros de investigación del método ultrasse han centrado principalmente en la optimización de las condiciones del proceso. Si se combina con otros métodos, tales como cromatolíquida de alto rendimiento y microondas de etanol de ultrasonido, los resultados serán aún mejores. Sin embargo, no hay muchos informes de investigación sobre esto, y debería atraer la atención de los investigadores. Debido al ciclo corto y la operación simple de la extracción asistida por ultrasonido del beta-caroten, la tasa de extracción es alta. Por lo tanto, como un método muy eficaz para la extracción de beta-caroten, ha sido ampliamente utilizado en la industria en los últimos años.

2.3 método de extracción asistida por microondas

Las ondas electromagnéticas de alta frecuencia generadas durante la acción de microondas aceleran la tasa de difusión del extracto en el solvente. Al mismo tiempo, las microondas de alta energía causan que la temperatura dentro de las células se eleva rápidamente, el movimiento térmico de las moléculas aumente, y la presión interna de las células aumente a la presión negativa máxima que las paredes celulares pueden soportar. Las células se descomponen en grandes cantidades, los ingredientes efectivos en las células se liberan de las células. Además, el campo electromagnético generado por las microondas acelera la difusión del beta-carotendesde el interior hacia el exterior, aumentando así el rendimiento.

Debido a sus ventajas de calentamiento rápido, operación sencilla, bajo consumo de energía y ahorro de disolventes, la extracción por microondas tiene un lugar en la extracción de productos naturales. Wang Ying et al. utilizaron una mezcla de acetato de etilo y etanol absoluto como disolvente de extracción para extraer − -carotende de zanahorias con asistencia de microondas, e investigaron los efectos de la relación líquido-sólido, el tiempo de microondas y la potencia de microondas en la tasa de extracción. Los resultados mostraron que las condiciones óptimas de proceso para la extracción de -caroteno eran una relación líquido-sólido de 1:5 (g/mL), un tiempo de microondas de 40 s y una potencia de microondas de 400 W. En condiciones óptimas, la tasa de extracción puede alcanzar el 47,8% [7]. Chen Lei et al. usaron la extracción asistida por microondas para extraer → -caroteno de la baya de licio, y examinaron el disolvente para extraer → -caroteno, e investigaron los efectos del poder de extracción por microondas, el tiempo de extracción, la relación sólido-líquido, y la temperatura de extracción en la tasa de extracción de → -caroteno. Los resultados mostraron que el proceso óptimo para la extracción por microondas de -caroteno fue: potencia de microondas 400W, tiempo 80, temperatura 25 β, relación sólido-líquido 1:15. En estas condiciones, la tasa de extracción de beta-carotenfue de 0,55% [8].

La extracción de acaroteno por microondas tiene las ventajas de ahorro de energía y alta eficiencia, buena selectividad, ahorro de disolvente, alta calidad del producto, buena reproducibilidad y equipo sencillo. Sin embargo, la extracción asistida por microondas tiene el defecto fatal de aumento de temperatura incontrol. Si no se opera correctamente, el − -carotense deteriorará. Por lo tanto, la extracción por microondas requiere un estricto control de la operación, especialmente la temperatura. Con el desarrollo de la tecnología de control automático, el rendimiento de control de temperatura de los reactores de microondas se ha mejorado hasta cierto punto, y la extracción por microondas se utilizará cada vez más para la extracción de diversas sustancias.

2.4 método de extracción con disolvente orgánico

El método de extracción con disolvente orgánico se basa principalmente en la diferencia de polaridad entre los componentes extraídos de la materia prima y las propiedades fisicoquímicas de las impurezas coexistentes, siguiendo el principio de like disuelve like. Se añaden disolventes orgánicos a la materia prima para permitir el proceso de transferencia de masa de los principios activos que se transfieren desde la superficie o el interior del tejido de la materia prima al disolvente. Se utiliza comúnmente para extraer pigmentos solubles en agua, polisacáridos, etc., y es ampliamente utilizado.

El uso del principio de "like dissolves like" para transferir los ingredientes activos es la característica más efectiva de la extracción por solvente. Por ejemplo, Zhang Yan et al. usaron la extracción con disolvente para extraer − -carotendel polvo de la flor de loto blanco. Utilizaron un solo factor y experimentos ortogonpara investigar la influencia de factores como el tiempo de extracción, el disolvente de extracción, la temperatura de extracción, la relación líquido-material, y el número de extracciones en la tasa de extracción. Los resultados mostraron que las condiciones óptimas de extracción para el -caroteno del polvo de flor de loto blanco fueron las siguientes: acetato de etilo como el solvente de extracción orgánico, tiempo de extracción 180min, 45 β, relación líquido-sólido 1:6, tiempos de extracción 2, -caroten-tasa de extracción de 679.864ug/g[9].

Por ejemplo, Wang Haiying et al. extrajel caroteno de las algas. Después de explorar los efectos del agente de extracción, la temperatura, el tiempo y la relación sólido-líquido en la tasa de extracción de -caroteno, encontraron que las condiciones óptimas del proceso de extracción para la extracción de -caroteno de espirulina en polvo seco fueron los siguientes: el uso de acetato de etilo como el agente de extracción, una relación sólido-líquido de 1:10 (mg/mL), y un tratamiento de temperatura constante a 65 β C durante 6 h. La tasa de extracción fue de 0,85 mg/g [10].

El método de extracción con disolvente orgánico es sencillo de operar y de bajo costo, pero la tasa de extracción es relativamente baja. En la actualidad, el método de disolvente orgánico se utiliza principalmente para la extracción de caroteno natural, pero hay problemas con la fuente de materias primas, tecnología de extracción obsole, altos niveles de contenido de metales pesados, y el grave daño al cuerpo humano causado por los residuos de disolventes orgánicos. Esto resulta en una baja eficiencia económica y hace difícil lograr la producción a gran escala.

La cromatolíquida de alto rendimiento, también conocida como cromatolíquida de alta presión o cromatolíquida de alta velocidad, es una importante rama de la cromatoque utiliza una fase líquida móvil y un sistema de infusión de alta presión. Utiliza una bomba de infusión de alta presión para inyecuna fase móvil de un solo disolvente con diferentes polaridades o un disolvente mixto con diferentes proporciones, una solución tampón, etc., en una columna cromatográfica que contiene una fase estacion. La muestra a probar se inyecta a través de la válvula de inyección y se lleva a la columna por la fase móvil. Después de que los componentes en la columna son separados, entran al detector por turno para su detección, logrando así el análisis de la muestra. Sin embargo, debido a la complejidad de la operación y los altos costos de análisis, los cromatogramas líquidos son costosos de comprar y mantener. Por lo tanto, este método es raramente utilizado en la producción industrial.

3. Las perspectivas

En una sociedad donde cada uno valora su salud, las muchas propiedades excepcionales del beta-caroteno están llegando a ser cada vez más evidentes, especialmente en términos de antioxidantes celulares. Se ha convertido en una de las materias primas indispensables en la salud. Para los seres humanos, comer productos ricos en betacaroteno puede lograr un efecto antioxidante muy bueno. Por lo tanto, la extracción y purificación del caroteno se ha vuelto particularmente importante. La extracción por microondas tiene ventajas obvi. La futura investigación debería centrarse en la investigación experimental y en el desarrollo y la promoción del proceso. La cromatolíquida de alto rendimiento y la extracción de CO2 supercrítica están limitadas por los altos costos y otros factores, y aún no están listas para la producción industrial. Sin embargo, la extracción supercrítica de CO2 puede usarse para producir − -carotencon un alto grado de pureza. La extracción con disolvente orgánico es un proceso relativamente maduro, pero se está eliminando gradualmente debido a las desventajas tales como la gran cantidad de disolvente utilizado y la alta viscodel extracto.

En los últimos años, la demanda de− -carotenoEn aditivos alimentarios, atención médica, cosméticos y otros campos ha ido en aumento. La tarea actual es encontrar algunos métodos adecuados para la producción industrial a gran escala para satisfacer las personas#39;s demanda de − -caroteno. Por lo tanto, debemos centrarnos en el desarrollo de productos relacionados con el beta-caroten, al tiempo que fortalecemos la investigación sobre su seguridad para ampliar su ámbito de aplicación. Se cree que con la mejora continua de la tecnología de extracción y purificación, el beta-carotendesempeñará un papel más importante.

referencias

[1] Chen Lei, Hou Hongbo, Li Ningning. Avance de la investigación sobre el proceso de producción de beta-caroten[J]. Modern Agricultural Science and Technology, 2011 (7): 362-363.

[2] Yang Yongqing, Zhong Siqiong, Chen Hongxiu, et al. Progreso de la investigación de los carotenoides naturales en los frutos de Tribulus terrestris [J]. Food Science, 2012, 33 (15): 339~343.

[3] Liu Yingfen, Xin Naihong, Liu Hongyan, et al. Investigación sobre la aplicación de la tecnología de extracción de CO2 supercrítico en la extracción de − -caroteno [J]. Tecnología innovadora, 2011 (5): 14~16.

[4] Wang Siliu, Wu Xiaozong, Wang Haixiang, et al. Extracción de levadura roja → -carotenutilizando tecnología de CO2 supercrítico [J]. Food Research and Development, 2011 (1), 32 (1): 4~6.

[5] Xiong Ke, Xia Yanbin, Liu Rong. Extracción ultrasónica mejorada del proceso de → -caroten[J]. Ciencia y tecnología de los alimentos, 2008 (5): 160~163.

[6] Jiao Yuzhi, Zhai Weiwei, et al. Extracción y purificación de − -caroteno a partir de plántulas de trigo ricas en selenio [J]. Ciencia y tecnología de los alimentos, 2011 (22): 124-127.

[7] Wang Ying, Chen Hu, Wang Zhiwei. Investigación y optimización de la extracción por microondas de → -caroteno [J]. Applied Chemical Industry, 2011, 40(12): 2160~2162.

[8] Chen Lei, Hou Hongbo, Li Ningning, et al. Estudio sobre el proceso de extracción del beta-carotende de la baya de licio [J]. Guangchemical Industry, 2012, 39(1): 31~32.

[9] Zhang Yan, Shi Wei, Wu Yanyan, et al. Optimización de las condiciones del proceso de extracción de → -carotena partir del polvo de flor de loto blanco [J]. Tecnología de alimentos y fermentación, 2011, 49(3): 68-71.

[10] Wang Haiying, Du Weimin, Li Wen, et al. Estudio sobre el proceso de extracción de − -carotena partir de espirulina en polvo seco [J]. Comida y nutrición China, 2010(6): 64-66.