¿Cuál es el método de extracción del polvo de betacaroteno?

El betacaroteno es un buen aditivo alimenticio y suplemenanutricional celfuerte capacidad de eliminación de radicales libres. También tiene efectos contrunel cáncer y contra el envejecimiento [1-3]. Debido a estas propiedades, la investigación y la utilización del beta-carotenha aumentado significativamente en los últimos años. La demanda mundial anual de beta-carotenes de aproximadamente 1.000 toneladas [4-5], y se ha utilizado ampliamente en diversos campos como la medicina y la alimentación. Este artículo revisa la investigación sobre los métodos de extracción del caroteno, funciones fisiológicas y aplicaciones, celel objetivo de proporcionar una referencia para la investigación y el desarrollo del caroteno.

Métodos de extracción de 1 β -caroten.

Hay tres fuentes principales de polvo de caroteno: síntesis química, extracción de plantas y fermentación microbiana. El método de fermentación microbiana para producir caroteno no está limitado por las condiciones ambientales y tiene las ventajas de una alta seguridad y bajo costo. Las principales cepas de bacterias utilizadas para fermentar y producir beta-carotenson Cladosporium cladosporioides, Dunaliella salina, Brevibacterium linens y levadura roja. Debido a las diferentes fuentes de beta-caroten, también hay varios métodos de extracción.

1. 1 extracción con disolventes orgánicos

Chen Yongben[6] estudió el proceso de extracción de − -carotende de batata "Hongxen431" mediante el diseño de un plan de prueba ortogonal para investigar cuatro factores: temperatura del baño de agua, tiempo de baño de agua, relación disolvente de extracción y relación material a líquido. La combinación óptima es temperatura 60 ° C, tiempo de extracción 45 min, relación líquida 2:50, relación acetona-éter de petróleo 2:3. Azmi Wamik etal. [7] utilizaron tecnología ultrasónica para romper las células rojas de levadura, y luego extracon hexano y acetato de etilo (1:1, v/v), obteniendo una concentración máxima de extracción de 336 μg de − -carotenpor gramde peso de células madre.

Las ventajas del método de extracción con disolvente orgánico son los bajos costes de inversión de capital, la tecnología madura y la facilidad de industrialización. Senembargo, la tasa de extracción es baja y se requiere una variedad de disolventes para la extracción. El uso de grandes cantidades de disolventes orgánicos causará diferentes grados de contaminación, y no son fáciles de reciclar. El betacaroteno es inestable al oxígeno, calor y luz, y este método puede causar isomeriy oxiddel betacaroteno.

1. Cromatografía de 2columnas

Liu Huilenet al. [8] utilizaron resina macroporpara extraer y puriel carotenproducido por la levadura viscoroja RM-1, y obtuvieron las condiciones óptimas de adsory desorción: resina de adsorx-5, éter como eluente, concentración de masa de carga de la muestra 111,82 β g/mL, flujo de adsor1ml /min, y flujo de elución 0,5ml /min. Han Mei et al. [9] utilizaron dos columnas de gel de sílica para extraer y purilos principales componentes funcionales del aceite de Saccharomyces cerevisiae. El aceite de levadura se disolvió en éter de petróleo a 60-90 °C, y la columna de gel de sílice (ID 32 mm × 25 mm, tamaño de partícula de gel de sílice 200-300 malla) se cargó. Las condiciones de elución son 200 mL de éter de petróleo con un gradiente de 20% acetona añadido a 200 mL de éter de petróleo, seguido de un gradiente gradual de 300 mL de solución de acetona de éter de petróleo al 20%, y luego 300 mL de acetato de etilo añadido. La velocidad de flujo es de 5 mL/min, y cada tubo se recoge durante 2 min. Nueve componentes tales como − -caroteno, − -caroteno y levadura roja se extrajeron y se separaron del aceite de levadura.

Comparado con otros métodos de extracción, la cromatode columna tiene las ventajas de bajo consumo de energía, fácil recuperación y reutilización del eluente, y alta pureza del producto. Senembargo, también tiene las desventajas de un proceso de extracción complejo, un largo consumo de tiempo y una gran cantidad de disolvente requerido. Es difícil industrializar en la producción real.

1. 3 Supercritical CO2Extracción de extracción(en inglés)

[10] utilizó un método de superficie de respuesta para optimizar las condiciones supercríticas de extracción de CO2 del − -carotendel polde de abede de sandía. Se encontró que las condiciones óptimas de extracción fueron una temperatura de extracción de 51°C, una presión de extracción de 34 MPa, y un tiempo de extracción de 80 min. bajo estas condiciones, la tasa de extracción de -caroteno alcanzó 8. 79 mg /100g. Montero et al. [11] evaluaron la temperatura, presión, tiempo de extracción, cosolvente y flujo de cinco factores requeridos para la extracción de -caroteno de una cianobacterimarina. A 65 ° C y 30 MPa, con la adición de 5% de etanol, la tasa de extracción de acaroteno fue la más alta durante 2h (flujo = 4kg/h).

Sabio et al. [12] utilizaron la cáscara de tomate, un subproducto del procesamiento del tomate, como materia prima y obtuvieron las siguientes condiciones de extracción: tamaño medio de partícula de la materia prima 0,345 mm, temperatura de extracción 80 °C, presión de extracción 30 MPa, flujo de CO2 0,792 kg/h y tiempo de extracción 8,2 h. La tasa de recuperación de acaroteno fue del 88%. Comparado con el método tradicional de extracción por solvente, la extracción supercrítica de CO2 no tiene residuos químicos de disolvente, es libre de contaminación, protege la actividad fisiológica de la sustancia activa, y tiene un proceso simple, y ha sido ampliamente utilizado. Debido a la solubilidad limitada del -caroteno en el CO2, se requiere un arrastre para mejorar la tasa de extracción.

1. 4 extracción por ultrasonidos

La extracción por ultrasonidos es un método de extracción eficiente y de ahorro energético que ha surgido en los últimos años. Chen Li et al. [13] utilizaron una prueba ortogonal para optimizar las condiciones del proceso para la extracción de -caroteno de Trichoderma reesei por método ultrasónico: 15 veces la cantidad de acetato de etilo (v/w), 35 β C, extracción ultrasónica de 100W durante 40 meny extracción en dos etapas. La adición de un antioxidante puede aumentar la tasa de extracción de beta-carotena un 89,2%. Zhang Haixia [14] utilizó polvo de zanahoria seco como materia prima, con condiciones de funcionamiento de una temperatura ultrasónica de 55°C, una potencia ultrasónica de 50W, una frecuencia de 100KHz, y un tiempo ultrasónico de 90min, y logró una tasa de extracción de 85% para el -caroten. Soumen et al. [15] investigó el método de extracción de -caroteno de espirulina, y las condiciones óptimas fueron a 30 β C, 50 mL de n-heptano con la adición de 1,5 g de espirulina (pre-empapado en metandurante 2 min), una intensidad ultrasónica de 167 W/cm2 y un ciclo de trabajo de 61,5%, un tiempo ultrasónico de 8 min, y una longitud de punta de la sonda de 0,5 cm, con una tasa de extracción máxima de 47,10%.

Ashwini J. Purohit et al. [16] usaron dos fuentes de irradiación ultrasónica para extraer el beta-carotena de los desechos de zanahoria mediante extracción asistida por ultrasonidos. Los resultados mostraron que: la irradiación ultrasónica durante 50 min, 50 °C temperatura, 100 W potencia, una relación sólido/disolvente de 0,3:20 (g/mL), y el uso de una amplitud ultrasónica varilla, la tasa de extracción de acaroteno alcanzó 83,32%; Durante el uso del baño ultrasónico, la tasa máxima de extracción fue del 64,66%.

La extracción ultrasónica es fácil de operar y tiene una alta tasa de extracción. La extracción ultrasónica es adaptable y se puede utilizar para extraer materiales medicinales chinos, independientemente de la naturaleza de los ingredientes o peso molecular, y es adecuado para extraer la mayoría de los tipos de materiales e ingredientes medicinales chinos. También tiene un efecto protector sobre los ingredientes activos en las hierbas que son inestables cuando se exponen al calor, como el beta-caroten, y son propensos a la hidrólisis o oxid. Sin embargo, la extracción ultrasónica está limitada por factores tales como el tamaño de las partículas y el contenido de agua, y en esta etapa, la extracción ultrasónica todavía se limita en gran medida a la investigación de laboratorio. Las aplicaciones industriales todavía se enfrentan a problemas tales como la dificultad de combinar la potencia ultrasónica con los tanques de extracción industriales de gran volumen.

1.5 extracción por microondas

Chen Lei et al. [17] usaron la extracción asistida por microondas para extraer − -caroteno de la baya de licio, 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. Basado en experimentos de un solo factor, el proceso de extracción fue optimimediante experimentos ortogonales. Los resultados mostraron que los parámetros óptidel proceso fueron: baya de litio en éter de acetona-petróleo (3:7) como extractante, una relación sólido-líquido de 1:15, una temperatura de extracción de 25°C, un tiempo de extracción de 80 β, y una potencia de extracción de 400W, con una tasa de extracción de -carotende 0,55%. Sun Xiejun et al. [18] estableció un método de extracción asistida por microondas para la extracción rápida de -caroteno a partir de polvo saltweed: acetato de etilo como disolvente, potencia de microondas 500W, relación líquido-sólido 232mL/g, temperatura de extracción 42 β, tiempo de extracción 7. 0min, velocidad de agitación 180r/min, el rendimiento de − -carotena de algas salinas fue 1. 03%.

La extracción por microondas de productos naturales como el beta-carotenreduce el tiempo de extracción, reduce el consumo de disolventes y mejora la tasa de extracción y la eficiencia de extracción. El calentamiento por microondas aumenta la temperatura rápidamente, y el efecto de la temperatura sobre el beta-caroten, como la isomeri, debe ser considerado.

1. 6 método de extracción asistida por enzimas

Zhang Weiwei et al. [19] estudiaron los parámetros clave del proceso para la hidrólisis enzimpara extraer − -carotensoluble en agua de las zanahorias. Los resultados mostraron que las condiciones óptimas del proceso de extracción fueron: 50 g de zanahorias frescas, directamente homogenei, luego se agreg100 mL de 0,2 g/100 mL de solución Tween-80, las condiciones de extracción obtenidas a partir de la optimización del análisis de superficie de respuesta son 0,49 g de pectinasa, hidrólisis enzimph 6,08, tiempo ultrasónico 41,58 min, pH ajustado a 6,0, agitación a 40 °C durante 2 h, luego se agregó 2 g de tierra diatomácea y se filtr. La tasa de extracción fue de 12,23 β g/g.

Lv Shuang [20] utilizó la hidrólisis enzimpara ayudar en la extracción de − -caroteno de zanahorias, y el mejor proceso se encontró que era una mezcla de acetato de etilo y etanol absoluto en una relación de volumen de 2:1 como agente de extracción. El tratamiento se llevó a cabo utilizando una mezcla enzimcompleja de celulasa y pectinasa en el mismo sistema tampón. La cantidad de celulasa añadifue de 0,7%, la temperatura de hidrólisis enzimfue de 55°C, tiempo 180min, pH 4. 6; Dosis de pectinasa 12%, temperatura enzim55 ℃, tiempo 60min, pH 4. Tasa de extracción de 6, − -caroteno 99. 8%. SIMS et al. [21] encontraron que el tratamiento del puré de zanahoria con pectinasa y celulasa puede mejorar el rendimiento del jugo, el rendimiento del carotenfue más del doble que el del método de extracción con un solo disolvente, se mejoró la estabilidad y el color del jugo de zanahoria se oscureció. El método asistido por hidrólisis enzimpara extraer − -caroteno tiene las características de reacción leve, fuerte especificidad y baja energía de activación de la reacción, lo que puede mejorar en gran medida la tasa de extracción. Esta tecnología tiene altos requerimientos para las condiciones experimentales de pretratamiento enzim, y factores como el tipo de enzima, la temperatura de hidrólisis enzimóptima, el pH y el tiempo necesitan ser analizados para obtener las condiciones óptimas del proceso.

2 función de − -caroteno

El − -caroteno es una fuente importante de vitamina A. ya en el siglo XX, Steenkbock [22] descubrió que el − -caroteno puede tener actividad de vitamina A.

2.1 propiedades antioxidantes de − -caroteno

El betacaroteno es un buen antioxidante. Debido a su estructura polieno, tiene una fuerte capacidad de captura de radicales libres, puede eliminar los radicales libres de oxígeno, oxígeno singlete y reducir la producción de productos de oxidde lípidos, y mejorar significativamente el cuerpo#39;s estado antioxidante. Yuan Lei et al. [23] utilizaron el método DPPH, el método del ácido salicílico y el método de auto-oxiddel trióxido de orto-fenilpara caracterizar la capacidad del -carotenpara eliminar DPPH · radicales libres, radicales hidroxilo y radicales de anión superóxido, respectivamente. Los resultados mostraron que el beta-carotentiene una fuerte capacidad para eliminar radicales libres, y la capacidad de eliminación sigue una relación dosis-efecto; A una concentración de 100 μg/mL, las tasas de eliminación de radicales DPPH, radicales hidroxilo y aniones superóxidos fueron de 65.50%, 69.22% y 69.50%, respectivamente. Liu Xiaogeng et al. [24] encontraron que el beta-carotentiene un fuerte efecto de eliminación de los radicales DPPH. Cuando la concentración másica-carotenes superior a 80 g/mL, su capacidad para eliminar los radicales DPPH es comparable a la de la vitamina Ey superior a la de la BHT; Dentro de un cierto rango, cuanto mayor sea la concentración de − caroteno, más fuerte será su capacidad para eliminar los radicales DPPH. Cuando la concentración más-carotenaumenta a un cierto valor crítico, la tasa de eliminación de radicales DPPH permanece estable.

El betacaroteno puede lograr un buen antioxidanteEfecto antioxidante en 30 minutos. Liu Mingmei et al. [25] agregdiferentes concentraciones de betacaroteno a la dieta de la cabra. Cuando el nivel agregado de betacaroteno en la dieta fue de 82,5 mg/d, las actividades de SOD, GSH-Px y CAT y el nivel de T-AOC en el suero de cabra fueron todas extremadamente significativamente más altas que las del grupo de control. El contenido de MDA del suero de todas las cabras tratadas fue extremadamente significativamente más bajo que el del grupo de control, lo cual muestra que la adición de una cantidad apropiada de -caroteno a la dieta puede mejorar la capacidad antioxidante de las cabras. Daniel et al. [26] evaluaron el efecto antioxidante del − -caroteno en liposomas y membranas microsom: al preparar los liposomas, el grupo experimental añadió 0,35 mol% − -caroteno a los liposomas de diacifosfatidilcolina, que inhila la peroxidlipícausada por AAPH; No se observó efecto antioxidante en el grupo control de suspensiones de liposomas sin adición de → -caroteno.

2.2 regulación del sistema inmune por − -caroteno

Bajo ciertas condiciones, el − -carotenpuede mejorar el cuerpo#39;s inmunidad celular, inmunidad humoral y respuesta inmune inespecífica, aumentar la resistencia a ciertas enfermedades y mejorar la salud. Qiao Dong et al. [27] usaron dos métodos para administrar − -caroteno a ratones: gavage e inyección intraperitoneal. Los cambios en el contenido de 24 citocinas en suero de ratón se midieron utilizando una técnica de detección de chip líquido. Se encontró que el beta-carotenpuede promover la producción de citocinas inflamatorias, y la intensidad del efecto sobre las citocinas varía con diferentes vías.

− -caroteno regula el cuerpo#39;s sistema inmune, y las vías de señales involucradas en su acción implican NF- − B, JAK-STAT y otras vías. Amar et al. [28] usaron − -carotende de origen naturalpara tratar oralmente la trucha arco iris y la alimentaron durante 9 semanas para evaluar su efecto sobre los mecanismos de defensa no específicos de la trucha arco iris. Los resultados mostraron que el -carotenpuede aumentar significativamente la concentración de lisozima en suero y puede regular algunos de los mecanismos innatos de defensa de la trucha arco iris. Cucco et al. [29] mostraron que la adición de 27 mg/kg ² de caroteno a la dieta de perdiz adulta mejoró significativamente la inmunidad de las aves hembras. Se detectaron altos niveles de beta-carotenen la clara de estos huevos, y el porcentaje de nacimientos de estos huevos fue mayor, y los huevos tenían propiedades antibacterianas más fuertes. Sin embargo, no hubo diferencia significativa en los machos.

2. 3 mejorar el rendimiento reproductivo

Mediante la adición de diferentes niveles de beta-carotena a la dieta, se puede mejorar el rendimiento reproductivo y la tasa de supervivencia de las crías. El mecanismo por el cual mejora el funcionamiento reproductivo animal puede ser que, como un antioxidante fisiológico, puede proteger orgánulos celulares importantes protefolículos altamente activos y células uterde daño de los radicales libres. Esto ayuda a optimizar la función de los esteroides en las células ováriy la secreción de importantes proteínas uterinas, mejorando así el entorno uterino [30]. Ren Yanli et al. [31] agregdiferentes concentraciones de polvo bacteriano − -carotena a la dieta básica de los patos ponedoras y lo alimentaron durante 15 días. Los resultados mostraron que la adición de 1,000 mg/kg ² de polvo bacteri-carotenpuede reducir la relación feedto-egg en 12,4%, aumentar la tasa de producción de huevos en 1,94%, y aumentar el color del huevo en 5 grados.

Ge Jinshan et al. [32] usaron un diseño de bloques aleatorios de un solo factor no parepara realizar un experimento con cerdas en crecimiento. Los resultados mostraron que la adición de -carotena a la dieta puede reducir significativamente el número de lechones débiles y mortinatos; Y aumentar el peso medio al nacer y el peso individual al destete. Liu Ruxiang et al. [33] usaron toros Holstein como sujetos experimentales, con un diseño experimental de un solo factor y agrupación aleatoria. Los toros fueron alimentados con una dieta basal y una dieta de prueba suplementada con − -caroten(basada en la materia seca de la dieta). El periodo de prueba fue de 6 meses, se observaron los efectos de los diferentes niveles de adición de beta-carotensobre la calidad seminal y los indicadores séricos de los toros reproductores. Se encontró que la adición de − -caroteno puede aumentar significativamente el contenido sérico de − -caroteno de los toros reproductores, mientras que la concentración de testosterona en el suero y el plasma seminal aumenta primero y luego disminuye con el aumento del nivel de adición de − -caroteno; El volumen eyaculate y la movilidad fresca de la esperma de los toros de crianza son perceptiblemente más altos que los del grupo de control, y la densidad del semen es también perceptiblemente más alta que la del grupo de control.

2. 4 β -caroteno para la prevención y el tratamiento del cáncer

− -caroteno tiene un efecto preventivo y terapéutico en varios tipos de cáncer a través de diferentes mecanismos. Puede inhibir la proliferación de células cancerosas, inducir apoptosis en las células cancerosas y reducir las reacciones adversas de la quimioterapia. Cui Bokang et al. [34] encontraron que el tratamiento con -caroteno puede inhibir significativamente el crecimiento tumoral y aumentar las concentraciones de NK, IL-2, TNF- -, GB, TP, ALB y A/G en la sangre, y reducir la actividad de ALT, AST y ALP en la sangre. El análisis patológico del tejido hepático mostró que el tratamiento con → -caroteno podría reducir el daño al tejido hepático en ratas con CHC. Se puede concluir que el beta-carotenpuede mejorar la función inmune de las ratas CHC e inhibir el crecimiento tumoral.

El experimento gopher demostró el efecto del beta-carotenen el cáncer oral. Uso de dimetilbenzantraceno para inducir un modelo de cáncer de la mucosa oral en gerbilos. Los carotenoides naturales pueden reducir significativamente la expresión elevada del factor de necrosis tumoral e inhibir la expresión de IL-10. Senesse et al. [35] creen que el beta-carotentiene cierto efecto inmunomodullocal sobre las lesiones premalignas de la mucosa de la mejilla de gerbil, puede interferir con el proceso de inductumoral por factores carcinogénicos y tiene un efecto quimiopreventivo sobre el cáncer de boca.

Matos et al. [36] llevaron a cabo un experimento utilizando un modelo de daño oxidativo inducido por el hierro en prostaten ratas. Después de la inyección intraperitoneal de ≥ -caroteno (10 mg/kg) durante 5 días, se midió la concentración de residuos de Fe-NTA en el plasma, que fue significativamente menor que en el grupo control, lo que indica una reducción del daño lipídico y demuestra que el ≤ -caroteno tiene un efecto preventivo en el cáncer de próstata. Además, Kim et al. [37] encontraron que la incidencia de cáncer gástrico en las personas que consumen más alimentos ricos en − caroteno se puede reducir en 33%. Tamimi et al. [38] llevaron a cabo una prueba de plasma y un estudio anidado de casos y controles en 969 mujeres y encontraron que las mujeres con concentraciones altas de carotenoides como el → -caroteno en su plasma tenían un riesgo 25 a 35% más bajo de cáncer de mama que las mujeres con concentraciones bajas de carotenoides.

2. Otras 5 funciones

Con el fin de estudiar el efecto del -caroteno sobre las uniones estrechas de las células epiteliales intestinales, Dong Hongwei et al. [39] células epiteliyeyeporpretratadas con -caroteno y estimuladas con lipopolisacáridos. Se midió la viabilidad celular y la resistencia eléctrica transmembrana. Los resultados mostraron que en comparación con el grupo de control y el grupo de estimulación de lipopolisacáridos, el grupo − -caroteno tuvo la mayor viabilidad celular de IPEC-J2 y resistencia transmembrana, lo que indica que el − -carotentiene un efecto protector en las uniones estrechas de las células epiteliales intestinales.

Rauscher et al. [40] agregó natural− -carotenoSe extrade verduras y frutas a una cepa deficiente en histidina de Salmonella typhimurium y se encontró que la mutagenicidad bacteriana de AFB1, BaP, CP y IQ se redujo en un 72%, 67%, 53% y 27%, respectivamente, lo que demuestra el efecto antimutagénico de -caroteno in vitro. Bechor et al. [41] encontraron que el beta-carotenpuede inhibir la aterosclerosis al mejorar el flujo de salida del colesterol de los macrófagos. El β -caroteno es un agente colornatural de alimentos relativamente seguro y estable que ha sido ampliamente utilizado en las industrias de colorantes alimentarios y naturales. Además, el -carotentambién tiene el efecto de proteger contra la luz, prevenir enfermedades oculares, cataratas y prevenir múltiples enfermedades degenerativas causadas por el envejecimiento y la senilidad [42-43]. Oral − -caroteno puede reducir el riesgo de Alzheimer's enfermedad [44].

3

El betacaroteno es un colorante permitido en GB 2760-2011 "National La comidaSafety Standard - Food Additive Use Standards", y es reconocido como un excelente pigmento nutriente en la clase A. también se permite su uso en 52 países y regiones de todo el mundo. Se informa que la demanda mundial anual de beta-carotenes de unas 1.000 toneladas, y sus ventas anuales en China son de 4 a 5 toneladas [4]. El color del acaroteno puede cubrir todos los sistemas de color del rojo al amarillo, lo que es muy adecuado para el desarrollo de productos oleosos y productos proteicos. Después de ser procesado con microcápsulas, el − -caroteno es soluble en agua y se puede utilizar en casi todos los alimentos y piensos. Debido a sus propiedades colorantes, antioxidantes y potencide la inmunidad, el beta-carotenha sido ampliamente utilizado en la producción de colorantes naturales, aditivos alimentarios, alimentos nutricionales, productos para la salud, productos farmacéuticos, cosméticos y productos de bioingeniería.

4 perspectivas

La combinación de tecnologías modernas como la extracción ultrasónica, la extracción por microondas, y la hidrólisis enzimcon métodos tradicionales de extracción con disolvente orgánico puede aumentar efectivamente la tasa de extracción de beta-caroteny acortar el tiempo de extracción. Además, es necesario encontrar métodos adecuados para la producción industrial a gran escala para satisfacer la demanda de beta-caroten. Al mismo tiempo, es necesario ampliar las fuentes de beta-caroten, como el uso de cáscaras de frutas y residuos de frutas y verduras para la extracción.

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