¿Cuál es la fuente del betacaroteno Natural?

1 introducción

El betacaroteno se encuentra ampliamente en las verduras verdes, las frutas, las algas y las bacterias, y se forma por ciclización de la vía lineal ramidel octahidrolicopeno al licopeno [1]. El betacaroteno es una buena fuente de vitamina ay juega un papel importante en la mejora antioxidante, antiinflamatoria, inmune, anti-tumor y otros aspectos. Ha sido reconocido por el comité conjunto de expertos FAO/ OMS sobre aditivos alimentarios (JECFA) como un aditivo alimentario no tóxico, seguro y nutritivo. Cella profundización de la investigación, la demanda del mercado de betacaroteno está aumentando. Este artículo revisa las fuentes, características estructurales, estudios toxicológicos y funciones biológicas del betacaroteno. JECFA) ha sido reconocido como un aditivo alimentario no tóxico, seguro y nutritivo. Cella profundización de la investigación, la demanda del mercado para el beta-carotenestá aumentando día a día. Este artículo revisa las fuentes, las características estructurales, los estudios toxicoly las funciones biológicas del -caroteno para proporcionar una referencia para el desarrollo y la utilización del -caroteno.

2 estructura y fuentes de − -caroteno

El betacaroteno no se puede sintetizar en el cuerpo humano y sólo se puede obtener a través de los alimentos. La fórmula molecular del betacaroteno es C40H56, y tiene una estructura química de simetría inversa celocho estructuras de isopreno en la cadena principal y dos estructuras de anillo de ionona en los extremos (figura 1). En la naturaleza,  Existe en la forma de all-trans y 4 isómeros: 9-cis, 13-cis, y 15-cis [3]. − -caroteno es un polvo cristalbrillante de color rojo púrpura a rojo oscuro. Su solución diluida es de color naranja a amarillo, y a medida que la concentración aumenta se vuelve naranja. La polaridad de la solución puede ser ligeramente rojiza. − -caroteno se oxida y degrada fácilmente en presencia de oxígeno, luz, calor y ácidos fuertes, pero es estable en álcalis débiles; Insoluble en agua, propilenglicol y glicer, casi insoluble en metanol y etanol, soluble en disolventes orgánicos como tetrahidrofurano, dinitrosulfóxido, disulfurde de carbono, benceno, cloroform, etano y aceite vegetal [4].

Dependiendo de la fuente, − -caroteno se divide en − -caroteno natural y − -carotensintetizquímicamente. El − -carotennatural se puede obtener mediante la extracción de plantas, algas y fermentación microbiana. El betacaroteno se extrae de verduras, frutas, aceite de palma, flores y otras plantas mediante extracción celsolvente orgánico, extracción con fluido supercrítico o extracción ensitu. Las algas, especialmente Dunaliella salina, pueden producir grandes cantidades de betacaroteno durante el cultivo y la cría, y son altamente adaptables [5]. Senembargo, el proceso de preparación se ve afectado por factores como la ubicación y el clima, lo que resulta en altos costos de extracción y lo que hace difícil lograr la producción a gran escala de -caroteno [6]. La fermentación microbiana es una tecnología popular en los últimos años. Las bacterias y hongos utilizados includeOwenella, Blastomyces triposporus, Cladosporium cladosporioides, y Rhodotorula glutinis[7]. El uso de estas cepas silvestres para producir beta-carotentiene un ciclo corto, relativamente seguro y más eficiente que las plantas y las algas. Senembargo, las cepas silvestres tienen un pobre rendimiento de vida, bajo rendimiento final y son difíciles de industrializar [4].

La diferencia entre la estructura deNatural − -caroteno y químicamente sintetiz− -carotenoSe refleja en la relación de todos los isótrans y cis. La configuración del − -caroteno sintetizquímicamente es casi all-trans, mientras que el − -carotennatural contiene una cierta proporción de isócis además de isóall-trans [8].

La estructura all-trans de − -caroteno se absorbe más fácilmente que el isómero cis. Cuando all-trans − -caroteno se administra por sonda, la acumulación de − -caroteno en el suero y el tejido hepático de gerbils es mayor que la de 9-cis y 13-cis. All-trans tiene una obvia preferencia de absorción, transporte, acumulación de tejido y biodisponibilidad [9]. Después de la administración oral de una mezcla de all-trans y 80% 9-cis − -carotena hombres adultos sanos, el isómero all-trans aumentó más en suero que el isómero 9-cis [10]. Como precursor de la vitamina a, el isómero all-trans del betacaroteno es más activo biológicamente que el isómero cis. Cuando unlos gerbils se les administraron dosis de 141, 275 y 418 nmol/d por sonda, los isómeros 9-cis y 13-cis alimentados con gerbils tuvieron valores relativos de vitamina A de 38% y 62% del valor de all-trans [11]; En un experimento con ratas, las reservas de vitamina a en el hígado de los grupos de ratas 9-cis y 13-cis fueron 61% y 74% del grupo all-trans [12].

Aunque la actividad de origen de los isóisócis es menor que la de all-trans, los estudios han encontrado otros efectos biológicos de los isóisócis. Los experimentos envitro e In Vivo vivohan demostrado que el 9-cis es más prominente que los isómeros all-trans en términos de capacidad antioxidante [13,14]. En el estudio de Harari etAl.[15], los ratones alimentados con una dieta rica en grasas que contenía 50% y 25% de isómeros 9-cis de duscroside tuvieron una reducción de 40 a 63% en las concentraciones plasmáticas de colesterol y una reducción de 60 a 83% en la concentración de colesterol de las lesiones ateroscleren el grupo de 50% 9-cis. Utilizando un método de digestión envitro combinado con un modelo celular de Caco-2, se compararon las diferencias en la estabilidad de digestión, la formación de micelas y la absorción de los isómeros − -caroteno, y se encontró que la eficiencia en la formación de micelas del isómero cis era mayor que la del isómero all-trans [16]. Actualmente, la principal estructura de beta-carotenen el mercado es all-trans. Si se aumenta la proporción de isómeros cis, su efecto sinérgico puede entrar en juego, aumentando los efectos sobre la salud del − -caroteno. La preparación de un alto isómero cis − -caroteno utiliza principalmente técnicas de isomeri, tales como la isomeritermoinducida, la isomerifotoinducida [17], y la tecnología nanocatalítica [18].

La tecnología del ADN recombinante ha hecho posible la biosíntesis del beta-caroten. Los genes exógenos se introducen en el arroz para formar un sistema de conversión de la enzima carotenoide en el endospermo del arroz, que acumula − -caroteno. En 2000, YeetAl.[19]transfiel gen octahidroderivado del daffodiderivado del tomate rojo del pigmento sintasa a las semillas de arroz para cultivar la primera generación de "arroz dorado". Senembargo, el contenido de acaroteno de la primera generación de "arroz dorado" fue de solo 1,6 g/g. Sobre esta base, Al-BabilietAl.[20]reemplazaron la sintasa del pigmento rojo del tomate octahidroderivado del narcicon una sintasa del pigrojo del tomate octahidroderivado del maíz, y desarrollaron con éxito la segunda generación de "arroz dorado", que aumentó el contenido de beta-carotenen 23 veces. En 2012, Investigadores chinos desarrollaron la tercera generación del "arroz dorado" en 2012. Los genes involucrados en la biosíntesis de carotenoides se origina partir de uvas, y la acumulación de -caroteno en el arroz fue de 37β g/g[21].

3 estudios toxicológicos de los carotenoides

3.1 estudios toxicológicos de los carotenoides naturales

La seguridad del caroteno natural ha sido confirmada en muchos estudios. Las evaluaciones de mutagenicidad, incluidas la prueba de Ames y la prueba del micronúclede de células de médula ósea de ratón, mostraron que el beta-carotenno es mutagénico y no se encontraron pruebas de embriotoxicidad. Un estudio multigeneren ratas mostró que la administración oral de 1000 mg/kg/d de beta-carotenno interfirió con la función reproductiva de las ratas [22]. En el estudio de Nabae etAl.[23], Las ratas fueron alimentadas con una dieta que contenía 5,0% β de caroteno de Trichophora brasiliensis en los alimentos irradiados, y no se observaron efectos adversos para la salud (3127 mg/kg/d para ratas macho y 3362 mg/kg/d para ratas hembras).

3.2 estudios toxicológicos sobre betacaroteno sintetizquímicamente

No se observaron efectos adversos en los estudios toxicológicos de mutagenicidad, teratogenicidad y carcinogenirealizados con betacaroteno sintetizquímicamente. No se observaron efectos tóxicos sobre la reproducción o el desarrollo en los estudios multigenery teratológicos, respectivamente. En estudios de alimentación subaguda y subcrónica en ratas y ratones, no se observaron efectos adversos relacionados con el tratamiento a dosis de 1000 mg/kg/ día (equivalente al 2% del nivel dietético). No se encontró toxicidad orgánica en ensayos de alimentación crónica en ratas, ratones y perros [24].

3.3 estudios toxicolde ingeniería genética → -caroteno

Con el desarrollo de la biotecnología, la aplicación de la ingeniería genética al beta-carotenha recibido una atención creciente. Grenfell-Lee etAl.[25]estudiaron la toxicidad genética y la toxicidad subcrónica de los cristales de beta-carotenproducidos por la fermentación de la levadura de lipasa transgé. Los resultados de la prueba de Ames, la prueba de aberrcromosómica y la prueba de micronúclefueron todos negativos. Con dosis de 0, 125, 250 y 500 mg/kg administradas a ratas por sonda continua durante 13 semanas, no se encontraron anomalías tóxicas en los síntomas clínicos, oftalmología, hematología, autopsia o histopatología. El nivel de efecto adverso no observado de − -carotende las levaduras de Rhodotorula es de 500 mg/kg. Wu WuetAl.[21]estudiaron la inocuidad del arroz transgénico rico en acaroteno y encontraron que el arroz transgérico en acaroteno tiene un valor nutricional similar al arroz no transgézhonghua 11 y no se encontraron efectos nocivos causados por el arroz transgénico.

4. Efectos biológicos del − -caroteno

4.1 efectos antioxidantes

Debido a su estructura especial de 11 dobles enlaces conjugy 2 anillos de violaxantona, − -carotentiene la capacidad de eliminar radicales libres [26], enfrioxígeno singlet, y promover la expresión de enzimas antioxidantes. Esta estructura también puede proteger el cuerpo mediante la terminación de las reacciones de peroxidlipí[27]. En solXiejun' experimento s [28], el poder reduc, la capacidad de eliminación de radicales hidroxilo y la resistencia a la peroxidlipíde una solución estándar de − -caroteny un extracto saltweed ambos aumentaron con la concentración de − -caroteno. El − -carotense extramediante cultivo y fermentación de una cepa de Trichophora. Se encontró que a la misma temperatura, su capacidad para eliminar 1,1-difenil-2-picrylhydrazyl (DPPH) radicales libres aumentó gradualmente, y había una relación dosis-respuesta dentro de un cierto rango [29]. En un experimento antioxidante In vivo con pez cebrase establecieron tres grupos experimentales con 25, 50 y 100 μg/mL, y las capacidades antioxidantes correspondientes fueron 30,43%, 53,6% y 73,91%, respectivamente [29].

Cuando se agreg0,6, 1,2 y 1,8 g de -caroteno a la dieta de las vacas lech, la capacidad antioxidante total (T-AOC), el sistema de enzimas antioxidantes y el contenido de glutatión (GSH) en la sangre de las vacas lechen en el grupo de 1,2 o 1,8 g aumentó y la concentración de malondialdehído (MDA) disminuyó [30]. Liu Yu [31] encontró que el selenio, − -caroteno y el grupo experimental combinado de ratas hígado tejido total superóxido dismutasa (total superóxido dismutasa, T-SOD), glutatión peroxid(glutatión peroxid, GSH-Px) la actividad del agua era mayor que el grupo de control, lo que sugiere que la administración preventiva y terapéutica de ratas con la cantidad correcta de selenio y − -caroteno puede mejorar el cuerpo's capacidad antioxidante.

Efecto antiinflam

El estrés oxidativo activa las vías de señalización inflam. El betacaroteno puede inhibila señalización inflamy el daño tisular, reduciendo el riesgo de enfermedades inflamatorias. El betacaroteno puede inhibir la señalización inflammediada por especies reactivas de oxígeno, incluyendo las proteínas quinasas activpor mitógeno y los factores de transcripción redox-sensibles, y reducir la expresión de mediadores inflamatorios como la interleucin-8 (IL-8), Óxido nítrico sintasa inducible y ciclooxigen2 en tejidos infectados. Agregar antioxidantes como el betacaroteno a la dieta puede ayudar a prevenir la gastriindupor Helicobacter pylori [32].

El betacaroteno puede prevenir la aterosclerosis y enfermedades inflamatorias como la artritis reumatoide al eliminar los radicales libres y alterar la secuencia de reacciones que conducen al daño [33]. Zhang ZhangXiaoyenEt al.[34] estableció un modelo de inflamación mediante la inducde RAW264.7 macrófagos para liberar grandes cantidades de lipopolisacarídos (LPS), y los resultados mostraron que el -carotentiene un efecto promotor sobre la actividad celular de macrófagos estimullps, Puede inhibir la secreción de factores inflamatorios interleucin-1 - (IL-1 -) e interleucin-6 (IL-6) y factor de necrosis tumoral - (TNF- -) al inhibir la expresión de la proteína NF- - B P65 en la vía NF- - - B. Yan Changmeng etAl.[35] estudiaron el efecto del -caroteno en la expresión de NF-KB, factor de crecimiento transformador ≤ l (factor de crecimiento transformador - ≤ 1, TGF- ≤ l) y IL-6 en ratas con pancreatitis aguda. Los resultados patológicos, los niveles séricos de amilasa y IL-6, yla expresión de NF-KB y ARNm de las ratas del grupo de tratamiento con ≥ caroteno fueron inferiores a los del grupo modelo de pancreatitis aguda, La expresión de TGF- − 1 fue mayor, lo que sugiere que en las primeras etapas de la pancreatitis aguda, el − -carotenpuede desempeñar un papel en la inflamación y la reparación y regeneración.

4.3 efecto modulador sobre el sistema inmunitario

El betacaroteno puede mejorar el cuerpo#39;s inmunidad humoral, inmunidad celular y respuesta inmune inespecífica, y mejorar el cuerpo's inmunidad. La alimentación de vacas lechcon 0 g/d/ cabeza, 0,6 g/d/ cabeza, 1,2 g/d/ cabeza y 1,8 g/d/ cabeza de aditivo betacaroteno no tuvo efecto significativo sobre el contenido de inmunoglobulinas sériiga, IgG e IgM en vacas. Senembargo, el grupo de 1,2 g fue capaz de aumentar la proporción del subconjunto de linfot inmuncd4 (cluster de diferenciación 4)/CD8 (cluster de diferenciación 8) Y reducir el contenido de las citocinas inmuninterfery (interferón-y, IFN-Y), tn-a, IL-1, IL-2, IL-4 [36].

La adición de -carotena a la dieta de los pollitos de color marrón hyline aumentó su ganancia de peso diaria y el coeficiente orgánico de la bursa de Fabricius [37]. Ma Shihui etAl.[38] establecieron un modelo de inmunosupresión de ciclofosfamien ratones y encontraron que el beta-carotenpuede aumentar las concentraciones séride las citocinas IL-2 e IL-4, así como las concentraciones de IgA, IgG e IgM en ratones. Zhang XiaoyenetAl.[39] mostraron que la adición de -caroteno al alimento basal de cerdas preñadas en la primera mitad y un mes antes de la fecha esperada de nacimiento aumentó las concentraciones de IgAen suero y leche en comparación con el grupo control. Yoshitaka et al. [40]mostraron que después de la suplementación con Aumento del número de células secretoras de anticuerpos IgA en las glándulas mamarias e íleon de las ratas; Los cachorros nacidos de ratas suplementcon -carotenmostraron niveles significativamente más altos de IgA en los contenidos estomacales en los días 7 y 14 después del nacimiento, lo que indica que la ingestión de -caroteno durante el embarazo y la lactancia puede promover la transferencia de IgA de la madre a las crías en la leche materna.

4.4 efecto antitumoral

El efecto antitumoral de− -carotenoSe manifiesta en la inhibición de la tumorigénesis, la inhibide la proliferación celular tumoral y la promoción de la apoptosis. Zhaoet al. [41]encontraron que el caroteno combinado con rosiglitazona puede inhibir la proliferación de las células K562 de la leucemia humana a través de una vía de señalización dependiente del receptor activado por proliferadores del peroxisoma - β (PPAR-γ). El betacaroteno aislado de espinacas ha demostrado reducir la viabilidad de las células de cáncer de mama MCF-7, y los dos tienen una relación dependiente de la dosis [42].

Estudios han demostrado que en el tejido hepático de ratas en el grupo selenio y beta-caroten, la expresión de la proteína Bcl-2, un gen importante que controla la apoptosis de células tumorales, es menor que en el grupo control, y la expresión de la proteína Bax, un gen que promueve la apoptosis de células tumorales, es mayor [31]. Senembargo, estudios de intervención en fumadores han reportado que en personas que fuman con alta frecuencia y durante mucho tiempo o que están expuestas al asbesto, la ingesta de beta-caroteno aumenta el riesgo de cáncer de pulmón y muerte [43]. Algunos estudios han planteado la hipótesis de que la interacción de los carcinógenos en los componentes del humo de cigarcon el beta-carotenes un mecanismo potencial para el aumento del riesgo de cáncer de pulmón. Los resultados mostraron que el aumento del riesgo de cáncer de pulmón en los fumadores que tomaban suplementos de ≥ -caroteno no dependía del nivel de alquitrán o nicotina para fumar, y se recomendó que todos los fumadores continuaran evitando los suplementos de ≥ -caroteno [44]. Regina[45]cree que los cambios en el metabolismo de los retinoides y las vías de señalización, así como las interacciones con el citocromo P450 (proteínas del citocromo P450, CYP) y la pro-oxid/ oxiddel ADN, son mecanismos potenciales, y fumar en exceso puede afectar la ingesta de → -caroteno. Mathildeet al. [46]mostraron que para los no fumadores, el consumo de ≥ -carotense correlaciona negativamente con el cáncer; Y para los fumadores, el − -carotenestá correlacionado positivamente con el cáncer.

4.5 efecto sobre otras enfermedades

− -caroteno es un precursor de la vitamina a y tiene la actividad biológica de la vitamina a, como la protección de la vista, la prevención de la ceguera nocturna, ojos secos, etc., y la ingestión de − -caroteno no conduce a una acumulación excesiva de vitamina a en el cuerpo. Estudios epidemiológicos recientes han demostrado que la ingesta de → -caroteno y → -carotenpuede estar correlacionada negativamente con síntomas depresien mujeres de mediana edad y de edad avanzada [47], y se asocia con una menor enfermedad cardiovascular general, cardiopatía, accidente cerebrovascular y otras causas de muerte [48]. El mecanismo aún no ha sido explorado.

5 resumen

La seguridad y los efectos biológicos del beta-carotenen términos de efectos antioxidantes, antiinflamatorios e inmunomodulse han confirmado en muchos estudios. Senembargo, el mecanismo de acción en algunas enfermedades aún no se entiende completamente, y se necesita una investigación más profunda en el futuro para proporcionar una base científica para la producción industrial y la aplicación clínica del beta-caroten.

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