PARTE 1
¿Qué es la astaxantina?
La astaxantina, también conocida como flavina de alga variada o astaxantina, es un compuesto terpénico insaturado, el nombre químico es 3,3′-dihidroxi-4,4′-diceto-β, β′-caroteno, la fórmula molecular del C40H52O4. en condiciones de 100 kPa, el punto de fusión de 216 ° C, el punto de ebullición de 774 ° C.
La astaxantina se encuentra ampliamente en animales (p. ej., animales acuáticos, aves), plantas, hongos, algas y bacterias, y se la conoce como el "milagro rojo" por sus evidentes beneficios para la salud humana. Actualmente, la astaxantina se envasa como alimento saludable para la venta en el mercado, con efectos antioxidantes, antienvejecimiento, antitumorales y preventivos de enfermedades cardiovasculares.
PARTE 2
Cómo se produce la astaxantina
1, método de síntesis química
Según las diferencias en el método de síntesis, el método de síntesis de astaxantina se divide en dos tipos, uno es el método de síntesis indirecta, es decir, mediante la oxidación de otros carotenoides; el segundo es el método de síntesis directa, es decir, mediante la síntesis comúnmente utilizada de monómeros de carotenoides sintetizados directamente.
La síntesis química de astaxantina tiene las ventajas de un menor costo de producción, alto rendimiento, la pureza de la astaxantina puede alcanzar más del 96%, pero su absorción y utilización de astaxantina sintética en los organismos es baja, su estabilidad, seguridad y actividad antioxidante son menores que las de la astaxantina extraída naturalmente.
2, método de extracción natural
La astaxantina natural existe principalmente en organismos marinos, el método de extracción natural es el uso de camarones y cangrejos triturados y otros subproductos de procesamiento ricos en astaxantina, la eliminación de cal, el uso de solventes orgánicos y otras formas de extraer astaxantina. Este método puede promover el desarrollo de la industria de la acuicultura y reducir la contaminación de los subproductos acuáticos residuales en el medio ambiente. Sin embargo, debido al alto contenido de cenizas y quitina en los crustáceos de camarones y cangrejos desechados, y al bajo contenido de astaxantina, el proceso de extracción será complicado y existirá el problema de los altos costos de extracción.
3. Fermentación microbiana
El uso de levaduras, algas y bacterias para producir astaxantina se llama fermentación microbiana. Las principales cepas incluyen algas verdes unicelulares, algas rojas, Chlorella vulgaris, levadura roja Fife, levadura roja pegajosa, levadura roja de goma y Paracoccidioides.
La astaxantina producida por la máquina de fermentación del biorreactor tiene una estructura bien definida, pocos subproductos y es respetuosa con el medio ambiente. Sin embargo, está limitado por factores como el bajo rendimiento, las estrictas condiciones de cultivo y el alto costo de cultivo. El uso de materias primas de cultivo baratas y la selección de cepas de alta calidad y alto rendimiento para que puedan aplicarse a la producción industrial son los factores clave en la producción de astaxantina mediante fermentación microbiana.
PARTE 3
Microorganismos productores de astaxantina.
1 、 algas
Muchas algas pueden producir astaxantina, como las algas rojas, chlamydospermum, algas paraguas, algas desnudas, etc. Las algas rojas son algas verdes unicelulares de agua dulce, su astaxantina intracelular principalmente para doble esterificación de astaxantina y astaxantina de esterificación simple existe, existe una pequeña cantidad de forma libre, es la principal producción de astaxantina de algas.
Sin embargo, el tiempo de crecimiento de Robodocs rainier es largo, las condiciones de cultivo son exigentes, requieren luz, el sitio de producción es limitado y la astaxantina existe en esporas de paredes gruesas, con una baja tasa de extracción y poca continuidad.
2 、 bacterias
La astaxantina se encuentra en una variedad de bacterias como Pseudomonas aeruginosa, Paracoccidioides spp. y Bacteroides lactis. Aunque el contenido de astaxantina de la mayoría de las bacterias es mucho menor que el de las algas y la levadura roja, el problema de la baja producción bacteriana de astaxantina se puede mejorar introduciendo genes relacionados con la síntesis de astaxantina en las bacterias.
La producción de astaxantina mediante fermentación bacteriana puede reducir significativamente el costo de producción de astaxantina natural, lo cual es importante para la futura producción industrial de astaxantinas.
3. Levadura
Producción de astaxantina por fermentación de levadura, las principales cepas utilizadas incluyen la levadura roja Fife, la levadura roja pegajosa, la levadura roja marina y la levadura carmesí. La producción de astaxantina de levadura Red Fife tiene las siguientes ventajas:
1. Puede utilizar una variedad de fuentes de carbono y nitrógeno para producir astaxantina.
2. Rápido crecimiento y reproducción celular, se puede lograr un cultivo de alta densidad
3. Ciclo de producción corto y bajo costo.
4. Fácil de ser absorbido por el cuerpo humano y la levadura extraída se puede utilizar directamente como aditivo alimentario.
La vía de biosíntesis de astaxantina en levaduras se divide en dos etapas: la primera etapa es la síntesis de β-caroteno; la segunda etapa es la generación de astaxantina a partir de β-caroteno mediante oxidación e hidroxilación. La ruta sintética de la astaxantina de levadura es la siguiente:
Vía de síntesis de la astaxantina de levadura.
PARTE 4
Método de purificación de astaxantina.
1, método de procesamiento para romper paredes con astaxantina
La astaxantina es un producto intracelular, que generalmente necesita pasar por los pasos de ruptura de paredes, extracción y purificación antes de poder extraerse del cuerpo de levadura. Los métodos comúnmente utilizados para romper paredes incluyen el método mecánico, el método químico, el método enzimático y el tratamiento térmico.
El método mecánico es el uso de equipos mecánicos para romper la pared celular, a través de la presión osmótica de la célula para liberar inclusiones, la forma principal es el método de trituración ultrasónica, el método de molienda de perlas, el método de trituración por impacto por pulverización y el método de homogeneización de alta presión. La operación es simple pero fácil porque parte de la ubicación de la temperatura de la solución es demasiado alta, lo que resulta en la pérdida de astaxantina.
Los métodos químicos incluyen principalmente el método de dimetilsulfóxido, el método de calentamiento con ácidos y álcalis y la penetración de disolventes orgánicos. La ruptura de la pared de la extracción alcalina y la digestión ácida requiere el consumo de una gran cantidad de álcali y ácido orgánico, lo que aumenta la cantidad de descarga de efluentes, causa contaminación ambiental y los ácidos y álcalis más fuertes dañarán la astaxantina. El uso de una concentración de ácido láctico de 5,55 mol/L y una temperatura de trituración de 30 ℃ para una extracción rompedora puede reducir el daño a la astaxantina.
Las condiciones del tratamiento enzimático son suaves, los requisitos de equipo son bajos, el proceso causa menos contaminación al medio ambiente y la astaxantina extraída es más estable que la astaxantina obtenida por otros métodos.
Se han desarrollado una variedad de métodos de extracción modernos para la extracción de componentes activos, como campos eléctricos pulsados, microfluidización a alta presión, líquidos iónicos y otras tecnologías emergentes.
2, método de extracción de astaxantina
La astaxantina es una sustancia liposoluble, soluble en disolventes orgánicos insolubles en agua, que se puede extraer con acetona, etanol, metanol, éter de petróleo y otros disolventes orgánicos polares. Debido al efecto de extracción limitado de un solo solvente, los investigadores encontraron que el contenido de astaxantina extraída mediante el método de calor ácido utilizando una mezcla 2:1 de acetato de etilo y etanol como solución de extracción era significativamente mayor que el de una solución única. .
3, métodos de detección y purificación de astaxantina.
La purificación de astaxantina se realiza principalmente con cromatografía en capa fina y cromatografía en columna; la cromatografía en capa fina se puede utilizar para la determinación sencilla de la composición del extracto crudo; la cromatografía en columna es el método de purificación más utilizado debido al equipo económico, la sustitución de fases estacionarias y fases móviles es conveniente.
La cromatografía en capa fina y la cromatografía en columna son adecuadas para el proceso de purificación previa, y la cromatografía líquida preparativa de alto rendimiento (HPLC) se puede utilizar para el proceso de purificación posterior, que puede hacer que el efecto de purificación sea superior al 98%, pero la preparación el costo es mayor. Para determinar rápidamente la cantidad de astaxantina producida en el experimento, generalmente se utiliza espectrofotometría UV-visible.
PARTE 5
Observaciones finales
La astaxantina tiene un amplio potencial de desarrollo; en medicina, cosméticos, productos para la salud, aditivos para piensos y otros aspectos tienen un gran valor de utilización y espacio de desarrollo.