PARTE 1
Cos'è l'astaxantina
L'astaxantina, nota anche come flavina di alga variegata o astaxantina, è un composto insaturo terpenico, il nome chimico è 3,3′-diidrossi-4,4′-dicheto-β, β′-carotene, la formula molecolare per C40H52O4. alle condizioni di 100kPa, il punto di fusione di 216 ° C, il punto di ebollizione di 774 ° C.
L'astaxantina si trova ampiamente negli animali (ad esempio, animali acquatici, uccelli), piante, funghi, alghe e batteri ed è conosciuta come il "miracolo rosso" per i suoi evidenti benefici per la salute umana. Attualmente, l’astaxantina è confezionata come alimento salutare in vendita sul mercato, con effetti antiossidanti, antietà, antitumorali e di prevenzione delle malattie cardiovascolari.
PARTE 2
Come viene prodotta l'astaxantina
1, metodo di sintesi chimica
In base alle differenze nel metodo di sintesi, il metodo di sintesi dell'astaxantina è diviso in due tipi, uno è il metodo di sintesi indiretta, cioè mediante l'ossidazione di altri carotenoidi; il secondo è il metodo di sintesi diretta, cioè mediante la sintesi comunemente utilizzata di monomeri di carotenoidi sintetizzati direttamente.
La sintesi chimica dell'astaxantina presenta i vantaggi di costi di produzione inferiori, resa elevata, purezza dell'astaxantina può raggiungere oltre il 96%, ma l'assorbimento e l'utilizzo dell'astaxantina sintetica negli organismi è basso, la stabilità, la sicurezza e l'attività antiossidante sono inferiori a quelli dell'astaxantina estratta naturalmente .
2, metodo di estrazione naturale
L'astaxantina naturale esiste principalmente negli organismi marini, il metodo di estrazione naturale prevede l'uso di gamberetti e granchi tritati e altri sottoprodotti di lavorazione ricchi di astaxantina, la rimozione della calce, l'uso di solventi organici e altri modi per estrarre l'astaxantina. Questo metodo può promuovere lo sviluppo del settore dell'acquacoltura e ridurre l'inquinamento dei sottoprodotti acquatici di scarto sull'ambiente. Tuttavia, a causa dell'elevato contenuto di ceneri e chitina nei crostacei dei gamberetti e dei granchi scartati, e del basso contenuto di astaxantina, il processo di estrazione sarà complicato e si verificherà il problema degli elevati costi di estrazione.
3. Fermentazione microbica
L'uso di lieviti, alghe e batteri per produrre l'astaxantina è chiamato fermentazione microbica. I ceppi principali includono alghe verdi unicellulari, alghe rosse, Chlorella vulgaris, lievito rosso Fife, lievito rosso appiccicoso, lievito rosso gommoso e Paracoccidioides.
L'astaxantina prodotta dalla macchina di fermentazione del bioreattore ha una struttura ben definita, pochi sottoprodotti ed è rispettosa dell'ambiente. Tuttavia, è vincolato da fattori quali la bassa resa, le rigide condizioni di coltivazione e gli elevati costi di coltivazione. L'uso di materie prime di coltura a basso costo e la selezione di ceppi di alta qualità ad alto rendimento in modo che possano essere applicati alla produzione industriale sono i fattori chiave nella produzione di astaxantina mediante fermentazione microbica.
PARTE 3
Microrganismi produttori di astaxantina
1、Alghe
Molte alghe possono produrre astaxantina, come le alghe rosse, il clamidospermo, le alghe ombrello, le alghe nude e così via. Le alghe rosse sono alghe verdi unicellulari d'acqua dolce, la sua astaxantina intracellulare è principalmente astaxantina a doppia esterificazione ed esiste astaxantina a esterificazione singola, esiste una piccola quantità di forma libera, è la principale produzione di astaxantina delle alghe.
Tuttavia, il tempo di crescita del Robodocs Rainier è lungo, le condizioni di coltivazione sono impegnative e richiedono luce, il sito di produzione è limitato e l’astaxantina esiste in spore a pareti spesse, con un basso tasso di estrazione e scarsa continuità.
2、Batteri
L'astaxantina si trova in una varietà di batteri come Pseudomonas aeruginosa, Paracoccidioides spp. e Bacteroides lactis. Sebbene il contenuto di astaxantina della maggior parte dei batteri sia molto inferiore a quello delle alghe e del lievito rosso, il problema della bassa produzione batterica di astaxantina può essere migliorato introducendo nei batteri geni correlati alla sintesi dell’astaxantina.
La produzione di astaxantina mediante fermentazione batterica può ridurre significativamente i costi di produzione dell'astaxantina naturale, che è importante per la futura produzione industriale di astaxantina.
3. Lievito
Produzione di fermentazione dell'astaxantina, i principali ceppi utilizzati includono lievito rosso Fife, lievito rosso appiccicoso, lievito rosso marino e lievito cremisi. La produzione di astaxantina da lievito Red Fife presenta i seguenti vantaggi:
1. Può utilizzare una varietà di fonti di carbonio e azoto per produrre astaxantina.
2. Crescita e riproduzione cellulare rapide, è possibile ottenere una coltura ad alta densità
3. Ciclo produttivo breve e basso costo
4. Facile da assorbire dal corpo umano e il lievito estratto può essere utilizzato direttamente come additivo per mangimi.
Il percorso della biosintesi dell'astaxantina nel lievito è diviso in due fasi: la prima fase è la sintesi del β-carotene; la seconda fase è la generazione di astaxantina dal β-carotene attraverso l'ossidazione e l'idrossilazione. La via sintetica dell'astaxantina del lievito è la seguente:
Via di sintesi dell'astaxantina del lievito
PARTE 4
Metodo di purificazione dell'astaxantina
1, metodo di lavorazione anti-rottura dell'astaxantina
L'astaxantina è un prodotto intracellulare, che generalmente deve passare attraverso le fasi di rottura della parete, estrazione e purificazione prima di poter essere estratto dal corpo del lievito. I metodi di rottura dei muri comunemente usati includono il metodo meccanico, il metodo chimico, il metodo enzimatico e il trattamento termico.
Il metodo meccanico è l'uso di attrezzature meccaniche per lacerare la parete cellulare, attraverso la pressione osmotica cellulare per rilasciare inclusioni, il metodo principale di frantumazione ad ultrasuoni, il metodo di macinazione delle perle, il metodo di frantumazione per impatto a spruzzo e il metodo di omogeneizzazione ad alta pressione. L'operazione è semplice ma è facile che in parte della posizione della soluzione la temperatura sia troppo elevata con conseguente perdita di astaxantina.
I metodi chimici includono principalmente il metodo del dimetilsolfossido, il metodo del riscaldamento con acidi e alcali e la penetrazione di solventi organici. La rottura del muro dell'estrazione alcalina e della digestione acida richiede il consumo di una grande quantità di alcali e acidi organici, che aumentano la quantità di scarichi di effluenti, provocano inquinamento ambientale e l'acido e gli alcali più forti causeranno danni all'astaxantina. L'uso di una concentrazione di acido lattico di 5,55 mol/L e una temperatura di frantumazione di 30 ℃ per un'estrazione che rompe le pareti può ridurre il danno all'astaxantina.
Le condizioni di trattamento enzimatico sono blande, i requisiti per le attrezzature sono bassi, il processo provoca meno inquinamento per l'ambiente e l'astaxantina estratta è più stabile dell'astaxantina ottenuta con altri metodi.
Sono stati sviluppati numerosi metodi di estrazione moderni per l’estrazione di componenti attivi, come campi elettrici pulsati, microfluidificazione ad alta pressione, liquidi ionici e altre tecnologie emergenti.
2, metodo di estrazione dell'astaxantina
L'astaxantina è una sostanza liposolubile, solubile in solventi organici insolubili in acqua, può essere estratta utilizzando acetone, etanolo, metanolo, etere di petrolio e altri solventi organici polari. A causa dell'effetto di estrazione limitato di un singolo solvente, i ricercatori hanno scoperto che il contenuto di astaxantina estratta con il metodo del calore acido utilizzando una miscela 2:1 di acetato di etile ed etanolo come soluzione di estrazione era significativamente superiore a quello di una singola soluzione .
3, metodi di purificazione e rilevamento dell'astaxantina
Purificazione dell'astaxantina principalmente con cromatografia su strato sottile e cromatografia su colonna, la cromatografia su strato sottile può essere utilizzata per la semplice determinazione della composizione dell'estratto grezzo, la cromatografia su colonna è il metodo di purificazione più comunemente utilizzato a causa dell'attrezzatura poco costosa, della sostituzione delle fasi stazionarie e le fasi mobili sono convenienti.
La cromatografia su strato sottile e la cromatografia su colonna sono adatte per il processo di pre-purificazione e la cromatografia liquida preparativa ad alte prestazioni (HPLC) può essere utilizzata per il processo di post-purificazione, il che può rendere l'effetto di purificazione superiore al 98%, ma la preparazione il costo è più alto. Per determinare rapidamente la quantità di produzione di astaxantina nell'esperimento, di solito si utilizza la spettrofotometria UV-visibile.
PARTE 5
Osservazioni conclusive
L'astaxantina ha un ampio potenziale di sviluppo, in medicina, cosmetici, prodotti sanitari, additivi per mangimi e altri aspetti hanno un grande valore di utilizzo e spazio di sviluppo.