Processo de produção de astaxantina

PARTE 1

O que é Astaxantina

A astaxantina, também conhecida como flavina de algas variegada ou astaxantina, é um composto terpeno insaturado, o nome químico é 3,3′-dihidroxi-4,4′-diceto-β, β′-caroteno, a fórmula molecular do C40H52O4. nas condições de 100kPa, o ponto de fusão de 216 ° C, o ponto de ebulição de 774 ° C.

A astaxantina é amplamente encontrada em animais (por exemplo, animais aquáticos, aves), plantas, fungos, algas e bactérias, e é conhecida como o “Milagre Vermelho” pelos seus óbvios benefícios para a saúde humana. Atualmente, a astaxantina é embalada como alimento saudável para venda no mercado, com efeitos antioxidantes, antienvelhecimento, antitumorais e de prevenção de doenças cardiovasculares.

PARTE 2

Como a astaxantina é produzida

1, método de síntese química

De acordo com as diferenças no método de síntese, o método de síntese da astaxantina é dividido em dois tipos, um é o método de síntese indireta, ou seja, pela oxidação de outros carotenóides; o segundo é o método de síntese direta, ou seja, pela síntese comumente utilizada de monômeros de carotenóides sintetizados diretamente.

A síntese química da astaxantina tem as vantagens de menor custo de produção, alto rendimento, a pureza da astaxantina pode chegar a mais de 96%, mas sua absorção e utilização de astaxantina sintética nos organismos é baixa, estabilidade, segurança e atividade antioxidante são inferiores às da astaxantina extraída naturalmente.

2, método de extração natural

A astaxantina natural existe principalmente em organismos marinhos, o método de extração natural é o uso de camarão e caranguejo esmagados e outros subprodutos de processamento ricos em astaxantina, remoção de cal, uso de solventes orgânicos e outras formas de extrair astaxantina. Este método pode promover o desenvolvimento da indústria da aquicultura e reduzir a poluição de resíduos de subprodutos aquáticos no meio ambiente. Porém, devido ao alto teor de cinzas e quitina nos crustáceos de camarão e caranguejo descartados, e o baixo teor de astaxantina fará com que o processo de extração seja complicado, e há o problema dos altos custos de extração.

3. Fermentação microbiana

O uso de leveduras, algas e bactérias para produzir o método de astaxantina é chamado de fermentação microbiana. As principais cepas incluem algas verdes unicelulares, algas vermelhas, Chlorella vulgaris, levedura vermelha Fife, levedura vermelha pegajosa, levedura vermelha de goma e Paracoccidioides.

A astaxantina produzida em máquina de fermentação em biorreator possui estrutura bem definida, poucos subprodutos e é ecologicamente correta. No entanto, é limitado por fatores como baixo rendimento, condições rigorosas de cultivo e alto custo de cultivo. A utilização de matérias-primas de cultura baratas e a seleção de cepas de alta qualidade e alto rendimento para que possam ser aplicadas na produção industrial são os fatores-chave na produção de astaxantina por fermentação microbiana.

PARTE 3

Microrganismos produtores de astaxantina

1、Algas

Muitas algas podem produzir astaxantina, como algas vermelhas, Chlamydospermum, algas guarda-chuva, algas nuas e assim por diante. As algas vermelhas são algas verdes unicelulares de água doce, sua astaxantina intracelular principalmente para astaxantina de esterificação dupla e astaxantina de esterificação única existe, existe uma pequena quantidade de forma livre, é a principal produção de astaxantina de algas.

No entanto, o tempo de crescimento do Robodocs mais chuvoso é longo, as condições de cultivo são exigentes, necessitando de luz, o local de produção é limitado e a astaxantina existe em esporos de paredes espessas, com baixa taxa de extração e pouca continuidade.

2、Bactérias

A astaxantina é encontrada em uma variedade de bactérias, como Pseudomonas aeruginosa, Paracoccidioides spp. e Bacteroides lactis. Embora o teor de astaxantina da maioria das bactérias seja muito inferior ao das algas e leveduras vermelhas, o problema da baixa produção bacteriana de astaxantina pode ser melhorado através da introdução de genes relacionados com a síntese de astaxantina nas bactérias.

A produção de astaxantina por fermentação bacteriana pode reduzir significativamente o custo de produção da astaxantina natural, o que é importante para a futura produção industrial de astaxantinas.

3. Levedura

Produção de fermentação de levedura de astaxantina, as principais cepas utilizadas incluem levedura Fife vermelha, levedura vermelha pegajosa, levedura vermelha marinha e levedura carmesim. A produção de astaxantina pela levedura Red Fife tem as seguintes vantagens:

1. Pode usar uma variedade de fontes de carbono e nitrogênio para produzir astaxantina.

2. Rápido crescimento e reprodução celular, cultura de alta densidade pode ser alcançada

3. Ciclo de produção curto e baixo custo

4. Fácil de ser absorvido pelo corpo humano, e o fermento extraído pode ser usado diretamente como aditivo alimentar.

A via de biossíntese de astaxantina por leveduras é dividida em duas etapas: a primeira etapa é a síntese de β-caroteno; a segunda etapa é a geração de astaxantina a partir do β-caroteno por meio de oxidação e hidroxilação. A via sintética da astaxantina de levedura é a seguinte:

Via de síntese da astaxantina de levedura

PARTE 4

Método de purificação de astaxantina

1, método de processamento de quebra de parede de astaxantina

A astaxantina é um produto intracelular, que geralmente precisa passar pelas etapas de quebra de parede, extração e purificação antes de poder ser extraído do corpo da levedura. Os métodos de quebra de parede comumente usados incluem método mecânico, método químico, método enzimático e tratamento térmico.

O método mecânico é o uso de equipamento mecânico para rasgar a parede celular, através da pressão osmótica da célula para liberar inclusões, a principal forma de método de britagem ultrassônica, método de moagem de esferas, método de britagem por impacto por spray e método de homogeneização de alta pressão. A operação é simples, mas fácil, pois parte do local da temperatura da solução é muito alta, resultando na perda de astaxantina.

Os métodos químicos incluem principalmente o método de dimetilsulfóxido, método de aquecimento ácido e alcalino e penetração de solvente orgânico. A quebra da parede da extração alcalina e da digestão ácida requer o consumo de uma grande quantidade de álcalis e ácidos orgânicos, o que aumenta a quantidade de descarga de efluentes, causa poluição ambiental, e os ácidos e álcalis mais fortes causarão danos à astaxantina. O uso de concentração de ácido láctico de 5,55 mol / L e temperatura de esmagamento de 30 ℃ para extração de quebra de parede pode reduzir os danos à astaxantina.

As condições de tratamento enzimático são suaves, os requisitos de equipamento são baixos, o processo causa menos poluição ao meio ambiente e a astaxantina extraída é mais estável do que a astaxantina obtida por outros métodos.

Uma variedade de métodos modernos de extração foram desenvolvidos para a extração de componentes ativos, como campos elétricos pulsados, microfluidização de alta pressão, líquidos iônicos e outras tecnologias emergentes.

2, método de extração de astaxantina

A astaxantina é uma substância solúvel em gordura, solúvel em solventes orgânicos insolúveis em água, pode ser extraída com acetona, etanol, metanol, éter de petróleo e outros solventes orgânicos polares. Devido ao efeito limitado de extração de um único solvente, os pesquisadores descobriram que o conteúdo de astaxantina extraída pelo método de calor ácido utilizando uma mistura 2:1 de acetato de etila e etanol como solução de extração era significativamente maior do que o de uma única solução. .

3, métodos de purificação e detecção de astaxantina

Purificação de astaxantina principalmente com cromatografia em camada delgada e cromatografia em coluna, a cromatografia em camada delgada pode ser usada para a simples determinação da composição do extrato bruto, a cromatografia em coluna é o método de purificação mais comumente usado devido ao equipamento barato, à substituição de fases estacionárias e fases móveis são convenientes.

A cromatografia em camada fina e a cromatografia em coluna são adequadas para o processo de pré-purificação, e a cromatografia líquida preparativa de alta eficiência (HPLC) pode ser usada para o processo de pós-purificação, o que pode tornar o efeito de purificação superior a 98%, mas a preparação o custo é maior. A fim de determinar rapidamente a quantidade de produção de astaxantina no experimento, geralmente utiliza-se espectrofotometria UV-visível.

PARTE 5

Observações finais

A astaxantina tem um amplo potencial de desenvolvimento, em medicamentos, cosméticos, produtos de saúde, aditivos para rações e outros aspectos, com grande valor de utilização e espaço de desenvolvimento.