Comment est la Microencapsulation et la stabilité de la poudre d’astaxanthine?

L’astaxanthine est l’un des dérivés des caroténoïdes contenant de l’oxygène et le produit le plus haut niveau de sA asynthèse. Il appartient aux céto-caroténoïdes et a une activité antioxydante environ 10 fois plus élevée que le β-carotène dans la même catégorie. C’est le pigment antioxydant le plus prometteur dans la nature. Des essais cliniques existants ont montré que l’astaxanthine peut effectivement éliminer les radicaux libres dans le corps, tout en favorisant la production d’anticorps et en améliorant l’immunité animale [1]. Il peut non seulement résister à l’inflammation et au cancer[2], prévenir le rayonnement ultraviolet [3], mais aussi prévenir les maladies cardiovasculaires [4] et du système nerveux [5]. Il a une valeur pratique considérable et des perspectives d’application dans les industries alimentaires, des produits de santé et pharmaceutiques.

Les méthodes d’extraction et de purification de l’astaxanthine ont été rapportées dans de nombreuses littératures nationales et étrangères, dont certaines sont assez matures. Cependant, l’astaxanthine elle-même a une structure moléculaire polaire faible contenant de nombreuses liaisons doubles conjuguées, ce qui conduit à une faible stabilité et solubilité dans l’eau, limitant ainsi les domaines dans lesquels l’astaxanthine peut être utilisée sur le marché à ce stade [6]. Afdansde résoudre les problèmes ci-dessus, de nombreux chercheurs ont commencé à essayer d’encapsuler l’astaxanthine en utilisant la technologie de microencapsulation. Cet article résume et analyse principalement les principaux facteurs qui affectent l’effet d’encapsulation des microcapsulesd’astaxanthine, fournissant une référence pour de futures recherches approfondies sur l’astaxanthine dans le domaine des microcapsules.

1 technologie de Microencapsulation

La technologie de Microencapsulation est une nouvelle technologie utilisée pour protéger le contenu de la capsule sans affecter leurs propriétés chimiques d’origine. Elle consiste principalement à incorporer et à sceller des solides, des liquides ou des gaz instables à température ambiante dans une paroi de capsule en polymère, les isolant ainsi de facteurs externes tels que la lumière et l’oxygène.

En 1936, une société américaine a utilisé pour la première fois la paraffine comme matériau de paroi pour microencapsuler l’huile de foie de morue, et depuis lors la technologie de microencapsulation a pris de l’importance. Après des décennies de développement, des méthodes telles que le séchage par pulvérisation, la polymérisation interfaciale et la porosification centrifuge ont également été successivement appliquées à la technologie de microencapsulation. À mesure que la technologie devient de plus en plus mature, ses domaines d’application deviennent également de plus en plus étendus, tels que la nourriture, la médecine et les produits chimiques. Les méthodes et caractéristiques courantes de préparation des microcapsules sont indiquées dans le tableau 1.

2 effet du matériau de la paroi du noyau sur l’efficacité d’encapsulation des microcapsules d’astaxanthine

Les Microcapsules se composent de deux parties: le matériau de base et le matériau de paroi. Dans l’industrie alimentaire, en raison de l’innocuité du produit destiné à la consommation et de la particularité de son utilisation, il est généralement exigé que le matériau de la paroi soit constitué d’une substance présentant une sécurité élevée (c.-à-d. sans goût, non toxique et ne réagissant pas avec le matériau de base, etc.) [14].

L’effet du rapport de la composition du matériau de la paroi sur l’effet d’encapsulation des microcapsules d’astaxanthine

Les matériaux de paroi des microcapsules alimentaires utilisent généralement des polymères naturels et des polymères semi-synthétiques qui sont facilement solubles dans l’eau et qui ont de bonnes propriétés de libération durable, comme des gommes solubles dans l’eau, des amidons, des protéines, des sucres, de la cellulose, des lipides, etc. [15]. Un résumé des matériaux de paroi communs et de leurs caractéristiques est présenté au tableau 2.

Dans les applications pratiques, il est difficile pour un matériau à paroi simple de réaliser l’état d’encapsulation idéal des microcapsules, ainsi deux matériaux de paroi ou plus sont souvent mélangés ensemble dans la production pour obtenir l’effet désiré. Par exemple, la gomme xanthane et la gomme guar peuvent être mélangées dans un certain rapport pour augmenter la viscosité du système [20], et les sucres à petites molécules tels que le tréhalose ou le glucose peuvent être combinés avec des matériaux à grande paroi de molécules tels que l’amidon pour obtenir un effet complémentaire [21].

Dans les études sur laMicroencapsulation de l’astaxanthine, de nombreux chercheurs ont également essayé différentes combinaisons de matériaux de mur afin d’obtenir le meilleur effet d’encapsulation. Shen et al. [22] [en]ont mélangé du caséinate de sodium avec des fibres de maïs solubles et des protéines de lactosérum dans différentes proportions et ont mené des expériences sur la microencapsulation de l’astaxanthine. Les résultats ont confirmé que les microcapsules d’astaxanthine préparées selon les deux méthodes étaient d’excellente qualité et obtenaient un bon rendement de plus de 90%. De plus, Pu et al. [23] [en]ont également utilisé différents ingrédients des matériaux de paroi pour encapsuler des huiles contenant de l’astaxanthine, et ont choisi le meilleur plan de combinaison de matériaux de paroi, obtenant un rendement relativement idéal de 84,84 %. Cependant, comme une petite quantité d’huile de noyau est demeurée à la surface de certaines capsules pendant l’expérience, celles-ci étaient sujettes à l’oxydation et à la rancidité pendant l’entreposage à température ambiante, ce qui a eu une incidence sur la qualité du produit.

2.2 effet du rapport de composition du matériau de la paroi sur l’effet de microencapsulation de l’astaxanthine

Le rapport de composition optimal des matériaux de paroi peut former un système d’émulsion stable pendant le processus d’enrobage de microcapsule, offrant une forte garantie pour le meilleur effet d’enrobage. Yu et al. [24] [traduction]ont confirmé dans des expériences sur des microcapsules séchées par pulvérisation que le rapport des matériaux composites de paroi peut influer sur la viscosité et la stabilité de l’émulsion dans le système de microcapsules, et qu’il existe une certaine relation linéaire avec ce rapport. Par exemple, lorsque la maltodextrine est combinée avec la gélatine, la protéine de soja et le caséinate, respectivement, la stabilité du système d’émulsion est affectée par la proportion du matériau de la paroi, et la stabilité diminue avec l’augmentation du rapport maltodextrine/protéines.

Par conséquent, des études ont utilisé la protéine de lactosérum, la gomme arabolique et la maltodextrine comme matériaux de paroi, et les ont combinés pour encapsuler l’astaxanthine, et ont exploré les changements dans le rendement et l’efficacité des microcapsules d’astaxanthine lorsque différentes combinaisons de matériaux de paroi sont utilisées à différents rapports de gradient. Il a finalement été déterminé que le meilleur effet d’encapsulation est obtenu lorsque la gomme arabique et la protéine de lactosérum sont utilisées dans un rapport de 1:3 [25].

À l’heure actuelle, il existe de nombreux rapports dans la littérature sur les types de matériaux de paroi pour les microcapsules d’astaxanthine. Cependant, en raison des différentes propriétés des matériaux de paroi choisis, les rapports expérimentaux des combinaisons de matériaux de paroi varient également légèrement avec la composition. Par conséquent, le dépistage du type et du rapport appropriés du matériau de la paroi est d’une grande importance pour la microencapsulation de l’astaxanthine.

2.3 effet du matériau de la paroi du cœur sur l’encapsulation de l’astaxanthine

Dans les expériences de microencapsulation, le rapport de mélange du matériau du noyau au matériau de la paroi peut déterminer la formation de la coquille de la microcapsule et affecter la qualité du produit. Il est donc souvent utilisé comme l’une des conditions expérimentales de dépistage. Hu Tingting et al. [26] ont examiné cinq gradients du rapport entre le noyau et la paroi dans l’expérience d’encapsulation de microcapsules d’astaxanthine, et ont constaté que pendant l’augmentation graduelle de la teneur en astaxanthine, le taux d’encapsulation mesuré et le rendement des microcapsules montraient une tendance globale à la hausse, puis à la baisse. Certaines études ont suggéré que la raison de ce phénomène est que, lors du séchage par pulvérisation, la teneur en matière du noyau dans les microcapsules est faible et la viscosité du système est élevée, provoquant la formation lente de la paroi externe des microcapsules et une accumulation trop épaisse. Le produit obtenu présente un faible taux d’encapsulation et une mauvaise qualité [27].

De plus, Laohasongkram et al. [28] [traduction]ont confirmé que si la concentration du matériau du cœur dans le système est sursaturée, elle peut causer le phénomène de la difficulté à endurer le matériau du cœur en raison de la teneur insuffisante en matériau de la paroi, ce qui a une incidence sur l’épaisseur et la densité de la paroi de la capsule. Une diminution de l’épaisseur est susceptible de causer des fissures ou des ruptures, tandis qu’une faible densité est susceptible de faire passer le matériau du cœur à travers la structure relativement lâche de la paroi de la capsule et d’atteindre l’extérieur de la paroi. Les deux résultats peuvent considérablement réduire l’effet d’intégration.

3 effet du séchage par pulvérisation sur l’encapsulation des microcapsules d’astaxanthine

En général, le procédé de microencapsulation peut être grossièrement divisé en la préparation d’une émulsion contenant le matériau de la paroi centrale et le traitement filmographique des microcapsules. Dans le séchage par pulvérisation, la qualité des microcapsules filmogènes dépend principalement de la taille de la pression d’homogénéisation et de la température de l’air d’entrée et de sortie.

3.1 effet de la pression d’homogénéisation et du nombre de cycles d’homogénéisation sur l’efficacité d’encapsulation de l’astaxanthine 

La pression d’homogénéisation affecte l’effet d’atomisation, qui détermine la zone de réaction des microcapsules. Par conséquent, certaines études ont constaté qu’il existe une corrélation positive entre la pression d’homogénéisation et l’efficacité d’encapsulation des microcapsules dans une certaine plage dans les expériences de séchage par pulvérisation [29]. Huang Wenzhe et al. [30] ont également confirmé dans une expérience sur l’encapsulation de l’astaxanthine que l’effet de microencapsulation de l’astaxanthine a progressivement atteint son optimum à mesure que la pression d’homogénéisation augmentait, et le rendement et l’efficacité les plus élevés ont été obtenus à 50 MPa, 98,08 % et 30,6 % respectivement. La raison principale en est que lors de l’homogénéisation à haute pression, lorsque la pression d’homogénéisation augmente, les gouttelettes d’émulsion atomisées peuvent être encore raffinées, la zone de réaction est augmentée en conséquence, et l’encapsulation est plus uniforme. En même temps, le raffinement de l’émulsion facilite également l’évaporation rapide de l’eau dans la capsule pendant le séchage, empêchant ainsi l’apparition d’un collage mural [31].

Une augmentation du nombre d’homogénéisations à haute pression peut améliorer la stabilité de l’émulsion, mais elle peut aussi entraîner une augmentation de la température du système, provoquant la dégradation de l’astaxanthine dispersée dans l’émulsion en raison de la chaleur, ce qui affecte la qualité des microcapsules [27].

3.2 effet de la température de l’air à l’entrée et à la sortie sur l’efficacité d’encapsulation des microcapsules d’astaxanthine

Au cours du processus de séchage par pulvérisation, la température de l’air d’entrée et de sortie a souvent un certain effet sur le taux de rétention du matériau du noyau et la formation de la coquille de la microcapsule. Raposo et al. [32] [traduction]ont confirmé dans leur étude sur la microencapsulation de l’astaxanthine que, pour une même température de l’air à la sortie, si la température de l’air à l’entrée est abaissé, le système de microcapsule retiendra l’eau et provoquera le collage de la paroi, ce qui aura une incidence sur la compacité de la coquille. Cependant, si la température de l’air d’entrée est trop élevée, cela accélérera non seulement le mouvement moléculaire dans le système et accélérera laDégradation de l’astaxanthine, mais peut également causer des fissures ou de petites piqûres à la surface de la paroi de la microcapsule, ce qui entraîne une mauvaise encapsulation.

En outre, une augmentation modérée de la température de l’air sortant aide à évaporer l’eau à l’intérieur des microcapsules, ce qui accélère la formation des microcapsules et améliore le taux de rétention du matériau du noyau. Huang Lixin et al. [33] croient que si la température de l’air sortant est trop basse, les gouttelettes après l’atomisation sont susceptibles de former des coquilles prématurément en raison de la température élevée, ce qui entraîne la présence d’eau à l’intérieur des particules de microcapsule. Au cours de la phase de séchage par décélération, il est probable que la vapeur s’accumule, ce qui entraîne une dilatation et une fissure des parois de la capsule ou une teneur en eau trop élevée, ce qui affecte la qualité du produit. Par contre, si la température de l’air est trop élevée, le produit est susceptible de se dégrader en raison d’un chauffage prolongé, et les particules de microcapsule ne peuvent pas former des coquilles à temps après le traitement à haute température, ce qui entraîne un phénomène de paroi collante et affecte la qualité du produit. Par conséquent, en choisissant la température de l’air d’entrée et de sortie appropriée, le matériau de la paroi peut se transformer le plus rapidement possible en verre, réduisant ainsi la perte du matériau du cœur et obtenant le meilleur effet d’encapsulation [34].

4 effet des conditions de stockage sur la stabilité des microcapsules d’astaxanthine

La technologie de Microencapsulation peut considérablement améliorer la stabilité des substances, et son application est d’une grande importance pour prolonger la durée de stockage des produits.

Des études antérieures ont montré que les microcapsules de pigment ont une meilleure stabilité que leurs monomères. Par exemple, Han Ning et al. [35] ont comparé les cristaux de β-carotène à leurs microcapsules dans une expérience et ont vérifié la stabilité des deux dans des conditions de stockage différentes (température, oxygène, lumière, humidité). Les résultats ont montré que le taux de rétention des microcapsules de β-carotène était plus élevé que celui de ses cristaux dans différentes conditions, indiquant que la microencapsulation peut améliorer la dégradation du β-carotène dans différents environnements.

L’astaxanthine est de nature similaire au β-carotène....... Comme les molécules du matériau de paroi de la microcapsule recouvrent la surface des particules d’astaxanthine, l’influence de l’environnement extérieur sur celle-ci est dans une certaine mesure évitée. Hu Tingting [36] a placé des microcapsules d’astaxanthine et des cristaux d’astaxanthine sous différentes conditions de lumière, de température et d’oxygène pour une expérience de stockage de 28 jours et a mesuré leur taux de rétention. Les résultats ont montré que, bien que tous deux aient subi une dégradation dans le même environnement, le taux de rétention des premiers était supérieur à 70%, ce qui était beaucoup plus élevé que celui des seconds. Par conséquent, l’encapsulation de l’astaxanthine avec la technologie des microcapsules peut considérablement ralentir la dégradation de l’astaxanthine, qui résiste dans une large mesure au problème de l’astaxanthine ne pouvant pas être efficacement développée en raison de sa propre nature, et a joué un rôle très important dans la promotion de son développement dans divers domaines.

5 etat actuel de l’application des microcapsules d’astaxanthine dans l’industrie alimentaire

Avec l’approfondissement de la recherche sur les microcapsules, de plus en plus de substances actives ont réalisé des applications multi-champs grâce à la technologie de microencapsulation, qui répond non seulement à la demande du marché, mais enrichit également la variété de produit. L’astaxanthine, en tant qu’antioxydant émergent, a peu à peu attiré l’attention dans l’industrie alimentaire pour son utilisation dans les produits microencapsulés.

5.1 microcapsules d’astaxanthine et produits de santé haut de gamme

Les produits de microcapsules d’astaxanthine ont été recherchés à l’étranger depuis relativement longtemps et sont également relativement largement utilisés. À l’heure actuelle, la plupart des microcapsules d’astaxanthine sur le marché sont des suppléments nutritionnels, et leur positionnement de produit se concentre sur l’anti-oxydation, retarder le vieillissement, abaisser la glycémie, renforcer l’immunité, et la protection dela rétine. Par exemple, Eulara' S capsules de beauté, les capsules anti-thrombotiques de la société américaine Aquasearch, et la société japonaise Fancl' S "astaxanthine 30 jours" complément nutritionnel stimulant immunitaire contiennent tous de l’astaxanthine.

En plus des comprimés et capsules de produits de santé, les boissons santé à base de microcapsules d’astaxanthine sont également progressivement entrées sur le marché au cours des dernières années. De nombreux pays ont déjà essayé d’utiliser des microcapsules d’astaxanthine dans des produits laitiers liquides fermentés, des produits laitiers liquides non fermentés, des produits de soja fermentés et des boissons aux fruits pour adultes, ce qui non seulement offre des avantages pour la santé, mais enrichit également la variété de produits d’astaxanthine.

5.2 microcapsules d’astaxanthine et additifs alimentaires

Les microcapsules d’astaxanthine peuvent non seulement être utilisées comme suppléments nutritionnels dans les produits de santé, mais aussi comme additifs alimentaires tels que des colorants et des antioxydants pour améliorer les propriétés sensorielles des produits ou pour maintenir le contenu nutritionnel original de l’aliment sans dommage. Bjerkeng et al. [37] [traduction]ont confirmé en 1995 que les propriétés antioxydantes supérieures de l’astaxanthine peuvent protéger la couleur et la durée de conservation des filets de truite. Au Japon, des études ont également été menées sur l’utilisation de microcapsules contenant de l’huile d’astaxanthine pour conserver les légumes, les algues et les fruits. Les résultats ont montré que les microcapsules d’astaxanthine ont un effet significatif sur la conservation des aliments [38].

En outre, l’astaxanthine naturelle a également de bonnes propriétés colorantes. Certaines études ont révélé que lorsque les microcapsules d’astaxanthine sont utilisées comme colorant alimentaire, le développement de la couleur varie également de la lumière à l’obscurité avec l’augmentation de la dose, montrant des effets différents. Aujourd’hui, de nombreux types d’aliments utilisent cette caractéristique de l’astaxanthine pour colorer leurs produits, tels que la margarine, la crème glacée, le yogourt, le jus de fruits, les bonbons, les gâteaux, les nouilles, les condiments, etc., qui ont non seulement un bon effet colorant mais aussi un effet de durée de conservation considérable [38].

Actuellement, il existe de nombreuses études sur l’utilisation de la technologie de microencapsulation pour améliorer la solubilité et la stabilité des pigments en Chine, tels que la capsanthine, le lycopène, la zéaxanthine, etc. Certains produits microencapsulés de pigments ont été mis sur le marché et largement reconnus. Bien que la recherche systématique sur la microencapsulation de l’astaxanthine ait commencé à être évaluée ces dernières années, en raison des contraintes techniques et du marché, l’application de l’astaxanthine dans de nombreux domaines est toujours vide, il y a donc un énorme potentiel de développement. Comme les excellentes propriétés de l’astaxanthine deviennent mieux connues, et combinées avec China' le concept traditionnel de "médicaments et aliments de même origine", le développement d’aliments fonctionnels et de cosmétiques utilisant des microcapsules d’astaxanthine aura un très large potentiel de développement et une perspective d’application idéale.

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