Stabilité naturelle de l’astaxanthine dernières recherches

l’astaxanthine, unimportant member De laLe conseil des ministrescaroténoïdefamily, is not only the strongest antioxidant among naturelsubstances [3], but also hEn tant queimportant physiological Activités activitéssuch En tant queanti-inflammatory [4], anticancer [5], preventiSur leDe lacardiovascular disease [6], slowing aging [7], Et en plusimproving body movement [8]. Therefore, astaxanthdanshas good applicatiSur leprospects dansthe markets De lahealth products, food, medicine, cosmetics, Et en plusfeed [9].

En 2010, lA aChine et#39; l’annonce n ° 17 a approuvé Haematococcus pluvialis comme nouvel aliment ressource, Et etl’astaxanthine dérivée d’haematococcus pluvialis a été autorisée à être ajoutée à tous les types d’aliments Et etde boissons, sauf les aliments pour nourrissons [10]. SelSur leles données de marché de Global market Insights, le marché mondial de l’astaxanthine devrait atteindre 800 millions de dollars américains d’ici 2024, le marché nord-américadansconnaissant une croissance annuelle composée de plus de 3,5 %. La régiSur leasie-pacifique deviendra le principal contributeur à la croissance du marché (plus de 250 millions de dollars américains).

Cependant, l’astaxanthine naturelle est instable et facilement dégradée, ce qui réduit son activité biologique et sa fonction physiologique et limite son application. Par conséquent, l’amélioration de la stabilité de l’astaxanthine naturelle est l’un des hotspots de recherche actuels, et il y a eu de nombreux rapports sur les systèmes de distribution de l’astaxanthine. Cependant, ce domaine en est à ses balbutiements, et les lois des changements de stabilité pendant l’extraction, le traitement et le stockage de l’astaxanthine sont souvent ignorées, l’absence de données de base complètes et d’analyse systématique. Ce n’est qu’en comprenant pleinement les facteurs et les lois essentielles qui affectent la stabilité de l’astaxanthine naturelle que le développement et l’amélioration de la technologie de stabilisation peuvent être mieux réalisés.

This paper reviews the influence Et en pluscauses De lastability De laAstaxanthine naturelleon sonown structure, extraction solvent, processing Et en plusstorage environmental conditions. It summarizes Et en pluscompares the protective effects, technical characteristics Et en plusbasic principles De lastabilization De lanatural l’astaxanthinePar:emulsion, microcapsule, liposome Et en plusnanoencapsulationtechnologies. Finally, it puts forward some prospects Basé suron the existing astaxanmincestabilization technology, which provides some reference value pourthe protection Et en pluslivraisonDe laastaxanthin.

1 aperçu de l’astaxanthine

Astaxanthine, aussi connue sous le nom de Haematococcus pluvialisLa lutéine, le pigment rouge de la crevette, le pigment jaune de la crevette, la substance jaune de la crevette et le pigment de la coquille du homard [12] sont actuellement les substances ayant la plus forte activité antioxydante découverte. Sa capacité antioxydante est beaucoup plus élevée que celle des antioxydants naturels existants tels que la vitamine E, le β-carotène et le lycopène, et il est connu comme «super vitamine E» [13−14].

1.1 structure chimique de l’astaxanthine

Les atomes chiraux de carbone C-3 et C-3' Aux deux extrémités de l’astaxanthine conjuguée chaîne de liaison double existent sous la forme R ou S, respectivement, donnant lieu à trois stéréoisomères (comme le montre la Figure 1 (1)), à savoir all-trans (3S, 3 'S), cis-trans (3S, 3'R), et trans-trans (3R, 3'R), dont le (3S, 3L let 3S)#39;S) et (3R, 3'R) les isomères sont des images miroirs (énantiomères) [15]. Les doubles liaisons conjuguées multiples et les groupes cétoniques insaturés aux extrémités donnent à l’astaxanthine un effet électronique vif, qui peut attirer des électrons non paires des radicaux libres ou donner des électrons aux radicaux libres, de ce fait piéger les radicaux libres et étancher physiquement l’oxygène singlet.

Astaxanthinehas multiple double bonds in the linear part De lasonmolecule, Et en pluseach double bond can be in the Z (cis) or E (trans) configuration. The all-E configuration is the most stable structure because the branched groups do not compete pourspatial positions [16]. It has been found that the Z-type structure is present at positions 9, 13 Et en plus15 in natural astaxanthin, so the possible geometric isomers of astaxanthin are all-E, (9Z), (13Z), (15Z), etc. (as shown in Figure 1 (2)). At the same time, l’astaxanthinehas one hydroxyl group in each of its terminal cyclic structures. These free hydroxyl groups can form esters with fatty acids. One hydroxyl group forms an ester with a fatty acid, which is called a single astaxanthineester, while two hydroxyl groups are called double esters (as shown in Figure 1 (3)). After esterification, its hydrophobicity and stability are enhanced [16−17]. It can be seen that natural astaxanthin is diverse in form, and the différentmolecular structures determine the differences in stability between astaxanthins.

1.2 Sources d’astaxanthine

Currently, astaxanthin is produced Par:chemical synthesis, biosynthesis, and natural extraction. Chemical synthesis is divided into total synthesis and semi-synthesis: total synthesis uses chemical raw materials as raw materials and is produced through chemical synthesis reactions; semi-synthesis uses carotenoids such as canthaxanthin, lutein, and zéaxanthineComme matière première pour préparer l’astaxanthine [18]. Cette méthode nécessite de multiples réactions chimiques et biocatalytiques, et l’astaxanthine synthétisée est un mélange de conformations multiples et contient des sous-produits. Le processus de synthèse présente des risques importants pour la sécurité [19].

La méthode de biosynthèse utilise de la levure, des algues et des bactéries pour produire de l’astaxanthine. Cette méthode produit de l’astaxanthine avec une structure claire (structures essentiellement trans) et peu de sous-produits, mais le rendement est faible et les conditions de culture sont strictes. La clé de la production à grande échelle est l’utilisation de matériaux de culture bon marché et la sélection et la sélection de souches de haute qualité et à haut rendement [20]. Actuellement, l’extraction de l’astaxanthine à partir des resSources d’informationnaturelles est moins coûteuse et peut être produite à grande échelle, ce qui peut atténuer la demande du marché pour l’astaxanthine. L’astaxanthine est principalement extraite de sources naturelles telles que Haematococcus pluvialis, Rhodopseudomonas palustris et coquillages de crustacés à l’aided’huiles végétales [21], de solvants organiques [22], de liquides ioniques [23] et de solvants eutectiques [24]. L’astaxanthine naturelle présente généralement des avantages par rapport à l’astaxanthine synthétique en termes de stabilité, d’activité antioxydante, de biodisponibilité et de sécurité [25−27].

2 stabilité de l’astaxanthine naturelle et des facteurs l’affectant

L’astaxanthine naturelle a d’excellentes propriétés fonctionnelles et est d’une grande valeur dans le développement de produits fonctionnels correspondants. Cependant, l’instabilité de l’astaxanthine est le premier défi à relever dans les applications pratiques. Premièrement, la double liaison conjuguée de l’astaxanthine le rend chimiquement actif. Deuxièmement, la différence de polarité des différents solvants affecte la solubilité et la stabilité. Enfin, l’astaxanthine est susceptible de se dégrader pendant le traitement et le stockage en raison de la lumière, de la température, etc. De nombreuses études n’ont porté que sur un aspect de la stabilité de l’astaxanthine, ignorant l’influence de plusieurs facteurs. Cet article analysera de manière exhaustive les facteurs influençant et les lois de changement de la stabilité naturelle de l’astaxanthine sous trois perspectives: la structure de l’astaxanthine elle-même, le solvant d’extraction, et l’environnement de traitement et de stockage.

2.1 la structure de l’astaxanthine elle-même

Comparé à la lutéine, la vitamine C,β-carotène, etc., la présence de doubles liaisons conjuguées, de groupes hydroxyle et de groupes céto rend l’astaxanthine à la fois hydrophile et hydrophobe, ce qui la rend également plus susceptible de réagir avec des radicaux libres et de subir des changements structurels [28]. D’autre part, la plus grande partie de l’astaxanthine naturelle existe sous une forme estérifiée, contenant divers acides gras, dont C16:0, l’acide stéarique (C18:0), C18:1, l’acide linoléique (C18:2) et l’acide γ-linolénique (C18:3) [29]. Des études ont montré que l’astaxanthine estérifiée est plus stable que l’astaxanthine libre. Par exemple, dans une microémulsion contenant du DL-menthol et de l’acide caprylique, la demi-vie de l’astaxanthine libre est de 13,86 jours, tandis que la demi-vie de l’ester d’astaxanthine est de 69,31 jours [17]. En outre, la stabilité est positivement corrélée avec le degré d’estérification. En outre, l’augmentation de la longueur de la chaîne de carbone et la réduction du degré d’insaturation des acides gras sont bénéfiques pour améliorer la stabilité deEsters d’astaxanthine....... Le diester de docosahexénoate d’astaxanthine est la forme la plus stable de l’ester d’astaxanthine [16].

Par conséquent, dans la production et la transformation des aliments, des médicaments et des cosmétiques, il convient de veiller à distinguer les différentes structures de l’astaxanthine, à clarifier l’effet de sa propre structure sur la stabilité, à prendre des mesures de protection ciblées, à prolonger efficacement la durée de conservation du produit et à promouvoir l’utilisation efficace de l’astaxanthine.

2.2 solvant d’extraction

L’interaction entre le solvant et la molécule d’astaxanthine a un effet direct sur sa stabilité, et les différentes conditions d’extraction (température, temps, etc.) ont un effet significatif sur la structure de l’astaxanthine pendant le processus d’extraction. Cependant, de nombreuses études antérieures ont ignoré l’effet de la nature du solvant lui-même sur l’astaxanthine. L’astaxanthine est insoluble dans l’eau, liposoluble, et facilement soluble dans les solvants organiques tels que le chloroforme, l’acétone, le benzène, etc. [22] et l’huile végétale, l’huile de poisson, etc. [21]. L’effet de l’extraction d’huile végétale est faible et nécessite des températures élevées, et l’astaxanthine est facilement dégradée [30]; Bien que le taux d’extraction des solvants organiques soit élevé, la polarité des solvants organiques est très forte, ce qui n’est pas propice au maintien de la stabilité de la structure de l’astaxanthine [31]. Par conséquent, la technologie d’extraction idéale devrait combiner les deux fonctions de taux d’extraction élevé et la stabilité de l’astaxanthine.

Des études ont montré que les liquides ioniques (ILs) d’imidazolyle, tels que le chlorure de 1-butyl-3-méthylimidazolium ([BMIM][Cl]) et l’hexafluorophosphate de 1-butyl-3-méthylimidazolium ([BMIM][PF6]), ont une demi-vie plus longue que l’acétone lors de l’extraction des caroténoïdes, ce qui indique que les ILs sont plus stables que l’acétone lors de l’extraction des caroténoïdes [23]. L’hexafluorophosphate ([BMIM][PF6]) et d’autres ILs ont une demi-vie plus élevée que l’acétone, ce qui indique que les caroténoïdes extraits de l’il-sont plus stables que les caroténoïdes extraits de l’acétone [23]. Des études antérieures ont montré que les liquides ioniques d’ammonium quaternaire hydrophobe et de phosphonium sont plus solubles dans l’astaxanthine que les liquides ioniques d’imidazolium, et qu’il existe une bonne relation mathématique entre le changement de concentration de l’astaxanthine dans le chlorure de tributylphosphonium ([P4448]Cl) et le paramètre de différence de couleur [32]. Cependant, des désavantages tels que le prix élevé et la faible biocompatibilité de l’ils limitent leur extraction commerciale généralisée de l’astaxanthine.

Deep eutectiquesolvents (DESs) are an emerging green solvent that are eutectic mixtures of a hydrogen bond acceptor (HBA) and a hydrogen bond donor (HBD). Studies have shown that astaxanthin exhibits better stability in DEL lmicroemulsions than in organic solvents (ethanol, methanol, and acetone) [17]. In addition, the antioxidant activity De l’astaxanthineextracted with DES is higher than that extracted with organic solvents [33], and acidic DES is more conducive to the dissolution De l’astaxanthine[34]. Therefore, DES is a good alternative to organic solvents and ioniqueliquids. In summary, the choice of solvent pourExtraction d’astaxanthineDevrait être considéré de manière globale à partir de multiples aspects tels que le coût, la protection de l’environnement, la sécurité, la solubilité et la stabilité.

2.3 conditions environnementales de traitement et d’entreposage

2.3.1 lumière

La lumière a deux effets sur l’astaxanthine: B. oxydation accélérée de l’astaxanthine, avec la dégradation et la fragmentation du chromophore, le déplacement du spectre vers la région ultraviolet, et la perte de couleur [35]. L’extrait d’astaxanthine a été placé dans des conditions sans lumière, la lumière naturelle intérieure, la lumière UV et l’exposition continue au soleil. Après 6 heures, le taux de rétention de l’astaxanthine sous exposition au soleil n’était que de 0,57 %, tandis que l’échantillon dans l’obscurité n’a montré aucun changement significatif [36]. De même, Maohua Aihemat et Al., et al.[37] ont souligné que la lumière ultraviolette peut endommager la stabilité de l’astaxanthine. Par conséquent, l’astaxanthine est très sensible à la lumière du soleil et à la lumière ultraviolette, et il faut prendre soin d’éviter la lumière pendant l’extraction, le stockage et l’utilisation.

2.3.2 température

High temperatures have a significant damaging effect on most bioactive substances. Astaxanthin should be stored at low temperatures to slow down its degradation. Many studies have shown that the stability of astaxanthin extracts decreases with increasing temperature. For example, the absorbance of astaxanthin extracts stored at 4 °C remains unchanged, while the astaxanthin residual rate is only about 30% after being stored at 70 °C for 6 h [36]. Similarly, after storing astaxanthin oil at below 60 °C for 1 h, the loss rate of astaxanthin was less than 2%, while when the storage temperature reached above 80 °C,the loss rate exceeded 20% [38].

2.3.3 pH

L’acidité et l’alcalinité de l’environnement influeront à des degrés divers sur la solubilité et la stabilité de l’astaxanthine. Un environnement faiblement alcalin A peu d’effet sur la stabilité de l’astaxanthine, mais un environnement faiblement acide à long terme endommagera sa stabilité [39]. En outre, les esters d’astaxanthine subiront une réaction de saponification et se convertiront en astaxanthine libre dans un environnement faiblement alcalin [37]. Bien que la solubilité et l’activité antioxydante de l’astaxanthine soient considérablement augmentées dans des conditions acides, une acidité excessive peut affecter la stabilité de l’astaxanthine [32]. Par conséquent, le maintien de la solution dans un état neutre ou légèrement alcalin pendant le stockage de l’astaxanthine aidera à maintenir la stabilité de la structure et de la fonction de l’astaxanthine.

2.3.4 ions métalliques

Les ions métalliques peuvent favoriser l’oxydation de l’astaxanthine, la faisant se dissoudre et se faner, et même devenir trouble. Song Sumei et Al., et al.[40] ont constaté que le taux de rétention de l’astaxanthine diminuait de façon significative avec l’ajout de Fe2+, Fe3+ et Cu2+. De plus, l’ajout de Fe2+, de Cu2+ et de K+ a rendu la solution d’extraction de l’astaxanthine trouble [36]. Par conséquent, l’addition de fer et de substances contenant du Fe2+ et du Cu2+ doit être évitée autant que possible pendant la production et le transport de l’astaxanthine.

2.3.5 oxygène

L’oxygène peut causer l’auto-oxydation, la photo-oxydation et l’oxydation chimique de l’astaxanthine. Lorsque l’astaxanthine est exposée à l’air à une température ambiante de 25 °C et conservée dans l’obscurité pendant 30 jours, le taux de rétention de l’astaxanthine libre n’est que de 20%, tandis que celui de l’astaxanthine microencapsulée peut atteindre 80% [41]. Cela peut être dû au fait que l’oxygène dans l’air réagit avec l’astaxanthine dans une réaction oxydative, provoquant l’astaxanthine à se décomposer. Certaines études ont tenté d’améliorer la stabilité de l’astaxanthine en ajoutant des antioxydants, mais il a été constaté que l’ajout de l’antioxydant 2,6-di-tert-butyl-4-crésol (BHT) n’améliore pas la stabilité de l’astaxanthine, et les deux antioxydants VC et Na2SO3 réduisent en fait la stabilité de l’astaxanthine [36]. Cela peut être dû au fait que les propriétés antioxydantes de l’astaxanthine sont beaucoup plus élevées que celles du VC et du Na2SO3, et que l’astaxanthine s’oxyde pour protéger le VC et le Na2SO3 de l’oxydation.

3 technologie de stabilisation pour l’astaxanthine naturelle

Bien que l’astaxanthine naturelle ait de fortes propriétés antioxydantes, sa structure très insaturée signifie qu’elle a tendance à se dégrader chimiquement lorsqu’elle est exposée à des températures élevées, à la lumière, etc., ce qui peut entraîner sa décoloration et son activité biologique à décliner, limitant son application dans les industries alimentaire, pharmaceutique et cosmétique. Afin d’améliorer le taux d’utilisation de l’astaxanthine dans diverses applications, différentes techniques de stabilisation ont été étudiées, y compris l’encapsulation d’émulsion, la microencapsulation, le liposome et l’encapsulation nano-niveau. Par conséquent, ce qui suit décrira le processus d’incorporation de l’astaxanthine à l’aide des techniques ci-dessus et la stabilité de l’astaxanthine après incorporation, tout en comparant les effets de stabilisation et les avantages et les inconvénients de différentes techniques de stabilisation.

3.1 système de distribution d’émulsion

The Émulsion:systèmefor delivering astaxanthin is to dissolve astaxanthin in an organic phase, then fully disperse the organic phase in an aqueous phase Contenant:an emulsifier, and form a colloidal system under the action of certain external forces (such as stirring, homogenization, ultrasound, etc.) [42]. In addition to traditional emulsions, nanoemulsions, microemulsions, La centrale de Pickeringemulsions and multi-layer emulsions have gradually emerged in recent years. The rapid development of astaxanthin stabilization La technologiehas been promoted Par:the updating of Émulsion:preparation technology, the iteration of ingredients and the diversification of functions (as shown in Table 1).

3.1.1 emulsions traditionnelles

Les émulsions traditionnelles, également connues sous le nom d’émulsions classiques ou d’émulsions géantes, désignent les systèmes de dispersion grossière avec des rayons de gouttelettes entre 300 nm et 100 μm, qui ont tendance à se briser avec le temps. Par le passé, la combinaison d’émulsifiants protéiques et polysaccharidiques a eu un bon effet stabilisateur, mais elle a tendance à dégrader les substances qui y sont incorporées sous traitement ultraviolet ou thermique [43]. Des études récentes ont révélé qu’une émulsion stabilisée à l’acide caféique et au glucose est bénéfique pour protéger l’astaxanthine interne contre des environnements défavorables en raison de la présence de polyphénols (acide caféique) [44]. Cependant, les émulsions traditionnelles sont intrinsèquement instables, et comment maintenir la stabilité de l’émulsion elle-même a toujours été un défi dans ce domaine.

3.1.2 nanoémulsions

Les nanoémulsions sont généralement composées d’eau, d’huile et d’un tensioactif. Ils peuvent atteindre une petite taille de particules (50-200 nm) et sont cinétiquement stables grâce à l’homogénéisation à haute pression. Par rapport aux émulsions traditionnelles, elles peuvent améliorer la stabilité et la biodisponibilité des substances actives [45]. La sélection d’émulsifiants et l’utilisation d’émulsifiants complexes sont la clé de la préparation de nanoémulsions aux propriétés excellentes.

Une nanoémulsion d’astaxanthine préparée avec de la lécithine de soja comme émulsifiant et stockée dans les mêmes conditions que l’astaxanthine libre pendant une semaine avait un taux de rétention de l’astaxanthine de 85,34%, ce qui était beaucoup plus élevé que les 54,92% de cette dernière [46]. De plus, il a été démontré que les mélanges d’émulsifiants à petites molécules, de protéines et de polysaccharides améliorent considérablement les propriétés des émulsions préparées [47]. Par exemple, le taux de dégradation de l’astaxanthine n’était que de 20% après 8 semaines d’entreposage à 25 °C lorsque des nanoémulsions d’astaxanthine étaient préparées à l’aide d’un émulsifiant complexe (polysorbate 20, caséinate de Le sodiumet gomme arachide) [48]. Cependant, l’homogénéisation à haute pression est susceptible de modifier la structure des composés sensibles dans le système, réduisant leur activité biologique et les rendant thermodynamiquement instables.

3.1.3 microémulsions

Par rapport aux nanoémulsions, les microémulsions ont une taille de particules plus petite (entre 10 et 100 nm) et sont transparentes. Ils peuvent se former spontanément sous l’action de tensioactifs et sont des systèmes thermodynamiquement stables [49]. Les microémulsions ont de bonnes propriétés, notamment une excellente stabilité, une faible viscosité et une forte capacité de solubilisation des composés lipophiles. Ils sont une sorte de solvant d’extraction d’astaxanthine qui prend en compte à la fois la solubilité et la stabilité. Ces dernières années, les microémulsions à base de liquide ionique [50] et les microémulsions à base de solvant eutectique [17] ont montré de bons résultats dans l’extraction et la stabilisation de l’astaxanthine. Comparées aux solvants organiques, les microémulsions peuvent améliorer la solubilité de l’astaxanthine, et l’astaxanthine libre et les esters d’astaxanthine dans les microémulsions à base de solvants eutectiques présentent une meilleure stabilité de stockage que dans les solvants organiques [17].

3.1.4 emulsions de Pickering

Les émulsions conventionnelles stabilisées par des tensioactifs (par exemple des polysaccharides et des protéines) sont généralement instables du point de vue thermodynamique et se décomposent avec le temps par la floculation, la coagulation et la maturation Ostwald. Par contre, les émulsions de Pickering améliorent leur propre stabilité grâce à des particules colloïdales [51]. Les particules colloïdales courantes sont des particules à base de protéines (par exemple des particules de protéine de lupin [52]) ou des particules de protéines polysaccharides (par exemple des protéines solubles dans l’alcool et de l’alginate de sodium [53]). En même temps, l’astaxanthine transportée par les émulsions de Pickering est plus résistante à la chaleur, aux températures élevées ou aux ions métalliques que l’astaxanthine libre [54].

3.1.5 emulsions multicouches

“Multilayer emulsion” is an emerging technology for encapsulating astaxanthin....... Il se compose de nombreuses couches de biopolymères (ou émulsifiants) entourant les gouttelettes de lipides, qui se déposent les unes sur les autres par des interactions électrostatiques attrayantes [55]. Des études ont montré que le taux de dégradation de l’astaxanthine dans les émulsions multicouches de chitosan-pectine est 3 à 4 fois plus lent que dans les émulsions traditionnelles pendant le stockage [56]. Cependant, la technologie de l’émulsion multicouche fait également face à des défis, tout d’abord, la conception d’une composition raisonnable du système, et deuxièmement, l’optimisation des nombreux facteurs qui affectent la stabilité (tels que le type de biopolymère, la concentration en gouttelettes, la force ionique, etc.).

Qu’il s’agisse d’une émulsion conventionnelle ou d’une nanoémulsion, d’une microémulsion, d’une émulsion de Pickering ou d’une émulsion multicouche, qui sont apparues progressivement au cours des dernières années, leur instabilité inhérente limite considérablement leur application en tant que systèmes d’encapsulation et d’administration de substances bioactives telles que l’astaxanthine. A l’heure actuelle, les recherches dans ce domaine portent principalement sur l’amélioration de la stabilité de l’émulsion elle-même. En revanche, la stabilité des microémulsions, des émulsions de Pickering et des émulsions multicouches est considérablement améliorée car elles contiennent des substances amphiphiles. Cependant, on manque de recherches sur l’amélioration du taux d’extraction, de l’effet d’encapsulation et de la stabilité de stockage de l’astaxanthine, et les recherches théoriques sur la composition de l’émulsion doivent être renforcées.

3.2 système de distribution de Microencapsulation

3.2.1 méthodes de base

Encapsulating astaxanthin in a wall material matrix (liquid/solid, homogeneous/heterogeneous material, etc.) can protect astaxanthin from external interference [61]. Common methods include spray drying [62], freeze drying [63] and complex coacervation [64]. Table 2 lists the process parameters, encapsulation efficiency and stability of these astaxanthin microencapsulation techniques. Spray drying is fast, simple and economical, but drying at too high a temperature can damage the core material [62]. In contrast, the low-temperature frozen state of the freeze-drying method can effectively protect the internal astaxanthin, but it is time-consuming and has high operating costs [63]. Although the coacervation method does not require organic solvents or high temperatures and is suitable for use in the La nourritureindustry, the encapsulation rate of this method is generally low [65]. Therefore, it is important to understand the principles, operating conditions, process parameters, advantages and disadvantages of each method in order to prepare astaxanthin microcapsules with good properties.

3.2.2 matériaux de mur communs

La composition et la sélection du matériau de la paroi sont cruciales pour les propriétés de la microcapsuleet sont également des conditions pour obtenir des produits de microcapsule très efficaces et plus performants. Un matériau de paroi idéal devrait présenter les avantages suivants: concentration élevée et faible viscosité (bonne fluidité à des concentrations élevées), propriétés émulsionnantes supérieures, séchage et desolvation faciles, et faible coût [66−67]. Les matériaux de paroi courants comprennent les glucides (saccharose, maltodextrine, fibre de maïs), les gommes hydrophiles (gomme arabique et gomme de noix de cajou), les protéines (protéine de lactosérum et gélatine) et les huiles et graisses (esters d’acides gras de saccharose, lécithine).

En pratique, plusieurs matériaux de paroi sont souvent mélangés et utilisés ensemble, comme une combinaison de protéines et de glucides, ou une combinaison de protéines et de gommes hydrophiles. Le type et le rapport de la combinaison de matériaux de paroi sont des facteurs clés dans la formation d’un système stable pendant le processus de microencapsulation, mais ils doivent être combinés raisonnablement selon les exigences de l’application.

A. Combinaison de glucides entre eux et avec des protéines ou des gommes hydrophiles. Bien que les glucides aient une faible viscosité et soient très solubles, ils doivent souvent être combinés avec des protéines ou des gommes pour obtenir une grande compacité en raison de leur forte porosité et de leur faible capacité d’émulsion [68−69]. Par exemple, les microcapsules d’astaxanthine préparées avec un rapport 1:1 de zéine et d’oligochitosane (OCH) comme matériau de mur ont non seulement un taux élevé d’encapsulation (94,34% ± 0,64%), mais peuvent également résister à la lumière ultraviolette, avec un taux de rétention de l’astaxanthine de 82,4%, ce qui est beaucoup plus élevé que les 60% d’astaxanthine libre [69]. En outre, l’ajout d’un émulsifiant peut améliorer considérablement la stabilité et l’efficacité d’encapsulation de l’astaxanthine [41].

B. Les droits de l’homme Mélange de protéines et de gomme hydrophile. Bien que les protéines aient de bonnes propriétés émulsionnantes, les particules protéiques ont tendance à s’agréger et sont facilement hydrolysées par les protéases. Cependant, les gommes hydrophiles peuvent améliorer l’activité de surface et la viscosité des protéines et améliorer la stabilité du matériau de la paroi. Par exemple, des microcapsules préparées en incorporant des esters d’astaxanthine avec des protéines de lactosérum et de la gomme arabique comme matériaux de paroi se sont révélées avoir une bonne résistance aux environnements acides forts (pH 4) [64].

C. Mélange de lipides et de glucides. Des études ont montré que l’astaxanthine incorporée dans un matériau de paroi composé de β-cyclodextrine et d’ester d’acide gras de saccharose (dans un rapport de 1:1) est plus stable à différentes températures que l’astaxanthine libre [63]. La raison possible est que les substances lipides telles que l’ester d’acide gras de saccharose peuvent favoriser la cristallisation de β-cyclodextrine, formant une structure de réseau dense sur la surface moléculaire pour stabiliser l’astaxanthine à l’intérieur.

Bien que la microencapsulation de l’astaxanthine puisse atteindre une bonne stabilisation et une efficacité d’encapsulation grâce à la combinaison de plusieurs matériaux de paroi, l’interaction entre les matériaux de paroi et la structure moléculaire microscopique n’est toujours pas claire. D’autres recherches au niveau moléculaire sont nécessaires pour fournir une base théorique pour la conception précise de microcapsules pour encapsuler l’astaxanthine.

3.3 système d’administration de liposomes

Les Liposomes sont des particules poreuses sphériques ultra-microscopiques formées par auto-agrégation de bicamines phospholipides concentriques dispersées dans une phase aqueuse. Ils ont une structure vésiculeuse avec des couches internes et externes hydrophiles et une couche intermédiaire hydrophobe [76]. Il peut non seulement encapsuler des substances polaires dans le noyau d’eau, mais aussi des substances non polaires dans la région non polaire formée par le phospholipide. Les méthodes courantes de préparation des liposomes comprennent l’injection de solvant [77], l’évaporation inverse [78], la dispersion de film mince [76], la sonication de film mince [79], etc.

As shown in Table 3, astaxanthin liposomes prepared from phosphatidylcholine as a raw material have an encapsulation rate of 97.68% and exhibit good storage stability [80]. However, conventional liposomes have defects such as being prone to oxidation and aggregation. Therefore, surface modification of liposomes is a factor in improving stability and encapsulation efficiency. Various polysaccharides (e.g., chitosan [81]) and proteins (e.g., lactoferrin) have been used as surface modifiers. Wu et al. [82] showed that the encapsulation of astaxanthin in liposomes increased the retention rate by 10% compared to free astaxanthin. Modified liposomes such as phosphatidylcholine galactose and phosphatidylcholine neocarboxymannan also had higher astaxanthin encapsulation efficiency and antioxidant activity than the original phosphatidylcholine liposomes. liposomes have higher encapsulation efficiency and antioxidant activity than the original phosphatidylcholine liposomes. The large number of hydroxyl groups on the polar head of the modified phospholipids helps to form hydrogen bonds on the membrane surface to improve stability.

En plus des liposomes simples, la préparation de liposomes complexes a également été un point critique de la recherche ces dernières années. La structure vésiculeuse à double couche des liposomes peut intégrer l’astaxanthine et la bactériocine dans la couche lipidique et la couche aqueuse, respectivement, sans s’affecter l’une l’autre. Il s’agit d’une substance ayant à la fois des effets antioxydants et des effets conservateurs [78]. Les excipients et l’équipement requis pour la préparation des liposomes sont relativement coûteux, et les liposomes à forte dose peuvent être très toxiques. À l’heure actuelle, il y a un manque de recherche sur l’évaluation de l’innocuité de l’astaxanthine stabilisée par liposome.

3.4 systèmes de distribution à l’échelle nanométrique

Outre les nanoliposomes et les nanomicelles, il existe également des technologies d’encapsulation de l’astaxanthine telles que les nanoparticules et les nanosuspensions.

3.4.1 nanoparticules

Nanoparticles are usually assembled from natural polymers such as proteins, polysaccharides and synthétiquepolymers [39]. They are an ideal carrier with special physical properties (e.g. uniformity, strong permeability, etc.) that can be used to encapsulate active substances, reduce external influences and achieve targeted Communiqué de pressein response to specific stimuli [84–85]. The choice of nanoparticle carrier can have a different effect on the stabilization of astaxanthin. For example, the water solubility, stability and bioactivity of astaxanthin are significantly enhanced when encapsulated in polymeric Les nanoparticulesprepared from polysaccharide-protein (alginate and chitosan) [86–87]. As shown in Table 4, nanoparticle-encapsulated astaxanthin has been shown to improve its stability. However, the potential toxicity of nanoparticles can have an impact on human health and the environment [88].

3.4.2 Nanodispersions

Les Nanodispersions sont des systèmes colloïdaux formés par la dispersion stable de nanoparticules dans un milieu de dispersion [89]. L’astaxanthine dans les nanodispersions est stabilisée par des émulsifiants, et la clé de la conception est d’optimiser le type et la quantité d’émulsifiant [90]. Par exemple, la combinaison de gélatine et d’autres substances actives peut améliorer la stabilité. Parmi eux, la nanodispersion de gélatine et de caséinate de sodium comme émulsifiants a montré le taux de dégradation de l’astaxanthine le plus faible [90]. La raison pourrait être que le caséinate de sodium a des groupes fonctionnels tels que les résidus de cystéine et les liaisons disulfées dans sa structure, qui peuvent piéger les radicaux libres et empêcher l’oxydation des lipides [91]. Une combinaison appropriée d’émulsifiants peut améliorer la performance de dispersion de l’émulsion et stabiliser l’astaxanthine en formant des complexes moléculaires à l’interface [92-93] (comme le montre le tableau 4).

3.5 comparaison des techniques de stabilisation de l’astaxanthine

3.5.1 effet de stabilisation

Bien qu’il y ait un nombre croissant de recherches sur la stabilisation de l’astaxanthine naturelle, il y a un manque d’études comparatives entre les différentes méthodes. En comparant les tableaux 1 à 4, basés sur les principes des différentes techniques de stabilisation et les effets de stockage de l’astaxanthine, on peut conclure que la stabilité thermodynamique inhérente des microémulsions et l’utilisation d’émulsions de Pickering avec des particules colloïdiennes au lieu d’émulsifiant traditionnel est meilleure que celle des émulsions traditionnelles (le taux de dégradation de l’astaxanthine est généralement inférieur à 20%); L’astaxanthine encapsulée dans des microcapsules est plus stable que les systèmes d’émulsion avec une faible auto-stabilité due à l’effet protecteur du matériau de la paroi, et le taux de rétention de l’astaxanthine peut atteindre 85%. L’astaxanthine dans les liposomes, les nanoparticules et les nanodispersions peuvent également protéger l’astaxanthine, mais elle est liée à des facteurs tels que les matières premières et les paramètres de processus. Par conséquent, la méthode de stabilisation la plus appropriée devrait être choisie en tenant compte de tous les facteurs.

3.5.2 problèmes avec chaque technologie

Bien que les technologies existantes de stabilisation de l’astaxanthine aient amélioré la stabilité de l’astaxanthine à des degrés divers, ils ont également leurs propres problèmes qui doivent être résolus. Le système d’émulsion lui-même a une faible stabilité, de sorte qu’une teneur élevée en émulsifiant est utilisée, ce qui non seulement augmente les coûts de production, mais rend également plus difficile le transport de l’émulsion [58]. La technologie de Microencapsulationnécessite habituellement l’aide du séchage par pulvérisation pour produire des particules de petite taille, ce qui est un processus complexe avec un investissement élevé en équipement et une consommation élevée d’énergie de production [45]. Les excipients requis pour les liposomes et le coût de l’équipement sont relativement élevés, et les liposomes à forte dose peuvent être très toxiques [76]. La préparation de nano-dispersions avec de bonnes performances se heurte au dilemme de la grande taille des particules, des procédés de préparation complexes, des matières premières coûteuses et des difficultés de stockage, et de la difficulté d’obtenir une production à grande échelle [90].

4 Conclusion et perspectives

L’astaxanthine naturelle a une activité biologique extrêmement élevée et une valeur médicinale, et a de larges perspectives d’application dans les domaines de l’alimentation, de la médecine et des cosmétiques. Cependant, l’instabilité des propriétés et des fonctions de l’astaxanthine naturelle due à sa propre structure, processus d’extraction et environnement de stockage limite l’effort de ses fonctions biologiques. La construction de divers systèmes de distribution d’astaxanthine tels que des émulsions, des microcapsules, des liposomes, des nanoparticules et des nanodispersions peut aider à améliorer la stabilité de l’astaxanthine naturelle et présenter différentes caractéristiques techniques.

Actuellement, le développement de systèmes d’administration d’astaxanthine tels que des émulsions, des microcapsules, des liposomes et des nanoparticules progresse à des vitesses différentes. Cependant, dans l’ensemble, la technologie actuelle de stabilisation de l’astaxanthine est encore au stade de la recherche préliminaire, et il y a encore beaucoup de problèmes scientifiques à résoudre. A. Renforcer la recherche fondamentale, combiner la simulation moléculaire et d’autres technologies pour concevoir la composition d’émulsifiants ou de matériaux de paroi à partir du niveau moléculaire, optimiser la structure du système de stabilisation et améliorer les effets d’encapsulation et de stabilisation; B. La recherche de systèmes plus écologiques et plus intelligents, tels que l’utilisation de solvants eutectiques, de nouveaux tensioactifs et d’émulsions sensibles; C. Se concentrer sur la corrélation et la continuité entre le système d’extraction d’astaxanthine, le système d’homéostasie, et le système de livraison d’application; D. Accélérer la mise en place de méthodes et de systèmes d’évaluation de la sécurité pour les systèmes d’homéostasie de l’astaxanthine.

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