Stabilité naturelle de l’astaxanthine dernières recherches

L’astaxanthine, un membre important de lA afamille des caroténoïdes, est nSur leseulement l’antioxydant le plus fort parmi les substances naturelles [3], mais a également des activités physiologiques importantes telles que anti-inflammatoire [4], anticancéreux [5], la préventiSur ledes maladies cardiovasculaires [6], le ralentissement du vieillissement [7], Et etl’amélioratiSur ledu mouvement du corps [8]. Par conséquent, l’astaxanthine a de bonnes perspectives d’applicatiSur lesur les marchés des produsonde santé, de l’alimentation, des médicaments, des cosmétiques Et etdes aliments pour animaux [9].

En 2010, la Chine et#39; l’annonce n ° 17 a approuvé Haematococcus pluvialis comme nouvel aliment ressource, et l’astaxanthine dérivée d’haematococcus pluvialis a été autorisée à être ajoutée à tous les types d’aliments et de boissons, sauf les aliments pour nourrissons [10]. Selon les 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 région asie-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.

Cet article passe en revue l’influence et les causes de la stabilité de l’astaxanthine naturelle sur sa propre structure, solvant d’extraction, conditions environnementales de traitement et de stockage. Il résume et compare les effets protecteurs, les caractéristiques techniques et les principes de base de la stabilisation de l’astaxanthine naturelle par les technologies d’émulsion, de microcapsule, de liposome et de nanoencapsulation. Enfin, il propose quelques perspectives basées sur la technologie existante de stabilisation de l’astaxanthine, qui fournit une certaine valeur de référence pour la protection et l’administration de l’astaxanthine.

1 aperçu de l’astaxanthine

L’astaxanthine, également appelée Haematococcus pluvialis lutéine, pigment rouge de la crevette, pigment jaune de la crevette, substance jaune de la crevette et pigment de la coquille du homard [12], est actuellement la substance 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.

L’astaxanthine a plusieurs doubles liaisons dans la partie linéaire de sa molécule, et chaque double liaison peut être dans la configuration Z (cis) ou E (trans). La configuration all-E est la structure la plus stable parce que les groupes ramifiés ne rivalisent pEn tant quepour des positions spatiales [16]. On a constaté que la structure de type z est présente aux positions 9, 13 et 15 de l’astaxanthine naturelle, de sorte que les isomères géométriques possibles de l’astaxanthine sont all-E, (9Z), (13Z), (15Z), etc. (comme le montre la Figure 1 (2)). En même temps, l’astaxanthine a un groupe hydroxyle dans chacune de ses structures terminales cycliques. Ces groupes hydroxyle libres peuvent former des esters avec des acides gras. Un groupe hydroxyle forme un ester avec un acidegras, qui est appelé un seul ester d’astaxanthine, tandis que deux groupes hydroxyle sont appelés doubles esters (comme le montre la Figure 1 (3)). Après estérification, son hydrophobicité et sa stabilité sont améliorées [16−17]. On peut voir que l’astaxanthine naturelle est diverse dans la forme, et les différentes structures moléculaires déterminent les différences dans la stabilité entre les astaxanthines.

1.2 Sources d’astaxanthine

Actuellement, l’astaxanthine est produite par synthèse chimique, biosynthèse et extraction naturelle. La synthèse chimique est divisée en synthèse totale et semi-synthèse: la synthèse totale utilise des matières premières chimiques comme matières premières et est produite par des réactions de synthèse chimique; La semi-synthèse utilise des caroténoïdes tels que la canthaxanthine, la lutéine et la zéaxanthine comme matières premières 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, RhodopseudomonEn tant quepalustris et coquillages de crustacés à l’aide d’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 produsonfonctionnels 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

Par rapport à la lutéine, à la vitamine C,au 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 des esters 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.

Les solvants eutectiques profondes (DESs) sont des solvants verts émergents qui sont des mélanges eutectiques d’un accepteur de liaison d’hydrogène (HBA) et d’un donneur de liaison d’hydrogène (HBD). DEL létudes ont montré que l’astaxanthine présente une meilleure stabilité dans les microémulsions de DES que dans les solvants organiques (éthanol, méthanol et acétone) [17]. De plus, l’activité antioxydante de l’astaxanthine extraite avec DES DES est plus élevée que celle extraite avec DES solvants organiques [33], et le DES acide est plus favorable à la dissolution de l’astaxanthine [34]. Par conséquent, le DES est une bonne alternative aux solvants organiques et aux liquides ioniques. En résumé, le choix du solvant pour l’extraction de l’astaxanthine doit être considéré de manière globale sous 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 sodansd’éviter la lumière pendant l’extraction, le stockage et l’utilisation.

2.3.2 température

Les températures élevées ont un effet nocif significatif sur la plupart des substances bioactives. L’astaxanthine doit être stockée à basse température pour ralentir sa dégradation. De nombreuses études ont montré que la stabilité des extraits d’astaxanthine diminue avec l’augmentation de la température. Par exemple, l’absorbance des extraits d’astaxanthine stockés à 4 °C reste inchangée, tandis que le taux résiduel d’astaxanthine n’est que d’environ 30% après avoir été stocké à 70 °C pendant 6 h [36]. De même, après l’entreposage de l’huile d’astaxanthine à moins de 60 °C pendant une heure, le taux de perte de l’astaxanthine était inférieur à 2%, tandis que lorsque la température d’entreposage a atteint plus de 80 °C,le taux de perte dépassait 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 alcaldansA 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 queAstaxanthine naturellePossède de fortes propriétés antioxydantes, sa structure très insaturée signifie qu’il a tendance à se dégrader chimiquement lorsqu’il est exposé 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’encapsulationd’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

Le système d’émulsion pour délivrer l’astaxanthine consiste à dissoudre l’astaxanthine dans une phase organique, puis à disperser entièrement la phase organique dans une phase aqueuse contenant un émulsifiant, et à former un système colloïd sous l’action de certaines forces externes (telles que l’agitation, l’homogénéisation, les ultrasons, etc.) [42]. En plus des émulsions traditionnelles, des nanoémulsions, des microémulsions, des émulsions de La centrale de Pickeringet des émulsions multicouches ont graduellement émergé au cours des dernières années. Le développement rapide de la technologie de stabilisation de l’astaxanthine a été favorisé par la mise à jour de la technologie de préparation des émulsions, l’itération des ingrédients et la diversification des fonctions (comme le montre le tableau 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

«L’émulsion multicouche» est une technologie émergente pour encapsuler l’astaxanthine. 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

L’encapsulation de l’astaxanthine dans une matrice de matériau de paroi (liquide/solide, matériau homogène/hétérogène, etc.) peut protéger l’astaxanthine contre les interférences externes [61]. Les méthodes courantes comprennent le séchage par pulvérisation [62], la lyophilisation [63] et la coacervation complexe [64]. Le tableau 2 présente les paramètres du procédé, l’efficacité d’encapsulation et la stabilité de ces techniques de microencapsulation à l’astaxanthine. Le séchage par pulvérisation est rapide, simple et économique, mais le séchage à une température trop élevée peut endommager le matériau du noyau [62]. En revanche, l’état congelé à basse température de la méthode de lyophilisation peut protéger efficacement l’astaxanthine interne, mais elle prend du temps et entraîne des coûts d’exploitation élevés [63]. Bien que la méthode de coacervation ne nécessite pas de solvants organiques ni de températures élevées et qu’elle convient à l’industrie alimentaire, le taux d’encapsulation de cette méthode est généralement faible [65]. Par conséquent, il est important de comprendre les principes, les conditions de fonctionnement, les paramètres de processus, les avantages et les inconvénients de chaque méthode afin de préparer des microcapsules d’astaxanthine avec de bonnes propriétés.

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.

Comme le montre le tableau 3,Liposomes d’astaxanthinePréparé à partir de phosphatidylcholine comme matière première ont un taux d’encapsulation de 97,68 % et présentent une bonne stabilité d’entreposage [80]. Cependant, les liposomes conventionnels présentent des défauts tels que d’être sujets à l’oxydation et à l’agrégation. Par conséquent, la modification de surface des liposomes est un facteur dans l’amélioration de la stabilité et de l’efficacité d’encapsulation. Divers polysaccharides (p. ex., le chitosun[81]) et protéines (p. ex., la lactoferrine) ont été utilisés comme modificateurs de surface. Wu et al. [82] ont montré que l’encapsulation de l’astaxanthine dans les liposomes augmentait le taux de rétention de 10% par rapport à l’astaxanthine libre. Les liposomes modifiés tels que la phosphatidylcholine galactose et la phosphatidylcholine néocarboxymanne avaient également une efficacité d’encapsulation de l’astaxanthine et une activité antioxydante plus élevées que les liposomes originaux de la phosphatidylcholine. Les liposomes ont une efficacité d’encapsulation plus élevée et une activité antioxydante que les liposomes originaux de phosphatidylcholine. Le grEt en plusnombre de groupes hydroxyle sur la tête polaire des phospholipides modifiés aide à former des liaisons d’hydrogène sur la surface de la membrane pour améliorer la stabilité.

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

Les nanoparticules sont habituellement assemblées à partir de polymères naturels tels que des protéines, des polysaccharides et des polymères synthétiques [39]. Ils sont un support idéal avec des propriétés physiques spéciales (p. ex. uniformité, forte perméabilité, etc.) qui peuvent être utilisés pour encapsuler des substances actives, réduire les influences externes et obtenir une libération ciblée en réponse à des stimuli spécifiques [84-85]. Le choix du porteur de nanoparticules peut avoir un effet différent sur la stabilisation de l’astaxanthine. Par exemple, la solubilité dans l’eau, la stabilité et la bioactivité de l’astaxanthine sont considérablement améliorées lorsqu’elle est encapsulée dans des nanoparticules polymères préparées à partir de polysaccharide-protéine (alginate et chitosan) [86-87]. Comme le montre le tableau 4, il a été démontré que l’astaxanthine encapsulée par nanoparticules améliore sa stabilité. Cependant, la toxicité potentielle des nanoparticules peut avoir des répercussions sur la santé humaine et l’environnement [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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