Quelles sont les méthodes de Production de l’astaxanthine?

L’astaxanthine est un caroténoïde à haute valeur économique et pratique. Il a attiré beaucoup d’attention en raison de ses différentes fonctions physiologiques. L’astaxanthine a une activité antioxydante plus forte que la vitamine E et le β-carotène [1], et peut effectivement inhiber les dommages oxydatifs et les changements cancéreux dans les cellules [2]. Il a également beaucoup d’autres effets, tels que l’anti-hypertension, la prévention des maladies cardiovasculaires, l’amélioration immunitaire, et la protection contre les rayons ultraviolets. En outre, l’astaxanthine peut également être utilisée comme additif alimentaire en raison de ses propriétés antioxydantes et d’autres activités physiologiques et biochimiques [3]. Par conséquent, l’application de l’astaxanthine dans les domaines de la médecine, de l’alimentation humaine, des aliments pour animaux, des produits de santé et des cosmétiques augmente de jour en jour.

Cet article décrit les propriétés structurelles, les sources et les méthodes de La productionde l’astaxanthine, en se concentrant sur la voie de biosynthèse de l’astaxanthine produite par Phafia rhodozyma, les conditions de culture de fermentation, et les méthodes d’extraction et de purification de l’astaxanthine à partir de cellules brisées, fournissant une base théorique pour la production industrielle d’astaxanthine.

1 propriétés et structure de l’astaxanthine

L’astaxanthine est un composé terpène insaturé avec le nom chimique 3,3' dihydroxy-β,β' -carotène 4,4'-dione et formule moléculaire C40H52O4[4]. Il a un point de fusion de 216 °C et un point d’ébullition de 774 °C à 100 kPa[5]. L’astaxanthine est hydrophobe et est facilement soluble dans les solvants organiques tels que le benzène, le chloroforme, l’acétone et le sulfure de diméthyle à la température ambiante [6], et légèrement soluble dans les solvants organiques à polarité plus élevée tels que le méthanol, l’éthanol et l’éther de pétrole. L’astaxanthine est sensible à la lumière, à l’oxygène, à la température et à d’autres facteurs, et est sujette aux réactions de dégradation, perdant ainsi son activité biologique.

L’astaxanthine naturelle se compose d’une longue chaîne carbonée avec quatre structures d’isoprène et une double liaison conjuguée, et d’un anneau à six membrages avec des groupes α-hydroxy-cétone aux deux extrémités. La structure moléculaire est similaire à celle du β-carotène. Les deux groupes hydroxyle sur le six membres sur l’hexamer forment le centre chiral, qui forme l’astaxanthine dans trois configurations différentes: levorotary (3S-3'S), dextrorotatif (3R-3'R) et racémique (3R-3&)#39;S).

Haematococcus pluvialis contient 1,5% à 3,0% (3S-3'S) astaxanthine en poids sec, principalement sous forme de diesters et de monoesters de l’astaxanthine [7]. En 1972, PHAFF H J[8] a constaté que la levure de PHAFF rouge pouvait synthétiser l’astaxanthine et produire le dextrorotatoire (3R-3'R) astaxanthine. A l’heure actuelle, on sait que seule la levure de phaff rouge produit de l’astaxanthine naturelle avec le (3R-3'R) et cette configuration naturelle de l’astaxanthine a une biodisponibilité plus élevée dans le corps humain [9].

2 sources naturelles et méthodes de production de l’astaxanthine

2.1 sources naturelles

L’astaxanthine est largement présente chez les animaux (comme les animaux aquatiques et les oiseaux), les plantes, les champignons, les algues et les bactéries. Le saumon sauvage obtient de l’astaxanthine à partir de la chaîne alimentaire, mais le saumon d’élevage obtient la couleur caractéristique de sa chair à partir d’aliments contenant de l’astaxanthine [10]. La couleur brillante des plumes de flamants roses est également due à la présence d’astaxanthine. Le contenu et l’état d’astaxanthine chez les animaux varient. Par exemple, l’astaxanthine dans les muscles, les organes internes et le plasma du saumon est principalement à l’état libre, tandis que l’astaxanthine dans la peau, les écailles et les œufs est principalement sous forme estérifiée. Aucun animal ne peut synthétiser l’astaxanthine à partir de zéro, et elle doit être obtenue à partir d’algues, de levure et de plantes [11]. À l’heure actuelle, l’astaxanthine est largement utilisée, et la demande des consommateurs est en constante augmentation. Se fier uniquement à l’astaxanthine présente dans la chaîne alimentaire est insuffisant pour répondre aux besoins de diverses industries. Les méthodes existantes de production d’astaxanthine comprennent principalement la synthèse chimique, l’extraction naturelle et la biosynthèse.

2.2 méthodes de Production

2.2.1 synthèse chimique

La méthode de synthèse chimique se réfère à la production d’astaxanthine en utilisant des réactions chimiques et biocatalytiques à plusieurs étapes. Selon les différences dans la méthode de synthèse, la méthode de synthèse chimique est divisée en la méthode de semi-synthèse et la méthode de synthèse totale. La méthode de semi-synthèse fait référence à la méthode de préparation de l’astaxanthine utilisant des substances précurseurs (telles que la lutéine et la canthaxanthine) dans la voie métabolique de l’astaxanthine en tant que matières premières; La méthode de synthèse totale fait référence à la méthode d’obtention de l’astaxanthine par synthèse chimique complète [12].

L’astaxanthine synthétisée chimiquement présente les avantages d’un faible coût de production, d’un rendement élevé et d’une pureté d’astaxanthine de plus de 96% [13]. Cependant, l’astaxanthine synthétisée chimiquement est un mélange de diverses conformations et contient des sous-produits, et son taux d’absorption et d’utilisation dans le corps est faible [14]. Sa stabilité, sa sécurité et son activité antioxydante sont inférieures à celles de l’astaxanthine extraite naturellement [15].

2.2.2 méthode d’extraction naturelle

L’astaxanthine naturelle se trouve principalement dans les organismes marins. La méthode d’extraction de l’astaxanthine en broyant la crevette, le crabe et d’autres sous-produits transformés riches en astaxanthine, en éliminant la chaux et en utilisant des solvants organiques est appelée méthode d’extraction naturelle. Cette méthode de préparation peut favoriser le développement de l’aquaculture tout en réduisant la pollution de l’environnement causée par les sous-produits de déchets des produits aquatiques. Cependant, étant donné que les coquilles rejetées de crevettes et de crabes ont une teneur élevée en cendres et en chitine et que la faible teneur en astaxanthine complique le processus d’extraction, les coûts d’extraction sont élevés [16].

2.2.3 méthode de fermentation microbienne

La méthode d’utilisation de levure, d’algues et de bactéries pourProduire de l’astaxanthine est appelée la méthode de fermentation microbienne....... Les principales souches sont les algue verte monocellulaire Haematococcus pluvialis, Chlorella aeruginosa [11], Rhodotorula rubra, Rhodotorula glutinosa [18] et Paracoccus [19-20]. La production d’astaxanthine par fermentation a une structure claire, peu de sous-produits et est respectueuse de l’environnement. Cependant, elle est limitée par des facteurs tels que le faible rendement, les conditions d’élevage strictes et les coûts élevés de culture. L’utilisation de matériaux de culture bon marché et la sélection et la sélection de souches de haute qualité et à haut rendement pour permettre la production industrielle sont des facteurs clés dans la production d’astaxanthine à base de fermentation microbienne.

3 microorganismes producteurs d’astaxanthine

3.1 algues produisant de l’astaxanthine

De nombreuses algues peuvent produire de l’astaxanthine, comme Haematococcus pluvialis, Chlamydomonas, Acetabularia, Euglena, etc. Haematococcus pluvialis est une algue verte unicellulaire d’eau douce appartenant au genre Chlorophyta, Chlorophyceae, Haematococcus, et est la principale algue productrice d’astaxanthine. L’astaxanthine dans les cellules d’haematococcus pluvialis existe principalement sous forme d’astaxanthine diestérifiée et d’astaxanthine monoestérifiée, avec une petite quantité à l’état libre. Cependant, Haematococcus pluvialis a une longue période de croissance, des conditions d’élevage strictes, nécessite de la lumière, a des sites de production limités, et de l’astaxanthine est présente dans les spores à parois épaisses, qui ont un faible taux d’extraction et une mauvaise continuité [21-23]. En 2010, le ministère de la santé a approuvé Haematococcus pluvialis comme nouvelle source de nourriture. Depuis lors, une variété d’aliments naturels riches en Haematococcus pluvialis astaxanthine ont été approuvés par la Food Et en plusDrug Administration de l’état. Ces mesures ont eu un impact positif sur la promotion de la recherche et du développement sur les produits d’astaxanthine et le développement rapide de l’industrie [24].

Chlorella pyrenoidosa est une autre algue verte qui produit de l’astaxanthine naturelle. La teneur en astaxanthine de Chlorella pyrenoidosa est inférieure à celle de Haematococcus pluvialis, mais cette algue présente des avantages spéciaux pour la culture. Chlorella pyrenoidosa est un hétérotrophe aérobie qui peut utiliser le glucose comme seule source de carbone. Il pousse rapidement, peut atteindre des densités cellulaires ultra-élevées, est moins sensible aux conditions environnementales défavorables et est facile à cultiver à l’intérieur et à l’extérieur.

3.2 bactéries produisant l’astaxanthine

L’astaxanthine se trouve dans une variété de bactéries telles que Brevibacterium, Corynebacterium, et Mycobacterium lacticola. Bien que la teneur en astaxanthine de la plupart des bactéries soit beaucoup plus faible que celle des algues et Rhodotorula glutinis [25-27], le problème de la faible production d’astaxanthine dans les bactéries peut être amélioré en introduisant des gènes liés à la synthèse de l’astaxanthine dans les bactéries. En particulier, les bactéries gram-négatives [28] ont des parois cellulaires minces et facilement brisées, ce qui facilite l’extraction des pigments, et conviennent aux cultures de fermentation à grande échelle à haute densité [11]. La production d’astaxanthine par fermentation bactérienne peut réduire considérablement le coût de production de l’astaxanthine naturelle et est d’une grande importance pour la future production industrielle d’astaxanthine.

3.3 production de levure d’astaxanthine

Les principales souches utilisées dans la production d’astaxanthine par fermentation de levure comprennent Rhodotorula glutinis, Rhodotorula rubra[29], Rhodotorula benthica[30-31] et Rhodotrula glutinis.

Levure de fife rouge est la seule espèce dans le royaume des champignons, phylum des champignons, subphylum des champignons imparfaits, famille des cryptococcus, genre de levure de fife rouge. Il se reproduit en bourgeonnant pendant la reproduction asexuée et se métabolise par la respiration aérobie et la respiration anaérobie. C’est actuellement un champignon couramment utilisé pour la fermentation microbienne pour produire de l’astaxanthine au pays et à l’étranger [32-34]. La teneur en astaxanthine de la souche sauvage de Rhodotorula fava est de 0,05% de la masse cellulaire sèche, et certaines souches mutées peuvent atteindre 1,0%, représentant environ 80% de la teneur totale en caroténoïdes. La fermentation de levure rouge présente les avantages suivants dans la production d’astaxanthine: elle peut utiliser une variété de sources de carbone et d’azote pour produire de l’astaxanthine, et les cellules se développent et se multiplient rapidement, ce qui permet une culture à haute densité; Le cycle de production est court et le coût est bas; Les parois cellulaires sont facilement cassées, et l’astaxanthine produite est dans la configuration dextrorotatoire (3R-3'R) et est dans un état libre, qui est facilement absorbé par le corps humain. Après extraction, le corps cellulaire de levure peut être directement utilisé comme additif alimentaire [4,35].

4 biosynthèse de l’astaxanthine par la levure

De nombreuses études ont montré que le mévalonate (MVA), le pyrophosphate d’isopentenyl (IPP), le pyrophosphate de farnesyl (FPP), le diméthylallylpy-rophosphate, le pyrophosphate de géranyl-géranyl (GGPP), l’octahydro-lycopène, le tétrahydro-lycopène, le β-carotène, etc. sont des intermédiaires importants dans la voie de biosynthèse de l’astaxanthine. La voie de biosynthèse de l’astaxanthine dans la levure est divisée en deux étapes: la première étape est la synthèse du β-carotène; La deuxième étape est la production d’astaxanthine à partir du β-carotène par oxydation et hydroxylation [36].

Le caroténoïde dans la levure est dérivé de la voie de la méthionine, à partir du glucose, par la voie de la glycolyse (embden-meyerhof). (acétyl-coa), et trois trois molécules d’acétyl-coa se condensent pour former le MVA, qui est ensuite converti par phosphorylation et décarboxylation en pyrophosphate d’isopentenyl (C5). La pp est le précurseur synthétique de tous les composés de l’isopentenyle (tels que l’astaxanthine, le carotène et l’ergostérol). La ppi est condensée pour former du GGPP (C20), et deux molécules de GGPP subissent une dimérisation pour former le pigment rouge octahydro-tomate incolore, qui est considéré comme la première étape spécifique de la synthèse des caroténoïdes. Elle est suivie d’une déshydrogénation en plusieurs étapes et d’une cyclisation en une étape pour synthétiser le β-carotène [37]. Enfin, l’astaxanthine est produite à partir du β-carotène par une réaction enzymatique en deux étapes, dans laquelle la kétolase catalyse l’introduction de deux groupes cétoniques à la position 4 et l’hydroxylase catalyse l’introduction de deux groupes hydroxyle à la position 3 de la molécule de β-carotène.

5 contrôle et optimisation du processus de fermentation de la levure

Le conseil des ministresLevure productrice d’astaxanthineA une capacité métabolique élevée et peut utiliser des monosaccharides [38], des disaccharides et des polysaccharides, des acides organiques et des alcools. Il peut également utiliser rapidement des sources d’azote simples telles que l’ammonium, le nitrate, l’urée ou les acides aminés, ainsi que des mélanges complexes tels que l’extrait de levure, l’extrait de bœuf, l’extrait de malt ou le peptone. Il peut également utiliser des déchets industriels, ce qui peut réduire efficacement les coûts de production, comme les déchets provenant du processus de production du sucre, du processus de mouture humide du maïs [39] ou des solutions d’hydrolyse enzymatique du bois [40]. STOKLOSA R J et al. [41] ont utilisé de la bagasse de sorgho sucré (BSSB) dans un fermenteur de 2 L avec Pichia pastoris pour produire 65,4 mg/L d’astaxanthine, ce qui représentait 2,49 mg/g de l’astaxanthine totale. Cependant, les milieux à faible coût peuvent contenir des inhibiteurs inconnus de la production de carotène, ce qui les rend inadaptés au procédé de production [42].

La Fermentation de l’astaxanthine en présence d’hydrolysat de SSB basée sur les expériences ci-dessus a plutôt réduit la teneur en astaxanthine à 53,3 mg/L, ce qui peut être dû à l’effet inhibiteur des composés phénoliques dans la SSB [27,41]. Dans la plupart des cas, le milieu de culture doit être complété avec les nutriments nécessaires, et il peut également comprendre des inducteurs ou des précurseurs de la production de carotène [43]. L’ajout de certains ingrédients peut augmenter la production d’astaxanthine, comme l’ajout de jus de tomate frais [44] et de jus de carotte [45].

Les éléments nutritifs (sources de carbone, sources d’azote, ions métalliques, vitamines, etc.) et les facteurs physiques (température, pH, apport en oxygène, etc.) peuvent affecter la croissance cellulaire et la production d’astaxanthine. Les différentes souches utilisées dans la littérature ou les souches mutantes à haut rendement d’astaxanthine ont donné lieu à des compositions différentes du milieu de culture et des conditions du processus de fermentation (voir tableau 1). Parallèlement, les souches mutantes contiennent des fragments de gènes insérés au hasard, et la quantité ou l’emplacement et la nature fonctionnelle exacte des gènes insérés sont encore inconnus dans la plupart des cas, ce qui peut affecter la comparabilité entre la littérature. Les effets des nutriments et des méthodes de culture sur la croissance cellulaire et la production d’astaxanthine peuvent être résumés comme suit.

La levure rouge est une levure mésophile dont la température de croissance est comprise entre 0 et 27 °C. Selon la souche (mutante) utilisée, la température optimale pour la production d’astaxanthine et la croissance des cellules de levure se situe généralement entre 18 et 22 °C. Le pH optimal pour la synthèse de l’astaxanthine et la croissance des cellules de levure est généralement entre 5 et 6. La température optimale ou pH pour la croissance des cellules de levure est généralement différente de la température optimale ou pH pour la synthèse et l’accumulation de l’astaxanthine. Par conséquent, la modification du pH ou de la température pendant la fermentation peut augmenter la production d’astaxanthine pendant le processus de fermentation. Tant les souches mutantes que les souches sauvages, la température de culture et le pH du milieu de culture ont une forte influence sur la teneur en astaxanthine et la composition en caroténoïdes des cellules [52-53].

L’oxygène joue un rôle clé dans la biosynthèse de l’astaxanthine, et la quantité d’astaxanthine accumulée est liée au taux de transfert de l’oxygène. Un apport insuffisant en oxygène conduit à l’accumulation de β-carotène et réduit l’efficacité de l’oxydation de β-carotène en astaxanthine. Par conséquent, une quantité suffisante d’oxygène peut aider à l’accumulation d’astaxanthine [54]. Il existe une concentration critique d’oxygène dissous à une saturation d’air de 10 à 20%, en dessous de laquelle la concentration d’oxygène dissous inhibe la croissance cellulaire et la formation de caroténoïdes.

Cependant, une teneur excessive en oxygène inhibe la croissance des cellules de levure. Par conséquent, fournir la bonne quantité d’oxygène aux cellules de levure de fife rouge peut aider à améliorer la synthèse de l’astaxanthine. Par conséquent, la consommation d’oxygène des bactéries doit être déterminée lors de la culture de différentes souches afin d’ajuster la vitesse de l’équipement de fermentation. En plus d’ajuster la vitesse et de changer le débit d’air pour augmenter l’oxygénation, l’ajout de solvants organiques biocompatibles à haute solubilité en oxygène au milieu de culture en tant que vecteurs d’oxygène, tels que l’acide oléique, la n-dodécane, l’huile de soja, le Tween-80, et l’acétate d’éthyle, peut également améliorer le taux de transfert d’oxygène des cellules.

Pendant la phase de croissance exponentielle, des concentrations élevées de sucre inhibent les deux processus de synthèse du lycopène β-carotène et de synthèse du β-carotène astaxanthine. Par conséquent, les concentrations élevées de sources de carbone ne devraient pas être utilisées [54]. Cependant, aux stades ultérieurs de la croissance cellulaire, des concentrations élevées de sources de carbone peuvent favoriser l’accumulation de caroténoïdes [55]. Par conséquent, l’effet antagoniste de fortes concentrations de sucre peut être éliminé en utilisant un processus d’alimentation en lots, tout en obtenant une biomasse élevée et des concentrations élevées d’astaxanthine intracellulaire.

Dans l’industrie, le processus de fermentation de Rhodotorula glutinis est divisé en deux étapes: le stade de croissance cellulaire et le stade de maturation. En fournissant un faible rapport C/N (le rapport de la concentration de la source de carbone à la source d’azote), les cellules présentent d’abord une croissance rapide, et le taux de croissance ralentit graduellement à mesure que la concentration élevée des cellules est approchée. Au cours de cette phase, le taux de croissance des cellules est plus élevé que le taux de formation d’astaxanthine. Lorsque les cellules sont proches de la période de croissance stable, la conversion à un rapport carbone-azote élevé est commutée, et le taux de synthèse de l’astaxanthine est plus élevé que le taux de croissance cellulaire. Dans le même temps de fermentation, en régulant la concentration de la source de carbone et le rapport carbone/azote à différents stades de la fermentation bactérienne, le rendement cellulaire élevé et le rendement élevé d’astaxanthine peuvent être atteints simultanément.

La souche (mutante) et le milieu utilisés déterminent le contrôle de l’alimentation pour atteindre la productivité maximale du processus et peuvent être établis de plusieurs façons. Les exemples sont l’alimentation basée sur l’indice Monod, le contrôle pH-stat [40], le contrôle de culture DO-stat ou l’alimentation pulsée après détermination de la concentration de la source de carbone (voir le tableau 1). En évaluant les données du tableau 1, l’alimentation par impulsions et l’alimentation par lots semblent être de meilleures méthodes d’alimentation. Une autre façon d’augmenter l’astaxanthine pendant la phase de maturation est en ajoutant des sources de carbone lentement métabolisées telles que le glycérol ou l’acide acétique après la source de carbone métabolique initiale est épuisée.

6 méthodes de Purification de l’astaxanthine provenant de différentes sources

6.1 méthodes de rupture de la paroi cellulaire de l’astaxanthine

L’astaxanthine est un produit intracellulaire, et doit généralement passer par des étapes telles que la rupture de la paroi cellulaire, l’extraction et la purification avant de pouvoir être extrait des cellules de levure. Les méthodes de rupture de la paroi cellulaire couramment utilisées comprennent les méthodes mécaniques, les méthodes chimiques [56], les méthodes enzymatiques et le traitement thermique [57].

Les méthodes mécaniques utilisent un équipement mécanique pour déchirer les parois cellulaires et libérer le contenu par la pression osmotique à l’intérieur des cellules. Les principales méthodes sont le broyage par ultrasons, le broyage par perles, le broyage par pulvérisation et l’homogénéisation à haute pression. Les méthodes mécaniques sont largement utilisées car elles sont faciles à utiliser, mais elles peuvent facilement provoquer une élévation de la température de la solution à certains endroits, entraînant une perte d’astaxanthine.

Les méthodes chimiques comprennent principalement la méthode de diméthyl sulfoxide, la méthode de chauffage acido-basique et la perméation par solvant organique. La méthode d’extraction alcaline et la méthode d’hydrolyse acide nécessitent la consommation de grandes quantités d’acides alcalins et organiques pour briser les murs, ce qui augmente la quantité d’eaux usées déchargées, provoquant la pollution de l’environnement. En outre, les acides forts et les bases peuvent endommager l’astaxanthine. En utilisant une concentration d’acide lactique de 5,55 mol/L et une température de concassage de 30 ℃ pour la rupture de la paroi et l’extraction peut réduire les dommages à l’astaxanthine. Les teneurs finales en astaxanthine et en caroténoïdes totaux extraits étaient respectivement de 1 294,7 μg/g et de 1 516,0 μg/g, et l’astaxanthine représentait 85,4 % de l’extrait total [56].

Les enzymes β-glucanase et escargot peuvent hydrolyser le composant du squelette de la paroi cellulaire β-glucane, qui peut briser la paroi cellulaire plus efficacement que d’autres méthodes et éviter la perte d’astaxanthine due à la fuite de la cellule. Le traitement enzymatique a des conditions douces, de faibles exigences d’équipement, et le processus de traitement cause moins de pollution environnementale. L’astaxanthine extraite est également plus stable que celle obtenue par d’autres méthodes.

À l’heure actuelle, diverses méthodes d’extraction modernes ont été mises au point pour extraire des ingrédients actifs, tels que le champ électrique pulsé (PEF) [58], la microfluidisation à haute pression (HPMF), les liquides ioniques (ioniques liquides, ILs) [59] et d’autres technologies émergentes. L’application de PEF peut causer des dommages létaux aux cellules ou induire un stress sublétal par la perabilisation transitoire des membranes cellulaires et le mouvement électrophorétique de substances chargées entre les compartiments cellulaires. Certains chercheurs ont étudié l’utilisation du PEF pour extraire différents composés précieux de microalgues.

Le HPMF est une technologie émergente pour l’impact à grande vitesse, le cisaillement fort, les chutes de pression transitoires, les vibrations à haute fréquence, la cavitation et les ultra-hautes pressions (jusqu’à 200 MPa) dans les émulsions, la modification macromoléculaire et l’extraction de bioactifs. Par rapport à l’homogénéisation à haute pression conventionnelle, le HPMF a une conception différente de la vanne et de la chambre et une pression de fonctionnement plus élevée. ILs se composent de cations et d’anions qui sont maintenus lâchement ensemble et sont caractérisés par une pression de vapeur négligeable, une basse température de fusion, une excellente stabilité thermique et chimique.

En outre, ils ont une grande capacité de dissolution de la cellulose, et les mélanges de liquides ioniques ont un faible effet sur l’extraction des lipides de chlorelle. Par conséquent, ILs sont une nouvelle technique de rupture cellulaire qui peut être utilisé pour récupérer les lipides et les protéines de chlorelle. L’efficacité de la rupture de la paroi cellulaire pour l’extraction de l’astaxanthine d’haematococcus pluvialis a été comparée à l’aide de diverses techniques telles que PEF, échographie (US), HPMF, HCl et ILs. Les résultats ont montré que les traitements ILs, HCl et HPMF étaient les plus efficaces dans la perturbation cellulaire, avec un taux d’extraction de l’astaxanthine de plus de 80%, tandis que le PEF et l’éus étaient moins efficaces dans la perturbation de la paroi cellulaire [60]. Par rapport aux techniques traditionnelles de perturbation cellulaire, les techniques émergentes de perturbation cellulaire telles que PEF, HPMF et ILs ont moins d’impact sur l’astaxanthine. En outre, ils consomment moins de solvants, économisent du temps, économisent de l’énergie et respectent l’environnement.

6.2 méthodes d’extraction de l’astaxanthine

L’astaxanthine est une substance liposoluble qui est soluble dans les solvants organiques mais pas dans l’eau. Il peut être extrait à l’aide de solvants organiques polaires tels que l’acétone, l’éthanol, le méthanol et l’éther de pétrole. Les résultats de l’effet de différents solvants sur le taux d’extraction des caroténoïdes totaux du krill Antarctique montrent que l’éthanol anhydre a le meilleur effet d’extraction, avec un taux d’extraction total des caroténoïdes de 73,3% [61]. Cependant, l’astaxanthine est soluble dans les solvants organiques mais a une faible solubilité, de sorte que l’effet d’une extraction par solvant unique est limité. Huang Kaichen et al. [62] ont utilisé un mélange 2:1 d’acétate d’éthyle et d’éthanol comme solution d’extraction, et la teneur en astaxanthine extraite par chauffage acide était beaucoup plus élevée que celle d’une solution unique.

6.3 méthodes de Purification et de détection de l’astaxanthine

En ce qui concerne la purification de l’astaxanthine, la chromatographie en couche mince (TLC) et la chromatographie sur colonne sont principalement utilisées. La chromatographie en couche mince peut être utilisée pour déterminer simplement la composition des extraits bruts. Cependant, cette méthode a une faible résolution, une faible reproductibilité, est facilement influencée par des facteurs externes, impose des exigences élevées à l’opérateur et n’est pas propice aux opérations expérimentales post-épuration. Par rapport à d’autres méthodes d’épuration, la chromatographie sur colonne est la méthode la plus couramment utilisée car elle est peu coûteuse et commode pour remplacer les phases stationnaires et mobiles. La combinaison de différentes phases stationnaires et mobiles peut réaliser la séparation et la purification d’échantillons relativement simples, et a un large éventail d’applications.

La chromatographie en couche mince et la chromatographie sur colonne conviennent à la purification préalable. La purification ultérieure peut être effectuée à l’aide de la chromatographie liquide à haute performance (HPLC), qui peut atteindre un effet de purification de plus de 98%, mais le coût de préparation est élevé. La HPLC peut non seulement obtenir de l’astaxanthine de haute pureté, mais également déterminer avec précision la teneur en astaxanthine en utilisant une phase mobile appropriée et une colonne de chromatographie liquide haute performance C18 ou C30. Dans les expériences, la méthode de spectrophotométrie UV-Vis est souvent utilisée pour déterminer rapidement la quantité d’astaxanthine produite.

7 Conclusion et perspectives

L’astaxanthine a un vaste potentiel de développement et est d’une grande valeur et a une place pour le développement dans la médecine, les cosmétiques, les produits de santé, les additifs alimentaires, et d’autres domaines. L’astaxanthine naturelle et les processus de préparation de l’astaxanthine synthétisée chimiquement présentent certains inconvénients. À l’avenir, la recherche sur la synthèse microbienne de l’astaxanthine se concentrera sur le développement de souches à haut rendement présentant des traits génétiques stables, en utilisant des matériaux de culture peu coûteux, en explorant des procédés de production simples et en utilisant des techniques d’extraction et de purification avancées, rapides et précises pour réduire les coûts de production et améliorer le rendement et la pureté de l’astaxanthine.

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