Quelle est la méthode d’extraction de la poudre de bêta-carotène?

bêta-carotène is A agood food additive Et en plusnutritional supplement with strong free radical scavenging ability. It also has anti-Le cancerEt en plusanti-aging Les effets[1-3]. Due À propos dethese properties, the research Et en plusutilizatiSur leDe laβ-carotènehas increased significantly dansrecent years. The annual global demEt en plusfor β-carotèneis about 1,000 tons [4-5], Et en plusit has been widely used dansvarious fields such as medicine and food. This article reviews the research Sur leβ-carotèneextractionmethods, physiological functions and applications, with the aim De laproviding a reference for the research and development De laβ-carotene.

1 méthodes d’extraction du β-carotène

There are three madanssources De laβ-carotène en poudre: synthèse chimique, extraction végétale Et etfermentation microbienne. La méthode de fermentation microbienne de production du carotène n’est pas limitée par les conditions environnementales et présente les avantages d’une sécurité élevée et d’un faible coût. Les principales souches de bactéries utilisées pour fermenter et produire du β-carotène sont Cladosporium cladosporioides, Dunaliella salina, Brevibacterium linens et levure rouge. En raison des différentes sources de β-carotène, il existe également différentes méthodes d’extraction.

1. 1 Extraction avec des solvants organiques

Chen Yongbdans[6] [traduction] a étudié le processus d’extraction du β-carotène des patates douces «Hongxdans431» en concevant un plan d’essai orthogonal pour étudier quatre facteurs: la température du badansd’eau, le temps du bain d’eau, le rapport solvant d’extraction et le rapport matière/liquide. La combinaison optimale est la température 60 ° C, le temps d’extraction 45 min, le rapport liquide 2:50, le rapport acétone - éther de pétrole 2:3. Azmi Wamik et al. [7] [traduction] ont utilisé la technologie ultrasonique pour briser les cellules de levure rouge, puis ont extrait avec de l’hexane et de l’acétate d’éthyle (1:1, v/v), obtenant une concentration d’extraction maximale de 336 μg de β-carotène par gramme de poids de cellules souches.

Les avantages de la méthode d’extraction par solvant organique sont de faibles coûts d’investissement, une technologie mûre et une facilité d’industrialisation. Cependant, le taux d’extraction est faible et une variété de solvants sont nécessaires pour l’extraction. L’utilisation de grandes quantités de solvants organiques entraîne différents degrés de pollution, et ils ne sont pas faciles à recycler. Le bêta-carotène est instable pour l’oxygène, la chaleur et la lumière, et cette méthode peut causer l’isomérisation et l’oxydation du bêta-carotène.

1. Chromatographie sur 2colonnes

Liu Huilin et al. [8] used macroporous resin to extract and purify β-carotene produced by the viscous red yeast RM-1, and obtained the optimal adsorption and desorption conditions: X-5 adsorption resin, ether as the eluent, sample loading mass concentration 111.82 μg/mL, adsorption flow rate 1mL/min, and elution flow rate 0.5mL/min. Han Mei et al. [9] used two silica gel columns to extract and purify the main functional components of Saccharomyces cerevisiae oil. The yeast oil was dissolved in petroleum ether at 60–90 °C, and the silica gel column (ID 32 mm × 25 mm, silica gel particle size 200–300 mesh) was loaded. The elution conditions are 200 mL of petroleum ether with a gradient of 20% acetone added to 200 mL of petroleum ether, followed by a gradual gradient of 300 mL of 20% petroleum ether acetone solution, and then 300 mL of ethyl acetate added. The flow rate is 5 mL/min, and each tube is collected for 2 min. Nine components such as β-carotene, γ-carotene and red yeast were extracted and separated À partir dethe yeast oil.

Par rapport à d’autres méthodes d’extraction, la chromatographie sur colonne présente les avantages d’une faible consommation d’énergie, d’une récupération et d’une réutilisation faciles de l’éluent et d’une grande pureté du produit. Cependant, il présente également les inconvénients d’un procédé d’extraction complexe, une consommation longue et une grande quantité de solvant nécessaire. Il est difficile d’industrialiser la production réelle.

1. 3 extraction supercritique de CO2

Sorghum [10] a utilisé une méthode de surface de réponse pour optimiser les conditions d’extraction supercritique du Émissions de CO2du β-carotène du pollen d’abeille de la pastèque. On a constaté que les conditions optimales d’extraction étaient une température d’extraction de 51°C, une pression d’extraction de 34 MPa et un temps d’extraction de 80 min. dans ces conditions, le taux d’extraction du β-carotène atteignait 8. 79 mg /100g. Montero et al. [11] ont évalué la température, la pression, le temps d’extraction, le cosolvant et le débit de cinq facteurs nécessaires à l’extraction du β-carotène d’un cyanobactère marin. A 65 ° C et 30 MPa, avec l’ajout de 5% d’éthanol, le taux d’extraction du β-carotène a été le plus élevé pendant 2h (débit = 4kg/h).

Sabio et al. [12] ont utilisé la peau de tomate, un sous-produit de la transformation de la tomate, comme matière première et ont obtenu les conditions d’extraction suivantes: taille moyenne des particules de la matière première 0,345 mm, température d’extraction 80 °C, pression d’extraction 30 MPa, débit de CO2 0,792 kg/h et temps d’extraction 8,2 h. Le taux de récupération du β-carotène a été de 88%. Par rapport à la méthode traditionnelle d’extraction au solvant, l’extraction supercritique de CO2 n’a aucun résidu de solvant chimique, est sans pollution, protège l’activité physiologique de la substance active, et a un processus simple, et a été largement utilisé. En raison de la solubilité limitée du β-carotène dans le CO2, un entraîneur est nécessaire pour améliorer le taux d’extraction.

1. 4 extraction par ultrasons

L’extraction par ultrasons est une méthode d’extraction économes en énergie et efficace qui est apparue ces dernières années. Chen Li et al. [13] ont utilisé un essai orthogonal pour optimiser les conditions d’extraction du β-carotène de Trichoderma reesei par ultrasons: 15 fois la quantité d’acétate d’éthyle (v/w), 35°C, extraction ultrasonique de 100W pendant 40 minutes et extraction en deux étapes. L’ajout d’un antioxydant peut augmenter le taux d’extraction du β-carotène à 89,2%. Zhang Haixia [14] a utilisé de la poudre de carotte séchée comme matière première, avec des conditions de fonctionnement d’une température ultrasonique de 55°C, une puissance ultrasonique de 50W, une fréquence de 100KHz et un temps ultrasonique de 90min, et a obtenu un taux d’extraction de 85% pour le β-carotène. Soumen et al. [15] ont étudié la méthode d’extraction du β-carotène de la spiruline, et les conditions optimales étaient à 30°C, 50 mL de n-heptane avec addition de 1,5 g de spiruline (prétrempée dans le méthanol pendant 2 minutes), une intensité ultrasonique de 167 W/cm2 et un cycle d’utilisation de 61,5 %, un temps ultrasonique de 8 minutes et une longueur de pointe de 0,5 cm, avec un taux d’extraction maximal de 47,10 %.

Ashwini J. Purohit et al. [16] ont utilisé deux sources d’irradiation ultrasonique pour extraire le β-carotène des déchets de carottes au moyen d’une extraction assistée par ultrasons. Les résultats ont montré que: une irradiation ultrasonique de 50 min, une température de 50 °C, une puissance de 100 W, un rapport solid-solvant de 0,3:20 (g/mL) et l’utilisation d’une tige d’amplitude ultrasonique, le taux d’extraction du β-carotène atteint 83,32 %; En utilisant un bain ultrasonique, le taux maximal d’extraction était de 64,66 %.

L’extraction ultrasonique est facile à utiliser et a un taux d’extraction élevé. L’extraction par ultrasons est adaptable et peut être utilisée pour extraire des matériaux médicinaux chinois indépendamment de la nature des ingrédients ou du poids moléculaire, et convient pour extraire la plupart des types de matériaux et ingrédients médicinaux chinois. Il a également un effet protecteur sur les ingrédients actifs des herbes qui sont instables lorsqu’elles sont exposées à la chaleur, comme le β-carotène, et sont sujettes à l’hydrolyse ou à l’oxydation. Cependant, l’extraction par ultrasons est limitée par des facteurs tels que la taille des particules et la teneur en eau, et à ce stade, l’extraction par ultrasons est encore largement limitée à la recherche en laboratoire. Les applications industrielles sont toujours confrontées à des problèmes tels que la difficulté de faire coïncider la puissance ultrasonique avec les réservoirs industriels d’extraction à grand volume.

1.5 extraction par micro-ondes

Chen Lei et al. [17] ont utilisé l’extraction par micro-ondes pour extraire le β-carotène du wolfberry et ont étudié les effets de la puissance d’extraction par micro-ondes, du temps d’extraction, du rapport solide-liquide et de la température d’extraction sur le taux d’extraction du β-carotène. Sur la base d’expériences à facteur unique, le procédé d’extraction a été optimisé par des expériences orthogonales. Les résultats ont montré que les paramètres optimaux du procédé étaient: le wolfberry dans de l’éther d’acétone de pétrole (3:7) en tant qu’extractif, un rapport solide-liquide de 1:15, une température d’extraction de 25°C, un temps d’extraction de 80, et une puissance d’extraction de 400W, avec un taux d’extraction du β-carotène de 0,55 %. Sun Xiejun et al. [18] ont établi une méthode d’extraction par micro-ondes pour l’extraction rapide du β-carotène à partir de poudre salée: acétate d’éthyle comme solvant, puissance micro-ondes 500W, rapport liquide-solide 232mL/g, température d’extraction 42℃, temps d’extraction 7. 0min, vitesse d’agitation 180r/min, le rendement en β-carotène des algues salines était de 1. 03%.

L’extraction par micro-ondes de produits naturels tels que le β-carotène réduit le temps d’extraction, réduit la consommation de solvant, et améliore le taux d’extraction et l’efficacité d’extraction. Le chauffage par micro-ondes augmente rapidement la température, et l’effet de la température sur le β-carotène, comme l’isomérisation, doit être considéré.

1. 6 méthode d’extraction enzymatique

Zhang Weiwei et al. [19] studied the key process parameters for enzymatic hydrolysis to extract water-soluble β-carotene from carrots. The results showed that the optimal extraction process conditions were: 50 g of fresh carrots, directly homogenized, then 100 mL of 0.2 g/100 mL Tween-80 solution was added, The extraction conditions obtained from the response surface analysis optimization are 0.49 g of pectinase, enzymatic hydrolysis pH 6.08, ultrasonic time 41.58 min, pH adjusted to 6.0, stirred at 40 °C for 2 h, then 2 g of diatomaceous earth was added and filtered. The β-carotene extraction rate was 12.23 μg/g.

Lv Shuang [20] a utilisé l’hydrolyse enzymatique pour aider à l’extraction du β-carotène des carottes, et le meilleur procédé s’est avéré être un mélange d’acétate d’éthyle et d’éthanol absolu dans un rapport de volume de 2:1 comme agent d’extraction. Le traitement a été réalisé en utilisant un mélange enzymatique complexe de cellulase et de pectinase dans le même système tampon. La quantité de cellulase ajoutée était de 0,7%, la température d’hydrolyse enzymatique était de 55°C, le temps 180min, le pH 4. 6; Dosage de pectinase 12%, température enzymatique 55℃, temps 60min, pH 4. 6, taux d’extraction de β-carotène 99. 8%. SIMS et al. [21] ont constaté que le traitement de la purée de carottes avec de la pectinase et de la cellulase pouvait améliorer le rendement en jus, que le rendement en carotène était plus de deux fois supérieur à celui de la méthode d’extraction avec un seul solvant, que la stabilité était améliorée et que la couleur du jus de carottes devenait plus foncée. La méthode assistée par hydrolyse enzymatique pour extraire le β-carotène a les caractéristiques de la réaction douce, de la spécificité forte et de la basse énergie d’activation de réaction, qui peut considérablement améliorer le taux d’extraction. Cette technologie a des exigences élevées pour les conditions expérimentales de prétraitement enzymatique, et des facteurs tels que le type d’enzyme, la température optimale d’hydrolyse enzymatique, le pH et le temps doivent être examinés pour obtenir les conditions optimales du procédé.

2 fonction du β-carotène

Le β-carotène est une source importante de vitamine A. dès le 20ème siècle, Steenkbock [22] A découvert que le β-carotène peut avoir une activité de la vitamine A.

2.1 propriétés antioxydantes du β-carotène

Le bêta-carotène est un bon trempeur des radicaux libres. En raison de sa structure de polyène, il a une forte capacité de piégeage des radicaux libres, peut éliminer les radicaux libres d’oxygène, l’oxygène singlet et réduire la production de produits d’oxydation des lipides, et améliorer considérablement le corps et#39; S statut antioxydant. Yuan Lei et al. [23] ont utilisé la méthode DPPH, la méthode de l’acide salicylique et la méthode d’auto-oxydation du trioxyde d’ortho-phénylène pour caractériser la capacité du β-carotène à récupérer les radicaux libres DPPH ·, les radicaux hydroxyles et les radicaux anioniques superoxyde, respectivement. Les résultats ont montré que le β-carotène a une forte capacité de récupération des radicaux libres, et la capacité de récupération suit une relation dose-effet; À une concentration de 100 μg/mL, les taux de récupération des radicaux DPPH, des radicaux hydroxyles et des anions superoxydes étaient respectivement de 65,50 %, 69,22 % et 69,50 %. Liu Xiaogeng et al. [24] ont constaté que le β-carotène a un fort effet de piégeage sur les radicaux DPPH. Lorsque la concentration massique de β-carotène est supérieure à 80μg/mL, sa capacité à récupérer les radicaux DPPH est comparable à celle de la vitamine E Eet supérieure à celle du BHT; Dans une certaine gamme, plus la concentration massique de β-carotène est élevée, plus sa capacité à récupérer les radicaux de DPPH est forte. Lorsque la concentration massique de β-carotène augmente jusqu’à une certaine valeur critique, le taux de récupération des radicaux de DPPH reste stable.

Le bêta-carotène peut atteindre un bon effet antioxydant en 30 minutes. Liu Mingmei et al. [25] ont ajouté différentes concentrations de bêta-carotène à l’alimentation des chèvres. Lorsque la concentration de bêta-carotène ajoutée dans l’alimentation était de 82,5 mg/ j, les activités du SOD, du GSH-Px et du CAT et la concentration de T-AOC dans le sérum de chèvre étaient toutes extrêmement significativement plus élevées que celles du groupe témoin. La teneur en MDA du sérum de toutes les chèvres traitées était extrêmement inférieure à celle du groupe témoin, ce qui montre que l’ajout d’une quantité appropriée de β-carotène dans l’alimentation peut améliorer la capacité antioxydante des chèvres. Daniel et al. [26] ont évalué l’effet antioxydant du β-carotène dans les liposomes et les membranes microsomiques: lors de la préparation des liposomes, le groupe expéritionnel a ajouté 0,35 % de β-carotène aux liposomes de diacylphosphatidylcholine, qui inhibaient la peroxydation lipidique causée par l’haaph; Aucun effet antioxydant n’a été observé dans le groupe témoin des suspensions de liposomes sans addition de β-carotène.

2.2 régulation du système immunitaire par le β-carotène

Dans certaines conditions, le β-carotène peut améliorer le corps et#L’ immunité cellulaire, l’ immunité humorale et la réponse immunitaire non spécifique augmentent la résistance à certaines maladies et améliorent la santé. Qiao Dong et al. [27] ont utilisé deux méthodes pour administrer le β-carotène à des souris: le gavage et l’injection intrapéritonéale. Les changements dans la teneur en 24 cytokines dans le sérum de souris ont été mesurés à l’aide d’une technique de détection de puce liquide. Il a été constaté que le β-carotène peut favoriser la production de cytokines inflammatoires, et l’intensité de l’effet sur les cytokines varie selon les voies différentes.

Le β-carotène régule le corps et#Les voies de signal impliquées dans son action impliquent NF-κB, JAK-STAT et d’autres voies. Amar et al. [28] ont utilisé du β-carotène d’origine naturelle pour traiter par voie orale la truite arc-en-ciel et les ont nourris pendant 9 semaines afin d’évaluer son effet sur les mécanismes de défense non spécifiques de la truite arc-en-ciel. Les résultats ont montré que le β-carotène peut augmenter significativement la concentration de lysozyme sérique et peut réguler certains des mécanismes de défense innés de la truite arc-en-ciel. Cucco et al. [29] ont montré que l’ajout de 27 mg/kg de β-carotène au régime alimentaire des perdrix adultes améliorait considérablement l’immunité des femelles. Des concentrations élevées de β-carotène ont été détectées dans le blanc d’œuf de ces œufs, et la capacité d’éclosion de ces œufs était plus élevée, et les œufs avaient des propriétés antibactériennes plus fortes. Cependant, aucune différence significative n’a été observée chez les oiseaux mâles.

2. 3 améliorer les performances de reproduction

En ajoutant différents niveaux deβ-carotène dans l’alimentation, la performance de reproduction et le taux de survie de la progéniture peuvent être améliorés. Le mécanisme par lequel il améliore la performance de reproduction animale peut être que, en tant qu’antioxydant physiologique, il peut protéger des organelles cellulaires importants en protégeant les follicules hautement actifs et les cellules utérines contre les dommages des radicaux libres. Cela permet d’optimiser la fonction des stéroïdes dans les cellules ovariennes et la sécrétion d’importantes protéines utérines, améliorant ainsi l’environnement utérin [30]. Ren Yanli et al. [31] ont ajouté différentes concentrations de poudre bactérienne de β-carotène à l’alimentation de base des canards pondants et l’ont nourrie pendant 15 jours. Les résultats ont montré que l’ajout de 1000 mg/kg de poudre bactérienne de β-carotène peut réduire le rapport de nourriture aux œufs de 12,4%, augmenter le taux de production d’œufs de 1,94%, et augmenter la couleur des œufs de 5 degrés.

Ge Jinshan et al. [32] ont utilisé un plan de blocs randomisés à un facteur non jumelé pour mener une expérience sur la croissance des truies. Les résultats ont montré que l’ajout de β-carotène à l’alimentation peut réduire significativement le nombre de porcelets faibles et de mortinaissances; Et augmenter le poids moyen à la naissance et le poids individuel au sevrage. Liu Ruxiang et al. [33] ont utilisé des taureaux Holstein comme sujets expérimentaux, selon un plan expérimental à un seul facteur et un regroupement aléatoire. Les taureaux ont reçu un régime de base et un régime d’essai complété par du β-carotène (basé sur la matière sèche de l’alimentation à l’air). La période d’essai a été de 6 mois, les effets de différents niveaux d’addition de β-carotène sur la qualité du sperme et les indicateurs sériques des taureaux reproducteurs ont été observés. Il a été constaté que l’ajout de β-carotène peut augmenter significativement la teneur sérique en β-carotène des taureaux reproducteurs, tandis que la concentration de testostérone dans le sérum et le plasma séminal augmente d’abord, puis diminue avec l’augmentation du taux d’addition de β-carotène; Le volume d’éjaculat et la motilité des spermatozoïdes frais des taureaux reproducteurs sont significativement plus élevés que ceux du groupe témoin, et la densité de sperme est également significativement plus élevée que celle du groupe témoin.

2. 4 β-carotène pour la prévention et le traitement du cancer

Le β-carotène a un effet préventif et thérapeutique sur divers cancers par différents mécanismes. Il peut inhiber la prolifération des cellules cancéreuses, induire l’apoptose dans les cellules cancéreuses et réduire les réactions indésirables de la chimiothérapie. Cui Bokang et al. [34] ont constaté que le traitement du β-carotène peut inhiber de manière significative la croissance tumorale et augmenter les niveaux de NK, IL-2, tnf-α, WBC, TP, ALB et A/G dans le sang, ainsi que l’activité réduite de l’alt, de l’ast et de l’alp. L’analyse pathologique des tissus hépatiques a montré que le traitement au β-carotène pouvait réduire les dommages aux tissus hépatiques chez les rats CHC. On peut en conclure que le β-carotène peut améliorer la fonction immunitaire des rats HCC et inhiber la croissance tumorale.

L’expérience de gopher a démontré l’effet du β-carotène sur le cancer de la bouche. Utilisation du diméthylbenzanthracène pour induire un modèle de cancer des muqueuses buccales chez les gerbilles. Les caroténoïdes naturels peuvent réduire significativement l’expression élevée du facteur de nécrose tumorale et inhiber l’expression de l’il-10. Senesse et al. [35] croient que le β-carotène a un certain effet immunomodulateur local sur les lésions prémalignes de la muqueuse de la joue du gerbille, peut interférer avec le processus d’induction tumorale par des facteurs cancérogènes, et a un effet chimiopréventif sur le cancer de la cavité buccale.

Matos et al. [36] ont mené une expérience à l’aide d’un modèle de dommages oxydatifs induits par le fer dans les proétats de rats. Après une injection intrapéritoneale de β-carotène (10 mg/kg) pendant 5 jours, la concentration de résidus de Fe-NTA dans le plasma a été mesurée, qui était significativement inférieure à celle du groupe témoin, indiquant une réduction des dommages lipidiques et prouvant que le β-carotène a un effet préventif sur le cancer de la prostate. De plus, Kim et coll. [37] ont constaté que l’incidence du cancer de l’estomac chez les personnes qui consomment plus d’aliments riches en β-carotène peut être réduite de 33%. Tamimi et al. [38] ont effectué un test de plasma et une étude cas-témoin immuée sur 969 femmes et ont constaté que les femmes ayant des niveaux élevés de caroténoïdes comme le β-carotène dans leur plasma avaient un risque de cancer du sein inférieur de 25% à 35% que les femmes ayant de faibles niveaux de caroténoïdes.

2. 5 autres fonctions

Afin d’étudier l’effet du β-carotène sur les jonctions serrées des cellules épithéliales intestinales, Dong Hongwei et al. [39] [traduction] ont prétraité des cellules épithéliales jéjunales porcines avec du β-carotène et les ont stimulées avec du lipopolysaccharide. La viabilité cellulaire et la résistance électrique transmembranaire ont été mesurées. Les résultats ont montré que comparé au groupe témoin et au groupe de stimulation des lipopolysaccharides, le groupe β-carotène avait la plus grande viabilité cellulaire IPEC-J2 et la résistance transmembranaire, indiquant que le β-carotène a un effet protecteur sur les jonctions tendues des cellules épithéliales intestinales.

Rauscher et al. [40] [traduction] added naturelβ-carotene extracted from vegetables and fruits to a histidine-deficient strain of Salmonella typhimurium and found that the bacterial mutagenicity of AFB1, BaP, CP and IQ was reduced by 72%, 67%, 53% and 27% respectively, demonstrating the antimutagèneeffect of β-carotene in vitro. Bechor et al. [41] found that β-carotene can inhibit atherosclerosis by improving the outflow of cholesterol from macrophages. β-carotèneis a relatively safe and stable natural food coloring agent that has been widely used in the food and natural coloring industries. In addition, β-carotene also has the effect of protecting against light, preventing eye diseases, cataracts, and preventing multiple degenerative diseases caused by aging and senility [42-43]. Oral β-carotene can reduce the risk of Alzheimer' S maladie [44].

3 Application

Beta-carotene is a permitted coloring agent in GB 2760-2011 “National La nourritureSafety Standard - Food Additive Use Standards”, and is recognized as an excellent nutrient pigment in Class A. It is also permitted for use in 52 countries and regions around the world. It is reported that the annual global demand for β-carotene is about 1,000 tons, and its annual sales in China are about 4 to 5 tons [4]. The color of β-carotene itself can cover all color systems from red to yellow, which is very suitable for the development of oily products and protein products. After being processed with microcapsules, β-carotene is soluble in water and can be used in almost all Produits alimentairesand feeds. Due to its coloring, antioxidant, and immunity-enhancing properties, β-carotene has been widely used in the production of natural colorants, food additives, nutritional foods, health products, pharmaceuticals, cosmetics, and bioengineering products.

4 perspectives

La combinaison de technologies modernes telles que l’extraction par ultrasons, l’extraction par micro-ondes et l’hydrolyse enzymatique avec les méthodes traditionnelles d’extraction par solvant organique peut effectivement augmenter le taux d’extraction du β-carotène et raccourcir le temps d’extraction. En outre, il faut trouver des méthodes adaptées à la production industrielle à grande échelle pour répondre à la demande de β-carotène. Dans le même temps, les sources de β-carotène doivent être développées, comme l’utilisation d’écorces de fruits et de résidus de déchets de fruits et de légumes pour l’extraction.

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