Quelle est la méthode de Production de la poudre de bêta-carotène?

Le bêta-carotène est un pigment naturel largement présent dans diverses plantes, algues, champignons et bactéries. Les fonctions antioxydantes et colorantes du bêta-carotène sont utilisées dans la médecine, la nourriture, les cosmétiques et d’autres domaines. Les propriétés antioxydantes du bêta-carotène [1] sont d’une grande importance pour la santé humaine. Ces dernières années, la découverte d’un plus grand nombre de fonctions médicinales et de santé du β-carotène et la demande croissante d’additifs alimentaires naturels ont conduit à une augmentation annuelle de la demande de β-carotène. Voici un résumé du processus de production du β-carotène.

1 synthèse chimique

Au début de la production industrielle de β-carotène, les matières premières chimiques organiques étaient principalement utilisées pour synthétiser le β-carotène par des réactions chimiques [2]. Actuellement, la plupart des industries utilisent la β-ionone ou la vitamine A et ses dérivés comme matières premières pour la production. Par exemple, BASF en allemagne utilise la β-ionone comme matière première et la synthétise de manière C15+C10+C15 via la réaction Wittig, avec un rendement de 25%. Les produits chimiquement synthétisés ont la grande pureté, la bonne stabilité de pigment, sont faciles à mélanger, et ont le coût bas. Dans le contexte de l’accent mis sur la santé verte, le β-carotène synthétiqué chimiquement a certains effets toxiques sur le corps humain et des désavantages tels qu’il est difficile à absorber et ne convient pas à la consommation à long terme, et est donc sur le point d’être progressivement éliminé. Actuellement, le β-carotène synthétisé industriellement est principalement utilisé comme colorant.

2 méthode de fermentation microbienne

La méthode de fermentation microbienne utilise la technologie de culture microbienne pour permettre aux microorganismes de synthétiser le β-carotène dans leur corps, puis d’isoler le β-carotène des microorganismes. Les souches microbien couramment utilisées comprennent Trichoderma reesei, Rhodotorula, Rhodopseudomonas palustris, Lactobacillus helveticus, Rhodobacter sphaeroides, Bacillus brevis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium smegmatis et Aspergillus Niger [3-6]. Par exemple, Feng Yiping et al. [7] ont étudié la culture de bactéries artificielles pour produire du β-carotène, et ont constaté que cette méthode a une efficacité de production idéale. Les avantages de la méthode de fermentation microbienne sont son cycle de production court et la grande pureté du produit, mais les conditions de production pour cette méthode de production sont relativement strictes. Globalement, cette méthode présente encore un certain potentiel de développement.

3 méthode de culture des algues

Les algues sont utilisées pour produire des microalgues en sélectionnant des plantes de β-carotène à haut rendement après mutagénèse et dépistage. Les microalgues couramment utilisées comprennent Dunaliella salina, Phaeodactylum tricornutum, et spiruline. Parmi elles, Dunaliella salina et spiruline sont les algues les plus couramment utilisées. Dunaliella salina est une microalgue tolérante au sel riche en β-carotène. Il flotte dans l’eau de mer et les lacs salés. Dunaliella salina (D. salina) et Dunaliella bardawil (D. bardawil) sont couramment utilisés. Parmi eux, Dunaliella salina appartient à la famille des chlorophytes, des Chlorococcaceae. Il existe actuellement plus de dix espèces. Zhu Yuehui et al. [8] ont étudié et comparé les conditions optimales d’extraction des caroténoïdes chez Dunaliella salina et ont constaté que la teneur en β-carotène peut atteindre 13% du poids sec des cellules. C’est donc une matière première idéale pour l’extraction du β-carotène naturel. La teneur en β-carotène d’une souche mutante obtenue par l’induction de Dunaliella salina par rayonnement ultraviolet était 15,5 fois supérieure à celle de la souche originale.

La spiruline est une algues bleu-vert filamenteuse multicellulaire qui est principalement distribuée dans les lacs alcalins à haute température dans les tropiques. La spiruline pousse rapidement et a un cycle de culture court. Certaines études ont montré que la teneur en β-carotène de la spiruline est 10 fois supérieure à celle du β-carotène dans les carottes. Yu Ping [9] a utilisé une méthode au solvant assistée par micro-ondes pour extraire le β-carotène de Spirulina platensis. La recherche a montré que le taux d’extraction du β-carotène était de 833,6 μg/g dans des conditions optimales. Cependant, la culture des algues est limitée par la zone de production et la saison, et le processus de production est relativement complexe. Il est difficile d’augmenter le rendement en β-carotène extrait des algues. De plus, les algues contiennent des niveaux élevés de glycérol et de protéines, ce qui rend difficile l’utilisation d’algues pour produire du β-carotène de haute pureté.

4 méthode de génie génétique

L’application de la technologie du génie génétique a considérablement augmenté la biosynthèse deβ-carotèneDans les organismes, augmentant ainsi la quantité de β-carotène qui peut être extrait. Puisque le pyrophosphate de farnesyle (FPP) est un précurseur des caroténoïdes, les bactéries génétiquement modifiées qui sont principalement utilisées sont des micro-organismes qui peuvent synthétiser le pyrophosphate de farnesyle. Ji Jing etal. [10] ont obtenu cinq gènes dans la voie de biosynthèse des caroténoïdes végétaux des pétales de Gentiana lutea: GGPS, PSY, ZDS, LycB et LycE. Situés en amont des gènes qui produisent l’α-carotène et le β-carotène dans la voie de synthèse des caroténoïdes. Les principaux gènes enzymatiques PSY et ZDS ont été transférés au tabac par l’intermédiaire d’agrobacterium tumefaciens. Les résultats ont montré que PSY peut augmenter la teneur en β-carotène de 108%. À l’heure actuelle, la technologie de modification génétique n’a pas été appliquée à la production à grande échelle de β-carotène. En effet, la méthode de production est encore immature et l’impact des aliments génétiquement modifiés sur le corps humain n’a pas encore été clairement défini.

5 méthode d’extraction des plantes

bêta-carotènePeut être obtenu en utilisant des plantes naturelles riches en bêta-carotène ou leurs déchets comme matières premières et en les extrayant avec des solvants organiques (tels que l’éther de pétrole, le chloroforme, l’acétone, l’éther, l’éthanol, etc.). Il existe de nombreux organismes végétaux qui peuvent être utilisés comme matières premières pour l’extraction du β-carotène, comme les carottes [11], les palmiers, l’argousier, les pommes de terre, le maïs [12], etc. À l’heure actuelle, l’extraction du β-carotène naturel utilise principalement la méthode du solvant organique, mais il existe des problèmes tels que les dommages graves au corps humain causés par les résidus du solvant original, la destruction du pigment, les ingrédients peu efficaces dans les matières premières, les coûts de production élevés, et les faibles avantages économiques qui en résultent, ce qui rend difficile la production à grande échelle.

5.1 méthode ultrasonore

Les ultrasons peuvent générer une cavitation à l’intérieur des cellules végétales, ce qui peut briser les parois cellulaires et dissoudre les ingrédients actifs. De plus, il peut accélérer la diffusion et la libération des principes actifs dans les cellules et bien les mélanger avec le solvant, ce qui facilite l’extraction. Par rapport à la méthode d’extraction traditionnelle, il présente les avantages d’un rendement élevé, un cycle de production court et aucun dommage aux ingrédients actifs [13-14]. Liu Xuguang et al. [15] ont utilisé une méthode d’extraction cryogénique par ultrasons pour extraire le β-carotène des carottes. La température d’extraction par ultrasons était de 40 °C, le rapport liquide/matériau (g/mL) était de 1:6, le temps de traitement par ultrasons était de 20 minutes et le traitement par ultrasons a été répété trois fois, avec un taux d’extraction du β-carotène supérieur à 85%.

5.2 méthode par micro-ondes

L’extraction par micro-ondes est rapide, économe en énergie, utilise moins de solvant, cause moins de pollution et est bénéfique pour l’extraction de substances thermiquement instables [16]. Il a été utilisé avec succès pour extraire une variété d’ingrédients actifs des plantes. Li Yaping et al. [17-18] ont utilisé l’analyse de la surface de réponse pour optimiser les conditions du procédé d’extraction par micro-ondes du β-carotène des carottes.

Les méthodes ultrasonores et micro-ondes peuvent raccourcir le temps de production et augmenter le taux d’extraction du β-carotène, mais les deux méthodes utilisent des solvants organiques comme agents d’extraction, ce qui entraîne inévitablement le problème des résidus de solvants organiques. Par conséquent, ces deux méthodes doivent encore être améliorées.

5.3 technologie d’extraction supercritique du CO2

La technologie d’extraction supercritique du CO2 est une nouvelle technologie de séparation et de purification non toxique, inoffensive, sans résidus et sans pollution. Il est largement utilisé dans la séparation et l’extraction d’ingrédients actifs dans les industries alimentaire, pharmaceutique et des parfums. Par exemple, Sun Jian et al. [19] ont utilisé le Xushu 22-5, qui a une teneur élevée en β-carotène, comme matière première et ont mené une étude systématique de son extraction supercritique du β-carotène par le CO2. Les résultats ont montré que le rendement d’extraction du β-carotène peut atteindre 3,45 mg/g, et que l’entraîneur peut augmenter significativement le rendement d’extraction du β-carotène de la matière première. Wang Dawei et al. [20] ont montré dans leur étude sur l’extraction du β-carotène à partir de la protéine de maïs que la méthode peut extraire jusqu’à 88.70% du β-carotène dans la matière première. La technologie d’extraction supercritique du CO2 est une technologie émergente qui n’utilise pas de solvants organiques nocifs pour le corps humain comme extractants. Son taux d’extraction est élevé et ses perspectives de développement sont très bonnes.

6 perspectives

Dans une société où chacun apprécie sa santé, les nombreuses excellentes propriétés du β-carotène deviennent de plus en plus importantes, en particulier en termes d’antioxydants cellulaires. Pour l’homme, manger des produits riches en β-carotène peut obtenir un très bon effet antioxydant. La demande augmente dans les domaines des additifs alimentaires, de la santé et des cosmétiques. La tâche actuelle est de trouver des méthodes adaptées à la production industrielle à grande échelle pour rencontrer les gens et les#39; S demande de β-carotène.

Références:

[1] Liu Yunfeng, Shao Bin. Activité et identification des vitamines naturelles et synthétiques [J]. China Food Additives, 2004 (2): 32-37.

[2] Zhang Bo, Liu Wu, Guo Qiang et al. Etude des conditions de procédé de l’extraction assistée par micro-ondes du β-carotène [J]. Modern Agriculture, 2009 (2): 79-80.

[3] Sun Fuzheng, Liu Guangfa, Chen Qiwei et al. Identification et analyse d’une souche mutante de Dunaliella salina à haute production de β-carotène [J]. Journal of Dalian Fisheries University, 2004, 19 (3): 230-233.

[4] Dai Dehui, Hu Weilian, Lv Guiyuan, et al. Etude des conditions de fermentation pour la biosynthèse du β-carotène [J]. Food Science, 2008, 29(2): 247-251.

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[7] Feng Yiping, Li Zhen, Wang Jianmei. Recherche sur l’accumulation de β-carotène par des bactéries artificielles et optimisation des conditions d’extraction [J]. Shanxi Agricultural Science, 2010, 38(4): 21-24.

[8] Zhu Yuehui, Fang Keteng, Jiang Jianguo. Recherche et comparaison des conditions optimales d’extraction du β-carotène de Dunaliella salina [J]. Guangzhou Food Industry Science and Technology, 2003, 19(4): 18-19.

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[10] Ji Jing, Yamamura Saburo, Nishihara Masahiro, et al. Augmentation de la biosynthèse du β-carotène par modification génétique [J]. Chinese Journal of Biochemistry and Molecular Biology, 2004, 20 (4): 440-444.

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[12] Wang Dawei, Li Xia, Liu Tingting. Etude sur la technologie d’extraction du β-carotène à partir de la poudre de protéine de maïs [J]. Food Science, 2008, 29 (11): 135-136.

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[17] Li Yaping, Cheng Weidong, Zhan Ping et autres. Optimisation de l’extraction du β-carotène par extraction assistée par micro-ondes à l’aide de la méthodologie de la surface de réponse [J]. Journal of Food and Biotechnology, 2009, 28(4): 488-491.

[18] Zhai Jinlan, Zhou Hong, Li Yaping et autres. Recherche sur l’optimisation de l’extraction supercritique du β-carotène par la méthode de la surface de réponse [J]. Transformation des produits agricoles, 2009 (6): 51-56.

[19] Sun Jian, Zhang Aijun, Xu Fei et autres. Recherche sur l’extraction supercritique de CO2 du β-carotène des patates douces [J]. Jiangsu Agricultural Science and Technology, 2008 (6): 247-248.

[20] Wang Dawei, Huang Baoxi, Liu Tingting. Recherche sur l’application de l’extraction supercritique du CO2 dans l’extraction de l’acide linoléique du maïs [J]. Food Science, 2007, 28 (7): 219-222.