ЧАСТЬ 1
Что такое астаксантин
Астаксантин, также известный как флавин пестрых водорослей или астаксантин, представляет собой терпеновое ненасыщенное соединение, химическое название — 3,3’-дигидрокси-4,4’-дикето-β, β’-каротин, молекулярная формула C40H52O4. в условиях 100кПа, температура плавления 216°С, температура кипения 774°С.
Астаксантин широко встречается у животных (например, водных животных, птиц), растений, грибов, водорослей и бактерий и известен как «Красное чудо» за свою очевидную пользу для здоровья человека. В настоящее время астаксантин продается на рынке как здоровая пища, обладающая антиоксидантным, антивозрастным, противоопухолевым и профилактическим действием на сердечно-сосудистые заболевания.
ЧАСТЬ 2
Как производится астаксантин
1, метод химического синтеза
В соответствии с различиями в методе синтеза метод синтеза астаксантина делится на два вида: один - метод непрямого синтеза, то есть путем окисления других каротиноидов; второй - метод прямого синтеза, то есть обычно используемый синтез мономеров каротиноидов, синтезируемых напрямую.
Химический синтез астаксантина имеет преимущества более низкой стоимости производства, высокого выхода, чистота астаксантина может достигать более 96%, но его синтетическое поглощение и использование астаксантина в организмах низкое, стабильность, безопасность и антиоксидантная активность ниже, чем у астаксантина, извлеченного естественным путем.
2, метод естественной экстракции
Природный астаксантин в основном существует в морских организмах, естественный метод экстракции заключается в использовании измельченных креветок и крабов и других побочных продуктов переработки, богатых астаксантином, удалении извести, использовании органических растворителей и других способах извлечения астаксантина. Этот метод может способствовать развитию отрасли аквакультуры и снизить загрязнение окружающей среды отходами водных побочных продуктов. Однако из-за высокого содержания золы и хитина в ракообразных выброшенных креветок и крабов, а также низкого содержания астаксантина процесс экстракции усложняется, и возникает проблема высоких затрат на экстракцию.
3. Микробная ферментация.
Использование дрожжей, водорослей и бактерий для производства астаксантина методом называется микробной ферментацией. Основные штаммы включают одноклеточные зеленые водоросли, красные водоросли, Chlorella vulgaris, красные дрожжи Файфа, липкие красные дрожжи, камедь красных дрожжей и Paracoccidioides.
Астаксантин, производимый биореакторной ферментационной машиной, имеет четкую структуру, мало побочных продуктов и экологически безопасен. Однако этому препятствуют такие факторы, как низкая урожайность, строгие условия выращивания и высокая стоимость выращивания. Использование дешевого культурного сырья и отбор качественных высокопродуктивных штаммов для возможности их применения в промышленном производстве являются ключевыми факторами в получении астаксантина методом микробной ферментации.
ЧАСТЬ 3
Микроорганизмы, продуцирующие астаксантин
1, Водоросли
Многие водоросли могут производить астаксантин, например, красные водоросли, хламидоспермум, зонтичные водоросли, голые водоросли и так далее. Красные водоросли - это пресноводные одноклеточные зеленые водоросли, их внутриклеточный астаксантин в основном обеспечивает двойную этерификацию астаксантина и одинарную этерификацию астаксантина, существует небольшое количество свободной формы, это основное производство астаксантина в водорослях.
Однако время роста Robodocs Rainier длительное, условия культивирования требовательны, требуют света, производственная площадка ограничена, а астаксантин существует в толстостенных спорах с низкой скоростью экстракции и плохой непрерывностью.
2、Бактерии
Астаксантин содержится в различных бактериях, таких как Pseudomonas aeruginosa, Paracoccidioides spp. и Bacteroides Lactis. Хотя содержание астаксантина в большинстве бактерий намного ниже, чем в водорослях и красных дрожжах, проблему низкого бактериального производства астаксантина можно решить путем введения в бактерии генов, связанных с синтезом астаксантина.
Производство астаксантина путем бактериальной ферментации может значительно снизить себестоимость природного астаксантина, что важно для будущего промышленного производства астаксантина.
3. Дрожжи
Производство астаксантина путем дрожжевого брожения. Основные используемые штаммы включают красные дрожжи Файфа, липкие красные дрожжи, морские красные дрожжи и малиновые дрожжи. Производство астаксантина дрожжами Red Fife имеет следующие преимущества:
1. Для производства астаксантина можно использовать различные источники углерода и азота.
2. Быстрый рост и размножение клеток, достижение культуры высокой плотности.
3. Короткий производственный цикл и низкая стоимость.
4. Легко усваивается организмом человека, а извлеченные дрожжи можно непосредственно использовать в качестве кормовых добавок.
Путь дрожжевого биосинтеза астаксантина делится на два этапа: первый этап — синтез β-каротина; второй этап — образование астаксантина из β-каротина путем окисления и гидроксилирования. Путь синтеза дрожжевого астаксантина следующий:
Путь синтеза дрожжевого астаксантина
ЧАСТЬ 4
Метод очистки астаксантина
1, метод обработки стенок астаксантина
Астаксантин — это внутриклеточный продукт, который обычно должен пройти этапы разрушения стенок, экстракции и очистки, прежде чем его можно будет извлечь из тела дрожжей. Обычно используемые методы разрушения стенок включают механический метод, химический метод, ферментативный метод и термическую обработку.
Механический метод - это использование механического оборудования для разрыва клеточной стенки, через осмотическое давление клетки для высвобождения включений, основной способ - метод ультразвукового дробления, метод бисерного измельчения, метод ударного дробления распылением и метод гомогенизации под высоким давлением. Операция проста, но ее легко вызвать, поскольку в некоторых местах температура раствора слишком высока, что приводит к потере астаксантина.
Химические методы в основном включают метод диметилсульфоксида, метод нагревания кислотой и щелочью и проникновение органических растворителей. Разрушение стен щелочной экстракции и кислотного разложения требует потребления большого количества щелочи и органической кислоты, что увеличивает количество сточных вод, вызывает загрязнение окружающей среды, а более сильные кислоты и щелочи наносят ущерб астаксантину. Использование концентрации молочной кислоты 5,55 моль/л и температуры дробления 30 ℃ для экстракции, разрушающей стены, может уменьшить повреждение астаксантина.
Условия ферментативной обработки мягкие, требования к оборудованию низкие, процесс меньше загрязняет окружающую среду, а экстрагированный астаксантин более стабилен, чем астаксантин, полученный другими методами.
Для извлечения активных компонентов были разработаны различные современные методы экстракции, такие как импульсные электрические поля, микрофлюидизация под высоким давлением, ионные жидкости и другие новые технологии.
2. Метод экстракции астаксантина
Астаксантин — жирорастворимое вещество, растворимое в органических растворителях, нерастворимое в воде, экстрагируется ацетоном, этанолом, метанолом, петролейным эфиром и другими полярными органическими растворителями. Из-за ограниченного эффекта экстракции одним растворителем исследователи обнаружили, что содержание астаксантина, экстрагированного методом кислотного нагрева с использованием смеси этилацетата и этанола в соотношении 2:1 в качестве экстракционного раствора, было значительно выше, чем у одного раствора. .
3. Методы очистки и обнаружения астаксантина.
Очистка астаксантина в основном осуществляется тонкослойной хроматографией и колоночной хроматографией, тонкослойная хроматография может использоваться для простого определения состава неочищенного экстракта, колоночная хроматография является наиболее часто используемым методом очистки из-за недорогого оборудования, замены неподвижных фаз и подвижные фазы удобны.
Тонкослойная хроматография и колоночная хроматография подходят для процесса предварительной очистки, а для процесса последующей очистки можно использовать препаративную высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ), что может обеспечить эффект очистки более 98%, но подготовка стоимость выше. Чтобы быстро определить количество продукции астаксантина в эксперименте, обычно используют УФ-видимую спектрофотометрию.
ЧАСТЬ 5
Заключительные замечания
Астаксантин имеет широкий потенциал развития: в медицине, косметике, товарах для здоровья, кормовых добавках и других аспектах он имеет большую ценность использования и пространство для развития.