Astaksantyna - Astaxanthin
|
|
|
|
| Nazwy | |
|---|---|
|
Nazwa IUPAC
( 3S ,3 ′S )-3,3′-dihydroksy-β,β-karoten-4,4′-dion
|
|
|
Preferowana nazwa IUPAC
(6 S ,6′ S )-3,3′-[(1 E ,3 E ,5 E ,7 E ,9 E ,11 E ,13 E ,15 E ,17 E )-3,7,12, 16-Tetrametylooktadeka-1,3,5,7,9,11,13,15,17-nonaeno-1,18-diylo]bis(6-hydroksy-2,4,4-trimetylocykloheks-2-en-1- jeden) |
|
| Inne nazwy
β-karoten-4,4'-dion, 3,3'-dihydroksy-, all-trans-; (3S,3'S)-Astaksantyna; (3S,3'S)-Astaksantyna; (3S,3'S)-all-trans-Astaksantyna; (S,S)-Astaksantyna; Astaksantyna, całkowicie trans-; całkowicie trans-Astaksantyna; trans-Astaksantyna
|
|
| Identyfikatory | |
|
Model 3D ( JSmol )
|
|
| CZEBI | |
| CHEMBL | |
| ChemSpider | |
| Karta informacyjna ECHA |
100.006.776 
|
| Numer E | E161j (kolory) |
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|
| UNII | |
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Nieruchomości | |
| C 40 H 52 O 4 | |
| Masa cząsteczkowa | 596,84 g/mol |
| Wygląd zewnętrzny | czerwony stały proszek |
| Gęstość | 1,071 g/ml |
| Temperatura topnienia | 216 ° C (421 ° F; 489 K) |
| Temperatura wrzenia | 774 ° C (1425 ° F; 1047 K) |
| Rozpuszczalność | 30 g/lw DCM; 10 g / l w CHCI 3 ; 0,5 g/l w DMSO; 0,2 g/l w acetonie |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
|
 zweryfikuj ( co to jest ?)
  |
|
| Referencje do infoboksu | |
Astaksantyny / ć s t ə oo ® n θ ɪ n / jest keto karotenoidów . Należy do większej klasy związków chemicznych znanych jako terpeny (jako tetraterpenoidy ) zbudowanych z pięciowęglowych prekursorów, difosforanu izopentenylu i difosforanu dimetyloallilu . Astaksantyna jest klasyfikowana jako ksantofil (pierwotnie pochodzi od słowa oznaczającego „żółte liście”, ponieważ żółte pigmenty liści roślin zostały po raz pierwszy rozpoznane z rodziny ksantofilowych karotenoidów), ale obecnie stosuje się ją do opisania związków karotenoidowych, które zawierają składniki zawierające tlen, hydroksyl ( -OH) lub keton (C=O), taki jak zeaksantyna i kantaksantyna . W rzeczywistości astaksantyna jest metabolitem zeaksantyny i/lub kantaksantyny, zawierającym zarówno grupy funkcyjne hydroksylowe, jak i ketonowe. Podobnie jak wiele karotenoidów, astaksantyna jest pigmentem rozpuszczalnym w tłuszczach . Jego czerwono-pomarańczowy kolor wynika z wydłużonego łańcucha sprzężonych (naprzemiennie podwójnych i pojedynczych) wiązań podwójnych w środku związku.
Astaksantyna jest krwistoczerwonym barwnikiem i jest naturalnie wytwarzana w słodkowodnych mikroalgach Haematococcus pluvialis i drożdżach Xanthophyllomyces dendrorhous (znanych również jako Phaffia ). Kiedy algi są zestresowane brakiem składników odżywczych, zwiększonym zasoleniem lub nadmiernym nasłonecznieniem, wytwarzają astaksantynę. Zwierzęta żywiące się algami, takie jak łosoś, pstrąg czerwony, dorada, flamingi i skorupiaki (tj. krewetki, kryl, kraby, homary i raki), odzwierciedlają w różnym stopniu czerwono-pomarańczową pigmentację astaksantyny.
Astaksantyna może być również stosowana jako suplement diety przeznaczony do spożycia przez ludzi, zwierzęta i akwakultury . Przemysłowa produkcja astaksantyny pochodzi ze źródeł roślinnych lub zwierzęcych i syntetycznych. Żywności i Leków zatwierdziła astaksantyny jako barwnik spożywczy (czy dodatek barwiący) dla określonych zastosowań w środkach spożywczych pochodzenia zwierzęcego i ryb. Komisja Europejska uważa, że barwnik spożywczy i otrzymuje numer E E161j. Astaksantyna z alg, źródeł syntetycznych i bakteryjnych, jest powszechnie uznawana przez FDA za bezpieczną (GRAS). Europejski Urząd Bezpieczeństwa Żywności ustanowił dopuszczalne dzienne spożycie 0,2 mg na kg masy ciała w 2019. Jako kolorów jedzenie dodatków astaksantyny i astaksantyny dimetylodibursztynianu są ograniczone do stosowania w łososiowatych tylko paszy dla ryb.
Naturalne źródła
.jpg)
Astaksantyna jest obecna w większości czerwonych organizmów wodnych. Zawartość różni się w zależności od gatunku, ale także od osobnika do osobnika, ponieważ w dużym stopniu zależy od diety i warunków życia. Astaksantynę i inne chemicznie spokrewnione astakarotenoidy znaleziono również w wielu gatunkach porostów strefy arktycznej.
Podstawowymi naturalnymi źródłami do przemysłowej produkcji astaksantyny są:
- Euphausia pacifica (kryl pacyficzny)
- Euphausia superba (kryl antarktyczny)
- Haematococcus pluvialis (algi)
- Pandalus borealis (krewetka arktyczna)
- Xanthophyllomyces dendrorhous , dawniej Phaffia rhodozyma (drożdże)
Stężenia astaksantyny w przyrodzie wynoszą około:
| Źródło | Stężenie astaksantyny (ppm) |
|---|---|
| Łososiowate | ~ 5 |
| Plankton | ~ 60 |
| Kryl | ~ 120 |
| Krewetka arktyczna (P borealis) | ~ 1200 |
| Drożdże z fafii | ~ 10 000 |
| Haematococcus pluvialis | ~ 40 000 |
Algi są głównym naturalnym źródłem astaksantyny w wodnym łańcuchu pokarmowym . Mikroalgi Haematococcus pluvialis wydają się akumulować najwyższy poziom astaksantyny w przyrodzie i są obecnie głównym przemysłowym źródłem naturalnej astaksantyny, gdzie z jednego kg suchej biomasy można uzyskać ponad 40 g astaksantyny. Haematococcus pluvialis ma tę przewagę produkcyjną, że populacja podwaja się co tydzień, co oznacza, że zwiększenie skali nie stanowi problemu. W szczególności mikroalgi są hodowane w dwóch fazach. Po pierwsze, w fazie zielonej komórki otrzymują obfitość składników odżywczych, aby promować proliferację komórek. W kolejnej fazie czerwonej komórki są pozbawiane składników odżywczych i poddawane intensywnemu nasłonecznieniu w celu wywołania otorbienia (karotogenezy), podczas którego komórki wytwarzają wysoki poziom astaksantyny jako mechanizmu ochronnego przed stresem środowiskowym. Komórki z wysokim stężeniem astaksantyny są następnie zbierane.
Drożdże Phaffia Xanthophyllomyces dendrorhous zawierają w 100% wolną, niezestryfikowaną astaksantynę, która jest uważana za korzystną, ponieważ jest łatwo przyswajalna i nie musi być hydrolizowana w przewodzie pokarmowym ryb. W przeciwieństwie do bakterii i syntetycznych źródeł astaksantyny źródła astaksantyny drożdży składają się głównie z (3 R 3' R ) -a-, ważne źródło astaksantyny w przyrodzie. Wreszcie izomer geometryczny, all- E , jest wyższy w drożdżowych źródłach astaksantyny w porównaniu ze źródłami syntetycznymi.
W skorupiakach astaksantyna jest prawie wyłącznie skoncentrowana w skorupkach, z niewielkimi ilościami w samym miąższu, a większość z nich staje się widoczna dopiero podczas gotowania, gdy pigment oddziela się od zdenaturowanych białek, które w przeciwnym razie go wiążą. Astaksantyna jest pozyskiwana z Euphausia superba (kryl antarktyczny) oraz z odpadów przetwórstwa krewetek. 12 000 funtów mokrych skorupek krewetek może dać mieszankę 6-8 galonów astaksantyny i trójglicerydów.
Biosynteza
Biosynteza astaksantyny rozpoczyna się od trzech cząsteczek pirofosforanu izopentenylu (IPP) i jednej cząsteczki pirofosforanu dimetyloallilu (DMAPP), które są łączone przez izomerazę IPP i przekształcane w pirofosforan geranylogeranylu (GGPP) przez syntazę GGPP. Dwie cząsteczki GGPP są następnie sprzęgane przez syntazę fitoenu, tworząc fitoen. Następnie desaturaza fitoenu tworzy cztery podwójne wiązania w cząsteczce fitoenu, tworząc likopen. Po desaturacji cyklaza likopenowa najpierw tworzy γ-karoten poprzez przekształcenie jednego z ψ-acyklicznych końców likopenu w β-pierścień, a następnie przekształca drugi z wytworzeniem β-karotenu. Z β-karotenu hydrolazy (niebieski) odpowiadają za włączenie dwóch grup 3-hydroksylowych, a ketolazy (zielony) za dodanie dwóch grup 4-keto, tworząc wiele cząsteczek pośrednich, aż do uzyskania końcowej cząsteczki, astaksantyny.
Źródła syntetyczne
Struktura syntezy astaksantyny została opisana w 1975 roku. Prawie cała dostępna na rynku astaksantyna dla akwakultury jest produkowana syntetycznie, z rocznym obrotem ponad 200 milionów dolarów i ceną sprzedaży około 5000-6000 dolarów za kilogram od lipca 2012 roku. ponad 500 milionów dolarów do 2016 r. i oczekuje się, że będzie nadal rosła wraz z branżą akwakultury .
Efektywny syntezowego izoforon , Cis -3-metylo-2-penten-4-yn-1-olu i symetryczny C 10 -dialdehyde Odkryto i stosuje się w produkcji przemysłowej. Łączy te chemikalia razem z etynylacją, a następnie reakcją Wittiga . Dwa równoważniki właściwego ylidu połączone z odpowiednim dialdehydem w rozpuszczalniku metanolu, etanolu lub ich mieszaninie dają astaksantynę z wydajnością do 88%.
Inżynieria metaboliczna
Koszt produkcji astaksantyny, wysoka cena rynkowa oraz brak wiodących systemów produkcji fermentacji w połączeniu z zawiłościami syntezy chemicznej powodują, że prowadzone są badania nad alternatywnymi metodami produkcji fermentacji. Inżynieria metaboliczna daje możliwość stworzenia systemów biologicznych do produkcji określonego związku docelowego. Inżynieria metaboliczna bakterii ( Escherichia coli ) umożliwiła ostatnio produkcję astaksantyny na poziomie >90% wszystkich karotenoidów, dostarczając pierwszy opracowany system produkcyjny zdolny do wydajnej produkcji astaksantyny. Biosynteza astaksantyny zachodzi z beta-karotenu poprzez zeaksantynę lub kantaksantynę . Historycznie zakładano, że biosynteza astaksantyny przebiega obiema drogami. Jednak ostatnie prace sugerują, że wydajna biosynteza może w rzeczywistości przejść od beta-karotenu do astaksantyny poprzez zeaksantynę. Samodzielna produkcja astaksantyny przez inżynierię metaboliczną nie będzie odpowiednią alternatywą dla obecnych metod przemysłowych. Należy raczej przyjąć podejście bioprocesowe. Takie podejście uwzględniałoby warunki i ekonomikę fermentacji, a także dalsze przetwarzanie (ekstrakcja). Ekstrakcja karotenoidów była intensywnie badana, na przykład ekstrakcja kantaksantyny (prekursora astaksantyny) była badana w procesie produkcji E. coli , wykazując, że wydajność ekstrakcji znacznie wzrosła, gdy dwa rozpuszczalniki, aceton i metanol, zastosowano kolejno, a nie jako połączone rozwiązanie.
Struktura
Stereoizomery
Oprócz strukturalnych konfiguracji izomerycznych astaksantyna zawiera również dwa centra chiralne w pozycjach 3 i 3′, co daje trzy unikalne stereoizomery (3R,3′R i 3R,3'S mezo i 3S,3'S). Chociaż wszystkie trzy stereoizomery występują w naturze, względny rozkład znacznie się różni w zależności od organizmu. Syntetyczna astaksantyna zawiera mieszaninę wszystkich trzech stereoizomerów w proporcjach około 1:2:1.
Estryfikacja
Astaksantyna występuje w dwóch dominujących formach, nieestryfikowanej (drożdże, syntetyczna) lub estryfikowanej (algal) z różną długością ugrupowań kwasów tłuszczowych, których skład zależy od organizmu źródłowego oraz warunków wzrostu. Astaksantyna podawana łososiowi w celu poprawienia barwy mięsa jest w formie nieestryfikowanej. Przewaga dowodów potwierdza deestryfikację kwasów tłuszczowych z cząsteczki astaksantyny w jelicie przed lub jednocześnie z wchłanianiem, co powoduje krążenie i odkładanie w tkankach -zestryfikowana astaksantyna. Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) opublikował opinię naukową na temat podobnego karotenoidu ksantofilowego , luteiny, stwierdzając, że „po przejściu przez przewód pokarmowy i/lub wchłanianiu estrów luteiny ulegają hydrolizie, aby ponownie utworzyć wolną luteinę”. Chociaż można założyć, że niezestryfikowana astaksantyna byłaby bardziej biodostępna niż zestryfikowana astaksantyna ze względu na dodatkowe etapy enzymatyczne w jelicie potrzebne do hydrolizy składników kwasów tłuszczowych, kilka badań sugeruje, że biodostępność jest bardziej zależna od składu niż od konfiguracji.
Zastosowania
Astaksantyna jest stosowana jako suplement diety i suplement paszowy jako barwnik spożywczy dla łososia, krabów, krewetek, kurcząt i produkcji jaj.
Do owoców morza i zwierząt
Obecnie głównym zastosowaniem syntetycznej astaksantyny jest dodatek do pasz dla zwierząt w celu nadania zabarwienia, w tym łososia hodowlanego i żółtka jaj kurzych. Syntetyczne pigmenty karotenoidowe w kolorze żółtym, czerwonym lub pomarańczowym stanowią około 15–25% kosztów produkcji komercyjnej paszy dla łososia. W XXI wieku większość komercyjnej astaksantyny do akwakultury jest produkowana syntetycznie.
Pozwy zbiorowe zostały złożone przeciwko niektórym dużym sieciom sklepów spożywczych za niejasne oznaczenie łososia traktowanego astaksantyną jako „dodał koloru”. Łańcuchy szybko podążyły za tym, oznaczając wszystkich takich łososi jako „dodano koloru”. Postępowanie sądowe trwało w sprawie o odszkodowanie, ale sędzia z Seattle oddalił sprawę, orzekając, że egzekwowanie obowiązujących przepisów dotyczących żywności zależy od rządu, a nie osób fizycznych.
Suplement diety
Podstawowym zastosowaniem astaksantyny u ludzi jest suplement diety , chociaż od 2018 r. nie było wystarczających dowodów z badań medycznych, aby wykazać, że wpływa ona na ryzyko zachorowania lub zdrowie ludzi i pozostaje w fazie wstępnych badań. W 2018 roku Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności poszukiwał informacji naukowych od producentów suplementów diety na temat bezpieczeństwa astaksantyny.
Rola w łańcuchu pokarmowym
Homary, krewetki i niektóre kraby zmieniają kolor na czerwony po ugotowaniu, ponieważ astaksantyna, która była związana z białkiem w skorupce, staje się wolna, gdy białko ulega denaturacji i rozwija się. Uwolniony pigment jest zatem dostępny do pochłaniania światła i wytwarzania czerwonego koloru.
Przepisy prawne
W kwietniu 2009 roku Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków zatwierdziła astaksantynę jako dodatek do paszy rybnej wyłącznie jako składnik stabilizowanej mieszanki dodatków barwiących. Mieszanki dodatków barwiących do pasz dla ryb wykonane z astaksantyny mogą zawierać tylko te rozcieńczalniki, które są odpowiednie. Dodatki barwiące astaksantyna, błękit ultramaryny , kantaksantyna , syntetyczny tlenek żelaza , mączka z suszonych alg, mączka i ekstrakt z aksamitki oraz olej z bielma kukurydzianego są dopuszczone do określonych zastosowań w żywności dla zwierząt. Haematococcus mączkę z alg (21 CFR 73,185) i Phaffia drożdże (21 CFR 73,355) do stosowania w paszy dla ryb do koloru salmonoids dodano w roku 2000. W Unii Europejskiej , zawierający astaksantynę suplementy żywnościowe pochodzące ze źródeł, które nie mają historię stosowania jako źródła żywności w Europie, podlegają przepisom dotyczącym nowej żywności, WE (nr) 258/97. Od 1997 roku pojawiło się pięć nowych zastosowań żywnościowych dotyczących produktów zawierających astaksantynę wyekstrahowaną z tych nowych źródeł. W każdym przypadku aplikacje te były uproszczone lub miały znaczną równoważność, ponieważ astaksantyna jest uznawana za składnik żywności w diecie UE.