Что такое астаксантин из антарктического криля?

 Антарктический криль Euhausia superba относится к филуму Ar- thropoda, классу Crustacea, порядку Euphausiacea, семейству Euphausiidae, роду Euphausia, виду Eu- phausia superb. Существующие биологические ресурсы антарктического криля оцениваются примерно в 379 млн т [1]. Комиссия по сохранению морских живых ресурсов Антарктики (CCAMLR) установила ежегодный лимит улова антарктического криля в размере 8,6 млн т [2]. Антарктический криль богат высококачественными белками, липидами, астаксантином и хитином, а также обладает очень сильной антиоксидантной активностью. В последние годы антарктический криль стал важным объектом сбора и переработки в мировом пелагическом рыболовстве, а продукты из него широко используются в кормовой, косметической и медицинской промышленности. Таким образом, эффективное развитие и использование антарктического криля с высокой ценностью имеет огромный потенциал для создания новой стратегической отрасли морской биологии.

 

Астаксантин, также известный как астаксантин, является кетокаротиноидом. Благодаря своим хорошим функциональным свойствам астаксантин широко используется в водных кормах, нутрицевтиках, косметике и фармацевтике[3] . В зависимости от источника, астаксантин в основном делится на натуральный и синтетический, и в настоящее время 95% продуктов с астаксантином - это синтетический астаксантин. Натуральный астаксантин демонстрирует все больший потенциал развития по мере повышения осведомленности о безопасности пищевых продуктов и защите окружающей среды, совершенствования технологий получения и применения, а также снижения цены на натуральный астаксантин.

 

В 2017 году рыночная стоимость астаксантина достигла 550 миллионов долларов США, а в 2022 году ожидается, что продажи достигнут 850 миллионов долларов США, а в 2025 году - 1 миллиарда долларов США[4] . Ученые и предприятия провели большую работу по изучению источника астаксантина, технологии получения и применения продукта, и добились положительных результатов. В настоящее время промышленность астаксантина также сталкивается с проблемой единственного источника сырья, необходимо усовершенствовать метод приготовления и расширить функции продукта. Антарктические воды, особая географическая и климатическая среда придают антарктическому крилю уникальные функциональные свойства, огромные биологические ресурсы дают антарктическому крилю стабильный источник астаксантина, поэтому антарктический криль может быть использован как потенциальный источник сырья для астаксантина. Кроме того, промысел антарктического криля ведется в более сложных условиях, чем другие морские промыслы, и издержки отрасли выше, что оказывает большее давление на индустрию антарктического криля [5]. Существует острая необходимость в углубленной разработке и использовании эффективных компонентов, представленных астаксантином антарктического криля, для содействия устойчивому развитию индустрии антарктического криля. В данной статье представлен систематический обзор хода исследований астаксантина в антарктическом криле, цель которого - предоставить базовую информацию для углубления исследований, разработки и использования астаксантина в антарктическом криле.

 

1 Обзор астаксантина

Астаксантин (3,3′-дигидрокси-β,β′-каротин-4, C40 H52 O4, молекулярная масса 596,84, структура представлена на рис. 1) имеет длинную цепь сопряженных связей и является химически нестабильным. Астаксантин имеет длинную цепь сопряженных двойных связей, его химические свойства нестабильны, и он является слабополярным соединением. Из-за различий в химической структуре астаксантина существует множество изомеров (геометрических и оптических), наиболее распространенными из которых являются астаксантин, астаксантин, астаксантин и астаксантин.

Основными геометрическими изомерами являются 9-цис-астаксантин, 13-цис-астаксантин и 15-цис-астаксантин[4] . Было показано, что хиральные атомы углерода C-3 и C-3′, расположенные на концах сопряженной цепи двойной связи астаксантина в виде R или S, соответственно, дают три оптических изомера, т.е. все-цис (3R, 3 R), причем (3S, 3 S) и (3R, 3 R) изомеры являются зеркальными отражениями (энантиомерами) [6]. Природный астаксантин содержится в основном в грибах (например, дрожжах красной фифы), водорослях (например, Chlorella vulgaris, Chlorella vulgaris и др.), ракообразных и лососевых[7], причем в основном в виде свободного астаксантина, моноэфиров астаксантина и диэфиров астаксантина[8].

 

Различия в структуре астаксантина приводят к различиям в его биологической активности. Установлено, что диэфиры астаксантина более липофильны, чем свободный астаксантин и моноэфиры астаксантина, и активнее всасываются в кишечном тракте, обеспечивая более высокую биодоступность[9] . В природе астаксантин в основном синтезируется микроводорослями, бактериями, растениями и дрожжами. Поскольку большинство животных не могут синтезировать астаксантин напрямую или преобразовывать другие каротиноиды в астаксантин, его можно получить только через пищу. Астаксантин обладает хорошими биологическими эффектами, такими как антиоксидантное, противовоспалительное, антивозрастное, противоопухолевое, профилактика сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний, защита от ультрафиолетового излучения, повышение иммунитета, улучшение двигательной функции.

Астаксантин также является единственным кетокаротиноидом, способным проникать через гематоэнцефалический и гемато-ретинальный барьеры. Астаксантин также является единственным кетокаротиноидом, который может проникать через барьеры кровь-мозг и кровь-ретина, и может оказывать положительное влияние на центральную нервную систему и работу мозга, поэтому астаксантин может быть использован в качестве функционального фактора в различных областях. Таким образом, астаксантин может использоваться в качестве функционального фактора в различных областях. Однако плохая стабильность и низкая биодоступность существующего астаксантина в определенной степени ограничивают его применение. С ростом осведомленности о безопасности пищевых продуктов и озабоченности по поводу синтетических пищевых добавок, астаксантину из природных источников уделяется большое внимание.

 

2 Астаксантин из антарктического криля

Астаксантин антарктического криля состоит из трех форм: свободного астаксантина, моноэфира астаксантина и диэфира астаксантина, которые в основном существуют в форме (3R,3′ R)[12] . Содержание астаксантина в антарктическом криле составляет 30-40 мкг/г. Ян Шу[13] обнаружил, что жирные кислоты в уксусе антарктического криля состоят в основном из C20:5, C22:6 и C18:1, с небольшим количеством C16:0 и C14:0. Углубленное исследование показало, что астаксантин может проявлять антиоксидантную активность, гася однолинейный кислород и уничтожая свободные радикалы; при этом молекулы астаксантина имеют на каждом конце фиолетовое кетоновое кольцо, содержащее гидроксильные и кетоновые группы, и эта уникальная молекулярная структура позволяет ему соединяться с клеточными мембранами изнутри наружу, а его полиеновая цепь может захватывать свободные радикалы в клеточных мембранах, а его терминальное кольцо может уничтожать свободные радикалы на поверхности клеточной мембраны и внутри нее, что показывает возможность его использования в качестве антиоксиданта в клеточных мембранах. Терминальное кольцо может поглощать свободные радикалы на поверхности и внутри клеточной мембраны, демонстрируя лучшую биоактивность по сравнению с другими каротиноидами [14-17]. Однако такая структура также делает астаксантин более восприимчивым к повреждению светом, теплом и кислородом, что влияет на его стабильность. Астаксантин из антарктического криля представляет собой темный красновато-коричневый порошок с температурой плавления 215 ~ 216 ℃; он нерастворим в воде и легко растворим в органических растворителях, таких как дихлорметилхлорид, хлороформ, диметилсульфоксид, ацетон, бензол, пиридин и т.д., но его растворимость в различных органических растворителях варьируется. Астаксантин антарктического криля обладает прекрасными функциональными свойствами, огромными и относительно стабильными биологическими ресурсами, что делает его хорошим выбором для разработки и использования натурального астаксантина.

 

3 Получение астаксантина из антарктического криля

3.1 Методы извлечения астаксантина из антарктического криля

В настоящее время астаксантин получают в основном путем химического синтеза и природной экстракции. Между химически синтезированным астаксантином и природным астаксантином существуют значительные различия по содержанию изомеров, состоянию существования, биологической активности и стабильности применения[4] . Существующие продукты астаксантина в основном представляют собой астаксантин химического синтеза, составляющий около 95% от общего количества астаксантина, цена около 2000 долларов США / кг, в основном используется в области водных кормов; природные источники астаксантина цена около 5000 долларов США / кг, в основном используется в диетических добавках, косметике и пищевых добавках и других областях. Зарубежные производители астаксантина в основном Cyanotech и Mera Pharmaceuticals в США, FUJI, Yamaha Group и Biogenic в Японии, Bioprex и Parry в Индии, Algatech в Израиле, Roche в Швейцарии, BASF в Германии и т.д.; отечественные производители в основном Yunnan Ailfa, которая является основным источником астаксантина, в основном используется в области водных кормов; цена природных источников астаксантина составляет около 5,000 долларов США / кг, в основном используется в БАДах, косметике и пищевых добавках. Ltd., Jingzhou Natural Astaxanthin Co., Ltd. и Yunnan Yuncai Jinko Biotechnology Co.

 

В настоящее время основными методами извлечения астаксантина из антарктического криля являются экстракция органическим растворителем, ферментативная экстракция и сверхкритическая экстракция CO2 (табл. 1). 3.1.1 Метод органического растворителя Экстракция органическим растворителем в настоящее время является основным методом извлечения астаксантина, преимуществом которого является более высокий выход. Астаксантин является жирорастворимым пигментом, поэтому при выборе растворителя следует учитывать как растворимость, так и полярность астаксантина. Обычно используются такие органические растворители, как метанол, этанол, ацетон, изопропанол, дихлорметан, хлороформ, диметилсульфоксид и комбинации этих растворителей[20] . Однако недостатком метода экстракции органическими растворителями является то, что некоторые растворители токсичны и представляют определенную угрозу безопасности.

 

Сонг Сумей[21] сравнил влияние различных органических растворителей на степень извлечения общих каротиноидов с использованием остатка и крахмала панцирей антарктического криля после ферментативного переваривания. Результаты показали, что лучшим растворителем для экстракции остатка панциря креветки был ацетон, и степень извлечения общих каротиноидов составила 15,6 % при оптимальных условиях; лучшим растворителем для экстракции осадка был этанол, и степень извлечения общих каротиноидов составила 73,7 % при оптимальных условиях. Кроме того, было проанализировано влияние концентрации сырого экстракта, температуры омыления и концентрации щелочи на содержание свободного астаксантина; были получены подходящие условия омыления, и содержание свободного астаксантина составило 55,75 мкг/мл при оптимальных условиях. Юй Сяосяо [22] использовал в качестве материала раковины антарктического криля и сравнил эффекты экстракции различными органическими растворителями. Было установлено, что степень извлечения общих каротиноидов в оптимизированных условиях составила (350,71 ± 12,06) мкг/г, что на 53,21 % выше, чем в ацетоне (228,90 ± 6,76) мкг/г. Такие же результаты были получены в исследовании по извлечению свободного астаксантина из раковин антарктического криля (Litopenaeus vannamei). Кроме того, исследователь использовал муку антарктического криля в качестве сырья и дрожжи в качестве ферментера, а оптимизированные условия привели к общей степени извлечения каротиноидов (191. 91 ± 4. 09) мкг/г, что на 24,41 % выше, чем степень извлечения ацетоном (228. 90 ± 6. 76) мкг/г. Сяоян Чжан[23] использовал панцири антарктического криля в качестве сырья и дихлорметан в качестве экстрагента для оптимизации условий экстракции с использованием методологии поверхности отклика, и оптимальные условия экстракции привели к степени извлечения 131,56 мкг/г астаксантина.

Прямая экстракция органическим растворителем более эффективна, но требует много времени, необходима помощь других технологий, часто в сочетании с ультразвуковой экстракцией, экстракцией под сверхвысоким давлением, микроволновой экстракцией и другими методами для повышения эффективности экстракции. Sun Lai Di [24] для порошка антарктического криля в качестве сырья, используя дихлорметан - метанол в качестве экстракции астаксантина факторов экстракции, оптимальные условия экстракции астаксантина скорость извлечения 179,00 мг / кг. Кроме того, органические растворители обычно имеют низкую температуру кипения и могут вызвать проблемы с безопасностью пищевых продуктов.

 

3.1.2 Ферментативные методы   

Ферментативное сбраживание - это экологически чистый метод экстракции, преимуществами которого являются низкое энергопотребление, короткое время и мягкие условия реакции; он часто используется в качестве метода предварительной обработки для разрушения связывания астаксантина с белками, а также может применяться в сочетании с другими методами для одновременного извлечения хитина и астаксантина. Тал Цзюнь-Сяо [25] использовал замороженный антарктический криль в качестве сырья, комбинацию щелочной протеазы и папаина использовал для экстракции астаксантина с безводным этанолом в качестве экстрагента, оптимальные условия экстракции астаксантина были исследованы с помощью оптимизации поверхности отклика, и степень извлечения астаксантина составила 90,42% при оптимальных условиях экстракции. Ванг и др.[26] использовали замороженный антарктический криль и соевое масло в качестве сырья для извлечения астаксантина путем эндогенной ферментативной деградации, и содержание астаксантина в креветочном масле составило 44,24 мг/кг.  3.1.3 Сверхкритическая СО2-экстракция Технология сверхкритической СО2-экстракции позволяет избежать проблемы разделения растворителей после экстракции, которая существует в методе органических растворителей. В то же время, благодаря низкой вязкости, высокому коэффициенту диффузии и другим отличным характеристикам, он может быть лучше извлечен из твердых образцов и проведен при более низких температурах, что может эффективно предотвратить деградацию и потерю чувствительных к теплу веществ. Однако, по сравнению с экстракцией органическими растворителями, сверхкритическая экстракция CO2 требует более дорогостоящего и устойчивого к высокому давлению оборудования и больших инвестиций.

 

Венг Тинг и др. [27] использовали сублимированный антарктический криль в качестве сырья для экстракции астаксантина из антарктического криля с помощью сверхкритического CO2 и определили содержание астаксантина в образцах с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), а оптимальные условия экстракции привели к степени извлечения 84,41% ± 0,57%. Али-Нехари и др. [28] сравнили различия в степени извлечения астаксантина из сверхкритического CO2 и гексана при различных условиях давления и температуры. Али-Нехари и другие [28] сравнили экстракцию астаксантина сверхкритическим CO2 и гексаном при различных давлениях и температурах и показали, что самый высокий выход астаксантина при экстракции сверхкритическим CO2 составил (86,2 ± 3,1) мкг/г, в то время как выход астаксантина при экстракции гексаном составил (103,2 ± 1,3) мкг/г. Хотя выход астаксантина при сверхкритической СО2-экстракции был несколько ниже, проблемы, вызванной последующим и неполным извлечением гексана, не существовало.

 

3. 1. 4 Другие методы    

Сун и др.[29] извлекли масло антарктического криля из замороженного антарктического криля с помощью сменного гидрофильного растворителя, и максимальная степень извлечения астаксантина из антарктического криля достигла 81,44% в условиях испытания.

 

3.2 Методы очистки астаксантина из антарктического криля

Астаксантин, полученный в результате предварительной экстракции антарктического криля, обычно содержит примеси, такие как малополярные липиды, гликолипиды, органические кислоты/основания или неорганические соли, которые влияют на цвет, стабильность и применение астаксантина, и требует дальнейшей очистки. В настоящее время для очистки астаксантина широко используются такие методы, как тонкослойная хроматография, колоночная хроматография и высокоэффективная жидкостная хроматография [8, 30].

 

3. 2. 1 Тонкослойная хроматография    

Тонкослойная хроматография (ТСХ) - это хроматографический метод для определения характеристик/количества образцов, в котором в качестве неподвижной фазы используется покрытый на опорной пластине носитель, а в качестве подвижной фазы - подходящий растворитель. При разделении астаксантина в качестве неподвижной фазы обычно используют силикагель и оксид алюминия, а в качестве разворачивающих агентов - петролейный эфир, н-гексан и ацетон для быстрого разделения свободного астаксантина и моно- и диэфиров астаксантина.

Конг Синьюань[31] изучил влияние 11 систем разворачивающих агентов на разделение астаксантина и обнаружил, что значения коэффициента удерживания (Rf) бис-эфира, моноэфира и свободного астаксантина составили 0,86, 0,70 и 0,47 соответственно при соотношении н-гексана, ацетона и уксусной кислоты 8∶2∶0,2. Ямагучи и другие [32] использовали тонкослойную хроматографию для определения относительного содержания астаксантина в антарктическом криле, но не описали точное содержание различных форм астаксантина. Ямагучи и другие [32] использовали тонкослойную хроматографию для определения относительного содержания астаксантина в антарктическом криле, но не представили точного количества астаксантина в различных формах.

 

3. 2. 2 Колоночная хроматография    

Колоночная хроматография, также известная как колоночная хроматография, позволяет разделять различные компоненты смеси образцов в соответствии с их коэффициентами разделения в стационарной и подвижной фазах. Поскольку астаксантин является слабополярным соединением, полярность эфиров астаксантина, связанных с жирными кислотами, очень низкая.

Он меньше по размеру. Поэтому использование силикагеля в качестве стационарной фазы для разделения петролейного эфира-ацетата астаксантиноподобных соединений и каротиноидов должно быть одним из используемых методов. В настоящее время в качестве стационарной фазы часто используются колонки C18 или C30. Поскольку астаксантин и эфиры астаксантина представляют собой ряд гидрофобных соединений с одинаковой полярностью, более гидрофобные колонки C30 способны сильнее взаимодействовать с соединениями астаксантина, и разделение эфиров астаксантина происходит более эффективно.

 

В качестве подвижной фазы обычно используют систему метанол-ацетонитрил, метанол-терт-бутилметиловый эфир и т.д. Для улучшения симметрии пиков часто добавляют небольшое количество кислоты или основания. Шаша Чжан[33] использовал колоночную хроматографию на силикагеле с петролейным эфиром-этилацетатом в качестве элюента для выделения моноэфира астаксантина из антарктических фосфорных креветок, при этом степень извлечения составила 38,14 %, а высокочистый астаксантин был получен методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Однако этот метод позволяет получить только моноэфир астаксантина или диэфир астаксантина по отдельности и не позволяет одновременно разделить различные формы астаксантина.

 

Сонг Сумей[21] обнаружил, что максимальная адсорбционная емкость макропористой адсорбирующей смолы AB-8 для астаксантина составляет 476,2 мкг/г сухой смолы, а скорость десорбции этилацетата для астаксантина - 98,7%, динамические условия адсорбции: массовая концентрация астаксантина 2 мкг/мл, скорость колонки 4 BV/ч, извлечение 78,9% и чистота 92,4% для астаксантина в сапонизированном растворе после оптимизации. После оптимизации восстановление астаксантина из сапонифицированного раствора составило 78,9%, а чистота - 92,4%; дальнейшая очистка астаксантина проводилась на колонке с силикагелем, и восстановление составило 92,9%, а чистота - 97,1%. Таким образом, превращение эфиров астаксантина в свободный астаксантин путем омыления является важным средством выделения и очистки астаксантина и повышения выхода конечного продукта астаксантина. Чтобы уменьшить потери астаксантина в процессе омыления, Цзян Цисин и другие [34] исследовали условия омыления эфиров астаксантина из панцирей антарктического криля, используя панцири антарктического криля в качестве сырья и содержание свободного астаксантина в качестве индикатора, и результаты показали, что оптимальными условиями омыления являются сырой экстракт с концентрацией 0,1 г/мл, температура омыления 5 ℃, концентрация щелочи 0,02 моль/л, время омыления 12 ч, а концентрация свободного астаксантина 55,5 мг/мл при оптимальных условиях. При оптимальных условиях концентрация качественного свободного астаксантина составляла 55,75 мкг/мл. Тал Цзюньсяо[25] определил условия омыления астаксантина из антарктического криля, оптимизировав время омыления 18 ч при концентрации раствора NaOH-этанола 0,010 моль/л, системе растворителей н-гептан, ацетон, этанол и вода (5∶4∶6∶5, v/v) и времени омыления 12 ч. Оптимальные условия составили 55,75 мкг/мл. 4:6:5), степень удержания на стационарной фазе составила 60,15 %, в этих условиях антарктический криль, Penaeus vannamei, обладал высокой степенью удержания.

Степень извлечения цианидина составила 8,04%, а чистота - 98,12%.

 

В целом, методы извлечения астаксантина из антарктического криля схожи с методами извлечения масла антарктического криля с точки зрения основных принципов и технических маршрутов. Существующие методы экстракции органическими растворителями сопряжены с проблемой остатков растворителя, а сверхкритическая экстракция CO2, тонкослойная хроматография и высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) подходят только для лабораторных масштабов. Поэтому методы получения астаксантина нуждаются в дальнейшей оптимизации и инновациях, и существует настоятельная необходимость в разработке методов получения, которые позволят достичь крупномасштабного производства астаксантина, с хорошими результатами разделения и высокой чистотой продукта. В будущем крупномасштабное получение астаксантина из антарктического криля может быть осуществлено в сочетании с промышленным получением масла антарктического криля.

 

4 Структурная характеристика астаксантина из антарктического криля (Litopenaeus vannamei)

Структурные характеристики астаксантина из антарктического криля лежат в основе его биологических свойств. Исследования показали, что астаксантин в антарктическом криле в основном существует в виде сложных эфиров, причем моноэфиры астаксантина составляют 25~35 %, а диэфиры - 55~64 % [33, 35-36]. Далее было установлено, что астаксантин антарктического криля имеет полностью транс-структуру и существует в виде трех стереоизомеров, причем доля трех стереоизомеров (3S,3′S), (3R,3′S) и (3R,3′R) составляет от 10 до 20 %, от 10 до 20 % и от 60 до 70 %, соответственно [13]. Cong Xinyuan[31] использовал высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) с высоким разрешением, в которой диэфир астаксантина с более высоким содержанием был Asta-C14 :0/C16 :0. Shasha[33] впервые сообщил, что (3R, 3′R) астаксантин антарктического криля и (3R, 3′R) моноэфир астаксантина антарктического криля были получены методом высокоэффективной жидкостной хроматографии; (3R, 3′R) моноэфир астаксантина антарктического криля был обнаружен методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Чистота (3R,3′ R) моноэфира астаксантина составила 99,36%, что соответствовало относительной молекулярной массе природного астаксантина (596,86) и максимальной длине волны поглощения астаксантина в УФ-диапазоне (476 нм), поэтому целевой продукт был идентифицирован как свободный астаксантин из антарктического криля. Zhou QX et al.[38] обнаружили только пять жирных кислот (C12:0, C14:0, C16:0, C16:1 и C18:1) в эфирах антарктического криля с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) FD-MS.

В настоящее время, несмотря на то, что некоторые ученые провели исследования структурных характеристик астаксантина в антарктическом криле, информации не хватает систематического анализа и обобщения, поэтому необходимы более глубокие исследования для всестороннего и систематического выяснения структурных характеристик астаксантина в антарктическом криле.

 

5 Биоактивность астаксантина из антарктического криля (Penaeus vannamei)

Биологическая активность астаксантина из антарктического криля является отражением его структурных характеристик. Ключевым фактором биологической активности астаксантина является доля астаксантина, которая поглощается и используется или хранится в организме, а на его использование влияют такие факторы, как молекулярная структура, способ его физического связывания с пищей, содержание жиров в рационе, а также количество ферментов поджелудочной железы и желчных солей в желудочно-кишечном тракте [40]. В организме астаксантин транспортируется в печень через лимфатическую систему, где он смешивается с желчными кислотами и образует мицеллы в тонкой кишке, которые частично поглощаются клетками слизистой оболочки кишечника и включают астаксантин в целиакию, тогда как целиакия, содержащая астаксантин, попадает в лимфатическую систему в системную циркуляцию, где она переваривается липоэластазой, а остатки целиакии быстро очищаются печенью и другими тканями. Усвоение астаксантина зависит от состава потребляемой с ним пищи (например, от содержания и типа липидов), причем диета с высоким содержанием жиров повышает усвоение астаксантина, а диета с низким содержанием жиров - снижает. Результаты анализа антивозрастных свойств D-галактозы у мышей, находящихся в старческом возрасте, проведенного Конг Синьюанем [31], показали, что антиоксидантная активность астаксантина из антарктического криля превосходит таковую синтетического астаксантина. В настоящее время об астаксантине из антарктического криля в естественных условиях переваривания, поглощения, транспорта и метаболического процесса исследований меньше, для различных молекулярных структур астаксантина в организме переваривания и поглощения процесса и его механизм действия исследования еще более редко сообщается, в будущем, должны провести более глубокие исследования.

 

6 Количественный и качественный анализ астаксантина в антарктическом криле

Астаксантин существует в основном в свободной и этерифицированной формах, причем для определения содержания изомеров или общего количества астаксантина необходимо экстрагировать только свободный астаксантин, в то время как эфиры астаксантина перед определением должны быть омылены или ферментативно растворены в свободном астаксантине. Астаксантин антарктического криля существует в основном в форме эфиров, и методы определения астаксантина являются ключевой частью качественных и количественных исследований астаксантина в антарктическом криле. В настоящее время методы определения астаксантина включают ультрафиолетовую спектрофотометрию (УФ), тонкослойную хроматографию (ТСХ), лазерную спектроскопию комбинационного рассеяния, высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) и высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ).

Жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (ЖХ-МС) [41].

 

6.1 Ультрафиолетово-видимая спектрофотометрия

UV-Vis спектрофотометрия - это метод определения поглощения веществ в диапазоне длин волн 190 ~ 800 нм для идентификации, проверки примесей и количественного определения. Поскольку соединения астаксантина имеют характерное поглощение в видимой области света, поэтому для количественного определения может быть использован УФ-метод. Этот метод прост, быстр, широко применим, недорог, но имеет ряд недостатков. Содержание астаксантина, определенное методом спектрофотометрии, выше, чем при использовании высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), поскольку, помимо астаксантина, другие каротиноиды, такие как лютеин, кератин и β-каротин, также могут рассматриваться как астаксантин, и даже хлорофилл и некоторые продукты деградации астаксантина были ошибочно включены в состав астаксантина.

 

6.2 Тонкослойная хроматография

Тонкослойная хроматография (ТЛХ) может быть использована не только для разделения и очистки соединений астаксантина, но и для определения астаксантина методом сканирующего анализа. Хуан Менг [37] использовал высокоэффективную тонкослойную хроматографию (ВЭЖХ) для определения содержания астаксантина в масле антарктического криля, при этом в качестве стационарной фазы использовался высокоэффективный силикагель.

При использовании н-гексан-ацетона (7∶2, v/v) в качестве подвижной фазы разделение было завершено в течение 10 минут, а восстановление астаксантина составило 98,53% в сочетании с анализом оптической плотности с помощью TLC-сканера.

 

6.3 Высокоэффективная жидкостная хроматография

В настоящее время астаксантин определяют методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с использованием колонки C18/C30 с метанолом/водой или метанолом/ацетонитрилом в качестве подвижной фазы, а содержание астаксантина определяют методом внешнего стандарта. Sun Weihong et al.[42] сначала из образца удаляли воду безводным MgSO4, в качестве растворителя для экстракции использовали ацетон, экстракт очищали дисперсионной твердофазной экстракцией с добавлением наполнителя N-пропилэтилендиамина, затем омыляли раствором NaOH-метанола и определяли содержание астаксантина ультрафиолетовым (УФ) детектором с YMC-Carotenoid C30 в качестве колонки. Пределы количественного определения (LOQ) астаксантина в муке антарктического криля и креветок составили 2,5 и 5 мг/кг, соответственно. Линейная зависимость между астаксантином и астаксантином в цельном виде была хорошей при 0,1~10 мг/л (r2 >0,999), а восстановление этого метода варьировалось от 77,9% до 91,3% с относительными стандартными отклонениями (RSD) 3,42%~8,75%. Sun Laidi[24] использовал в качестве сырья масло антарктического криля, которое было предварительно отделено и очищено с помощью колонки для твердофазной экстракции (SPE), а затем омылено раствором NaOH-метанола, и извлечение составило 94,3% с относительными стандартными отклонениями (RSD) 0,79%~1,91%.

 

6.4 Сравнение преимуществ и недостатков различных методов обнаружения

Таким образом, широко используемые методы определения астаксантина в антарктическом криле и его продуктах, такие как спектрофотометрия[24], жидкостная хроматография[43-44], жидкостная хромато-масс-спектрометрия[35] и спектрометрия ядерного магнитного резонанса[45], имеют свои преимущества и недостатки. Спектрофотометрия является широко используемым методом определения астаксантина, но метод подвержен интерференции в процессе определения, что затрудняет точное количественное определение; жидкостная хроматография является основным методом определения астаксантина, но существуют такие проблемы, как трудность эффективного разделения эфиров астаксантина, отсутствие стандартов, большие затраты времени и т.д., а высокая температура и концентрация щелочи в процессе определения могут легко привести к изомеризации и потере астаксантина, что может привести к неточным результатам; жидкостная хроматография-масс-спектрометрия может использоваться в Антарктиде, и метод может быть применен для определения астаксантина в Антарктиде. Жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (ЖХ-МС) может быть использована для структурной идентификации эфиров астаксантина и жирных кислот антарктического криля, при этом возможно разделение различных геометрических изомеров астаксантина, но это требует высоких требований к персоналу и оборудованию; ядерный магнитный резонанс (ЯМР) может быть использован для структурной идентификации и количественного анализа изомеров и эфиров астаксантина, но оборудование более дорогостоящее, а стоимость обслуживания выше.

 

6.5 Стандарты испытаний астаксантина

В настоящее время методы определения астаксантина основаны на двух национальных стандартах, трех промышленных стандартах и одном местном стандарте[41] .1) Национальный стандарт GB/T 23745-2009. Данный стандарт в основном используется для определения астаксантина в кормовых добавках, при этом применяется колориметрический метод с использованием спектрофотометра.2) Национальный стандарт GB/T 31520-2015. Данный стандарт в основном используется для определения астаксантина в красных водорослях методом ВЭЖХ.3) Стандарт водной промышленности SC/T 3053-2019. Настоящий стандарт в основном применяется для определения астаксантина в водных продуктах и изделиях из них методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). 4) Стандарт SN/T2327-2009 по инспекции въезда-выезда и карантину. Данный стандарт в основном используется для проверки содержания кератина и астаксантина в импортируемых и экспортируемых продуктах питания животного происхождения.5) Стандарт группы Китайской торговой палаты по импорту и экспорту лекарственных средств и товаров медицинского назначения (CCCCMHPIE) T/CCCMHPIE1. 21-2016, который разработан на основе Фармакопеи США.6) Местный стандарт DB23/T 1275-2008, который в основном используется для проверки содержания астаксантина в кормах. Этот стандарт в основном используется для определения содержания астаксантина в кормах с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. В будущем необходимо разработать методы и стандарты для определения содержания астаксантина в антарктическом криле в соответствии со структурой и физико-химическими свойствами астаксантина.

 

7 Стабильность астаксантина из антарктического криля

Стабильность астаксантина обусловлена его длинными сопряженными ненасыщенными двойными связями и восприимчивостью к свету, теплу, кислоте, щелочи, кислороду, ионам металлов и другим воздействиям изомеризации и деградации, поэтому стабильность астаксантина является астаксантином применения и играет важную предпосылку для его активности. Song Sumei [21] обнаружил, что астаксантин антарктического криля очень нестабилен в условиях освещения; с повышением температуры, потеря астаксантина ускоряется, когда температура в диапазоне 60 ~ 90 ℃, деградация увеличивается; щелочная концентрация астаксантина относительно стабильна, концентрация кислоты или колебания концентрации щелочи приведет к потере астаксантина; натрий, калий, магний, кальций, цинк и ионы алюминия в основном не влияют на астаксантин, но ионы меди, железа и железа имеют значительное влияние на астаксантин. Ионы железа оказывают очевидное разрушительное действие на астаксантин. Для того, чтобы замедлить скорость окисления астаксантина, улучшить стабильность хранения астаксантина, Чжао Yongqiang и другие [46], чтобы мальтодекстрин, гидроксипропил- β - мальтодекстрин и HP - β - CD стенки материала массовое соотношение 1:3, астаксантин антиоксидантный тест показал, что астаксантин после встраивания может быть сохранена в течение длительного времени после антиоксидантной активности астаксантина.

 

Ю Сяо[22] определил, что условия хранения астаксантина антарктического криля должны быть при температуре 4 °C или -20 °C, защищенными от света и исключающими контакт с металлическими средами или растворами солей металлов (нейтральными). Сонг Юкун [47] сравнил деградацию цельного жира, триглицеридов и фосфолипидов астаксантина при хранении в различных газовых условиях (аэробных и анаэробных) и при различных температурах (-20, 5 и 25 °C). Результаты показали, что при одинаковых условиях хранения скорость деградации астаксантина в фосфолипидном креветочном масле была самой высокой; чем выше температура хранения, тем выше скорость деградации астаксантина; в условиях хранения в кислороде скорость деградации астаксантина была выше, чем в условиях хранения в азоте; деградация астаксантина в антарктическом криле соответствовала модели динамики реакции первого порядка, и авторы сделали вывод, что формула Аррениуса может лучше объяснить константу скорости реакции омыления астаксантинового эфира. Авторы пришли к выводу, что формула Аррениуса может лучше объяснить характер изменения константы скорости реакции омыления эфира астаксантина. Таким образом, микрокапсулирование может значительно повысить чувствительность астаксантина к свету, теплу и кислороду. В заключение следует отметить, что астаксантин из антарктического криля следует хранить при низкой температуре, в защищенном от света и герметичном месте.

 

Влияние стабильности свободного астаксантина и моноэфиров астаксантина из криля сыграло положительную роль, однако диэфиры астаксантина в растворе креветочного масла оказались более стабильными, чем микрокапсулированный астаксантин. Однако через 25 дней эта тенденция изменилась. Для того чтобы лучше поддерживать стабильность астаксантина в антарктическом криле, необходимо улучшить растворимость в воде и биодоступность астаксантина в антарктическом криле, а также добиться целевого и точечного высвобождения. В будущем необходимо провести дополнительные исследования липидорастворимых составов астаксантина, инкапсуляций, микрокапсул и наночастиц для поддержания стабильности астаксантина.

 

Ссылки.

[1] ATKINSON A, SIEGEL V, PAKHOMOV E A, et al. A re-appraisal of the total biomass and annual production of Antarctic krill[J] . Deep Sea Research Part I :Oceanographic Research Papers, 2009, 56(5) :727-740.

[2] NICOL S, FOSTER J, KAWAGUCHI S. The fishery for Antarctic krill-recent developments [J] . Рыба и рыболовство, 2012, 13(1) : 30-40.

[3] SUN H W. Изолирование и предварительное выделение астаксантина из различных источников и связь между структурой и активностью [D] . Циндао : Университет Китая, 2015 :1-50.

[4] LI X, WANG X Q, DUAN C L, et al. Биотехнологическое производство астаксантина из микроводоросли Haematococcus pluvialis [ J] . Bio- technology Advances, 2020, 43 :107602.

[5] SUZUKI T, SHIBATA N. The utilisation Antarctic krill for hu- man food [J] .Food Reviews International, 1990, 6(1) :119-147.

[6] QIU D, WU Y C, ZHU W L, et al. Идентификация геометрических изо-меров и сравнение различных изомерных образцов астаксантина [J] . Наука, 2012, 77(9) :C934-C940.

[7] AMBATI R R, PHANG S M, RAVI S, et al. Astaxanthin :sources, extraction, stability, biological activities and its commercial applica- tions - обзор [J] .Marine Drugs, 2014, 12(1) :128-152.

[8] NGUYEN K D. Astaxanthin :a comparative case of synthetic vs. nat- ural production [J] .Chemical and Biomolecular Engineering Publi- cations and Other Works, 2013, 1(1) :1-11.

[9] GAO Y, XING L H, SUN W H, et al. Прогресс в исследовании методов экстракции, очистки и количественного определения астаксантина из различных источников [J]. [J] .Journal of Food Safety ＆ Quality, 2020, 11(5) :1414-1423. ( на китайском языке)

[10] HIGUERA -CIAPARA I, FÉLIX -VALENZUELA L, GOY- COOLEA F M. Astaxanthin :a review of its chemistry and applica- tions [J] . Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2006, 46(2) :185-196.

[11] FAKHRI S, ABBASZADEH F, DARGAHI L, et al. Astaxanthin :a mechanistic review on its biological activities and health benefits [J] .Pharmacological Research, 2018, 136 :1-20.

[12] MAOKA T, KATSUYAMA M, KANEKO N, et al. Stereochemical investigation of carotenoids in the Antarctic krill Euphausia super- ba[J] .Nippon Suisan Gakkaishi, 1985, 51(10) :1671-1673.

[13] YANG S. Исследование закономерностей изменения при хранении и переработке соединений астаксантина в Litopenaeus vannamei [D] .Qingdao:O- cean University of China, 2015 :5-30. (на китайском языке)

[14] NAGUIB Y M. Антиоксидантная активность астаксантина и родственных ка- ротиноидов [J] .Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2000, 48(4) :1150 -1154.

[15] ZHAO T, YAN X J, SUN L J, et al. Research progress on extrac- tion, biological activities and delivery systems of natural astaxan- thin[J] . Trends in Food Science ＆ Technology, 2019, 91 : 354 -361.

[16] KISHIMOTO Y, YOSHIDA H, KONDO K. Potential anti-athero- sclerotic properties of astaxanthin [ J] . Marine Drugs, 2016, 14(2) :35.

[17] YAMASHITA E. Astaxanthin as a medical food[ J] . Functional Foods in Health & Disease, 2013, 3(7) :254-258.

[18] LIM K C, YUSOFF F M, SHARIFF M, et al. Astaxanthin as feed supplement in aquatic animals [ J] . Reviews in Aquaculture, 2018, 10(3) :738-773.

[19] GONG M Y, BASSI A. Carotenoids from microalgae : a review of recent developments [J] . Biotechnology Advances, 2016, 34(8) : 1396-1412.

[20] ROUTRAY W, DAVE D, CHEEMA S K, et al. Biorefinery ap- proach and environment-friendly extraction for sustainable pro- duction of астаксантина из морских отходов [J] .Critical Reviews in Biotechnology, 2019, 39(4) :469-488.

[21] SONG S M. Экстракция и очистка астаксантина из панцирей криля [D] .Wuxi :Jiangnan University, 2013 :20-40. (на китайском языке). Chinese)

[22] YU X. Исследование экстракции и физико-химических свойств астаксантина из арктического криля (Euphausia superba) [ D] . Циндао : Китайский университет О-цэань, 2013 :5-35. (на китайском языке).

[23] ZHANG X Y. Исследование экстракции, очистки и инкапсулирования астаксантина из панциря антарктического криля [D] .Qingdao:Ocean University of China, 2013 :3-30. ( на китайском языке)

[24] SUN L D. Исследование метода определения ключевых показателей качества продуктов из антарктического криля [D] .Qingdao:Qingdao University, 2013 :5-35. ( на китайском языке)

[25] TAN J X. Исследование получения и стабильности астаксантина из антарктического криля [D] . Шанхай :Шанхайский океанический университет, 2018 : 5-35. ( на китайском языке)

[26] WANG L Z, SHEN Y, DU Y J, et al. Извлечение соевого масла, содержащего функциональные ингредиенты, из антарктического криля (Euphausia su- perba) с использованием улучшенного метода водной ферментативной экстракции [J] . European Journal of Lipid Science and Technology, 2018, 120(8) :1800144.

[27] WENG T, JIN Y Z, TAO N P, et al. Сверхкритическая экстракция диоксидом углерода астаксантина из антарктического криля (Euphausia superba) [J] .Natural Product Исследования и разработки, 2013, 25(10) : 1404-1410. ( на китайском языке)

[28] ALI-NEHARI A, KIM S B, LEE Y B, et al. Характеристика масла, включающего астаксантин, извлеченного из криля (Euphausia superba) с использованием сверхкритического диоксида углерода и органического растворителя в качестве сравнительного метода [J] . Сверхкритический диоксид углерода и органический растворитель как сравнительный метод[J] . Korean Journal of Chemical Engineering, 2012, 29(3) :329-336.

[29] SUN W W, HUANG W C, SHI B W, et al. Эффективная экстракция масла антарктического криля с использованием растворителей с переключаемой гидрофильностью[J] . Marine Life Science ＆ Technology, 2020, 2(1) :41-49.

[30] SOWMYA R, SACHINDRA N M. Оценка антиоксидантной активности экстракта каротиноидов из побочных продуктов переработки креветок с помощью анализов in vitro и в Пищевая химия, 2012, 134(1) :308-314.

[31] CONG X Y. Изолирование, идентификация и антиоксидантная активность астаксантина из антарктического криля [ D] . Циндао : Океанский университет Китая, 2019 :10-20. (на китайском языке).

[32] YAMAGUCHI K, MIKI W, TORIU N, et al. Состав каротиноидных пигментов в антарктическом криле Euphausia superba[J] . Бюллетень Японского общества научного рыболовства, 1983, 49 (9) :1411-1415.

[33] ZHANG S S. Выделение астаксантина и эфиров астаксантина из антарктического криля [ D] . Цзинань : Шаньдунский нормальный университет, 2015 : 13-30.

[34] JIANG Q X, SONG S M, XIA W S, et al. Исследование метода сапонификации эфиров астаксантина из панцирей антарктического криля [J] . Наука и техника пищевой промышленности, 2014, 35 (8) : 233-236. ( на китайском языке)

[35] TAKAICHI S, MATSUI K, NAKAMURA M, et al. Жирные кислоты эфиров астаксантина в криле, определенные с помощью мягкой масс-спектрометрии [J] .Comparative Биохимия и физиология Часть B :Биохимия5хроматография [J] . Journal of Food Safety ＆ Quality, 2017, 8(4) :1248-1253. ( на китайском языке)

[43] SUN W H, LENG K L, XING L H, et al. Определение астаксантина в масле антарктического криля методом высокоэффективной жидкостной хроматографии GPC и расчет поправочного коэффициента [J]. Расчет поправочного коэффициента [J] .Chinese Journal of Analysis Laboratory, 2013, 32(2) :26-30.

[44] WANG S, HAO P F, ZHAO X P, et al. Определение общего содержания астаксантина в масле антарктического криля методом высокоэффективной жидкостной хроматографии [J] . Instrumental Analysis, 2016, 35(4) : 482-486. (на китайском языке)

[45] GRYNBAUM M D, HENTSCHEL P, PUTZBACH K, et al. Однозначное обнаружение астаксантина и эфиров жирных кислот астаксантина в криле (Euphausia superba Dana) [J] .Journal of Separation Sci- ence, 2005, 28(14) :1685-1693.

[46] ZHAO Y Q, TAN J X, LI L H, et al. Оптимизация процесса приготовления и физико-химических свойств астаксантина из антарктического криля микрокапсул из антарктического криля [ J] . Progress in Fishery Sciences. 2019, 40(5) :185-194. (на китайском языке)

[47] SONG Y K. Влияние процесса вакуумной десольвентизации на масло антарктического криля и стабильность астаксантина во время хранения [D] . Далянь : Даляньский политехнический университет, 2015 :20-30. (на китайском языке).

[48] BUSTOS R, ROMO L, YÁÑEZ K, et al. Окислительная стабильность ка- ротиноидных пигментов и полиненасыщенных жирных кислот в микропартику- латных диетах. содержащих крилевый жир для питания личинок морских рыб [J] .Journal of Food Engineering, 2003, 56(2/3) :289-293.