TEIL 1
Was ist Astaxanthin?
Astaxanthin, auch bekannt als buntes Algenflavin oder Astaxanthin, ist eine ungesättigte Terpenverbindung. Der chemische Name lautet 3,3′-Dihydroxy-4,4′-diketo-β, β′-carotin, die Summenformel für C40H52O4. Unter den Bedingungen von 100 kPa liegt der Schmelzpunkt bei 216 ° C und der Siedepunkt bei 774 ° C.
Astaxanthin kommt häufig in Tieren (z. B. Wassertieren, Vögeln), Pflanzen, Pilzen, Algen und Bakterien vor und ist wegen seiner offensichtlichen Vorteile für die menschliche Gesundheit als „Rotes Wunder“ bekannt. Derzeit wird Astaxanthin als gesundes Lebensmittel auf dem Markt verkauft, das antioxidative, Anti-Aging-, Antitumor- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen vorbeugt.
TEIL 2
Wie Astaxanthin hergestellt wird
1, chemische Synthesemethode
Entsprechend den Unterschieden in der Synthesemethode wird die Astaxanthin-Synthesemethode in zwei Arten unterteilt: Die eine ist die indirekte Synthesemethode, d. h. die Oxidation anderer Carotinoide; Die zweite Methode ist die direkte Synthesemethode, d. h. die häufig verwendete Synthese von Carotinoidenmonomeren erfolgt direkt.
Die chemische Synthese von Astaxanthin hat die Vorteile geringerer Produktionskosten, hoher Ausbeute und einer Astaxanthin-Reinheit von mehr als 96 %, aber die Absorption und Nutzung von synthetischem Astaxanthin in Organismen ist gering, Stabilität, Sicherheit und antioxidative Aktivität sind geringer als die von natürlich extrahiertem Astaxanthin.
2, natürliche Extraktionsmethode
Natürliches Astaxanthin kommt hauptsächlich in Meeresorganismen vor. Die natürliche Extraktionsmethode ist die Verwendung von zerkleinerten Garnelen und Krabben und anderen Astaxanthin-reichen Verarbeitungsnebenprodukten, die Entfernung von Kalk, die Verwendung organischer Lösungsmittel und andere Methoden zur Astaxanthinextraktion. Diese Methode kann die Entwicklung der Aquakulturindustrie fördern und die Verschmutzung der Umwelt durch aquatische Nebenprodukte verringern. Aufgrund des hohen Gehalts an Asche und Chitin in den Krustentieren ausrangierter Garnelen und Krabben und des geringen Gehalts an Astaxanthin wird der Extraktionsprozess jedoch kompliziert und es besteht das Problem hoher Extraktionskosten.
3. Mikrobielle Fermentation
Die Verwendung von Hefe, Algen und Bakterien zur Herstellung von Astaxanthin wird als mikrobielle Fermentation bezeichnet. Zu den Hauptstämmen gehören einzellige Grünalgen, Rotalgen, Chlorella vulgaris, rote Fife-Hefe, klebrige rote Hefe, Gummi-Rotalgen und Paracoccidioides.
Astaxanthin, das in einer Bioreaktor-Fermentationsmaschine hergestellt wird, hat eine klar definierte Struktur, wenige Nebenprodukte und ist umweltfreundlich. Allerdings wird es durch Faktoren wie geringe Erträge, strenge Anbaubedingungen und hohe Anbaukosten eingeschränkt. Die Verwendung günstiger Kulturrohstoffe und die Auswahl hochwertiger, ertragreicher Stämme für den Einsatz in der industriellen Produktion sind die Schlüsselfaktoren bei der Produktion von Astaxanthin durch mikrobielle Fermentation.
TEIL3
Astaxanthin-produzierende Mikroorganismen
1、Algen
Viele Algen können Astaxanthin produzieren, beispielsweise Rotalgen, Chlamydospermum, Schirmalgen, Nacktalgen und so weiter. Rote Algen sind einzellige Süßwasser-Grünalgen, deren intrazelluläres Astaxanthin hauptsächlich aus Astaxanthin mit doppelter Veresterung und Astaxanthin mit einfacher Veresterung besteht, eine kleine Menge an freier Form existiert, was die Hauptproduktion von Astaxanthin in Algen darstellt.
Allerdings ist die Wachstumszeit von Robodocs rainier lang, die Anbaubedingungen sind anspruchsvoll und erfordern Licht, der Produktionsstandort ist begrenzt und Astaxanthin liegt in dickwandigen Sporen vor, mit geringer Extraktionsrate und schlechter Kontinuität.
2、Bakterien
Astaxanthin kommt in einer Vielzahl von Bakterien wie Pseudomonas aeruginosa, Paracoccidioides spp. vor. und Bacteroides lactis. Obwohl der Astaxanthingehalt der meisten Bakterien viel niedriger ist als der von Algen und Rotfifehefe, kann das Problem der geringen bakteriellen Astaxanthinproduktion durch die Einführung von Genen, die mit der Astaxanthinsynthese in Zusammenhang stehen, in Bakterien verbessert werden.
Die Herstellung von Astaxanthin durch bakterielle Fermentation kann die Produktionskosten von natürlichem Astaxanthin erheblich senken, was für die zukünftige industrielle Produktion von Astaxanthinen wichtig ist.
3. Hefe
Hefefermentation zur Herstellung von Astaxanthin. Die wichtigsten verwendeten Stämme sind rote Fife-Hefe, klebrige rote Hefe, marine rote Hefe und purpurrote Hefe. Die Produktion von Astaxanthin aus Red-Fife-Hefe bietet folgende Vorteile:
1. Kann eine Vielzahl von Kohlenstoff- und Stickstoffquellen zur Herstellung von Astaxanthin nutzen.
2. Schnelles Zellwachstum und schnelle Zellreproduktion, eine Kultur mit hoher Dichte kann erreicht werden
3. Kurzer Produktionszyklus und niedrige Kosten
4. Leicht vom menschlichen Körper absorbierbar und die extrahierte Hefe kann direkt als Futterzusatzstoff verwendet werden.
Der Weg der Hefe-Biosynthese von Astaxanthin ist in zwei Stufen unterteilt: Die erste Stufe ist die Synthese von β-Carotin; Die zweite Stufe ist die Bildung von Astaxanthin aus β-Carotin durch Oxidation und Hydroxylierung. Der Syntheseweg von Hefe-Astaxanthin ist wie folgt:
Syntheseweg von Hefe-Astaxanthin
TEIL4
Astaxanthin-Reinigungsmethode
1, Astaxanthin-Wanddurchbruchsverarbeitungsmethode
Astaxanthin ist ein intrazelluläres Produkt, das im Allgemeinen die Schritte Wanddurchbruch, Extraktion und Reinigung durchlaufen muss, bevor es aus dem Hefekörper extrahiert werden kann. Zu den häufig verwendeten Methoden zum Aufbrechen von Wänden gehören mechanische Methoden, chemische Methoden, enzymatische Methoden und Wärmebehandlung.
Bei der mechanischen Methode handelt es sich um die Verwendung mechanischer Geräte zum Aufreißen der Zellwand durch den osmotischen Zelldruck zur Freisetzung von Einschlüssen. Die Hauptmethode ist die Ultraschallzerkleinerungsmethode, die Perlenmahlmethode, die Sprühstoßzerkleinerungsmethode und die Hochdruckhomogenisierungsmethode. Der Vorgang ist einfach, kann jedoch leicht dazu führen, dass an einem Teil der Stelle die Temperatur der Lösung zu hoch ist, was zu einem Astaxanthinverlust führt.
Zu den chemischen Methoden gehören hauptsächlich die Dimethylsulfoxid-Methode, die Säure- und Alkali-Erhitzungsmethode und das Eindringen organischer Lösungsmittel. Das Durchbrechen der alkalischen Extraktion und des sauren Aufschlusses erfordert den Verbrauch einer großen Menge an Alkali und organischer Säure, was die Menge des Abwasserabflusses erhöht, Umweltverschmutzung verursacht und die stärkere Säure und Base das Astaxanthin schädigt. Die Verwendung einer Milchsäurekonzentration von 5,55 mol/L und einer Zerkleinerungstemperatur von 30 °C zur wandbrechenden Extraktion kann die Schädigung von Astaxanthin verringern.
Die enzymatischen Behandlungsbedingungen sind mild, die Anforderungen an die Ausrüstung sind gering, das Verfahren belastet die Umwelt weniger und das extrahierte Astaxanthin ist stabiler als Astaxanthin, das mit anderen Methoden gewonnen wird.
Für die Extraktion aktiver Komponenten wurde eine Vielzahl moderner Extraktionsmethoden entwickelt, beispielsweise gepulste elektrische Felder, Hochdruck-Mikrofluidisierung, ionische Flüssigkeiten und andere neue Technologien.
2, Astaxanthin-Extraktionsmethode
Astaxanthin ist eine fettlösliche Substanz, die in organischen Lösungsmitteln löslich und in Wasser unlöslich ist. Sie kann mit Aceton, Ethanol, Methanol, Petrolether und anderen polaren organischen Lösungsmitteln extrahiert werden. Aufgrund der begrenzten Extraktionswirkung eines einzelnen Lösungsmittels stellten die Forscher fest, dass der Gehalt an Astaxanthin, der mit der Säure-Hitze-Methode unter Verwendung einer 2:1-Mischung aus Ethylacetat und Ethanol als Extraktionslösung extrahiert wurde, deutlich höher war als der einer einzelnen Lösung .
3, Astaxanthin-Reinigungs- und Nachweismethoden
Astaxanthin-Reinigung hauptsächlich mittels Dünnschichtchromatographie und Säulenchromatographie, Dünnschichtchromatographie kann zur einfachen Bestimmung der Zusammensetzung des Rohextrakts verwendet werden, Säulenchromatographie ist aufgrund der kostengünstigen Ausrüstung, des Ersatzes stationärer Phasen usw. die am häufigsten verwendete Reinigungsmethode mobile Phasen ist praktisch.
Für den Vorreinigungsprozess eignen sich Dünnschichtchromatographie und Säulenchromatographie, für den Nachreinigungsprozess kann präparative Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) eingesetzt werden, wodurch der Reinigungseffekt mehr als 98 % betragen kann, aber die Vorbereitung Die Kosten sind höher. Um die Menge der Astaxanthinproduktion im Experiment schnell zu bestimmen, verwenden Sie normalerweise UV-sichtbare Spektrophotometrie.
TEIL 5
Abschließende Bemerkungen
Astaxanthin hat ein breites Entwicklungspotenzial, in der Medizin, Kosmetik, Gesundheitsprodukten, Futtermittelzusatzstoffen und anderen Aspekten hat es einen großen Nutzungswert und Entwicklungsraum.