Астаксантин

редактировать
Астаксантин
Формула скелета астаксантина
Модель молекулы астаксантина, заполняющая пространство
Имена
Название IUPAC 3,3′-дигидрокси-β, β-каротин -4,4'-дион
Систематическое название ИЮПАК (6S) -6-Гидрокси-3 - [(1E, 3E, 5E, 7E, 9E, 11E, 13E, 15E, 17E) -18- [ (4S) -4-гидрокси-2,6,6-триметил-3-оксо-1-циклогексенил] -3,7,12,16-тетраметилоктадека-1,3,5,7,9,11,13,15, 17-нонаенил] -2,4,4-триметил-1-циклогекс-2-енон
Другие названия β-каротин-4,4'-дион, 3,3'-дигидрокси-, все- транс-; (3S, 3'S) -астаксантин; (3S, 3'S) -астаксантин; (3S, 3'S) -all-транс-астаксантин; (S, S) -астаксантин; Астаксантин, полностью транс-; полностью транс-астаксантин; транс-астаксантин
Идентификаторы
Номер CAS
3D-модель (JSmol )
ChEBI
ChEMBL
  • ChEMBL445751
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.006.776 Отредактируйте это в Викиданных
E number E161j (colours)
PubChem CID
UNII
Панель управления CompTox (EPA )
InChI
УЛЫБКИ
Свойства
Химическая формула C40H52O4
Молярная масса 596,84 г / моль
Внешний видкрасный твердый порошок
Плотность 1,071 г / мл
Температура плавления 216 ° C (421 ° F; 489 K)
Температура кипения 774 ° C (1425 ° F; 1047 K)
Растворимость 30 г / л в DCM; 10 г / л в CHCl 3 ; 0,5 г / л в ДМСО; 0,2 г / л в ацетоне
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒ N (что такое ?)
Ссылки на инфобокс

Астаксантин - это кето- каротиноид. Он принадлежит к более крупному классу химических соединений, известных как терпены (как тетратерпеноид ), состоящих из пяти предшественников углерода, изопентенилдифосфата и диметилаллилдифосфата.. Астаксантин классифицируется как ксантофилл (первоначально происходит от слова, означающего «желтые листья», поскольку желтые пигменты листьев растений были первыми из семейства каротиноидов ксантофиллов), но в настоящее время используется для описания каротиноидных соединений, содержащих кислород -содержащие компоненты, гидроксил (-ОН) или кетон (C = O), такие как зеаксантин и кантаксантин. Действительно, астаксантин является метаболитом зеаксантина и / или кантаксантина, содержащим как гидроксильные, так и кетоновые функциональные группы.

Как и многие каротиноиды, астаксантин представляет собой липид -растворимый пигмент. Его красно-оранжевый цвет обусловлен протяженной цепочкой сопряженных (чередующихся двойных и одинарных) двойных связей в центре соединения. Эта цепь конъюгированных двойных связей также отвечает за антиоксидантную функцию астаксантина (а также других каротиноидов), поскольку она приводит к образованию области децентрализованных электронов, которые могут быть переданы для восстановления реактивной окисляющей молекулы.

Астаксантин - это кроваво-красный пигмент, который естественным образом вырабатывается в пресноводных микроводорослях Haematococcus pluvialis и дрожжевом грибке dendrorhous (также известном как Phaffia). Когда водоросли испытывают стресс из-за недостатка питательных веществ, повышенной солености или чрезмерного солнечного света, они вырабатывают астаксантин. Животные, которые питаются водорослями, такие как лосось, красная форель, красный морской лещ, фламинго и ракообразные (то есть креветки, криль, крабы, омары и раки), впоследствии в различной степени отражают красно-оранжевую пигментацию астаксантина.

Структура астаксантина путем синтеза была описана в 1975 году. Астаксантин не превращается в витамин A в организме человека, поэтому он совершенно нетоксичен при пероральном применении.

Астаксантин также может использоваться в качестве пищевой добавки, предназначенной для употребления людьми, животными и аквакультурами. Промышленное производство астаксантина происходит из синтетических источников растительного или животного происхождения. США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило астаксантин в качестве пищевого красителя (или красящей добавки) для использования в пищевых продуктах животного и рыбного происхождения. Европейская комиссия считает его пищевым красителем, и ему присвоен номер E E161j. Астаксантин из водорослей, синтетических и бактериальных источников общепризнан FDA как безопасный (GRAS). Европейское управление по безопасности пищевых продуктов установило допустимое суточное потребление в размере 0,2 мг на кг массы тела в 2019 году. В качестве добавки пищевого красителя использование астаксантина и диметилдисукцината астаксантина ограничено. для использования только в кормах лососевых рыб.

Содержание

  • 1 Природные источники
  • 2 Биосинтез
  • 3 Синтетические источники
  • 4 Метаболическая инженерия
  • 5 Структура
    • 5.1 Стереоизомеры
    • 5.2 Этерификация
  • 6 Использование
    • 6.1 Для морепродуктов и животных
    • 6.2 Пищевая добавка
  • 7 Роль в пищевой цепи
  • 8 Нормативные акты
  • 9 Ссылки

Природные источники

Панцирь и меньшие части тканей тела Pandalus borealis (арктических креветок) окрашены в красный цвет из-за астаксантина и используются и продаются в качестве экстрагируемого источника астаксантина. Файл: Трехмерный -Ultrastructural-Study-of-Oil-and-Astaxanthin-Accumulation-during-Encystment-in-pone.0053618.s002.ogv Воспроизвести медиа A Haematococcus pluvialis киста, заполненная астаксантином (красный) Криль также используется в качестве источника астаксантина.

Астаксантин присутствует в большинстве водных организмов красного цвета. Содержание варьируется от вида к виду, но также от человека к человеку, поскольку оно сильно зависит от диеты и условий жизни. Астаксантин и другие химически родственные аста-каротиноиды также были обнаружены у ряда видов лишайников арктической зоны.

Основными природными источниками промышленного производства астаксантина являются следующие:

Концентрации астаксантина в природе приблизительно равны:

ИсточникКонцентрация астаксантина (ppm)
Лососевые ~ 5
Планктон ~ 60
Криль ~ 120
Арктические креветки (P borealis)~ 1,200
дрожжи Phaffia~ 10,000
Haematococcus pluvialis ~ 40,000

Водоросли являются основным естественным источником астаксантина в водной пищевой цепи. Микроводоросли Haematococcus pluvialis, по-видимому, накапливают самые высокие уровни астаксантина в природе и в настоящее время являются основным промышленным источником для производства природного астаксантина, где из одного кг сухой биомассы можно получить более 40 г астаксантина. Haematococcus pluvialis имеет производственное преимущество, состоящее в том, что популяция удваивается каждую неделю, а это означает, что увеличение масштабов не является проблемой. В частности, микроводоросли выращивают в два этапа. Во-первых, в зеленой фазе клетки получают большое количество питательных веществ, способствующих пролиферации клеток. В последующей красной фазе клетки лишаются питательных веществ и подвергаются воздействию интенсивного солнечного света, чтобы вызвать энцистментацию (каротогенез), во время которой клетки производят высокие уровни астаксантина в качестве защитного механизма против стресса окружающей среды. Затем клетки с их высокими концентрациями астаксантина собирают.

Дрожжи Phaffia Xanthophyllomyces dendrorhous содержат 100% свободный, неэтерифицированный астаксантин, который считается предпочтительным, поскольку он легко абсорбируется и не требует гидролиза в пищеварительный тракт рыбы. В отличие от синтетических и бактериальных источников астаксантина, дрожжевые источники астаксантина состоят в основном из (3R, 3’R) -формы, важного источника астаксантина в природе. Наконец, геометрический изомер, all-E, выше в дрожжевых источниках астаксантина по сравнению с синтетическими источниками.

У моллюсков астаксантин почти исключительно сконцентрирован в панцирях, лишь в небольших количествах в самой плоти, и большая часть его становится видимой только во время приготовления, когда пигмент отделяется от денатурированных белков, которые в противном случае связывают его. Астаксантин получают из Euphausia superba (антарктического криля) и из отходов переработки креветок. Из 12 000 фунтов влажных панцирей креветок можно получить смесь астаксантина и триглицеридного масла объемом 6–8 галлонов.

Биосинтез

Биосинтез астаксантина начинается с трех молекул изопентенилпирофосфата (IPP) и одной молекулы диметилаллилпирофосфата (DMAPP), которые объединяются изомеразой IPP и превращаются в геранилгеранилпирофосфат (GGPP) с помощью GGPP-синтазы. Затем две молекулы GGPP соединяются фитоенсинтазой с образованием фитоена. Затем фитоен-десатураза создает четыре двойные связи в фитоене с образованием ликопина. Затем ликопенциклаза сначала образует γ-каротин, а затем образует β-каротин. Из β-каротина гидролазы (синий) и кетолаз (зеленый) образуют несколько промежуточных молекул до конечной молекулы, астаксантина.

Биосинтез астаксантина начинается с трех молекул изопентенилпирофосфата (IPP) и одной молекулы диметилаллилпирофосфата (DMP). которые объединяются изомеразой IPP и превращаются в геранилгеранилпирофосфат (GGPP) с помощью GGPP-синтазы. Затем две молекулы GGPP соединяются фитоенсинтазой с образованием фитоена. Затем фитоен-десатураза создает четыре двойные связи в молекуле фитоена с образованием ликопина. После десатурации ликопинциклаза сначала образует γ-каротин, превращая один из ψ-ациклических концов ликопена в β-кольцо, а затем преобразует другой с образованием β-каротина. Из β-каротина гидролазы (синий) отвечают за включение двух 3-гидроксильных групп, а кетолазы (зеленый) за добавление двух 4-кетогрупп, образуя несколько промежуточных молекул до тех пор, пока не будет получена конечная молекула, астаксантин.

Синтетические источники

Практически весь имеющийся в продаже астаксантин для аквакультуры производится синтетическим путем с годовым оборотом более 200 миллионов долларов США и продажной ценой примерно 5000-6000 долларов США за килограмм по состоянию на июль 2012 года. рынок вырос до более чем 500 миллионов долларов к 2016 году и, как ожидается, будет продолжать расти вместе с аквакультуры индустрии.

Эффективный синтез изофорона, цис-3-метил- 2-пентен-4-ин-1-ол и симметричный C 10 -диальдегид были обнаружены и используются в промышленном производстве. Он объединяет эти химические вещества вместе с этинилированием, а затем реакцией Виттига. Два эквивалента правильного илида в сочетании с подходящим диальдегидом в растворителе, состоящем из метанола, этанола или их смеси, дают астаксантин с выходами до 88%.

Синтез астаксантина с Реакция Виттига

Метаболическая инженерия

Стоимость производства астаксантина, высокая рыночная цена и отсутствие ведущих систем ферментационного производства в сочетании со сложностями химического синтеза означают, что были проведены исследования альтернативных методов ферментационного производства. вне. Метаболическая инженерия дает возможность создавать биологические системы для производства определенного целевого соединения. Метаболическая инженерия бактерий (Escherichia coli ) недавно позволила производить астаксантин на уровне>90% от общего количества каротиноидов, обеспечивая первую инженерно-производственную систему, способную эффективно продуцировать астаксантин. Биосинтез астаксантина происходит из бета-каротина через либо зеаксантин, либо кантаксантин. Исторически считалось, что биосинтез астаксантина протекает по обоим путям. Однако недавняя работа предполагает, что эффективный биосинтез может фактически происходить от бета-каротина до астаксантина через зеаксантин. Производство астаксантина с помощью метаболической инженерии изолированно не может быть подходящей альтернативой современным промышленным методам. Скорее следует принять подход биопроцессов. Такой подход будет учитывать условия и экономику ферментации, а также последующую переработку (экстракцию). Экстракция каротиноидов широко изучалась, например, экстракция кантаксантина (предшественника астаксантина) изучалась в процессе получения E. coli, демонстрируя, что эффективность экстракции значительно повышалась, когда два растворителя, ацетон и метанол, использовались последовательно, а не как комбинированный раствор.

Структура

Стереоизомеры

В дополнение к структурным изомерным конфигурациям астаксантин также содержит два хиральных центра в 3- и 3'-положениях, что дает три уникальные стереоизомеры (3R, 3'R и 3R, 3'S мезо и 3S, 3'S). Хотя все три стереоизомера присутствуют в природе, их относительное распределение значительно варьируется от одного организма к другому. Синтетический астаксантин содержит смесь всех трех стереоизомеров в соотношении приблизительно 1: 2: 1.

Этерификация

Астаксантин существует в двух преобладающих формах: неэтерифицированные (дрожжевые, синтетические) и этерифицированный (водоросль) с фрагментами жирной кислоты различной длины, на состав которых влияет исходный организм, а также условия роста. Астаксантин, который скармливают лососю для усиления окраски мяса, находится в неэтерифицированной форме. Преобладающие данные подтверждают деэтерификацию жирных кислот из молекулы астаксантина в кишечнике до или одновременно с абсорбцией, приводящей к циркуляции и отложению в тканях неэтерифицированных веществ. -этерифицированный астаксантин. Европейское управление по безопасности пищевых продуктов (EFSA) опубликовало научное заключение о подобном ксантофилле каротиноиде, лютеине, в котором говорится, что «после прохождения через желудочно-кишечный тракт и / или поглощения сложные эфиры лютеина гидролизуются с образованием снова свободный лютеин ». Хотя можно предположить, что неэтерифицированный астаксантин будет более биодоступным, чем этерифицированный астаксантин, из-за дополнительных ферментативных стадий в кишечнике, необходимых для гидролиза компонентов жирных кислот, несколько исследований показывают, что биодоступность больше зависит от состава, чем конфигурации.

Использует

Астаксантин используется в качестве пищевой добавки и кормовой добавки в качестве пищевого красителя для лосося, крабов, креветок, кур и производства яиц.

Для морепродуктов и животных

В основном синтетический астаксантин сегодня используется в качестве добавки к корму для животных для придания окраски, включая выращенный на ферме лосось и куриные яичные желтки. На синтетические каротиноидные пигменты желтого, красного или оранжевого цвета приходится около 15–25% стоимости производства коммерческого корма для лосося. Сегодня почти весь коммерческий астаксантин для аквакультуры производится синтетическим путем.

Групповые иски были поданы против некоторых крупных сетей продуктовых магазинов за то, что лосось, обработанный астаксантином, не был четко обозначен как «добавленный краситель». Цепи быстро последовали этому примеру, обозначив всю такую ​​рыбу как «добавленный краситель». Судебный процесс продолжался с иском о возмещении ущерба, но судья Сиэтла отклонил иск, постановив, что обеспечение соблюдения применимых законов о пищевых продуктах зависит от правительства, а не отдельных лиц.

Пищевая добавка

Основное применение для человека поскольку астаксантин является пищевой добавкой, хотя по состоянию на 2018 г. данных медицинских исследований было недостаточно доказательств того, что он влияет на риск заболевания или здоровье людей, и остается в стадии предварительных исследований.. В 2018 году Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов запросило у производителей пищевых добавок научную информацию о безопасности астаксантина.

Роль в пищевой цепочке

Омары, креветки и некоторые крабы становятся красными при приготовлении, потому что астаксантин, который был связан с белком в панцире, становится свободным, когда белок денатурируется и раскручивается. Таким образом, освобожденный пигмент может поглощать свет и производить красный цвет.

Правила

В апреле 2009 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрило астаксантин в качестве добавки. для кормов для рыб только в составе стабилизированной смеси красителей. Смеси красителей для кормов для рыб, сделанные с астаксантином, могут содержать только подходящие разбавители. Красящие добавки астаксантин, ультрамарин синий, кантаксантин, синтетический оксид железа, сухая мука из водорослей, мука и экстракт бархатцев и эндосперм кукурузы. масло одобрено для использования в продуктах животного происхождения. Мука из водорослей Haematococcus (21 CFR 73.185) и дрожжи Phaffia (21 CFR 73.355) для использования в кормах для рыб для окрашивания лососевых рыб были добавлены в 2000 г. В Европейском Союзе пищевые добавки, содержащие астаксантин, получены из источников, без истории использования в качестве источника пищи в Европе, подпадают под действие Закона о новых пищевых продуктах, EC (No.) 258/97. С 1997 года было пять новых пищевых применений, касающихся продуктов, содержащих астаксантин, извлеченный из этих новых источников. В каждом случае эти приложения были упрощенными или существенно эквивалентными, поскольку астаксантин признан пищевым компонентом в рационе ЕС.

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-12 01:50:58
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте