La astaxantina / æ s t ə z æ n theta ɪ n / es un ceto carotenoide . [3] [4] Pertenece a una clase más grande de compuestos químicos conocidos como terpenos (como tetraterpenoide ) construido a partir de cinco precursores de carbono, difosfato de isopentenilo y difosfato de dimetilalilo . La astaxantina se clasifica como xantofila(originalmente derivado de una palabra que significa "hojas amarillas" ya que los pigmentos de hojas de plantas amarillas fueron los primeros reconocidos de la familia de carotenoides xantofila), pero actualmente se emplea para describir compuestos carotenoides que tienen componentes que contienen oxígeno, hidroxilo (-OH) o cetona ( C = O), como zeaxantina y cantaxantina . De hecho, la astaxantina es un metabolito de la zeaxantina y / o cantaxantina, que contiene grupos funcionales tanto hidroxilo como cetona.
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| Nombres | |
|---|---|
| Nombre IUPAC (3 S , 3 ′ S ) -3,3′-Dihidroxi-β, β-caroteno-4,4′-diona | |
| Nombre IUPAC preferido (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-tetrametiloctadeca-1,3,5,7,9,11,13,15,17-noneno-1,18-diil] bis (6-hidroxi-2,4,4-trimetilciclohex-2-en-1- uno) | |
| Otros nombres β-caroteno-4,4'-diona, 3,3'-dihidroxi-, todo-trans-; (3S, 3'S) -Astaxantina; (3S, 3'S) -Astaxantina; (3S, 3'S) -todo-trans-astaxantina; (S, S) -astaxantina; Astaxantina, todo-trans-; todo-trans-astaxantina; trans-astaxantina [1] | |
| Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
| CHEBI | |
| CHEMBL | |
| ChemSpider | |
| Tarjeta de información ECHA | 100.006.776  |
| Número e | E161j (colores) |
PubChem CID | |
| UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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| Propiedades | |
| C 40 H 52 O 4 | |
| Masa molar | 596,84 g / mol |
| Apariencia | polvo sólido rojo |
| Densidad | 1.071 g / mL [2] |
| Punto de fusion | 216 ° C (421 ° F; 489 K) [2] |
| Punto de ebullición | 774 ° C (1.425 ° F; 1.047 K) [2] |
| Solubilidad | 30 g / L en DCM; 10 g / L en CHCl 3 ; 0,5 g / L en DMSO; 0,2 g / L en acetona |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
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| Referencias de Infobox | |
Como muchos carotenoides, la astaxantina es un pigmento soluble en lípidos . Su color rojo anaranjado se debe a la cadena extendida de dobles enlaces conjugados (alternados dobles y simples) en el centro del compuesto. Esta cadena de dobles enlaces conjugados también es responsable de la función antioxidante de la astaxantina (así como de otros carotenoides), ya que da como resultado una región de electrones descentralizados que se pueden donar para reducir una molécula oxidante reactiva.
La astaxantina es un pigmento rojo sangre y se produce naturalmente en las microalgas de agua dulce Haematococcus pluvialis y el hongo de levadura Xanthophyllomyces dendrorhous (también conocido como Phaffia ). Cuando las algas están estresadas por la falta de nutrientes, el aumento de la salinidad o la luz solar excesiva, crean astaxantina. Los animales que se alimentan de las algas, como el salmón, la trucha roja, el besugo, los flamencos y los crustáceos (es decir, camarones, krill, cangrejos, langostas y cangrejos de río), reflejan posteriormente la pigmentación de astaxantina rojo-naranja en varios grados.
La estructura de la astaxantina por síntesis se describió en 1975. [5] La astaxantina no se convierte en vitamina A en el cuerpo humano, por lo que es completamente atóxica si se administra por vía oral. [ aclaración necesaria ]
La astaxantina también se puede utilizar como suplemento dietético destinado al consumo humano, animal y acuícola . La producción industrial de astaxantina proviene de fuentes sintéticas y de origen vegetal o animal. La Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. Ha aprobado la astaxantina como colorante alimentario (o aditivo de color) para usos específicos en alimentos para animales y peces. [6] La Comisión Europea lo considera colorante alimentario y se le asigna el número E E161j. [7] La astaxantina de algas, fuentes sintéticas y bacterianas, es generalmente reconocida como segura (GRAS) por la FDA. [8] [9] La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria ha establecido una ingesta diaria aceptable de 0,2 mg por kg de peso corporal en 2019. [10] Como aditivo colorante alimentario, la astaxantina y el dimetildisuccinato de astaxantina están restringidos para su uso en piensos para peces salmónidos únicamente. [11]
Fuentes naturales
La astaxantina está presente en la mayoría de los organismos acuáticos de color rojo. El contenido varía de una especie a otra, pero también de un individuo a otro, ya que depende en gran medida de la dieta y las condiciones de vida. También se ha encontrado astaxantina y otros astacarotenoides químicamente relacionados en varias especies de líquenes de la zona ártica.
Las principales fuentes naturales para la producción industrial de astaxantina comprenden las siguientes:
- Euphausia pacifica (krill del Pacífico)
- Euphausia superba (krill antártico)
- Haematococcus pluvialis (algas) [3]
- Pandalus borealis (camarón ártico)
- Xanthophyllomyces dendrorhous , anteriormente Phaffia rhodozyma (levadura)
Las concentraciones de astaxantina en la naturaleza son aproximadamente: [ cita requerida ]
| Fuente | Concentración de astaxantina (ppm) |
|---|---|
| Salmónidos | ~ 5 |
| Plancton | ~ 60 |
| Krill | ~ 120 |
| Camarón ártico (P borealis) | ~ 1200 |
| Levadura de fafia | ~ 10,000 |
| Haematococcus pluvialis | ~ 40 000 |
Las algas son la principal fuente natural de astaxantina en la cadena alimentaria acuática . La microalga Haematococcus pluvialis parece acumular los niveles más altos de astaxantina en la naturaleza y actualmente es la principal fuente industrial para la producción natural de astaxantina, donde se pueden obtener más de 40 g de astaxantina a partir de un kg de biomasa seca. [ cita requerida ] Haematococcus pluvialis tiene la ventaja productiva de que la población se duplica cada semana, lo que significa que la ampliación no es un problema. Específicamente, las microalgas se cultivan en dos fases. [ cita requerida ] Primero, en la fase verde, las células reciben una gran cantidad de nutrientes para promover la proliferación de las células. En la siguiente fase roja, las células son privadas de nutrientes y sometidas a una intensa luz solar para inducir el enquistamiento (carotogénesis), durante el cual las células producen altos niveles de astaxantina como mecanismo protector contra el estrés ambiental. Luego se recolectan las células, con sus altas concentraciones de astaxantina. [12]
La levadura de fafia Xanthophyllomyces dendrorhous exhibe astaxantina 100% libre, no esterificada, que se considera ventajosa porque es fácilmente absorbible y no necesita hidrolizarse en el tracto digestivo del pescado. [ cita requerida ] En contraste con las fuentes sintéticas y bacterianas de astaxantina, las fuentes de astaxantina de levadura consisten principalmente en la forma (3 R , 3 ' R ), una fuente importante de astaxantina en la naturaleza. [ cita requerida ] Finalmente, el isómero geométrico, todo- E , es más alto en las fuentes de levadura de astaxantina, en comparación con las fuentes sintéticas.
En los mariscos, la astaxantina se concentra casi exclusivamente en las conchas, con solo pequeñas cantidades en la carne misma, y la mayor parte solo se vuelve visible durante la cocción, ya que el pigmento se separa de las proteínas desnaturalizadas que de otro modo lo unen. La astaxantina se extrae de Euphausia superba (krill antártico) [13] y de los desechos del procesamiento del camarón. 12,000 libras de conchas de camarón húmedo pueden producir una mezcla de aceite de astaxantina / triglicéridos de 6 a 8 galones. [14]
Biosíntesis
La biosíntesis de astaxantina comienza con tres moléculas de pirofosfato de isopentenilo (IPP) y una molécula de pirofosfato de dimetilalilo (DMAPP) que se combinan con la isomerasa IPP y se convierten en pirofosfato de geranilgeranilo (GGPP) mediante la sintasa de GGPP. Luego, dos moléculas de GGPP son acopladas por la fitoeno sintasa para formar fitoeno. A continuación, la fitoeno desaturasa crea cuatro dobles enlaces en la molécula de fitoeno para formar licopeno. Después de la desaturación, la licopeno ciclasa primero forma γ-caroteno al convertir uno de los extremos ψ acíclicos del licopeno en un anillo β, luego posteriormente convierte el otro para formar β-caroteno. A partir del β-caroteno, las hidrolasas (azul) son responsables de la inclusión de dos grupos 3-hidroxi, y las cetolasas (verde) de la adición de dos grupos 4-ceto, formando múltiples moléculas intermedias hasta obtener la molécula final, astaxantina. [15]
Fuentes sintéticas
Casi toda la astaxantina disponible comercialmente para la acuicultura se produce sintéticamente, con una facturación anual de más de $ 200 millones y un precio de venta de aproximadamente $ 5000-6000 por kilo en julio de 2012. [ cita requerida ] El mercado creció a más de $ 500 millones en 2016 y es Se espera que continúe creciendo con la industria de la acuicultura . [dieciséis]
Una síntesis eficiente de isoforona , cis -3-metil-2-penten-4-in-1-ol y un simétrico C 10 -dialdehyde ha descubierto y se utiliza en la producción industrial. Combina estos productos químicos junto con una etinilación y luego una reacción de Wittig . [17] Dos equivalentes del iluro apropiado combinado con el dialdehído apropiado en un solvente de metanol, etanol o una mezcla de los dos, produce astaxantina en rendimientos de hasta 88%. [18]
Ingeniería metabólica
El costo de producción de astaxantina, el alto precio de mercado y la falta de sistemas de producción de fermentación líderes, combinados con las complejidades de la síntesis química, significan que se han llevado a cabo investigaciones sobre métodos alternativos de producción de fermentación. La ingeniería metabólica ofrece la oportunidad de crear sistemas biológicos para la producción de un compuesto objetivo específico. La ingeniería metabólica de bacterias ( Escherichia coli ) permitió recientemente la producción de astaxantina en> 90% de los carotenoides totales, proporcionando el primer sistema de producción diseñado capaz de producir astaxantina de manera eficiente. [19] La biosíntesis de astaxantina procede del betacaroteno vía zeaxantina o cantaxantina . Históricamente, se ha asumido que la biosíntesis de astaxantina procede a lo largo de ambas rutas. Sin embargo, un trabajo reciente ha sugerido que la biosíntesis eficiente puede, de hecho, pasar del betacaroteno a la astaxantina a través de la zeaxantina. [20] [21] La producción de astaxantina mediante ingeniería metabólica, de forma aislada, no proporcionará una alternativa adecuada a los métodos industriales actuales. Más bien, debería adoptarse un enfoque de bioprocesos. Este enfoque consideraría las condiciones de fermentación y la economía, así como el procesamiento posterior (extracción). La extracción de carotenoides se ha estudiado extensamente, por ejemplo, la extracción de cantaxantina (un precursor de la astaxantina) se estudió dentro de un proceso de producción de E. coli demostrando que la eficiencia de extracción aumentó sustancialmente cuando dos solventes, acetona y metanol, se usaron secuencialmente en lugar de como una solución combinada. [22]
Estructura
Estereoisómeros
Además de las configuraciones isoméricas estructurales, la astaxantina también contiene dos centros quirales en las posiciones 3 y 3 ', lo que da como resultado tres estereoisómeros únicos (3R, 3'R y 3R, 3'S meso y 3S, 3'S). Si bien los tres estereoisómeros están presentes en la naturaleza, la distribución relativa varía considerablemente de un organismo a otro. [23] La astaxantina sintética contiene una mezcla de los tres estereoisómeros, en proporciones de aproximadamente 1: 2: 1. [24]
Esterificación
La astaxantina existe en dos formas predominantes, no esterificada (levadura, sintética) o esterificada (alga) con restos de ácidos grasos de varias longitudes cuya composición está influenciada por el organismo fuente así como por las condiciones de crecimiento. La astaxantina que se administra al salmón para mejorar la coloración de la carne está en forma no esterificada [25] El predominio de la evidencia apoya una desesterificación de los ácidos grasos de la molécula de astaxantina en el intestino antes o concomitantemente con la absorción, lo que da como resultado la circulación y el tejido. deposición de astaxantina no esterificada. La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) publicó un dictamen científico sobre un carotenoide de xantofila similar , la luteína, afirmando que "después del paso por el tracto gastrointestinal y / o la captación, los ésteres de luteína se hidrolizan para formar luteína libre nuevamente". [26] Si bien se puede suponer que la astaxantina no esterificada sería más biodisponible que la astaxantina esterificada debido a los pasos enzimáticos adicionales en el intestino necesarios para hidrólisis de los componentes de ácidos grasos, varios estudios sugieren que la biodisponibilidad depende más de la formulación que de la configuración. [27] [28]
Usos
La astaxantina se utiliza como suplemento dietético y complemento alimenticio como colorante alimentario para la producción de salmón, cangrejos, camarones, pollos y huevos. [29] [30]
Para mariscos y animales
El uso principal de la astaxantina sintética en la actualidad es como aditivo alimentario para animales para impartir coloración, incluido el salmón criado en granjas y las yemas de huevo de gallina. [31] Los pigmentos de carotenoides sintéticos de color amarillo, rojo o naranja representan alrededor del 15 al 25% del costo de producción del alimento comercial para salmón. [32] En la actualidad, casi toda la astaxantina comercial para la acuicultura se produce de forma sintética. [33]
Se presentaron demandas colectivas contra algunas de las principales cadenas de supermercados por no etiquetar claramente el salmón tratado con astaxantina como "color agregado". [34] Las cadenas siguieron rápidamente al etiquetar todo el salmón como "color agregado". El litigio persistió con la demanda por daños y perjuicios, pero un juez de Seattle desestimó el caso y dictaminó que la aplicación de las leyes alimentarias aplicables dependía del gobierno y no de los individuos. [35]
Suplemento dietético
La aplicación humana principal de la astaxantina es como suplemento dietético , aunque a partir de 2018, no había evidencia suficiente de la investigación médica para demostrar que afecta el riesgo de enfermedad o la salud de las personas, y permanece en investigación preliminar. En 2018, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria buscó información científica de los fabricantes de suplementos dietéticos sobre la seguridad de la astaxantina. [36]
Papel en la cadena alimentaria
Las langostas, los camarones y algunos cangrejos se vuelven rojos cuando se cocinan porque la astaxantina, que estaba unida a la proteína en la cáscara, se libera a medida que la proteína se desnaturaliza y se deshace. El pigmento liberado está disponible para absorber la luz y producir el color rojo. [37]
Normativas
En abril de 2009, la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos aprobó la astaxantina como un aditivo para alimentos para peces solo como un componente de una mezcla de aditivos de color estabilizados. Las mezclas de aditivos colorantes para piensos para peces elaboradas con astaxantina pueden contener solo los diluyentes adecuados. [6] Los aditivos colorantes astaxantina, azul ultramar , cantaxantina , óxido de hierro sintético , harina de algas secas, harina y extracto de Tagetes y aceite de endospermo de maíz están aprobados para usos específicos en alimentos para animales. [38] En 2000 se añadieron harina de algas Haematococcus (21 CFR 73.185) y levadura Phaffia (21 CFR 73.355) para su uso en piensos para dar color a los salmónidos. [39] [40] [41] En la Unión Europea , alimentos que contienen astaxantina los suplementos derivados de fuentes que no tienen un historial de uso como fuente de alimento en Europa, entran dentro del ámbito de la legislación sobre nuevos alimentos, EC (No.) 258/97. Desde 1997, ha habido cinco nuevas aplicaciones alimentarias relativas a productos que contienen astaxantina extraída de estas nuevas fuentes. En cada caso, estas aplicaciones han sido aplicaciones simplificadas o de equivalencia sustancial, porque la astaxantina se reconoce como un componente alimenticio en la dieta de la UE. [42] [43] [44] [45]
Referencias
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Es de destacar que la astaxantina sintetizada en la naturaleza se presenta en forma trans (3S, 3S), mientras que la astaxantina sintética es una mezcla de dos isómeros ópticos y la forma meso en una proporción de 1: 2: 1 (3R, 30R), (3R , 30S) y (3S, 30S).
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