天然顔料フィコシアニン粉末の安定性はどうですか?

Phycocyanin is のphotosynthetic pigment proteでcomplex obtained によってisolating とpurifying it からmicroalgae cells [1]. It is のsecondary pigment のchlorophyll [2]. Phycocyanin粉 has been widely used でmany fields. It can be used as a natural coloring agent でfood [3], as an additive でのcosmetics industry, とas a 栄養supplement でのhealth care industry [4]. Due to its high sensitivity to fluorescent reagents, it can also be used でimmunoassay experiments as a marker for antibodies とreceptors [5]. In addition, phycobiliproteins have biological activities such as anti-tumor, anti-inflammatory, antioxidant, とimmune regulatiに[6], とcan also be used in のpharmaceutical industry as anti-inflammatory agents とantioxidants.

しかし、フィコシアニン中のタンパク質の凝集状態が異なるため、分解しやすい。この性質は、光、温度、ph、タンパク質濃度などの多くの要因に関係している可能性がある[7 - 8]。フィコビリプロテインの熱と光に対する感受性は、色の喪失と沈殿の出現に現れる。さらに、光強度の上昇と温度の上昇に伴い、フィコビリタンパク質の活性も低下または不活性化し、フィコビリタンパク質の適用を大幅に制限する[9]。いくつかの研究では、安定剤の添加、構造修飾、固定化、マイクロカプセル化などによって、フィコビリタンパク質の分解速度を遅くすることができ、それによってフィコビリタンパク質の安定性を向上させることが示されている[10]。本稿では,フィコビリタンパク質の構造特性,安定性に影響を与える要因,安定性を向上させる方法を検討し,フィコビリタンパク質の安定性を向上させるための理論的参考を提供し,応用範囲を拡大することを目的とする。

1構造上の特徴Phycocyanin

フィコビリゾーム(pbs)は、500 - 660 nmの吸収範囲を持つ光収穫複合体である[11]。それぞれのフィコビリソームは、フィコビリプロテイン(pbp)と呼ばれる着色タンパク質で構成されています。これらの分子はアンテナのように配列しています吸収されたエネルギーは、95%以上の効率で光化学系iiの反応中心に輸送される。そのため、シアノバクテリアは赤、黄、緑、さらには青の光を使うことができます[12]。光を電気へ色変換できるphycocyanin(PCてやるマックスλ= 610-620 nm) phcoerythrin(体育  体育λ= 540 ~ 5700 nm)マックスとallophycocyanin(APCてやるマックスλ= 650 nm ~ 655年(図1[13])。図1に示すように、異なるフィコビリタンパク質が特定の順序で集合するため、反応中心にエネルギーを効率よく一方向に伝達することができます。フィコシアニン、フィコビリン、アロフィコシアニンの順であり、アロフィコシアニンは最終的に反応中心の光化学系i(光化学系i、ps i)およびii(光化学系ii、ps ii)に転移する[14]。

Phycocyanins are composed のa chain-opening tetrapyrrole chromophore, phycobilin, covalently attached to のprotein molecule. のtype とnumber のphycobilin chromophores causes phycobiliproteins to appear in different colors [15]. Changes in のstructure のthe chromophore cause phycobiliproteins to lose their 色とantioxidant activity. Phycobiliproteins are located at the ends のperipheral rods とare adjacent to a core cylinder composed のallophycocyanin. Its basic structure is composed のmonomers とtwo homologous subunits, α and β [11]. These monomers aggregate into (αβ)3 trimers とC3 facing each other to form a symmetry, and every two (αβ)3 form a (αβ)6 hexamer with triple symmetry [16‒17].  六量体はさらにロッドまたはコアシリンダーに集合し、非色素結合タンパク質は三量体、六量体、ロッドまたはコアシリンダーの中央にある大きな孔に単離される。

タンパク質の構造は高度に相関しているphycocyaninの安定発色団の保護を促進しますしたがって、タンパク質の安定性と構造に影響を与える因子は、フィコシアニンの分解を防いだり、促進したりする可能性がある。三量体や単量体と比較して、六量体構造はより安定であり、フィコビリタンパク質の保護力が高い[18]。phycobiliproteinsの線形構造の維持は、それらの分解を防ぐためにも重要である[19];タンパク質が変性すると、水素結合ネットワークが減少すると、phycobiliprotein分子が線形コンフォメーションから環状コンフォメーションに再配置され、色が褪色する[20]。

2つの安定性試験Phycocyanin

フィコシアニンは水溶性タンパク質-色素であるシェラ1011だフィコビリタンパク質の分解速度は、光、ph、温度などの要因に影響されるタンパク質の凝集状態に依存する。

2.1 phycobiliproteinsの安定性に対するphの影響

phは、溶液中のフィコビリタンパク質(モノマー、三量体、ヘキマー、その他のオリゴマーなど)の凝集と分解に影響する主な因子である。phが変化するとフィコシアニンの電荷と解離も変化し、安定性に影響を与える。phが7.0に近いときは、ヘキサマーが優勢であり、最も安定した構造であり、フィコビリタンパク質の変性を防ぐ。しかし、phが高くなるとこの構造は解離しやすくなり、安定性が低下します[21]。phが酸性またはアルカリ性になると、フィコビリタンパク質の発色団の構造が変化し、色が変化して安定性に影響を与えます[15,22]。ren shunchengら[23]は、ph 4.0 ~ 7.0ではフィコシアニン発色団のコンフォメーションが安定して明るい青色を示し、ph 4.0またはph >では青色が緑色に変化し、ph 2.5 ~ 3.0で沈殿することを発見した。

2.2フィコビリタンパク質の安定性に対する光の影響

光はダメージを与えます構成phycocyaninsこれは、結合した発色団のコンフォメーションを不安定化させ、フィコシアニンの安定性を低下させる。フィコビリタンパク質の安定性は、光の強度が低下するにつれて徐々に安定化する。呉ら。[24]下から见つかったphycobiliproteinsの劣化が光強度100μmol m−2 s−1を50μ以下よりも高いmol m−2 s−1。フィコビリタンパク質は、長期間光に曝されるとしばしば発色団を失い、その結果色と安定性を失う[25]。liang xiaoら[26]は、フィコビリタンパク質を照射するために1500 lxの光条件を選択した。光時間と光強度が大きくなると、フィコビリタンパク質の色が徐々に明るくなり、その保持率が低下することから、光強度だけでなく光時間もフィコシアニンの安定性に影響を与えることが示唆された。

2.3フィコシアニンの安定性に対する温度の影響

温度の上昇は、フィコビリプロテイン-フィコシアニン構造の伸長反応を引き起こし、線形構造から環状構造へのコンフォメーション変化を引き起こし、それによってフィコビリプロテインの三次元構造に影響を与える。フィコビリタンパク質の熱安定性の決定要因には、主に水素結合の数、極性表面の割合、二次構造の含有量、表面積と体積の比の差がある[27]。munawaroら[28]によると、フィコシアニンは60°cでスペクトル強度を維持するが、70°c以上では減少し始め、加熱中に色素タンパク質が熱的に不安定であることを示している。研究によると、40°c以上ではフィコシアニンの構造が破壊される[29 - 30]。bckerら[31]は、フィコシアニン三量体と六量体の中間点転移温度を58.4°cと60.9°cとした。40°cではフィコシアニンの吸収度や蛍光スペクトルは変化しない。 温度が50°cを超えると、温度の上昇に伴ってスペクトルが変化します。フィコビリタンパク質は高温に弱いだけでなく、低温下での安定性も高くありません。choiら[32]は、フィコビリタンパク質を4°cで保存したところ、含有量が10.39%減少し、安定性が低下した。

2.4など

In additiにto the above factors that affect the 安定のphycocyanins, metal ions, additives, etc. can also affect the conformatiにphycocyaninのchromophores. のadditiにのmetal ions affects the 安定のphycobiliproteins, while the additiにof emulsifiers or foaming agents can form bubbles around phycobiliproteins to protect them, thereによってmaintaining the 安定phycocyaninの[22]. Zhang Yanyan etアル[33]found that the 安定of phycocyaninwas better in solutions with low concentrations of Mn2+, Al3+, Zn2+, and Cu2+. の安定of phycobiliproteins was not significantly affected によって変化in the concentratiにof Na+ and Mg2+, while the higher the concentratiにof Fe3+, the more beneficial it was for the 安定of phycobiliproteins. Some organic reagents can reduce the stability of phycobiliproteins. Zhao Bingbing etアル[34]added different concentrations of additives to phycocyanin and found that their stability decreased with the increase of ethanol, sodium benzoate, and citric acid. Among them, citric acid had a greater effect.

3の安定性を向上させるための方法Phycocyanin

し3.1安定

安定剤の添加は、フィコシアニンの安定性を向上させる最も簡単な方法である。この方法は適用が容易で、複雑な装置や高価な装置を必要としませんが、安定剤の安全性が高く、毒性が低く無害であること、添加剤の量が多いことが要求されます。現在、一般的に使用されている主な安定剤は、砂糖、ソルビトール、安息香酸、アジ化ナトリウム、ジチオトレイトールです。chentirら[35]は、0.5 mg/ mlの植物性タンパク質溶液にポリエチレングリコール4000、ショ糖およびソルビトールを添加した。ポリエチレンglycol-4000はフィコビリタンパク質に最も熱安定化効果があり、ソルビトールがそれに続いた。 また、alginタンパク質に対する保護効果は、安定化剤の濃度に応じて増加する。faietaらは[36]、水中のアルギンタンパクの変色およびスクロースおよびトレハロース濃度の異なる溶液に対する熱効果および同等の熱効果の影響を研究した。一定の温度では、時間とともに色の喪失が増加し、溶質の濃度が増加する。これは、安定化剤の濃度がフィコビリタンパク質の安定性と正の相関があることを示しているが、加熱が長引くとフィコシアニンの安定性が低下する。

Under food processing conditions, the stability of phycocyanins can be improved by adding proteins. Proteins can wrap up phycocyanins, thereby improving their stability [37]. 張etアル[38]treated 乳清protein and phycocyanins at pH 3.0 and 80 °C for 1–20 min. の10% whey protein solution was found to prevent phycobiliprotein aggregation, and natural whey protein was more effective than denatured hydrolyzed whey protein.

3.2耐薬品性の改质

化学修飾とは、タンパク質の表面にある2つの化学基を共有結合させ、フィコシアニンの折り畳まれた構造を強化し、安定性を向上させる手法である。ホルムアルデヒド、メチルグリオキサール、プロピオン酸塩を用いてフィコビリタンパク質を架橋し、三次構造と四次構造を安定化させ、安定性を向上させることができる[39 - 41]。色素の安定性は、伸長したテトラピロール構造を維持するためにタンパク質を多糖類に共有結合させることによっても維持される。 seligら[42]は、フィコシアニンに対するビーツペクチン、グアーガムおよび可溶性大豆多糖類の安定化効果を評価した。その結果、ビートペクチンはフィコシアニンを安定させ、その色を維持し、タンパク質を分解する酵素(アルカリプロテアーゼ、パパン、ブロメリンなど)の能力を低下させることが示された。

3.3パッケージ技術

3.3.1 Microcapsuleパッケージ

Microencapsulation technology involves 使用a core material of solid, liquid or gas, and then using a natural or synthetic polymeric material as a wall material to form a semi-permeable or sealed microparticle [43]. The wall material used for encapsulation must be biocompatible, biodegradable, low-toxicity and low-cost. Microencapsulation technology can effectively improve the stability, solubility and bioavailability of the core materiアルMicrocapsules phycocyaninのcan be prepared using a variety of methods, such as freeze-drying, spray drying, and extrusion encapsulation. Microcapsules of phycocyanin prepared using these methods have good heat resistance and high antioxidant activity [44‒45]. Different coating materials also affect the stability of phycocyanin, with maltodextrin and carrageenan as the best coating materials [46]. Lv Xiaoling etアル[47]prepared microcapsules phycocyaninのエアサスペンションコーティング。最適条件(入口空気温度80°c、コア壁材料比1:1.5、微粒化圧力0.15 mpa、壁材料中のゼラチン含有量20%)では、フィコシアニンの安定性が26.21%向上した。  そして貯蔵安定性は75.1%増加した。schmatzdら[48]は、ポリビニルアルコールを使用して、電気スプレー技術によってフィコシアニンをカプセル化した。フィコシアニン-ポリビニルアルコール超微粒子は、216°cまでの耐熱温度を有する高い耐熱性を有し、フィコシアニンの抗酸化活性を維持する。

3.3.2 Liposomeパッケージ

リポソームは、水溶液中で安定な脂質二重膜を形成する傾向のあるリン脂質分子から形成される。内部層に封入された物質の安定性と溶液分散性を効果的に向上させるだけでなく、送達システムの役割を果たし、活性物質の機能的な役割を高めます。これらは、疾患治療における標的薬物送達のための薬物運搬体として大きな可能性を秘めています。

alginタンパク質は、その安定性を向上させるために様々な材料に埋め込むことができる。chungら[49]は、キトサンを用いてアルギンタンパク質リポソームを調製した。キトサンの親水性を利用して、リポソームを溶液中に均一に分散させ、アルギンタンパク質の熱安定性を向上させた。nogueiraら[50]大豆レクチンのクロロホルム溶液にトリメチルグリシン、塩化マグネシウム、およびフィコシアニンを水和させてフィコシアニンリポソームを形成させたところ、タンパク質の安定性および特異性が向上し、抗酸化作用、抗炎症作用、神経保護作用が改善した。seyedら[51]は、70°cでジエチレングリコールを使用してフィコシアニンリポソームを調製し、得られたリポソームが沈降および懸濁粒子の点で高い安定性を有することを発見した。

3.4他の方法

フィコシアニンの安定性は、高圧などの方法でも改善できる。高圧により、フィコビリタンパク質はよりコンパクトなタンパク質構造を形成し、二次構造の変化とともに凝集する。zhangらは、フィコビリプロテイン、フィコビリプロテイン、フィコシアニン-カラギーナン混合物の構造と色安定性に対する高圧処理の効果を研究した[52]。フィコシアニン-ホエイタンパク質とフィコシアニン-カラギーナンを高圧処理すると、ph 5.0で有益な凝集体が形成され、対応するフィコシアニンの損失が減少した。これは、光条件下でのフィコシアニンの貯蔵安定性を向上させる新しい方法である。

4アプリケーション

Phycocyanin powder is widely used as a natural water-soluble pigment in the food, cosmetics and pharmaceutical industries. Phycocyanin not only improves the color of foodしかし、また、その機能成分を増加させます。また、赤血球のコロニー形成を促し、血液を補充し、リンパ活動を改善する効果もあります。

4.1食品への応用

からphycocyanin powder is unstable to light and heat, its アプリケーションin baked goods is limited. At present, its アプリケーションis mainly concentrated in dairy products, jelly candies and other foods. MG etアル[53]added phycocyanin to yogurt at pH 4.5. At 4 °C, as the concentration of phycocyanin increased, the viscosity of the yogurt increased accordingly,  その結果、14日目にはstreptococcus thermophilus、21日目にはlactobacillus bulgaricusが有意に減少した。アルギニンはヨーグルトの脱水速度を高め、ヨーグルトの食感を高める。dewiら[54]アルギニンマイクロカプセルを用いてゲル糖を調製した。マルトデキストリンとアルギン酸ナトリウムは、アルギニンマイクロカプセルを調製するためのコーティング材料として使用された。 次に、0,1%、3%、5%のマイクロカプセルを40°cの温度でゲル糖に添加した。マイクロカプセルの5%を添加すると明るい青色になり、マイクロカプセルはゲル糖の処理中に一定の持続性を持つ。

4.2医療分野での応用

アルギニン粉末は、生物学的に感受性があり、生体適合性があり、生体吸収性があり、人体に対する毒性が低い。抗酸化剤、神経保護剤、膵臓抗がん剤として使用することができ、皮膚の創傷治癒を促進することができます。madhyasthaら[55]は、アルギニンを用いて銀ナノ粒子を結合させ、銀ナノ粒子の毒性を著しく低下させた。 傷口表面への赤血球の移動を促進し、傷口縁の細胞ストレスを減少させた。MADHYASTHAら[56]孤立cyanopeptideβ2からβ-chain phycocyaninのフリーラジカルプラズマ・ディスプレー・物資が、鉄削減力を増強する、活性酸素のDNAを受けて損傷抑制も、 それによってdnaの完全性を維持します。fernandez-rojasらは、雄のcd-1マウスのシスプラチン(cp)によるミトコンドリア機能障害に対するフィコシアニンの予防効果を研究した。この研究によると フィコエリスリンは、異常なミトコンドリア反応を低減することができます。liaoらは[58]、抗膵癌薬としてのフィコシアニンの治療可能性をin vitroおよびin vivoで研究した。この結果から、フィコシアニンは、アポトーシスやオートファジー細胞死を誘導することで抗膵癌活性を発揮することが示され、抗膵癌薬として有望であることが確認されました。

4.3他のアプリケーション

Phycocyanin powder has the advantages of high fluorescence quantum yield, high molar extinction coefficient and large Stokes shift, which are superior to many synthetic dyes currently in use. Phycoerythrin is now combined with immunoglobulin, protein A and antibiotic proteins to form fluorescent probes. ZHENG etアル[59] developed a relatively sensitive new fluorescence detection method for detecting phycoerythrin by making the purified phycoerythrin fluorescent probe compatible with the light emitting diode (LED)-charge coupled device (CCD) fluorescence density bar qualitative detection system. This method solves the problem of traditional purification methods  led)-電荷結合素子(ccd)蛍光密度バー定性検出システムは、phycobiliproteinsを検出するための比較的感度の高い新しい蛍光検出方法を開発しました。この方法は、従来の精製法が複雑で、回収率が低く、量が不足していた欠点を解決します。便利な定量情報を提供することができ、環境および食品安全研究における迅速な検出の大きな可能性を示します。

5展望

天然色素として、フィコシアニン粉末は、化粧品業界では着色剤として、食品添加物として、医療分野では抗炎症剤、抗酸化剤、抗がん剤、免疫調節剤、蛍光検出プローブとして使用することができます。people&として#フィコシアニンの特性や機能の39の理解を深め続け、その応用の見通しはますます広範になってきている。しかし、安定性がその適用を制限するボトルネックになっているため、安定性の問題を解決することは、その適用範囲と規模を大きく進めることになります。現在、フィコビリタンパク質の安定性は、phの調整、安定剤の添加、架橋剤の添加など、さまざまな方法で改善することができますがにphycocyaninsまた、フィコビリタンパク質と安定化剤と食品基質との化学的相互作用については、さらなる研究が必要である。フィコビリタンパク質の安定剤が食品の栄養と感覚特性に影響を与えるかどうか、また、それらが食品の加工および生産条件の下で使用できるかどうかは、まだ不明である。また、フィコシアニンの応用・普及にあたっては、効率的な抽出・精製技術の課題を解決し、生物学的利用能や生物学的活性・効果のメカニズムを徹底的に探求する必要がある。フィコシアニンの研究が継続的に深化することにより、フィコシアニンの市場応用はより広範になると考えられる。

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