ベータカロチンを含む食品

-カロテン[Greek β とLatでcarotの(carrot)] is a natural coloring agent, dietary supplement とpro-vitamでの(VA) that is widely used でfoods, feeds, supplements とcosmetics. It belongs にのカロテノイドfamily. The global carotenoid marketwとしてworth 1.5 billiにUS dollars in 2014 とis expected に到達nearly 1.8 billiにUS dollars in 2019, とa compound annual growth rate (CAGR) の3. 9% [1] , とのcarotenoid とのlargest market value is β-carotene(US$2010年には261億ドルに増加すると予想されています$2018年には334億人、年平均成長率は3.1%)[2]。

ニンジン(daucus carota l .)は、apiaceae科(以前はparsnip科と呼ばれていました)に属し、気温が18 ~ 21°cのときに根の中で最高の色を出す、直接播種して涼しい季節の作物です[3]。にんじんにはβ含まれ-carotene、色違いはあります、紫、黄色、はオレンジが最も一般的となっています。Roszkowskaらた。[4]β-caroteneコンテンツ色ニンジンが3種類あってすなわちオレンジ、紫、苇毛74.2%、られた9.1、、1。8 mg / 100 g。ニンジンのカロテノイド含有量は、ニンジン品種の品質を評価するための重要な指標であり、開発と利用のための主要な基礎である[5]。ニンジンの総カロテノイドコンテンツの食用部6000 ~ 54800μg / 100 g[6]とβ-carotene45%総額の80%を占めているニンジン【7】オレンジ。

種の違った額がにんじんにはれてβ諸般の事情で-caroteneに地理および環境要因ができます。[8]Mendelovaらニンジン9種の研究を拡大したが、した結果、KamarのF1が最高β-carotene(213.66 mg / 100 g)より不足している。内容β-caroteneコンテンツ前に応じてによって同じ種類での保存法[9]。中国は世界です'のニンジンの主要な生産者。βから-caroteneニンジンの内容は最高(47.5-1030μg / g)野菜[10]中で入手しやすいの安いし、そして、彼らは大量のを発展させるソースを提供する自然β-carotene。構造と、本明細書で使用すると、最近の抽出に関する研究β-caroteneニンジン、国内外から参考に提供を目指してβを抽出する-carotene。

1 Physicochemicalβの属性-carotene

1.1βの属性-carotene

The chemical structural formula のβ-carotene is shown in Figure 1. Molecular formula C40 H56 , molecular weight 536.88 , with 4 isoprene centers in the middle とa violet ketone ring at the end, melting point 176~182 ℃ , sensitive to light, heat とoxygen. There is no asymmetric 炭素atom in the all-trans molecule, とis not optically active. High temperatures とpressures (625 MPa, 117 °C) are detrimental to it とcan easily cause isomerization [11]. Its isomers (see Figure 1) are mainly: 9-cis, 13-cis と15-cis β-carotene. Due to the poor stability のβ-carotene とthe limitations のits solubility, it can be encapsulated in liposomes such as microcapsules, cyclodextrins, とvesicles. It can also be prepared into a liquid crystal system 使用surfactants, or it can be prepared into an emulsion to reduce losses 中preparation and storage and to improve solubility and bioavailability[12]. Zhou Qingxin et アル[13] compared the 効果のthe antioxidants EDTA-2Na, L-ascorbic acid, ビタミンE acetate, and their combinations on the stability のβ-carotene microemulsions during processing and storage. The degradation value のβ-carotene was measured によってa colorimeter, and the results showed that EDTA-2Na can better stabilize β-carotene microemulsions.

120β-Caroteneは

これまでに700種類以上のカロテノイドが同定されていると報告されており、そのうちの約50種類がヒトの毎日の食事に現れます[14]。β-カロチンは人体の様々な組織に存在し、主に脂肪と肝臓に蓄えられている[15]。ヒトの体内では、ベータカロチン自体を合成することはできず、食物から得なければならない。生体内でのベータカロチンの生物学的利用能と生物学的変換に影響を与える要因には、食用油脂、植物の種類、繊維、温度などがあります。このうち、食用油脂はベータカロチンによってミセルの形成を促進し、人体の吸収に役立つ。繊維は、細胞からのベータカロチンの放出に役立たず、生物学的選択性が低い[16]。

自然β-caroteneはall-trans、all-trans β-carotene has a higher バイオアベイラビリティthan its isomers [17]. The biological conversion rates の9-cisand 13-cis are 38% and 53% respectively, while the all-trans is 100% [18]. Beta-carotene can be obtained からalgae, 果物and vegetables, as well as 一部fungi. Currently, the source の-カロテンon the foreign market is chemical synthesis, which accounts ため90%. Beta-carotene obtained からnatural foods is more beneficial to human health[19] , and the amount の-カロテンabsorbed からplants ranges から5% to 65%[20].

β-カロチンは、不飽和共役二重結合を多く含み、炭素と水素の2つの元素のみからなるため、強い抗酸化作用があります。一重項酸素(1 o2)とスーパーオキシドアニオン(o2 -)のラジカルを除去することができ、各分子は最大1,000のラジカルを除去することができます。ビタミンa (va)の重要な供給源である。vaの過剰摂取は、催奇形性、骨粗鬆症、肝臓障害などの有害作用を引き起こす[21]。体が摂取し大量のβ-carotene、は変換された酵素β-carotene 15 15'-モノオキシゲナーゼだけでなく、それは時間内にvaを補充することができます,それはまた、効果的に特定の疾患の発生率を減らすことができます。例えば、ベータカロチンは、小児期に最もよくみられる頭蓋外固形腫瘍である神経芽腫を阻害することが最近発見された[22]。9-シス-β-カロチンは、マクロファージが泡細胞に変化するのを防ぎ、アテローム性動脈硬化の過程を阻害する[23]。β-カロチンの酸化生成物:β-イオノン、5,6-エポキシ-β-イオノンとジヒドロカプサイシン(dha)は、味と香りの源を提供することができます[24];β-カロチンはまた、抗変異原性、化学的予防、光保護、細胞間コミュニケーションを強化し、免疫系の活性を調節しています。しかし、重度の喫煙者や飲酒者では、大量のベータカロチンが肺がんリスクを高める可能性がある[25]。

2ニンジンからベータカロチンを抽出する方法

β-カロチンは細胞組織の葉緑体に存在する。ニンジンからベータカロチンを得るためには、細胞壁を破壊する必要があります。細胞破壊の一般的な方法には、機械的粉砕、物理的超音波法、化学的溶解および酵素的破壊がある。細胞壁は、細胞膜より硬く、浸透によって破壊されるため、破壊が主に細胞壁に集中する。物理的から凍結有利なニンジンの採掘まで遡りβ-carotene成分として間した細胞壁のがニンジンが破壊されているのでは過程で細胞壁遠くまでもたらした。これ以上形成氷の结晶まで重なり、ニンジンの構造組織に危害を加えたらこれβ-caroteneは容易に[26]抽出される。さらに、冷凍ニンジンは栄養素の損失が少ない[27]。

近年、国内外のを抽出する方法はβに含まれたニンジンはからの-carotene:有機溶剤方法、ultrasonic-assisted抽出方法、microwave-assisted抽出方法、microemulsion方法、加速溶剤抽出方法、酵素解散・抽出方法、および超臨界流体方法に関する。

2.1有機溶媒法

Beta-carotene powder is fat-soluble and soluble in non-polar 溶剤such as ether, chloroform and oils, but hardly soluble in methanol and ethanol. The principle の有機溶剤抽出is that 下the action のdiffusion and osmosis, solvent molecules enter the cells through the セルwall, dissolve the soluble substances, and the solvent continues to enter the cells through the concentration difference. Finally, when equilibrium is reached, the extract flows from the cells to the solvent, thus achieving the purpose の抽出[28]. Although β-carotene is insoluble in polar solvents such as methanol and ethanol, methanol and ethanol are used in the 抽出のβ-carotene from ニンジンin organic solvents. This is because 新鮮なcarrots contain a lot のwater (86% to 89%), and the purpose のadding polar solvents is to mix with water to increase the permeability のthe non-polar solvent and thereによってfacilitate the 抽出のβ-carotene [29]. Nowak et アル[30] used a mixed solvent of hexaneand 96% ethanol (1:1 volume ratio) to extract β-carotene from 17 異なるvarieties of carrots. The result was that the Kazan F1 variety of carrots contained (17.1±3.7) mg/100 g (fresh weight) of β-carotene.

有機溶媒は最も広く使用されており安価であるが、毒性が強く大量に使用する必要がある。そのために、環境にやさしいでは使用の低い溶剤必要βを抽出する-carotene[31]。varonら[32]では、ハンセン溶解度パラメータ(hsp)とcosmo-rsを用いて、ニンジンからカロテノイドを抽出する際のグリーン抽出溶媒と低毒性抽出溶媒(2-メチル・テトラヒドロフラン(2- methf)、ジメチルカーボネート(dmc)、シクロペンチルメチルエーテル(cpme)、イソプロパノール(ipa)、酢酸エチル、ヘキサン)を比較した。hspモデルは、非極性溶媒または低極性溶媒がカロテノイドの抽出に有利であることを示し、cosmo-rsモデルは、cpme、2- methfおよび酢酸エチル中のカロテノイドの含有量がヘキサンよりも高いことを示す。

実験的な検証結果はcosmo-rsモデルによるシミュレーション結果に近く、cpme溶媒中のカロテノイド含有量は78で最も高かった。 4 mg / 100 g乾燥体重)は、β-carotene 66%を占めている。これは、食品産業にとって非常に重要なニンジンからカロテノイドを抽出するために、これらの毒性と生分解性の低い溶媒がヘキサンを置き換えることができることを意味します。Rajabiら[33]COSMO-RSモデル整備されイオン液体extractantsとして抽出β-carotene hexaneから異なるイオン液体の抽出能力をスクリーニングし、中央複合設計(ccd)に基づく応答曲面法(rsm)を用いて実験パラメータを最適化した。その結果、イオン液体を合わせた第四級tetramethylammoniumイオンとアセテート63.09%抽出された陰イオンβ-carotene。

概要では、有機溶剤抽出方法は操作が簡単な上、長い抽出時間はβにとっては不利が-carotene。したがって、抽出時間を短縮するための補助ツールとしてマイクロ波と超音波を導入しなければならない。

2.2マイクロ波による抽出法

従来の加熱は、熱源から試料に熱を伝達する熱伝達に基づいています。しかし、マイクロ波加熱は中間媒体を必要とせず、エネルギーは媒体なしでサンプルに直接導入されます。非極性溶媒はマイクロ波エネルギーを吸収しないため、抽出を高速化するために非極性溶媒に極性溶媒を加えることが多い。極性分子はマイクロ波放射エネルギーを受け取り、分子双極子回転衝突によって熱効果を発生させます。マイクロ波分野の差額、マイクロ波吸収能力が原因の一部地域マトリックス物質または抽出システムのいくつかのコンポーネント選択的加熱抽出された素材も生じマトリックスを离れ又はシステムに攻め入られた「extractant小さい誘電率と、より低いほうマイクロ波吸収能力(35)。

Hiranvarachat et アル[36] compared the 抽出of β-carotene from carrots that had been pretreated with immersion in citric acid at pH 5, boiling water, and boiling citric acid solution at pH 5 for 1–1.5 min, with no pretreatment, and then extraction with microwave-assisted mixed solvents (50% hexane, 25% ethanol, with an azeotrope close to 58 °C) was used to extract β-carotene. The solid-liquid ratio was 2:75 (g/mL). The results showed that the amount of β-carotene in acid-pickled carrots was 23. 10mg/100 g, 29 . 74mg/100 g for the water-treated, 32 . 08mg/100 g for the boiling acid-treated, and 23 . 26mg/100 g for the untreated, indicating that the highest amount of β-carotene is found in the boiled citric acid-treated carrots. Because treating with low acid (pH 5) can destroy the polysaccharides in the plant cell walls, such as pectin and hemicellulose, without affecting the degradation of β-carotene, the β-carotene コンテンツcan be increased [37].

しかし、マイクロ波による抽出は、低電力かつ短時間でしか処理できません。越権レンジ長期処理時間の温度をあげる原因の解決策抽出上昇βの構造を毁损する行-carotene。Hiranvarachatら【38】昔、間欠マイクロ波抽出βを抽出する-carotene前の実験に基づいてニンジン残量からよ。の温度練乳水4°C、間欠率は1/4マイクロ波エネルギー/溶剤サンプル比180 W / 75(マックス・リトル):2 g 300 W / 150 mL: 2 g量β-carotene 126及び136 mg / 100 gそれぞれの勝者フロイド・ランディス薬物検査陽性間欠マイクロ波βを抽出するから-caroteneニンジンよりは掘れ、もっと掘れ

2.3超音波補助抽出法

超音波抽出技術は、超音波のキャビテーション効果に基づいて、植物の細胞壁への損傷を強化し、それによって溶媒と分析物との接触面を増加させ、抽出効果を達成する。この技術は抽出プロセスを促進・加速させ、原料中の有効成分が高温で損傷することを回避し、有効成分を比較的分離しやすくし、従来の抽出よりも理想的な抽出結果を得ることができる。従来の抽出方法に比べ、超音波補助抽出技術は抽出サイクルを短縮し、製品の品質を向上させることができ、抽出効率が高いという利点があります。超音波を用いた抽出技術は、細胞壁の構造を破壊し、顔料の溶解を加速させることができます[39]。

Carailらを[40]調べ超音波電力の相乗効果で、超音波の時間、构造が超音波気温β-carotene,超音波時間が増えるとを見つけた後から取得したエネルギー抽出溶剤超音波は熱に変換されてにより器械室と熱超音波波の相乗効果で、を引き起こす温度の抽出システムが値上がりすると、深刻な劣化β-carotene。Purohitら[41]抽出の効果の机超音波発信器がありや例え超音波β日に入る-caroteneニンジン氷で覆われるはるばる渡ってから超音波トランスデューサの下では、超音波時間は50分、50°c、100 w、60%デューティサイクルであり、固溶媒比は0であった。3時20分(g / mL)による最大抽出率β-caroteneは83.32%でした超音波を入れたボウルを、による最大抽出率β-carotene 64.66%超音波の時間50分、を50°C、亿8000 W 40 kHz程度です。

孫ら[42]運動劣化方程式を確立all-transβや-carotene快安定にはお手上げのultrasonic-assisted抽出有機的な溶剤た。その结果、彼らβっていることが判明-caroteneには不安定二塩化メチレン。その運動劣化方程式を見れば、all-transβ-caroteneや反応车で5 ~ 15℃初回限定盘堕落した二塩化メチレン2つの数列がお劣化の反応は25℃。结果が示す二塩化メチレンは抽出向かβ-carotene超音波中です。李ら。[43]溶剤としてひまわり油β抽出。フレッシュなニンジンultrasound-assisted抽出を使用すること-carotene。超音波パラメータは応答曲面法を用いて最適化され、抽出溶媒として従来のヘキサンと比較された。その結果、油対固体比は2:10、超音波強度は22であった。5女・cm-2、超音波の時間20分、超音波の温度40℃、β-carotene量mg / L 334.75 mg / Lよりhexane抽出量(321.35 mg / L)、そして効果的超音波波がを示すプロセス6大原則のグリーン抽出に準じた。

2.4 Microemulsion方法

のmicroemulsion is a thermodynamically stable, isotropic, transparent or translucent dispersion system formed by two immiscible liquids. Microemulsions are composed of one or two liquid droplets stabilized microscopically by a surfactant interfacial film. Due to the thermodynamic stability of microemulsions, they can prevent the oxidation of carotenoids, thereby improving extraction efficiency. Microemulsions can be used to prepare functional β-carotene for food [44], but there are also reports of 使用the microemulsion method to extract β-carotene from carrots. For example, Roohinejad et アル[45] used an oil-in-water microemulsion as a medium for extracting β-carotene from carrots. plus pre-治療with a pulsed electric field. The optimal extraction process parameters were determined using a microemulsion pseudo ternary phase diagram method. The results showed that the extraction time was 49.4 min, the 温度was 52.2 °C, the ratio of ニンジンto microemulsion was 1:70 (W/W), the β-carotene loading was 19.6 μg/g, the polydispersion index (PDI) was 0.27 and the particle size was 74 nm. The extraction efficiency was higher than 100% hexane or 100% glycerol monolaurin oil, which proves that the use of oil-in-water microemulsions can be used as a β-carotene extraction medium.

2.5加速溶媒抽出

加速溶媒抽出は、近年開発された自動前処理技術です。抽出原理は以下の通り。温度も高める(50-200°C)と圧力(500-3000 psi)、張り付くの水素債券やダイポールアンテナその瞬间父溶媒がマトリックス債券が灭ぼされ、に従ってスティッキー溶媒が缩小させたが、表面张力溶剤、や基板の表面张力溶剤接触面積を増やすanalyteと溶剤、高める溶質拡散効率抽出効率を高めるためにさせることができる。常用Soxhlet抽出に比べ超音波の抽出、マイクロ波、抽出建造工法などの代替工法や加速溶剤抽出の利点を短い備えて抽出時間(総称して15分)、低消費溶剤(1.5 mL溶剤が1 gサンプル)、抽出効率高等安全と高度な自动化[46]だ。5 ml溶剤)、高い抽出効率、高い安全性、高度な自動化など[46]。しかし、加速溶媒抽出液の価格は一般的なマイクロ波や超音波よりも高い。

sahaら[47]は、加速溶媒抽出法を用いて、ニンジンからカロテノイドを抽出した。実験的なhildebrandの溶解度パラメータを用いて、アセトニトリルとヘキサンの比率3:5、エタノールとヘキサンの比率4:3、エタノール、ヘキサン、アセトニトリルの体積比2:3:1(すべての体積比)の3種類の溶媒の組み合わせの選択を予測した。40、50、60°cの異なる抽出温度と5、10、15分の時間での抽出効果。最適化の結果、抽出剤は3成分混合で、温度は60℃、時間は15分、抽出過程で乾燥剤として珪藻土を添加する(ニンジン:珪藻土は4:1)。

2.6酵素の溶解および抽出方法

結合処理構成されpectinase効果的に抽出率を高めるβ-carotene。これは、植物の細胞壁がセルロース骨格を中心とした非常に複雑なシステムであり、ヘミセルロース、ペクチン、リグニンなどが大量に充填されているためです。これらの物質が混ざり合い、非常に複雑な構造系を形成しています。改善の抽出が率β-caroteneニンジン、二重細胞壁の反抗の保湿成分物質を克服する必要がある。セルラーゼだけでは細胞壁を完全に溶かすことは困難である。ペクチナーゼと併用することで、細胞壁や細胞間物質の物質移動抵抗性(細胞内から抽出媒体への有効成分の拡散に対する物質移動障壁)を低減し、有効成分の抽出速度を向上させることができる[48]。

maらは[49]、内部のカロテノイドを抽出するためにさまざまな酵素を用いたニンジンジュースの前処理を研究した。単因子実験と直交最適化の後、実験パラメータが得られた:温度45°c、ph 5、反応時間120分、1。 5% pectinaseβを抽出する-caroteneは69.1 mLμg /→50°C pH 5、反応時間rmvb /・1。5% cellulaseβを抽出する-caroteneはμg / mLて、68.7%減って、、の制度を単一の酵素回ったりもにもβを大幅に引き上げる内容-carotene。しかし、ペクチナーゼとセルラーゼを同じ割合で同時に添加すると、この系は拮抗作用を示す。ペクチナーゼは、産業界で使われる複合酵素の大部分を占めており、セルラーゼはその割合が少ないため、二つの酵素が同じ割合で使われた場合、治療成績が良くないという分析だ。酵素は高価であるため、この分野での応用例は近年ほとんど報告されていない。

2.7超臨界流体抽出

物質の臨界点を超えると、気相と液相の界面がなくなり、2つの相が均一な混合物となる。この流体は超臨界流体と呼ばれます。超臨界状態では、超臨界流体を分離する物質に接触させることで、溶解度、沸点、分子量の異なる成分を選択的に抽出・分離することができる。超臨界流体の密度と誘電率は、閉じた系での圧力の増加に伴って増加する。プログラムされた圧力増加を利用することで、異なる極性を持つ分子を段階的に抽出することができます[50]。しかし、超臨界流体は希少で要求が厳しいため、様々な用途で広く使用されているとは言えません。ムスターファらた。【51】昔、超臨界CO2を抽出するβ-caroteneニンジンからとして野菜鉱物本質たオイルを利用するcosolvent抽出収益率を引き上げざるを得なくなる。それによると40min、400bar、60℃、CO2流量は5mL / min鉱物油流量は、0.2mL / minとβ-carotene抽出収益率は約270万μg / g乾燥重く湿っ35μg / gな。

3展望

There are still 一部problems with the current extraction of β-carotene from carrots: (1) In terms of environmental safety and its application in food and cosmetics, the use of low-toxicity solvents to extract β-carotene from carrots has obvious advantages over conventional solvents. However, the generally longer extraction time (1–6 h) can cause degradation of β-carotene [52], and the source of low-toxicity solvents is more expensive than that of general solvents; (2) β-carotene is easily degraded and has a variety of isomers, and it is difficult to accurately quantify it due to the lack of standards; (3) ultrasonic-assisted extraction, 加速liquid extraction, microwave-assisted extraction, enzyme-assisted extraction and 超臨界fluid extraction are fast and effective, however, these techniques are still in the laboratory stage and industrialized large-scale applications are still not very common. 

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