ベータカロチンを含む食品

-カロテン[ギリシャ語βとラテン語carota(ニンジン)食品、飼料、サプリメント、化粧品に広く使用されている天然着色剤、栄養補助食品およびプロビタミンの(va)です。カロテノイド科に属する。世界のカロテノイド市場は、2014年に15億米ドルに達し、2019年には18億米ドル近くに達すると予想されています。9%[1]、最も大きいカロテノイド時価総額はβ-carotene(米国$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コンテンツが3種類ニンジン色オレンジ、紫、白で74.2、9.1、1となっています。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。

にんじんの種類によって中身が異なります量のβ-carotene様々な地理的および環境的要因に起因する[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]中との接触で入手しやすいのは安くて提供することができるソースを抽出する大量の自然β-carotene。本論文では、構造と特性、用途、および最近について説明する抽出に関する研究β-caroteneニンジンからし、国内外の参考抽出を提供するβ-carotene。

1 Physicochemicalβの属性-carotene

1.1βの属性-carotene

化学構造β式-carotene図1に示します。分子式c40 h 56、分子量536.88、中央に4つのイソプレン中心、末端には紫色のケトン環、融点176~182℃。全トランス分子には不斉炭素原子がなく、光学的には活性がない。高温・高圧(625 mpa, 117°c)では有害であり、容易に異性化を引き起こす[11]。◆異性体(図1参照)が主に:9-cis、13-cis 15-cisβ-carotene。βの安定力が弱いため-caroteneとその溶存量の限界がマイクロカプセルなどのliposomesコーティング実装されたり,小胞cyclodextrins、ものですまた、界面活性剤を使用して液晶システムに調製することもできます。また、乳剤に調製することで、調製および保存時の損失を低減し、溶解性および生物学的利用能を向上させることもできます[12]。周晴信らです。[13]の効果を比較抗酸化物質EDTA-2Na、L-ascorbic酸、ビタミンE "アセテート"とβの組み合わせをの安定-carotene microemulsions処理中整理収納用品を売ってるβの劣化値-carotene測色にて计测した結果EDTA-2Naうまく扱えるように安定β-carotenemicroemulsions.

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。影響を与える要因バイオアベイラビリティとβ-カロチンのバイオ変換人体に含まれます:食用油脂、植物の種類、繊維、温度など。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、高位層all-transβ-caroteneがバイオアベイラビリティその異性体よりも大きい[17]。9-cisと13-cisの生物学的転換率はそれぞれ38%と53%であるのに対し、全transは100%である[18]。β-カロチンは、藻類、果物、野菜、いくつかの真菌から得ることができます。現在、海外市場に出回っているベータカロチンの原料は、化学合成が90%を占めている。天然食品から得られるベータカロチンは、人間の健康により有益であり[19]、植物から吸収されるベータカロチンの量は5% ~ 65%である[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]。酸化-カロテンの産物: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、風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。にニンジンからベータカロチンを取得します細胞壁を破壊する必要がある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]。

近年では、国内外のメソッド抽出β-caroteneニンジンには、有機溶媒法、超音波抽出法、マイクロ波抽出法、マイクロエマルション法、加速溶媒抽出法、酵素溶解抽出法、超臨界流体法などがあります。

2.1有機溶媒法

-カロテン粉脂溶性で、エーテル、クロロホルム、油などの非極性溶媒に可溶ですが、メタノール、エタノールにはほとんど溶けません。有機溶媒抽出の原理は、拡散と浸透の作用の下で、溶媒分子が細胞壁を通って細胞内に入り、可溶性物質を溶解し、濃度差によって溶媒が細胞内に入り続けるというものだ。最終的に平衡に達すると、抽出物は細胞から溶媒に流れ、抽出の目的を達成する[28]。はβ-caroteneは水溶性メタノールなどの極溶剤でエタノールはメタノールとエタノールを使用して、前記抽出β-carotene有機溶剤のニンジンから始まった。これは水をたくさんは、新鮮なニンジンなどに含まれ(86% 89%まで)目的と结びついているのは极地溶剤は水を追加する浸透を増やすnon-polar溶剤を容易にするために、抽出のβ-carotene(29)。マーティン・ノーワックはら[30]溶剤混合hexaneエタノール(1対1で容積率)96%さβは17種ものニンジンがあるから-caroteneだその結果、花山F1に含まれる様々なニンジン(171±3.7編)mg / 100 g(新鮮な体重)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ら[36]βの抽出を比較-caroteneニンジンからpretreatedと没入クエン酸pH5ではお湯をかけて茹でる解決策クエン酸じゃ1 ~ 1.5 pH 5ミン前処理、そして抽出microwave-assistedで混ぜると溶剤(エタノールhexane50%は25%、「近いazeotropeの58°C)はβを展開するために使用される-carotene。固液比は2:75 (g/ ml)であった。その結果、量βacid-pickledニンジンに含まれるアスコルビナーゼ-caroteneは23歳でした。10mg/100 g、29。74mg/100 g水処理、32。08mg/100 gを沸騰酸処理、および23。26mg / 100 g治療βの最高額を告示した旨を示すゆでクエンacid-treatedニンジン-caroteneは、さらに炒める。酸の治療からが少ない(pH 5)植物細胞壁の多糖类を崩す、ペクチンと半セルロースなどβの劣化に影響を及ぼすことなく、-carotene、βの-caroteneコンテンツ[37]増やすこともできます。

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

マイクロエマルジョン(英:microemulsion)は、2つの非混和性液体からなる、熱力学的に安定で等方性、透明または半透明の分散系である。マイクロエマルジョンは1つまたは2つの液滴からなり、界面活性剤の界面膜によって顕微鏡的に安定化される。マイクロエマルジョンの熱力学的安定性により、カロテノイドの酸化を防止し、抽出効率を向上させることができる。Microemulsions準備に使用することができる機能β-caroteneナインティナイン[44]の报もが抽出microemulsion方法を使用しβ-caroteneニンジン。例えば、Roohinejadら。[45]をoil-in-water microemulsionβを抽出するとしてのメディアから-caroteneニンジン。プラスパルス電界による前処理。最適な抽出プロセスパラメータは、マイクロエマルション擬似三元図法を用いて決定した。その結果、抽出当時494アンミン峠の温度は52.2%であった°Cにんじんの1:70 microemulsionだった割合(W / W)のβ-carotene装着19.6%縮小μg / g、polydispersion出荷指数(PDI) 0.27助詞のサイズが74 nm。抽出効率が100% hexaneまたは100%より高いグリセリンmonolaurin油ことに使われるoil-in-water microemulsionsとして使用することができるβ-carotene抽出媒体である。

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

いくつかの问题がまだを伝える现在の抽出とβ-caroteneニンジンから(1)食品で环境安全とその応用用語であり、化粧品low-toxicity溶剤を利用し抽出β-caroteneニンジンから従来の溶媒より明らかな利点があります。しかし、長く設定する一般的にして抽出(1−6、2−6 h)βの劣化を起こす-carotene(52)ソースlow-toxicity溶剤が一般の溶剤よりもっと高価である。(2)β-caroteneは異性体の、多彩なを描いたものもありし易いため、同技術には正確定量化が難しいitないため標準として(3)超音波抽出法、加速抽出法、マイクロ波抽出法、酵素抽出法、超臨界流体抽出法は高速かつ効果的であるが、これらの技術はまだ実験段階であり、工業化された大規模な応用はまだ一般的ではない。 

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