La astaxantina / æ s t ə ˈ z æ n θ ɪ n / es un cetocarotenoide dentro de un grupo de compuestos químicos conocidos como terpenos . [3] [4] La astaxantina es un metabolito de la zeaxantina y la cantaxantina , que contiene grupos funcionales hidroxilo y cetona. Es un pigmento soluble en lípidos con propiedades colorantes rojas, que resultan de la cadena extendida de dobles enlaces conjugados (alternando dobles y simples) en el centro del compuesto. La presencia de grupos funcionales hidroxilo y de hidrocarburos hidrófobos hace que la molécula sea anfifílica. [5]
La astaxantina se produce naturalmente en la microalga de agua dulce Haematococcus pluvialis y en el hongo de levadura Xanthophyllomyces dendrorhous (también conocido como Phaffia rhodozyma ). [6] Cuando las algas están estresadas por la falta de nutrientes, el aumento de la salinidad o el exceso de luz solar, crean astaxantina. Los animales que se alimentan de algas, como el salmón , la trucha roja, la dorada , los flamencos y los crustáceos (camarones, krill, cangrejos, langostas y cangrejos de río), reflejan posteriormente la pigmentación de astaxantina de color rojo anaranjado.
La astaxantina se utiliza como suplemento dietético para consumo humano, animal y acuícola . La astaxantina procedente de algas, fuentes sintéticas y bacterianas generalmente se reconoce como segura en los Estados Unidos. [7] La Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU . ha aprobado la astaxantina como colorante alimentario (o aditivo colorante) para usos específicos en alimentos para animales y peces. [8] La Comisión Europea lo considera un colorante alimentario con número E E161j. [9] La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria ha establecido una ingesta diaria aceptable de 0,2 mg por kg de peso corporal, a partir de 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]
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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:
Las concentraciones de astaxantina en la naturaleza son aproximadamente: [ cita necesaria ]
Las algas son la principal fuente natural de astaxantina en la cadena alimentaria acuática . La microalga Haematococcus pluvialis contiene altos niveles de astaxantina (alrededor del 3,8% del peso seco) y es la principal fuente industrial de astaxantina natural. [12]
En los mariscos, la astaxantina se concentra casi exclusivamente en las cáscaras, con cantidades bajas en la carne misma, y la mayor parte solo se vuelve visible durante la cocción, cuando el pigmento se separa de las proteínas desnaturalizadas que de otro modo lo unen. La astaxantina se extrae de Euphausia superba (krill antártico) y de los desechos del procesamiento del camarón. [13]
Astaxanthin biosynthesis starts with three molecules of isopentenyl pyrophosphate (IPP) and one molecule of dimethylallyl pyrophosphate (DMAPP) that are combined by IPP isomerase and converted to geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP) by GGPP synthase. Two molecules of GGPP are then coupled by phytoene synthase to form phytoene. Next, phytoene desaturase creates four double bonds in the phytoene molecule to form lycopene. After desaturation, lycopene cyclase first forms γ-carotene by converting one of the ψ acyclic ends of the lycopene as a β-ring, then subsequently converts the other to form β-carotene. From β-carotene, hydrolases (blue) are responsible for the inclusion of two 3-hydroxy groups, and ketolases (green) for the addition of two 4-keto groups, forming multiple intermediate molecules until the final molecule, astaxanthin, is obtained.[14]
The structure of astaxanthin by synthesis was described in 1975.[15] Nearly all commercially available astaxanthin for aquaculture is produced synthetically, with an annual turnover of over $200 million and a selling price of roughly $5000–6000 per kilo as of July 2012.[citation needed] The market grew to over $500 million by 2016 and is expected to continue to grow with the aquaculture industry.[16]
An efficient synthesis from isophorone, cis-3-methyl-2-penten-4-yn-1-ol and a symmetrical C10-dialdehyde has been discovered and is used in industrial production. It combines these chemicals together with an ethynylation and then a Wittig reaction.[17] Two equivalents of the proper ylide combined with the proper dialdehyde in a solvent of methanol, ethanol, or a mixture of the two, yields astaxanthin in up to 88% yields.[18]
The cost of astaxanthin extraction, high market price, and lack of efficient fermentation production systems, combined with the intricacies of chemical synthesis, discourage its commercial development. The metabolic engineering of bacteria (Escherichia coli) enables efficient astaxanthin production from beta-carotene via either zeaxanthin or canthaxanthin.[19][20][21]
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. [22] La astaxantina sintética contiene una mezcla de los tres estereoisómeros, en proporciones aproximadamente 1:2:1. [23]
La astaxantina existe en dos formas predominantes, no esterificada (levadura, sintética) o esterificada (algas) 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 alimenta al salmón para mejorar la coloración de la pulpa se encuentra en forma no esterificada [24]. La evidencia predominante respalda una desesterificación de los ácidos grasos de la molécula de astaxantina en el intestino antes o concomitantemente con la absorción, lo que resulta en la circulación y el tejido. deposición de astaxantina no esterificada. La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) publicó una opinión científica sobre un carotenoide xantofilo similar , la luteína, afirmando que "tras su paso por el tracto gastrointestinal y/o la absorción, los ésteres de luteína se hidrolizan para formar luteína libre nuevamente". [25] 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 hidrolizar los componentes de ácidos grasos, varios estudios sugieren que la biodisponibilidad depende más de la formulación que de la configuración. [26] [27]
La astaxantina se utiliza como suplemento dietético y complemento alimentario como colorante alimentario para el salmón, los cangrejos, los camarones, las gallinas y la producción de huevos. [12]
El uso principal de la astaxantina sintética en la actualidad es como aditivo en la alimentación animal para impartir coloración, incluido el salmón criado en granjas y las yemas de huevo de gallina. [28] Los pigmentos carotenoides sintéticos de color amarillo, rojo o naranja representan alrededor del 15-25% del costo de producción de alimentos comerciales para salmón. [29] En el siglo XXI, la mayor parte de la astaxantina comercial para la acuicultura se produce sintéticamente. [30]
Se presentaron demandas colectivas contra algunas importantes cadenas de supermercados por no etiquetar claramente el salmón tratado con astaxantina como "color añadido". [31] Las cadenas siguieron rápidamente etiquetando todo ese salmón como "color añadido". 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. [32]
La principal aplicación humana de la astaxantina es como suplemento dietético y aún se encuentra bajo investigación preliminar. En 2020, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria informó que una ingesta de 8 mg de astaxantina al día procedente de complementos alimenticios es segura para los adultos. [33]
Las langostas, los camarones y algunos cangrejos se vuelven rojos cuando se cocinan porque la astaxantina, que estaba unida a la proteína del caparazón, se libera a medida que la proteína se desnaturaliza y se desenrolla. El pigmento liberado está así disponible para absorber la luz y producir el color rojo. [34]
En abril de 2009, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos aprobó la astaxantina como aditivo para piensos para peces únicamente como componente de una mezcla de aditivos de color estabilizados. Las mezclas de aditivos colorantes para piensos para peces elaboradas con astaxantina podrán contener únicamente los diluyentes que sean adecuados. [8] Los 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 de origen animal. [35] En 2000 se agregaron harina de algas Haematococcus (21 CFR 73.185) y levadura Phaffia (21 CFR 73.355) para su uso en alimentos para peces para dar color a los salmónidos. [36] [37] [38] En la Unión Europea , los alimentos que contienen astaxantina Los suplementos derivados de fuentes que no tienen antecedentes de uso como fuente de alimentos en Europa están bajo el ámbito de la legislación sobre nuevos alimentos, CE (Nº) 258/97. Desde 1997, ha habido cinco solicitudes de nuevos alimentos relacionadas con productos que contienen astaxantina extraída de estas nuevas fuentes. En cada caso, estas solicitudes han sido solicitudes simplificadas o de equivalencia sustancial, porque la astaxantina está reconocida como un componente alimentario en la dieta de la UE. [39] [40] [41] [42]
Cabe destacar que la astaxantina sintetizada en la naturaleza se presenta en la 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).