Astaxanthin là một xanthophyll carotenoid được tìm thấy trong nhiều loại vi sinh vật và động vật biển. Nó là một sắc tố có màu đỏ, hòa tan trong chất béo và không có hoạt tính pro-Vitamin A trong cơ thể con người. Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (USFDA) đã phê duyệt việc sử dụng astaxanthin làm chất tạo màu thực phẩm trong thức ăn chăn nuôi và cá. Ủy ban Châu Âu coi astaxanthin tự nhiên là thuốc nhuộm thực phẩm. Haematococcus pluvialis là một loại vi tảo xanh, tích lũy hàm lượng astaxanthin cao trong điều kiện căng thẳng như độ mặn cao, thiếu nitơ, nhiệt độ và ánh sáng cao. Astaxanthin được sản xuất từ H. pluvialis là nguồn cung cấp chính cho con người. Nó được sử dụng làm nguồn sắc tố trong thức ăn cho cá hồi, cá hồi và tôm. Để bổ sung vào chế độ ăn uống ở người và động vật, astaxanthin được lấy từ hải sản hoặc chiết xuất từ H. pluvialis. Việc tiêu thụ astaxanthin có thể ngăn ngừa hoặc giảm nguy cơ mắc các rối loạn khác nhau ở người và động vật. Tác dụng của astaxanthin đối với dinh dưỡng sức khỏe con người đã được nhiều tác giả công bố. Việc sử dụng astaxanthin như một chất bổ sung dinh dưỡng đã phát triển nhanh chóng trong thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, dược phẩm và dược phẩm.

Nguồn gốc

Các nguồn tự nhiên của astaxanthin là tảo, nấm men, cá hồi, cá hồi, nhuyễn thể, tôm và tôm càng xanh. Astaxanthin thương mại chủ yếu từ nấm men Phaffia, Haematococcus và thông qua tổng hợp hóa học.

Khai thác và phân tích astaxanthin

Astaxanthin là một hợp chất lipophilic và có thể hòa tan trong dung môi và dầu. Dung môi, axit, dầu ăn, phương pháp hỗ trợ vi sóng và enzyme được sử dụng để chiết xuất astaxanthin.

Astaxanthin được tích lũy trong các tế bào có nang của Haematococcus. Astaxanthin trong Haematococcus được chiết xuất bằng các phương pháp xử lý axit khác nhau, axit clohydric cho khả năng phục hồi sắc tố lên tới 80%. Khi các tế bào đã đóng nang được xử lý bằng 40% axeton ở 80°C trong 2 phút, sau đó là kitalase, cellulose, bào ngư và bột axeton, thu hồi được 70% astaxanthin. Năng suất astaxanthin cao đã được quan sát thấy khi xử lý axit clohydric ở các nhiệt độ khác nhau trong 15 và 30 phút bằng cách sử dụng sóng siêu âm. Trong một nghiên cứu khác, dầu thực vật (đậu nành, ngô, ô liu và hạt nho) được sử dụng để chiết xuất astaxanthin từ Haematococcus. Môi trường nuôi cấy được trộn với dầu và astaxanthin bên trong tế bào được chiết xuất vào dầu, với hiệu suất thu hồi cao nhất là 93% với dầu ô liu. Astaxanthin (1,3 mg/g) được chiết xuất từ Phaffia rhodozyma trong điều kiện axit.

Chiết xuất có hỗ trợ vi sóng ở 75°C trong 5 phút thu được 75% astaxanthin; tuy nhiên, hàm lượng astaxanthin cao trong chiết xuất axeton. Sản lượng astaxanthin từ Haematococcus là 80%–90% khi sử dụng chiết xuất chất lỏng siêu tới hạn với etanol và dầu hướng dương làm đồng dung môi. Astaxanthin được chiết xuất nhiều lần bằng dung môi, gộp lại và làm bay hơi bằng thiết bị bay hơi quay, sau đó hòa tan lại trong dung môi và độ hấp thụ của dịch chiết được đo ở bước sóng 476–480 nm để ước tính hàm lượng astaxanthin. Hơn nữa, dịch chiết có thể được phân tích để định lượng astaxanthin bằng phương pháp sắc ký lỏng áp suất cao và được xác định bằng quang phổ khối.

Bảo quản và sự ổn định của Astaxanthin

Astaxanthin ổn định ở 70–90 °C trong cám gạo, dầu gấc và dầu cọ với hàm lượng astaxanthin được giữ lại từ 84%–90%, có thể được sử dụng trong các ứng dụng thực phẩm, dược phẩm và dinh dưỡng, trong khi hàm lượng astaxanthin bị giảm ở 120 và 150 °C. Độ ổn định của astaxanthin được đánh giá trong sữa gầy, nước cam và nước khử ion được sử dụng làm đối chứng. Người ta phát hiện ra rằng sự phân hủy astaxanthin trong sữa gầy cao hơn đáng kể so với nước cam. Trong một nghiên cứu khác, tính ổn định của sinh khối astaxanthin đã được kiểm tra sau khi sấy khô và bảo quản ở các điều kiện khác nhau trong chín tuần. Kết quả cho thấy sự phân hủy astaxanthin thấp tới 10% trong sinh khối được sấy khô ở 180/110°C và được bảo quản ở -21°C trong môi trường nitơ sau chín tuần bảo quản. Tính ổn định của astaxanthin từ Phaffia rhodozyma đã được nghiên cứu và người ta thấy rằng độ ổn định cao ở pH 4,0 và ở nhiệt độ thấp hơn. Độ ổn định bảo quản của astaxanthin được tăng cường ở 4°C và 25°C trong hỗn hợp phức tạp gồm hydroxyproply-β-cyclodextrin và nước.

Đặc tính sinh học và ứng dụng

Tác dụng chống oxy hóa

Astaxanthin có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn khi so sánh với các loại carotenoid khác nhau như lutein, lycopene, α-carotene và β-carotene

Hoạt tính chống oxy hóa của astaxanthin cao gấp 10 lần so với zeaxanthin, lutein, canthaxanthin, β-carotene và cao hơn 100 lần so với α-tocopherol. Nhóm chức năng oxo trong carotenoid có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn mà không cần đóng góp chất oxy hóa.

Hoạt động chống oxy hóa lipid

Astaxanthin có cấu trúc phân tử độc đáo cho phép nó tồn tại cả trong và ngoài màng tế bào. Nó mang lại khả năng bảo vệ tốt hơn β-carotene và Vitamin C có thể được định vị bên trong lớp lipid kép. Nó đóng vai trò như một biện pháp bảo vệ chống lại tổn thương oxy hóa bằng nhiều cơ chế khác nhau, như làm nguội oxy nhóm đơn; nhặt sạch các gốc tự do để ngăn chặn các phản ứng dây chuyền; bảo tồn cấu trúc màng bằng cách ức chế quá trình peroxid hóa lipid; tăng cường chức năng hệ thống miễn dịch và điều hòa biểu hiện gen. Astaxanthin và các este của nó cho thấy hoạt động chống peroxid hóa lipid 80% ở chuột bị loét dạ dày và ung thư da do ethanol gây ra. Astaxanthin ức chế quá trình peroxid hóa lipid trong các mẫu sinh học được báo cáo bởi nhiều tác giả khác nhau.

Chống viêm

Astaxanthin là một chất chống oxy hóa mạnh có tác dụng chấm dứt tình trạng viêm trong các hệ thống sinh học. Astaxanthin có tác dụng chống viêm. Chiết xuất tế bào tảo của Haematococcus và Chlorococcum làm giảm đáng kể lượng vi khuẩn và viêm dạ dày ở chuột nhiễm H. pylori. Astaxanthin là một phân tử đầy hứa hẹn trong điều trị viêm mắt theo báo cáo của các nhà nghiên cứu Nhật Bản. Astaxanthin có thể ngăn ngừa tình trạng dày lên của da và giảm sự suy giảm collagen chống lại tổn thương da do tia cực tím gây ra.

Hoạt động chống tiểu đường

Astaxanthin có thể làm giảm căng thẳng oxy hóa do tăng đường huyết trong tế bào β tuyến tụy và cũng cải thiện nồng độ glucose và insulin trong huyết thanh. Astaxanthin có thể bảo vệ tế bào β tuyến tụy chống lại độc tính của glucose. Nó cũng được chứng minh là một tác nhân miễn dịch tốt trong việc phục hồi các rối loạn chức năng tế bào lympho liên quan đến chuột mắc bệnh tiểu đường. Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng astaxanthin ngăn ngừa bệnh thận do tiểu đường bằng cách giảm căng thẳng oxy hóa và tổn thương tế bào thận.

Phòng chống bệnh tim mạch

Astaxanthin là một chất chống oxy hóa mạnh có hoạt tính chống viêm và tác dụng của nó đã được kiểm tra ở cả động vật thí nghiệm và người. Căng thẳng oxy hóa và viêm là đặc điểm sinh lý bệnh của bệnh tim mạch do xơ vữa động mạch. Astaxanthin là một tác nhân trị liệu tiềm năng chống lại bệnh tim mạch do xơ vữa động mạch.

Hoạt động chống ung thư

Astaxanthin cho thấy hoạt động chống ung thư đáng kể khi so sánh với các carotenoid khác như canthaxanthin và β-carotene. Nó cũng ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư xơ, vú, tuyến tiền liệt và nguyên bào sợi phôi. Khoảng cách giao tiếp giữa các tế bào giữa các tế bào tăng lên trong các tế bào nguyên bào sợi da nguyên phát ở người đã được quan sát thấy khi điều trị bằng astaxanthin. Astaxanthin ức chế sự chết tế bào, tăng sinh tế bào và khối u vú ở chuột đực/cái và chuột nhắt do hóa chất gây ra. Chiết xuất H. pluvialis đã ức chế sự phát triển của tế bào ung thư ruột kết ở người bằng cách ngăn chặn sự tiến triển của chu kỳ tế bào và thúc đẩy quá trình tự hủy. Nitroastaxanthin và 15-nitroastaxanthin là sản phẩm của astaxanthin với peroxynitrite, đặc tính chống ung thư của 15-nitroastaxanthin đã được đánh giá trên mô hình chuột.

Điều chế miễn dịch

Astaxanthin cho thấy tác dụng điều chỉnh miễn dịch cao hơn trên mô hình chuột khi so sánh với β-carotene. Tăng cường sản xuất kháng thể và giảm phản ứng miễn dịch dịch thể ở động vật già sau khi bổ sung astaxanthin vào chế độ ăn uống đã được báo cáo. Astaxanthin sản xuất globulin miễn dịch trong tế bào người trong một nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Việc bổ sung astaxanthin trong 8 tuần ở người dẫn đến tăng nồng độ astaxanthin trong máu và cải thiện hoạt động của tế bào tiêu diệt tự nhiên nhằm mục tiêu và tiêu diệt các tế bào bị nhiễm virus.

Độ an toàn và liều lượng của Astaxanthin

Astaxanthin an toàn, không có tác dụng phụ khi dùng cùng với thức ăn. Nó hòa tan trong lipid, tích tụ trong mô động vật sau khi cho chuột ăn astaxanthin và không tìm thấy tác dụng độc hại nào. Tiêu thụ quá nhiều astaxanthin dẫn đến sắc tố da màu vàng đến đỏ ở động vật. Astaxanthin được đưa vào thức ăn cho cá, khiến da cá có màu đỏ.

Nên dùng astaxanthin với các loại dầu hạt giàu omega-3 như chia, hạt lanh, cá, nutella, quả óc chó và hạnh nhân. Liều astaxanthin khuyến nghị là 2–4 mg/ngày.

Trong bối cảnh hiện tại, sản xuất astaxanthin từ các nguồn tự nhiên đã trở thành một trong những hoạt động thành công nhất trong công nghệ sinh học. Astaxanthin có nhu cầu lớn trong các ứng dụng thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, dinh dưỡng và dược phẩm. Điều này đã thúc đẩy những nỗ lực lớn nhằm cải thiện việc sản xuất astaxanthin từ các nguồn sinh học thay vì nguồn tổng hợp. Theo tài liệu hiện nay, astaxanthin được sử dụng trong nhiều ứng dụng thương mại khác nhau trên thị trường. Sản phẩm Astaxanthin hiện có trên thị trường dưới dạng viên nang, gel mềm, viên nén, bột, sinh khối, kem, nước tăng lực, dầu và chiết xuất.

Một số sản phẩm astaxanthin được tạo ra với sự kết hợp của các carotenoid khác, vitamin tổng hợp, chiết xuất thảo dược và axit béo omega-3, 6. Các ứng dụng bằng sáng chế hiện có về astaxanthin để ngăn ngừa nhiễm trùng do vi khuẩn, viêm, suy mạch máu, ung thư, bệnh tim mạch, ức chế peroxid hóa lipid, giảm tổn thương tế bào và mỡ trong cơ thể, đồng thời cải thiện chức năng não và độ dày của da. Vi sinh vật hoặc động vật chứa Astaxanthin có nhiều ứng dụng trong nhiều hoạt động thương mại, đó là lý do mà việc sản xuất vi tảo làm giàu astaxanthin có thể mang lại nhiều lợi ích hấp dẫn hơn.

Nguồn: Ranga Rao Ambati  et al, (2014), Astaxanthin: Sources, Extraction, Stability, Biological Activities and Its Commercial Applications—A Review, Mar. Drugs, 12, 128-152; doi:10.3390/md12010128