Astaxantina: Extração, biodisponibilidade, potencial bioativo e aplicações industriais

INTRODUÇÃO

Os carotenoides são pigmentos naturais tetraterpênicos (C₄₀) orgânicos nutricionalmente benéficos à saúde, os quais exercem papel crucial nas recomendações alimentares e farmacêuticas (1). Na literatura são reportados cerca de 800 carotenoides, que estão presentes em todos os organismos fotossintetizantes, obtidos principalmente pela extração vegetal ou animal, fermentação microbiana e síntese química (2). A Tabela 1 compila os principais carotenoides com algumas fontes produtoras e respectiva coloração (3). No que se refere à saúde humana, estão entre os fitoquímicos bioativos creditados na redução do risco de doenças degenerativas, como as cardiovasculares, câncer, catarata e degeneração macular, além de fortalecerem o sistema imunológico (4). A estrutura química dos carotenoides é amplamente heterogênea, o que os conferem várias funções benéficas aos organismos, que são extremamente dependentes de suas propriedades físico-químicas individuais (5). Ademais, possuem ação antioxidante devido à capacidade de sequestrar o oxigênio e reagir com radicais livres, absorvem luz e possuem a capacidade de filtrar a luz azul para garantir a saúde ocular (6).

Tabela 1 – Principais carotenoides com coloração e fontes produtoras

Carotenoide		Coloração	Fontes produtora
Luteína	Amarela		Chlorella sorokiniana (microalga)  Cucurbita moschata (abóbora goianinha)
Zeaxantina	Amarela a Laranja		Dunaliella salina (microalga) Milho-verde
β-caroteno	Laranja		Rhodotorula rubra (levedura) Malpighia glabra (acerola) Daucus carota (cenoura)
Bixina	Laranja		Bixa orellana (urucum)
Norbixina	Laranja		Bixa orellana (urucum)
Cantaxantina	Laranja a Vermelha		Haematococcus pluvialis (microalga) Rhodococcus maris (bactéria)
Astaxantina	Vermelha		Xanthophyllomyces dendrorhous (levedura) Chlorella zofingiensis (microalga)

Fonte: Mesquita et. al. (2017)

A pandemia de COVID-19 teve um impacto significativo no mercado, uma vez que a crise realçou o significado de hábitos alimentares seguros, saudáveis e nutritivos entre os consumidores de todo o mundo. Um número crescente de indivíduos preocupados com a saúde está cada mais inclinado para o consumo de corantes naturais com efeitos menos adversos, em comparação com outros produtos químicos, o que é um importante estímulo para impulsionar os avanços nos estudos dos pesquisadores nessa área (7 e 8). O mercado global de carotenoides atingiu 2 milhões de dólares em 2020, que foram principalmente consumidos em alimentação animal, alimentos saudáveis, medicamentos e cosméticos. Atualmente, cerca de 80-90% dos carotenoides presentes no mercado são sintetizados por métodos químicos. Todavia não podem ser ingeridos diretamente pelo ser humano, devido sua limitada aplicação (9). Dentre os diversos carotenoides, a astaxantina merece destaque nesse mercado, pois estima-se que será responsável por uma taxa de retorno de investimento de aproximadamente 7,8% durante o período de 2022 a 2027 (10).

A astaxantina (3,3′-dihidroxi-β, β-caroteno-4,4′-diona), é um carotenoide natural pertencente à classe das xantofilas por possuir uma hidroxila em cada um dos anéis ciclohexanos terminais de sua estrutura, a qual possui coloração laranja/avermelhado e fórmula molecular C₄₀H₅₂O₄ (11). As fontes naturais de astaxantina advém de fungos, bactérias, algas, crustáceos e determinados peixes, enquanto que sua fórmula sintética compreende três isômeros ópticos (3S, 3′S) (3R, 3′S) e (3R, 3′R), na proporção 1:2:1, em uma mistura racêmica. Todavia, o isômero 3S, 3′S mostra um maior potencial como agente antioxidante, antienvelhecimento e maior reatividade que os demais (12). A Figura 1 exibe os três diferentes isômeros ópticos da molécula de astaxantina.

A presente revisão tem como objetivo apresentar a molécula de astaxantina, sua biodisponibilidade, métodos de extração, propriedades bioativas e promissora aplicabilidade nas indústrias de alimentos e fármacos.

METODOLOGIA

            Para o presente artigo, foram realizadas buscas sistematizadas nas bases de dados Science Direct, Pubmed e Google Acadêmico, no mês de fevereiro de 2023, por meio de descritores relacionados a carotenoides e astaxantina. Foram pré-selecionadas, inicialmente, 42 publicações, que foram avaliadas e finalmente escolhidas para discussão e síntese das informações.

BIOSSÍNTESE

            A astaxantina exibe potenciais benefícios à saúde, o que gera grande interesse nas indústrias alimentícias, farmacêuticas, cosméticas e de alimentos para determinados animais como salmão e camarão. Fazendo com que novas rotas sejam exploradas para sua produção, como a extração direta de resíduos de crustáceos, cultivo de microalgas como a Haematococcus pluviais, bactérias, como a Paracoccus sp., leveduras como Xanthophyllomyces e síntese química. Todavia, sua extração direta e cultivo de produtos naturais é bastante limitada, devido a baixos rendimentos e elevados custos (14). 

Atualmente, mais de 95% da astaxantina presente no mercado é produzida de forma sintética, por uma dupla reação Witting de 3-metil-5-(2,6,6-trimetil-3-oxo-4-hidroxi-1-ciclohexanil-2-4-pentadieniltrifenilfosfônio sal de (astaC15-trifenilfosfônio) e 2,7-dimetil-2,4,6-octatrienedial (C10-dial) (15). Entretanto, foi reportado por Koller (2014) que a astaxantina sintética possui capacidade antioxidante inferior à sua contrapartida natural, possivelmente devido a astaxantina sintética apresentar-se sob a forma de uma mistura racêmica, possuindo três isômeros ópticos, com diferentes potenciais de atividade (16). O que gera preocupações dos cientistas no consumo humano direto, devido a possibilidade de transporte de produtos intermediários e subprodutos de síntese (17).

EXTRAÇÃO

A extração e purificação da astaxantina é um fator crítico que influencia diretamente na comercialização da mesma, devido ao alto valor agregado, podendo assumir de 20 a 90% dos custos totais de fabricação. Características como sensibilidade à luz e termo sensibilidade tendem a dificultar a extração, consequentemente aumentar o valor total da produção. Para extração da astaxantina, é utilizado um fluxo de trabalho com alguns passos, onde destacam-se primeiramente a colheita de células de biorreatores por centrifugação, sedimentação ou filtração, seguida da ruptura de células, secagem das células e por fim, extração de solventes e gás carbônico supercrítico, como reportado na Figura 2 (14 e 18).

BIODISPONIBILIDADE

A biodisponibilidade e a pouca solubilidade em fase aquosa da astaxantina é pequena, assim como da maioria dos carotenoides, sendo dependente da natureza do solvente e/ou da molécula carreadora. Além disso, é instável em determinadas condições de processamento, como pHs extremos, temperatura elevada, presença de luz e oxigênio, fatores que limitam a sua aplicabilidade nas indústrias de alimentos e farmacêutica (19). Visando minimizar esses problemas, alguns estudos utilizando proteínas do leite como moléculas carreadoras através da formação de nanoestruturas estáveis com a astaxantina (20; 21 e 22) e outros carotenoides (23; 24; 25; 26 e 27) são reportados na literatura e apresentam resultados promissores (28). A Tabela 2 reporta alguns desses estudos envolvendo interações entre proteínas e carotenóides.

Tabela 2 - Estudos referentes à utilização de proteínas como moléculas carreadores, através da formação de nanoestruturas estáveis com a astaxantina e outros carotenoides

Interação	Ano	Referência
Proteína-Astaxantina	2021	20
Proteína-Astaxantina	2015	21
Proteína-Astaxantina	2014	22
Proteína-Luteína	2021	23
Proteína-β-caroteno	2021	24
Proteína-Luteína	2020	25
Proteína-Norbixina	2020	26
Proteína-β-caroteno	2019	27

Fonte: Autores

As proteínas alimentares exercem importante papel de transporte e proteção de componentes bioativos em alimentos funcionais devido sua capacidade de formação de complexos estáveis. O que leva a incorporação de astaxantina na nanodispersão ser uma alternativa promissora ao uso de astaxantina insolúvel em água e sistemas alimentares (29), fato extremante importante para melhor compreensão e estudo da interação proteína-astaxantina e/ou proteína-carotenoide, de forma geral.

POTENCIAL BIOATIVO

            A astaxantina natural é considerada mais biologicamente efetiva que sua forma sintética. Sendo apontada como um agente oxidante mais fortemente ativo que demais carotenoides, como a cantaxantina, zeaxantina, luteína, β-caroteno e outros (30). Possui diversas atividades biológicas e farmacológicas, as quais foram reportadas na Figura 3 (12).

Numerosos trabalhos demonstrando a atividade biológica e farmacológica da astaxantina tem sido reportados na literatura ao longo dos anos, o que pode ser corroborado por meio da Tabela 3.

Tabela 3 - Estudos referente às atividades biológicas e farmacológicas da astaxantina

Atividades biológicas da astaxantina	Ano	Referências
Antioxidante	2020	31
Cardioproteção	2020	32
Antidiabético	2020	33
Osteoprotetor	2019	34
Anti-inflamatório	2019	35
Anti-oxidante	2019	36
Neuroproteção	2018	37
Cicatrizante	2017	38
Anticâncer	2016	39
Hepatoproteção	2015	40

Fonte: Autores

APLICAÇÕES INDUSTRIAIS

            A demanda dos consumidores por alimentos saudáveis cresceu consideravelmente nos últimos anos. Essa conscientização levou à indústria a unir esforços à procura de novas estratégias para produção de alimentos que sejam não só saborosos, mas também nutritivos, funcionais e sustentáveis. Dentro desse cenário, ênfase deve ser dada a astaxantina, pois apresenta alto poder de pigmentação e relevantes funções biológicas, tornando-se atrativa para as empresas de alimentos e embalagens. Constatações que a permitiram ser considerada um dos três principais ingredientes a ser observado com forte potencial dentro do nicho alimentar nos últimos anos (41).

            A astaxantina é comercializada industrialmente pela DSM, como componente do produto Carophyll^® Stay Pink, um aditivo para rações de aves, peixes e camarões (3). Outra aplicabilidade da astaxantina, nesse caso extraída do músculo do salmão, é na produção de filmes, através da incorporação com gelatinas extraídas da pele e carcaça do mesmo peixe.  De acordo com estudos de Claudino (42), os filmes obtidos apresentaram boa aparência, homogeneidade, fácil manuseio, transparência adequada e baixo teor de umidade, sendo portanto, considerado uma ótima alternativa de produção do mesmo.

  CONCLUSÕES

            A astaxantina natural é um composto bioativo que apresenta uma série de atividades biológicas, apontada como um forte agente oxidante com perspectivas promissoras no nicho alimentar e farmacológico, devido possuir uma estrutura única. Sua obtenção ocorre por meio de fontes naturais como fungos, bactérias, algas, crustáceos e determinados peixes. Enquanto sua fórmula sintética compreende três isômeros ópticos (3S, 3′S) (3R, 3′S) e (3R, 3′R), em uma mistura racêmica.  Todavia, devido a seu elevado preço e fontes limitadas, é pouco conhecida pelos consumidores e subestimada pelos produtores de alimentos. Daí a importância da difusão de informações a seu respeito, assim como o incentivo para futuras pesquisas.

            O alto potencial antioxidante da astaxantina, assim como sua forte pigmentação, permitem aos pesquisadores trabalhar com uma gama de atrativos sensoriais e funcionais. Sua biodisponibilidade é baixa, entretanto, novos estudos reportam promissores resultados perante a sua interação com diversas proteínas alimentares, principalmente as proteínas do leite, formando sistemas nanoestruturados que possibilitam um aumento de sua solubilidade em água e em sistemas alimentares, otimizando assim sua aplicação nas industrias de alimentos e farmacêuticas.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem as instituições que contribuíram diretamente para a execução desse trabalho, como a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) e a Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais - Instituto de Laticínios Cândido Tostes (EPAMIG-ILCT).

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