Astaxantina

astaxantina es un cetocarotenoide dentro de un grupo de compuestos químicos conocidos como terpenos. 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.

La astaxantina se produce de forma natural en la microalga de agua dulce Haematococcus pluvialis y en el hongo de levadura Xanthophyllomyces dendrorhous (también conocido como Phaffia rhodozyma). 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. 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. La Comisión Europea lo considera un colorante alimentario con número E E161j. 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. Como aditivo colorante alimentario, la astaxantina y el dimetildisuccinato de astaxantina están restringidos para su uso únicamente en piensos para peces salmónidos.

Fuentes naturales

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:

• Euphausia pacifica (Pacífico krill)
• Euphausia superba (Krill antártico)
• Haematococcus pluvialis (Algae)
• Pandalus borealis (Arctic shrimp)

Las concentraciones de astaxantina en la naturaleza son aproximadamente:

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.

En los mariscos, la astaxantina se concentra casi exclusivamente en las cáscaras, con solo pequeñas cantidades 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 la Euphausia superba (krill antártico) y de los desechos del procesamiento del camarón.

Biosíntesis

La biosíntesis de astaxantina comienza con tres moléculas de pirofosfato de isopentenilo (IPP) y una molécula de pirofosfato de dimetilalilo (DMAPP) que se combinan mediante la isomerasa IPP y se convierten en pirofosfato de geranilgeranilo (GGPP) mediante la GGPP sintasa. Luego, la fitoeno sintasa acopla dos moléculas de GGPP para formar fitoeno. A continuación, la fitoeno desaturasa crea cuatro dobles enlaces en la molécula de fitoeno para formar licopeno. Después de la desaturación, la licopeno ciclasa primero forma γ-caroteno al convertir uno de los extremos acíclicos ψ del licopeno en un anillo β, y luego convierte el otro para formar β-caroteno. A partir del β-caroteno, las hidrolasas (azul) se encargan de la inclusión de dos grupos 3-hidroxi, y las cetolasas (verde) de la adición de dos grupos 4-ceto, formando múltiples moléculas intermedias hasta obtener la molécula final, la astaxantina.

Fuentes sintéticas

La estructura de la astaxantina por síntesis se describió en 1975. Casi toda la astaxantina disponible comercialmente para la acuicultura se produce sintéticamente, con una facturación anual de más de 200 millones de dólares y un precio de venta de aproximadamente 5.000 a 6.000 dólares por kilo en julio de 2012. El mercado creció a más de $500 millones en 2016 y se espera que continúe creciendo con la industria de la acuicultura.

Se ha descubierto una síntesis eficaz a partir de isoforona, cis-3-metil-2-penten-4-in-1-ol y un dialdehído C₁₀ simétrico y se utiliza en la producción industrial. Combina estos químicos junto con una etinilación y luego una reacción de Wittig. Dos equivalentes del iluro adecuado combinados con el dialdehído adecuado en un disolvente de metanol, etanol o una mezcla de ambos producen astaxantina con rendimientos de hasta el 88%.

Ingeniería metabólica

El costo de la extracción de astaxantina, el alto precio de mercado y la falta de sistemas eficientes de producción de fermentación, combinados con las complejidades de la síntesis química, desalientan su desarrollo comercial. La ingeniería metabólica de las bacterias (Escherichia coli) permite la producción eficiente de astaxantina a partir de betacaroteno a través de zeaxantina o cantaxantina.

Estructura

Estereoisómeros

Además de las configuraciones isoméricas estructurales, la astaxantina también contiene dos centros quirales en las posiciones 3 y 3′, lo que resulta en 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. La astaxantina sintética contiene una mezcla de los tres estereoisómeros, en proporciones aproximadamente 1:2:1.

Esterificación

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 de origen, así como por las condiciones de crecimiento. La astaxantina que se suministra al salmón para mejorar la coloración de la carne se encuentra en forma no esterificada. El predominio de la evidencia 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 depósito tisular 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". 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.

Usos

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.

Para mariscos y animales

El uso principal de la astaxantina sintética en la actualidad es como aditivo en piensos para impartir coloración, incluido el salmón criado en granjas y las yemas de huevo de gallina. Los pigmentos carotenoides sintéticos de color amarillo, rojo o naranja representan entre el 15% y el 25% del coste de producción de piensos comerciales para salmón. En el siglo XXI, la mayor parte de la astaxantina comercial para la acuicultura se produce sintéticamente.

Se presentaron demandas colectivas contra algunas importantes cadenas de supermercados por no etiquetar claramente el salmón tratado con astaxantina como "color añadido". 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.

Suplemento dietético

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.

Papel en la cadena alimentaria

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.

Reglamentos

En abril de 2009, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos aprobó la astaxantina como aditivo para alimentos para peces sólo 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. 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. En 2000 se agregaron harina de algas Haematococcus (21 CFR 73.185) y levadura Phaffia (21 CFR 73.355) para uso en alimentos para peces para dar color a los salmónidos. En la Unión Europea, los complementos alimenticios que contienen astaxantina derivados de fuentes que no tienen antecedentes de uso como fuente alimentaria 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.