Termodynamická stabilita termolabilních longevity sloučenin při vysoko-smykovém zpracování

Termodynamická stabilita a kinetika degradace termolabilních sloučenin pro dlouhověkost při výrobním stresu s vysokým smykem

Abstrakt

Termolabilní sloučeniny spojené s dlouhověkostí a polyfenolické bioaktivní látky často během výroby (např. při vysokosmykovém míchání, vysokotlaké homogenizaci a sprejovém sušení) čelí kombinovaným tepelným, oxidačním, pH a mechanickým stresům, které mohou urychlit chemickou degradaci a snížit dodávanou účinnost. Pro definování vyrobitelných návrhových prostorů (design spaces) a pro orientaci v ochranných formulačních strategiích jsou proto vyžadovány kvantitativní parametry stability relevantní pro proces. [1–3]

Metody v předkládané syntéze se zaměřují na kvantitativní důkazy extrahované ze studií uvádějících:

• Termodynamické/tepelné přechody hodnocené pomocí DSC a TGA (tání, počátek rozkladu, skelné přechody a stupňovitý úbytek hmotnosti)
• Kinetiku degradace (modely pseudo-prvního/prvního řádu, Arrheniovy aktivační energie, závislosti na pH a parametry času do rozkladu určitého podílu) pro prekurzory NAD⁺ (NR/NRH/NMN), stilbenoidy (systémy související s resveratrolem), flavonoidy (quercetin, fisetin, rutin/estery) a kurkuminoidy. [4–11]

Výsledky naznačují, že několik reprezentativních sloučenin pro dlouhověkost vykazuje úzká okna pro tepelné zpracování v konkrétních fyzikálních stavech. Nicotinamide riboside chloride (NRCl) vykazuje počátek tání při 120.7 ± 0.3 °C s rychlým rozkladem po roztavení (např. 98% degradace při 130 °C podle qNMR), zatímco degradace ve vodném prostředí sleduje kinetiku pseudo-prvního řádu s aktivačními energiemi 75.4–82.8 kJ·mol⁻¹ v závislosti na pH. [4]

U trans-resveratrolu je kinetika degradace silně závislá na pH a teplotě (např. poločas rozpadu klesá z 329 dní při pH 1.2 na 3.3 minuty při pH 10) a extrapolace z urychlených testů může mít v tabletových matricích ne-Arrheniovský charakter. [7, 12]

Jednotkové operace s vysokým smykem mohou vyvolat lokální zahřívání a oxidační prostředí, což bylo prokázáno u vysokosmykové homogenizace zvyšující výstupní teplotu s rotační rychlostí, což korespondovalo se ztrátou 42.6% kyseliny askorbové při 20,000 rpm, a u mechanismů vysokotlaké homogenizace zahrnujících smyk na ventilu, kavitaci a turbulenci při >100 MPa. [13, 14]

Závěry zdůrazňují integraci údajů o termodynamických přechodech (DSC/TGA/Tg) s kinetickými modely (Arrheniovy, ne-Arrheniovské a izokonverzní metody) pro vytvoření map čas–teplota–smyk a pro racionální výběr mitigačních strategií, včetně enkapsulace, amorfních tuhých disperzí, cyklodextrinových/nanohoubovitých systémů, kontroly kyslíku a minimalizace smyku/teploty. [15–18]

Klíčová slova

termolabilní bioaktivní látky; kinetika degradace; Arrhenius; DSC; TGA; vysokotlaká homogenizace; sprejové sušení; prekurzory NAD⁺

1. Úvod

Sloučeniny relevantní pro dlouhověkost jsou stále častěji formulovány jako nutraceutika, funkční potraviny a pokročilé systémy podávání, což motivuje k výrobním postupům, které vystavují aktivní látky kombinovaným stresorům, včetně zahřívání, kontaktu s kyslíkem, vodní aktivity, výkyvů pH a intenzivního mechanického energetického vstupu. [3, 5, 14, 19]

Pro chemii prekurzorů NAD⁺ je stabilita ve vodném a pevném stavu klíčová, protože k reaktivitě může docházet prostřednictvím hydrolýzy glykosidických nebo fosfátových vazeb a protože procesní teploty mohou překročit prahy přechodů v pevném stavu, které předcházejí rychlému rozkladu. [4, 6]

U polyfenolů a souvisejících rostlinných aktivních látek zahrnují omezení stability autoxidaci, epimerizaci a enzymatickou oxidaci na chinony, které jsou během zpracování citlivé na teplotu, pH, kovové ionty a dostupnost kyslíku. [17]

Praktickým důsledkem je, že návrh výroby se nemůže spoléhat pouze na nominální teplotu v celém objemu; místo toho musí integrovat:

• Termodynamické indikátory, jako je skelný přechod, tání a počátek rozkladu
• Kinetické modely, které zachycují závislost degradace na čase, teplotě, pH, kyslíku a (tam, kde je to měřitelné) mechanickém energetickém vstupu. [4, 9, 10, 14, 15]

Tento článek syntetizuje kvantitativní důkazy o reprezentativních sloučeninách pro dlouhověkost a souvisejících bioaktivních látkách, pro které zahrnuté zdroje poskytují explicitní termodynamické přechody a/nebo kinetické parametry, a propojuje tato data se stresovými profily jednotkových operací s vysokým smykem, včetně vysokosmykového míchání, vysokotlaké homogenizace/mikrofluidizace, mechanochemického mletí a sprejového sušení. [1, 14, 15, 20]

2. Termodynamický rámec

Termodynamická stabilita v kontextu výroby se operativně hodnotí pomocí měřitelných tepelných událostí (DSC/TGA) a stavových deskriptorů (např. amorfní vs. krystalický; teplota skelného přechodu), které indikují, kdy sloučenina nebo formulace přechází do stavů s vyšší molekulární mobilitou, a tedy vyššími reakčními rychlostmi nebo odlišnými mechanismy. [4, 9, 15]

2.1 Gibbsova volná energie a fázová stabilita

Několik zahrnutých zdrojů explicitně vypočítává změny Gibbsovy volné energie pro procesy degradace nebo tepelné destrukce, což poskytuje termodynamické měřítko proveditelnosti za specifických podmínek. [8, 19]

• U NR borátu byla spontánnost degradace hodnocena výpočtem Gibbsovy volné energie, přičemž ΔG byla uváděna jako 2.43 kcal·mol⁻¹. [19]
• U rutinu a esterů rutinu s mastnými kyselinami za pyrolytických podmínek byly hodnoty ΔG pozitivní (84–245 kJ·mol⁻¹) spolu s pozitivní ΔH (60–242 kJ·mol⁻¹), což v uváděné analýze naznačuje endotermní a nespontánní pyrolýzní profil. [8]

V terminologii kinetického formalismu několik zdrojů také aplikuje vztahy tranzitního stavu a volné energie k interpretaci aktivace hydrolýzy v systémech, jako je curcumin spiroborate komplex. [21]

2.2 Skelný přechod, tání a počátek rozkladu

DSC a TGA poskytují doplňkové indikátory procesního rizika: tání nebo měknutí může prudce zvýšit difuzi a umožnit rychlou chemickou přeměnu, a počátek úbytku hmotnosti v TGA může indikovat začátek nevratného rozkladu i v zdánlivě pevném stavu. [4, 9, 15]

• U NRCl indikuje DSC počátek tání při 120.7 ± 0.3 °C a vrchol tání při 125.2 ± 0.2 °C, následovaný okamžitou ostrou exotermní událostí s vrcholem při 130.8 ± 0.3 °C. [4]
• U NMN rozklad začíná při 160 °C a končí při 165 °C, s endotermním DSC vrcholem při 162 °C a entalpií rozkladu 184 kJ·mol⁻¹. [6]
• U quercetinu je intenzivní DSC endoterm (maximum při 303 °C) často chybně připisován tání, zatímco data TGA indikují rozklad při 230 °C překrývající se s úbytkem hmotnosti. [9]
• U curcuminu pod dusíkem je pozorován vícestupňový rozklad začínající při 240 °C, přičemž při 600 °C zůstává 37% rezidua. [18]

2.3 Stabilita amorfních a krystalických látek

Amorfní formulace mohou zlepšit rozpustnost a biologickou dostupnost, ale mohou změnit tepelné chování a stabilitu zvýšením molekulární mobility ve srovnání s krystalickými formami, což činí teplotu skelného přechodu (Tg) kritickým parametrem stability. [15, 16]

• Mechanochemicky připravené amorfní tuhé disperze (ASD) fisetinu vykazují měřitelné hodnoty Tg při druhých zahřívacích skenech a vykazují kompoziční posuny v Tg v souladu s mísitelností. [15]
• U nanohoubiček s resveratrolem a oxyresveratrolem endoterm tání resveratrolu ve formulacích nanohoubiček mizí, což je připisováno enkapsulaci a amorfizaci. [16]
• U quercetinu kombinovaná interpretace DSC/TGA naznačuje rozklad a strukturní relaxaci/měknutí v rozmezí 150–350 °C. [9]

3. Modely a parametry kinetiky degradace

Zahrnuté zdroje využívají k charakterizaci degradace různé kinetické modely (např. prvního řádu, pseudo-prvního řádu, sigmoidální) a zpracování teplotní závislosti (např. Arrheniovské chování). [4, 7, 22]

3.1 Modely řádu reakce

Standardní přístup pro degradaci v kapalné fázi využívá integrovaný model prvního řádu. [4, 11, 12]

• Pro degradaci NRCl ve vodných roztocích je uváděna kinetika pseudo-prvního řádu. [4, 23]
• Markery ve sprejově sušených rostlinných extraktech vykazují různé řády reakcí, včetně modelů nultého a druhého řádu pro konkrétní sloučeniny. [20]

3.2 Arrheniovy a Eyringovy modely

Teplotní závislosti degradace jsou často modelovány pomocí výrazů Arrheniovského typu. [4, 10, 12]

• U NRCl se aktivační energie pohybují od 75.4 do 82.8 kJ·mol⁻¹, přičemž tyto hodnoty ovlivňuje pH. [4]
• Trans-resveratrol vykazuje aktivační energii 84.7 kJ·mol⁻¹ při pH 7.4. [12]
• Curcumin v různých médiích vykazuje aktivační energie mezi 9.75–16.46 kcal·mol⁻¹. [11]

3.3 Izokonverzní a bezmodelové metody

Izokonverzní metody (např. KAS, FWO, Friedman) se používají k identifikaci vícestupňového rozkladu a změn mechanismu. [8, 18, 25]

• U rutinu a esterů rutinu s mastnými kyselinami se aktivační energie mění v závislosti na stupni konverze. [8]
• Klatráty resveratrol–β-cyklodextrin vykazují nárůst aktivační energie se stupněm transformace. [25]

3.4 Kombinovaná termomechanická a oxidační degradace

Výrobní procesy s vysokým smykem spojují mechanický stres s lokálním zahříváním a oxidací, což podporuje degradační cesty. [13, 14, 17]

• Vysokosmyková homogenizace výrazně zvyšuje výstupní teploty s rotační rychlostí a způsobuje závažnou degradaci kyseliny askorbové v důsledku zvýšené teploty a oxidace. [13]
• Mechanismy vysokotlaké homogenizace – jako je smyk na ventilu, kavitace a turbulence – vyvolávají oxidační a mechanický stres. [14]
• Oxidační párování urychluje degradaci quercetinu v prostředí s vysokou teplotou a vysokým obsahem kyslíku. [26]

4. Přehled podle tříd sloučenin

Následující syntéza zdůrazňuje klíčové kinetické a termodynamické parametry relevantní pro výrobní modely, jako jsou aktivační energie, rychlostní konstanty, poločasy rozpadu, počátky rozkladu a omezení související se skelným přechodem nebo táním. [4, 11, 12, 15, 24]

4.1 Prekurzory NAD⁺

• Stabilita prekurzorů NAD⁺ je významně ovlivněna náchylností k hydrolýze, citlivostí na tepelné přechody a oxidací řízenou kyslíkem. [4, 5]
• Kinetika degradace NRCl vykazuje chování pseudo-prvního řádu s aktivačními energiemi v rozmezí 75.4 až 82.8 kJ·mol⁻¹, silně ovlivněnými pH. [4]
• V pevném stavu má NRCl úzké okno pro tepelné zpracování, přičemž k rychlé degradaci dochází nad jeho bodem tání 120.7 ± 0.3 °C. [4]
• NRH vykazuje rychlou degradaci v kyselých podmínkách a v přítomnosti kyslíku, což zdůrazňuje jeho nestabilitu způsobenou N-glykosidickou vazbou. [5]
• NMN se rozkládá při teplotách nad 160 °C a ve vodných roztocích vykazuje vzorce degradace citlivé na pH a teplotu. [6, 27, 28]

Cesta degradace NMN

Primární cesta degradace NMN je popsána jako hydrolýza fosfodiesterové vazby za vzniku nikotinamidu a ribóza-5-fosfátu, přičemž závislost na pH je popsána jako kyselá katalyzovaná hydrolýza pod pH 4.5 a bazicky zprostředkované štěpení nad pH 7.5. [28]

Stilbenoidy

Stilbenoidy zahrnují resveratrol a příbuzné sloučeniny, které vykazují silnou degradaci závislou na pH a kyslíku. Jejich stabilita v reálných formulacích se může odchylovat od Arrheniovské extrapolace v důsledku vlivu matrice a více cest degradace. [7, 12, 29]

Ve vodných systémech je trans-resveratrol uváděn jako stabilní při kyselém pH, ale jeho degradace se exponenciálně zvyšuje nad pH 6.8. Poločas rozpadu klesá z 329 dní při pH 1.2 na 3.3 minuty při pH 10. [12]

Při pH 7.4 sleduje degradace trans-resveratrolu kinetiku prvního řádu napříč zkoumanými teplotami, s aktivační energií 84.7 kJ·mol^-1. [12]

Mechanismy degradace se liší podle pH. V kyselých podmínkách jsou hydroxylové skupiny chráněny před radikálovou oxidací pomocí H₃O⁺, zatímco v alkalickém prostředí fenátové ionty zvyšují náchylnost k oxidaci, což podporuje tvorbu fenoxylových radikálů. Kyslík v médiu navíc urychluje radikálové reakce vedoucí k degradaci. [12]

Experimenty tepelné stability ve vodném roztoku (19 mg·L^-1) nevykazují žádné významné spektrální změny po 30 minutách při teplotách do 70 °C. Zvýšené teploty však vedou k poklesu absorbance při 304 nm a v celém rozsahu 270–350 nm, což indikuje tepelně vyvolanou degradaci. [30]

Mechanistická interpretace hydrotermálních experimentů navrhuje oxidační štěpení dvojné vazby a tvorbu degradačních produktů, včetně hydroxyaldehydů, alkoholů a hydroxykyselin. Analýza FTIR odhalila pásy odpovídající tvorbě aldehydů a karboxylových kyselin při 100–120 °C. [30]

V tabletových matricích sleduje degradace resveratrolu monoexponenciální kinetiku prvního řádu s hodnotami k 0.07140, 0.1937 a 0.231 měsíců^-1 při 25, 30 a 40 °C. Vztah ln(k) vs. 1/T je však nelineární a klasifikovaný jako super-Arrheniovský, což naznačuje další reakce, více cest degradace nebo vlivy matrice při vyšších teplotách. [7]

Výzkum naznačuje, že urychlené testování může nadhodnocovat degradaci, přičemž autoři doporučují alternativní metody pro stanovení kinetiky degradace. [7]

U stilbenoidních fenolů v suchých systémech způsobují tepelná ošetření, jako je sterilizace párou při 121 °C po dobu 20 minut, měřitelné ztráty (např. 20.98% pokles pinosylvinu podle plochy píku), a sušení v peci při 105 °C po dobu 24 hodin vede u několika fenolů k poklesu o více než 50%. TGA však u systémů s pinosylvinem indikuje teploty počátku rozkladu nad ~200 °C. [31]

Flavonoidy

Flavonoidy vykazují degradaci více cestami, která je citlivá na pH, teplotu, kyslík a interakce ve formulaci, jako je vazba na proteiny. Jejich tepelné chování v DSC/TGA může zahrnovat překrývající se rozklad a měknutí. [9, 22, 24]

Studie ukazují, že zvýšení pH média z 6.0 na 7.5 urychluje degradaci, přičemž u fisetinu a quercetinu dochází k 24násobnému, respektive 12násobnému zvýšení příslušných rychlostních konstant degradace. Zvýšení teploty nad 37 °C navíc dále zvyšuje rychlostní konstanty. [24]

• U fisetinu: k se zvýšilo z 8.30×10^-3 na 0.202 h^-1 se zvýšením pH a na 0.490 h^-1 při 65 °C.
• U quercetinu: k se zvýšilo z 2.81×10^-2 na 0.375 h^-1 s pH a vzrostlo na 1.42 h^-1 při 65 °C. [24]

Proteinové složky mohou degradaci zmírnit, což naznačují snížené hodnoty k v jejich přítomnosti. Například k u fisetinu kleslo z 3.58×10^-2 na 1.76×10^-2 h^-1 a k u quercetinu kleslo z 7.99×10^-2 na 3.80×10^-2 h^-1. Stabilizace je připisována hydrofobním interakcím a vodíkovým vazbám, přičemž SDS způsobuje destabilizaci. K vyčíslení příspěvků vodíkových vazeb jsou zapotřebí další studie. [24]

U quercetinu při 90 °C v blízkosti neutrality jsou pozorovány silné vlivy pH. Rychlostní konstanta degradace se zvyšuje přibližně pětinásobně z pH 6.5 na 7.5, přičemž vznikají meziprodukty oxidace, jako je quercetin chinon, s kyselinou protokatechuovou (PCA) a kyselinou floroglucinolkarboxylovou (PGCA) jako koncovými produkty. [22]

Vysokoteplotní systýmy (150 °C) urychlují degradaci, přičemž uváděné rychlostní konstanty jsou 0.253 h^-1 pod dusíkem, 0.868 h^-1 v kyslíku a 7.17 h^-1 v kyslíku s cholesterolem. Ztráta quercetinu se zvyšuje z 7.9% po 10 minutách v dusíku na 20.4% v kyslíku a dále klesá na 10.9% zbytku při kombinaci cholesterolu s kyslíkem. [26]

Tepelná analýza ukazuje, že quercetin má malý endotermní pík při 90–135 °C (spojený s mírným úbytkem hmotnosti) a začíná se rozkládat při 230 °C. Výrazný DSC endoterm při 303 °C se překrývá s rozkladem, přičemž vodíkové vazby omezují chování podobné tání a zároveň usnadňují rozklad. [9]

U rutinu (glykosid quercetinu) a jeho esterů s mastnými kyselinami TGA indikuje, že rutin je tepelně stabilní až do 240 °C, zatímco estery vykazují nižší počáteční teploty degradace a vyšší úbytek hmotnosti během hlavních fází rozkladu. Aktivační energie se pohybují od 65 do 246 kJ·mol^-1 v závislosti na stupni konverze. [8]

Nosné systémy na bázi cyklodextrinu

Nosné systémy na bázi cyklodextrinu představují další strategii: klatráty resveratrol–β-cyklodextrin vykazují tepelné události včetně uvolňování vody kolem 50 °C a degradační události při vyšších teplotách, a vazebné volné energie (např. −86 kJ·mol⁻¹ podle MM/PBSA) kvantifikují silné inkluzní interakce. [25]

Enkapsulace v nanohoubičkách

Enkapsulace resveratrolu v nanohoubičkách eliminuje jeho DSC endoterm tání a poskytuje fotoprotekci: volný resveratrol vykazuje 59.7% degradaci během 15 minut pod UV zářením, zatímco nanohoubičky s resveratrolem poskytují přibližně dvojnásobnou ochranu, což je v souladu s tím, že enkapsulace zabraňuje přímému UV záření. [16]

Amorfní tuhé disperze

Amorfní tuhé disperze lze připravit mechanochemickým mletím a byla explicitně identifikována vodíková vazba mezi fisetinem a esterovými skupinami Eudragit®, což poskytuje mechanistický základ pro mísitelnost a změněnou Tg, která může stabilizovat proti změnám v chování při rozpouštění závislých na krystalizaci. [15]

Výběr excipientů a nosičů

Výběr excipientů může změnit kinetické mechanismy a výsledky stability, jak bylo uvedeno u sprejově sušených systémů rostlinných extraktů, kde se řád reakce a časy rozkladu podílů liší podle směsí excipientů, což indikuje kinetiku degradace závislou na excipientu. [20]

Proteinové složky mohou stabilizovat flavonoidy prostřednictvím hydrofobních interakcí, čímž snižují hodnoty k pro fisetin a quercetin, a narušení těchto interakcí pomocí SDS podporuje interpretaci, že hydrofobní vazba je klíčovým stabilizačním mechanismem. [24]

Kontroly procesního inženýrství

Kontroly procesů, které snižují tepelnou expozici a kontakt s kyslíkem, jsou přímo podpořeny několika datovými soubory. [5, 18]

U NRCl důkazy z DSC/qNMR naznačují, že překročení oblasti počátku tání (~120–130 °C) může vést k extrémně rychlé degradaci, což podporuje pevné horní limity teploty a doby zdržení při tepelných operacích v pevném stavu. [4]

U NRH rozdíl mezi poločasem rozpadu na vzduchu a v N₂ při 25 °C naznačuje, že inertizace a vyloučení kyslíku mohou být zásadní; autoři uvádějí, že vzorky pod dusíkovou atmosférou při 4 °C nevykazují po 60 dnech žádnou detekovatelnou degradaci, zatímco vzorky při 4 °C na vzduchu vykazují ~10% degradaci. [5]

U vysokosmykové homogenizace přímé pozorování, že zvyšování otáček zvyšuje výstupní teplotu a je spojeno s vyšší ztrátou oxidativně citlivé kyseliny askorbové, podporuje inženýrská opatření omezující zahřívání vyvolané smykem (např. chladicí pláště, kratší doby míchání, stupňovité přidávání). [13]

U sprejového sušení tvrzení, že expozice kyslíku a teplu snižuje obsah (poly)fenolů a že vysoké teploty mohou být škodlivé pro termolabilní fenoly, podporuje rozhodnutí, jako je snížení výstupní teploty, pokud je to proveditelné, a použití enkapsulace ke snížení citlivosti na oxidaci a teplo. [3]

Antioxidanty a management kyslíku

Strategie antioxidantů a managementu kyslíku jsou mechanisticky podpořeny napříč datovými soubory polyfenolů. [12, 22]

U quercetinu při 90 °C antioxidanty, jako je cystein, snižují k, přičemž 200 μmol·L⁻¹ cysteinu způsobuje snížení k o ~43% ve srovnání s kontrolou; mechanistická interpretace zvažuje stabilizaci quercetin chinonu a efekty zhášení radikálů. [22]

U trans-resveratrolu je explicitně uváděno, že kyslík podporuje radikálové reakce vedoucí k degradaci, což podporuje inertní procesní atmosféry nebo kyslíkové bariéry tam, kde je to proveditelné pro alkalické/neutrální vodné zpracování. [12]

V lipozomálních systémech je uváděno, že resveratrol omezuje oxidaci stigmasterolu neutralizací volných radikálů a začleňuje se do lipidových dvojvrstev, čímž zvyšuje tuhost a snižuje propustnost pro kyslík a oxidační činidla, čímž zvyšuje tepelnou a oxidační stabilitu systému. [35]

Diskuse

Napříč zde syntetizovanou základnou důkazů je nejsilnějším kvantitativním vzorcem to, že chemické mikroprostředí (pH, kyslík, přítomnost vody) může dominovat výsledkům stability i při mírných teplotách, a že několik bioaktivních látek vykazuje prudké diskontinuity stability při specifických prahových hodnotách tepelných přechodů. [4, 5, 12]

Pro prekurzory NAD⁺ zdůrazňuje datový soubor NRCl duální režim: ve vodném roztoku lze hydrolýzu pseudo-prvního řádu modelovat pomocí Arrheniových aktivačních energií a zhruba dvojnásobného zvýšení rychlosti na každých 10 °C, zatímco v pevném stavu odpovídá úzká oblast kolem 120–130 °C tání následovanému okamžitým rychlým rozkladem. [4]

U resveratrolu vyvstává dominantní procesní riziko z citlivosti na pH: poločas rozpadu se hroutí z dlouhých dob při kyselém pH na minuty při vysokém pH, zatímco kyslík podporuje radikálové reakce, což naznačuje, že vysokosmykové operace, které zvyšují přenos kyslíku a lokální alkalitu, by mohly být nepřiměřeně poškozující, i když objemová teplota zůstává mírná. [12]

U flavonoidů se oxidace přes chinonové meziprodukty a mechanismy deprotonace závislé na pH (quercetin) kombinují s vysokoteplotní oxidací a radikálovým řetězovým párováním (např. kyslík plus cholesterol), což naznačuje, že formulace obsahující lipidy a expozice kyslíku mohou silně zesilovat cesty oxidačních ztrát. [22, 26]

U curcuminu existuje mechanistické napětí mezi popisy řízenými hydrolýzou (v některých pracích o GI pufrech) a popisy řízenými autoxidací (v pracích zaměřených na micely), ale oba se shodují na silném vlivu pH a na ochranné roli hydrofobních mikroprostředí a omezení kyslíku. [11, 32]

Na úrovni jednotkových operací mohou vysokosmykové procesy působit primárně jako nepřímé akceleranty generováním tepla a zvyšováním oxidační náchylnosti; to je přímo prokázáno u vysokosmykové homogenizace, kde rotační rychlost zvyšuje výstupní teplotu a koresponduje s oxidační ztrátou kyseliny askorbové. [13]

HPH/UHPH přinášejí další složitost, protože oblast ventilu vyvolává extrémní smyk, kavitaci a turbulenci a může generovat vysoké lokální teploty, ačkoli doby zdržení mohou být velmi krátké (např. <0.2 s v popisech UHPH), což naznačuje, že chemické výsledky mohou záviset na tom, zda je degradace řízena rychlými radikálovými procesy, kroky limitovanými difuzí nebo pomalejšími kroky tepelné aktivace. [14, 34]

Závěrem několik zdrojů zdůrazňuje, že modelování stability musí být mechanisticky ověřeno v příslušné matrici: data tablet s resveratrolem vykazují ne-Arrheniovské chování a vlivy matrice, které omezují obecnou Arrheniovskou extrapolaci z urychlených testů, a markery ve sprejově sušených rostlinných extraktech vykazují kinetické řády a časy rozkladu podílů závislé na excipientech. [7, 20]

Závěry

Kvantitativní markery termodynamických přechodů (DSC/TGA) a kinetika degradace (k, t_1/2, E_a, aktivační energie závislé na konverzi) poskytují základ relevantní pro proces při navrhování výrobních podmínek, které zachovávají účinnost termolabilních sloučenin pro dlouhověkost a souvisejících bioaktivních látek. [4, 8, 9]

U prekurzorů NAD⁺ vykazuje NRCl úzké okno pro tepelné zpracování v blízkosti tání následované rychlým rozkladem, zatímco kinetika ve vodném prostředí vykazuje na pH závislé chování pseudo-prvního řádu s aktivačními energiemi 75–83 kJ·mol⁻¹, které mohou parametrizovat modely tepelné expozice. [4]

U resveratrolu jsou dominantními proměnnými pH a kyslík, přičemž poločas rozpadu se hroutí ze stovek dní při kyselém pH na minuty při vysokém pH, a formulační matrice mohou vyvolat ne-Arrheniovské chování, které komplikuje extrapolaci z urychleného testování. [7, 12]

U flavonoidů a kurkuminoidů motivují oxidační cesty (chinonové meziprodukty pro quercetin; autoxidace pro curcumin) ke strategiím kontroly kyslíku a hydrofobní enkapsulace, u nichž bylo kvantitativně prokázáno, že prodlužují poločas rozpadu o řády v micelárních systémech a podstatně v Pickeringových emulzích vyrobených při vysokosmykovém míchání. [1, 10, 22, 32]

U jednotkových operací s vysokým smykem dostupné důkazy ukazují, že smyk může zvyšovat teplotu a podporovat oxidaci (vysokosmykové míchání) a že vysokotlaké procesy založené na ventilech generují extrémní smyk a kavitaci, přičemž tlak, počet průchodů a vstupní teplota jsou klíčovými stresovými proměnnými; tyto poznatky podporují implementaci mapování čas–teplota–smyk a PAT s využitím analytik indikujících stabilitu. [12–14]

Střet zájmů

Autoři prohlašují, že nejsou v žádném střetu zájmů. [20]