Stabilité thermodynamique des composés de longévité thermolabiles lors de procédés à haut cisaillement

Stabilité thermodynamique et cinétique de dégradation des composés de longévité thermolabiles sous stress de fabrication à cisaillement élevé

Auteurs et affiliations

A. Researcher* (auteur correspondant), B. Engineer, C. Formulation Scientist

• Department of Pharmaceutical Sciences, Placeholder University
• Center for Process Engineering, Placeholder Institute
• Nutraceutical Manufacturing R&D, Placeholder Company

Résumé

Les composés thermolabiles associés à la longévité et les bioactifs polyphénoliques subissent fréquemment des stress thermiques, oxydatifs, de pH et mécaniques couplés pendant la fabrication (par exemple, mélange à cisaillement élevé, homogénéisation à haute pression et séchage par atomisation), ce qui peut accélérer la dégradation chimique et réduire la puissance délivrée. Des paramètres de stabilité quantitatifs et pertinents pour les processus sont donc nécessaires pour définir des espaces de conception fabricables et pour guider les stratégies de formulation protectrices. [1–3]

Les méthodes de la présente synthèse se concentrent sur les preuves quantitatives extraites d'études rapportant :

• Les transitions thermodynamiques/thermiques évaluées par DSC et TGA (fusion, début de décomposition, transitions vitreuses et comportement de perte de masse par étapes)
• La cinétique de dégradation (modèles de pseudo-premier ordre/premier ordre, énergies d'activation d'Arrhenius, dépendances au pH et mesures du temps jusqu'à la fraction décomposée) pour les précurseurs de NAD⁺ (NR/NRH/NMN), les stilbénoïdes (systèmes liés au resveratrol), les flavonoïdes (quercetin, fisetin, rutin/esters) et les curcuminoids. [4–11]

Les résultats indiquent que plusieurs composés de longévité représentatifs présentent des fenêtres de traitement thermique étroites dans des états physiques spécifiques. Le nicotinamide riboside chloride (NRCl) présente un début de fusion à 120.7 ± 0.3 °C avec une décomposition post-fusion rapide (par exemple, 98% de dégradation à 130 °C par qNMR), tandis que la dégradation aqueuse suit une cinétique de pseudo-premier ordre avec des énergies d'activation de 75.4–82.8 kJ·mol⁻¹ selon le pH. [4]

Pour le trans-resveratrol, la cinétique de dégradation dépend fortement du pH et de la température (par exemple, la demi-vie passant de 329 jours à pH 1.2 à 3.3 minutes à pH 10), et l'extrapolation des tests accélérés peut être non-Arrhénius dans les matrices de comprimés. [7, 12]

Les opérations unitaires à cisaillement élevé peuvent induire un échauffement local et des environnements oxydatifs, comme le démontre l'homogénéisation à cisaillement élevé augmentant la température de sortie avec la vitesse de rotation et coïncidant avec une perte d'ascorbic-acid de 42.6% à 20,000 rpm, et par les mécanismes d'homogénéisation à haute pression impliquant le cisaillement de la vanne, la cavitation et la turbulence à >100 MPa. [13, 14]

Les conclusions soulignent l'intégration des données de transition thermodynamique (DSC/TGA/Tg) avec des modèles cinétiques (méthodes d'Arrhenius, non-Arrhénius et isoconversionnelles) pour produire des cartes temps–température–cisaillement et pour sélectionner rationnellement des stratégies d'atténuation, notamment l'encapsulation, les dispersions solides amorphes, les systèmes cyclodextrine/nanosponge, le contrôle de l'oxygène et la minimisation du cisaillement/température. [15–18]

Mots-clés

bioactifs thermolabiles ; cinétique de dégradation ; Arrhenius ; DSC ; TGA ; homogénéisation à haute pression ; séchage par atomisation ; précurseurs de NAD⁺

1. Introduction

Les composés pertinents pour la longévité sont de plus en plus formulés sous forme de nutraceutiques, d'aliments fonctionnels et de systèmes d'administration avancés, motivant des voies de fabrication qui exposent les actifs à des agents de stress combinés, notamment le chauffage, le contact avec l'oxygène, l'activité de l'eau, les excursions de pH et un apport d'énergie mécanique intense. [3, 5, 14, 19]

Pour les chimies des précurseurs de NAD⁺, la stabilité en phase aqueuse et à l'état solide est centrale car la réactivité peut se produire via l'hydrolyse de motifs à liaison glycosidique ou phosphate, et parce que les températures de traitement peuvent franchir des seuils de transition à l'état solide qui précèdent une décomposition rapide. [4, 6]

Pour les polyphénols et les actifs botaniques apparentés, les contraintes de stabilité incluent l'auto-oxydation, l'épimérisation et l'oxydation enzymatique en quinones, qui sont sensibles à la température, au pH, aux ions métalliques et à la disponibilité de l'oxygène pendant le traitement. [17]

Une implication pratique est que la conception de la fabrication ne peut s'appuyer uniquement sur la température globale nominale ; elle doit plutôt intégrer :

• Des indicateurs thermodynamiques tels que la transition vitreuse, la fusion et le début de décomposition
• Des modèles cinétiques qui capturent la dépendance de la dégradation vis-à-vis du temps, de la température, du pH, de l'oxygène et (lorsqu'elle est mesurable) de l'énergie mécanique injectée. [4, 9, 10, 14, 15]

Cet article synthétise les preuves quantitatives sur des composés de longévité représentatifs et des bioactifs apparentés pour lesquels les sources incluses fournissent des transitions thermodynamiques explicites et/ou des paramètres cinétiques, et il lie ces données aux profils de stress des opérations unitaires à cisaillement élevé, notamment le mélange à cisaillement élevé, l'homogénéisation à haute pression/microfluidisation, le broyage mécanochimique et le séchage par atomisation. [1, 14, 15, 20]

2. Cadre thermodynamique

La stabilité thermodynamique dans les contextes de fabrication est évaluée opérationnellement à l'aide d'événements thermiques mesurables (DSC/TGA) et de descripteurs d'état (par exemple, amorphe vs cristallin ; température de transition vitreuse) qui indiquent quand un composé ou une formulation transite vers des états avec une mobilité moléculaire plus élevée et donc des taux de réaction plus élevés ou des mécanismes différents. [4, 9, 15]

2.1 Énergie libre de Gibbs et stabilité de phase

Plusieurs sources incluses calculent explicitement les changements d'énergie libre de Gibbs pour les processus de dégradation ou la destruction thermique, fournissant une mesure thermodynamique de la faisabilité dans des conditions spécifiques. [8, 19]

• Pour le NR borate, la spontanéité de la dégradation a été évaluée via un calcul de l'énergie libre de Gibbs, avec un ΔG rapporté de 2.43 kcal·mol⁻¹. [19]
• Pour la rutin et les esters de rutin d'acides gras dans des conditions pyrolytiques, les valeurs de ΔG étaient positives (84–245 kJ·mol⁻¹) aux côtés d'un ΔH positif (60–242 kJ·mol⁻¹), indiquant un profil de pyrolyse endothermique et non spontané dans l'analyse rapportée. [8]

En termes de formalisme cinétique, plusieurs sources appliquent également les relations d'état de transition et d'énergie libre pour interpréter l'activation de l'hydrolyse dans des systèmes tels que le complexe curcumin spiroborate. [21]

2.2 Transition vitreuse, fusion et début de décomposition

La DSC et la TGA fournissent des marqueurs complémentaires du risque de processus : les événements de fusion ou de ramollissement peuvent augmenter brusquement la diffusion et permettre une conversion chimique rapide, et le début de la perte de masse en TGA peut indiquer le début d'une décomposition irréversible même à l'état solide apparent. [4, 9, 15]

• Pour le NRCl, la DSC indique un début de fusion à 120.7 ± 0.3 °C et un pic de fusion à 125.2 ± 0.2 °C, suivi d'un événement exothermique brusque immédiat culminant à 130.8 ± 0.3 °C. [4]
• Pour le NMN, la décomposition commence à 160 °C et se termine à 165 °C, avec un pic DSC endothermique à 162 °C et une enthalpie de décomposition de 184 kJ·mol⁻¹. [6]
• Pour la quercetin, un endotherme DSC intense (maximum à 303 °C) est souvent indûment attribué à la fusion, alors que les données TGA indiquent une décomposition à 230 °C chevauchant la perte de masse. [9]
• Pour le curcumin sous azote, une décomposition en plusieurs étapes est observée à partir de 240 °C, avec 37% de résidu restant à 600 °C. [18]

2.3 Stabilité amorphe et cristalline

Les formulations amorphes peuvent améliorer la solubilité et la biodisponibilité mais peuvent altérer le comportement thermique et la stabilité en augmentant la mobilité moléculaire par rapport aux formes cristallines, faisant de la température de transition vitreuse (Tg) un paramètre de stabilité critique. [15, 16]

• Les dispersions solides amorphes (ASD) de fisetin préparées par mécanochimie présentent des valeurs de Tg mesurables lors des seconds balayages thermiques et démontrent des décalages de composition de la Tg cohérents avec la miscibilité. [15]
• Pour les nanoponges de resveratrol et d'oxyresveratrol, l'endotherme de fusion du resveratrol disparaît dans les formulations de nanoponges, ce qui est attribué à l'encapsulation et à l'amorphisation. [16]
• Pour la quercetin, l'interprétation combinée DSC/TGA suggère une décomposition et une relaxation/ramollissement structurel dans la plage de 150–350 °C. [9]

3. Modèles et paramètres de cinétique de dégradation

Les sources incluses utilisent divers modèles cinétiques (par exemple, premier ordre, pseudo-premier ordre, sigmoïdal) et traitements de dépendance à la température (par exemple, comportement d'Arrhenius) pour caractériser la dégradation. [4, 7, 22]

3.1 Modèles d'ordre de réaction

Une approche standard pour la dégradation en phase solution utilise le modèle intégré de premier ordre. [4, 11, 12]

• Pour la dégradation du NRCl dans des solutions aqueuses, une cinétique de pseudo-premier ordre est rapportée. [4, 23]
• Les marqueurs d'extraits de plantes séchés par atomisation démontrent des ordres de réaction variables, y compris des modèles d'ordre zéro et de second ordre pour des composés spécifiques. [20]

3.2 Traitements d'Arrhenius et d'Eyring

Les dépendances thermiques de la dégradation sont souvent modélisées à l'aide d'expressions de type Arrhenius. [4, 10, 12]

• Pour le NRCl, les énergies d'activation varient de 75.4 à 82.8 kJ·mol⁻¹, le pH influençant ces valeurs. [4]
• Le trans-resveratrol présente une énergie d'activation de 84.7 kJ·mol⁻¹ à pH 7.4. [12]
• Le curcumin dans divers milieux présente des énergies d'activation comprises entre 9.75–16.46 kcal·mol⁻¹. [11]

3.3 Méthodes isoconversionnelles et sans modèle

Les méthodes isoconversionnelles (par exemple, KAS, FWO, Friedman) sont utilisées pour identifier la décomposition en plusieurs étapes et les changements de mécanisme. [8, 18, 25]

• Pour la rutin et les esters de rutin d'acides gras, les énergies d'activation varient avec le degré de conversion. [8]
• Les clathrates de resveratrol–β-cyclodextrine montrent une augmentation de l'énergie d'activation avec le degré de transformation. [25]

3.4 Dégradation thermo-mécanique et oxydative couplée

Les processus de fabrication à cisaillement élevé couplent le stress mécanique avec l'échauffement local et l'oxydation, favorisant les voies de dégradation. [13, 14, 17]

• L'homogénéisation à cisaillement élevé augmente considérablement les températures de sortie avec la vitesse de rotation et provoque une dégradation sévère de l'ascorbic acid en raison de la température élevée et de l'oxydation. [13]
• Les mécanismes d'homogénéisation à haute pression — tels que le cisaillement de la vanne, la cavitation et la turbulence — induisent un stress oxydatif et mécanique. [14]
• Le couplage oxydatif accélère la dégradation de la quercetin dans des environnements à haute température et haute teneur en oxygène. [26]

4. Revue par classe de composés

La synthèse suivante met l'accent sur les paramètres cinétiques et thermodynamiques clés pertinents pour les modèles de fabrication, tels que les énergies d'activation, les constantes de vitesse, les demi-vies, les débuts de décomposition et les contraintes liées à la transition vitreuse ou à la fusion. [4, 11, 12, 15, 24]

4.1 Précurseurs de NAD⁺

• La stabilité des précurseurs de NAD⁺ est considérablement affectée par la susceptibilité à l'hydrolyse, la sensibilité aux transitions thermiques et l'oxydation induite par l'oxygène. [4, 5]
• La cinétique de dégradation du NRCl présente un comportement de pseudo-premier ordre, avec des énergies d'activation allant de 75.4 à 82.8 kJ·mol⁻¹, fortement influencées par le pH. [4]
• À l'état solide, le NRCl a une fenêtre de traitement thermique étroite, avec une dégradation rapide se produisant au-dessus de son point de fusion de 120.7 ± 0.3 °C. [4]
• Le NRH montre une dégradation rapide dans des conditions acides et en présence d'oxygène, soulignant son instabilité due à sa liaison N-glycosidique. [5]
• Le NMN se décompose à des températures supérieures à 160 °C et présente des schémas de dégradation sensibles au pH et à la température dans des solutions aqueuses. [6, 27, 28]

Voie de dégradation du NMN

La principale voie de dégradation du NMN est décrite comme l'hydrolyse de la liaison phosphodiester produisant du nicotinamide et du ribose-5-phosphate, avec des dépendances au pH décrites comme une hydrolyse catalysée par l'acide en dessous de pH 4.5 et un clivage médié par la base au-dessus de pH 7.5. [28]

Stilbénoïdes

Les stilbénoïdes incluent le resveratrol et les composés apparentés qui présentent une forte dégradation dépendante du pH et de l'oxygène. Leur stabilité dans les formulations réelles peut s'écarter de l'extrapolation d'Arrhenius en raison d'effets de matrice et de voies multiples. [7, 12, 29]

Dans les systèmes aqueux, le trans-resveratrol est rapporté comme étant stable à pH acide, mais sa dégradation augmente de manière exponentielle au-dessus de pH 6.8. La demi-vie diminue de 329 jours à pH 1.2 à 3.3 minutes à pH 10. [12]

À pH 7.4, la dégradation du trans-resveratrol suit une cinétique de premier ordre à travers les températures étudiées, avec une énergie d'activation de 84.7 kJ·mol^-1. [12]

Les mécanismes de dégradation varient avec le pH. Dans des conditions acides, les groupes hydroxyle sont protégés de l'oxydation radicalaire par H₃O⁺, tandis que dans des environnements alcalins, les ions phénate augmentent la susceptibilité à l'oxydation, favorisant la formation de radicaux phénoxy. De plus, l'oxygène dans le milieu accélère les réactions radicalaires menant à la dégradation. [12]

Des expériences de stabilité thermique en solution aqueuse (19 mg·L^-1) ne montrent aucun changement spectral significatif après 30 minutes à des températures allant jusqu'à 70 °C. Cependant, des températures élevées entraînent une diminution de l'absorbance à 304 nm et sur toute la plage 270–350 nm, indiquant une dégradation induite thermiquement. [30]

L'interprétation mécaniste des expériences hydrothermales propose une scission oxydative de la double liaison et la formation de produits de dégradation, notamment des hydroxy aldéhydes, des alcools et des hydroxy acides. L'analyse FTIR a révélé des bandes cohérentes avec la formation d'aldéhydes et d'acides carboxyliques entre 100–120 °C. [30]

Dans les matrices de comprimés, la dégradation du resveratrol suit une cinétique monoexponentielle de premier ordre avec des valeurs k de 0.07140, 0.1937 et 0.231 mois^-1 à 25, 30 et 40 °C, respectivement. Cependant, la relation ln(k) vs 1/T est non linéaire et classée comme super-Arrhénius, suggérant des réactions supplémentaires, des voies multiples ou des effets de matrice à des températures plus élevées. [7]

La recherche indique que les tests accélérés peuvent surestimer la dégradation, les auteurs recommandant des méthodes alternatives pour déterminer la cinétique de dégradation. [7]

Pour les composés phénoliques de type stilbène dans les systèmes secs, les traitements thermiques tels que la stérilisation à la vapeur à 121 °C pendant 20 minutes provoquent des pertes mesurables (par exemple, diminution de 20.98% de la pinosylvin par aire de pic), et le séchage au four à 105 °C pendant 24 heures entraîne des diminutions de plus de 50% pour plusieurs phénoliques. Cependant, la TGA indique des températures de début de décomposition supérieures à ~200 °C pour les systèmes de pinosylvin. [31]

Flavonoïdes

Les flavonoïdes présentent une dégradation par voies multiples qui est sensible au pH, à la température, à l'oxygène et aux interactions de formulation telles que la liaison aux protéines. Leur comportement thermique en DSC/TGA peut impliquer un chevauchement entre la décomposition et le ramollissement. [9, 22, 24]

Des études montrent que l'augmentation du pH du milieu de 6.0 à 7.5 accélère la dégradation, la fisetin et la quercetin connaissant des augmentations respectives de 24 fois et 12 fois de leurs constantes de vitesse de dégradation. De plus, l'élévation de la température au-dessus de 37 °C augmente davantage les constantes de vitesse. [24]

• Pour la fisetin : k a augmenté de 8.30×10^-3 à 0.202 h^-1 à mesure que le pH augmentait, et jusqu'à 0.490 h^-1 à 65 °C.
• Pour la quercetin : k a augmenté de 2.81×10^-2 à 0.375 h^-1 avec le pH et est monté à 1.42 h^-1 à 65 °C. [24]

Les co-ingrédients protéiques peuvent atténuer la dégradation, comme l'indique la diminution des valeurs k en leur présence. Par exemple, le k de la fisetin est passé de 3.58×10^-2 à 1.76×10^-2 h^-1, et le k de la quercetin est passé de 7.99×10^-2 à 3.80×10^-2 h^-1. La stabilisation est attribuée aux interactions hydrophobes et aux liaisons hydrogène, le SDS provoquant une déstabilisation. Des études supplémentaires sont nécessaires pour quantifier les contributions des liaisons hydrogène. [24]

Pour la quercetin à 90 °C proche de la neutralité, des effets de pH marqués sont observés. La constante de vitesse de dégradation est multipliée par environ cinq entre pH 6.5 et 7.5, produisant des produits d'oxydation intermédiaires tels que la quercetin quinone, avec l'acide protocatéchuique (PCA) et l'acide phloroglucinol carboxylique (PGCA) comme produits finaux. [22]

Les systèmes à haute température (150 °C) accélèrent la dégradation, avec des constantes de vitesse rapportées de 0.253 h^-1 sous azote, 0.868 h^-1 dans l'oxygène et 7.17 h^-1 dans l'oxygène avec du cholestérol. La perte de quercetin passe de 7.9% à 10 minutes dans l'azote à 20.4% dans l'oxygène, et diminue davantage à 10.9% restants avec le cholestérol plus l'oxygène. [26]

L'analyse thermique montre que la quercetin présente un petit pic endothermique à 90–135 °C (associé à une perte de masse mineure) et commence à se décomposer à 230 °C. Un endotherme DSC proéminent à 303 °C chevauche la décomposition, les liaisons hydrogène limitant à la fois le comportement de type fusion et facilitant la décomposition. [9]

Pour la rutin (un glycoside de quercetin) et ses esters d'acides gras, la TGA indique que la rutin est thermiquement stable jusqu'à 240 °C, tandis que les esters présentent des températures de dégradation initiale plus basses et une perte de masse plus élevée lors des principales étapes de dégradation. Les énergies d'activation varient de 65 à 246 kJ·mol^-1 selon le degré de conversion. [8]

Systèmes de transport dérivés de la cyclodextrine

Les systèmes de transport dérivés de la cyclodextrine constituent une autre stratégie : les clathrates de resveratrol–β-cyclodextrine présentent des événements thermiques, notamment la libération d'eau vers 50 °C et des événements de dégradation à plus haute température, et les énergies libres de liaison (par exemple, −86 kJ·mol⁻¹ par MM/PBSA) quantifient les fortes interactions d'inclusion. [25]

Encapsulation par nanoponges

L'encapsulation du resveratrol par nanoponges élimine son endotherme de fusion DSC et assure une photoprotection : le resveratrol libre présente une dégradation de 59.7% en 15 min sous exposition UV, tandis que les nanoponges de resveratrol offrent une protection environ deux fois supérieure, ce qui est cohérent avec l'encapsulation empêchant l'exposition directe aux UV. [16]

Dispersions solides amorphes

Les dispersions solides amorphes peuvent être conçues via le broyage mécanochimique, et les liaisons hydrogène entre la fisetin et les groupes esters d'Eudragit® sont explicitement identifiées, fournissant une base mécaniste pour la miscibilité et une Tg modifiée qui peut stabiliser contre les changements de comportement de dissolution dépendant de la cristallisation. [15]

Sélection des excipients et des supports

La sélection des excipients peut altérer les mécanismes cinétiques et les résultats de stabilité, comme rapporté dans les systèmes d'extraits de plantes séchés par atomisation où l'ordre de réaction et les temps de fraction décomposée diffèrent selon les mélanges d'excipients, indiquant une cinétique de dégradation dépendante de l'excipient. [20]

Les co-ingrédients protéiques peuvent stabiliser les flavonoïdes via des interactions hydrophobes, abaissant les valeurs k pour la fisetin et la quercetin, et la perturbation de ces interactions par le SDS soutient l'interprétation selon laquelle la liaison hydrophobe est un mécanisme de stabilisation clé. [24]

Contrôles de l'ingénierie des procédés

Les contrôles de processus qui réduisent l'exposition thermique et le contact avec l'oxygène sont directement soutenus par plusieurs ensembles de données. [5, 18]

Pour le NRCl, les preuves DSC/qNMR indiquent que le dépassement de la zone de début de fusion (~120–130 °C) peut produire une dégradation extrêmement rapide, justifiant des limites supérieures strictes pour la température et le temps de séjour dans les opérations à l'état solide chauffées. [4]

Pour le NRH, la différence entre la demi-vie à l'air et sous N₂ à 25 °C implique que l'inertage et l'exclusion de l'oxygène peuvent être déterminants, et les auteurs rapportent que les échantillons sous couverture de N₂ à 4 °C ne présentent aucune dégradation détectable après 60 jours alors que les échantillons à 4 °C à l'air présentent ~10% de dégradation. [5]

Pour l'homogénéisation à cisaillement élevé, l'observation directe que l'augmentation du régime augmente la température de sortie et est associée à une perte plus élevée d'ascorbic acid sensible à l'oxydation soutient les mesures d'ingénierie qui limitent l'échauffement dû au cisaillement (par exemple, doubles enveloppes de refroidissement, temps de mélange plus courts, ajout séquencé). [13]

Pour le séchage par atomisation, l'affirmation selon laquelle l'exposition à l'oxygène et à la chaleur diminue les (poly)phénols et que des températures élevées peuvent être préjudiciables aux phénoliques thermolabiles soutient des choix tels que l'abaissement de la température de sortie lorsque cela est possible et l'utilisation de l'encapsulation pour réduire la sensibilité à l'oxydation et à la chaleur. [3]

Antioxydants et gestion de l'oxygène

Les stratégies de gestion des antioxydants et de l'oxygène sont soutenues mécaniquement à travers les ensembles de données sur les polyphénols. [12, 22]

Pour la quercetin à 90 °C, les antioxydants tels que la cystéine réduisent k, avec 200 μmol·L⁻¹ de cystéine produisant une réduction de k d'environ 43% par rapport au témoin, et l'interprétation mécaniste considère la stabilisation de la quercetin quinone et les effets de piégeage des radicaux. [22]

Pour le trans-resveratrol, l'oxygène est explicitement rapporté comme favorisant les réactions radicalaires menant à la dégradation, ce qui justifie des atmosphères de traitement inertes ou des barrières à l'oxygène lorsque cela est possible pour le traitement aqueux alcalin/neutre. [12]

Dans les systèmes liposomaux, le resveratrol limiterait l'oxydation du stigmastérol en neutralisant les radicaux libres et s'intégrerait dans les bicouches lipidiques en augmentant la rigidité, réduisant ainsi la perméabilité à l'oxygène et aux agents oxydants, améliorant ainsi la stabilité thermique et oxydative du système. [35]

Discussion

À travers la base de preuves synthétisée ici, le schéma quantitatif le plus fort est que le microenvironnement chimique (pH, oxygène, présence d'eau) peut dominer les résultats de stabilité même à des températures modestes, et que plusieurs bioactifs présentent des discontinuités de stabilité nettes à des seuils de transition thermique spécifiques. [4, 5, 12]

Pour les précurseurs de NAD⁺, l'ensemble de données du NRCl met en évidence un double régime : en solution aqueuse, l'hydrolyse de pseudo-premier ordre peut être modélisée avec les énergies d'activation d'Arrhenius et une augmentation de la vitesse d'environ deux fois par tranche de 10 °C, tandis qu'à l'état solide, une région étroite autour de 120–130 °C correspond à la fusion suivie immédiatement d'une décomposition rapide. [4]

Pour le resveratrol, un risque majeur de processus émerge de la sensibilité au pH : la demi-vie s'effondre de durées longues à pH acide à quelques minutes à pH élevé, tandis que l'oxygène favorise les réactions radicalaires, indiquant que les opérations à cisaillement élevé qui augmentent le transfert d'oxygène et l'alcalinité locale pourraient être disproportionnellement dommageables même si la température globale reste modérée. [12]

Pour les flavonoïdes, l'oxydation via des intermédiaires quinones et les mécanismes de déprotonation dépendants du pH (quercetin) se combinent à l'oxydation à haute température et au couplage de chaînes radicalaires (par exemple, oxygène plus cholestérol), suggérant que les formulations contenant des lipides et l'exposition à l'oxygène peuvent fortement amplifier les voies de perte par oxydation. [22, 26]

Pour le curcumin, il existe une tension mécaniste entre les récits basés sur l'hydrolyse (dans certains travaux sur les tampons gastro-intestinaux) et les récits basés sur l'auto-oxydation (dans les travaux axés sur les micelles), mais les deux convergent vers un fort effet de pH et vers le rôle protecteur des microenvironnements hydrophobes et de la limitation de l'oxygène. [11, 32]

Au niveau de l'opération unitaire, les processus à cisaillement élevé peuvent agir principalement comme des accélérateurs indirects en générant de la chaleur et en augmentant la susceptibilité oxydative ; ceci est directement démontré dans l'homogénéisation à cisaillement élevé où la vitesse de rotation augmente la température de sortie et coïncide avec la perte oxydative de l'ascorbic acid. [13]

Le HPH/UHPH introduit une complexité supplémentaire car la zone de la vanne impose un cisaillement extrême, de la cavitation et de la turbulence, et peut générer des températures locales élevées, bien que les temps de séjour puissent être très courts (par exemple, <0.2 s dans les descriptions UHPH), impliquant que les résultats chimiques peuvent dépendre du fait que la dégradation est contrôlée par des processus radicalaires rapides, des étapes limitées par la diffusion ou des étapes d'activation thermique plus lentes. [14, 34]

Enfin, plusieurs sources soulignent que la modélisation de la stabilité doit être validée mécaniquement dans la matrice pertinente : les données sur les comprimés de resveratrol montrent un comportement non-Arrhénius et des effets de matrice qui limitent l'extrapolation générale d'Arrhenius à partir de tests accélérés, et les marqueurs d'extraits de plantes séchés par atomisation montrent des ordres cinétiques et des temps de fraction décomposée dépendants de l'excipient. [7, 20]

Conclusions

Les marqueurs de transition thermodynamique quantitatifs (DSC/TGA) et la cinétique de dégradation (k, t_1/2, E_a, énergies d'activation dépendant de la conversion) fournissent une base pertinente pour le processus afin de concevoir des conditions de fabrication qui préservent la puissance des composés de longévité thermolabiles et des bioactifs apparentés. [4, 8, 9]

Pour les précurseurs de NAD⁺, le NRCl présente une fenêtre de traitement thermique étroite proche de la fusion suivie d'une décomposition rapide, tandis que la cinétique aqueuse montre un comportement de pseudo-premier ordre dépendant du pH avec des énergies d'activation de 75–83 kJ·mol⁻¹ qui peuvent paramétrer les modèles d'exposition thermique. [4]

Pour le resveratrol, le pH et l'oxygène sont des variables dominantes, avec une demi-vie s'effondrant de centaines de jours à pH acide à quelques minutes à pH élevé, et les matrices de formulation peuvent produire un comportement non-Arrhénius qui complique l'extrapolation des tests accélérés. [7, 12]

Pour les flavonoïdes et les curcuminoids, les voies d'oxydation (intermédiaires quinones pour la quercetin ; auto-oxydation pour le curcumin) motivent des stratégies de contrôle de l'oxygène et d'encapsulation hydrophobe, dont il est quantitativement démontré qu'elles prolongent la demi-vie de plusieurs ordres de grandeur dans les systèmes micellaires et de manière substantielle dans les émulsions de Pickering produites sous mélange à cisaillement élevé. [1, 10, 22, 32]

Pour les opérations unitaires à cisaillement élevé, les preuves disponibles montrent que le cisaillement peut élever la température et favoriser l'oxydation (mélange à cisaillement élevé) et que les processus à haute pression basés sur des vannes génèrent un cisaillement et une cavitation extrêmes, la pression, le nombre de passages et la température d'entrée étant des variables de stress clés ; ces informations soutiennent la mise en œuvre d'une cartographie temps–température–cisaillement et du PAT à l'aide d'analyses indicatrices de stabilité. [12–14]

Remerciements

Les auteurs remercient le Placeholder Laboratory pour les discussions internes sur les analyses indicatrices de stabilité et la cartographie des processus. [12]

Conflit d'intérêts

Les auteurs déclarent n'avoir aucun conflit d'intérêts. [20]