Termodynamisk stabilitet hos termolabila longevity-substanser vid högskjuvningsprocesser

Termodynamisk stabilitet och nedbrytningskinetik för termolabila livslängdsföreningar under tillverkningsstress vid hög skjuvning

Abstract

Termolabila livslängdsassocierade föreningar och polyfenoliska bioaktiva ämnen utsätts ofta för kopplad termisk, oxidativ, pH- och mekanisk stress under tillverkning (t.ex. vid blandning med hög skjuvning, högtryckshomogenisering och spraytorkning), vilket kan accelerera kemisk nedbrytning och reducera levererad potens. Kvantitativa, processrelevanta stabilitetsparametrar krävs därför för att definiera tillverkningsbara designutrymmen och vägleda skyddande formuleringsstrategier. [1–3]

Metoder i föreliggande syntes fokuserar på kvantitativ evidens extraherad från studier som rapporterar:

• Termodynamiska/termiska övergångar bedömda genom DSC och TGA (smältning, begynnande nedbrytning, glasomvandlingar och stegvis massförlustbeteende)
• Nedbrytningskinetik (pseudo-första ordningens/första ordningens modeller, Arrhenius aktiveringsenergier, pH-beroenden och mått på tid-till-nedbruten-fraktion) för NAD⁺-prekursorer (NR/NRH/NMN), stilbenoider (resveratrol-relaterade system), flavonoider (quercetin, fisetin, rutin/estrar) och curcuminoids. [4–11]

Resultaten indikerar att flera representativa livslängdsföreningar uppvisar snäva termiska processfönster i specifika fysikaliska tillstånd. Nicotinamide riboside chloride (NRCl) uppvisar en begynnande smältning vid 120,7 ± 0,3 °C med snabb nedbrytning efter smältning (t.ex. 98% nedbrytning vid 130 °C enligt qNMR), medan vattenhaltig nedbrytning följer pseudo-första ordningens kinetik med aktiveringsenergier på 75,4–82,8 kJ·mol⁻¹ beroende på pH. [4]

För trans-resveratrol är nedbrytningskinetiken starkt pH- och temperaturberoende (t.ex. sjunker halveringstiden från 329 dagar vid pH 1,2 till 3,3 minuter vid pH 10), och extrapolering av accelererade tester kan vara icke-Arrhenius i tablettmatriser. [7, 12]

Enhetsoperationer med hög skjuvning kan inducera lokal uppvärmning och oxidativa miljöer, vilket demonstreras av att högskjuvningshomogenisering ökar utloppstemperaturen med rotationshastigheten och sammanfaller med en 42,6% förlust av askorbinsyra vid 20 000 rpm, samt av högtryckshomogeniseringsmekanismer som involverar ventilskjuvning, kavitation och turbulens vid >100 MPa. [13, 14]

Slutsatserna betonar integrering av termodynamiska övergångsdata (DSC/TGA/Tg) med kinetiska modeller (Arrhenius, icke-Arrhenius och isokonversionella metoder) för att skapa tid–temperatur–skjuvningskartor och rationellt välja begränsningsstrategier, inklusive inkapsling, amorfa fasta dispersioner, cyklodextrin/nanosvampsystem, syrekontroll samt minimering av skjuvning/temperatur. [15–18]

Keywords

termolabila bioaktiva ämnen; nedbrytningskinetik; Arrhenius; DSC; TGA; högtryckshomogenisering; spraytorkning; NAD⁺-prekursorer

1. Introduction

Livslängdsrelevanta föreningar formuleras i allt högre grad som nutraceuticals, funktionella livsmedel och avancerade leveranssystem, vilket motiverar tillverkningsvägar som exponerar aktiva ämnen för kombinerade stressfaktorer inklusive uppvärmning, syrekontakt, vattenaktivitet, pH-avvikelser och intensiv mekanisk energitillförsel. [3, 5, 14, 19]

För NAD⁺-prekursorkemi är vattenhaltig och fastfasstabilitet central eftersom reaktivitet kan uppstå via hydrolys av glykosidiska eller fosfatlänkade motiv, och eftersom processtemperaturer kan korsa tröskelvärden för fastfasövergångar som föregår snabb nedbrytning. [4, 6]

För polyfenoler och relaterade botaniska aktiva ämnen inkluderar stabilitetsbegränsningar autooxidation, epimerisering och enzymatisk oxidation till kinoner, vilka är känsliga för temperatur, pH, metalljoner och syretillgång under bearbetning. [17]

En praktisk implikation är att tillverkningsdesign inte enbart kan förlita sig på nominell bulk-temperatur; istället måste den integrera:

• Termodynamiska indikatorer såsom glasomvandling, smältning och begynnande nedbrytning
• Kinetiska modeller som fångar nedbrytningens beroende av tid, temperatur, pH, syre och (där det är mätbart) mekanisk energitillförsel. [4, 9, 10, 14, 15]

Detta dokument sammanställer kvantitativ evidens för representativa livslängdsföreningar och relaterade bioaktiva ämnen för vilka de inkluderade källorna tillhandahåller explicita termodynamiska övergångsartiklar och/eller kinetiska parametrar, och länkar dessa data till stressprofiler från enhetsoperationer med hög skjuvning inklusive högskjuvningsblandning, högtryckshomogenisering/mikrofluidisering, mekanokemisk malning och spraytorkning. [1, 14, 15, 20]

2. Thermodynamic Framework

Termodynamisk stabilitet i tillverkningssammanhang bedöms operativt med hjälp av mätbara termiska händelser (DSC/TGA) och tillståndsbeskrivningar (t.ex. amorft jämfört med kristallint; glasomvandlingstemperatur) som indikerar när en förening eller formulering övergår till tillstånd med högre molekylär rörlighet och därmed högre reaktionshastigheter eller andra mekanismer. [4, 9, 15]

2.1 Gibbs Free Energy and Phase Stability

Flera inkluderade källor beräknar explicit förändringar i Gibbs fria energi för nedbrytningsprocesser eller termisk destruktion, vilket ger ett termodynamiskt mått på genomförbarhet under specifika förhållanden. [8, 19]

• För NR-borat utvärderades nedbrytningsspontanitet via en beräkning av Gibbs fria energi, med ΔG rapporterat som 2,43 kcal·mol⁻¹. [19]
• För rutin och fettsyra-rutinestrar under pyrolytiska förhållanden var ΔG-värdena positiva (84–245 kJ·mol⁻¹) tillsammans med positiv ΔH (60–242 kJ·mol⁻¹), vilket indikerar en endoterm och icke-spontan pyrolysprofil i den rapporterade analysen. [8]

Inom kinetisk formalism tillämpar flera källor även övergångstillstånds- och frienergi-relationer för att tolka hydrolysaktivering i system såsom curcumin spiroborate-komplexet. [21]

2.2 Glass Transition, Melting, and Decomposition Onset

DSC och TGA tillhandahåller komplementära markörer för processrisk: smält- eller mjukningshändelser kan kraftigt öka diffusionen och möjliggöra snabb kemisk omvandling, och begynnande massförlust i TGA kan indikera början på irreversibel nedbrytning även i det skenbart fasta tillståndet. [4, 9, 15]

• För NRCl indikerar DSC begynnande smältning vid 120,7 ± 0,3 °C och en smälttopp vid 125,2 ± 0,2 °C, följt av en omedelbar skarp exoterm händelse med topp vid 130,8 ± 0,3 °C. [4]
• För NMN börjar nedbrytningen vid 160 °C och fullbordas vid 165 °C, med en endoterm DSC-topp vid 162 °C och nedbrytningsentalpi på 184 kJ·mol⁻¹. [6]
• För quercetin tillskrivs ofta en intensiv DSC-endoterm (max vid 303 °C) felaktigt till smältning, medan TGA-data indikerar nedbrytning vid 230 °C som överlappar med massförlust. [9]
• För curcumin under kväve observeras en nedbrytning i flera steg som börjar vid 240 °C, med 37% resthalt kvar vid 600 °C. [18]

2.3 Amorphous and Crystalline Stability

Amorfa formuleringar kan förbättra löslighet och biotillgänglighet men kan förändra termiskt beteende och stabilitet genom att öka den molekylära rörligheten jämfört med kristallina former, vilket gör glasomvandlingstemperaturen (Tg) till en kritisk stabilitetsparameter. [15, 16]

• Mekanokemiskt framställda amorfa fasta dispersioner (ASDs) av fisetin uppvisar mätbara Tg-värden i andra uppvärmningsskanningar och uppvisar sammansättningsskift i Tg som överensstämmer med blandbarhet. [15]
• För nanosponges av resveratrol och oxyresveratrol försvinner smältendotermen för resveratrol i nanosponge-formuleringarna, vilket tillskrivs inkapsling och amorfisering. [16]
• För quercetin antyder kombinerad DSC/TGA-tolkning nedbrytning och strukturell relaxation/mjukning i intervallet 150–350 °C. [9]

3. Degradation Kinetics Models and Parameters

Inkluderade källor använder olika kinetiska modeller (t.ex. första ordningens, pseudo-första ordningens, sigmoidala) och behandlingar av temperaturberoende (t.ex. Arrhenius-beteende) för att karakterisera nedbrytning. [4, 7, 22]

3.1 Reaction-Order Models

Ett standardförfarande för nedbrytning i lösningsfas använder den integrerade första ordningens modell. [4, 11, 12]

• För NRCl-nedbrytning i vattenlösningar rapporteras pseudo-första ordningens kinetik. [4, 23]
• Markörer i spraytorkade växtextrakt uppvisar varierande reaktionsordningar, inklusive nollte ordningens och andra ordningens modeller för specifika föreningar. [20]

3.2 Arrhenius and Eyring Treatments

Temperaturberoenden för nedbrytning modelleras ofta med Arrhenius-uttryck. [4, 10, 12]

• För NRCl varierar aktiveringsenergierna från 75,4 till 82,8 kJ·mol⁻¹, där pH påverkar dessa värden. [4]
• Trans-resveratrol uppvisar en aktiveringsenergi på 84,7 kJ·mol⁻¹ vid pH 7,4. [12]
• Curcumin i olika medier uppvisar aktiveringsenergier mellan 9,75–16,46 kcal·mol⁻¹. [11]

3.3 Isoconversional and Model-Free Methods

Isokonversionella metoder (t.ex. KAS, FWO, Friedman) används för att identifiera nedbrytning i flera steg och mekanismförändringar. [8, 18, 25]

• För rutin och fettsyra-rutinestrar varierar aktiveringsenergierna med konverteringsgraden. [8]
• Resveratrol–β-cyclodextrin-klatrat uppvisar ökningar i aktiveringsenergi med transformationsgraden. [25]

3.4 Coupled Thermo-Mechanical and Oxidative Degradation

Tillverkningsprocesser med hög skjuvning kopplar mekanisk stress med lokal uppvärmning och oxidation, vilket främjar nedbrytningsvägar. [13, 14, 17]

• Högskjuvningshomogenisering ökar utloppstemperaturen signifikant med rotationshastigheten och orsakar allvarlig nedbrytning av askorbinsyra på grund av förhöjd temperatur och oxidation. [13]
• Högtryckshomogeniseringsmekanismer – såsom ventilskjuvning, kavitation och turbulens – inducerar oxidativ och mekanisk stress. [14]
• Oxidativ koppling accelererar nedbrytningen av quercetin i miljöer med hög temperatur och hög syrehalt. [26]

4. Compound-Class Review

Följande syntes betonar centrala kinetiska och termodynamiska parametrar relevanta för tillverkningsmodeller, såsom aktiveringsenergier, hastighetskonstanter, halveringstider, begynnande nedbrytning samt glasomvandlings- eller smältrelaterade begränsningar. [4, 11, 12, 15, 24]

4.1 NAD⁺ Precursors

• Stabiliteten hos NAD⁺-prekursorer påverkas avsevärt av känslighet för hydrolys, termiska övergångar och syredriven oxidation. [4, 5]
• NRCl-nedbrytningskinetik uppvisar ett pseudo-första ordningens beteende, med aktiveringsenergier som sträcker sig från 75,4 till 82,8 kJ·mol⁻¹, kraftigt påverkade av pH. [4]
• I fast fas har NRCl ett snävt termiskt processfönster, med snabb nedbrytning som sker över dess smältpunkt på 120,7 ± 0,3 °C. [4]
• NRH uppvisar snabb nedbrytning under sura förhållanden och i närvaro av syre, vilket belyser dess instabilitet på grund av dess N-glykosidbindning. [5]
• NMN bryts ned vid temperaturer över 160 °C och uppvisar pH- och temperaturkänsliga nedbrytningsmönster i vattenlösningar. [6, 27, 28]

NMN Degradation Pathway

Den primära nedbrytningsvägen för NMN beskrivs som hydrolys av fosfodiesterbindningen vilket ger nikotinamid och ribos-5-fosfat, med pH-beroenden beskrivna som syrakatalyserad hydrolys under pH 4,5 och basmedierad klyvning över pH 7,5. [28]

Stilbenoids

Stilbenoider inkluderar resveratrol och relaterade föreningar som uppvisar starkt pH- och syreberoende nedbrytning. Deras stabilitet i faktiska formuleringar kan avvika från Arrhenius-extrapolering på grund av matriseffekter och multipla vägar. [7, 12, 29]

I vattenhaltiga system rapporteras trans-resveratrol vara stabilt vid surt pH, men dess nedbrytning ökar exponentiellt över pH 6,8. Halveringstiden minskar från 329 dagar vid pH 1,2 till 3,3 minuter vid pH 10. [12]

Vid pH 7,4 följer nedbrytningen av trans-resveratrol första ordningens kinetik över de undersökta temperaturerna, med en aktiveringsenergi på 84,7 kJ·mol^-1. [12]

Nedbrytningsmekanismer varierar med pH. Under sura förhållanden skyddas hydroxylgrupper från radikaloxidation av H₃O⁺, medan fenatjoner i alkaliska miljöer ökar känsligheten för oxidation, vilket främjar bildandet av fenoxiradikaler. Dessutom accelererar syre i mediet radikalreaktioner som leder till nedbrytning. [12]

Termiska stabilitetsexperiment i vattenlösning (19 mg·L^-1) visar inga signifikanta spektrala förändringar efter 30 minuter vid temperaturer upp till 70 °C. Förhöjda temperaturer resulterar dock i en minskning av absorbansen vid 304 nm och över intervallet 270–350 nm, vilket indikerar termiskt inducerad nedbrytning. [30]

Mekanistisk tolkning av hydrotermiska experiment föreslår oxidativ klyvning av dubbelbindningen och bildning av nedbrytningsprodukter, inklusive hydroxialdehyder, alkoholer och hydroxisyror. FTIR-analys avslöjade band som överensstämmer med bildandet av aldehyd och karboxylsyra vid 100–120 °C. [30]

I tablettmatriser följer nedbrytningen av resveratrol första ordningens monoexponentiella kinetik med k-värden på 0,07140, 0,1937 och 0,231 månader^-1 vid 25, 30 respektive 40 °C. Förhållandet mellan ln(k) och 1/T är dock icke-linjärt och klassificeras som super-Arrhenius, vilket tyder på ytterligare reaktioner, multipla vägar eller matriseffekter vid högre temperaturer. [7]

Forskning indikerar att accelererade tester kan överskatta nedbrytningen, varför författarna rekommenderar alternativa metoder för att bestämma nedbrytningskinetik. [7]

För stilbenliknande fenoler i torra system orsakar termiska behandlingar såsom ångsterilisering vid 121 °C i 20 minuter mätbara förluster (t.ex. 20,98% minskning av pinosylvin baserat på topparea), och ugnstorkning vid 105 °C i 24 timmar leder till minskningar på mer än 50% för flera fenoler. TGA indikerar dock begynnande nedbrytningstemperaturer över ~200 °C för pinosylvinsystem. [31]

Flavonoids

Flavonoids uppvisar nedbrytning via flera vägar som är känslig för pH, temperatur, syre och formuleringsinteraktioner såsom proteinbindning. Deras termiska beteende i DSC/TGA kan involvera överlappande nedbrytning och mjukning. [9, 22, 24]

Studier visar att en ökning av mediets pH från 6,0 till 7,5 accelererar nedbrytningen, där fisetin och quercetin genomgår en 24-faldig respektive 12-faldig ökning av sina respektive nedbrytningshastighetskonstanter. Dessutom ökar hastighetskonstanterna ytterligare om temperaturen höjs över 37 °C. [24]

• För fisetin: k ökade från 8,30×10^-3 till 0,202 h^-1 när pH höjdes, och till 0,490 h^-1 vid 65 °C.
• För quercetin: k ökade från 2,81×10^-2 till 0,375 h^-1 med pH och steg till 1,42 h^-1 vid 65 °C. [24]

Protein-helpingredienser kan mildra nedbrytningen, vilket indikeras av minskade k-värden i deras närvaro. Till exempel minskade fisetin-k från 3,58×10^-2 till 1,76×10^-2 h^-1, och quercetin-k minskade från 7,99×10^-2 till 3,80×10^-2 h^-1. Stabiliseringen tillskrivs hydrofoba interaktioner och vätebindning, medan SDS orsakar destabilisering. Ytterligare studier behövs för att kvantifiera vätebindningsbidragen. [24]

För quercetin vid 90 °C nära neutralitet observeras starka pH-effekter. Nedbrytningshastighetskonstanten ökar ungefär femfaldigt från pH 6,5 till 7,5, vilket ger intermediära oxidationsprodukter såsom quercetin-kinon, med protokatekunsyra (PCA) och floroglucinolkarboxylsyra (PGCA) som slutprodukter. [22]

Högtemperatursystem (150 °C) accelererar nedbrytningen, med rapporterade hastighetskonstanter på 0,253 h^-1 under kväve, 0,868 h^-1 i syre och 7,17 h^-1 i syre med kolesterol. Förlusten av quercetin ökar från 7,9% vid 10 minuter i kväve till 20,4% i syre, och minskar ytterligare till 10,9% kvarvarande med kolesterol plus syre. [26]

Termisk analys visar att quercetin har en liten endoterm topp vid 90–135 °C (associerad med mindre massförlust) och börjar brytas ned vid 230 °C. En framträdande DSC-endoterm vid 303 °C överlappar med nedbrytning, där vätebindning både begränsar smältliknande beteende och underlättar nedbrytning. [9]

För rutin (en quercetinglykosid) och dess fettsyraestrar indikerar TGA att rutin är termiskt stabilt upp till 240 °C, medan estrar uppvisar lägre initiala nedbrytningstemperaturer och högre massförlust under de huvudsakliga nedbrytningsstegen. Aktiveringsenergier sträcker sig från 65 till 246 kJ·mol^-1 beroende på konverteringsgraden. [8]

Cyclodextrin-Derived Carrier Systems

Cyklodextrin-deriverade bärarsystem utgör en annan strategi: resveratrol–β-cyklodextrin-klatrat uppvisar termiska händelser inklusive vattenavgång nära 50 °C och nedbrytningshändelser vid högre temperaturer, och fria bindningsenergier (t.ex. −86 kJ·mol⁻¹ genom MM/PBSA) kvantifierar starka inklusionsinteraktioner. [25]

Nanosponge Encapsulation

Nanosponge-inkapsling av resveratrol eliminerar dess DSC-smältendoterm och ger fotoskydd: fritt resveratrol uppvisar 59,7% nedbrytning inom 15 minuter under UV-exponering, medan resveratrol-nanosponges ger ungefär dubbelt skydd, vilket överensstämmer med att inkapsling förhindrar direkt UV-exponering. [16]

Amorphous Solid Dispersions

Amorfa fasta dispersioner kan konstrueras via mekanokemisk malning, och vätebindning mellan fisetin och Eudragit®-estergrupper har identifierats explicit, vilket ger en mekanistisk grund för blandbarhet och förändrat Tg som kan stabilisera mot kristallisationsberoende förändringar i upplösningsbeteende. [15]

Excipient and Carrier Selection

Valet av hjälpämne kan förändra kinetiska mekanismer och stabilitetsresultat, vilket rapporterats i spraytorkade växtextraktsystem där reaktionsordning och tider för nedbruten fraktion skiljer sig åt beroende på blandningar av hjälpämnen, vilket indikerar hjälpämnesberoende nedbrytningskinetik. [20]

Protein-helpingredienser kan stabilisera flavonoider via hydrofoba interaktioner, vilket sänker k-värdena för fisetin och quercetin, och SDS-störning av dessa interaktioner stöder tolkningen att hydrofob bindning är en central stabiliseringsmekanism. [24]

Process Engineering Controls

Processkontroller som reducerar termisk exponering och syrekontakt stöds direkt av flera dataset. [5, 18]

För NRCl indikerar DSC/qNMR-evidens att överskridande av det begynnande smältområdet (~120–130 °C) kan ge extremt snabb nedbrytning, vilket stöder strikta övre gränser för temperatur och uppehållstid vid uppvärmda fastfasoperationer. [4]

För NRH innebär skillnaden mellan halveringstid i luft och N₂ vid 25 °C att inertisering och uteslutande av syre kan vara väsentligt, och författarna rapporterar att prover under N₂-atmosfär vid 4 °C inte uppvisar någon detekterbar nedbrytning efter 60 dagar, medan prover vid 4 °C i luft uppvisar ~10% nedbrytning. [5]

För högskjuvningshomogenisering stöder den direkta observationen att ökat varvtal ökar utloppstemperaturen och är förknippat med högre förlust av oxidationskänslig askorbinsyra tekniska åtgärder som begränsar skjuvningsdriven uppvärmning (t.ex. kylmantlar, kortare blandningstider, stegvis tillsats). [13]

För spraytorkning stöder påståendet att exponering för syre och värme minskar (poly)fenoler och att höga temperaturer kan vara skadliga för termolabila fenoler val såsom att sänka utloppstemperaturen när det är möjligt och använda inkapsling för att minska oxidations- och värmekänslighet. [3]

Antioxidants and Oxygen Management

Strategier för antioxidanter och syrehantering stöds mekanistiskt i dataset för polyfenoler. [12, 22]

För quercetin vid 90 °C reducerar antioxidanter såsom cystein k, där 200 μmol·L⁻¹ cystein ger en k-reduktion på ~43% jämfört med kontroll, och mekanistisk tolkning beaktar stabilisering av quercetin-kinon och radikalutsläckande effekter. [22]

För trans-resveratrol rapporteras syre explicit främja radikalreaktioner som leder till nedbrytning, vilket stöder inerta processatmosfärer eller syrebarriärer där det är möjligt för alkalisk/neutral vattenhaltig bearbetning. [12]

I liposomala system rapporteras resveratrol begränsa oxidation av stigmasterol genom att neutralisera fria radikaler och genom att integreras i lipidbilager vilket ökar rigiditeten, minskar permeabiliteten för syre och oxidationsmedel, och därmed förbättrar systemets termiska och oxidativa stabilitet. [35]

Discussion

Genom hela den evidensbas som syntetiserats här är det starkaste kvantitativa mönstret att den kemiska mikromiljön (pH, syre, närvaro av vatten) kan dominera stabilitetsresultaten även vid måttliga temperaturer, och att flera bioaktiva ämnen uppvisar skarpa stabilitetsdiskontinuiteter vid specifika tröskelvärden för termiska övergångar. [4, 5, 12]

För NAD⁺-prekursorer belyser NRCl-datasetet en dubbelregim: i vattenlösning kan pseudo-första ordningens hydrolys modelleras med Arrhenius-aktiveringsenergier och en ungefär dubblerad hastighet per 10 °C, medan det i fast fas finns ett snävt område kring 120–130 °C som motsvarar smältning omedelbart följt av snabb nedbrytning. [4]

För resveratrol framträder en dominerande processrisk från pH-känslighet: halveringstiden kollapsar från långa varaktigheter vid surt pH till minuter vid högt pH, medan syre främjar radikalreaktioner, vilket indikerar att högskjuvningsoperationer som ökar syreöverföring och lokal alkalinitet kan vara oproportionerligt skadliga även om bulk-temperaturen förblir måttlig. [12]

För flavonoider kombineras oxidation via kinon-intermediärer och pH-beroende deprotoneringsmekanismer (quercetin) med högtemperatur-oxidation och radikalkedjekoppling (t.ex. syre plus kolesterol), vilket antyder att lipidhaltiga formuleringar och syreexponering kraftigt kan förstärka oxidativa förlustvägar. [22, 26]

För curcumin finns en mekanistisk spänning mellan hydrolysdrivna beskrivningar (i visst arbete med GI-buffert) och autooxidationsdrivna beskrivningar (i micellfokuserat arbete), men båda konvergerar mot en stark pH-effekt och den skyddande rollen hos hydrofoba mikromiljöer och syrebegränsning. [11, 32]

På enhetsoperationsnivå kan högskjuvningsprocesser främst agera som indirekta acceleratorer genom att generera värme och öka oxidativ känslighet; detta demonstreras direkt vid högskjuvningshomogenisering där rotationshastigheten ökar utloppstemperaturen och sammanfaller med oxidativ förlust av askorbinsyra. [13]

HPH/UHPH introducerar ytterligare komplexitet eftersom ventilområdet påtvingar extrem skjuvning, kavitation och turbulens, och kan generera höga lokala temperaturer, även om uppehållstiderna kan vara mycket korta (t.ex. <0,2 s i UHPH-beskrivningar), vilket innebär att kemiska resultat kan bero på om nedbrytningen styrs av snabba radikalprocesser, diffusionsbegränsade steg eller långsammare termiska aktiveringssteg. [14, 34]

Slutligen understryker flera källor att stabilitetsmodellering måste valideras mekanistiskt i den relevanta matrisen: data för resveratrol-tabletter visar icke-Arrhenius-beteende och matriseffekter som begränsar allmän Arrhenius-extrapolering från accelererade tester, och markörer i spraytorkade växtextrakt visar hjälpämnesberoende kinetiska ordningar och tider för nedbruten fraktion. [7, 20]

Conclusions

Kvantitativa termodynamiska övergångsmarkörer (DSC/TGA) och nedbrytningskinetik (k, t_1/2, E_a, konverteringsberoende aktiveringsenergier) ger en processrelevant grund för att utforma tillverkningsförhållanden som bevarar potensen hos termolabila livslängdsföreningar och relaterade bioaktiva ämnen. [4, 8, 9]

För NAD⁺-prekursorer uppvisar NRCl ett snävt termiskt processfönster nära smältning följt av snabb nedbrytning, medan vattenhaltig kinetik visar pH-beroende pseudo-första ordningens beteende med aktiveringsenergier på 75–83 kJ·mol⁻¹ som kan parametrisera modeller för termisk exponering. [4]

För resveratrol är pH och syre dominerande variabler, med en halveringstid som kollapsar från hundratals dagar vid surt pH till minuter vid högt pH, och formuleringsmatriser kan producera icke-Arrhenius-beteende som komplicerar extrapolering av accelererade tester. [7, 12]

För flavonoider och curcuminoider motiverar oxidationsvägar (kinon-intermediärer för quercetin; autooxidation för curcumin) strategier för syrekontroll och hydrofob inkapsling, vilka kvantitativt visas förlänga halveringstiden med flera storleksordningar i micellära system och väsentligt i Pickering-emulsioner framställda under högskjuvningsblandning. [1, 10, 22, 32]

För enhetsoperationer med hög skjuvning visar tillgänglig evidens att skjuvning kan höja temperaturen och främja oxidation (högskjuvningsblandning) och att ventilbaserade högtrycksprocesser genererar extrem skjuvning och kavitation där tryck, antal passager och inloppstemperatur är centrala stressvariabler; dessa insikter stöder implementering av tid–temperatur–skjuvningskartläggning och PAT med användning av stabilitetsindikerande analytik. [12–14]

Conflict of Interest

Författarna förklarar inga intressekonflikter. [20]