Termodynamisk stabilitet av termolabile longevity-forbindelser i high-shear-prosessering

Termodynamisk stabilitet og nedbrytningskinetikk for termolabile levetidsforbindelser under høyskjærs produksjonsstress

Abstract

Termolabile levetidsassosierte forbindelser og polyfenoliske bioaktive stoffer utsettes ofte for kombinerte termiske, oksidative, pH-relaterte og mekaniske belastninger under produksjon (f.eks. høyskjærsblanding, høytrykkshomogenisering og spraytørking), noe som kan akselerere kjemisk nedbrytning og redusere levert potens. Kvantitative, prosessrelevante stabilitetsparametere er derfor nødvendige for å definere produserbare designområder og for å veilede beskyttende formuleringsstrategier. [1–3]

Metoder i denne syntesen fokuserer på kvantitativ evidens hentet fra studier som rapporterer:

• Termodynamiske/termiske overganger vurdert ved DSC og TGA (smelting, dekomponeringsstart, glassoverganger og trinnvis massetapsatferd)
• Nedbrytningskinetikk (pseudo-førsteordens/førsteordensmodeller, Arrhenius-aktiveringsenergier, pH-avhengigheter og tid-til-dekomponert-fraksjon-mål) for NAD⁺-prekursorer (NR/NRH/NMN), stilbenoider (resveratrol-relaterte systemer), flavonoider (quercetin, fisetin, rutin/estere) og curcuminoider. [4–11]

Resultatene indikerer at flere representative levetidsforbindelser utviser smale termiske prosesseringsvinduer i spesifikke fysiske tilstander. Nicotinamide riboside chloride (NRCl) utviser start på smelting ved 120.7 ± 0.3 °C med rask dekomponering etter smelting (f.eks. 98% nedbrytning ved 130 °C målt ved qNMR), mens vandig nedbrytning følger pseudo-førsteordens kinetikk med aktiveringsenergier på 75.4–82.8 kJ·mol⁻¹ avhengig av pH. [4]

For trans-resveratrol er nedbrytningskinetikken sterkt pH- og temperaturavhengig (f.eks. halveringstid som avtar fra 329 dager ved pH 1.2 til 3.3 minutter ved pH 10), og ekstrapolering fra akselererte tester kan være ikke-Arrhenius i tablettmatriser. [7, 12]

Enhetsoperasjoner med høy skjærkraft kan indusere lokal oppvarming og oksidative miljøer, som demonstrert ved høyskjærs-homogenisering som øker utløpstemperaturen med rotasjonshastigheten og sammenfaller med 42.6% askorbinsyretap ved 20,000 rpm, og ved høytrykkshomogeniseringsmekanismer som involverer ventilskjær, kavitasjon og turbulens ved >100 MPa. [13, 14]

Konklusjonene understreker integrering av termodynamiske overgangsdata (DSC/TGA/Tg) med kinetiske modeller (Arrhenius, ikke-Arrhenius og isokonversjonelle metoder) for å produsere tid–temperatur–skjær-kart og for rasjonelt valg av avbøtende strategier, inkludert innkapsling, amorfe faste dispersjoner, cyclodextrin/nanosvamp-systemer, oksygenkontroll og minimering av skjærkraft/temperatur. [15–18]

Keywords

termolabile bioaktive stoffer; nedbrytningskinetikk; Arrhenius; DSC; TGA; høytrykkshomogenisering; spraytørking; NAD⁺-prekursorer

1. Introduksjon

Levetidsrelevante forbindelser formuleres i økende grad som kosttilskudd, funksjonell mat og avanserte leveringssystemer, noe som motiverer produksjonsruter som eksponerer aktive stoffer for kombinerte stressfaktorer inkludert oppvarming, oksygenkontakt, vannaktivitet, pH-ekskursjoner og intens mekanisk energitilførsel. [3, 5, 14, 19]

For NAD⁺-prekursor-kjemi er stabilitet i vannløsning og fast fase sentralt, fordi reaktivitet kan forekomme via hydrolyse av glykosidiske eller fosfatkoblede motiver, og fordi prosesseringstemperaturer kan krysse terskler for faseoverganger i fast form som går forut for rask dekomponering. [4, 6]

For polyfenoler og relaterte botaniske aktive stoffer inkluderer stabilitetsbegrensninger autoksidasjon, epimerisering og enzymatisk oksidasjon til kinoner, som er følsomme for temperatur, pH, metallioner og oksygentilgang under prosessering. [17]

En praktisk implikasjon er at produksjonsdesign ikke utelukkende kan stole på nominell bulktemperatur; i stedet må det integrere:

• Termodynamiske indikatorer som glassovergang, smelting og dekomponeringsstart
• Kinetiske modeller som fanger opp avhengigheten av nedbrytning på tid, temperatur, pH, oksygen og (der det er målbart) mekanisk energitilførsel. [4, 9, 10, 14, 15]

Dette dokumentet syntetiserer kvantitativ evidens for representative levetidsforbindelser og relaterte bioaktive stoffer der de inkluderte kildene gir eksplisitte termodynamiske overganger og/eller kinetiske parametere, og knytter disse dataene til stressprofiler for enhetsoperasjoner med høy skjærkraft, inkludert høyskjærsblanding, høytrykkshomogenisering/mikrofluidisering, mekanokjemisk maling og spraytørking. [1, 14, 15, 20]

2. Termodynamisk rammeverk

Termodynamisk stabilitet i produksjonssammenheng vurderes operasjonelt ved bruk av målbare termiske hendelser (DSC/TGA) og tilstandsbeskrivelser (f.eks. amorf vs. krystallinsk; glassovergangstemperatur) som indikerer når en forbindelse eller formulering går over i tilstander med høyere molekylær mobilitet og derfor høyere reaksjonshastigheter eller andre mekanismer. [4, 9, 15]

2.1 Gibbs fri energi og fasestabilitet

Flere inkluderte kilder beregner eksplisitt endringer i Gibbs fri energi for nedbrytningsprosesser eller termisk destruksjon, noe som gir et termodynamisk mål på gjennomførbarhet under spesifikke forhold. [8, 19]

• For NR-borat ble spontaniteten i nedbrytningen evaluert via beregning av Gibbs fri energi, med ΔG rapportert til 2.43 kcal·mol⁻¹. [19]
• For rutin og fettsyre-rutin-estere under pyrolytiske forhold var ΔG-verdiene positive (84–245 kJ·mol⁻¹) sammen med positiv ΔH (60–242 kJ·mol⁻¹), noe som indikerer en endoterm og ikke-spontan pyrolyseprofil i den rapporterte analysen. [8]

I kinetisk-formalistiske termer anvender flere kilder også overgangstilstands- og frie energirelasjoner for å tolke hydrolyseaktivering i systemer som curcumin-spiroboratkomplekset. [21]

2.2 Glassovergang, smelting og dekomponeringsstart

DSC og TGA gir komplementære markører for prosessrisiko: smelte- eller mykningshendelser kan øke diffusjonen kraftig og muliggjøre rask kjemisk omdanning, og TGA-massetapsstart kan indikere begynnelsen på irreversibel dekomponering selv i tilsynelatende fast tilstand. [4, 9, 15]

• For NRCl indikerer DSC en start på smelting ved 120.7 ± 0.3 °C og en smeltetopp ved 125.2 ± 0.2 °C, etterfulgt av en umiddelbar skarp eksoterm hendelse med topp ved 130.8 ± 0.3 °C. [4]
• For NMN starter dekomponeringen ved 160 °C og er fullført ved 165 °C, med en endoterm DSC-topp ved 162 °C og dekomponeringsentalpi på 184 kJ·mol⁻¹. [6]
• For quercetin blir en intens DSC-endoterm (maksimum ved 303 °C) ofte feilaktig tilskrevet smelting, mens TGA-data indikerer dekomponering ved 230 °C som overlapper med massetap. [9]
• For curcumin under nitrogen observeres en flertrinns dekomponering som starter ved 240 °C, med 37% rest igjen ved 600 °C. [18]

2.3 Amorf og krystallinsk stabilitet

Amorfe formuleringer kan forbedre løselighet og biotilgjengelighet, men kan endre termisk atferd og stabilitet ved å øke molekylær mobilitet i forhold til krystallinske former, noe som gjør glassovergangstemperatur (Tg) til en kritisk stabilitetsparameter. [15, 16]

• Mekanokjemisk fremstilte fisetin amorfe faste dispersjoner (ASDs) viser målbare Tg-verdier i andre oppvarmingsskanninger og demonstrerer komposisjonelle skift i Tg i samsvar med blandbarhet. [15]
• For resveratrol- og oxyresveratrol-nanosvamper forsvinner smeltetoppen for resveratrol i nanosvamp-formuleringene, noe som tilskrives innkapsling og amorfisering. [16]
• For quercetin antyder kombinert DSC/TGA-tolkning dekomponering og strukturell relaksasjon/mykning i området 150–350 °C. [9]

3. Modeller og parametere for nedbrytningskinetikk

Inkluderte kilder bruker ulike kinetiske modeller (f.eks. førsteordens, pseudo-førsteordens, sigmoide) og temperaturavhengighetsbehandlinger (f.eks. Arrhenius-atferd) for å karakterisere nedbrytning. [4, 7, 22]

3.1 Reaksjonsordensmodeller

En standard tilnærming for nedbrytning i løsningsfase bruker den integrerte førsteordensmodellen. [4, 11, 12]

• For NRCl-nedbrytning i vandige løsninger rapporteres det pseudo-førsteordens kinetikk. [4, 23]
• Spraytørkede planteekstraktmarkører demonstrerer varierende reaksjonsordener, inkludert nullte-ordens og andre-ordens modeller for spesifikke forbindelser. [20]

3.2 Arrhenius- og Eyring-behandlinger

Temperaturavhengigheter for nedbrytning modelleres ofte ved bruk av Arrhenius-lignende uttrykk. [4, 10, 12]

• For NRCl varierer aktiveringsenergiene fra 75.4 til 82.8 kJ·mol⁻¹, der pH påvirker disse verdiene. [4]
• Trans-resveratrol utviser en aktiveringsenergi på 84.7 kJ·mol⁻¹ ved pH 7.4. [12]
• Curcumin i ulike medier viser aktiveringsenergier mellom 9.75–16.46 kcal·mol⁻¹. [11]

3.3 Isokonversjonelle og modellfrie metoder

Isokonversjonelle metoder (f.eks. KAS, FWO, Friedman) brukes for å identifisere flertrinns dekomponering og mekanismeskrift. [8, 18, 25]

• For rutin og fettsyre-rutin-estere varierer aktiveringsenergiene med konversjonsgraden. [8]
• Resveratrol–β-cyclodextrin-klatrater viser økning i aktiveringsenergi med transformasjonsgraden. [25]

3.4 Koblet termomekanisk og oksidativ nedbrytning

Høyskjærs produksjonsprosesser kobler mekanisk stress med lokal oppvarming og oksidasjon, noe som fremmer nedbrytningsveier. [13, 14, 17]

• Høyskjærs-homogenisering øker utløpstemperaturene betydelig med rotasjonshastigheten og forårsaker alvorlig nedbrytning av askorbinsyre på grunn av forhøyet temperatur og oksidasjon. [13]
• Høytrykkshomogeniseringsmekanismer – som ventilskjær, kavitasjon og turbulens – induserer oksidativt og mekanisk stress. [14]
• Oksidativ kobling akselererer nedbrytningen av quercetin i miljøer med høy temperatur og mye oksygen. [26]

4. Gjennomgang av forbindelsesklasser

Følgende syntese legger vekt på viktige kinetiske og termodynamiske parametere som er relevante for produksjonsmodeller, slik som aktiveringsenergier, hastighetskonstanter, halveringstider, dekomponeringsstart og begrensninger relatert til glassovergang eller smelting. [4, 11, 12, 15, 24]

4.1 NAD⁺-prekursorer

• Stabiliteten til NAD⁺-prekursorer påvirkes betydelig av mottakelighet for hydrolyse, følsomhet for termiske overganger og oksygendrevet oksidasjon. [4, 5]
• NRCl-nedbrytningskinetikk utviser pseudo-førsteordens atferd, med aktiveringsenergier fra 75.4 til 82.8 kJ·mol⁻¹, sterkt påvirket av pH. [4]
• I fast tilstand har NRCl et smalt termisk prosesseringsvindu, med rask nedbrytning som forekommer over smeltepunktet på 120.7 ± 0.3 °C. [4]
• NRH viser rask nedbrytning under sure forhold og i nærvær av oksygen, noe som understreker ustabiliteten på grunn av N-glykosidbindingen. [5]
• NMN dekomponerer ved temperaturer over 160 °C og utviser pH- og temperaturfølsomme nedbrytningsmønstre i vandige løsninger. [6, 27, 28]

Nedbrytningsvei for NMN

Den primære nedbrytningsveien for NMN beskrives som hydrolyse av fosfodiesterbindingen som gir nikotinamid og ribose-5-fosfat, med pH-avhengigheter beskrevet som syrekatalysert hydrolyse under pH 4.5 og base-mediert spalting over pH 7.5. [28]

Stilbenoider

Stilbenoider inkluderer resveratrol og relaterte forbindelser som utviser sterk pH- og oksygenavhengig nedbrytning. Deres stabilitet i reelle formuleringer kan avvike fra Arrhenius-ekstrapolering på grunn av matriseeffekter og flere reaksjonsveier. [7, 12, 29]

I vandige systemer er trans-resveratrol rapportert å være stabilt ved sur pH, men nedbrytningen øker eksponentielt over pH 6.8. Halveringstiden avtar fra 329 dager ved pH 1.2 til 3.3 minutter ved pH 10. [12]

Ved pH 7.4 følger trans-resveratrol-nedbrytning førsteordens kinetikk over de undersøkte temperaturene, med en aktiveringsenergi på 84.7 kJ·mol^-1. [12]

Nedbrytningsmekanismer varierer med pH. Under sure forhold er hydroksylgrupper beskyttet mot radikaloksidasjon av H₃O⁺, mens i alkaliske miljøer øker fenat-ioner mottakeligheten for oksidasjon, noe som fremmer dannelse av fenoksyradikaler. I tillegg akselererer oksygen i mediet radikalreaksjoner som fører til nedbrytning. [12]

Eksperimenter med termisk stabilitet i vandig løsning (19 mg·L^-1) viser ingen signifikante spektrale endringer etter 30 minutter ved temperaturer opp til 70 °C. Imidlertid fører forhøyede temperaturer til en nedgang i absorbans ved 304 nm og over området 270–350 nm, noe som indikerer termisk indusert nedbrytning. [30]

Mekanistisk tolkning av hydrotermiske eksperimenter foreslår oksidativ spalting av dobbeltbindingen og dannelse av nedbrytningsprodukter, inkludert hydroksyaldehyder, alkoholer og hydroksysyrer. FTIR-analyse avslørte bånd i samsvar med dannelse av aldehyd og karboksylsyre ved 100–120 °C. [30]

I tablettmatriser følger resveratrol-nedbrytning førsteordens monoeksponentiell kinetikk med k-verdier på henholdsvis 0.07140, 0.1937 og 0.231 måneder^-1 ved 25, 30 og 40 °C. Imidlertid er forholdet mellom ln(k) og 1/T ikke-lineært og klassifisert som super-Arrhenius, noe som antyder tilleggsreaksjoner, flere reaksjonsveier eller matriseeffekter ved høyere temperaturer. [7]

Forskning indikerer at akselerert testing kan overestimere nedbrytning, og forfatterne anbefaler alternative metoder for å bestemme nedbrytningskinetikk. [7]

For stilben-lignende fenoler i tørre systemer forårsaker termiske behandlinger som dampsterilisering ved 121 °C i 20 minutter målbare tap (f.eks. 20.98% nedgang i pinosylvin etter toppareal), og ovnstørking ved 105 °C i 24 timer fører til reduksjoner på mer enn 50% for flere fenoler. Imidlertid indikerer TGA starttemperaturer for dekomponering over ~200 °C for pinosylvin-systemer. [31]

Flavonoids

Flavonoiders nedbrytning skjer via flere veier og er følsom for pH, temperatur, oksygen og formuleringsinteraksjoner som proteinbinding. Deres termiske atferd i DSC/TGA kan involvere overlappende dekomponering og mykning. [9, 22, 24]

Studier viser at økning av mediets pH fra 6.0 til 7.5 akselererer nedbrytningen, der fisetin og quercetin opplever henholdsvis 24-dobling og 12-dobling i sine respektive hastighetskonstanter for nedbrytning. Videre øker hastighetskonstantene ytterligere når temperaturen heves over 37 °C. [24]

• For fisetin: k økte fra 8.30×10^-3 til 0.202 h^-1 når pH ble hevet, og til 0.490 h^-1 ved 65 °C.
• For quercetin: k økte fra 2.81×10^-2 til 0.375 h^-1 med pH og steg til 1.42 h^-1 ved 65 °C. [24]

Protein-medingredienser kan begrense nedbrytning, som indikert av reduserte k-verdier i deres nærvær. For eksempel sank fisetin-k fra 3.58×10^-2 til 1.76×10^-2 h^-1, og quercetin-k sank fra 7.99×10^-2 til 3.80×10^-2 h^-1. Stabiliseringen tilskrives hydrofobe interaksjoner og hydrogenbinding, mens SDS forårsaker destabilisering. Videre studier er nødvendige for å kvantifisere bidraget fra hydrogenbindinger. [24]

For quercetin ved 90 °C nær nøytralitet observeres sterke pH-effekter. Hastighetskonstanten for nedbrytning øker omtrent fem ganger fra pH 6.5 til 7.5, noe som gir intermediære oksidasjonsprodukter som quercetin-kinon, med protokatekussyre (PCA) og phloroglucinol-karboksylsyre (PGCA) som sluttprodukter. [22]

Høytemperatursystemer (150 °C) akselererer nedbrytningen, med rapporterte hastighetskonstanter på 0.253 h^-1 under nitrogen, 0.868 h^-1 i oksygen og 7.17 h^-1 i oksygen med kolesterol. Quercetin-tapet øker fra 7.9% etter 10 minutter i nitrogen til 20.4% i oksygen, og reduseres ytterligere til 10.9% gjenværende med kolesterol pluss oksygen. [26]

Termisk analyse viser at quercetin har en liten endoterm topp ved 90–135 °C (assosiert med mindre massetap) og begynner å dekomponere ved 230 °C. En fremtredende DSC-endoterm ved 303 °C overlapper med dekomponering, der hydrogenbinding både begrenser smelte-lignende atferd og muliggjør dekomponering. [9]

For rutin (et quercetin-glykosid) og dets fettsyreestere indikerer TGA at rutin er termisk stabilt opp til 240 °C, mens estere utviser lavere initielle dekomponeringstemperaturer og høyere massetap under de viktigste dekomponeringstrinnene. Aktiveringsenergier varierer fra 65 til 246 kJ·mol^-1 avhengig av konversjonsgraden. [8]

Cyclodextrin-deriverte bærersystemer

Cyclodextrin-deriverte bærersystemer utgjør en annen strategi: resveratrol–β-cyclodextrin-klatrater viser termiske hendelser inkludert vannutslipp nær 50 °C og dekomponeringshendelser ved høyere temperaturer, og bindingsfrie energier (f.eks. −86 kJ·mol⁻¹ ved MM/PBSA) kvantifiserer sterke inklusjonsinteraksjoner. [25]

Innkapsling i nanosvamp

Innkapsling av resveratrol i nanosvamper eliminerer DSC-smeltetoppen og gir fotobeskyttelse: fritt resveratrol viser 59.7% nedbrytning innen 15 min under UV-eksponering, mens resveratrol-nanosvamper gir omtrent dobbelt så god beskyttelse, noe som samsvarer med at innkapsling forhindrer direkte UV-eksponering. [16]

Amorfe faste dispersjoner

Amorfe faste dispersjoner kan konstrueres via mekanokjemisk maling, og hydrogenbinding mellom fisetin og Eudragit®-estergrupper er eksplisitt identifisert, noe som gir et mekanistisk grunnlag for blandbarhet og endret Tg som kan stabilisere mot krystalliseringsavhengige endringer i oppløsningsatferd. [15]

Valg av hjelpestoffer og bærere

Valg av hjelpestoffer kan endre kinetiske mekanismer og stabilitetsresultater, som rapportert i spraytørkede planteekstraktsystemer der reaksjonsorden og tid for dekomponert fraksjon varierer med hjelpestoffblandinger, noe som indikerer hjelpestoffavhengig nedbrytningskinetikk. [20]

Protein-medingredienser kan stabilisere flavonoider via hydrofobe interaksjoner, noe som senker k-verdiene for fisetin og quercetin, og SDS-oppløsning av disse interaksjonene støtter tolkningen om at hydrofob binding er en viktig stabiliseringsmekanisme. [24]

Prosesstekniske kontroller

Prosesskontroller som reduserer termisk eksponering og oksygenkontakt støttes direkte av flere datasett. [5, 18]

For NRCl indikerer DSC/qNMR-evidens at overskridelse av området for smeltestart (~120–130 °C) kan produsere ekstremt rask nedbrytning, noe som støtter strenge øvre grenser for temperatur og oppholdstid i oppvarmede fastfase-operasjoner. [4]

For NRH innebærer forskjellen mellom halveringstid i luft og N₂ ved 25 °C at inertisering og utelukkelse av oksygen kan være vesentlig, og forfatterne rapporterer at prøver under N₂-teppe ved 4 °C ikke viser detekterbar nedbrytning etter 60 dager, mens prøver ved 4 °C i luft viser ~10% nedbrytning. [5]

For høyskjærs-homogenisering støtter den direkte observasjonen av at økende rpm øker utløpstemperaturen og er assosiert med høyere tap av oksidasjonsfølsom askorbinsyre, tekniske tiltak som begrenser skjærdrevet oppvarming (f.eks. kjølekapper, kortere blandetider, trinnvis tilsetning). [13]

For spraytørking støtter påstanden om at oksygen- og varmeeksponering reduserer (poly)fenoler, og at høye temperaturer kan være skadelige for termolabile fenoler, valg som å senke utløpstemperaturen når det er mulig og bruke innkapsling for å redusere oksidasjons- og varmefølsomhet. [3]

Antioksidanter og oksygenhåndtering

Strategier for bruk av antioksidanter og oksygenhåndtering er mekanistisk støttet på tvers av polyfenol-datasett. [12, 22]

For quercetin ved 90 °C reduserer antioksidanter som cystein k, der 200 μmol·L⁻¹ cystein gir en k-reduksjon på ~43% sammenlignet med kontroll, og mekanistisk tolkning vurderer stabilisering av quercetin-kinon og radikal-slukkende effekter. [22]

For trans-resveratrol rapporteres oksygen eksplisitt å fremme radikalreaksjoner som fører til nedbrytning, noe som støtter inerte prosesseringsatmosfærer eller oksygenbarrierer der det er mulig for alkalisk/nøytral vandig prosessering. [12]

I liposomale systemer er resveratrol rapportert å begrense oksidasjon av stigmasterol ved å nøytralisere frie radikaler og ved å integreres i lipid-dobbeltlag, noe som øker rigiditeten, reduserer permeabiliteten for oksygen og oksiderende midler, og dermed forbedrer systemets termiske og oksidative stabilitet. [35]

Diskusjon

På tvers av evidensgrunnlaget som er syntetisert her, er det sterkeste kvantitative mønsteret at det kjemiske mikromiljøet (pH, oksygen, vannforekomst) kan dominere stabilitetsresultater selv ved moderate temperaturer, og at flere bioaktive stoffer utviser skarpe stabilitetsdiskontinuiteter ved spesifikke terskler for termisk overgang. [4, 5, 12]

For NAD⁺-prekursorer belyser NRCl-datasettet et todelt regime: i vandig løsning kan pseudo-førsteordens hydrolyse modelleres med Arrhenius-aktiveringsenergier og en omtrent dobbel økning i hastighet per 10 °C, mens det i fast tilstand er et smalt område rundt 120–130 °C som tilsvarer smelting etterfulgt umiddelbart av rask dekomponering. [4]

For resveratrol fremstår pH-følsomhet som en dominerende prosessrisiko: halveringstiden kollapser fra lange varigheter ved sur pH til minutter ved høy pH, mens oksygen fremmer radikalreaksjoner, noe som indikerer at høyskjærs-operasjoner som øker oksygenoverføring og lokal alkalitet kan være uforholdsmessig skadelige selv om bulktemperaturen forblir moderat. [12]

For flavonoider kombineres oksidasjon via kinon-intermediater og pH-avhengige deprotoneringsmekanismer (quercetin) med høytemperaturoksidasjon og radikalkjedekobling (f.eks. oksygen pluss kolesterol), noe som antyder at lipidholdige formuleringer og oksygeneksponering kraftig kan forsterke oksidative tapveier. [22, 26]

For curcumin er det en mekanistisk spenning mellom hydrolyse-drevne narrativer (i noe GI-buffer-arbeid) og autoksidasjons-drevne narrativer (i micelle-fokusert arbeid), men begge konvergerer på en sterk pH-effekt og på den beskyttende rollen til hydrofobe mikromiljøer og oksygenbegrensning. [11, 32]

På enhetsoperasjonsnivå kan høyskjærs-prosesser fungere primært som indirekte akseleratorer ved å generere varme og øke oksidativ mottakelighet; dette er direkte demonstrert ved høyskjærs-homogenisering der rotasjonshastighet øker utløpstemperaturen og sammenfaller med oksidativt tap av askorbinsyre. [13]

HPH/UHPH introduserer ytterligere kompleksitet fordi ventilregionen påfører ekstrem skjærkraft, kavitasjon og turbulens, og kan generere høye lokale temperaturer, selv om oppholdstidene kan være svært korte (f.eks. <0.2 s i UHPH-beskrivelser), noe som innebærer at kjemiske resultater kan avhenge av om nedbrytningen kontrolleres av raske radikalprosesser, diffusjonsbegrensede trinn eller langsommere termiske aktiveringstrinn. [14, 34]

Til slutt understreker flere kilder at stabilitetsmodellering må valideres mekanistisk i den relevante matrisen: data for resveratrol-tabletter viser ikke-Arrhenius-atferd og matriseeffekter som begrenser generell Arrhenius-ekstrapolering fra akselererte tester, og spraytørkede planteekstraktmarkører viser hjelpestoffavhengige kinetiske ordener og tider for dekomponert fraksjon. [7, 20]

Konklusjoner

Kvantitative termodynamiske overgangsmarkører (DSC/TGA) og nedbrytningskinetikk (k, t_1/2, E_a, konversjonsavhengige aktiveringsenergier) gir et prosessrelevant grunnlag for å utforme produksjonsbetingelser som bevarer potensen til termolabile levetidsforbindelser og relaterte bioaktive stoffer. [4, 8, 9]

For NAD⁺-prekursorer utviser NRCl et smalt termisk prosesseringsvindu nær smelting etterfulgt av rask dekomponering, mens vandig kinetikk viser pH-avhengig pseudo-førsteordens atferd med aktiveringsenergier på 75–83 kJ·mol⁻¹ som kan parametrisere modeller for termisk eksponering. [4]

For resveratrol er pH og oksygen dominerende variabler, der halveringstiden kollapser fra hundrevis av dager ved sur pH til minutter ved høy pH, og formuleringsmatriser kan produsere ikke-Arrhenius-atferd som kompliserer ekstrapolering fra akselerert testing. [7, 12]

For flavonoider og curcuminoider motiverer oksidasjonsveier (kinon-intermediater for quercetin; autoksidasjon for curcumin) til oksygenkontroll og hydrofobe innkapslingsstrategier, som kvantitativt er vist å forlenge halveringstiden med flere størrelsesordener i micellære systemer og vesentlig i Pickering-emulsjoner produsert under høyskjærsblanding. [1, 10, 22, 32]

For enhetsoperasjoner med høy skjærkraft viser tilgjengelig evidens at skjærkraft kan heve temperaturen og fremme oksidasjon (høyskjærsblanding), og at ventilbaserte høytrykksprosesser genererer ekstrem skjærkraft og kavitasjon der trykk, antall passeringer og innløpstemperatur er viktige stressvariabler; denne innsikten støtter implementering av tid–temperatur–skjær-kartlegging og PAT ved bruk av stabilitetsindikerende analyser. [12–14]

Konflikt av interesse

Forfatterne erklærer ingen interessekonflikter. [20]