Termodynamisk stabilitet for termolabile longevity-forbindelser ved high-shear-prosessering

Termodynamisk stabilitet og degraderingskinetikk for termolabile levetidsforbindelser under produksjonsstress med høy skjærkraft

Forfattere og tilknytninger

A. Researcher* (korresponderende forfatter), B. Engineer, C. Formulation Scientist

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

Sammendrag

Termolabile levetidsassosierte forbindelser og polyfenoliske bioaktive stoffer utsettes ofte for koblet termisk, oksidativt, pH-relatert og mekanisk stress under produksjon (f.eks. blanding med høy skjærkraft, høytrykkshomogenisering og spraytørking), noe som kan akselerere kjemisk degradering og redusere levert potens. Kvantitative, prosessrelevante stabilitetsparametere er derfor nødvendige for å definere produserbare designområder og for å veilede strategier for beskyttende formulering. [1–3]

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

• Termodynamiske/termiske overganger vurdert ved DSC og TGA (smelting, begynnende dekomponering, glassoverganger og trinnvis massetapsadferd)
• Degraderingskinetikk (pseudo-førsteordens/førsteordensmodeller, Arrhenius aktiveringsenergier, pH-avhengigheter og mål for tid-til-dekomponert-fraksjon) for NAD⁺-prekursorer (NR/NRH/NMN), stilbenoids (resveratrol-relaterte systemer), flavonoids (quercetin, fisetin, rutin/estere) og curcuminoids. [4–11]

Resultatene indikerer at flere representative levetidsforbindelser oppviser smale vinduer for termisk prosessering i spesifikke fysiske tilstander. Nicotinamide riboside chloride (NRCl) oppviser begynnende smelting ved 120.7 ± 0.3 °C med rask dekomponering etter smelting (f.eks. 98% degradering ved 130 °C målt ved qNMR), mens akvatisk degradering følger pseudo-førsteordenskinetikk med aktiveringsenergier på 75.4–82.8 kJ·mol⁻¹ avhengig av pH. [4]

For trans-resveratrol er degraderingskinetikken sterkt avhengig av pH og temperatur (f.eks. avtar halveringstiden fra 329 dager ved pH 1.2 til 3.3 minutter ved pH 10), og ekstrapolering fra akselerert testing kan være ikke-Arrhenius i tablettmatrikser. [7, 12]

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

Konklusjonene understreker viktigheten av å integrere 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, cyklodekstrin/nanosvamp-systemer, oksygenkontroll og minimering av skjærkraft/temperatur. [15–18]

Nøkkelord

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

1. Introduksjon

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

For kjemien i NAD⁺-prekursorer er stabilitet i vannløsning og fast fase sentralt, da reaktivitet kan oppstå via hydrolyse av glykosidiske eller fosfatkoblede motiver, og fordi prosesseringstemperaturer kan krysse terskler for fastfaseovergang som går forut for rask dekomponering. [4, 6]

For polyphenols og relaterte botaniske aktive stoffer inkluderer stabilitetsbegrensninger autoksidasjon, epimerisering og enzymatisk oksidasjon til quinones, 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 integreres:

• Termodynamiske indikatorer som glassovergang, smelting og begynnende dekomponering
• Kinetiske modeller som fanger opp degraderingens avhengighet av 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 blanding med høy skjærkraft, 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 dermed 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 degraderingsprosesser eller termisk destruksjon, noe som gir et termodynamisk mål på gjennomførbarhet under spesifikke forhold. [8, 19]

• For NR borate ble degraderingsspontanitet evaluert via en Gibbs fri energi-beregning, med rapportert ΔG på 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]

Når det gjelder kinetisk formalisme, anvender flere kilder også overgangstilstands- og frienergi-relasjoner for å tolke hydrolyseaktivering i systemer som curcumin spiroborate complex. [21]

2.2 Glassovergang, smelting og begynnende dekomponering

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

• For NRCl indikerer DSC en begynnende 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 dekomponering 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 overlappende med massetap. [9]
• For curcumin under nitrogen observeres en flertrinns dekomponering som starter ved 240 °C, med 37% rest gjenværende ved 600 °C. [18]

2.3 Amorf og krystallinsk stabilitet

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

• Mekanokjemisk preparerte 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 nanosponges forsvinner smelteendotermen til 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 degraderingskinetikk

Inkluderte kilder benytter ulike kinetiske modeller (f.eks. førsteordens, pseudo-førsteordens, sigmoidal) og behandlinger av temperaturavhengighet (f.eks. Arrhenius-adferd) for å karakterisere degradering. [4, 7, 22]

3.1 Reaksjonsordensmodeller

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

• For NRCl-degradering i vannløsninger rapporteres pseudo-førsteordenskinetikk. [4, 23]
• Spraytørkede planteekstrakt-markører demonstrerer varierende reaksjonsordener, inkludert nullteordens- og andreordensmodeller for spesifikke forbindelser. [20]

3.2 Arrhenius- og Eyring-behandlinger

Temperaturavhengigheter for degradering 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 oppviser en aktiveringsenergi på 84.7 kJ·mol⁻¹ ved pH 7.4. [12]
• Curcumin i varierende 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 mekanismeanedringer. [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 termo-mekanisk og oksidativ degradering

Produksjonsprosesser med høy skjærkraft kobler mekanisk stress med lokal oppvarming og oksidasjon, noe som fremmer degraderingsveier. [13, 14, 17]

• Homogenisering med høy skjærkraft øker utløpstemperaturer betydelig med rotasjonshastighet og forårsaker alvorlig degradering av ascorbic acid på grunn av forhøyet temperatur og oksidasjon. [13]
• Høytrykkshomogeniseringsmekanismer – som ventilskjær, kavitasjon og turbulens – induserer oksidativt og mekanisk stress. [14]
• Oksidativ kobling akselererer quercetin-degradering i miljøer med høy temperatur og mye oksygen. [26]

4. Gjennomgang av forbindelsesklasser

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

4.1 NAD⁺-prekursorer

• Stabiliteten til NAD⁺-prekursorer påvirkes betydelig av hydrolysefølsomhet, sensitivitet for termiske overganger og oksygendrevet oksidasjon. [4, 5]
• Degraderingskinetikken for NRCl oppviser pseudo-førsteordensadferd, med aktiveringsenergier fra 75.4 til 82.8 kJ·mol⁻¹, sterkt påvirket av pH. [4]
• I fast tilstand har NRCl et smalt vindu for termisk prosessering, med rask degradering som oppstår over smeltepunktet på 120.7 ± 0.3 °C. [4]
• NRH viser rask degradering under sure forhold og i nærvær av oksygen, noe som understreker ustabiliteten på grunn av dens N-glykosidiske binding. [5]
• NMN dekomponerer ved temperaturer over 160 °C og oppviser pH- og temperaturfølsomme degraderingsmønstre i vannløsninger. [6, 27, 28]

NMN-degraderingsvei

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

Stilbenoids

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

I akvatiske systemer er trans-resveratrol rapportert å være stabil ved sur pH, men degraderingen 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-degradering førsteordenskinetikk over de undersøkte temperaturene, med en aktiveringsenergi på 84.7 kJ·mol^-1. [12]

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

Termiske stabilitetseksperimenter i vannløsning (19 mg·L^-1) viser ingen signifikante spektrale endringer etter 30 minutter ved temperaturer opp til 70 °C. Imidlertid fører forhøyede temperaturer til en reduksjon i absorbans ved 304 nm og over området 270–350 nm, noe som indikerer termisk indusert degradering. [30]

Mekanistisk tolkning av hydrotermiske eksperimenter foreslår oksidativ splitting av dobbeltbindingen og dannelse av degraderingsprodukter, inkludert hydroxy aldehydes, alcohols og hydroxy acids. FTIR-analyse avslørte bånd konsistente med aldehyd- og karboksylsyredannelse ved 100–120 °C. [30]

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

Forskning indikerer at akselerert testing kan overestimere degradering, og forfatterne anbefaler alternative metoder for å bestemme degraderingskinetikk. [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% reduksjon 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 temperaturer for begynnende dekomponering over ~200 °C for pinosylvin-systemer. [31]

Flavonoids

Flavonoids utviser degradering via flere veier som er følsom for pH, temperatur, oksygen og formuleringsinteraksjoner som proteinbinding. Deres termiske adferd 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 degradering, der fisetin og quercetin opplever henholdsvis 24-dobling og 12-dobling i de respektive hastighetskonstantene for degradering. Videre øker hastighetskonstantene ytterligere ved å heve temperaturen 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-co-ingredienser kan redusere degradering, som indikert ved 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. Stabilisering tilskrives hydrofobe interaksjoner og hydrogenbindinger, der SDS forårsaker destabilisering. Ytterligere studier er nødvendige for å kvantifisere bidrag fra hydrogenbindinger. [24]

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

Systemer med høy temperatur (150 °C) akselererer degradering, med hastighetskonstanter rapportert som 0.253 h^-1 under nitrogen, 0.868 h^-1 i oksygen og 7.17 h^-1 i oksygen med cholesterol. Quercetin-tapet øker fra 7.9% ved 10 minutter i nitrogen til 20.4% i oksygen, og reduseres ytterligere til 10.9% gjenværende med cholesterol 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 hydrogenbindinger både begrenser smelte-lignende adferd og fasiliterer dekomponering. [9]

For rutin (et quercetinglykosid) og dets fettsyreestere indikerer TGA at rutin er termisk stabilt opp til 240 °C, mens estere oppviser lavere temperaturer for initial degradering og høyere massetap under de viktigste degraderingstrinnene. Aktiveringsenergier varierer fra 65 til 246 kJ·mol^-1 avhengig av konversjonsgraden. [8]

Cyclodextrin-deriverte bærersystemer

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

Nanosponge-innkapsling

Nanosponge-innkapsling av resveratrol eliminerer dens DSC-smelteendoterm og gir fotobeskyttelse: fritt resveratrol viser 59.7% degradering innen 15 min under UV-eksponering, mens resveratrol nanosponges gir omtrent dobbelt så mye beskyttelse, i samsvar med at innkapsling forhindrer direkte UV-eksponering. [16]

Amorfe faste dispersjoner

Amorfe faste dispersjoner kan konstrueres via mekanokjemisk maling, og hydrogenbindinger 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 oppløsningsadferd. [15]

Valg av hjelpestoffer og bærere

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

Protein-co-ingredienser kan stabilisere flavonoids via hydrofobe interaksjoner, noe som senker k-verdiene for fisetin og quercetin, og SDS-forstyrrelse av disse interaksjonene støtter tolkningen om at hydrofob binding er en sentral 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 begynnende smelting (~120–130 °C) kan produsere ekstremt rask degradering, noe som støtter strenge øvre grenser for temperatur og oppholdstid i oppvarmede fastfaseoperasjoner. [4]

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

For homogenisering med høy skjærkraft støtter den direkte observasjonen av at økende rpm øker utløpstemperaturen og er assosiert med høyere tap av oksidasjonsfølsom ascorbic acid, 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)phenols 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 varmesensitivitet. [3]

Antioksidanter og oksygenhåndtering

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

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

For trans-resveratrol er det eksplisitt rapportert at oksygen fremmer radikalreaksjoner som fører til degradering, noe som støtter inerte prosessatmosfærer eller oksygenbarrierer der det er mulig for alkalisk/nøytral akvatisk prosessering. [12]

I liposomale systemer er det rapportert at resveratrol begrenser stigmasterol-oksidasjon ved å nøytralisere frie radikaler og ved å integreres i lipid-dobbeltlag, noe som øker rigiditeten og 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, vann-tilstedeværelse) kan dominere stabilitetsresultatene selv ved beskjedne temperaturer, og at flere bioaktive stoffer oppviser skarpe stabilitets-diskontinuiteter ved spesifikke terskler for termisk overgang. [4, 5, 12]

For NAD⁺-prekursorer fremhever NRCl-datasettet et todelt regime: i vannløsning 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 oppstår en dominerende prosessrisiko fra pH-sensitivitet: halveringstiden kollapser fra lange varigheter ved sur pH til minutter ved høy pH, mens oksygen fremmer radikalreaksjoner, noe som indikerer at operasjoner med høy skjærkraft som øker oksygenoverføring og lokal alkalitet kan være uforholdsmessig skadelige selv om bulktemperaturen forblir moderat. [12]

For flavonoids kombineres oksidasjon via quinone-intermediater og pH-avhengige deprotoneringsmekanismer (quercetin) med høytemperatur-oksidasjon og radikal-kjede-kobling (f.eks. oksygen pluss cholesterol), noe som antyder at lipidholdige formuleringer og oksygeneksponering kan forsterke oksidative tapveier kraftig. [22, 26]

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

På enhetsoperasjonsnivå kan prosesser med høy skjærkraft primært fungere som indirekte akseleranter ved å generere varme og øke oksidativ følsomhet; dette er direkte demonstrert ved homogenisering med høy skjærkraft der rotasjonshastighet øker utløpstemperaturen og sammenfaller med oksidativt tap av ascorbic acid. [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 degraderingen kontrolleres av raske radikalprosesser, diffusjonsbegrensede trinn eller langsommere termiske aktiveringstrinn. [14, 34]

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

Konklusjoner

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

For NAD⁺-prekursorer oppviser NRCl et smalt termisk prosesseringsvindu nær smelting etterfulgt av rask dekomponering, mens akvatisk kinetikk viser pH-avhengig pseudo-førsteordensadferd 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 formuleringsmatrikser kan produsere ikke-Arrhenius-adferd som kompliserer ekstrapolering fra akselerert testing. [7, 12]

For flavonoids og curcuminoids motiverer oksidasjonsveier (quinone-intermediater for quercetin; autoksidasjon for curcumin) til strategier for oksygenkontroll og hydrofob innkapsling, som kvantitativt er vist å forlenge halveringstiden med flere størrelsesordener i micellære systemer og vesentlig i Pickering-emulsjoner produsert under blanding med høy skjærkraft. [1, 10, 22, 32]

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

Anerkjennelser

Forfatterne takker Placeholder Laboratory for interne diskusjoner om stabilitetsindikerende analytikk og prosesskartlegging. [12]

Interessekonflikt

Forfatterne erklærer ingen interessekonflikter. [20]