ویتامین A

ویتامین A کاربردهای متعدد غذایی، آرایشی، بیولوژیکی، پوستی و دارویی دارد. ویتامین A در بسیاری از مواد غذایی از جمله میوه‌ها، سبزیجات و ماهی یافت می‌شود؛ تنظیم کننده عملکردهای مهمی مانند جنین زایی، تمایز رشد سلولی، عملکردهای ایمنی و تولید مثل و بینایی است. علاوه بر این، این ریز مغذی یک آنتی اکسیدان بسیار مهم است که به محافظت در برابر آسیب اکسیداتیو ناشی از رادیکال های آزاد در بدن انسان کمک می‌کند. ویتامین A از دسته ویتامین‌های محلول در چربی است که بسته به منبع آن (حیوانی یا گیاهی) به دو دسته تقسیم می‌شود:

• ویتامین A موجود در منابع حیوانی، ویتامین A یا رتینول از پیش ساخته شده نامیده می‌شود.
• ویتامین A موجود در میوه‌ها و سبزیجات پروویتامین A یا کاروتنوئید نامیده می‌شود.

کاروتنوئید در بدن انسان (بتا کاروتن) به بهترین شکل به رتینول تبدیل می‌شود. به عبارتی ویتامین A یک اصطلاح عمومی برای گروهی از ترکیبات محلول در چربی مرتبط با رتینول است. مصرف ویتامین A باعث بهبود دید (به ویژه در شب)، بافت پوست، بهبود رشد و تکامل و بهبود عملکرد سیستم ایمنی می‌شود.

کاروتنوئید

کاروتنوئیدها رنگدانه‌های آلی زرد تا نارنجی رنگ هستند که علاوه بر ویتامین A، به دلیل فعالیت آنتی اکسیدانی خود شناخته شده‌اند. برخی از شناخته‌شده‌ترین کاروتنوئیدها، بتا کاروتن، آلفا کاروتن، لوتئین، لیکوپن و کریپتوکسانتین هستند. کاروتنوئیدها در نهایت می‌توانند به رتینول متابولیزه شوند. با این حال، همه کاروتنوئیدها نمی‌توانند در بدن انسان به ویتامین A تبدیل شوند. فقط آن دسته از مولکول‌هایی که حاوی حداقل یک حلقه بتا یونون جایگزین نشده باشند، ماهیت پروویتامین A دارند. بدن انسان قادر به تولید ویتامین A نیست و بنابراین باید آن را از طریق رژیم غذایی به صورت ویتامین A از پیش ساخته شده یا به صورت پروویتامین A کاروتنوئید دریافت کرد. بیش از 50 کاروتنوئید پروویتامین A وجود دارد، اما فقط بتا کاروتن، آلفا کاروتن و بتا کریپتوکسانتین به مقدار قابل توجهی در رژیم غذایی انسان وجود دارند.

رتینوئیدها

اشکال مختلف ویتامین A اغلب رتینوئید نامیده می‌شوند و شامل رتینول، رتینال، رتینوئیک اسید و رتینیل استر هستند. همه این ترکیبات محلول در چربی هستند و برخلاف ویتامین‌های محلول در آب، به راحتی در بدن، به ویژه در کبد و بافت چربی تجمع می‌یابند. با توجه به عملکرد چند نمودی رتینوئیدها، سنتز مشتقات مصنوعی اخیرا رواج یافته است. رتینوئیدها را می‌توان به چهار نسل طبقه‌بندی کرد:

• رتینوئیدهای نسل اول

 در طبیعت یافت می‌شوند و شامل رتینول، رتینال، ATRA  (ترتینوئین)، 9-سیس-رتینوئیک اسید (الیترتینوئین) و 13-سیس-رتینوئیک اسید (ایزوترتینوئین) هستند.

• رتینوئیدهای نسل دوم

از نسل اول تولید می‌شوند و اعضای این گروه اترتینات و آسیترتین هستند.

• رتینوئیدهای نسل سوم

شامل آداپالن، تازاروتن و بکساروتن هستند.

• رتینوئیدهای نسل چهرم

تری فاروتن تنها عضو نسل چهارم رتینوئید است و مصرف آن تاکنون فقط در ایالات متحده و استرالیا تایید شده است.

منابع استحصال ویتامین A

کاروتنوئیدها در همه گروه‌های فتوسنتزی، باکتری‌ها، قارچ‌ها و بسیاری از حیوانات شناسایی شده‌اند. بتاکاروتن فراوان‌ترین آن‌ها در رژیم غذایی است و بیشتر از طریق سبزیجات قرمز و نارنجی مصرف می‌شود. در اروپا، بتاکاروتن اغلب از طریق هویج، اسفناج و محصولات گوجه فرنگی تامین می‌شود. بتا کریپتوکسانتین معمولاً از مرکبات و آب مرکبات مختلف گرفته می‌شود. بتا کریپتوکسانتین و همچنین سایر کاروتنوئیدها در گیاهان هم به صورت آزاد و هم به صورت استری شده با اسیدهای چرب (لوریک، میریستیک، پالمیتیک) وجود دارند. خرمالو، فلفل چیلی و فلفل قرمز، پاپایا و انبه از دیگر منابع ویتامین A هستند. یکی از منابع مهم دریافت ویتامین A توسط انسان، نسخه از پیش ساخته شده این ویتامین است که در غذاهای با منشاء حیوانی یافت می‌شود. شیر و فرآورده های لبنی و همچنین گوشت و فرآورده‌های گوشتی بیشترین سهم را دارند و پس از آن‌ها تخم مرغ و ماهی قرار دارند. مقدار رتینول در محصولات لبنی به میزان چربی شیر در محصول بستگی دارد، هر چه محتوای چربی در شیر بیشتر باشد، میزان رتینول بیشتر است.

تولید صنعتی ویتامین A

در سال 1948، اولین کیلوگرم ویتامین A مصنوعی (استات) توسط F. Hoffmann-La Roche تولید شد که نیاز به استخراج این ترکیب حیاتی از منابع طبیعی را از بین برد. از آن زمان، تعدادی از روش‌های شیمیایی در صنعت برای تولید ویتامین A به کار گرفته شده‌اند. از این میان، سه فرآیند امتحان خود را پس داده‌اند و هنوز هم امروزه با تغییرات جزئی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این‌ روش‌ها شامل فرآیند کاملا کاتالیزوری، تولید تخمیری و همچنین بیوسنتز است.

خواص فیزیکوشیمیایی ویتامین A

ویتامین A و مشتقات طبیعی و مصنوعی آن متعلق به دسته‌ای از ترکیبات آلی هستند که از نظر ساختاری شبیه به رتینوئیدها هستند. ساختار مولکول رتینوئید طبیعی از یک گروه سر حلقوی (حلقه سیکلوهگزنیل)، یک زنجیره پلی لن و یک قطب (یا یک گروه غیر قطبی) در قسمت انتهایی تشکیل شده است. علاوه بر این، طیف گسترده‌ای از تغییرات ساختاری رتینوئیدها، کلاس‌های مختلفی از رتینوئیدها را با اثرات بیولوژیکی متنوع ایجاد می‌کنند. سیستم مزدوج در زنجیره پلی لن، ایجاد شده توسط پیوندهای دوگانه کربن کربن متناوب، مسئول رنگ رتینوئیدها و همچنین توانایی آنها برای عمل به عنوان کروموفور است. از دید شیمیایی، رتینول می‌تواند تحت اکسیداسیون به اسیدهای و رتینوئیک و رتینال تبدیل شود. از این منظر، رتینول در دمای اتاق و در حضور هوا ناپایدار است. بنابراین در حضور آنتی اکسیدان محافظ، استخراج و ذخیره می‌شود. علاوه بر این، رتینول می‌تواند با اسیدهای تری کولواستیک، تری کلرید آنتیموان و اسیدهای تری فلورواستیک واکنش داده و مواد رنگی ایجاد کند. در ادامه به شکل موردی به خواص فیزیکوشیمیایی ویتامین A اشاره شده است:

• پودر جامد زرد یا نارنجی
• C₂₀H₃₀O
• جرم مولی: 5 g/mol
• دمای ذوب: 62-64^oC
• دمای جوش: 137-138^oC
• چگالی: 954g/cm³
• نامحلول در ترکیبات قطبی مثل آب و گلیسرول
• محلول در ترکیبات ناقطبی مانند الکل، کلروفرم، اتر و روغن.

بازار جهانی ویتامین A

ارزش بازار ویتامین A در سال 2023 بالغ بر 550 میلیون دلار بود که طبق پیش بینی‌ها تا سال 2029 به 749.2 میلیون دلار خواهد رسید. شرکت‌های زیر از مهم‌ترین تولیدکنندگان ویتامین A در دنیا هستند:

• DSM
• BASF SE
• Lonza Group
• Glanbia Plc 
• Farbest Brands 
• SternVitamin GmbH & Co. K.G
• Adisseo
• BTSA Biotechnologias Aplicadas S.L
• Rabar Pty Ltd
• Archer-Daniels-Midland Company
• Foodchem International Corporation
• Cellmark AB
• CAPTEK Softgel International Inc
• Parkacre
• Kirkman
• Royal DSM
• Thorne
• Jubilant Life Sciences Ltd
• Vertellus Holdings LLC
• Fenchem