Structure and stability of beta-carotene in novel gels based on Deep Eutectic Solvents

Recently there’s been an increasing awareness regarding how a healthy and varied diet can influence positively health and wellness of people, and this has also led to the growth of nutraceutical studies. Most of the food that is consumed daily contains several nutraceutical molecules with potential benefits; however, what limits their therapeutical efficiency is the poor bioavailability. This work is focused on beta-carotene, carotenoid known for its antioxidant power and for being a vitamin A precursor, with the aim of stabilizing its chemical structure and improving its bioavailability through the use of Deep Eutectic Solvents (DESs) and the corresponding gels to avoid degradation during the digestion process. First, the chemical structure of the carotenoid has been studied using solid state Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy and X-ray diffraction, while liquid state NMR has been used to assess the effects of the photodegradation. Lastly, hydrophobic DESs based on menthol/thymol, camphor/menthol and camphor/thymol have been employed to study both the solubility of beta-carotene and the effect of the digestion process, which has been simulated in vitro, considering the conditions of both stomach and intestine. At the beginning, the digestion has been tested directly on DESs loaded with beta-carotene. The results show a small release in the stomach, while a more pronounced presence in the intestine. Then to improve convenience and ease of handling starting from DESs, their gels have been prepared and they have been used in the simulated digestion.

Negli ultimi anni è aumentata sempre di più la consapevolezza di come un’alimentazione sana e varia possa influire positivamente sulla salute e il benessere delle persone, proprio in questo contesto la nutraceutica si sta facendo strada. La maggior parte del cibo che si consuma quotidianamente è ricco di molecole nutraceutiche aventi un potenziale effetto benefico; tuttavia, ciò che limita la loro efficienza terapeutica è la ridotta bio-disponibilità. Questa ricerca si è focalizzata sulla molecola di beta-carotene, carotenoide noto per il suo potere antiossidante e per essere precursore della vitamina A, con l’obiettivo di stabilizzarne la struttura e migliorare la bio-disponibilità attraverso l’impiego di Deep Eutectic Solvents (DESs) e i loro gel limitandone così la degradazione durante la digestione. Si è partiti studiando la struttura chimica del carotenoide utilizzando la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare allo stato solido e la diffrazione a raggi X, la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare è stata impiegata anche allo stato liquido per osservare gli effetti della degradazione luminosa sulla molecola. Infine, sono stati impiegati DESs idrofobici a base di mentolo/timolo, canfora/mentolo, e canfora/timolo sia per studiare la solubilità del beta-carotene che gli effetti della digestione. La digestione è stata simulata in vitro, ricreando le caratteristiche dello stomaco e dell’intestino. Inizialmente la digestione è stata testata direttamente sui DESs caricati con beta-carotene. I risultati mostrano un rilascio limitato nello stomaco, nell’intestino invece la presenza del carotenoide si fa più evidente. Per aumentare la praticità e la maneggiabilità a partire dai DESs si sono preparati i corrispettivi gel, utilizzati poi anch’essi nella digestione.