ルテイン粉末のカプセル化に関する研究

カロチノイド色素 are divided into two categories based on their chemical structure: carotenoids とxanthophylls. Xanthophylls are a type of terpene compound in the xanthophyll group[1] that can be synthesized in the body to form vitamin A. They are also the main pigment in the macular region of the human eye' s網膜いる[2]。人体はキサントフィルを自力で合成することはできず、体内のキサントフィルの大部分は食事摂取によるものである[3]。ルテイン is found mainly in marigolds, egg products, green leafy vegetables and some fruits (Table 1). It is not only considered a natural food coloring agent, but also a natural antioxidant with a variety of biological activities [4].

ルテインは紫外線に効果的に抵抗し、青色光による網膜色素上皮(rpe)細胞の損傷を防ぎ、加齢黄斑変性(amd)[5]、心血管・脳血管疾患、がん[6]などのさまざまな疾患の発生を防ぐことができます。統計によると、多くのアメリカ人は食事から1 ~ 3 mgのルテインを摂取していますが、1日の推奨ルテイン摂取量は6 mgで、明らかに不足しています。平均的なルテイン摂取量を増やすために、ルテイン含有機能性食品またはサプリメントを提供すべきである[7]。

ルテインは、その分子構造に複数の共役二重結合を持つ長鎖疎水性分子であるため、化学的に不安定で、酸性条件、酸素、温度、光などの要因に敏感です。そのため、食品の加工、貯蔵、輸送、応用の過程で化学的、機械的、物理的要因の影響を受けやすく、生物活性や製品の品質が低下する[10]。ルテインの弱点である水溶性、物理化学的安定性、生物学的利用能の低さについては、多くの研究が行われてきました。現在、ルテインを輸送するための輸送システム(リポソーム、ナノ粒子、エマルジョン、マイクロカプセルなど)の利用に関する研究が食品・医療分野で行われている。

この书评は理由を解析ルテインの利用は限られているのに、ハイライトの利点と限界を克明に数ルテイン配信システムによる現在の研究結果の地位や運搬システム溶存量を改善しバイオアベイラビリティールテインのルテインの未来への発展観を提供するな問いです

1ルテインのアプリケーションの制限事項

ルテインは、ヒトの口から咀嚼や酵素の作用によって大量に消化管に放出され、食物脂肪、膵液、胆汁の助けを借りてヒトの消化管全体に分散している。小腸で形成されるミセル混合期に溶解し、その後上皮細胞に直接吸収され、最終的にリポタンパク質にパッケージングされて血流に輸送されます[11-12]。しかし、ルテインは溶解度が低く、小腸上皮に吸収されにくいため、吸収効率が低く、生物学的利用能も低い。ルテインは構造的に非常に不安定で、異性化、分解、酸化を起こしやすい。ルテインを含む食品をフライパンやベーキングなどの極端な環境にさらすと、ルテインの含有量や活性が低下する[13-14]。したがって、ルテインの生物学的利用能は、主に食品マトリックス[15]、脂質[16]、食品加工方法[17]などの影響を受ける。

2パッケージ技術

食品や医薬品の研究分野では、光や温度、phなどの外部環境に敏感な機能性活性物質(ルテインなど)をカプセル化して水溶性を向上させ、安定性を高め、送達や放出を制御し、バイオアベイラビリティを向上させることがよく行われています。一般的に使用されているルテインのカプセル化システムには、リポソーム、ナノ粒子、エマルジョン、マイクロカプセルなどがあり(図1)、その特性を表2に示す。

2.1 Liposomes

リポソームは球状またはほぼ球形の小胞で、通常は1つ以上のリン脂質二重膜またはラメラからなる二重膜構造を持つ。親水性を持ち、親水性物質と親油性化合物の両方をカプセル化することができます。また、水性相および膜内のリン脂質上に親水性剤をカプセル化することもできる。そのため、生体適合性、持続的な遊離性、標的性に優れ、生体活性物質を封入し、光などの環境下での分解を抑制することができる[18]。Lutein liposomes were prepared using the ethanol injection method, in which lutein was embedded in the phospholipid bilayer. のphospholipid bilayer was used as a vesicle for targeted delivery, with an entrapment rate of 92%. However, there is a problem of organic solvent contamination [19]. The use of supercritical counter solvent to prepare liposomes composed of lutein and hydrogenated soy lecithin can solve the problem of organic solvent contamination, and the preparation process is simple, with an encapsulation rate of up to 90% [20]. Similarly, lutein liposomes can also be prepared using supercritical carbon dioxide (SC-CO2).

他の方法と比較して、sc-co2は環境に優しく、穏やかな動作条件を持っています。SC-CO2が用いられるliposomes心に、パッケージ率でのルテインの位置liposome圧力依存してしまい、直属司直チームの脂質とルテイン材を使用の伸張過程でパッケージ率の高いルテインで結果liposome(パッケージ−レート(97.0±0.8)%)。[21]しかし、リポソームは熱力学的に不安定な系である。物理的・化学的安定性の面では、核融合、凝集、リン脂質の加水分解、貯蔵中の酸化などの問題が生じやすく、貯蔵条件が厳しすぎる[22]。

しかし、リポソームは熱力学的に不安定な系であり、貯蔵中に核融合、凝集、リン脂質の加水分解、酸化などの問題が発生しやすく、貯蔵条件の要求が高い[22]。ナノリポソーム技術は、これらの問題を解決することができます。生体活性物質の溶解性および生物学的利用能、ならびにin vitroおよびin vivoの安定性を向上させることができます。また、ルテインの放出を保護し制御するための最も広く研究されているカプセル化システムの1つでもある。例えば、卵黄レシチンとコレステロールを膜材料として調製したナノ脂質は、ルテインを保護し、ナノ脂質内に均一に分布させ、光、熱、phなどのさまざまな保存条件でのルテインの損失を低減させ、さらにルテインの抗酸化特性を向上させることができる[23]。

Lutein nano-lipids modified with the hydrophilic cationic polypeptide poly-L-lysine have an increased particle size and and the potential is increased. The digestion, absorption and utilization rate of lutein is also improved. This is because the polylysine binds to the lutein liposome through electrostatic adsorption, which improves the encapsulation rate of the liposome for lutein. In addition, the hydrophilicity and biological transdermal penetration of the polylysine are strong, which can improve the absorption and release properties of the lutein liposome in the gastrointestinal tract, thereby improving the bioavailability of lutein [24]. After the polypeptide is added to the lutein nanoliposome, in addition to improving the encapsulation and release properties of lutein, it can also improve the antioxidant activity and anticancer activity of the liposome, protecting lutein from oxidation in the external environment [25].

2.2ナノ粒子

ナノ粒子送達システムとは、制御放出の目的を達成するために、ナノ粒子を使用して生体活性成分をカプセル化して送達することを指す[26]。ナノ粒子はサイズが小さく、安定性が高く、高い薬物負荷率を運ぶことができる。不安定栄養素をナノ粒子担体に封入することで、食品の加工・貯蔵時の損失を減らすことができる。そのため、ナノ粒子を作製することは、食品、医薬品、化粧品業界で物質を輸送するための一般的かつ効果的な方法である[27]。ナノキャリアは、多糖ナノ粒子、タンパク質ナノ粒子、複合ナノキャリアが一般的である。

ナノキャリアの調製に最も一般的に使用される多糖類の1つがキトサンである。キトサンがコーティングされたナノ粒子は、細胞膜の透過性を促進し、それによって腸上皮の吸収を促進することができる。また、広く入手可能で低コストであるため、活性物質を封入する理想的な壁材料としても使用できます[28]。洪ら(29)準備*アミン・・γ-polyglutamic酸向上させることができるルテインの溶解水ナノ粒子12回という点がunencapsulatedルテイン。toragallらは、イオノゲル法を用いてキトサン-オレイン酸-アルギン酸ナトリウム複合ナノキャリアを作製した[30]。これは、ルテインの溶解度を向上させるだけでなく(遊離ルテインの1,000倍)、熱的安定性と生物学的利用能を向上させた。急性および亜急性毒性試験では、高濃度(ld50 >100 mg/kg mb)でも毒性は認められなかった。

Proteins commonly used as nanocarriers include proteins of animal origin or proteins of plant origin. Natural plant proteins come from a variety of sources, are generally cheaper and more readily available than animal proteins, and are sustainable and renewable. Natural plant proteins have become more popular than animal proteins in recent years, and are therefore an ideal source for the production of natural nanoparticles [31]. Zein, also known as corn gluten, is a natural plant macromolecule that is widely available, inexpensive, and rich in a variety of amino acids [32-33]. It has been widely studied and applied in fields such as food and medicine due to its good biocompatibility, biodegradability, self-assembly properties, and osteoinductivity [34-35]. Researchers have used a simple anti-solvent precipitation method to show that in a 75% ethanol solution by volume, zein can self-assemble with lutein to form spherical nanoparticles. Zein-loaded lutein nanoparticles can significantly reduce the photodegradation rate of the natural pigment lutein, with an encapsulation rate of about 80% [36]. However, nanoparticles made from a single protein are usually unstable. Lutein is protected in the stomach, but is easily degraded by proteases in the intestine, which damages the structure of the nanoparticles and reduces the micelle formation efficiency of lutein [37]. Therefore, protein-based nanoparticles usually need to be coated with a layer of other compounds to improve stability and encapsulation efficiency.

最近では、コロイドの安定性を向上させるために、ガム、アルギン酸ナトリウム、カラギーナンなどの多糖類を用いてゼキサンチン粒子を安定化させている。しかし、これらの多糖類は、水中での溶解性が低く、室温でも粘度が高いため、用途が制限される可能性がある。ダイズ多糖類は、常温で水溶性に優れ、低粘度の天然アニオン多糖類です。ゼアキサンチンナノ粒子を安定化させ、コロイド安定性を向上させることができる。比べて純粋なzeaxanthinナノ粒子大豆多糖類のコーティングは、光と酸素を遮断する物理的なバリアとして機能し、ルテインを分解から保護します。また、胃や腸でのプロテアーゼによるゼアキサンチンの加水分解を妨げることもある。その結果、ゼキサンチン/大豆多糖複合ナノ粒子の水溶性、化学的安定性、ph安定性、食塩安定性が大幅に向上した[38]。ゼアキサンチン粒子を安定化させる多糖類に加えて、いくつかの低分子界面活性剤はコロイド安定性を向上させることができる。例えば、茶サポニンやイナゴと組み合わせると、ナノ粒子のカプセル化率は90%以上になり、水溶性はルテイン単独の約80倍になります。安定性と生物学的利用能も大幅に向上し、界面活性剤とルテインの添加により、ゼインの二次構造が変化した[39-40]。

In addition to zein, some proteins from different sources have been used as carriers for lutein, such as米タンパク質 and bovine serum albumin. Rice protein is recognized as a high-quality and nutritious natural plant protein due to its high biological potency, low allergenicity, high digestibility and high amino acid content. Xu Yu etアル[41] used natural rice protein as a raw material to develop a rice protease hydrolysate-carboxymethyl cellulose nanocarrier to encapsulate the fat-soluble bioactive molecule lutein, successfully constructing a food delivery system for lutein. This system can effectively protect lutein, improve its stability, and also effectively slow the release of lutein in the stomach, promote its release in the small intestine, inhibit the proliferation of breast cancer cells and promote cell absorption. Hou Huijing etal. [42] used bovine serum albumin to prepare bovine serum albumin-dextran-lutein nanoparticles, which can also improve the storage stability of lutein, with an encapsulation rate of 95%, and have better antioxidant activity in cells.

2.3乳剤システム

従来のエマルジョンは、オイルと水の相を混合し、乳化剤を追加して均質化することによって製造されます。物理的安定性が低く、極端な環境(冷却、加熱、高いイオン強度、極端なph)ではdemulficationしやすくなります。これらの問題を解決するために、マイクロエマルジョン、マルチプルエマルジョン、ナノエマルジョン、ピッカリングエマルジョンなど、構造や特性の異なるさまざまなエマルションシステムが開発されている。

2.3.1 Microemulsions

マイクロエマルジョンは少なくとも3つの成分からなる:非混和相、極性相、界面活性剤である。場合によっては、追加の成分(例えば共界面活性剤)が必要になります。これらの成分は、無色透明(または半透明)で低粘度の安定な熱力学系を適切な割合で形成する[43-44]。マイクロエマルジョンの調製には、従来のエマルジョンよりも高い界面活性剤濃度が必要ですが、調製プロセスは簡単です。また、食品成分の消化性を改善し、酸化に抵抗し、細菌を抑制する効果があるため、疎水性物質をカプセル化し、消化管の生物学的利用能を向上させるために広く使用されています[45]。食品グレードの非イオン性界面活性剤(tween-80)を用いて調製されたマイクロエマルションは、飲料中のルテインおよびゼキサンチンを効果的に封入し、生物学的利用能を向上させることが示されている[46]。

The loading capacity of the lutein microemulsion formed with 30.00% medium-chain triglycerides (MCT)ポリオキシエチレン水素化ヒマシ油(cremophor rh40) 41.37%、ポリエチレングリコール400 (peg-400) 28.63%は1 mg/gであった。基本的に10分以内に溶解し、溶解率は67%程度である。しかし、負荷量は少なく、酸性環境下では分解しやすいため、さらなる研究が必要である[47]。

Lutein microemulsions were prepared using Tween-80 as the surfactant and anhydrous ethanol as the co-surfactant using the phase inversion emulsification method. This method can overcome the thermodynamic instability of ordinary emulsions, improve the water solubility of lutein, and can be used in actual food production [48]. However, the large amount of surfactant and co-surfactant used in the process of microemulsion formation increases the toxicity of the microemulsion. In addition, during the food processing, the microemulsion structure will be diluted by the aqueous phase and destroyed due to the addition of various ingredients, causing phase transition of the microemulsion. In addition to encapsulating lutein, microemulsion can also be used as an extractant to extract lutein from marigolds, gradually becoming a new method of lutein extraction.

2.3.2複数のemulsions

複数のエマルジョンは、エマルジョンの分散した相には、それと混和しない別の相の液滴も含まれる複雑な三相システムです[49]。複数のエマルジョンには、油中油(o / w / o)や水中油(w / o / w)[50]など、多くの種類があります。従来のエマルションが埋め込まれると漏れが発生し、埋め込み率が低くなることがよくあります。マルチエマルションは、従来のエマルションと比較して埋め込み率が高く、異なる親和性の物質を同時に埋め込むことができます。食品、医薬品、化粧品などの分野で広く使用されています[51]。例えば、静電層ごとの積層アセンブリ技術を使用して、ホエイタンパク質分離体、キトサン、リンシードガムを使用して、異なる界面層を持つルテインエマルションを形成しました。2層および3層乳剤の物理的および化学的安定性は、1層乳剤よりも有意に良好であった[52]。魚のゼラチン、乳清プロテイン、ドデシルトリメチルアンモニウム臭化から形成された多層エマルジョンも、ルテインの安定性を改善することが示されている[53]。

2.3.3 Nanoemulsions

ナノエマルジョンは、平均粒子サイズが50 ~ 200 nmの熱力学的に不安定な系です[54]。ナノエマルジョンは、通常、油中水(w / o)、水中油(o / w)、またはbicontinuous (b . c)に分類されます[55]。ナノエマルジョンは、従来のエマルジョンと比較して粒子サイズが小さく、保管中に沈殿しにくく、システム内での凝集を防ぐことができます。そのため、研究者はナノエマルジョンを用いて有効成分をカプセル化し、その物理的および化学的安定性および生物学的利用能を向上させています[56]。カセイン酸ナトリウムを乳化剤として高圧均質化したルテインナノミルは、著しいフリーラジカル除去活性を示し、4°cで30日間保存した後も物理的に安定し、ルテインの化学的分解速度を効果的に低下させた[57-58]。タンパク質は乳化剤としては優れていると考えられていますが、一般的にphの変化や高温、高いイオン強度などに敏感で、等電点付近では溶解度が低くなります。

この問題を解決するために、gumusらは、乳化剤としてカセイン・グルカン・メイラード複合体を有する乳剤がph 3 - 7および異なる温度でルテインを良好に保護することを発見した[59]。これは、グルカンが強い立体障害を与え、メイラード複合体がルテインの消化に影響を与えないためである。

caballeroらは、乳化剤としてエンドウ豆のタンパク質-デキストランメイラード複合体を用いたルテイン乳剤を開発した[60]。カセイン・デキストラン・メイラール錯体と比較して、イオン強度や貯蔵温度が異なると物理的安定性が向上するが、ルテインの退色を抑制することはできない。カセイン・グルカン・メイラール共有結合体から調製したナノエマルジョンにレスベラトロールとグレープシードオイルを添加すると、異なる温度でルテインの分解と変色を抑制し、ルテインの化学的安定性を効果的に向上させることができることを発見した研究者もいる。レスベラロールは抗酸化作用が強く、グレープシードオイルには内因性抗酸化物質が含まれているため、ルテインの化学的安定性がさらに向上する[61]。しかし、現在のところ、ナノエマルジョンの応用は限られています。その理由の1つは、ナノエマルジョンの熱力学的特性が不安定であり、加熱によってその安定性が損なわれることである。熱力学的不安定性に加えて、ナノエマルジョンの工業的応用は、生産コスト、毒性およびその他の要因によっても制限されている[62]。したがって、ナノエマルジョンの熱安定性を向上させるためには、さらなる研究が必要である。

2.3.4ピグモンemulsions

ピッカリングエマルジョンは、界面活性剤ではなく乳化剤として固体粒子によって安定化されるエマルジョンです[63]。これらの固体粒子は、明確に定義された粒子サイズ分布を有し、油と水の間の界面エネルギーを低減することができ、安定したピカリング乳剤の生成に役立ちます[64]。従来のエマルジョンと比較して、ピッカリングエマルジョンは、低毒性、高い抗凝固安定性、高い貯蔵安定性の利点を持っています。同時に、生物活性成分をカプセル化し、成分の放出を保護、伝達、制御することもできます。これらは、食品および製薬業界で幅広い用途があります[65-67]。現在、ピッカリングエマルジョンを安定化させるために一般的に使用される固体粒子は、多糖類、タンパク質、複合粒子である。li songnanら[68]は、油相の体積分率を調整することで、異なる界面活性とエマルション構造を持つピッカリングエマルションゲルを構築した。ピッカリングエマルションゲルは、オクテニルコハク酸キノアデンプン(osqs)で作られ、ルテインを供給するために使用されました。31日の保管後、ルテインの保管率は55.38%に達した。

SuJiaqiら【69】昔、β-lactoglobulin-gumアラビア語は素粒子安定板ルテイン引き渡しますとして調製したピカリング乳剤は凝集・凝固に強く、化学的に安定していた。12週間の貯蔵の後、ルテインの91.1%はまだ保持されていた。タンパク質は多糖類に結合するだけでなく、egcg(エピガロカテキンガレート)と非共有結合性相互作用を介してタンパク質ベースの複合粒子を形成することもある。複雑な粒子はピッカリングエマルジョンを安定化させ、ルテインの分解を抑制することができる[70]。

近年、タンパク質や多糖類などの食用固体粒子は、毒性が低く、環境に優しい、安定性が高いなどの理由で広く利用されていますが、一定の限界があります。濡れ性、粒子サイズ、表面粗さを改善するためには、加水分解、加熱、配合などの方法が必要です。さらに、カプセル化に使用されるルテインの生物学的利用可能性を改善するためのピッカリングエマルションの使用に関する研究はほとんどない。そのため、良好な両親媒性と食用性を有する新規固体粒子を用いたピッカリングエマルジョンの調製や、ルテインの生物学的利用率を向上させるピッカリングエマルジョンの使用に関する研究が依然として必要である。ルテイン送達に使用されるエマルジョンの種類と特性を表3にまとめました。

マイクロカプセル2.4コーティング

マイクロカプセルは、敏感な、揮発性または反応性の固体または液体を囲むフィルム形成材料で作られた微小粒子です。安定性を保護し、天然の有効成分の放出を遅らせるなど、幅広い用途に使用されています。しかし、環境汚染やコア材料の放出時間が長いなどの欠点があります[71]。多くの研究により、ルテインのマイクロカプセル化は、ルテインの水溶性と安定性を改善し、ルテインの放出を抑制することが示されている[72-73]。

マイクロカプセル化方法の中で、スプレー乾燥技術は、高い生産性、低エネルギー消費、短い開発サイクル、および良好な柔軟性の利点を有する。何十年もの間、食品業界で最も重要なマイクロカプセル化方法の1つになっています[74]。スプレー乾燥マイクロカプセル化プロセスでは、マイクロカプセル壁材料の選択が重要です。マイクロカプセル壁材料の様々な種類の中で、多糖類ポリマー(などオリゴ糖など, maltodextrin, hyaluronic acid and starch) are the most commonly used due to their low cost, high solubility, low viscosity and antioxidant properties [75]. Zhang Lihua et al. [76] dispersed lutein evenly in a modified starch and sucrose matrix, and then coated with corn starch. The lutein microcapsules were prepared using spray drying technology. The prepared lutein microcapsules can directly dissolve lutein in water to form a uniform liquid, which improves the solubility and storage stability of lutein and increases the bioavailability of lutein. The relative bioavailability also reached 139.1%.

ding zhuangらは[77]3種類の多糖類(トレハロース、イヌリン、変性デンプン)とそれらの組み合わせを選択し、3因子3レベル実験を用いてルテインマイクロカプセルを調製した。その結果、イヌリンと変性デンプンを複合埋め込み材料として用いたマイクロカプセルのカプセル化率は最大で80.0±0.6 %となり、安定性も大幅に向上した。多糖類ポリマーに加えて、マイクロカプセルの壁材料には、良好な生分解性と互換性を有するタンパク質ポリマー(例えば、タンパク質やゼラチンなど)が含まれている[78]。

近年、適切なタンパク質壁材料の選択や、タンパク質の配合と修飾が研究のホットスポットとなっている。qu xiaoyingら[72]は、マイクロカプセルの壁材料としてアラビアゴムとゼラチンを用い、コアセルvationでマイクロカプセルを調製し、光、温度、相対湿度に対するルテインの安定性を向上させるために調製条件を最適化した。zhao tongら[79]は、異なるルテインマイクロカプセル(ルテインマイクロカプセルとルテインマイクロカプセル)を調製し、ルテインの安定性に対する温度、光、phの影響を調べた。その結果、カセイン・ルテインマイクロカプセルは安定性が高く、天然のルテインよりも腸のcaco-2細胞に吸収されやすいことが示された。

3結論

近年では、生理とルテインの機能的な活動広く研究されています適切な量のルテインを摂取することは、目の健康に寄与するだけでなく、心血管疾患の予防や脳の発達を促します。ルテインはまた、天然の食品着色剤であり、抗酸化剤です。しかし、ルテインの水溶性、化学的安定性、生物学的利用能の低さは、食品への応用を制限していた。しかし、様々なカプセル化システム(リポソーム、ナノ粒子、エマルションシステム、マイクロカプセルなど)は、ルテインのカプセル化、送達および放出を改善し、人体における生物学的利用能を高めることができる。

しかし、ルテインのカプセル化システムの開発にはいくつかの欠点もあります。例えば、天然着色剤であるルテインの色の問題があり、ルテインを含む製品の化学的劣化速度を考慮する必要があります。また、高コスト、工業生産の難しさ、ナノスケールのカプセル化システムの安全性など、いくつかのカプセル化技術には問題がある。また、ルテインの消化・吸収・代謝に関する研究はほとんどなく、ルテインの吸収・代謝における輸送系の違いによる役割の解明が求められている。したがって、今後のトレンドは、大規模工業生産のための経済的に実行可能なルテイン送達システムの研究、ナノスケールのカプセル化システムの安全性、消化吸収機構、天然食品グレードのポリマー(タンパク質や多糖類など)からの埋め込みシステムの開発に焦点を当てている。

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