ルテイン粉末のカプセル化に関する研究

カロテノイドは、その化学構造によってカロテノイドとキサントフィルの2つのカテゴリーに分類される。キサントフィルは、体内で合成されてビタミンaを形成するキサントフィル群のテルペン化合物の一種です#39; 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]。ルテインは主にマリーゴールドに含まれる,卵製品,緑の葉野菜といくつかの果物(表1)。それは、天然の食品着色剤と考えられているだけでなく、,また、さまざまな生物学的活性を有する天然の抗酸化物質[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、ほとんどのアメリカ人は毎日食事から約1 ~ 3 mgのルテインを摂取していますが、1日のルテインの推奨摂取量は6 mgで、彼らのことを示していますルテイン摂取が明確に足りなかった。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、複数の共役二重結合を持つ長鎖疎水性分子であるその分子構造では、化学的に不安定であり、そのような酸性条件、酸素、温度および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]。解決ルテインの弊害水溶性が低く、物理化学的安定性が低く、生物学的利用能が低いなど、多くの研究が行われています。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。

本レビューでは、この限界の理由を分析する利用ルテイン、いくつかのルテイン送達システムの利点と限界を強調し、溶解度を向上させるために、これらの送達システムの現在の研究状況をまとめたバイオアベイラビリティーのルテインそして、ルテイン配送システムの将来の展望を提供します。

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いまた、小腸上皮に吸収されにくく、低い吸収効率とルテインの生物学的利用能をもたらします。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。常用ルテインパッケージシステムリポソーム、ナノ粒子、エマルジョン、マイクロカプセルを含み(図1)、その特徴を表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]。ルテインliposomesルテインをリン脂質二重膜に埋め込まれたエタノール注入法を用いて調製した。このリン脂質二重膜を標的送達小胞として用い、捕捉率は92%であった。しかし、有機溶媒汚染の問題がある[19]。超臨界カウンター溶媒を使用して調製するルテインと水素化大豆レシチンからなるリポソーム有機溶媒汚染の問題を解決することができ、調製プロセスは、最大90%のカプセル化率で、簡単です[20]。同様に、ルテインリポソームも超臨界二酸化炭素(sc-co2)を用いて調製することができる。

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を用いて調製したリポソームでは、減圧過程でリン脂質とルテイン凝集体の再構成が高くなるため、リポソーム内のルテインのカプセル化速度と位置が圧力に依存するルテインのカプセル化率リポソーム(カプセル化率(97.0±0.8)%)において。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ルテインを守る光、熱、phなどのさまざまな保存条件でルテインの損失を低減し、また、ルテインの抗酸化特性を向上させる[23]。

ルテインnano-lipids親水性カチオン性ポリペプチドで修飾されたポリ- l-リジンは、増加した粒子サイズを有し、潜在的に増加しています。ルテインの消化、吸収、利用率も向上します。これはポリリジンが結合するためである静電吸着によるルテインリポソームこれにより、ルテインに対するリポソームの封入率が向上します。さらに、ポリリジンの親水性と生物学的経皮透過性が強く、消化管におけるルテインリポソームの吸収と放出特性を改善し、ルテインの生物学的利用能を向上させることができる[24]。ポリペプチドは、改善に加えて、ルテインナノリポソームに追加された後ルテインのカプセル化と解放の性質また、リポソームの抗酸化活性と抗がん活性を高め、外部環境での酸化からルテインを保護します[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、ナノ粒子ルテインの水溶性12倍にもなります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。

ナノキャリアとして一般的に使用されるタンパク質には、動物由来または動物由来のタンパク質がある植物由来のタンパク質。天然の植物性タンパク質は様々な由来を持ち、一般的に動物性タンパク質より安価で入手しやすく、持続可能で再生可能である。近年、植物由来のタンパク質は動物由来のタンパク質よりも一般的になってきており、天然ナノ粒子の生産に理想的な供給源となっている[31]。トウモロコシグルテンとしても知られるゼインは、広く入手可能で安価で、さまざまなアミノ酸が豊富な天然植物の高分子である[32-33]。生体適合性、生分解性、自己組織化性、骨誘導性に優れていることから、食品や医療などの分野で広く研究されています[34-35]。研究者らは、簡単な抗溶剤沈殿法を用いて、75%エタノール溶液中でゼインがルテインと自己集合して球状ナノ粒子を形成できることを示した。ゼイン含有ルテインナノ粒子は、天然色素ルテインの光分解速度を約80%低下させることができる[36]。しかし、単一のタンパク質から作られたナノ粒子は通常不安定である。ルテインは胃では保護されているが、腸内のプロテアーゼによって分解されやすく、ナノ粒子の構造を損傷させ、ルテインのミセル形成効率を低下させる[37]。したがって、タンパク質ベースのナノ粒子は、通常、安定性とカプセル化効率を向上させるために、他の化合物の層で被覆する必要がある。

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]。

ゼインに加えて、いくつかの異なるソースのタンパク質がasとして使用されているのためルテインなど米タンパク質牛血清アルブミンイネタンパク質は、高い生物学的効力、低いアレルゲン性、高い消化性、高いアミノ酸含有量などから、良質で栄養価の高い天然植物タンパク質として知られています。xu yuら[41]は、天然のイネタンパク質を原料として、イネのプロテアーゼ加水分解酵素であるカルボキシメチルセルロースナノキャリアを開発し、脂溶性の生理活性分子ルテインを封入することに成功した。このシステムは、ルテインを効果的に保護し、安定性を高め、胃のルテインの放出を効果的に遅らせ、小腸の放出を促進し、乳癌細胞の増殖を抑制し、細胞の吸収を促進する。hou huijingら[42]は、ウシ血清アルブミンを用いて、ウシ血清アルブミン-デクストラン-ルテインナノ粒子を調製したルテインの貯蔵安定性カプセル化率は95%で、細胞内での抗酸化活性も良好です。

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]。

30.00%で形成されたルテインマイクロエマルジョンの負荷容量medium-chain、中性脂肪(一緒)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]。

ルテインmicroemulsions界面活性剤としてtween-80を、副界面活性剤として無水エタノールを相逆転乳化法で調製した。この方法は、通常のエマルジョンの熱力学的不安定性を克服し、ルテインの水溶性を向上させることができ、実際の食品製造に使用することができます[48]。しかし、マイクロエマルション形成の過程で大量に使用される界面活性剤と副界面活性剤は、マイクロエマルションの毒性を増大させる。また、食品加工の過程で、マイクロエマルション構造が水相で希釈され、各種の成分が添加されて破壊され、マイクロエマルションの相転移が起こる。ルテインのカプセル化に加えて、マイクロエマルションはtoの抽出剤としても使用できますマリーゴールドからルテインを抽出する、徐々に新しい方法になりますルテイン抽出.

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、乳清プロテイン単離、ドデシルトリメチルアンモニウム臭化から形成される多層エマルジョンも改善することが示されている安定ルテイン[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。一部の研究者は、レスベラトロールとグレープシードオイルをカセイン・グルカンメイラール共有結合体から調製されたナノエマルジョンに添加すると阻害効果があることを発見しているルテイン劣化また、異なる温度でルテインが変色し、ルテインの化学的安定性を効果的に向上させます。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。保管の31日後、,ルテインの定着率は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とcanを安定化させるルテインの分解を抑制する[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。使用されているエマルジョンの種類を表3にまとめました配達ルテイン特性。

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]。多くの研究がそれを示しているmicroencapsulationのルテインルテインの水溶性と安定性を向上させ、ルテインの放出を制御することができます[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(などオリゴ糖などマルトデキストリン、ヒアルロン酸、デンプン)は、その低コスト、高い溶解性、低粘度、抗酸化特性から、最も一般的に使用されています[75]。zhang lihuaら[76]ルテインを変性デンプンとショ糖マトリックスに均一に分散させ、コーンスタデンプンでコーティングした。ルテインマイクロカプセルは噴霧乾燥技術を用いて調製された。調製されたルテインマイクロカプセルは直接溶解することができる水にルテイン均一な液体を形成するために、ルテインの溶解度および貯蔵安定性を向上させ、ルテインの生物学的利用能を増加させる。相対的な生物学的利用能も139.1%に達した。

ding zhuangら[77]3種類の多糖類(トレハロース、イヌリンおよび修飾デンプン)およびそれらの組み合わせは、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する。研究は、その最大値を示したマイクロカプセルとイヌリンのカプセル化速度また、デンプンを複合埋込材料として修飾すると(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。ク小英ら[72]は、アラビアゴムとゼラチンをマイクロカプセルの壁材として使用した。マイクロカプセルルテインコーティング準備coacervationにより、光、温度、および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ました。zhao tongら[79]は、異なるルテインマイクロカプセル(レシチンルテインマイクロカプセルとマイクロカプセルcasein-luteinコーティング)と温度の影響を研究,ルテインの安定性に光とph。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、開発にもいくつかの欠点がありますルテインパッケージシステム。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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