クルクミン粉末のマイクロカプセル化技術に関する研究

クルクミノイド(curcuminoid)は、ウコンの植物であるクルクマ・ロンガ(curcumのlonga)の根茎部分から精製される化合物である。主な成分はクルクミン(cur)、デメトキシクルクミン(dmc)、ビスデメトキシクルクミン(bis-dmc)であり、それぞれ60% ~ 75%、10% ~ 27%、5% ~ 15%である。クルクミンは活性物質として、抗酸化作用[1-4]、抗炎症作用[5-9]、抗がん作用[10-15]など、さまざまな作用を持つ。また、ウコンは人類の長い発展の歴史の中で、古くから薬用として記録されてきました。例えば、インドの医学書アーユルヴェーダは、「人生のスパイス」と呼ばれ、中国'の偉大な薬理学本草の古典的な大要はまた、ウコンなどの心の痛み、腹痛、傷を治療するために使用することができることを記録しました。このことは、クルクミンが食品、医薬品、日用化学品などの分野で幅広い応用が期待できることを示しています。

しかし、クルクミンがis easily degraded によってlight, heat, oxygen, acid とalkali, とthese problems limit its applicatiにとscope のuse. のmicrocapsule is a spherical particle with a diameter の50 nm に2 mm that contains a core material, or のcore material is dispersed でa wall material matrix. At present, microパッケージtechnology has been widely used でthe delivery systems of active substances, which can improve the light, heat, oxygen, and acid-base 安定of active substances, and also has a certain controlled-release effect during in vivo and in vitro digestion processes [16]. Therefore, クルクミンがmicroencapsulationtechnology is a good way to improve the application effect of curcumin and broaden its scope of application. Therefore, this paper describes the physicochemical properties, in vivo metabolic processes and biological activities of curcumin, and focuses on a review of the microencapsulation technology of curcumin.

1クルクミンの概要

1.1クルクミンの構造と物理化学的性質

クルクミンが[1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione] is a bis-ferulic acid compound with the molecular formula C21H20O6 and molecular weight 368.37 g/mol. Its melting point is 179–183 °C, and its chemical structure is a β-diketone with an o-methoxyphenol group attached to each end (see Figure 1). The transfer of hydrogen atoms on the β-diketone gives curcumin a keto-enol tautomer (see Figure 2). Under slightly acidic and neutral conditions, curcumin exists in the keto form, while under alkaline conditions, it exists in the enol form [17-19].

Curcumin is an orange-yellow crystal that has been used in food processing as a natural pigment. It is red when the pHis <1, yellow when the pHis 1–7, and orange-red when the pH is >7.5 [20]. Curcumin is very insoluble in water, with a solubility of about 11 ng/mL[21]. Its low solubility is mainly due to its highly hydrophobic structure and crystalline nature. When curcumin exists in a crystalline state, it forms intermolecular and intramolecular hydrogen bonds [22], which inhibit the solubility of curcumin in water. However, it is easily soluble in organic solvents such as methanol, ethanol, acetone and dimethyl sulfoxide.

ウコンエキスis unstable; it begins to degrade at 70 °C, and about 32% of it degrades after 20 minutes at 70 °C[23]. It is also sensitive to light, and under light conditions, the β-diketone loses two hydrogen atoms to form small molecule phenolic compounds such as vanillic acid, vanillin, ferulic acid, ferulic aldehyde, etc. [24], or undergo demethoxylation and keto-enol isomerization to form by-products such as diketones and methanol, acetate, etc. [25]. At present, most scholars believe that curcumin is extremely unstable under alkaline conditions, decomposing to produce substances such as ferulic acid, ferulic acid methyl ester, and vanillin, and turns yellow or brown. It is more stable under acidic and neutral conditions [20, 26-27], which may be related to its conjugated diene structure [26]. However, some scholars believe that curcumin is more unstable under acidic conditions, and its degradation rate is about 20 times higher than that under neutral or alkaline conditions [28].

1.2クルクミンの生物学的活性

1.2.1抗酸化

クルクミンはフェノール鎖を破壊する抗酸化物質である。その抗酸化作用は、主に活性酸素種(ros)を除去し、抗酸化酵素および第ii相代謝酵素の活性を抗酸化経路の誘導因子として増強することによって達成される[29]。

ゴミ舍ロスクルクミンがの活動については、学者はこれに水素の游离フェノールグループ[−32と3]によるものではないという主張もあるなどの游离によって中央メチレンウッソプの水素结合β-diketone[33]構成について説明する。郭ら[1]では、空白制御に比べクルクミン酸化の後の人の角膜内皮細胞の処遇誘導ストレスセル生存増え、内ロス制作減少し、中心クルクミンが著しく強まっの表情核書き起こし要因细胞は非常に(NF-κB)れて、Keap1 / Nrf2 /らは経路超酸化物イオンdismutase 1およびヘム酸素添加酵素1生産、これにより、ヒト角膜内皮細胞の抗酸化能力を高める。dengら[34]は、クルクミンおよびその類似体が、遊離ラジカルによる赤血球の酸化的溶血を効果的に阻害することを発見した。momeniらは[4]、ヒ素ナトリウムの腎毒性に対するクルクミンの保護効果を評価した。クルクミンは、抗酸化物質として、腎臓組織の糸球体および近位尿細管に対する砒素ナトリウムの悪影響および血清の抗酸化能力を減速または防止することができる。raiらによる研究[2]では、クルクミンは、口腔の粘膜下線維症の治療において抗酸化剤と同等であり、患者を有意に改善させた#39の口の開口部、辛い食べ物を食べるときの灼熱感、および舌乳頭。

1.2.2消炎

炎症は体です&#刺激に対する39の防御的応答。それは免疫システムの重要な部分です'の恒常性を維持する機能、および肥満、糖尿病、慢性閉塞性肺疾患およびアテローム性動脈硬化症などの多くの慢性疾患に関連している[7]。クルクミンが炎症を抑えの増殖を抑えることで炎症アジャスターのと核書き起こし要因(NF -κB)動作の極大化を図るあるグルココルチコイドが(35)。例えば、クルクミンは、nlrp3インフラマソームの活性化を防ぐためにsirt1を上昇させることによって炎症を軽減し、それによって急性肺炎から保護することができる[9]。体外炎症誘発型モデルで腫瘍壊死要因α(TNF -α)(人間胎盤、内臓脂肪組織と皮下脂肪脂肪組織)、クルクミンが著しく抑制される炎症アジャスターの(interleukins 1 a, 1 b、6)し消炎の表現すすめるcytokines interleukins 4および3にある。したがって、クルクミンは炎症誘発性妊娠合併症の治療介入として使用されることが期待される[9]。クルクミンが炎症応答down-regulating短縮しレベルの炎症のアジャスター(TNF -αinterleukin-1β17、トランスフォーミング成長因子-β)ネズミの関節collagenous関節炎の表現を阻害するcyclooxygenase(剤)も阳诱アポトーシスをれるマクロファージ・コロニー効果を狙うcollagenous関節炎[6]。

2・3位をAnti-tumor

クルクミンは、主に腫瘍細胞のアポトーシスを誘導し、腫瘍の浸潤および転移を阻害し、腫瘍細胞の薬剤耐性を逆転させることによって抗腫瘍効果を発揮する[36]。例えば、クルクミンは網膜芽細胞腫におけるmir-99aの発現を増強してjak / stat経路を遮断し、それによって細胞の悪性腫瘍を阻害する[10]。クルクミンはakt / mtor経路を阻害することによって神経膠芽腫の増殖を阻害する[11]。クルクミンは、ヒト結腸がん細胞のプロテインキナーゼ(細胞外調節プロテインキナーゼ、erk)のリン酸化を阻害し、下流のerkシグナルc-mycとcyclin d1を抑制する。g0 / g1細胞の割合が増加すると、大腸がん細胞の細胞周期が阻害され、アポトーシスが誘発される[13]。さらにxuら[12]では、cd44は結腸がん細胞表面の一般的なマーカーの1つであり、クルクミンはcd44の発現を低下させ、結腸がん細胞の増殖、遊走および腫瘍球形成を阻害することができる。したがって、クルクミンはcd44を標的とする大腸がん補助療法薬である可能性がある。

1.2.4その他の生物学的活動

上記の抗酸化、抗炎症および抗腫瘍機能に加えて、クルクミンは他の様々な機能活性を持っています。例えば、ヘリコバクター菌の増殖が抑えを大幅にクルクミンが濃度が200以上μmol / L [37];クルクミンが代謝障害糖尿病改善できる血糖値の調節と脂血症予防に有効β改善位だい機能下インスリン抵抗性をを血糖値を下げる効果[38];クルクミンはまた、脂肪細胞のリガンドに結合し、脂肪細胞の分化を阻害し、肥満を予防する可能性がある[39]。このことから、クルクミンは大きな開発の可能性を持つ生物活性物質であることがわかります。

1.3吸収,クルクミンの代謝および生物学的利用能

1.3.1吸収と代謝

ホルダーら[40]がラットにおけるクルクミンの代謝物を初めて研究・報告した1978年以来、国内外の多くの研究者がクルクミンに関する一連のin vitroおよびin vivo代謝研究を行ってきた。

The main metabolic pathways of curcumin in vivo include phase I reduction metabolism and phase II conjugation metabolism [41] (see Figure 3), as well as degradation, auto-oxidation and catalytic oxidation of curcumin. Curcumin I-phase reductive metabolism is a NADPH-dependent stepwise hydrogenation process of the four double bonds in the β-diketone structure [42]. This process is mainly catalyzed によってcytochrome P450 and alcohol dehydrogenase in the cytoplasm of liver and small intestine cells [43]. The main products include dihydrocurcumin, tetrahydrocurcumin (Tetrahydrocurcumin, THC), hexahydrocurcumin and octahydrocurcumin [44]. The combined metabolism of curcumin II refers to the process in which curcumin or its phase I reduced metabolites are glucuronidated or sulfated under the catalysis of glucuronidases or sulfotransferases, with glucuronidation being the main process [45].

ウリジン二リン酸グルクロン酸転移酵素(ugt)は、ウリジン-5&のグリコシル基を付加する#39;-グルクロン酸をクルクミンまたはその第i相代謝物に二リン酸、これらの物質の水溶性を高め、それらをより簡単に尿中に体内から排泄させる[46];ugtは主に肝臓、腸、腎臓などの臓器の小胞体細胞に分布しています。肝臓のugt (ugt1a1, ugt1a9)は主にフェノール性ヒドロキシルグルクロニド抱合体と少量のアルコール性ヒドロキシルグルクロニド抱合体の生成を触媒する。

腸内ugtは、ugt1a8やugt1a10などのクルクミノイドからフェノール性ヒドロキシルグルクロン酸コンジュゲートの生成を触媒するだけである[47]。さらに、ugt1a7、ugt1a8、およびugt1a10はヘキサヒドロクルクミンに対して高い活性を示すが、ugt1a7、ugt1a8、およびugt1a10は肝臓では不活性または活性が低いが、消化管で特異的に発現している[48-49]。肝臓に加えて、消化管がクルクミンのグルクロン酸化の主要な臓器であることがわかる。硫酸転移酵素(sult)は、so3-中のスルホニル基を水酸基またはアミノ基を含む基質に転移させ、体からより容易に除去できる極性生成物を形成することができます[50]。小腸はクルクミンの硫酸化のための体の主要な組織です。sult1a3はクルクミンとデメトキシクルクミンのスルホン化を媒介し、sult1b1はクルクミンのスルホン化のみを媒介し、sult1c4は3つのクルクミノイドすべてを触媒する[51]。

上記の代謝プロセスに加えて、腸内微生物もクルクミンの代謝に重要な役割を果たしています。例えば、ヒトの腸内細菌blautia sp. mrg-pmf1はクルクミンをdmcとbis-dmcに変換したり、dmcをbis-dmcに変換したりすることができる[52];ヒトの糞便モデルでは、3つのクルクミノイド(cur、dmc、bis-dmc)がそれぞれ24%、61%、87%の分解率で分解された。thc、ジヒドロフェルル酸(dfa)および1-(4-ヒドロキシ-3-メトキシフェニル)-2-プロパノールは、超高性能液体クロマトグラフィーおよび質量分析によって同定された[53]。クルクミンは、異なる腸内細菌叢下で異なる代謝物を生成します。クルクミンは腸内細菌叢の作用により、脱メチル化、還元、水酸化、アセチル化、メチル化など様々な変換を受けることが報告されている[52-55]。また、多くの学者案がエロイーズの脳はフローラクルクミンと腸の相互作用すなわち、クルクミンがbiotransformation中中代謝物をが违う腸内微生物の生产にクルクミンとその代谢腸がバランスに規制の影響flora [56-59];そして、人間の植物相のバランスは、健康に重要な影響を与えます。したがって、クルクミンの低い生物学的利用能と、広く報告されている有益な効果との間の矛盾を説明するためにこれを用いることができる。

1.3.2バイオアベイラビリティー

経口投与後、クルクミンは、主に親薬の形で糞便中に排泄されます。wahlstromおよびblennow [60] sdラットにクルクミン(1 g/kg)を経口投与し、72時間後に糞中のラットから約75%のクルクミンが排泄され、尿中には無視できるクルクミンが検出された(<0.0006%)。クルクミンは肝臓や血液中で急速に代謝される。肝細胞または肝ミクロソーム懸濁液では、クルクミンの90%が30分以内に代謝される[60];クルクミンが、腹腔注射後(100 mg / kg)・2.25クルクミンがプラズマ濃度のピークはμg / mL 15分[61];クルクミンが注射を後、約300万度の生暖かいプラズマクルクミンは秒から0.2μg / mL、濃度近づいてゼロ60 min[60]。クルクミンは吸収が弱く、代謝が速いため、生物学的利用能が低い。

2クルクミンマイクロカプセル化技術

Microcapsules can effectively enhance the solubility and stability of functional ingredients and improve their bioavailability by encapsulating bioactive substances. According to the internal structure and morphology of the microcapsules, such as single-layer or multi-layer wall material, core material wrapped inside the microcapsule or dispersed in the wall material matrix, spherical or irregular shape, etc. [62], turmeric curcuminoid microcapsules can be broadly divided into the following types (see Figure 4).

2.1クルクミンマイクロカプセル化の主な方法

2.1.1スプレー乾燥方法

噴霧乾燥の原理は、コア材料を壁材料溶液中に分散させ、安定した均一な供給溶液を形成することです。その後、飼料溶液は、アトマイザーからの高速圧縮空気の作用の下で小さな液滴に分散されます。液滴中の水は、乾燥チャンバー内の高温気流の作用により急速に蒸発し、壁材料が凝固してドライマイクロカプセル粒子を形成する。スプレー乾燥法は、マイクロカプセルの調製と乾燥を同時に実現します。これは、プロセスが簡単で、低コストで、工業生産を実装しやすい、熱に敏感な物質のマイクロカプセル化の特性を有する[63]。これは、最も広く使用されているマイクロカプセル化技術であり[64]、クルクミンを埋め込むための一般的な方法でもあります。

クルクミンマイクロカプセルの製造では、スプレー乾燥は通常、乳化と組み合わされる。エマルジョンの粘度とスプレー乾燥パラメータは、クルクミンマイクロカプセルの品質に影響を与える2つの主な要因です。エマルジョンの粘度は、壁材の種類と芯壁比に影響されます。噴霧乾燥に使用される壁材料は、良好な水溶性を有し、高濃度でも低粘度を維持し、噴霧しやすく、脱水しやすく、壁の付着物が少ない[65]。炭水化物とタンパク質が一般的に使用されます。コアとウォールの比率を下げる、つまりウォール材料の割合を上げると、エマルジョンの粘度が高くなります。

Meena et アル[66] investigated the effect of the core-wall ratio on the encapsulation of マイクロカプセルクルクミンコーティング at core-wall ratios of 1:1, 1:2, and 1:3. As the proportion of wall material increased, the encapsulation rate increased in turn, but there was no significant difference in the encapsulation rate under the conditions of 1:2 and 1:3. Moreover, as the solids content increased, the yield of the product showed an upward trend and then a downward trend, which may be due to the increased viscosity of the emulsion and poor droplet atomization [67-68]. Spray drying parameters such as feed rate and スプレーdrying temperature have an impact on the quality of the microcapsules and the curcumin in the microcapsules [69]. If the feed rate is too fast or the スプレーdrying temperature is too low, the particles will not be adequately dried, the moisture content in the microcapsules will increase, curcumin will tend to form crystals, and in a two-fluid nozzle spray dryer, if the core material feed rate is too fast, there will not be enough wall material to coat the core material, and the prepared microcapsules will be too large in size [69].

噴霧乾燥技術によって調製されたクルクミンマイクロカプセルは、クルクミンの熱安定性を大幅に向上させます。70°cで同期間保存した後、マイクロカプセル中のクルクミンの分解率は約20%であるが、カプセル化されていないクルクミンの分解率は90%以上である[70]。模擬胃消化後、約88%のクルクミンがマイクロカプセル内に残り、模擬腸消化後、86.36%のクルクミンが放出された[66];非カプセル化クルクミンを12 dで5 w led下に置くとほぼ完全に分解され[70]、マイクロカプセル化クルクミンの保持率は84.154%であった[71]。andradeら[72]は、噴霧乾燥プロセスがクルクミンの機能活性に影響しないことを確認した。

マイクロカプセルスプレー乾燥させてから、クルクミンコーティングは大幅に減りTNF -不思議とαうまく行ったは、えてして神経変性疾患を治療する可能性がある。噴霧乾燥プロセスはクルクミンの生物学的活性に影響を与えませんが、代わりにマイクロカプセル内のクルクミンの抗がん活性を高めます。これは、マイクロカプセル化技術がクルクミンの溶解性を向上させ、細胞によるクルクミンの取り込みを増加させ、それによってその有効濃度を高め、その活性を高めるという事実に起因する可能性がある[73]。乾燥に比べ瞬間高温時期は噴霧乾燥マイクロカプセル原因部分クルクミンが劣化していく過程でコーティング、d . m CANO-HIGUITA等の研究。(71)クルクミンが保有率がマイクロカプセルspray-driedコーティング同じ記憶条件の下で年84.154%、クルクミンが保有率が中マイクロカプセル高野コーティングは63.832%に過ぎなかった。これは、スプレー乾燥がクルクミンマイクロカプセルを調製するための良い方法であることを示しています。

2.1.2 Coacervation方法

The coacervationmethod is based on the principle that two polymers with opposite charges, such as protein-polysaccharide, protein-protein, and polysaccharide-polysaccharide, reduce the solubility of their complexes due to 担当neutralization, and deposit and encapsulate around the core material to form microcapsules. This method is only suitable for microencapsulation of non-water-soluble functional ingredients. In addition to electrostatic attraction and charge neutralization, non-covalent interactions (such as hydrogen bonding and hydrophobic interactions) also contribute to the formation マイクロカプセルのコーティングduring the 複雑なcoacervation method [74]. Curcumin microcapsules prepared by the complex coacervation method have a high encapsulation rate (see Table 1), which provides good protection for curcumin in light and heat environments, and also has a good slow-release effect on curcumin in in vitro simulated digestion tests. However, the complex coacervation method is affected by factors such as the pH of the system, the concentration 間the two polymers, and the temperature, and the conditions are difficult to control and the process is cumbersome. The pH of the system determines the charge of the polymer, and the ratio between the two polymers controls the charge balance during the complexation process [75], which in turn affects the interaction between the polymers, as well as the quality and yield of the microcapsules.

両方の壁材料分子が最大の反対電荷を持つphでは、2つの壁材料分子間の相互作用が最も強く、最も多くの複合体が形成され、マイクロカプセルの収率も最も高い[76-77]。Mohammadianら[78]では、水质污浊、制度が最高た= 3であるpHの形成を指示する大量の乳清蛋白质nanofibers-gumアラビア語建てられながらより鮮明な高pH(乳清タンパク質等電点に近い)、水质污浊システムも前月に比べて大きく減少し、pH = 3通い詰めました。電荷の不均衡は、2つの壁材料の分子間の静電気相互作用が弱く、凝集収率が低下する。Kavousi等の研究。(79)の比率がクレス番シードのトマティーヨ(CSM)ナトリウムcaseinate多用は_ 2に調整したい数料金CSMに持参していた同じ伴う肯定的な料金をcaseinateナトリウムが担いだり体制を水质污浊が高かった

2.1.3分子カプセル化法

分子カプセル化法(ぶんかカプセル化ほう、英:molecular encapsulation method)は、分子レベルで起こるマイクロカプセル化法である。この方法は、主にコア材料と壁材料との間の分子間力を利用して分子マイクロカプセルを形成する。この方法では、通常、壁材料としてシクロデキストリンとその誘導体を使用します。カプセル化プロセスは、化学反応を伴わない物理的プロセスであり、活性物質の本来の特性と機能を保持することができる。(1)飽和水溶液法は、シクロデキストリンの水溶液をクルクミンの有機溶媒溶液と混合し、溶媒を蒸発させ、混合物を乾燥させてマイクロカプセルを得る。(2)クルクミンをシクロデキストリンの粉砕液に加え、さらに粉砕し、クルクミンが水をシクロデキストリンの空洞に移し、混合物を乾燥させてマイクロカプセルを得る粉砕法;(3) coprecipitation方法でcyclodextrin水溶液解決策の一つはcurcumin-organic試薬まじりには液体の温度が急増しており、かき混ぜて液体はメディアを使い混合に全力を上げ、次に液体の温度を低くすることで、原因沈殿cyclodextrin-curcumin兄ちゃんに何も晩で。

沈殿物を濾過し、回収し、乾燥させてクルクミンマイクロカプセルを得る。cn106943604 aは、水を溶媒としてシクロデキストリンポリマーとクルクミンを混合し、その後、スピン真空乾燥により良好な水溶性のクルクミンマイクロカプセルを得る[84]。藤原則子ら【85】昔、γ-cyclodextrinの濃度をcurcuminoidsジェイミーに師事して三curcuminoids死んだ後プラズマ前後の経口投与するパッケージ。その結果、γ-cyclodextrinパッケージ集中を大幅に増やすことができると血の血漿curcuminoidsですなわち、body&を高める#クルクミノイドの39の吸収。張ら。【86】昔、β-cyclodextrinディマンドで作成しcurcumin-cyclodextrin団地として飽和水溶液方法に関する。遊離クルクミンに比べて複合体中のクルクミンは細胞に取り込まれやすく、肺がんの治療効果も高い。

2.1.4その他の準備方法

クルクミンマイクロカプセルの調製には、上記の3つの一般的な調製法に加えて、リポソームの細胞一様体形成電位法、シャープpore法、等電析法が用いられている。liu xinら[87]は、キトサンを壁材料として、シャープポア法によるクルクミンマイクロカプセルを作製した。結果として得られたマイクロカプセルの大きさは均一で、カプセル化率は60%、薬剤充填率は0.75%であった。しかし、粒子の大きさは大きく、0.45 mm程度に集中していた。シャープポア法は遅く工業生産には不向きであり、クルクミンマイクロカプセルの製造に使用する研究はほとんど行われていない。ariyarathnaら[88]は、ヒヨコマメのタンパク質を壁材料として、等電析出の原理に基づいてクルクミンマイクロカプセルを調製し、カプセル化率78.6%、積載容量9.2%を得た。これにより、クルクミンの光と熱の安定性が大幅に向上しましたが、壁材の選択肢が限られていました。lauraら[89]は、電気スプレーを用いて乳清タンパク質中にクルクミンリポソームを封入した。自由クルクミン低下はほぼ完全にがあったリンバッファpH 7.4 1 h中に入れる。同じ条件の下でクルクミンがのクルクミン保存率liposomesは约80% 25 hで、マイクロカプセルelectro-sprayedコーティングの保有率が约90%近く25 hで、おりあのdouble-encapsulationは強くウコンcurcuminoids保護。

2.2ウコンcurcuminoidsマイクロカプセル化のための主壁材料

壁材料は、コア材料とは別に、マイクロカプセルの最も重要な成分であり、外観形状、含水率、製品収率、溶解度、浸透性、持続放出効果など、マイクロカプセルの物理的および化学的特性にある程度影響を与える。したがって、さまざまなコア材料と準備方法に応じて適切な壁材料を選択することが特に重要です。

2.2.1タンパク質

タンパク質は食品中の天然高分子ポリマーの一種で、乳化性とゲル化性に優れています。現時点では、クルクミンマイクロカプセルの製造に使用される一般的なタンパク質ベースの壁材料が含まれます隔離良质な大豆タンパクホエイタンパク質ゼインもあります

2.2.1.1乳清タンパク質

Whey protein is the main component of whey, which is obtained by concentrating and refining whey, a by-product of cheese production. The main components are β-lactoglobulin, α-lactalbumin, immunoglobulins, and bovine serum albumin. Whey protein (WP) is mainly divided into two categories: whey protein concentrate (WPC) and whey protein isolate (WPI). It has excellent film-forming, emulsifying and gelling properties, and is often used as a carrier material for bioactive substances. Jayaprakasha et アル[73] used whey protein as the wall material and prepared turmeric curcumin microcapsules by freeze drying, with an encapsulation rate of 96.34%. After nano-encapsulation, WP-Cur can maintain a micelle structure under neutral conditions, with a turmeric curcumin release of 599.49% at 24 hours and greater than 70% at 48 hours.

細胞によるクルクミンの取り込みが増加し、がん細胞(大腸がん細胞sw480、前立腺がん細胞lncap)に対する抗がん活性が増加しました。すなわち、ホエイタンパク質のナノカプセル化は、放出の遅延によってクルクミンの代謝を減少させ、クルクミンの生物学的利用能を増加させました。ホエイタンパク質は、酸性ph (ph2)で低いイオン強度で自己組織化し、変性温度より数時間高く加熱すると、直径1 ~ 10 nm、長さ数ミクロンの繊維質集合体を形成します。非繊維性ホエイプロテインと比較して、ホエイプロテインナノフィブラル(wpn) wpnは、非繊維性ホエイプロテインよりもラジカル除去活性が高く、低濃度での乳化特性が優れています。wpnは表面疎水性が高く、水素結合と疎水性相互作用を通じてクルクミンと可溶性錯体を形成する可能性が高い。wpi-curのクルクミンの溶解度はフリークルクミンに比べて約180倍、wpn-curのクルクミンの溶解度は約1200倍である。さらに、クルクミンとwpnの組み合わせは、wpnの見かけの粘度と表面活性をさらに高めます。したがって、cur-wpnは、新しい機能性食品エマルジョンや飲料を設計するための理想的な選択肢かもしれません[90]。huらも同様の研究結果を得ている[91]。

2.2.1.2 zea maysアルコール可溶性タンパク質

ゼインは約75%の疎水性アミノ酸残基と25%の親水性アミノ酸残基から構成される。親水性で、植物性タンパク質の一種で、アルコールに可溶で水に不溶である。外部誘導を受けると、ゼインは自己組織化してナノ粒子になり、疎水性の活性物質を内部に封入してコアシェル構造を形成する。しかし、ゼインのみから調製したマイクロカプセルは凝集・破裂しやすく、活性物質が放出される。そのため、ゼインは通常、多糖壁材料と担体材料として結合される。例えばli[80]では、クルクミンを運搬するための壁材料として、ゼインとキトサン(cs)を用いている。その結果、システムのphが高いほど、ゼインとcsの相互作用が強くなり、生成物の収率が高くなり、クルクミンのin vitro放出率が低くなることがわかりました。すべての要因を考慮すると、zein-cs-curの経口投与可能性はph = 4で良好である。ranら[92]では、ゼイン-ヒドロキシプロピルメチルセルロース- curの光照射条件下でのクルクミンの半減期t1/2値が増加し、dpphラジカル掃い化率が19.56%から68.25%に増加した。近年、メイラード反応生成物は生体活性物質の封入にも広く利用されています。dong xiaoらは[93]、メイラード反応生成物(zein / glu mrp)の70%エタノール溶液中にゼインとグルコース(glu)を用いてクルクミンナノカプセルを作製した。ゼイン/ glu mrp調製クルクミンナノカプサルはゼインと比較して捕捉効率が22倍向上し、熱安定性と貯蔵安定性が大幅に向上した。

2.2.1.3その他のタンパク質ベースの壁材料

In addition to the above-mentioned proteins, soy protein isolate, coconut protein isolate, エンドウたんぱく, egg white protein, gelatin, etc. have also been used to prepare curcumin microcapsules. For example, 陳et アル[94] used soy protein isolate (SPI) as a wall material to prepare curcumin microcapsules by spray drying. After spray drying, the retention rate of curcumin was 89.1%, and the loading capacity was 25.3 mg/g. Scanning electron microscopy images showed that the surface of the microcapsules had large, regular indentations. After adding soy polysaccharides and/or maltodextrin to the wall material, the retention rate, loading and solubility of curcumin were significantly improved. The microcapsule membrane protected curcumin to reduce degradation during spray drying, and SEM images showed that the surface of the microcapsules had fewer dents and folds and was smoother. Adsare et アル[95] used coconut clear protein to encapsulate curcumin, and the encapsulation rate of the spray-dried microcapsules was (84.89±1.09)%. the curcumin loading was 509.26 mg/100 g. When 5%, 10%, and 15% gum arabic was added to the wall material, the encapsulation rate and loading gradually increased. This may be due to the fact that gum arabic occupies the voids in the coconut clear protein wall material matrix, reducing oxygen permeability.

2.2.2炭水化物

アラビア糊2.2.2.1

アラビアゴム(ga)は多糖と糖タンパク質の混合物である。非毒性で、溶解性が高く、表面活性があり、広いph範囲にわたって安定し、比較的低い粘度を有します。食品、化粧品、製薬業界で広く使用されています。andreeaら[96]は、クルクミンをカプセル化するために3種類のga濃度(10%、15%、および20% w/v)を使用した。マイクロカプセルの直径コーティングは7 ~ 9μm。gaの割合を増加させると、模擬消化液中のマイクロカプセルからのクルクミンの放出が減少し、放出速度は最初の数分間で低下した。一定の範囲内でシェルとコアの比を増加させると、マイクロカプセルのカプセル化速度と積載容量が増加する。しかし、高濃度のgaは供給液の粘性を生じさせ、スプレー乾燥を助長しない[70]。gaを他の壁材料と配合することで、封止効率を向上させつつ、供給液の粘度に大きな影響を与えないように改善することができる[97-98]。たとえば、meenaら[66]は、クルクミンをカプセル化するためにgaとマルトデキストリンおよびwpc-80を組み合わせ、マイクロカプセル化率は97.16%、クルクミン含有量は422.28 mg/kgであった。模擬胃消化後、クルクミンの約88%がマイクロカプセル内に保持された。tan shaocongら[99]は、壁材料としてgaとゼインを用い、凍結乾燥によりクルクミンマイクロカプセルを調製したが、マイクロカプセルの捕捉率は95.844%、充填容量は62 mg/gであった。

2.2.2.2 Dextrins

デキストリンは、デンプン高分子を熱、酸または酵素の作用により分解および加水分解することによって変換される小分子中間材料である。その中でも、マルトデキストリン、シクロデキストリンおよびその誘導体は、マイクロカプセルの壁材料として一般的に使用されている。

マルトデキストリン(maltodextrin、md)は、酵素による低度の加水分解、精製、乾燥または非乾燥によってデンプンまたは動物を原料として製造される糖ポリマーである[100]。加水分解の度合いは一般にde値(グルコース等価)で表されます。de値は、デンプン加水分解物の全固体中の還元糖(グルコースとして表される)の割合です。de値が異なるmdは、分子量分布、平均鎖長、分岐度が異なるため、粘度や吸湿性などの機能特性が異なる。mdの適切なde値は、コア材料の特性と調製方法に基づいて選択する必要があります。mdは、低粘度、低吸湿性、高溶解性、低コストで高濃度で使用することができます[101-102]。クルクミンのマイクロカプセル化の研究では、mdの乳化性および乳化安定性が低いため、mdのみを壁材として調製したマイクロカプセルのカプセル化速度および充填量が低い[103-104]。そのため、一般的には、アラビゴム、乳清タンパク質、ゼラチンなどの乳化性に優れた壁材(表2参照)を配合します。

Cyclodextrin (CD) is a series of cyclic oligosaccharides produced by the action of cyclodextrin glucanotransferase on straight-chain starch. It has a conical cavity with a ring shape (see Figure 5) [85]. The shielding effect of the primary hydroxyl groups on the outer surface of the cavity and the C-H bonds inside the cavity results in a structure with the characteristics of “hydrophobic inside cavity and hydrophilic outer wall”. Therefore, it can be used to embed some object molecules of appropriate size and shape in the cyclic structure through electrostatic interactions, van der Waals forces, hydrophobic interactions, hydrogen bonding, etc., to form microcapsules [108]. Cyclodextrins are non-toxic, inexpensive and widely available, making them ideal for use as carriers for active ingredients. Cyclodextrins commonly used to encapsulate curcumin are β-CDand γ-CD. Related research is shown in Table 3. Compared to pure curcumin, cyclodextrin encapsulation significantly improves curcumin solubility, stability and antioxidant activity (possibly due to the improved solubility of curcumin, which in turn increases the concentration of curcumin in the system). However, the microencapsulation rate is relatively low, and the solubility of β-CD in water is poor, at 1.85 mg/mL [109], which is not conducive to its good application in the field of carrier materials. At present, some studies have introduced chemical groups to cyclodextrins to obtain modified cyclodextrins, thereby improving their solubility and encapsulation properties. After modification, the encapsulation rate of curcumin by cyclodextrin was significantly improved, and the stability of the Cur-CD complex was also improved, and the dissolution and stability of curcumin in the complex were further improved [108, 110-111].

2.2.2.3修正デンプン

デンプンは自然界で最も豊富な炭水化物の一つであり、人体にエネルギーを供給する主要な栄養素でもあります。それは安全で、非毒性で、生体適合性があり、低コストで豊富な栄養素の源です。天然澱粉は溶解性が低く、マイクロカプセルの壁材として直接利用することはあまり効果がありません。マイクロカプセルのカプセル化速度と負荷容量は比較的低い。したがって、マイクロカプセル壁材料の応用の中で、デンプンの自然な性質は、物理的、化学的または酵素処理によってしばしば修飾され、特定の機能を増加させたり、新しい特性を導入して、その溶解性、吸水性、カプセル化能力を向上させ、それを良いマイクロカプセル壁材料にします。改質デンプンを壁材料として用いたクルクミンマイクロカプセルの調製に関する関連研究を表4に示す。変性デンプンは、天然デンプンと比較して、マイクロカプセルのカプセル化速度と容量、クルクミンの溶解性、安定性、生物学的利用能を大幅に向上させることができ、マイクロカプセルからのクルクミンの制御放出効果を向上させる。修飾デンプンで調製されたマイクロカプセルは、天然デンプンで調製されたものよりも品質が良いが、修飾デンプン-クルクミンマイクロカプセルが人間の健康に悪影響を及ぼすかどうかに関する研究は比較的少ない[115-121]。しかし、活性物質の輸送系において、キャリアマトリックスの毒性は重要な課題であり、今後の研究が待たれています。

3アプリケーション

GB2760—2014 [122] stipulates that curcumin, as a natural edible pigment, can be used in frozen drinks, cooked nuts and seeds, chocolate products, candy, instant rice and noodle products, fillings for grain products, flavored syrups, compound seasonings, carbonated drinks, jelly and puffed foods. At present, some scholars have also added curcumin microcapsules to yogurt, cheese and milk and evaluated their suitability. パテルet アル[123] prepared curcumin microcapsules using WPI and Hi-Cap 100 as wall materials, and added WPI, Hi-Cap 100, a physical mixture of curcumin and microcapsules to milk, respectively. the milk with the physical mixture had obvious particle sedimentation and a lower sensory evaluation score, while the addition of curcumin microcapsules had no adverse effect on the sensory characteristics of the milk. Vanessa et アル[124] used β-CD to encapsulate curcumin and added β-CD-Cur to cheese (β-CD-Cur added at 5 × 10-7 g/L) and yogurt (β-CD-Cur added at 2 × 10-6 g/g) to evaluate its suitability.

The experimental results showed that the addition of curcumin complexes had no significant effect on the hardness, adhesion, elasticity, etc. of cheese and yogurt, but reduced the brightness of the two products, with the cheese turning yellow and the yogurt turning slightly yellowish-green. In addition, the sensory evaluation showed that the cheese with added β-CD-Cur was better accepted. Microencapsulation technology has broadened the scope of application of curcumin, making it suitable for use in some water-based foods. For example, functional dairy products or beverages. In addition, based on the superior bioactive function of curcumin, curcumin microcapsules can also be combined with other nutrients to make capsule or tablet-type functional supplements, or added to daily chemical products that focus on anti-inflammatory effects. It can be seen that curcumin and its microcapsules have broad development prospects in the fields of food health, medicine and daily chemical products.

4まとめと展望

クルクミン(curcumin)は、ショウガのcurcuma longaの二次代謝物である。「液体の金」と呼ばれ、抗酸化、抗炎症、抗腫瘍など、さまざまな生物活性を持つ。したがって、クルクミンをベースとした機能性食品の開発には大きな可能性があります。しかし、その不安定な物理化学的性質、低い溶解性、および急速な代謝は、その用途を制限します。この問題を解決する技術が急務となっています。そこで本稿では、クルクミンの構造的性質、生物学的活性、代謝的特性から始め、近年のクルクミンマイクロカプセルの調製に使用される一般的な埋め込み技術と壁材料の種類をまとめた。

多くの研究がそれを示している microencapsulation technology can significantly improve the solubility of curcumin, enhance its stability to light, heat, oxygen and pH, and also have a sustained-release effect on curcumin in simulated gastrointestinal fluids. Among them, spray drying is a traditional method of microcapsule preparation that is relatively mature and is very suitable for the large-scale industrial production of curcumin microcapsules. There have been many studies on curcumin microcapsules, but there are still some problems in the current research: (1) Whether the microcapsules can still ensure the stability and bioavailability of curcumin in the food matrix and whether it will affect the original flavor of the food.

この分野の研究は非常に少なく、深く研究する必要があります。(2)天然壁材料は生体適合性が高いという利点があるが、その性質は不安定である。したがって、クルクミンマイクロカプセルの製造には、より多くの改質壁材料が適用されている。しかし、クルクミンマイクロカプセルの研究では、改変壁材料がヒトの健康に悪影響を及ぼすかどうかはほとんど言及されていません。したがって、キャリアマトリックスの毒性に関する研究を改善する必要があります。(3)クルクミンマイクロカプセルの積載能力は低く、高積載クルクミンマイクロカプセルの工業生産技術は中国ではまだ成熟していない。マイクロカプセル化技術の革新により、これらの問題は将来的に解決できると考えられている。

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