食品保存におけるウコン粉末の使用に関する研究

近年、食品保存技術は科学研究者の研究ホットスポットの一つとなっており[1]、食品保存に一般的に使用される食品添加物は一般的に合成添加物である。健康への負の影響のため、合成添加物は消費者に広く受け入れられていないため、無毒で無害な天然添加物がより重要です[2]。

クルクミンは、植物のクルクマ・ロンガ(ウコン)の根茎から抽出される天然フェノール食品添加物で、多くのアジア諸国でスパイスや食品着色剤として使用されています[3]。近年、クルクミンは、抗炎症作用[4]と抗がん作用[5-6]があることが示されており、医療分野で広範な研究の対象となっている【7】。クルクミンはまた、黄色ブドウ球菌(staphylococcus aureus)、大腸菌(escherichiのcoli)、セレウス菌(bacillus cereus)、緑膿菌(pseudomonとしてaeruginosa)などの細菌に対して抗菌活性を有する。機能化したクルクミンは、これらの細菌に対して抗菌活性を有する[8]。食品に応用すると、抗菌と抗酸化の役割を果たします[9-10]。天然で非毒性の食品添加物です。

クルクミンには多くの利点があるが、水溶性が低いため生物学的利用能が低く、適用範囲が制限されている[11]。クルクミンの生物学的利用能を高め、食品への応用を広げ、保存効果を高めるために、国内外の研究者が多数の研究を行っている。マイクロカプセル化、エレクトロスピニング、ナノ複合化、ミセルおよびハイドロゲルなどによって処理された後、クルクミンの生物学的利用能を増加させることができ、その抗菌および抗酸化特性を維持し、その適用範囲および保存効果を増加させる[12-15]。この記事では、主にクルクミン食品保存の原理とクルクミンの生物学的利用可能性を向上させる方法を紹介します:マイクロカプセル、エレクトロスピニング、ナノ複合化およびコロイドのレビュー、および展望。

1クルクミン構造と食品保存の原理

クルクミンは2人の現役地、石炭酸ヒドロキシβ-diketone、他の炭素のこと。図1に示すように、ジケトン部分はエノールのような構造交換をしています。反応では、プロトンを与えることができるフェノール水酸基またはジケトンを有する。さらに、鎖の中心にあるch2基の水素原子の移動は、クルクミンとそのフェノール水酸基の抗酸化特性に重要な役割を果たしています。具体的には、アルコキシラジカルからh原子が移動し、ヘプタノン鎖の中心で分子の再配置によって生成され、フェノキシラジカルを形成する。したがって、ヘプタノン鎖の中心にあるメチレン基は、水酸基とともにクルクミンの抗酸化活性に役割を果たしている[16-17]。

ある濃度では、クルクミンは膜脱分極、ca2 +流入、dna断片化などの一連の細菌の変化を引き起こす。クルクミンは、細菌の細胞膜の生産を誘導することで細胞膜の構造に影響を与え、細胞膜を破壊して抗菌作用を発揮する[18]。また、光条件下では、クルクミンは、活性酸素種の爆発を引き起こす可能性があります,細胞を混乱させます'sの適応機構は、鉄の代謝を損傷し、鉄硫黄クラスターの生合成を阻害し、最終的に細胞死に至る[19]。そのため、クルクミンは抗菌、抗酸化などの利点があり、食品産業への応用が期待されています。

2食品保存におけるクルクミンのプロセス研究

ウコンエキス緑色で自然であること、抗菌・抗酸化作用があることなどの利点があり、食品の保存に利用できる可能性があります。しかし、純粋なウコン抽出物の可溶性が低く、生物学的利用能が低いため、その用途は制限されています。そのため、多くの研究者がその生物学的利用能を高める方法を研究してきた。現在、クルクミンの生物学的利用能を高めるための主な加工技術は、マイクロカプセル化、エレクトロスピニング、ナノ複合化、ミセルおよびハイドロゲルである。

2.1 Microencapsulation

マイクロカプセル化は、微小粒子または液滴を高分子材料でコーティングしてマイクロカプセルまたはマイクロビーズを生成するプロセスであり、コーティング材料によって外部環境から保護されている[20]。クルクミンのマイクロカプセル化は、壁材料の溶解性が良好であるため、適切な壁材料にクルクミンを包むことで、溶解性を向上させるだけでなく、相対湿度の高い環境下でも酸化から保護することができる[21]。さらに、クルクミンのマイクロカプセル化も持続放出効果を与えることができる。マイクロカプセルからのクルクミンのゆっくりとした放出は、クルクミンの貯蔵寿命を延長することができ、制御されたプロセスは、マイクロカプセルの持続的放出時間を制御して、長期持続的放出保全の効果を達成することができる[23]。

一部の学者は、クルクミンの水溶性を改善し、抗菌性を維持し、食品への応用を促進するためにマイクロカプセル化技術を使用している。kavousiら[24]は、カセイン酸ナトリウムを原料としたクルクミンマイクロカプセルを調製するために、スプレー乾燥と凍結乾燥を組み合わせたcoacervation法を用いた。酸性液中のクルクミンの放出挙動を調べ、phがマイクロカプセルの放出・溶解特性に与える影響を数理モデルで検討した。phは4と7の間で良好な溶解性を有することが証明され、クルクミンマイクロカプセルが疎水性食品中の生物活性物質の放出を制御する可能性を実証した。また、クルクミンは、食品に添加すると、栄養素としても作用することが証明されました。研究は単純な水溶液に限らず、食品、特に酸性食品の生物学的利用能も考慮しています。このプロセスはまた、酸性食品の良好な持続的な放出と溶解効果を有することができる。

王Yら。[25]ゼラチン(ニカワ)や多孔質クルクミンがmicroencapsulateに師事してデンプンの抗菌活動に対するマイクロカプセルクルクミンコーティング様々なfoodborne病原体となる細菌グラム陰性細菌を含め(大腸菌Yersiniのenterocolitica)、グラム陰性菌(cereus菌原因でもあるブドウ球菌、cereus菌)そしてファンガー…(、麦ニジェールで仕込むPenicillium notatumとsaccharomycescerevisiae。細胞膜の構造が異なるため、クルクミンの阻害効率は菌株によって異なります。クルクミンマイクロカプセルは細菌よりも真菌の阻害効果が高く、グラム陽性菌の阻害効果はグラム陰性菌よりも高い。今回の研究は、マイクロカプセルがクルクミンの抗菌性を十分に維持できることを示したものであり、クルクミンマイクロカプセルを実際の食品に応用するための理論的基盤となる。

wang y fら[26]はまた、壁材料としてゼラチンと多孔質デンプンを使用し、スプレー乾燥を用いてクルクミンをマイクロカプセル化し、豆腐、パン、調理済み豚肉などの食品へのクルクミンマイクロカプセルの実用的な応用効果を研究した。クルクミンマイクロカプセルは広く細菌の遊離活性を阻害する。その結果、クルクミンマイクロカプセルの濃度が0.035%以上の場合、クルクミンを添加したマイクロカプセルは、調理後も一定の防腐効果を維持することがわかりました。この研究で食品の保存効果が初めて検証され、クルクミンの保存・抗菌効果が実際の食品で実証されました。クルクミンは、私たちが一般的に食べているパンなどの食品に影響を与え、食品用途でのクルクミンの可能性を示しています。

laokuldilokら[27]は、スプレー乾燥を用いてクルクミンマイクロカプセルを調製し、その特性を試験した。高いクルクミンのカプセル化速度、低揮発性、低含水率、低吸水率を有するマイクロカプセルが生成された。マイクロカプセルの粉末とウコンの粉末でニオイ試験を行った。その結果、マイクロカプセルがクルクミン自体の臭気を遮断し、食品の臭気に対するクルクミンの影響を十分に回避できることが証明された。色は、食品の感覚品質に影響を与える重要な要素です。楽しい色の食べ物は人々を刺激することができます'の食欲と購入する欲求。クルクミンが食品防腐剤として機能する場合、特定の状況下で食品の表面に付着する必要があります。クルクミンにはわずかな臭いがあり、マイクロカプセル化することで外部環境からクルクミンが分離され、持続的な放出効果があるだけでなく、臭いが食品に影響を与えることもありません。異なる壁材料を持つクルクミンマイクロカプセルは、これらの点で大きな利点を持っています。

zheng junhua[28]は、変形デンプンを壁材としてクルクミンをマイクロカプセル化し、ゼリーに色素として添加した。調製したゼリーとマイクロカプセルを添加していないゼリーの色差を計算し、マイクロカプセルがゼリーの外観と色を保存する能力を計算した。28日後、マイクロカプセル化ゼリーと非マイクロカプセル化ゼリーの色差はそれぞれ2.78 nbsと9.30 nbsであった。これは、クルクミンマイクロカプセルが効果的にゼリーの色差の増加を抑制することができることを証明しています。本研究は、マイクロカプセルがゼリーの色に与える保存効果を実証し、応用の可能性を視覚的に示したものです。マイクロカプセル化技術は、全体的な性能を向上させ、水分含有量、ボラティリティなどを低減させ、食品中の色などの感覚指標を十分に維持することができる。

ただし、いくつかの研究が行われているマイクロカプセルクルクミンコーティング食品保存の面では、マイクロカプセルの壁の材料は、主に無毒で無害なデンプンやゼラチンなどの多糖類であるため、彼らは一定の利点があります。しかし、マイクロカプセルのカプセル化速度は比較的低く、カプセル化速度は、加工技術、加工温度、加工時間および材料比だけでなく、乾燥方法によっても影響を受ける。完成品には徐放効果があるため、乾燥工程はマイクロカプセルのカプセル化速度に一定の影響を与える。また、完成したマイクロカプセル製品には徐放効果があるため、長期間保存してから使用することができないなどの問題もある。これにはさらなる研究が必要である。

2.2 Electrospinning

エレクトロスピニングは、生物活性、活性パッケージング、酵素固定化およびろ過の送達に適用されている新しい繊維調製技術です。電気紡績繊維のナノ構造繊維形態は、高い比表面積と小さい粒子サイズを有し[29]、その抗酸化活性を維持し[30]、負荷の安定性とゆっくりとした放出を増加させることができる[31]。電気紡績は、クルクミンの不十分な生物学的利用能を改善し、その様々な特性を保持するための良いキャリアを提供することができ、クルクミンを搭載した電気紡績フィルムは、食品包装に使用することができます。

chenら[32]は、ポリ乳酸を負荷繊維として使用し、クルクミン電気紡績繊維の質量比は1%、3%、および5%であり、平均直径は756 ~ 971 nmである。chenら[32]は、ポリ乳酸を負荷繊維として使用し、クルクミン電気紡糸をそれぞれ1%、3%、5%の質量分画で調製した。赤外線と走査型電子顕微鏡を用いて、両者の間に化学反応がなく、電気スパン繊維が均一で微小球がないことを実証した。また、クルクミンを充填した電気紡績繊維は完全に分解できることも分かった。今回の研究では、クルクミンを添加すると、ナノファイバーの直径が小さくなる可能性がある。液体の表面張力を克服するためにエレクトロスピニングが用いられ、ナノファイバーの形成が可能になった。このことは、電気紡績がクルクミンを載せるための優れた担体であり、電気紡績の電圧を制御することで繊維の直径を制御することができ、したがってその特性の一部を制御することができることを示している。また、エレクトロスピニングにおける充填プロセスは比表面積が大きく、クルクミンとエレクトロスピニングを組み合わせることでバイオアベイラビリティを向上させ、クルクミンをフィルム包装に充填することができます。しかし、エレクトロスピニングが食品防腐剤になるためには、優れた抗菌性も必要です。

wangら[33]は、電気紡績技術を用いて、抗菌ゼアチン含有コーンゼイン繊維を調製した。調製された繊維は、高い封入率を有し、封入繊維は、ある程度の抗酸化能を有していた。また、クルクミンと繊維が水素結合でつながっており、黄色ブドウ球菌や大腸菌に対して良好な抗菌活性を示すことが実験で示された。クルクミンを搭載した電気紡糸は、クルクミンの構造を損なうことなく水素結合を利用してクルクミンを結び、クルクミンの抗酸化・抗菌特性を維持できることが実証された。alehosseiniら[34]は、クルクミンをゼラチンとゼインの電気紡糸繊維にカプセル化し、クルクミンを充填した電気紡糸タンパク質繊維は、食品類似物において長期的な徐放効果を示した。その結果、クルクミンゼラチン電気スパン繊維は油性食品に、ゼイン系コーティングは水分の多い食品に適していることがわかりました。さまざまな電気紡績キャリアを使用してクルクミンのさまざまな食品への適用を増やすことができ、さらには食品包装に適用して機能性を持たせることもでき、電気紡績クルクミンのさまざまな食品への適用可能性を実証しています。

エレクトロスピニングには多くの利点がある。マイクロカプセル化と同様に、それは持続的な放出効果を有し、電気スピン材料はまた、良好な空気透過性を有する[35]、これは、通気性が不透過性フィルムのアプリケーションにおいて大きな利点である。同時に、この材料は比表面積が大きいため、クルクミンを充填したときに良好な安定性が得られ、食品に接触することができます。クルクミンを充填したエレクトロスピニングによるフィルムは、他のプロセスと比較して、現在の食品包装の形態に近い。しかし、エレクトロスピニングにも限界があります。高いガスバリア性を必要とする用途にエレクトロスピンフィルムを適用することは困難です。不足しているガスのバリア性は、より良いバリア性を持つフィルムを積層することで解決できます。また、クルクミンのエレクトロスピニングはエレクトロスピニングを行う必要があるため、材料の選択は溶解後の材料の粘度に影響されます。多くのタンパク質や分解性物質のエレクトロスピニングは困難であり、エレクトロスピニング補助剤を加えることで粘度を高めることができる。また、エレクトロスピニングはマイクロカプセル化と似ており、クルクミンを添加したエレクトロスピニングの完成品を長期間保管することができない。

2.3 Nanocomplex

ナノ粒子は、薬剤の負荷およびカプセル化速度が高い新しいタイプの担体です。タンパク質ナノ粒子と混合したクルクミンは、その抗酸化および抗菌特性を維持しながら、クルクミンの生物学的利用能、制御放出性能[36]、および安定性を大幅に向上させることができる。さらに、タンパク質ナノ粒子自体が高タンパク質食品から来ており、直接食べることができるため、食品業界で幅広い用途があります[37]。

gomez-estacaら[38]は、コーンプロテインポリマーを原料とし、エレクトロスプレー法を用いて、構造がコンパクトで粒度分布が狭い球状ナノ粒子を作製した。タンパク質に対するクルクミンの比率は1:500 ~ 1:10であった。23°c、相対湿度43%で3ヶ月間暗所保存したところ、ナノ粒子のサイズと形態、およびクルクミン含有量に有意な変化は認められなかった。この研究では、半脱脂粉乳の分散性も良好であることが示されました。ナノ粒子はまた、電気紡績のように高い比表面積を有し、クルクミンの生物学的利用能を向上させる。クルクミンキャリア自体は高タンパク食品から得られており、高タンパク食品へのクルクミンナノ粒子の応用の可能性が最初に実証された。huら[39]は、疎水性タンパク質を芯に、非親水性多糖類(ペクチン)を殻に用いてクルクミン含有ナノ粒子を作製した。クルクミンのナノ粒子のカプセル化率は86%に達する。得られたナノ粒子は球状で比較的小さく(直径250 nm)、サイズ分布が比較的均一(低分散指数)であることから、粉末化後の水分散性も良好であることが証明されました。粉末は水に再溶解することができ、粉末製品は保管が容易であり、保管コストを節約することができます。さらに、粉末状のクルクミン複合体は、機能性食品への応用の可能性があります。

chenらは[40]、非加熱および加熱(75 ~ 95°c)大豆タンパク質単離体(spi)におけるナノ粒子およびクルクミンの複合化、およびクルクミンの安定性および生物学的利用能に対するその影響を研究した。その結果、95度の水に4時間入れた後のクルクミンの量は、非混合クルクミンの2倍以上であり、水への溶解度は遊離クルクミンに比べて98,000倍増加した。ナノ複合化プロセスは、クルクミンの熱安定性と溶解性を大幅に向上させた。一連の研究から、クルクミンは複合化後の生物学的利用能を向上させることができると同時に、分散性と機能性を向上させ、マイクロカプセルやエレクトロスピニングよりも高い溶解性を実証している。また、wengらは、加熱処理と連続ph調整を組み合わせて高麗人参のタンパク質を基にしたナノ粒子を調製した[41]。調製したナノ粒子は、100 nmの範囲の粒子サイズで均一な球形をしていた。クルクミン搭載ナノ複合体は、良好な熱安定性と光安定性を有し、紫外線および可視光照射下でクルクミン残基を増加させ、良好な抗酸化能を有する。

dekaら[42]は、クルクミン含有キトサン-リン酸ナトリウムナノ粒子(cpn)を調製し、cpnとクルクミン含有cpnの平均粒子サイズをそれぞれ53 nmと91 nmと測定した。クルクミンナノラグの放出は、酸性ph条件下では通常のph条件下よりも高い。同時に、グラム陽性菌、グラム陰性菌、真菌に対して微量(0.5 mg/ ml)の阻害活性を示す。また、ナノ粒子は、酸性環境で時間とともに変化する食品に優れた鮮度保持効果を持つ。クルクミンは、複合化後も良好な抗菌活性と安定性を維持します。また、クルクミンとナノマテリアルを組み合わせた抗菌剤は、薬剤耐性を持たないため、クルクミンの使用と保管の両面での応用可能性が高くなります。

クルクミンを複合したナノ粒子は、溶解性を高め、放出を制御し、抗菌特性を維持するだけでなく、マイクロカプセルやエレクトロスピニング法よりも高い安定性を有する。マイクロカプセル化やエレクトロスピニングなどの方法よりも安定性が高く、保存が容易で、可溶性が高く、幅広い用途があります。ナノ粒子自体は、緑色で健康的で、自然に分解可能な食品グレードまたは栄養素でもあり、食品の保存や抗菌用途に使用するための大きな可能性を秘めています。しかし、実際の食品にナノ複合クルクミンを添加する研究は比較的少なく、より理論的な研究が行われています。

2.4コロイドは

クルクミンを含むコロイド製剤には、一般的にミセルとハイドロゲルの2種類がある。クルクミン含有コロイド製剤の使用はまた、その溶解性、安定性および緩解性を効果的に高めることができる。同時に、食品に適用すると、それはまた、カークミンと同様に機能性を実証することができます'sの抗酸化と抗菌活性[43]。esmailiら[44]は、ラクダの乳中のタンパク質を用いてクルクミン含有ミセルを作り、タンパク質をコロイド担体としてクルクミンを充填する方法を提案した。コロイドに含まれるクルクミンの溶解度は少なくとも2500倍増加し、遊離クルクミンよりも優れた抗酸化特性を有することが判明した。yazdiら[45]は、クルクミン含有ミセルを調製するために乳タンパク質を使用しようと試み、また、牛乳とクルクミンの複合性を試験するための変数として牛乳を加熱する効果を研究した。その結果、80°cで加熱したタンパク質を変性させ、クルクミンへの吸着効果を高めた。2つの研究は、クルクミンと食品タンパク質成分がミセルを形成することを提案し、乳製品を原料としてクルクミンの生物学的利用能を高める2つの方法を実証した。原材料は広く入手可能で、グリーンで安全であり、乳製品に使用されても汚染はありません。予備的な結果は、乳製品におけるクルクミンミセルの可能性を示しています。

wang yonghui[46]は、ゼイン加水分解物を用いてクルクミンをモデルとした複合ナノ粒子コロイド送達システムを構築した。このシステムは良好な物理的安定性を有し、遊離クルクミンと比較して水へのコロイド系の溶解度が大幅に向上します。また、貯蔵中の化学的安定性も大幅に向上します。また、水溶性大豆多糖類を添加した場合の効果についても検討しました。この相乗効果により、酸性環境下でのクルクミンコロイド系の安定性が向上した。Goryeら【47】昔、オート麦のβ-glucan octenylフマル酸還元クルクミンが負荷にで、micellarクルクミンがsolubilizedソリューションとフルーツジュースパパイヤジュースなどの比率でのパインジュースやメロンの汁が1:1クルクミンが準備。コロイド中のクルクミンの劣化半減期を異なる時期に試験したところ、70 ~ 90°cの範囲で加熱温度が上昇するとミセルの安定性が低下することがわかった。さらに、クルクミンコロイドは、異なるフルーツジュースで異なる安定性を持っています。クルクミンコロイド製剤は、異なるフルーツジュースのさまざまなニーズに応じて、需要に応じてプロセスを改善するために調製することができます。

一方、khanjiら[48]は、ミセラーカゼイン中のクルクミンのカプセル化と粉末の調製を研究するために噴霧乾燥を用いた。調製したコロイドは、クルクミンのカプセル化率が高く、粉末化後の再水和やゲル化能を有しており、粉ミルク等のインスタント食品に利用できる。さらに、コロイドはまた、良好な抗酸化特性を有し、調製物は保存が容易です。インスタント食品に添加すると、食品の腐敗を遅らせることもできます。一部の学者はまた、食品中のクルクミン含有コロイドの特性を研究し始めている。tosatiら[49]は、タピオカデンプンとゼラチンを原料とし、精製クルクミンを添加し、ハイドロゲルコーティングを施した。異なる培養温度と異なるクルクミン含有量でのリステリアモノサイトゲネスに対するヒドロゲルの光動的抗菌活性を比較し、それらの抗菌性を食品中で試験した。その結果、ハイドロゲルは紫外線下で高い抗菌活性を示すことが確認された。従来の包装と比較して、食品保存を達成するためにコーティングされたフィルムの使用は、コロイド製剤が食品と良好に接触することができるという利点があり、クルクミン含有コロイドシステムの食品保存および抗菌用途への応用可能性を示しています。

その優れた特性から、食品、特に機能性食品への応用が期待されています。クルクミン含有ゲルは、加工後に粉末として貯蔵することができ、再水和後のゲル化能があり、比較的安定しています。また、選択された材料は、ナノ複合体のものと類似しており、主にタンパク質材料です。また、他の3つの加工方法と比較して、ゲル化の方法は、コストと工程の点で比較的簡単である。しかし、ゲルの存在により、コロイド食品やコーティングされたフィルム包装などの用途で一定の利点があります。しかし、コロイドの形状により、食品の外観や味への悪影響を解消する必要があり、その悪影響を回避するために、該当するコロイド食品に適用することができます。

3結論

食品安全への関心が高まる中、食品保存技術にも注目が集まっています。クルクミンは、無汚染、分解性、抗菌性、抗酸化性という利点を持つ天然食品添加物であり、食品への応用の見通しが高い。食物の保存分野でマイクロカプセルcurcumin-containingコーティングなどelectrospinning、延長のためにナノ粒子を動因してコロイドだけでなくの賞味期限食料を供給しスロー釈放も大方焼け材料バイオマスクルクミンが負荷も自然分解されます材、高全体的な材料はやさしいものと見られる。同時に、多くのプロセスは、その緩解性のために、準備後にあまりにも長く放置することはできません。生成物の安定性は、アニオン基とカチオン基が結合したキトサンなどの物質を添加することで向上させることができる。ナノ剤の形状は、副作用を避けるために同様の特性を持つ食品に適用することができます。クルクミン自体が天然の色素であり、食品に直接応用できる製剤として用いることができるため、保存しながら食品の色や味などを改善することが期待されます。しかし、大量生産には研究者のさらなる研究が必要である。 

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