クルクミン粉末とは何ですか?

クルクミンが, とthe molecular formula C21H20O6, is a natural active polyphenolic compound found in the rhizomes of plants in the ginger family such as turmeric, saffron, とgalangal, or in the arum family such as calamus[1]. The main forms クルクミンがのcompounds are curcumin, demethylクルクミンがとbisdemethylcurcumin, which have similar structures (as shown in Figure 1). They have a melting point of 183°C, are insoluble in water, and are easily soluble in alkaline solutions or organic solvents such as ethanol and acetone. Curcumin is pH-sensitive, and is generally more stable in acidic environments. In neutral and alkaline environments, however, it decomposes more easily. Its color changes with pH, and it appears yellow in acidic and neutral environments and reddish brown in alkaline conditions. It can be used as a pH indicator. As research にクルクミンがhas become more in-depth, it has been found that curcuminoid compounds have many biological activities, such as eliminating inflammation, inhibiting bacteria, resisting free radical production, and inhibiting cancer cell growth (as shown in Table 1).

ウコンエキスは、人や動物に対する毒性が低く、食品、医薬品、健康製品、化粧品など、世界中の多くの分野で使用されています。たとえば、お茶をとして使用されて加算日本では、整形美人の添加物でタイで中国飲料調味料は防腐剤マレーシアの韓国とではインドの消炎剤があり、パキスタンと付加的なマスタード、チーズ、バターとフライドポテト米国[16]。現在、クルクミンは、精製コストの高さ、生物学的利用能の低さ、水溶性の低さなどの問題から、有効に利用されていません。国内外の研究者は関連する科学的問題について多くの研究を行った。このため、クルクミンの応用、調製方法、改質研究について概説する。

1食品および飼料産業におけるクルクミンの応用

1.1食品産業におけるクルクミンの応用

ウコンエキスhas good preservative, antibacterial and 抗酸化properties, as well as certain health benefits. It is also a natural yellow pigment with a similar taste to turmeric, a light and spicy taste with a bitter aftertaste. Therefore, turmeric extract is used as a coloring agent, preservative and flavoring agent in many types of food.

ウコンエキスは、着色剤として安全で信頼性が高く、食肉、缶詰、パスタ、煮物などの着色に広く使用されています。世界7カ国で使用されている天然顔料の一つです。zhang baojunら[17]は、インスタントラーメン製品で同じ着色効果を達成するために、クルクミンの量がカロチン、クチナクチナイエロー、コーンイエローなどの顔料よりも有意に少なく、その着色能力が他のほとんどの顔料よりも大きいことを証明した。

クルクミンのユニークな共役構造は、それに良い抗酸化特性を与えます。ソーセージやカツレツなどの肉製品に添加することで、脂質の酸化を抑えることができ[18]、食品の酸化劣化を抑えることができる。クルクミンはチューブリンに結合することで細菌の増殖を抑制し、細菌の分裂やタンパク質合成を阻害し、細菌の細胞壁や細胞膜などを破壊する。食品に添加すると、食品中の細菌の繁殖を効果的に防ぐことができる。teowら[19]は、クルクミンがゲンタマイシン、アミカシン、シプロフロキサシンの3種類の抗生物質と相乗効果を有し、抗菌効果を有意に高めていることを明らかにした。宋クルクミンが[20]がらか集中100でμmol / L光の30分とも相まって、露光生産率を35%も減少させることをおよびPenicillium胞子の生存に防黴クルクミンがの値を誇示し作成しました

1.2飼料産業におけるクルクミンの応用

欧州連合(eu)は2006年から動物の飼料に抗生物質を添加することを全面的に禁止しており[21]、その後中国を含む多くの国でも禁止されている。養殖、家禽、家畜の農業では、クルクミンは飼料中の抗生物質の代替として使用することができ、抗生物質の使用を減らし、動物の生存率と安全性を向上させる上で肯定的な効果があります。したがって、クルクミンは動物の飼料にも大きな価値を示します。

水産curcumin has been used in the farming of many types of fish that are commonly consumed [22]. Juvenile fish are vulnerable to various factors that can cause mortality or disease. Studies have found that adding an appropriate amount クルクミンがのto the farming of grass carp can effectively increase the weight gain rate and survival rate [23]; adding an appropriate amount of curcumin to the feed can effectively regulate the activity of serum transaminase and improve the body color of juvenile eels [24]; experiments by Zhang Yuanyuan et al. [25,26] on tilapia and carp showed that adding 60 mg/kg curcumin to the feed can improve the growth performance of tilapia. In addition, curcumin improves the liver damage repair ability of carp by mediating the nuclear factor related to retinoid 2 system (Nfr2) in hepatocellular carcinoma cells.

養鶏に関する研究では、クルクミンはブロイラーの免疫レベルを改善し、栄養レベルを調節することができ、それによって生産性能と肉の品質を大幅に向上させることがわかりました[27、28]。kuang chuntaoの研究[29]によると、ウコン飼料添加物は、t3、t4、gh、tg、choの分泌を調節することによってタンパク質と脂質の代謝を調節し、それによって肉を食べる人の胸部と脚の筋肉のアミノ酸と脂肪の含有量を増加させ、屠る能力を向上させることができます。

クルクミンは、豚の飼育における抗生物質の使用を効果的に減らし、豚の成長性能と飼料利用率を向上させることができる[30]。zhou mingら[31]は、クルクミンが飼料中のキノロンに取って代わることを実験で明らかにした。300 - 400 mg/kgのクルクミンを肥やす豚の飼料に添加すると、体重増加率、飼料転換率、豚血清中の血糖値や総血清タンパク質などの指標がさまざまな程度に改善され、豚の健康に有益な効果があります。wang xiaらは、豚の飼料にクルクミンを添加すると、豚の死骸の赤身肉の割合が有意に増加し、目の筋肉の面積が増加し、豚の生産能力にプラスの効果があることを実験で明らかにした[32]。

2クルクミンの準備

2.1工場抽出

クルクミン(curcumin)は、天然の化合物であるウコンなどの根茎に広く見られます。クルクミンを得る最も直接的な方法は植物抽出である。従来の植物抽出法には、酵素法[33]、マイクロ波抽出法[34]、超臨界二酸化炭素抽出法[35]、酸塩基抽出法、超音波抽出法[36]などがある。このうち、酵素法や超音波抽出法は高効率であるが、いずれも高品質な装置と多額の投資を必要とするという共通点がある[33,36]。マイクロ波抽出法は、物質抽出に対して非常に選択的であるが、マイクロ波放射は漏れの危険性があり、人体に損傷を与えやすい[34]。クルクミンの超臨界co2抽出法は、有効に生物活性を維持することができるが、大量生産は困難である。酸塩基抽出法は簡便で安全であり、設備の必要性も低いが、クルクミンを分解しやすく、環境への影響も大きい。抽出率は他の方法よりも低い。

近年、植物から特定の成分を効率的に抽出するフラッシュ抽出法が開発されており、高効率、短時間、低エネルギー消費という利点があります。dong qingfeiら[37]は、クルクミンのフラッシュ抽出プロセスを使用して最適化し、マイクロ波による酵素加水分解や超音波抽出などの従来の方法と比較してクルクミンの収率を大幅に向上させた。

2.2化学合成

Turmeric extract is a natural pigment that is widely used in food, medicine, health products, feed and other fields because of its excellent anti-inflammatory and preservative properties. However, the yield of turmeric and other plants containing curcumin is limited, and plant extraction alone cannot meet market demand. Therefore, chemical synthesis of curcumin is a means of supplementing its production. As early as 1997, a classic method for synthesizing curcumin based on tributyltin borane as a raw material was developed abroad [38]; Zhong Yining [39] optimized and improved the above-mentioned classic synthesis method of curcumin, and obtained a method for preparing curcumin using vanillin and acetylacetone as raw materials, which overcomes the disadvantages of the classic synthesis method, such as the high price and flammability of tributyltin borane. Zou Chunyang et al. [40] optimized the process of synthesizing curcumin from vanillin and acetylacetone, which resulted in a feed amount of up to the hundred gram level and an increase in the overall yield of chemically synthesized curcumin.

tian taiping[41]は、原料としてバニリンとアセチルアセトンを使用し、マイクロ波放射を使用してクルクミンを化学的に合成する効率をさらに向上させ、反応プロセスをよりクリーンで、より穏やかで、より効果的にした。クルクミンが化学合成は入手しやすいのであることが彼の強みの原材料の略装束は比較的安価で、比較的にとって理想的な方法はありませクルクミンが生産できず、合成は高くない量の原因になることが化学では不使用環境汚染は見えない人体の危険性関係が働いています

2.3微生物合成

近年、合成生物学の急速な発展に伴い、微生物を代謝工学技術を用いて様々な天然物を生産することが一つの方法となっています。化学合成法に比べて、クリーンで効率が良く、大量生産に適しているという利点がある。生体内でのクルクミンの合成はフェニルプロパノイド経路を介して行われる。クルクミンを合成するこの経路の主要な酵素にはフェニルアラニンアンモニアリアーゼ(pal)、チロシンアンモニアリアーゼ(tal)、シナモン酸-4-ヒドロキシラーゼ(c4h)、シナモン酸-3-ヒドロキシラーゼ(c3h)、o-メトキシトランスフェラーゼ(omt)、ジケチドcoaシンテターゼ(dcs)、4-クマトcoaリガーゼ(4 cl)がある。omt)、ジケチドcoaシンテターゼ(dcs)、4-クマトcoaリガーゼ(4 cl)、およびクルクミン合成酵素(curs)のうち、dcsおよびcursはクルクミン合成における重要なレート制限酵素である[42]。近年、大腸菌、ヤロウィア、pseudomonas putida、aspergillus oryzaeの生合成経路を再構築することにより、異型生合成に成功している[43]。

2.3.1大腸菌におけるクルクミン生合成

大腸菌は、単純な培養と分子遺伝学の明確な背景を持つ非常に成熟した遺伝子工学ホストです。国内外の研究の多くは、大腸菌の発現系を構築することによりクルクミンの生合成を達成しています。勝山ら[42,44]はイネ由来のcurs、紫草由来の4 cl、bacillus glutamicum由来のアセチル-コエンザイムaカルボキシラーゼ(acc)を大腸菌ベクターに導入し[42,44]、フェルル酸由来のクルクミンの合成に成功した。rodriguesらは[45]、チロシンからのクルクミン合成を達成するために、ウコンからのdcsとcurs、シロイヌナズナからの4 cl、glutinis rhodotorulaからのtal、saccharothrix espanaensisからのc3h、アルファルファからのccoeoyl-coa-3-o-メトキシトランスフェラーゼ(ccoaomt)を導入した。

加えて、チーム' sこの最新の研究基地から観測が初めてモジュール路をチロシン酸をferulicからして、1 ferulic取得する酸タイターの1,325.1μmol / L,最高ferulic酸タイターのデートに報告された。その後、第2のモジュール経路として最適化を更に参照するferulic酸を用いる基板、curcuminoidsの最高濃度を達成1,529.5のデートに逐一報告したり、μmol / L。また、共培養法を用いて、細胞の代謝負荷を軽減してクルクミノイドの生産量をさらに増加させた。すなわち、チロシンをフェルル酸に変換できる大腸菌株と、最初の株で生成されたヒドロキシケイ皮酸をクルクミノイドに変換できる別の株が使用された。単一培養系と比較して、共培養法は総クルクミノイドを6.6倍増加させた。これらの結果は、チロシンからクルクミンやその他のクルクミノイドを生産するためのモジュール式共培養工学の大きな可能性を示している[46]。zhang leら[47]は、dcsをコードする遺伝子とcursをコードする遺伝子を非自然融合で発現させ、4 clをコードする遺伝子とともに大腸菌に導入した。ferulic acidを前駆体として、非天然融合遺伝子dcs: cursをクルクミンの微生物合成に適用し、高いクルクミン収率を有する大腸菌株を得た。これは、代謝ネットワークをさらに最適化し、将来的にはより強い人工細菌を構築するための参考となる。

2.3.2他の微生物におけるクルクミンの生合成

酵母はまた、強いストレス耐性と遺伝的安定性の利点を持つ、遺伝子工学のために一般的に使用されるシャーシ細胞である。今日、多くの酵母が食品産業や製薬産業で使用されています。例えば、saccharomyces cerevisiaeはギンセノシドやレスベラトロールの生産に用いられている。claireら[48]は、s . cerevisiaeでクルクミン合成酵素を発現させ、外生性4-クマル酸を加えることにより、ビスデメトキシクルクミンの合成に成功した。酵母を用いたクルクミン生合成の初めての報告です。

麹菌は醤油や米酢などの発酵食品によく使われる。二次代謝物の産生が少ないという利点があり、遺伝子工学のための理想的なシャーシ細胞です。kanら[49]aspergillus oryzaeにおけるクルクミン合成酵素を過剰発現させ、フェルロイル- n-アセチルシステインを含む寒天培地上でクルクミンアナログを合成することに成功した。麹菌がクルクミン生合成のためのシャーシ細胞として初めて用いられたことは、麹菌によるクルクミンやその他のポリケチドの異種合成において重要な参考資料となります。

pseudomonas putidaは多様な炭素代謝ネットワークと高い溶媒耐性を有しており、代謝工学のための理想的なホストである。inchaら[50]は、pseudomonas putidaに含まれる内因性のクマロイルcoa合成酵素を用いてクマロイルcoaを合成し、その内因性エノイルcoaヒドラターゼをノックアウトしてクマロイルcoaの分解を抑制し、米からクルクミン合成酵素を導入し、クマル酸を外因性に添加することにより、bisdemethoxycurcuminを合成することに成功した。

3クルクミンの変更

クルクミンの多くの生物活性は、食品、医薬品、健康製品などの多くの分野での応用の広い展望を持っています。しかし、水溶性、化学的不安定性、生物学的利用能の低さ、急速な代謝率、光分解性などの問題も早急に解決する必要があります。近年では、これらの問題を克服するため、研究者の間で意見が研究を进めてきパッケージを要約するなどの改変を加え、改装emulsification、など準備作業の段階をクルクミンが異なるを開発して強固なdispersions liposomes、ナノ粒子、化学、高分子micelles microspheres、β-cyclodextrin包括主義シェラ1011だ

3.1高分子micelles

ポリマーミセルは、水溶液中に両親媒性高分子材料を結合させて「疎水性コア-親水性シェル構造」を形成し、難溶性薬剤の溶解度を高めるために使用できる。一般的な調製方法には、有機溶剤の蒸発、乳化、透析などがあります。このうち、エマルション法は脂肪への溶解度が良い薬には適しているが、有機溶剤への要求が高い。透析法は操作が簡単で薬の量が多いが、大規模な栽培には使われない。有機溶剤蒸着法は水溶性薬剤に適しており、操作が容易で量産が可能である。欠点は、有機溶媒が残りやすいことである[51]。

zhang qinらは[52]、遊離クルクミンよりも生体適合性の高いクルクミンミセルを構築するために、ジステアロイルホスファチジルエタノールアミン-ポリエチレングリルを担体として用いた。彼らは酸化著明なameliorating効果ストレス損傷β1-42と良好な有望Alzheimer&の治療#39; sですfan ziliangら[53]は、ウンデセン酸とポリリジンを用いた新規グラフト高分子を構築し、クルクミンを封入した。この研究は、高分子ミセルがクルクミンがc6神経膠腫細胞に取り込まれるのを助け、効果的に腫瘍細胞を殺すことができることを示しました。

3.2 Liposomes

リポソームは、脂質二重膜が内部の水環境を取り囲んで形成される小胞である。それらは、疎水性または親水性薬剤の送達システムとしてしばしば使用されます。活性物質を外部環境との接触から効果的に保護して酸化を防ぎ、安定性と生物学的利用能を向上させることができます[54]。また、カプセル化率が高く、皮膚への刺激が少ないというメリットもあります。実際には、様々なクルクミンリポソームがクルクミンの生物学的利用能を向上させる上で顕著な結果を達成していることが証明されています。例えば、zhao jingら[55]はエタノール注入法を用いてクルクミンエタノールリポソームを調製し、ラットでの経口投与実験でクルクミンエタノールリポソームが遊離クルクミンよりも高い吸収を示すことを証明し、クルクミン経口製剤を調製するための基礎を築きました。mengら[56]は、低密度リポタンパク質を用いてクルクミンを搭載したナノ脂質担体をシミュレーションし、アルツハイマー病を有するラットに標的とした's disease model, and the experiment proved that it had a significant sustained-release effect. Mao Qian et al. also proved that curcumin nanoliposomes have an effective preventive effect on myocardial cell apoptosis and fibrosis caused by diabetes [57].

3.3固体dispersions

臨床現場では、固体分散は薬剤調製の最も一般的な方法である。これには、薬剤を分子、コロイドまたは超粒子の形で不活性担体に分散させ、難溶性薬剤の溶解度を高め、溶解速度を加速させることが含まれます。この技術は、クルクミンの特性を処理することができます。クルクミンは水に溶けにくいので[58]、クルクミンの吸収性と生物学的利用能を改善するのに役立ちます。クルクミン分散剤の研究では、担体としてポリエチレンピロリドン、コポビドン、ポロキサマー188などが主に使用され[59]、調製方法には共析出法、マイクロ波焼入れ法、凍結乾燥法、近年浮上しているホットメルト押出法、エレクトロスピニング技術などがある[60]。shi nianqiuら[61]は、プロセスによって調製されたクルクミン固体分散液の溶解度と溶解度に有意な差があり、中でもマイクロ波焼入れ法の方がクルクミンの溶解度の向上に有意な効果があることを発見した。したがって、クルクミン固体の分散に関する今後の研究では、クルクミン固体の分散の価値を最大化することができる調製プロセスを継続的に更新するために、新興調製プロセスと伝統的なプロセスの比較研究がまだ必要であると考えています。

3.4 Cyclodextrin

Cyclodextrin is a cyclic oligosaccharide formed by cyclodextrin glucanotransferase catalyzing starch. It has a hydrophilic surface and a hydrophobic inner cavity structure [62], so it can be used to encapsulate a variety of hydrophobic small molecule compounds, which helps to improve the water 溶存量and 安定of the active substance. It has been successfully used in medicine, food, biology and other fields. Studies have shown that the cyclodextrin curcumin delivery vehicle has better solubility than free curcumin. β-Cyclodextrin curcumin prepared by grinding has about 100 times better solubility than free curcumin, while β-cyclodextrin curcumin prepared by solvent evaporation and freeze-drying has more than 1,000 times better solubility [63].

3.5 Microspheres

ドラッグロードマイクロスフィアは、デンプン、キトサン、ゼラチンなどの原料で作られた球状キャリアに活性物質を封入した薬物送達システムである。粒子サイズが0.3 ~ 300μm。応用の面では、複数の薬物送達経路、血液中の薬物濃度の維持、安全性などの利点がある[64]。研究は、クルクミンマイクロスフィアがクルクミンの性能を大幅に向上させることができることを示しています。例えば、wang huayuら[65]は、トウモロコシの多孔質澱粉を担体としてクルクミンマイクロスボールを調製し、クルクミンの溶解率を有意に向上させ、クルクミンの生物学的利用能を高めた。cai jiehuiらは、pcl-peg-pcl共重合体を担体としてクルクミンマイクロスフェアを作製した。クルクミンとその誘導体に良好な持続放出効果を持ち、マイクロスフェアはフリーラジカルに対する良好な回収効果を有する。

3.6ナノ粒子

ナノ粒子搬送システムは、活性物質を10 ~ 1000 nmのキャリアに封入し、物質の搬送速度を上げるシステムである[67]。高い積載速度、低毒性、キャリアの比表面積が大きいという利点があり、食品業界でよく使用されています。ナノ粒子は標的とされ、エンドサイトーシスを介して細胞に直接取り込まれ、活性物質のより良い治療効果に有益です[68]。

ポリ(lactic-co-glycolic acid、plga)は、最も一般的に使用されるナノ材料の1つである。それは良好な生体適合性と低刺激性を有し、クルクミンのための良いキャリアです。zhu d . b .[69]やyang d .ら[70]は、plgaナノ粒子をクルクミンを担体として充填したが、いずれも、plgaナノ粒子がクルクミンの水溶性を効果的に改善し、良好な持続放出効果を有することを示した。

3.7クルクミンの構造修飾

クルクミンが重要な役割により癌予防にその派生で近年、多くの学者は、に身を投じている構造クルクミンが修正や変換試みに克服するかが课题と貧しい溶解水がかわいそうなクルクミンが安定と低バイオアベイラビリティー

aggarwalら[71]はクルクミンの構造修飾部位を詳細に記述している。構造修飾の主な方法には、ベンゼン環置換基の付加、削除、置換、カルボニル鎖の長さの変更、ジケトン構造の変更、芳香族環の複素環への置換、不飽和結合の還元などがある。その結果、クルクミンの炭素鎖をc-7からc-5に短くすると、水溶性と安定性が著しく向上し、抗腫瘍活性が著しく高まることが分かった[72]。weberら[73]は、クルクミンの芳香環をヘテロ多環に置換した。腫瘍細胞に対するこの誘導体のic50 (half-inhibitory concentration)は約3.9 mol/ lであり、クルクミン自体の8.2 mol/ lよりもはるかに良好であった。したがって、クルクミンの構造修飾は、その生物学的利用能をある程度向上させることができる。xu jialinら[74]8つのモノカルボニルクルクミン類似体を化学的に合成し、in vitro抗酸化実験で試験した。β枚目と代替したその結果-diketoneを有するmonoketone構造の安定を向上させあてはめられヒドロキシ置換現場であてはめられは抗酸化作用に影響を及ぼす重要なです。

微生物変換とは、微生物細胞内で異なる機能を持つ酵素を用いて、目的の化合物の構造を変化させ、異なる誘導体を得る方法である。徐阜城ら[75]上映と取得のゴシップを生成するする乳酸菌β-glucosidase、この細菌の逆反応の活動使用β-glucosidaseを使ってクルクミン分子のglycosylation。製品はクルクミンジグルコシドおよびクルクミンモノグルコシドとして同定された。chen bingsong[76]は、大腸菌のvincaleia grandifloraからグルコシルトランスフェラーゼを発現し、クルクミンおよびその還元生成物のグルコシル化を全細胞系で触媒した。最後に、グルコシル化テトラヒドロクルクミンとグルコシル化ヘキサヒドロクルクミンを調製して単離することに成功した。li yixuan[77]は大腸菌のbacillus subtilis bs168から糖転移酵素遺伝子を異所的に発現させ、精製された糖転移酵素を得てクルクミンを触媒し、最終的にクルクミンよりも水溶性と抗酸化特性が著しく高い2種類のクルクミン誘導体を得た。

4結論

ウコン抽出物は、その優れた生物活性から多くの分野で応用が期待されていますが、高い精製コストと不安定な性質により、効率的な利用が制限されています。本稿では,関連する問題を解決するための研究の進捗状況を概観する。クルクミンは、従来の植物抽出や化学合成に加えて、組換え微生物を構築することによって大量に合成することもできます。精製コストが低く、環境にも優しい。クルクミンの生物学的利用能と安定性をある程度向上させることができる修飾法についても多くの研究報告があるが、安全性と安定性についてはさらなる研究が必要である。

As research にphysiological functions of curcumin continues to deepen, so too does the market for curcumin products. Future research directions could consider improving the level of microbial synthesis of curcumin or increasing the curcumin content in turmeric and optimizing the extraction process. In addition, the introduction of new materials is also one of the hot research directions for the application of curcumin modification. In terms of future medical applications, although many cell experiments and clinical trials have shown that the mechanism of curcumin is related to different intracellular signal pathways, the molecular mechanism of curcumin interacting with various signal pathways has not yet been specifically elucidated. Therefore, more in-depth research should be conducted on its mechanism of action. In terms of future food applications, curcumin currently still exists as a coloring agent or preservative, and in the future, it can be characterized by its physiological functions to increase the added value of such foods.

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