クルクミン粉末とは何ですか?

クルクミンは、分子式c21h20o6の天然の活性ポリフェノール化合物で、ウコン、サフラン、ガランガルなどのショウガ科植物やショウブ科植物の根茎に見られる[1]。のクルクミン化合物の主な形態クルクミン、デメチルクルクミン、ビスデメチルクルクミンは、同様の構造を持ち、融点は183°cで、水に不溶で、アルカリ溶液やエタノール、アセトンなどの有機溶媒に容易に溶解します。クルクミンはph感受性であり、一般的に酸性環境でより安定である。しかし、中性およびアルカリ性の環境では、より分解しやすい。phによって色が変化し、酸性・中性環境では黄色、アルカリ性環境では赤褐色に見える。ph指示薬として用いられる。クルクミンの研究が進むにつれ、クルクミノイド化合物は炎症の除去、細菌の抑制、フリーラジカルの産生に対する抵抗、がん細胞の増殖抑制など多くの生物活性を有することが明らかになってきた(表1)。

ウコン抽出物は毒性が低いまた、人体や動物への副作用が少なく、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。そのために、以下では、申請方法、調製方法、およびレビューを提供しますクルクミンの改造研究。

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

ウコンエキスは優れた防腐剤、抗菌、抗酸化特性を持ち、特定の健康上の利点があります。それはまたウコンに似た味を持つ天然の黄色の色素であり、軽くてスパイシーな味で後味は苦いです。そのため、ウコンエキスは着色剤、防腐剤、香料として多くの食品に使用されています。

ウコンエキス着色剤として安全・安心で、食肉製品、缶詰食品、パスタ製品、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。クルクミンは細菌の増殖を抑制することもできるチューブリンに結合することで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。水産業養鶏畜産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ます抗生剤の使用を減らし、動物の生存率と安全性を高めるのに肯定的な効果があるという。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。

養殖では、クルクミンは一般的に消費される多くの種類の魚の養殖に使用されています[22]。幼魚は、死亡や病気を引き起こす様々な要因に脆弱である。研究によると、草魚の養殖にクルクミンを適量添加すると、体重増加率と生存率が効果的に上がる[23]。飼料に適切な量のクルクミンを添加すると、血清トランスアミナーゼの活性を効果的に調節し、稚魚の体色を改善することができる[24];ティラピアとコイの実験では、60 mg/kgのクルクミンを飼料に添加すると、ティラピアの成長性能が向上することが示された[25、26]。さらに、クルクミンは肝細胞がん細胞のレチノイド2系(nfr2)に関連する核因子を媒介することで、carpの肝損傷修復能力を向上させます。

養鶏に関する研究は、それを発見しました[27,28]クルクミンはブロイラーの免疫レベルを向上させることができますそして、それらの栄養レベルを調整することにより、生産性能と肉の品質を大幅に向上させます。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、養豚における抗生物質の使用を効果的に減らすことができますブタの成長能力と飼料利用率を向上させる[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、フラッシュを使用して最適化したクルクミンの抽出プロセスこれは、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改善しました。

2.2化学合成

ウコンエキスは、食品、医薬品、健康製品に広く使用されている天然色素です飼料などの分野では、抗炎症性と防腐性に優れている。しかし、ウコンなどのクルクミンを含む植物は収量が限られており、植物抽出だけでは市場の需要に応えることができません。したがって、クルクミンの化学合成は、その生産を補完する手段です。1997年には、原料としてトリブチルスズボランに基づくクルクミンを合成するための古典的な方法が海外で開発された[38];zhong yining[39]は、上記のクルクミンの古典的な合成法を最適化・改良し、バニリンとアセチルアセトンを原料とするクルクミンを調製する方法を得た。zou chunyangら[40]は、バニリンとアセチルアセトンからクルクミンを合成するプロセスを最適化し、最大100 gの飼料量を得て、化学的に合成されたクルクミン全体の収率を向上させた。

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。はクルクミンの化学合成原料が入手しやすく、比較的安価であるという利点があり、合成量が少なく、使用される化学試薬は環境汚染を引き起こす可能性があり、人体に隠れた危険性があるため、クルクミンの製造には理想的な方法ではありません。

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。の生体におけるクルクミンの合成フェニルプロパノイド経路です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[45]は、ウコンのdcsとcurs、シロイヌナズナの4 cl、glutinisのtal、saccharothrix espanaensisのc3h、アルファルファのccoeoyl-coa-3-o-メトキシトランスフェラーゼ(ccoaomt)を導入して達成したチロシンからクルクミンを合成する.

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、モジュール式共培養エンジニアリングの大きな可能性を示していますチロシンからのクルクミンと他のクルクミノイドの生産[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、非常に重要な意味を持っていますクルクミンの異種合成aspergillus oryzaeによるその他のポリケチド

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

多くのクルクミンの生物活性食品、医薬品、健康製品など多くの分野で幅広い応用の見通しがあります。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、高分子ミセルが役立つことを示しましたクルクミンを取り上げますc6神経膠腫細胞によって効果的に腫瘍細胞を殺すことができ、腫瘍の治療におけるクルクミンの適用にインスピレーションを与えています。

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]。準備クルクミンエタノールリポソームエタノール注入法とラットでの経口投与実験により、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率を示すことが証明され、クルクミン経口製剤の調製の基礎ができました。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'の疾患モデル、および実験は、それが有意な持続放出効果を持っていたことを証明した。mao qianらはまた、クルクミンナノリポソームが、糖尿病による心筋細胞のアポトーシスと線維化に有効な予防効果を持つことを証明した[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、たまたま対処することができますクルクミンの特徴これは、水への溶解度が低く[58]、クルクミンの吸収と生物学的利用能の改善に寄与します。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

シクロデキストリン(cyclodextrin)は、デンプンを触媒するシクロデキストリングルカノトランスフェラーゼによって形成される環状オリゴ糖である。これは、親水性の表面と疎水性の内部空洞構造[62]を有するため、さまざまな疎水性の小分子化合物を封入するために使用することができ、活性物質の水溶性と安定性を向上させるのに役立ちます。医学、食品、生物学などの分野で活用されている。研究によると、シクロデキストリンクルクミン輸送体は、遊離クルクミンよりも優れた溶解性を有する。βクルクミンが-Cyclodextrin用意で磨りにある約100倍自由クルクミンより溶存量βながら-Cyclodextrin溶媒蒸発によって調製クルクミンまた、凍結乾燥の溶解度は1000倍以上も高い[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、コーンポーラスターチを担体として使用したクルクミンが準備microspheres,クルクミンの溶解率を大幅に改善し、クルクミンの生物学的利用能を増加させました。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、aであるクルクミンの良いキャリア。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

が果たす重要な役割のためにクルクミンとその誘導体癌の予防では、近年、多くの学者は、低い水溶性、低い安定性および低いクルクミンの生物学的利用能の問題を克服するために、クルクミンの構造修飾または変換に専念しています。

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、構造クルクミンの変更生物学的利用能をある程度向上させることができます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、最終的に水溶性が著しく高い2種類のクルクミン誘導体を得たクルクミンよりも抗酸化特性.

4結論

ウコンエキスは良い応用の見通しがありますその優れた生物活性のために多くの分野で使用されていますが、その高い精製コストと不安定な性質は、その効率的な応用を制限します。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。また、改善することができる修正方法についての研究報告が多数ありましたバイオアベイラビリティとクルクミンの安定性しかし、安全性と安定性については、さらなる研究が必要である。

クルクミンの生理機能の研究が進むにつれ、クルクミン製品の市場も拡大しています。今後の研究の方向性としては、微生物によるクルクミンの合成レベルの向上や、ウコン中のクルクミン含有量の増加、抽出プロセスの最適化などが考えられる。また、クルクミン改質の応用においても、新材料の導入が注目されています。今後の医療応用としては、クルクミンが細胞内の様々なシグナル経路に関与していることが多くの細胞実験や臨床試験で示されていますが、様々なシグナル経路と相互作用する分子機構はまだ具体的には解明されていません。作用機序については、より深く研究する必要がある。将来の食糧利用という点ではクルクミンは現在も着色剤として存在しているまたは防腐剤、将来的には、そのような食品の付加価値を高めるために、その生理機能によって特徴づけることができます。

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