Curcumin 분말 미세캡슐화 기술에 관한 연구

커큐미노이드 (Curcuminoids)는 강황 식물 커큐마 롱가 (Curcum한longa)의 리좀 부분에서 정제된 화합물의 일종이다.주로 커큐민 (Cur), 드메톡시커큐민 (DMC), 비스-디메톡시커큐민 (Bis-DMC)이 있으며 각각 60%에서 75%, 10%에서 27%, 5%에서 15%를 차지한다.커큐민은 활성 물질로서 항산화 [1-4], 항염증 [5-9], 항암 [10-15] 등의 다양한 효과를 가지고 있다;게다가 인류 발전의 오랜 역사 속에서 강황에 대한 약효 기록은 오랫동안 있어왔다.예를 들어 인도의 의학서'아유르베다'는'생명의 양념'이라고 했고,'차이나 's great pharmacology classic Compendium 의Materia Medica 에서도 강황제는 심장 통증, 복통, 상처 등을 치료하는데 사용될 수 있다고 기록했다.이는 커큐민이 식품, 의약, 일용화학품 등 분야에서 광범위한 응용전망이 있음을 보여줍니다.

그러나 커큐민은 빛, 열, 산소, 산, 알칼리 등에 의해 쉽게 분해되고, 이러한 문제로 인해 그 적용범위와 사용범위가 제한된다.마이크로캡슐은 직경이 50 nm에서 2 mm인 구형 입자로 중심 물질을 포함하거나, 중심 물질이 벽면 물질 매트릭스에 분산되어 있습니다.현재 활성 물질의 전달 시스템에 마이크로 캡슐화 기술이 널리 사용되고 있으며 활성 물질의 빛, 열, 산소 및 산-염기 안정성을 향상시킬 수 있고, 또한 생체 내 및 체외 소화 과정 중 일정한 제어 방출 효과를 가지고 있다 [16].따라서 커큐민 마이크로 캡슐화 기술은 커큐민의 응용 효과를 향상시키고 응용 범위를 넓힐 수 있는 좋은 방법입니다.따라서 본 논문에서는 커큐민의 물리화학적 특성, 생체내 대사과정 및 생물학적 활성을 기술하고, 커큐민의 미세캡슐화 기술에 대한 고찰에 초점을 두고 있다.

커큐민의 개요 1

커큐민의 구조 및 물리화학적 특성 1.1

커[1,7-비스 (4-히드록시-3-메톡시페닐)-1,6-헵타디엔-3,5-디온]은 비스-페룰산 화합물이며 분자식은 C21H20O6, 분자량은 368.37 g/mol이다.그것의 녹는 점은 179-183 ° C, 그리고 그것의 화학적 구조는 β-diketone o-methoxyphenol 그룹과 각 끝에 붙어 있다 (그림 1 참조). 수소 원자의 전송에 β-diketone는 커에게 keto-enol tautomer (그림 2 참조). 약간 산성과 중립 조건 에서는 함유 ke을양식에 존재하는 동안 알칼리성 조건에서, 그것은 존재에 [17] enol 형태이다.

Curcumin은 주황색의 결정입니다그것은 천연 색소로 식품 가공에 사용되어 왔다.pH가 <1일 때는 붉고, pH가 1-7일 때는 노랗고, >7.5 [20] 일 때는 주황색-빨강색이다.커큐민은 용해도가 약 11 ng/mL[21]로 물에 매우 녹지 않는다.그것의 낮은 용해도는 주로 그것의 매우 소수성 구조 및 결정 성질에 기인한다.커큐민이 결정 상태로 존재할 때 분자 간 및 분자 내 수소 결합 [22]을 형성하여 물에 대한 커큐민의 용해도를 억제한다.그러나 메탄올, 에탄올, 아세톤 및 디메틸설폭시드와 같은 유기 용매에 쉽게 용해된다.

강황 추출물은 불안정합니다;70 °C에서 분해되기 시작하며, 70 °C에서 20분 후 약 32% 가 분해된다 [23].그것은 또한 빛에 민감하 며, 빛 조건에서, 그 β-diketone 두 개의 수소 원자를 잃 같은 작은 분자는 페놀 화합물을 형성 하기 위해 vanillic 산성, vanillin, ferulic 산성, ferulic aldehyde, 등이 있습니다. [24], 또는 demethoxylati에받고 keto-enol isomerization 같은 부산물을 형성하게 diketones과 메탄올, 아세 테이트, 등 [25].현재 대부분의 학자들은 커큐민은 알칼리성 조건에서 극도로 불안정하여 분해되어 페룰산, 페룰산 메틸에스테르, 바닐린 등의 물질을 생성하며 노란색 또는 갈색으로 변한다고 보고 있다.산성 및 중성 조건 [20, 26-27] 에서는 더 안정한데, 이는 conjugated diene 구조 [26]와 관련이 있을 수 있다.그러나 일부 학자들은 커큐민이 산성 상태에서는 더욱 불안정하며, 중성 또는 알칼리성 상태에서보다 분해율이 약 20배 높다고 보고 있다 [28].

커큐민의 생물학적 활성 1.2

1.2.1 항 산화

커큐민은 페놀성 체인을 끊는 항산화제이다.그것의 항산화 효과는 주로 반응성 산소 종 (ROS)을 제거하고 항산화 경로 [29]의 유도제로서 항산화 효소와 제2단계 대사 효소의 활성을 향상시킴으로써 이루어진다.

커의 활동에 관 한 청소 ROS, 어떤 학자들은 그것을 믿은 수소에의 분열로 인해 페놀 그룹 [3, 30-32]., 하지만 다른 사람들은 그것이 존재 한다고 믿의 분열로 인해 수소의 중앙 methylene 그룹에 β-diketone 구조 [33].구오에서 et 알다.[1], 빈 제어과 비교 했을 때, 인간의 피 기능 세포라 각막 치료는 커 후 유도 산화 스트레스, 셀 증가, 생존과 세포 내 ROS생산 감소, 주로 했던 함유로 인해 상당히 향상 된 핵 전사 요인의 표현 (NF-κ B), 셀에 뿐만 아니라 Keap1/Nrf2/은 경로 superoxide dismutase 1과 heme oxygenase 1 생산,그럼으로써 인간 각막 내피세포의 항산화 능력을 향상시킵니다.등 34)은 curcumin과 그 유사체가 적혈구의 free radical-induced oxidative hemolysis를 효과적으로 억제할 수 있음을 발견하였다.Momeni 등 4)은 비소산나트륨의 신독성에 대한 커큐민의 보호효과를 평가하였다.Curcumin은 항산화제로서 비소산나트륨이 신장조직의 사구체와 근위부 소관에 미치는 부작용과 혈청의 항산화 능력을 늦추거나 예방할 수 있습니다.Rai 등 [2]의 연구에서 커큐민은 구강 내 점막하 섬유증 치료에 있어 항산화 약물과 비교할 수 있었으며, 환자를 유의하게 개선's 입 벌림, 매운 음식 먹을 때 타는 느낌, 혀 돌기.

2 항 염증

염증은 몸 ', 자극에 대한 방어반응.그것은 면역 체계&의 중요한 부분이다#39;의 항상성을 유지하는 기능을 하며, 비만, 당뇨병, 만성폐쇄성폐질환, 동맥경화증 [7] 등 많은 만성질환과 관련이 있다.함유로 염증을 억제 하여 염증을 효과적으로 억제 할 수 있 중재자와 핵 전사 요인 (NF-κ B)와 [35] 당질 코 르 티코의 행동 강화에 어긋나는 것이다.예를 들어 커큐민은 SIRT1을 상승시켜 NLRP3 염증이 활성화되는 것을 막음으로써 염증을 감소시켜 [9] 급성 폐렴으로부터 보호할 수 있다.체외 염증 모델에서 종양 괴 요인에 의해 서 유도 α (TNF-α) (인간 태반, 본능적인 지방조직,과 피하지방 조직), 상당히 커 염증 억제 중재자 (interleukins 1A, 1B, 그리고 6)과 승진의 표현 항 염증 cytokines interleukins 4와 3.따라서 커큐민은 염증성 임신 합병증 [9]에 대한 치료적 중재로 사용될 것으로 기대된다.함유 염증을 감소시 킨 반응의 수준을 down-regulating 염증 성 중재자에 의해 (TNF-α, interleukin-1 β와 17와 성장 인자-β) 혁신에의 관절 collagenous 관절염이 있는 쥐들의 표현을 억제 cyclooxygenase (2) 라고, 그리고 또한 치료를 행사하는 것은 사멸 대식 세포을 유발 한 관절염 collagenous [6]에는 영향을 미치지 않습니다.

1.2.3 Anti-tumor

커큐민은 주로 종양세포에서 세포사멸을 유도하고, 종양 침습과 전이를 억제하며, [36] 종양세포에서 약제 내성을 역전시켜 항암 효과를 발휘한다.예를 들어 커큐민은 망막모세포종에서 miR-99a의 발현을 강화하여 JAK/STAT경로를 차단함으로써 [10] 세포 악성화를 억제한다.Curcumin은 AKT/MTOR경로 [11]를 차단함으로써 교모세포종의 증식을 억제한다.커큐민은 인체 대장암세포에서 단백질 인산화효소 (extracellular regulated prote에서kinases, ERK)의 인산화를 억제하여 하류인 ERK신호인 c-MYC와 cycl에서D1의 억제를 유도한다.G0/G1세포의 비율이 증가하며, 이는 결국 대장암세포의 세포주기를 막고 세포사멸을 유도한다 [13].또한 Xu 등 [12]에서 CD44는 대장암 세포 표면의 일반적인 마커 중 하나이며, curcumin은 CD44의 발현을 하향 조절하고 대장암 세포의 증식, 이동 및 종양구 형성을 억제할 수 있습니다.따라서 커큐민은 CD44를 표적으로 하는 대장암 보조 요법 약물일 수 있습니다.

기타 생물학적 활동 1.2.4

커큐민은 상술한 항산화, 항염증, 항종양 기능 외에 기타 다양한 기능성 작용이 있다.예를들어, 상당히 로리 (균의 성장을 억제 할 수 있는 커 위는 농도에서 200 μ mol/L [37];개선 할 수 있는 커 당뇨,의 신진대사의 장애를 효과적으로 혈당을 조절하고 혈액 지질, 개선 β-cell 함수, 낮은 인슐린 저항, 그렇게 함 으로써 맹위 저혈 당 효과를 [38];또한 커큐민은 지방세포의 리간드와 결합할 수 있어 지방세포 분화 억제 효과를 발휘하며 비만을 예방할 수 있는 가능성이 있다 [39].이를 통해 커큐민은 개발 가능성이 큰 생리활성 물질임을 알 수 있다.

커큐민의 흡수, 대사 및 생체 이용성 1.3

흡수 및 신진대사 1.3.1

1978년 홀더 등 [40]이 쥐에서 커큐민의 대사산물을 처음 연구, 보고한 이후 국내외 많은 연구자들이 커큐민에 대한 일련의 체외 및 체내 대사 연구를 수행해 왔다.

생체 내 커큐민의 주요 대사 경로에는 제1단계 환원 대사와 제2단계 conjugation 대사 [41] (그림 3 참조) 가 있으며, 분해, 자동 산화 및curcumin의 촉매 산화다.커 I-phase 환원주의 적이 신진대사 NADPH-dependent 단계적 수소 첨가 한 과정이 4 이중 채권의 β-diketone 구조 [42].이 과정은 주로 간 및 소장 세포의 세포질에 있는 시토크롬 P450과 알코올 탈수소효소에 의해 촉매된다 [43].주요 제품으로는 디하이드로커큐민, 테트라하이드로커큐민 (테트라하이드로커큐민, THC), 헥사하이드로커큐민, 옥타하이드로커큐민 [44] 등이 있다.커큐민 2의 복합 대사는 커큐민 또는 이의 제1기 감소된 대사산물이 글루쿠로니드화 또는 설포전달효소의 촉매작용에 의해 글루쿠로니드화 또는 황산화되는 과정을 의미하며, 글루쿠로니드화가 주요 과정 [45]이다.

uridinediphosphate glucuronosyltransferase (UGT)는 우리딘-5&의 글리코실 그룹을 추가한다#39;-인산글루쿠론산 (diphosphate glucuronic acid)을 커큐민 (curcumin) 또는 그 제1기 대사산물에 투여하여, 이들 물질의 수용성을 향상시키고보다 쉽게 소변으로 체내에서 배출되도록 함 [46];UGT는 주로 간, 장, 신장 등의 장기에 있는 세포의 소포체에 분포한다.간의 UGT (UGT1A1, UGT1A9)는 주로 커큐미노이드로부터 페놀성 히드록시 글루쿠로니드 공중합체 및 소량의 알코올 히드록시 글루쿠로니드 공중합체의 생성을 촉매한다.

장내 UGTs는 UGT1A8 및 UGT1A10 [47]과 같은 커큐미노이드로부터 페놀성 하이드록실글루쿠론산 공중합체의 생산을 촉매할 수 있을 뿐이다.또한 UGT1A7, UGT1A8 및 UGT1A10은 hexahydrocurcumin에 대한 높은 활성을 나타내지만 UGT1A7, UGT1A8 및 UGT1A10은 간에서 활성이 없거나 활성이 낮으나 위장관에서 특이적으로 발현된다 [48-49].간과 더불어 위장관이 커큐민의 글루쿠론화를 위한 주요 장기일 수 있음을 알 수 있다.설포전이효소 (Sulfotransferases, SULTs)는 so3-의 설포닐기를 히드록시기 또는 아미노기를 함유한 기판에 전달하여 [50]보다 쉽게 몸에서 제거되는 극성 생성물을 형성할 수 있다.소장은 커큐민의 황화를 위한 체내 주요 조직이다.SULT1A3는 커큐민과 드록시 커큐민의 설폰화를 매개할 수 있고, SULT1B1은 커큐민의 설폰화만을 매개하며, SULT1C4는 세 가지 커큐미노이드 [51]를 모두 촉매한다.

장내 미생물은 위의 대사 과정 외에도 커큐민의 대사에 중요한 역할을 한다.예를 들어, 인간의 장균인 Blautia sp. MRG-PMF1은 curcumin을 DMC및 Bis-DMC로 변환하거나, DMC를 Bis-DMC로 변환할 수 있다 [52];인체 분변 모델에서 3가지 커큐미노이드 (Cur, DMC, Bis-DMC)는 각각 24%, 61%, 87%의 분해율을 보이며 분해되었다.THC, 디 히드로 페룰산 (DFA) 및 1-(4-히드 록시-3-메 톡시 페닐)-2-프로판올을 초고성능 액체 크로마토그래피 및 질량 분석기로 확인하였다 [53].커큐민은 장내세균에 따라 다양한 대사물질을 생성한다.커큐민은 장내 식물체의 작용으로 탈메틸화, 환원, 하이드록실화, 아세틸화, 메틸화 등의 다양한 변형을 겪을 수 있음이 보고되었다 [52-55].또한, 많은 학자들은 curcumin과 장내 미생물 사이에 상호 작용이 있다는 것을 제안하였는데, 즉 curcumin은 장내 미생물의 생물적 전환 과정에서 서로 다른 대사산물을 생산할 수 있으며, 결국 curcumin과 그 대사산물은 장내 균형의 조절효과를 가진다 (56-59;그리고 인간 동식물의 균형은 건강에 중요한 영향을 미친다.따라서, 이것은 커큐민의 낮은 생물학적 이용성과 널리 보고된 이로운 효과 사이의 모순을 설명하는 데 사용될 수 있습니다.

1.3.2 Bioavailability

경구 투여 후 커큐민은 주로 모약의 형태로 분변으로 배출된다.Wahlstrom과 Blennow [60] 가 커(1 g/kg)을 SD쥐에 경구투여한 결과 72시간 후 쥐로부터 약 75%의 curcumin이 분변으로 배출되었고, 무시해도 될 정도의 curcumin이 소변에서 검출되었다 (<0.0006%)이다.커큐민은 간이나 혈액에서 빠르게 대사된다.간세포나 간 미세somal 유지에서는 커큐민의 90% 가 30분 이내에 대사된다 [60];복 막내 주입 한 후는 커 (100 mg/kg), 커의 피크 혈장 농도는 2. 25 μ g/mL에서 15분 [61];정맥 주사의 커 후, 커의 혈장 농도는 0. 02 μ g/mL에 대해, 그리고 농도 가 0 60 민 [60]에 접근 한다.커큐민은 흡수가 잘 안되고 신진대사가 빨라 생체이용성이 낮다.

2 커큐민 마이크로 캡슐화 기술

마이크로캡슐은 생리활성 물질을 캡슐화함으로써 기능성 성분의 용해도와 안정성을 효과적으로 향상시키고 생체이용성을 향상시킬 수 있다.단층 또는 다층 벽재, 마이크로캡슐 내부를 감싸거나 벽재 매트릭스에 분산된 코어재, 구형 또는 불규칙한 형태 등 [62] 마이크로캡슐의 내부 구조 및 형태에 따라 강황 커큐미노이드 마이크로캡슐은 크게 다음과 같은 종류로 나눌 수 있다 (그림 4 참조).

2.1 커큐민 마이크로 캡슐화의 주요 방법

2.1.1분무건조법

분무 건조의 원리는 코어 재료를 벽면 재료 용액에 분산시켜 안정적이고 균일한 공급 용액을 형성하는 것입니다.그런 다음 공급 용액은 분무기로부터 고속 압축 공기의 작용으로 작은 물방울로 분산됩니다.물방울속의 물은 건조실내의 고온기류의 작용으로 급속히 증발하며 벽체물질은 응고되여 건조한 마이크로캡슐입자를 형성한다.분무 건조 방법은 마이크로 캡슐의 준비와 건조를 동시에 달성합니다.공정이 간단하고, 비용이 저렴하며, 산업 생산을 구현하기 쉽고, 열에 민감한 물질의 미세캡슐화 특성 [63]이 있다.가장 널리 사용되는 마이크로 캡슐화 기술 [64] 이며 커큐민을 내장하는 일반적인 방법이기도하다.

커큐민 마이크로 캡슐을 제조할 때 분무 건조는 보통 유화제와 결합됩니다.유화의 점도와 분무건조 변수는 커큐민 마이크로캡슐의 품질에 영향을 미치는 두 가지 주요 인자이다.에멀젼의 점도는 벽체재료의 종류와 core-to-wall ratio에 영향을 받는다.분무건조에 사용되는 벽체재료는 수용성이 우수하고, 고농도에서도 낮은 점도를 유지하여야 하며, 분무처리가 용이하고, 탈수 및 건조가 용이하며, 벽체 부착이 거의 없어야 한다 [65].일반적으로 탄수화물과 단백질이 사용된다.core-to-wall ratio를 줄이면, 즉 벽면 재료의 비율을 높이면 에멀젼의 점도가 증가한다.

Meena 등 66)이 1:1, 1:2, 1:3의 코어-월 비율에서 커큐민 마이크로캡슐의 봉지에 미치는 코어-월 비의 영향을 조사하였다.벽체의 비율이 증가할수록 차례대로 봉지율이 증가하였으나 1:2와 1:3의 조건에서는 봉지율에 큰 차이가 없었다.더욱이 고형분 함량이 증가할수록 제품의 수율은 상승추세를 보이다가 하락하는 경향을 보였는데, 이는 유화의 점도가 증가하고 물방울 미립화가 잘 되지 않았기 때문인 것으로 보인다 [67-68].사료 속도 및 분무 건조 온도와 같은 분무 건조 변수는 마이크로 캡슐의 품질과 마이크로 캡슐 내 커큐민에 영향을 미친다 [69].급지 속도가 너무 빠르거나 분무 건조 온도가 너무 낮으면, 입자가 적절하게 건조되지 못하고, 마이크로 캡슐 내 수분 함량이 증가하여 커큐민이 결정을 형성하는 경향이 있고, 2 액적 노즐 분무 건조기에서, 코어 재료 급지 속도가 너무 빠르면, 코어 재료를 코팅할 벽체가 충분하지 못하고, 준비된 마이크로 캡슐의 크기가 너무 커지게 된다 [69].

분무 건조 기술로 제조된 커큐민 마이크로 캡슐은 커큐민의 열 안정성을 대폭 향상시킵니다.같은 기간 동안 70 °C에서 보관된 후, 마이크로 캡슐의 커큐민 분해율은 약 20%인 반면 캡슐화 되지 않은 커큐민의 분해율은 90% 이상으로 높다 [70].위장 소화 모사 후에도 약 88%의 커큐민이 여전히 마이크로 캡슐에 유지되는데, 장내 소화 모사 후에는 86.36%의 커큐민이 방출되었다 [66];unencapsulated curcumin은 12 d 동안 5 W LED 아래에 놓였을 때 거의 완전히 분해된 반면 [70], microencapsulated curcumin의 유지율은 8주 저장 후 84.154%였다 [71].Andrade et 알다.[72]은 분무건조 공정이 커큐민의 기능성 활성에 영향을 미치지 않음을 확인하였다.

스프레이 후 건조, 함유 microcapsules에 여전히 크게 줄 일 수 있은 TNF-α의 수준과 여전히 신경병 성의 질병을 치료 할 수 있는 가능성을 가지고 있다.분무건조 공정은 커큐민의 생물학적 활성에 영향을 미치지 않는 대신 마이크로 캡슐에서 커큐민의 항암 활성을 강화시킨다.이는 마이크로 봉지 기술이 커큐민의 용해도를 향상시키고 세포에 의한 커큐민의 섭취를 증가시켜 커큐민의 유효 농도를 증가시키고 [73] 활성을 증진시키기 때문인 것으로 보인다.동결건조와 비교하여 분무건조 과정 중 순간적인 고온이 미세캡슐 내 커큐민의 부분적인 저하를 유발함에도 불구하고 D. M. CANO-HIGUIT한등 [71]의 연구에서 동일한 저장조건에서 분사건조된 마이크로캡슐의 커큐민 유지율은 84.154%인 반면, 동결건조된 마이크로캡슐의 커큐민 유지율은 63.832%에 불과했다.이는 분무 건조가 커큐민 마이크로 캡슐을 준비하는 데 좋은 방법임을 보여줍니다.

2.1.2 코아세터베이션 방법

코아세라이제이션 방식은 단백질-다당류, 단백질-단백, 다당류-다당류 등 전하가 반대인 두 중합체가 전하 중화로 인해 복합체의 용해도를 낮추고, 중심물질 주변에 침전되어 캡슐화하여 마이크로 캡슐을 만드는 원리를 기반으로 한다.이 방법은 비수용성 기능성 성분의 미세 캡슐화에만 적합합니다.정전기 인력 및 전하 중화 외에도, 비공유 상호작용 (수소 결합 및 소수성 상호작용 등)도 복잡한 코아커베이션 (coacervation) 방법 중 마이크로 캡슐을 형성하는 데 기여한다 [74].복합 코아세테이션법으로 제조된 커큐민 마이크로캡슐은 캡슐화율이 높아 (표 1 참조) 빛 및 열 환경에서 커큐민을 잘 보호하며, 체외 모의 소화 시험에서도 커큐민에 대한 저속 방출 효과가 우수하다.그러나 복잡한 코아서베이션 방법은 시스템의 pH, 두 중합체 사이의 농도, 온도 등의 요인에 영향을 받고, 조건을 제어하기 어렵고 공정이 번거롭다.계의 pH는 고분자의 전하를 결정하며, 두 고분자 간의 비율은 complexation 과정에서 전하 균형을 조절하고 [75], 이는 결국 고분자 간의 상호작용에 영향을 미치며, 마이크로 캡슐의 품질과 수율에도 영향을 미친다.

두 벽체 분자 모두 최대 동등한 반대 전하를 지니는 pH에서 두 벽체 분자 간의 상호작용이 가장 강하고 복합체가 가장 많이 형성되며 마이크로 캡슐의 수율 또한 가장 높다 [76-77].Mohammadian 등 [78]의 경우 pH = 3에서 가장 높게 나타나 많은 수의 whey protein 나노섬유-gum 아라비안 복합체가 형성되었음을 알 수 있었으며, pH 가 높을수록 (whey protein의 등전점에 가까움) system의 혼탁도는 pH = 3에서보다 훨씬 낮았다.전하의 불균형은 두 벽체 분자 간의 정전기 상호작용이 약해지고 응집 수율이 낮아지게 됩니다.Kavousi 등 [79]의 연구에서, cress seed mucilage (CSM)와 caseinate 나트륨의 비율을 1:2로 조정하였을 때, CSM에 의해 운반되는 음전하의 수는 caseinate 나트륨에 의해 운반되는 양전하의 수와 같았으며, 시스템의 혼탁도가 가장 높았다.

분자 캡슐화 방법 2.1.3

분자봉지법 (molecular 캡슐화method) 또는 분자봉지법 (molecular encapsulation method) 이라고도 하며, 분자수준에서 발생하는 미세봉지법이다.이 방법은 주로 심부 재료와 벽체 재료 사이의 분자 간 힘을 이용해 분자 마이크로 캡슐을 형성한다.이 방법은 보통 사이클로덱스트린과 그 유도체를 벽재로 사용한다.봉지 공정은 화학 반응이 일어나지 않는 물리적 공정 [83]으로 활성 물질 본래의 특성과 기능을 유지할 수 있다.커큐민-사이클로덱스트린 복합체를 제조하는 방법은 크게 세 가지가 있다:(1) 사이클로덱스트린 수용액을 커큐민의 유기용매 용액과 혼합한 후, 용매를 증발시키고 혼합물을 건조시켜 마이크로 캡슐을 얻는 포화 수용액법;(2) 사이클로덱스트린의 연삭 용액에 커큐민을 첨가하고 더 갈아서 사이클로덱스트린의 구멍에 있는 물을 치환시킨 다음, 혼합물을 건조시켜 마이크로 캡슐을 얻는 연삭 방법;(3) 시클로 덱스트린 수용액을 커큐민-유기 시약 용액과 혼합할 때, 액체의 온도를 높이고 액체를 힘차게 휘저어 혼합물을 포화시킨 후, 액체의 온도를 낮추어 시클로 덱스트린-커큐민 복합체가 결정화되어 침전되도록 하는 공강법.

침전물을 여과하고, 모으고, 건조시켜 커큐민 마이크로 캡슐을 얻는다.CN106943604A는 물을 용매로 사용하여 사이클로덱스트린 중합체와 커큐민을 혼합한 후 스핀진공 건조하여 [84] 수용성이 좋은 커큐민 마이크로 캡슐을 얻는다.자반 et 알다.[85] γ 사용 하여 표현 할-cyclodextrin curcuminoids과 3 curcuminoids의 농도를 공부 했에 혈장 후 구강 관리 캡슐화 전후이다.그 결과 γ-cyclodextrin 캡슐화의 농도 가 크게 증가시 킬 수 있 curcuminoids 혈장에, 예를들어, body&을 개선#39;s는 커큐미노이드를 흡수.장 et 알다.[86] 사용 β-cyclodextrin 벽 로서 자재 및 수용액 포화 방법에의 한 curcumin-cyclodextrin 복합 준비 가 되어 있다.무료 커큐민과 비교했을 때 복합체 내 커큐민은 세포에 더 쉽게 흡수되며 폐암 치료 효과가 더 좋다.

기타 준비 방법 2.1.4

커큐민 마이크로 캡슐을 제조하기 위해서는 위에서 언급한 일반적으로 사용되는 세 가지 준비 방법 외에도 리포좀 봉지 (liposome encapsulation-electrospaying), 샤프 세공 (sharp pore) 방법, 등전 강수 방법 등이 사용됩니다.류신 등 87명은 키토산 (chitosan)을 벽재 (wall material)로 사용하고 sharp pore 공법으로 커큐민 마이크로캡슐을 제조하였다.그 결과 마이크로 캡슐의 크기는 균일하였으며, 캡슐화율은 60%, 약제로드는 0.75%로 나타났다.그러나 입자 크기는 컸고, 0.45 mm 정도에 집중되어 있었다.샤프-포어 (sharp-pore) 방식은 속도가 느리고 산업 생산에는 부적합하며, 커큐민 마이크로 캡슐을 준비하는 데 사용되는 것에 대한 연구는 거의 없었다.Ariyarathna 등 88)은 병아리콩 단백질을 벽체 재료로 사용하여 등전강수의 원리에 기초한 커큐민 마이크로캡슐을 준비하였으며, 캡슐화율은 78.6%, 적재능력은 9.2%였다.이것은 커큐민의 빛과 열 안정성을 크게 향상시켰지만, 벽면 재료의 선택에는 한계가 있었다.Laura 등 [89]은 유장 단백질에 커큐민 리포좀을 캡슐화하기 위해 전기 분사를 사용하였다.Free curcumin은 인산염 완충에서 1 h 이내 pH 7.4에서 거의 완전히 분해되었으며, 동일한 조건에서 커큐민 리포좀의 커큐민 유지율은 25 h에서 약 80%인 반면, 전기 분사 마이크로 캡슐의 커큐민 유지율은 25 h에서 약 90%로 이중 캡슐화가 강황 커큐미노이드에 더 강한 보호를 준다는 것을 보여준다.

2.2 강황 커큐미노이드 마이크로 캡슐화를 위한 주벽 재료

벽면 재료는 핵심 재료를 제외하고 마이크로 캡슐의 가장 중요한 구성 요소이며, 마이크로 캡슐의 겉보기 형상, 수분 함량, 제품 수율, 용해도, 투과성 및 지속 방출 효과 등 물리적, 화학적 특성에 일정 정도 영향을 미친다.따라서 다양한 핵심 재료 및 준비 방법에 따라 적절한 벽면 재료를 선택하는 것이 특히 중요합니다.

2.2.1 단백질

단백질은 식품 중 천연 거대 분자 고분자의 일종으로 유화 및 gelling 특성이 우수하다.현재 커큐민 마이크로캡슐 제조에 사용되는 일반적인 단백질 기반 벽체 소재로는 콩 단백질 분리 (soy protein isolation), 유장 단백질 (whey protein), 제인 (zein) 등이 있다.

유장 단백질 2.2.1.1

유장 단백질 (Whey protein)은 치즈 생산의 부산물인 유장을 농축하고 정제하여 얻은 유장의 주성분이다.주요 성분은 β-lactoglobulin, α-lactalbumin, immunoglobulins,와 소 혈청 알부민 수치다.유청 단백질 (WP)은 크게 유청 단백질 농축액 (WPC)과 유청 단백질 분리액 (WPI) 두 가지로 나뉜다.필름 형성, 유화 및 젤링 특성이 우수하여 생리활성 물질의 운반체 소재로 많이 사용됩니다.자야프라카샤 등은 벽체 재료로 유청 단백질을 사용하고 동결건조에 의해 강황 커큐민 마이크로캡슐을 제조하였으며, 캡슐화율은 96.34% 이었다.나노 봉지 후 WP-Cur은 중성 조건에서도 미셀 구조를 유지할 수 있으며, 24시간 동안 강황 커큐민이 599.49%, 48시간 동안 70% 이상 방출된다.

세포에 의한 커큐민의 섭취가 증가하고, 암세포 (대장암세포 SW480, 전립선암세포 LNCap)에 대한 항암활성이 증가하였으며, 즉 유장단백질의 나노캡슐화는 분비지연에 의한 커큐민의 대사를 감소시키고 커큐민의 생체이용성을 증가시켰다.유장 단백질은 산성 pH (pH 2)와 낮은 이온 강도에서 자체 조립을 할 수 있으며, 변성 온도 이상에서 몇 시간 동안 가열하여 약 1~10 nm의 직경과 미크론 길이의 섬유 집합체를 형성합니다.유청 나노피브릴 (whey protein, WPN)은 비섬유성 유청 단백질과 비교하여 비섬유성 유청 단백질보다 저농도에서 라디칼 소거 활성이 높고 유화 특성이 우수하다.WPN은 표면 소수성이 높으며 수소 결합 및 소수성 상호작용을 통해 커큐민과 용성 복합체를 형성할 가능성이 높습니다.자유 커큐민과 비교하여 WPI-Cur 에서의 커큐민의 용해도는 약 180배, WPN-Cur 에서의 커큐민의 용해도는 약 1200배 증가한다.또한, 커큐민과 WPN의 조합은 WPN의 겉보기 점도와 표면 활성을 더욱 증가시킵니다.따라서 Cur-WPN은 새로운 기능성 식품 유제 및 음료를 설계하는 데 이상적인 선택이 될 수 있다 [90].후 등도 비슷한 연구 결과 [91]를 냈다.

2.2.1.2 제아 메이스 알코올 용성 단백질

Zein은 약 75%의 소수성 아미노산 잔기와 25%의 친수성 아미노산 잔기로 구성되어 있다.양친성이며 식물 단백질의 일종으로 알코올에 녹고 물에는 녹지 않는다.외부 유도 하에서 제인은 나노입자로 자체 조립하여 내부에 소수성 활성 물질을 캡슐화하여 코어-쉘 구조를 형성할 수 있습니다.그러나 제인만으로 제조된 마이크로캡슐은 응집되어 터지기 쉬워 활성물질이 방출되기 쉽다.따라서 Zein은 보통 운반체 물질로서 다당류 벽 물질과 결합됩니다.예를 들어리 [80]는 커큐민을 전달하기 위한 벽체 재료로 제인과 키토산 (CS)을 사용했다.시스템의 pH 가 높을수록 Zein과 CS의 상호작용이 강해지고, 제품 수율이 높아지며, 커큐민의 체외방출율은 낮아지는 것을 확인하였다.모든 요인을 고려할 때, Zein-CS-Cur은 pH = 4에서 경구 투여 가능성이 더 우수합니다.Ran 등 [92]에서 Zein-hydroxypropyl methylcellulose-Cur에서 광조사 조건에서 curcumin의 반감기 t1/2 값이 증가하였고, DPPH 라디칼 소거율이 19.56%에서 68.25%로 증가하였다.최근년간 마이야르반응산물은 생리활성물질을 캡슐화하는데도 널리 사용되고있다.동소아 등 93)은 Maillard 반응생성물 (Zein/Glu MRP)의 70% 에탄올 용액에 Zein과 glucose (Glu)를 이용하여 curcumin 나노캡슐을 제조하였다.Zein에 비해 Zein/Glu MRP를 제조한 커큐민 나노캡슐 제조시 함침효율이 22배 증가하였으며, 열안정성 및 저장안정성이 크게 향상되었다.

기타 단백질 기반 벽체 재료 2.2.1.3

상술한 단백질 외에도 콩 단백질 분리, 코코넛 단백질 분리, 완두콩 단백질, 달걀 흰자 단백질, 젤라틴 등이 커큐민 마이크로 캡슐을 제조하기 위해 사용되기도 했다.예를 들어, 첸등 [94]은 soy protein isolation (SPI)을 벽체재료로 사용하여 분무건조에 의한 curcumin 마이크로캡슐을 제조하였다.분무건조 후 커큐민의 유지율은 89.1%, 적재용량은 25.3 mg/g 이었다.주사전자현미경 이미지 결과, 마이크로 캡슐의 표면은 크고 규칙적으로 움푹 들어가 있었다.벽 재료에 콩 다당류 및/또는 말토 덱스트린을 첨가 한 후 커큐민의 유지율, 하중 및 용해도가 현저히 향상되었다.마이크로캡슐 막은 커큐민을 보호하여 분무건조시 분해를 감소시켰으며, SEM 영상을 통해 마이크로캡슐의 표면이 움푹 패이거나 접힌 부분이 적고 더 부드러워지는 것을 확인할 수 있었다.Adsare 등 (95)은 코코넛 클리어 단백질을 이용하여 커큐민을 캡슐화하였으며, 스프레이 건조된 마이크로 캡슐의 캡슐화율은 (84.89±1.09)% 이었다.curcumin loading 량은 509.26 mg/100 g 이었다.벽체재에 5%, 10%, 15% gum arabic을 첨가하였을 때, 봉지율과 하중은 점차 증가하였다.이는 껌 아라비아가 코코넛 클리어 단백질 벽 물질 매트릭스의 빈 공간을 차지하여 산소 투과도를 감소시키기 때문인 것으로 보인다.

2.2.2 탄수화물

껌 아라비아 2.2.2.1

Gum arabic (GA)은 다당류와 당단백질의 혼합물이다.그것은 독성이 없고, 매우 용해되며, 표면 활성이 있고, 넓은 pH 범위에서 안정하며 상대적으로 낮은 점도를 가지고 있습니다.식품, 화장품, 제약 산업 등에서 널리 사용되고 있다.Andreea 등 [96]은 커큐민을 캡슐화하기 위해 GA의 세 가지 다른 농도 (10%, 15%, 20% w/v)를 사용하였다.의 직경 microcapsules 할 예정 μ m이었다.GA의 비율이 증가함에 따라 모의 위장관액 내 마이크로 캡슐로부터 커큐민의 방출은 감소하였고 처음 몇 분 동안 방출속도는 느려졌다.일정 범위 내에서 쉘 대 코어 비율을 증가시키면 마이크로 캡슐의 봉지 속도와 적재 능력이 증가합니다.그러나 GA의 농도가 높으면 사료액이 점성이 생기므로 분무 건조에는 도움이 되지 않는다 [70].GA를 다른 벽체와 혼합함으로써 향상시킬 수 있으며, 이는 봉지 효율을 향상시키면서 사료액의 점도에 큰 영향을 미치지 않을 것이다 [97-98].예를 들어 Meena 등 [66]은 GA와 maltodextrin 및 WPC-80을 혼합하여 curcumin을 캡슐화하였고, 마이크로캡슐 캡슐화율은 최대 97.16% 였으며, curcumin 함량은 422.28 mg/kg 이었다.위 소화를 모의 실험한 결과, 약 88%의 커큐민이 마이크로 캡슐에 유지되었다.Tan Shaocong 등 99)은 GA와 zein을 벽체재료로 사용하여 동결건조에 의한 커큐민 마이크로캡슐을 제조하였고, 마이크로캡슐 함몰율은 95.844% 였으며, 적재 용량은 62 mg/g 이었다.

2.2.2.2 Dextrins

덱스트린은 전분거대분자로부터 열, 산 또는 효소의 작용하에 분해와 가수분해를 거쳐 전환되는 소분자 중간물질이다.그 중 말토 덱스트린, 시클로 덱스트린 및 그 유도체는 일반적으로 마이크로 캡슐의 벽재로 사용됩니다.

말토덱스트린 (Maltodextrin, MD)은 전분 또는 아ylum을 원료로 효소적 저도 가수분해, 정제, 건조 또는 비건조 [100] 하여 제조된 당중합체이다.가수분해의 정도는 일반적으로 DE 값 (포도당 등가)으로 표현된다.DE 값은 전분 가수분해물의 전체 고형분 중 직접 환원당 (포도당으로 표현)의 백분율이다.DE 값이 다른 MDs는 분자량 분포, 평균 사슬 길이, 분지의 정도가 다르기 때문에 점도, 흡습성 등 기능적 특성이 다르게 나타난다.MD의 적절한 DE 값은 핵심자료의 특성과 준비방법에 근거하여 선정되어야 한다.MD는 저점도, 저흡습성, 고농도 [101-102]로 사용할 경우 용해도가 높고 비용이 적게 드는 특성을 가지고 있다.커큐민의 미세캡슐화 연구에서는 MD의 유화능 및 유화안정성의 저하로 인해 벽체 재료로 MD 만으로 제조된 마이크로캡슐의 캡슐화 속도 및 적하량이 낮다 [103-104].따라서 MD는 보통 gum arabic, whey protein, gelatin 등과 같이 유화 특성이 우수한 벽체 (표 2 참조)와 혼합된다.

Cyclodextrin (CD)는 직선 사슬 전분에 Cyclodextrin glucanotransferase의 작용에 의해 생성되는 일련의 순환 올리고당류이다.고리 모양의 원추형 구멍이 있다 (그림 5 참조) [85].캐비티 외부 표면의 1차 하이드록시기 및 캐비티 내부의 C-H 결합의 차폐효과로 인해"캐비티 내부는 소수성, 외벽은 친수성"의 특성을 가진 구조가 된다.따라서 정전기 상호작용, 반데르 발스 힘, 소수성 상호작용, 수소 결합 등을 통해 순환 구조에 적절한 크기와 모양의 일부 물체 분자를 내장하여 마이크로 캡슐을 형성하는 데 사용할 수 있다 [108].시클로 덱스트린은 독성이 없고 저렴하며 널리 이용되므로 활성 성분의 운반체로 사용하기에 이상적입니다.Cyclodextrins 캡슐화를 일반적으로 사용 되는을 함유은 β-CD와 γ-CD다.관련 연구는 표 3에 나와 있다.순수한 커큐민에 비해 시클로 덱스트린 캡슐화는 커큐민 용해도, 안정성 및 항산화 활성을 현저히 향상시킵니다 (커큐민의 향상된 용해도 때문인 것으로 보이며, 결과적으로 시스템 내 커큐민의 농도를 증가시킵니다).하지만, microencapsulation율이 상대적으로 낮고, β의 용해도-CD 가난 한 물은,에 1. 85 mg/mL [109],을은 그것의에 도움이 되지 않는다 캐리어 재료의 좋은 분야에서 응용 프로그램이다.현재 일부 연구에서는 변형된 시클로 덱스트린을 얻기 위해 시클로 덱스트린에 화학 그룹을 도입하여 용해도 및 봉지 특성을 향상시켰습니다.개질 후, 사이클로덱스트린에 의한 커큐민의 캡슐화율이 현저히 향상되었으며, Cur-CD 복합체의 안정성 또한 향상되었으며, 복합체 내 커큐민의 용해 및 안정성이 더욱 향상되었다 [108, 110-111].

수정된 전분 2.2.2.3

녹말은 자연에서 가장 풍부한 탄수화물 중 하나이며 인체에 에너지를 공급하는 주요 영양소이기도 합니다.그것은 안전하고, 독성이 없으며, 생체적합성과 저렴하고 풍부한 영양소의 공급원입니다.천연 전분은 용해도가 낮아 직접 마이크로 캡슐 벽체 소재로 사용하는 것은 그다지 효과적이지 않다.마이크로 캡슐의 봉지 속도와 적재 능력은 상대적으로 낮다.따라서 마이크로캡슐 벽체 적용시 전분의 자연적 특성을 물리적, 화학적 또는 효소적 처리를 통해 변형시켜 특정 기능을 증가시키거나 새로운 특성을 도입하여 용해도, 수분흡수 및 캡슐화 능력을 향상시키고, 좋은 마이크로캡슐 벽체로 만드는 경우가 많다.표 4는 개질된 전분을 벽재로 사용한 커큐민 마이크로캡슐 제조에 관한 관련 연구를 보여준다.천연 전분과 비교하여 변형 전분은 커큐민의 용해도, 안정성 및 생체 이용성은 물론 마이크로 캡슐의 봉지 속도 및 적재 능력을 현저히 향상시켜 마이크로 캡슐로부터 커큐민의 조절 방출 효과를 개선할 수 있다.개량 전분으로 제조한 마이크로 캡슐이 천연 전분으로 제조한 것보다 품질이 우수하지만, 개량 전분-커큐민 마이크로 캡슐이 인체 건강에 악영향을 미치는지에 대한 연구는 상대적으로 적었다 [115-121].그러나 활성물질의 전달체계에서 운반체 매트릭스의 독성은 더 많은 연구가 필요한 중요한 문제이다.

3 애플리케이션

GB2760-2014 [122] 커큐민은 천연 식용 색소로서 냉동 음료, 익힌 견과류와 씨앗, 초콜릿 제품, 사탕, 즉석 쌀과 국수 제품, 곡물 제품의 충전재, 맛 시럽, 복합 양념, 탄산 음료, 젤리 및 부친 식품에 사용할 수 있다고 규정하고 있다.현재 일부 학자들은 요구르트, 치즈, 우유에 커큐민 마이크로 캡슐을 첨가하고 적합성을 평가하기도 한다.파 텔등 (123)은 벽체재료로 WPI와 Hi-Cap 100을 이용하여 커큐민 마이크로캡슐을 제조하였고, 커큐민과 마이크로캡슐의 물리적 혼합물인 WPI, Hi-Cap 100을 우유에 각각 첨가하였다.물리적 혼합물을 첨가한 우유는 입자침전이 뚜렷하고 감각평가 점수가 낮은 반면, 커큐민 마이크로캡슐의 첨가는 우유의 감각적 특성에 부적인 영향을 미치지 않았다.바 네 사 et 알다.[124] 사용 β-CD 캡슐화를을 함유와 β 추가-CD-Cur을 치즈 (β-CD-Cur에서 추가 5 × 10-7 g/L)와 요구르트 (β-CD-Cur에서 추가 2 × 10-6 g/g)의 적합성을 평가 합니다.

실험 결과, 커큐민 복합체 첨가는 치즈와 요구르트의 경도, 접착력, 탄력 등에는 큰 영향을 미치지 않았지만, 치즈가 황색으로 변하고 요구르트가 약간 황녹색으로 변하는 등 두 제품의 밝기를 감소시켰다.게다가, 감각의 평가로 치즈를 한 다는 것을 보여주 추가 β-CD-Cur 받아들여 더 좋았다.마이크로 봉지 기술은 커큐민의 적용 범위를 넓혀 일부 수분 기반 식품에 사용하기에 적합합니다.예를 들면, 기능성 유제품이나 음료.또한, 커큐민의 우수한 생리활성 기능을 바탕으로 커큐민 마이크로캡슐은 다른 영양소와 결합해 캡슐 또는 테이블형 기능성 보조제를 만들거나 항염증 효과에 중점을 둔 데일리 케미컬 제품에도 첨가할 수 있다.커큐민과 마이크로 캡슐은 식품 건강, 의약, 일용 화학제품 등 분야에서 넓은 발전 전망이 있음을 알 수 있다.

4 결론 및 전망

Curcumin은 생강 식물 Curcuma longa의 2차 대사산물이다."액상금"으로 불리우며 산화방지, 염증억제, 항종양 등 다양한 생물작용을 한다.따라서 커큐민 기반의 기능성 식품의 개발 가능성이 넓다고 할 수 있다.그러나 불안정한 물리화학적 특성, 낮은 용해도, 빠른 신진대사 등은 응용에 한계가 있다.이 문제를 해결하기 위한 기술이 시급하다.따라서 본 논문에서는 커큐민의 구조적 특성, 생물학적 활성, 대사적 특성부터 시작하여 최근 커큐민 마이크로캡슐을 제조하기 위해 사용되는 벽체재료의 일반적인 내장기술과 종류를 요약하여 제시하였다.

많은 연구에 따르면 마이크로 캡슐화 기술은 커큐민의 용해도를 현저히 향상시키고, 빛, 열, 산소 및 pH에 대한 안정성을 향상시킬 수 있으며, 모의 위장관 액에서 커큐민에 대한 지속 방출 효과도 있는 것으로 나타났습니다.그 중 분무 건조는 전통적인 마이크로 캡슐 준비 방법으로 비교적 성숙하고 커큐민 마이크로 캡슐의 대규모 산업 생산에 매우 적합합니다.커큐민 마이크로 캡슐에 대한 많은 연구가 있었지만 현재 연구에는 아직 몇 가지 문제가 있습니다:(1) 마이크로 캡슐이 여전히 식품 매트릭스에서 커큐민의 안정성과 생체 이용성을 보장할 수 있는지 및 식품의 원래 맛에 영향을 미칠 것인지.

이 방면에 대한 연구가 아직 매우 적으므로 깊이 연구할 필요가 있다.(2) 천연벽체재료는 생체적합성이 있다는 장점이 있지만 그 특성이 불안정하다.따라서, 커큐민 마이크로 캡슐을 제조할 때 더 많은 변형벽 재료가 적용되었습니다.그러나 커큐민 마이크로캡슐에 대한 연구에서 변형벽 재료가 인체 건강에 악영향을 미치는지 여부는 거의 언급되지 않는다.따라서 carrier matrix의 독성에 대한 연구가 개선되어야 한다.(3) 커큐민 마이크로 캡슐의 적재 능력이 낮으며, 중국에서는 고적재 커큐민 마이크로 캡슐에 대한 공업 생산 기술이 아직 성숙되지 않았다.미세봉지 기술의 혁신으로 향후 이러한 문제를 해결할 수 있을 것으로 판단된다.

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