Estudio sobre la tecnología de microencapsulación de polvo de curcumina

Los curcuminoides selununclase de compuestos puride la parte del rizoma de la planta de cúrcuma Curcuma longa. Ellos incluyen principalmente la curcumina (Cur), demetoxicurcumina (DMC) y bis-demetoxicurcumina (Bis-DMC), cada uno representa el 60% a 75%, 10% a 27%, y 5% a 15%, respectivamente. Como sustancia activa, la curcumina tiene diversos efectos como antioxidante [1-4], antiinflam[5-9] y anticancer[10-15]; Por otra parte, en la larga historia del desarrollo humano, ha habido registros medicinales de la cúrcuma durante mucho tiempo. Por ejemplo, el libro de medicina de la India Ayurveda lo llamó la "especia de la vida", y China' el gran compenclásico de farmacología de Materia médica también registró que la cúrcuma se puede utilizar para tratar el dolor del corazón, dolor abdominal, llagas, etc. Esamuestra que la curcumina tiene amplias perspectivas de aplicación en los campos de los alimentos, la medicina y los productos químicos diarios.

Senembargo, la curcumina es fácilmente degradada por la luz, calor, oxígeno, ácido y álcali, y estos problemas limitan su aplicación y alcance de uso. Una microcápsula es una partícula esférica con un diámetro de 50 nm un2 mm que contiene un material de núcleo, o el material del núcleo se dispersa en una matriz de material de pared. En la actualidad, la tecnología de microencapsulación se ha utilizado ampliamente en los sistemas de administración de sustancias activas, que pueden mejorar la luz, el calor, el oxígeno y la estabilidad ácibase de las sustancias activas, y también tiene un cierto efecto de liberación controlada durante los procesos de digestión envivo e in vitro [16]. Por lo tanto, la tecnología de microencapsulde curcumina es una buena manera de mejorar el efecto de aplicación de la curcumina y ampliar su ámbito de aplicación. Por lo tanto, este trabajo describe las propiedades fisicoquímicas, in vivo los procesos metabólicos y las actividades biológicas de la curcumina, y se centra en una revisión de la tecnología de microencapsulación de la curcumina.

1 visión general de la curcumina

1.1 estructura y propiedades fisicoquímicas de la curcumina

La curcumina [1,7-bis(4-hidroxi3-metoxifenilo) -1,6-heptadiene-3,5-diona] es un compuesto ácido bis-ferúlico con la fórmula molecular C21H20O6 y peso molecular 368,37 g/mol. Su punto de fusión es 179-183 °C, y su estructura química es una -dicetona con un grupo o-metoxifenol unido a cada extremo (ver figura 1).la transferencia de átomos de hidrógeno en la -dicetona da a la curcumina un tautomceto-enol (ver figura 2).bajo condiciones ligeramente ácidas y neu, la curcumina existe en forma de ceto, mientras que en condiciones alcalinas, existe en forma de enol [17-19].

La curcumina es un cristal de color naranja amarilloQue se ha utilizado en el procesamiento de alimentos como pigmento naturAl.Es de color rojo cuando el pHes < 1, amarillo cuando el pHes 1-7, y de color naranja cuando el pH es > 7,5 [20]. La curcumina es muy insoluble en agua, con una solubilidad de alrededor de 11 ng/mL[21]. Su baja solubilidad se debe principalmente a su estructura altamente hidrofóbica y naturaleza cristalina. Cuando la curcumina existe en un estado cristalino, se forma enlaces de hidrógeno intermolecular e intramolecular [22], que inhila la solubilidad de la curcumina en agua. Sin embargo, es fácilmente soluble en disolventes orgánicos como metan, etanol, acetona y dimetilsulfóxido.

El extracto de cúrcuma es inestable; Comienza a degradarse a 70 °C, y alrededor de 32% se degrada después de 20 minutos a 70 °C[23]. También es sensible a la luz, y bajo condiciones de luz, la -dicetona pierde dos átomos de hidrógeno para formar pequeñas moléculas de compuestos fenócomo ácido vanílico, vanillina, ácido ferúlico, aldehído ferúlico, etc. [24], o sufren desmetoxily ceto-enol isomeripara formar subproductos como dicetonas y metan, acetato, etc. [25]. En la actualidad, la mayoría de los estudiosos creen que la curcumina es extremadamente inestable en condiciones alcalinas, se descompone para producir sustancias como el ácido ferúlico, ácido ferúlico metil éster, y vanillina, y se vuelve amarillo o marrón. Es más estable bajo condiciones ácidas y neu[20,26-27], lo que puede estar relacionado con su estructura dieno conjug[26]. Sin embargo, algunos estudiosos creen que la curcumina es más inestable en condiciones ácidas, y su tasa de degradación es de aproximadamente 20 veces mayor que en condiciones neuo alcalinas [28].

1.2 actividad biológica de la curcumina

antioxidante

La curcumina es un antioxidante fenóque rompe la cadena. Su efecto antioxidante se logra principalmente por la búsqueda de especies reactivas de oxígeno (ROS) y la mejora de la actividad de las enzimas antioxidantes y las enzimas metabólicas de fase II como un inducde las vías antioxidantes [29].

Con respecto a la actividad de la curcumina en la búsqueda de ROS, algunos estudiosos creen que es debido a la disociación de hidrógeno en el grupo fenó[3,30-32], mientras que otros creen que es debido a la disocide hidrógeno en el grupo metileno central de la estructura de la -didicetona [33]. En Guo et Al.[1], en comparación con el control en blanco, el tratamiento con curcumina de las células endotelide la córnea humana después de inducido el estrés oxidativo, la viabilidad celular aumentó, y la producción de ROSintracelular disminuyó, que se debió principalmente a la curcumina aumentó significativamente la expresión de factores de transcripción nuclear (NF- - - B) en la célula, así como Keap1/ Nrf2 / ARE vía superóxido dismutasa 1 y la producción de heme oxigenasa 1, Mejorando así la capacidad antioxidante de las células endotelide la córnea humana. Deng et Al.[34] encontraron que la curcumina y sus análogos pueden inhibieficazmente la hemólioxidindupor radicales libres de las células rojas de la sangre. Momeni et Al.[4] evaluaron el efecto protector de la curcumina contra la nefrotoxicidad del arsenito sódico. La curcumina, como un antioxidante, puede frenar o prevenir los efectos adversos de arsenita de sodio en el glomérulo y túbulos proximen el tejido renal y la capacidad antioxidante del suero. En el estudio de Rai et Al.[2], la curcumina fue comparable a los medicamentos antioxidantes en el tratamiento de la fibrosis submucosa de la cavidad oral, y mejoró significativamente el pacient's apertura de la boca, la sensación de ardor al comer comida picante, y las papilas de la lengua.

1.2.2 antiinflamatorios

La inflamación es el cuerpo 's respuesta defensiva a estímulos. Es una parte importante del sistema inmunitario#39;s función de mantener la homeostasis, y se asocia con muchas enfermedades crónicas, como obesidad, diabetes, enfermedad pulmonar obstruccrónica y aterosclerosis [7]. La curcumina puede inhibir eficazmente la inflamación al inhibir los mediadores inflamy los factores de transcripción nuclear (NF-κB) y mejorar la acción de los glucocorticoides [35]. Por ejemplo, la curcumina puede reducir la inflamación por SIRT1 upregulating para prevenir la activación de los inflammasomas NLRP3, lo que protege contra la neumonía aguda [9]. En un modelo de inflamación In vitro inducido por el factor de necrosis tumoral (TNF- -) (placenta humana, tejido adiposo visceral y tejido adiposo subcutá), la curcumina inhisignificativamente los mediadores inflamatorios (interleucinas 1A, 1By 6) y promueve la expresión de citocinas anti-inflamatorias interleucinas 4 y 3. Por lo tanto, se espera que la curcumina sea utilizada como una intervención terapéutica para las complicaciones pro-inflamatorias del embarazo [9]. La curcumina reduce la respuesta inflamatoria por la disminución de la regulación de los niveles de mediadores inflamatorios (TNF- -, interleucin-1 - y 17, y la transformación del factor de crecimiento - -) en las articulaciones de las ratas con artritis colágeno, inhila la expresión de la ciclooxigen(COX-2), y también induce la apoptosis de los macrófagos para ejercer un efecto terapéutico sobre la artritis colágeno [6].

1.2.3 antitumoral

La curcumina ejerce su efecto antitumoral principalmente mediante la inducción de apoptosis en las células tumorales, inhibide la invasión tumoral y metástasis, y revertir la resistencia a los fármacos en las células tumorales [36]. Por ejemplo, la curcumina mejora la expresión de miR-99a en el retinoblastoma para bloquear la vía JAK/STAT, inhibiendo así la malignicelular [10]. La curcumina inhila la proliferación de glioblastoma al bloquear la vía AKT/MTOR[11]. La curcumina inhila la fosforilación de proteínas quinasas (proteínas quinasas reguladas extracelulares, ERK) en las células humanas de cáncer de colon, lo que conduce a la supresión de las señales de ERKaguas abajo c-MYCy cicld1. Aumenta la proporción de células G0/G1, lo que a su vez bloquea el ciclo celular de las células de cáncer de colon e induce apoptosis [13]. Además, en Xu et Al.[12], CD44 es uno de los marcadores comunes en la superficie de las células de cáncer de colon y la curcumina puede regular la expresión de CD44 e inhibir la proliferación, migración y formación de la esfera tumoral de las células de cáncer de colon. Por lo tanto, la curcumina puede ser un cáncer de colon fármaco de terapia adyuvque se dirige CD44.

1.2.4 otras actividades biológicas

Además de las mencionadas funciones antioxidantes, anti-inflamatorias y anti-tum, la curcumina tiene una variedad de otras actividades funcionales. Por ejemplo, la curcumina puede inhibir significativamente el crecimiento de Helicobacter pylori en concentraciones superiores a 200 μmol/L [37]; La curcumina puede mejorar los trastornos metabólicos en la diabetes, regular eficazmente el azúcar en la sangre y los lípidos en la sangre, mejorar la función de las células, disminuir la resistencia a la insulina, ejerciendo así un efecto hipoglucémico [38]; La curcumina también puede unirse a los ligandos en las células grasas, ejerciendo un efecto inhibiten la diferenciación de adipocitos y tiene el potencial para prevenir la obesidad [39]. De esto se puede ver que la curcumina es una sustancia bioactiva con gran potencial de desarrollo.

1.3 absorción, metabolismo y biodisponibilidad de la curcumina

1.3.1 absorción y metabolismo

Desde 1978, cuando Holder et Al.[40] primero estudió e informó de los metabolide la curcumina en ratas, muchos investigadores en el país y en el extranjero han llevado a cabo una serie de estudios metabólicos in vitro e in vivo sobre la curcumina.

Las principales rutas metabólicas de la curcumina in vivo incluyen la reducción de la fase I del metabolismo y la fase II del metabolismo de conjugación [41] (ver figura 3), así como la degradación, auto-oxidyOxidcatalde la curcumina. El metabolismo reducde fase i de la curcumina es un proceso de hidrogenación paso a paso dependiente de NADPH de los cuatro enlaces dobles en la estructura de − -dicetona [42]. Este proceso es catalizado principalmente por citocromo P450 y alcohol deshidrogenasa en el citoplasma de las células del hígado y del intestino delgado [43]. Los principales productos incluyen dihidrocurcumina, tetrahidrocurcumina (tetrahidrocurcumina, THC), hexahidrocurcumina y octahidrocurcumina [44]. El metabolismo combinado de la curcumina II se refiere al proceso en el que la curcumina o sus metabolireducidos de fase I son glucuronidados o sulfatados bajo la catálisis de las glucuronidasas o sulfotransferasas, con la glucuronidación es el proceso principal [45].

La uridinedifosfato glucuronosiltransferasa (UGT) añade el grupo glicosil de uridine-5' ácido difosfato glucurónico a la curcumina o sus metabolide fase I, aumentando la solubilidad en agua de estas sustancias y haciéndolos más fácilmente excretado del cuerpo en la orina [46]; La UGTse distribuye principalmente en el retículo endoplásmico de las células de órganos como el hígado, los intestinos y los riñones. UGT en el hígado (UGT1A1, UGT1A9) cataliza principalmente la producción de conjugde hidroxilo glucuronifenóy una pequeña cantidad de conjugde alcohol hidroxilo glucuronia partir de curcuminoides.

Las UGTs intestsólo pueden catalizar la producción de conjugde ácido hidroxilo glucurónico fenóde los curcuminoides, como UGT1A8 y UGT1A10 [47]. Además, UGT1A7, UGT1A8 y UGT1A10 exhiactividad alta hacia la hexahidrocurcumina, pero UGT1A7, UGT1A8 y UGT1A10 son inactivos o tienen actividad baja en el hígado, pero se expresan específicamente en el tracto gastrointestinal [48-49]. Se puede ver que, además del hígado, el tracto gastrointestinal puede ser el órgano principal para la glucuronide la curcumina. Las sulfotransferasas (SULTs) pueden transferir el grupo sulfonilo en SO3- a sustrque contienen grupos hidroxilo o amino para formar productos polares que son más fácilmente eliminados del cuerpo [50]. El intestino delgado es el tejido principal en el cuerpo para la sulfatación de la curcumina. SULT1A3 puede mediar la sulfonación de la curcumina y demetoxicurcumina, SULT1B1 sólo media la sulfonde la curcumina, y SULT1C4 cataliza los tres curcuminoides [51].

Además de los procesos metabólicos anteriores, los microorganismos intestinales también juegan un papel importante en el metabolismo de la curcumina. Por ejemplo, la bacteria intestinal humana Blautia sp. MRG-PMF1 puede convertir la curcumina a DMC y Bis-DMC, o convertir DMC a Bis-DMC [52]; En un modelo fecal humano, los tres curcuminoides (Cur, DMC, Bis-DMC) fueron degradados, con tasas de degradación de 24%, 61% y 87%, respectivamente. El THC, el ácido dihidroferúlico (DFA) y el 1-(4-hidroxi3-metoxifenil)-2-propanol fueron identificados por cromatolíquida de ultra alta performance y espectrode masas [53]. La curcumina produce diferentes metabolien diferentes flora intestinAl.Se ha informado de que la curcumina puede sufrir diversas transformaciones, tales como desmetil, reducción, hidroxilación, acetil, y metilbajo la acción de la flora intestinal [52-55]. Además, muchos estudiosos han propuesto que hay una interacción mutua entre la curcumina y la flora intestinal, es decir, la curcumina puede producir diferentes metabolidurante la biotransformación de los microorganismos intestinales, y a su vez, la curcumina y sus metabolitienen un efecto regulador sobre el equilibrio de la flora intestinal [56-59]; Y el equilibrio de la flora humana tiene un impacto importante en la salud. Por lo tanto, esto puede ser utilizado para explicar la contradicción entre la baja biodisponibilidad de la curcumina y sus efectos beneficiosos ampliamente reportados.

1.3.2 biodisponibilidad

Después de la administración oral, la curcumina se excreta principalmente en las heces en forma de la droga de origen. Wahlstr ö m y Blennow [60] curcumina administrada por vía oral (1 g/kg) a ratas SD, y después de 72 h, aproximadamente 75% de la curcumina fue excretada de las ratas en las heces, y la curcumina insignificante fue detectada en la orina (< 0,0006%). La curcumina se metaboliza rápidamente en el hígado o la sangre. En las células del hígado o las suspensiones microsomhepáticas, 90% de la curcumina se metabolia dentro de 30 minutos [60]; Después de la inyección intraperitoneal de curcumina (100 mg/kg), la concentración plasmática máxima de curcumina es de 2,25 μg/mL a los 15 minutos [61]; Después de la inyección intravenosa de curcumina, la concentración plasmática de curcumina es de aproximadamente 0,02 μg/mL, y la concentración se acerca a cero a los 60 min [60]. La curcumina tiene una absorción pobre y un metabolismo rápido, lo que lleva a su baja biodisponibilidad.

2 tecnología de microencapsulde curcumina

Las microcápsulas pueden mejorar eficazmente la solubilidad y estabilidad de los ingredientes funcionales y mejorar su biodisponibilidad encapsulando sustancias bioactivas. De acuerdo con la estructura interna y la morfode las microcápsulas, tales como material de pared de una sola capa o multicapa, material de núcleo envuelto dentro de la microcápsula o disperen en la matriz de material de pared, forma esférica o irregular, etc. [62], las microcápsulas de cúrcuma curcuminoide se pueden dividir en general en los siguientes tipos (ver figura 4).

2.1 principales métodos de microencapsulación de la curcumina

2.1.1 método de secado por pulverización

El principio del secado por pulveries dispersar el material del núcleo en la solución de material de pared para formar una solución de alimentación estable y uniforme. La solución de alimentación se dispersa en pequeñas gotitas bajo la acción de aire comprimido de alta velocidad desde el atomizador. El agua en las gotitas se evapora rápidamente bajo la acción del flujo de aire de alta temperatura en la cámara de secado, y el material de la pared se solidipara formar partículas microcápsula secas. El método de secado por pulverilogra simultáneamente la preparación y secado de microcápsulas. Tiene las características de ser simple en el proceso, bajo costo, fácil de implementar la producción industrial, características de la microencapsulación de sustancias sensibles al calor [63]. Es la tecnología de microencapsulación más utilizada [64] y también es un método común para la incorporación de curcumina.

En la preparación de microcápsulas de curcumina, el secado por pulverise suele combinar con la emulsificación. La viscode la emulsión y los parámetros de secado por pulverison los dos principales factores que afectan a la calidad de las microcápsulas de curcumina. La viscode la emulsión se ve afectada por el tipo de material de pared y la relación entre el núcleo y la pared. El material de pared utilizado para el secado por pulveridebe tener buena solubilidad en agua, mantener una viscobaja incluso en concentraciones altas, ser fácil de atomizar, deshidratar y secar, y tener pocos accesorios de pared [65]. Los carbohidratos y las proteínas se usan comúnmente. La reducción de la relación entre el núcleo y la pared, es decir, el aumento de la proporción de material de la pared, aumenta la viscode la emulsión.

Meena et Al.[66] investigó el efecto de la relación de pared central en la encapsulación de microcápsulas de curcumina en relaciones de pared central de 1:1, 1:2, y 1:3. A medida que la proporción de material de pared aumentaba, la tasa de encapsulaumentaba a su vez, pero no hubo una diferencia significativa en la tasa de encapsulen en las condiciones de 1:2 y 1:3. Además, a medida que el contenido de sólidos aumentaba, el rendimiento del producto mostraba una tendencia al alza y luego una tendencia a la baja, lo que puede deberse al aumento de la viscode la emulsión y la pobre atomide gotitas [67-68]. Los parámetros de secado por pulvericomo la velocidad de avance y la temperatura de secado por pulveritienen un impacto en la calidad de las microcápsulas y la curcumina en las microcápsulas [69]. Si la velocidad de avance es demasiado rápida o la temperatura de secado por pulverización es demasiado baja, las partículas no se secan adecuadamente, el contenido de humedad en las microcápsulas se increment, la curcumina tenderá a formar cristales, y en una boquilla de dos fluidos secador por pulveri, si la velocidad de avance del material del núcleo es demasiado rápida, no habrá suficiente material de pared para recubrir el material del núcleo, y las microcápsulas preparadas serán demasiado grandes en tamaño [69].

Las microcápsulas de curcumina preparadas por la tecnología de secado por pulverimejoran significativamente la estabilidad térmica de la curcumina. Después de ser almacena 70 °C durante el mismo período de tiempo, la tasa de degradación de la curcumina en microcápsulas es de aproximadamente 20%, mientras que la tasa de degradación de la curcumina no encapsulada es superior al 90% [70]. Después de la digestión gástrica simul, alrededor del 88% de la curcumina es todavía retenido en las microcápsulas, después de la digestión intestinal simul, 86,36% curcumina fue liberado [66]; La curcumina no encapsulada fue casi completamente degradada cuando se coloca bajo un LEDde 5 W para 12 d [70], mientras que la tasa de retención de la curcumina microencapsulada fue 84,154% después de 8 semanas de almacenamiento [71]. Andrade et al. [72] confirmaron que el proceso de secado por pulverino afecta a la actividad funcional de la curcumina.

Después de secado en aerosol, la curcumina en las microcápsulas todavía puede reducir significativamente el nivel de TNF- - y todavía tiene el potencial para tratar enfermedades neurodegenerativas. El proceso de secado por pulverino afecta a la actividad biológica de la curcumina, sino que mejora la actividad contra el cáncer de la curcumina en las microcápsulas. Esto puede ser debido al hecho de que la tecnología de microencapsulación mejora la solubilidad de la curcumina y aumenta la absorción de la curcumina por las células, aumentando así su concentración efectiva y mejorando su actividad [73]. En comparación con la liofilización, aunque la alta temperatura instantánea durante el proceso de secado por pulveriprovoca una degradación parcial de la curcumina en las microcápsulas, en el estudio de D. M. CANO-HIGUITA et al. [71], la tasa de retención de curcumina en las microcápsulas desecadas por pulverien las mismas condiciones de almacenamiento fue del 84,154%, mientras que la tasa de retención de curcumina en las microcápsulas liofilizadas fue de sólo 63,832%. Esto demuestra que el secado por pulveripulveries un buen método para preparar microcápsulas de curcumina.

2.1.2 método de coacervación

El método de coacervación se basa en el principio de que dos polímeros con cargas opuestas, como proteína-polisacárido, proteína-proteína y polisacárido-polisacárido, reducen la solubilidad de sus complejos debido a la neutralización de carga, y se deposiy encapsulalrededor del material del núcleo para formar microcápsulas. Este método sólo es adecuado para la microencapsulación de ingredientes funcionales no solubles en agua. Además de la atracción electrostática y la neutralización de carga, las interacciones no covalentes (como el enlace de hidrógeno y las interacciones hidrofóbicas) también contribuyen a la formación de microcápsulas durante el método de coacervación compleja [74]. Las microcápsulas de curcumina preparadas por el complejo método de coacervación tienen una alta tasa de encapsul(ver tabla 1), que proporciona una buena protección para la curcumina en ambientes de luz y calor, y también tiene un buen efecto de liberación lenta sobre la curcumina en in vitro simulensayos de digestión. Sin embargo, el complejo método de coacervación se ve afectado por factores como el pH del sistema, la concentración entre los dos polímeros, y la temperatura, y las condiciones son difíciles de controlar y el proceso es engoroso. El pH del sistema determina la carga del polímero, y la relación entre los dos polímeros controla el balance de carga durante el proceso de complejación [75], que a su vez afecta la interacción entre los polímeros, así como la calidad y el rendimiento de las microcápsulas.

En un pH donde ambas moléculas de material de pared llevan la carga opuesta máxima equivalente, la interacción entre las dos moléculas de material de pared es la más fuerte, la mayoría de los complejos se forman, y el rendimiento de microcápsulas es también el más alto [76-77]. En Mohammadian et al. [78], la turbidez del sistema era más alta a pH = 3, lo que indica la formación de un gran número de complejos de goma aráaráde nanofibras de proteína de suero, mientras que a pH más alto (más cerca del punto isoeléctrico de la proteína de suero), la turbidez del sistema era mucho menor que a pH = 3. Un desequilibrio de las cargas eléctricas dará lugar a interacciones electrostáticas débiles entre las moléculas de los dos materiales de la pared y un menor rendimiento de aglomer. En el estudio de Kavousi et al. [79], cuando la relación del mucículo de la semilla de berro (CSM) con caseinato de sodio se ajusta 1:2, el número de cargas negativas llevadas por el CSM fue el mismo que el número de cargas positivas llevadas por el caseinato de sodio, y la turbidez del sistema fue la más alta.

2.1.3 método de encapsulación Molecular

El método de encapsulación molecular, también conocido como método de encapsulación molecular o método de encapsulación molecular, es un método de microencapsulque ocurre a nivel molecular. Este método utiliza principalmente las fuerzas intermoleculares entre el material del núcleo y el material de la pared para formar microcápsulas moleculares. Este método generalmente utiliza ciclodextrinas y sus derivados como material de pared. El proceso de encapsulación es un proceso físico [83] sin reacción química, que permite conservar las propiedades y funciones originales de la sustancia activa. Hay tres métodos principales para preparar complejos de curcumina-ciclodextrina: (1) el método de solución acuosa satur, en el que una solución acuosa de ciclodextrina se mezcla con una solución de disolvente orgánico de curcumina, y el disolvente se evapora y la mezcla se seca para obtener las microcápsulas; (2) el método de molienda, en el que la curcumina se añade a una solución de molienda de ciclodextrina y molido, y la curcumina desplaza el agua en la cavidad de la ciclodextrina, y luego la mezcla se seca para obtener las microcápsulas; (3) el método de coprecipitación, en el cual una solución acuosa de ciclodextrina es mezclcon una solución de reactivo orgánico de curcumina, la temperatura del líquido es incrementada y el líquido es agitvigorosamente para saturar la mezcla, luego baja la temperatura del líquido para causar que los complejos de ciclodextrina y curcumina cristalizen y precipiten.

El precipitse filtra, se recoge y se seca para obtener microcápsulas de curcumina. CN106943604A utiliza agua como disolvente para mezclar polímeros de ciclodextrina con curcumina, y luego se seca al vacío para obtener microcápsulas de curcumina con buena solubilidad en agua [84]. Purpura et al. [85] usaron − ciclodextrina para encapsular curcuminoides y estudiaron las concentraciones de los tres curcuminoides en el plasma sanguíneo después de la administración oral antes y después de la encapsulación. Los resultados mostraron que la encapsulación de ciclodextrina puede aumentar significativamente la concentración de curcuminoides en el plasma sanguíneo, es decir, mejorar el body's absorción de curcuminoides. Zhang et al. [86] usaron la ciclodextrina como material de pared y preparlos complejos de curcumina ciclodextrina por un método de solución acuosa satur. En comparación con la curcumina libre, la curcumina en el complejo es más fácilmente absorbido por las células y tiene un mejor efecto terapéutico sobre el cáncer de pulmón.

2.1.4 otros métodos de preparación

Además de los tres métodos de preparación comúnmente utilizados mencionados anteriormente, liposomas encapsulelectroesterili, el método de poros agudos, y el método de precipitación isoeléctrica también se utilizan para preparar microcápsulas de curcumina. Liu Xin et al. [87] usaron quitosano como material de pared y prepararon microcápsulas de curcumina por el método de poros afil. Las microcápsulas resultantes eran de tamaño uniforme, con una tasa de encapsuldel 60% y una carga del fármaco de 0,75%. Sin embargo, el tamaño de partícula era grande, y se concentralrededor de 0,45 mm. El método sharp-pore es lento e inadecuado para la producción industrial, y ha habido poca investigación sobre su uso en la preparación de microcápsulas de curcumina. Ariyarathna et al. [88] utilizaron proteína de garbanzo como material de pared para preparar microcápsulas de curcumina basadas en el principio de la precipitación isoeléctrica, con una tasa de encapsulación de 78,6% y una capacidad de carga de 9,2%. Esto mejoró significativamente la luz y la estabilidad térmica de la curcumina, sin embargo, el método tiene opciones limitadas de materiales de pared. Laura et al. [89] utilizado electropulveripara encapsullipode curcumina en la proteína de suero. Bajo las mismas condiciones, la tasa de retención de la curcumina de los liposomas de curcumina fue de aproximadamente 80% a las 25 h, mientras que la tasa de retención de las microcápsulas electropulverizadas fue de aproximadamente 90% a las 25 h, lo que muestra que la doble encapsulación da cúrcuma curcuminoides protección más fuerte.

2.2 materiales de pared principales para la cúrcuma curcuminoids microencapsulación

El material de pared es el componente más importante de la microcápsula, aparte del material del núcleo, y afecta a las propiedades físicas y químicas de la microcápsula en cierta medida, como la forma aparente, contenido de humedad, rendimiento del producto, solubilidad, permeabilidad y efecto de liberación sostenida. Por lo tanto, es especialmente importante elegir el material de pared adecuado de acuerdo con los diferentes materiales de núcleo y métodos de preparación.

proteínas

Las proteínas son un tipo de polímero macromolecular natural en los alimentos, con excelentes propiedades emulsionantes y gelificantes. En la actualidad, los materiales de pared a base de proteínas comunes utilizados en la preparación de microcápsulas de curcumina incluyen aislado de proteína de soja, proteína de suero, y Zein.

2.2.1.1 proteína de suero

La proteína de suero es el principal componente del suero, que se obtiene mediante la concentración y refindel suero, un subproducto de la producción de queso. Los componentes principales son − -lactoglobulina, − -lactalbumin, inmunoglobulinas y albúmina sérica bovina. La proteína de suero (WP) se divide principalmente en dos categorías: concentrado de proteína de suero (WPC) y aislado de proteína de suero (WPI). Tiene excelentes propiedades de formación de película, emulsificación y gelificación, y se utiliza a menudo como material portador de sustancias bioactivas. Jayaprakasha et al. [73] usaron proteína de suero de leche como material de pared y prepararon microcápsulas de cúrcuma curcumina por liofisecado, con una tasa de encapsulde 96,34%. Después de la nanoencapsulación, WP-Cur puede mantener una estructura micela bajo condiciones neu, con una liberación de cúrcuma de curcumina de 599,49% a las 24 horas y mayor del 70% a las 48 horas.

La captación dela curcumina por las células aumentó, y la actividad contra el cáncer contra las células cancerosas (cáncer de colon células SW480, cáncer de próstata células LNCap) aumentó, es decir, la nanoencapsulación de proteína de suero redujo el metabolismo dela curcumina por liberación retary aumentó la biodisponibilidad dela curcumina. La proteína de suero de leche puede auto-ensambla pH ácido (pH 2) y baja fuerza iónica, y calentar durante varias horas por encima de la temperatura de desnaturalización para formar agregados fibrocon un diámetro de aproximadamente 1 a 10 nm y una longitud de micrones. En comparación con la proteína de suero no fibro, las nanofibrillas de proteína de suero (WPN) WPN) tienen una mayor actividad de captación de radicales y mejores propiedades emulsificantes a bajas concentraciones que la proteína de suero no fibrilar. WPNtienen mayor hidrofobicidad de la superficie y son más propensos a formar complejos solubles con la curcumina a través de enlaces de hidrógeno e interacciones hidrofóbic. En comparación con la curcumina libre, la solubilidad de la curcumina en WPI-Cur se incrementa en alrededor de 180 veces, y la solubilidad de la curcumina en WPN-Cur se incrementa en alrededor de 1200 veces. Además, la combinación de curcumina y WPN aumenta aún más la viscoaparente y la actividad superficial de WPN. Por lo tanto, Cur-WPN puede ser una opción ideal para el diseño de nuevas emulsiones funcionales de alimentos y bebidas [90]. Hu et al. también tuvieron resultados de investigación similares [91].

Zea mays proteína soluble en alcohol

La zeína se compone de alrededor de un 75% de residuos de aminoácidos hidrofóbicos y un 25% de residuos de aminoácidos hidrofílicos. Es anfifílica y un tipo de proteína vegetal que es soluble en alcohol e insoluble en agua. Bajo inducexterna, Zein puede auto-ensamben en nanopartículas, encapsulsustancias activas hidrofóbicdentro para formar una estructura de cáscara central. Sin embargo, las microcápsulas preparadas a partir de Zein solo son propensas a agregarse y romper, lo que lleva a la liberación de la sustancia activa. Por lo tanto, el Zein se combina generalmente con materiales de pared polisacáridos como material portador. Por ejemplo, Li [80] utilizó zeína y quitosano (CS) como materiales de pared para entregar la curcumina. Se encontró que cuanto mayor es el pH del sistema, mayor es la interacción entre Zein y CS, mayor es el rendimiento del producto y menor es la tasa de liberación in vitro de curcumina. Considerando todos los factores, Zein-CS-Cur tiene un mejor potencial de administración oral a pH = 4. En Ran et al. [92], el valor de vida media t1/2 de la curcumina bajo condiciones de irradiación de luz en la cur de metilcelulde zein-hidroxipropil se incrementó, y la tasa de eliminación de radicales DPPH aumentó de 19,56% a 68,25%. En los últimos años, los productos de reacción de Maillard también han sido ampliamente utilizados para encapsular sustancias bioactivas. Dong Xiao et al. [93] usaron Zein y glucosa (Glu) en una solución de etanol al 70% del producto de reacción de Maillard (Zein/Glu MRP) para preparar nanoccápsulas de curcumina. En comparación con el Zein, el Zein/Glu MRPpreparado con las nanocápulas de curcumina tuvo un aumento de 22 veces en la eficiencia de atrapamiento, y la estabilidad térmica y la estabilidad de almacenamiento se mejoraron significativamente.

2.2.1.3 otros materiales de pared a base de proteínas

Además de las proteínas mencionadas anteriormente, el aislado de proteína de soja, aislado de proteína de coco, proteína de guisante, proteína de clara de huevo, gelatina, etc también se han utilizado para preparar microcápsulas de curcumina. Por ejemplo, Chenet al. [94] utilizado aislado de proteína de soja (SPI) como un material de pared para preparar microcápsulas de curcumina por secado por pulveri. Después del secado en spray, la tasa de retención de curcumina fue de 89,1%, y la capacidad de carga fue de 25,3 mg/g. Las imágenes de microscopía electrónica de barrimostró que la superficie de las microcápsulas tenía grandes hendiduras regulares. Después de añadir polisacáridos de soja y /o maltodextrina al material de pared, la tasa de retención, carga y solubilidad de la curcumina se mejoró significativamente. La membrana de la microcápsula protela curcumina para reducir la degradación durante el secado por pulveri, y las imágenes de SEM mostraron que la superficie de las microcápsulas tenía menos abollas y pliegues y era más suave. Adsare et al. [95] usaron proteína clara de coco para encapsular la curcumina y la tasa de encapsulde las microcápsulas desecadas en aerosol fue (84,89 ± 1,09 %). La carga de la curcumina fue de 509.26 mg/100 g. Cuando el 5%, 10% y 15% de goma aráaráse se añadió al material de la pared, la velocidad de encapsuly carga aumentaron gradualmente. Esto puede ser debido al hecho de que la goma aráaráocupa los huecos en la matriz del material de la pared de la proteína clara del coco, reduciendo la permeabilidad del oxígeno.

2.2.2 los carbohidratos

2.2.2.1 goma de mascar

La goma aráará(GA) es una mezcla de polisacáridos y glicoproteínas. No es tóxico, altamente soluble, tiene actividad superficial, es estable en un amplio rango de pH y tiene una viscorelativamente baja. Es ampliamente utilizado en la industria alimentaria, cosmética y farmacéutica. Andreea et al. [96] utilizaron tres concentraciones diferentes (10%, 15% y 20% p /v) de GA para encapsular la curcumina. El diámetro de las microcápsulas era de 7-9 μm. Con un aumento en la proporción de GA, la liberación de curcumina de las microcápsulas en líquido gastrointestinal simuldisminuyó y la tasa de liberación se ralentizó durante los primeros minutos. Dentro de un cierto rango, el aumento de la relación cáscara a núcleo aumentará la velocidad de encapsuly la capacidad de carga de las microcápsulas. Sin embargo, una alta concentración de GA hará que el líquido de alimentación se vuelva visco, lo que no es propicio para el secado por pulveri[70]. Se puede mejorar mediante la composición de GA con otros materiales de pared, que no tendrá un efecto significativo sobre la viscodel líquido de alimentación, mientras que la mejora de la eficiencia de encapsul[97-98]. Por ejemplo, Meena et al. [66] combinga con maltodextrina y WPC-80 para encapsular la curcumina, y la tasa de encapsulación de la microcápsula fue de hasta 97,16%, y el contenido de curcumina fue de 422,28 mg/kg. Después de la digestión gástrica simul, alrededor del 88% de la curcumina se retuvo en las microcápsulas. Tan Shaocong et al. [99] utilizaron GA y Zein como materiales de pared para preparar microcápsulas de curcumina por liofilización, y la tasa de atrapa microcápsula fue 95,844%, con una capacidad de carga de 62 mg/g.

dextrina

Dextrina es una pequeña molécula de material intermedio que se convierte a partir de macromoléculas de almidón a través de la descomposición y la hidrólibajo la acción del calor, ácido o enzimas. Entre ellos, la maltodextrina, ciclodextrina y sus derivados se utilizan comúnmente como materiales de pared para microcápsulas.

La maltodextrina (MD) es un polímero de azúcar preparado a partir de almidón o amilum como materia prima mediante hidrólisis enzimde bajo grado, purificación y secado o no secado [100]. El grado DE hidrólisis se expresa generalmente por el valor DE DE (equivalente DE glucosa). El valor DE es el porcentaje DE azúcares directamente reductores (expresado como glucosa) en los sólidos totales del hidrolizado DE almidón. Los MDs con diferentes valores DE DE tienen diferentes distribuciones DE peso molecular, longitudes DE cadena promedio y grados DE rami, lo que resulta en diferentes propiedades funcionales, como la viscoy la higroscopicidad. El valor apropiado DE DE DE MD debe ser seleccionado basado en las características del material del núcleo y el método DE preparación. La MD tiene las características de baja visco, baja higroscopicidad, alta solubilidad y bajo costo cuando se utiliza en altas concentraciones [101-102]. En el estudio de la microencapsulación de la curcumina, debido a la pobre capacidad emulsificante y la estabilidad de la emulsión de la MD, la tasa de encapsuly la cantidad de carga de microcápsulas preparadas con MD solo como material de pared son bajas [103-104]. Por lo tanto, la MD suele combinarse con materiales de pared con excelentes propiedades emulsionantes (ver tabla 2), como goma arábiga, proteína de suero, gelatina, etc.

La ciclodextrina (CD) es una serie de oligosacáridos cíclicos producidos por la acción de la ciclodextrina glucanotransferasa en el almidón de cadena recta. Tiene una cavidad cónica con forma de anillo (ver figura 5) [85]. El efecto de blinde de los grupos hidroxilo primarios en la superficie exterior de la cavidad y los enlaces C-H dentro de la cavidad resulta en una estructura con las características de "hidrofóbica dentro de la cavidad y pared exterior hidrofílica". Por lo tanto, puede ser utilizado para incrustar algunas moléculas de objeto de tamaño y forma apropiados en la estructura cíclica a través de interacciones electrostáticas, fuerzas de van der Waals, interacciones hidrofóbic, enlaces de hidrógeno, etc., para formar microcápsulas [108]. Las ciclodextrinas no son tóxicas, son baratas y están ampliamente disponibles, por lo que son ideales para su uso como portadores de ingredientes activos. Las ciclodextrinas comúnmente usadas para encapsular la curcumina son − -CD y − -CD. La investigación relacionada se muestra en la tabla 3. En comparación con la curcumina pura, la encapsulación de ciclodextrina mejora significativamente la solubilidad de la curcumina, la estabilidad y la actividad antioxidante (posiblemente debido a la solubilidad mejorada de la curcumina, que a su vez aumenta la concentración de curcumina en el sistema). Sin embargo, la tasa de microencapsulación es relativamente baja, y la solubilidad de − -CD en agua es pobre, a 1,85 mg/mL [109], lo que no es propicio para su buena aplicación en el campo de los materiales portadores. En la actualidad, algunos estudios han introducido grupos químicos a las ciclodextrinas para obtener ciclodextrinas modificadas, mejorando así su solubilidad y propiedades de encapsulación. Después de la modificación, la tasa de encapsulde la curcumina por ciclodextrina se mejoró significativamente, y la estabilidad del complejo Cur-CD también se mejoró, y la disolución y estabilidad de la curcumina en el complejo se mejoró aún más [108,110-111].

2.2.2.3 almidón modificado

El almidón es uno de los carbohidratos más abundantes en la naturaleza y es también el principal nutriente que suministra energía al cuerpo humano. Es una fuente de nutrientes segura, no tóxica, biocompatible, de bajo costo y abundante. El almidón Natural tiene una pobre solubilidad, y usarlo directamente como material de la pared de la microcápsula no es muy eficaz. La velocidad de encapsulación y la capacidad de carga de las microcápsulas son relativamente bajas. Por lo tanto, en la aplicación de materiales de pared de microcápsulas, las propiedades naturales del almidón son a menudo modificadas a través de tratamientos físicos, químicos o enzimpara aumentar ciertas funciones o introducir nuevas propiedades, con el fin de mejorar su solubilidad, absorción de agua y capacidad de encapsulación, y convertirlo en un buen material de pared de microcápsulas. La tabla 4 muestra las investigaciones relevantes sobre la preparación de microcápsulas de curcumina utilizando almidón modificado como material de pared. En comparación con el almidón natural, el almidón modificado puede mejorar significativamente la tasa de encapsulación y la capacidad de carga de las microcápsulas, así como la solubilidad, estabilidad y biodisponibilidad de la curcumina, mejorando el efecto de liberación controlada de la curcumina de las microcápsulas. Aunque las microcápsulas preparadas con almidón modificado son de mejor calidad que las preparadas con almidón natural, ha habido relativamente pocos estudios sobre si las microcápsulas modificadas de almidón y curcumina tienen efectos adversos en la salud humana [115-121]. Sin embargo, en el sistema de administración de sustancias activas, la toxicidad de la matriz portadora es una cuestión importante que requiere más investigación.

3 aplicaciones

GB 2760-2014 [122] estipula que la curcumina, como un pigmento comestinatural, puede ser utilizado en bebidas congeladas, nueces y semillas cocidas, productos de chocolate, dulces, productos de arroz instantáneo y fideos, rellenpara productos de granos, jarabes con sabor, condimentos compuestos, bebidas carbonatadas, gelatina y alimentos inflado. En la actualidad, algunos estudiosos también han añadido microcápsulas de curcumina al yogur, queso y leche y han evaluado su idonei. Patelet al. [123] prepararon microcápsulas de curcumina usando WPI y Hi-Cap 100 como materiales de pared, y agregwpi, Hi-Cap 100, una mezcla física de curcumina y microcápsulas a la leche, respectivamente. La leche con la mezcla física tenía sedimentde partículas evidente y una puntuación de evaluación sensorial más baja, mientras que la adición de microcápsulas de curcumina no tuvo ningún efecto adverso sobre las características sensoride la leche. Vanessa et al. [124] usaron − -CD para encapsular la curcumina y añadi− -CD-Cur al queso (− -CD-Cur añadido a 5 − 10-7 g/L) y yogur (− -CD-Cur añadido a 2 − 10-6 g/g) para evaluar su idonei.

Los resultados experimentales mostraron que la adición de complejos de curcumina no tuvo un efecto significativo sobre la dureza, adhesión, elas, etc. del queso yel yogur, pero redujo el brillo de los dos productos, con el queso volviamarillo yel yogur volviéndose ligeramente verde amarill. Además, la evaluación sensorial mostró que el queso con agregado de β-CD-Cur fue mejor aceptado. La tecnología de microencapsulación ha ampliado el ámbito de aplicación de la curcumina, por lo que es adecuado para su uso en algunos alimentos a base de agua. Por ejemplo, productos lácteos funcionales o bebidas. Además, con base en la función bioactiva superior de la curcumina, microcápsulas de curcumina también puede ser combinado con otros nutrientes para hacer cápsulas o tabletas de tipo suplementos funcionales, o añadido a los productos químicos diarios que se centran en los efectos antiinflamatorios. Se puede ver que la curcumina y sus microcápsulas tienen amplias perspectivas de desarrollo en los campos de la salud alimentaria, medicina y productos químicos de uso diario.

4 conclusión y perspectivas

La curcumina es un metabolito secundario de la planta de jengibre Curcuma longa. Se conoce como "oro líquido" y tiene una variedad de actividades biológicas, tales como anti-oxid, anti-inflamación, y anti-tumor. Por lo tanto, hay un amplio potencial para el desarrollo de alimentos funcionales a base de curcumina. Sin embargo, sus inestables propiedades fisicoquímicas, baja solubilidad y rápido metabolismo limitan su aplicación. Se necesita urgentemente una tecnología para resolver este problema. Por lo tanto, este documento comienza con las propiedades estructurales, la actividad biológica, y las características metabólicas de la curcumina, y resume las técnicas de incrustcomún y los tipos de materiales de pared utilizados para preparar microcápsulas de curcumina en los últimos años.

Un gran número de estudios han demostrado que la tecnología de microencapsulación puede mejorar significativamente la solubilidad de la curcumina, mejorar su estabilidad A la luz, el calor, el oxígeno y el pH, y también tienen un efecto de liberación sostenida sobre la curcumina en fluidos gastrointestinales simulados. Entre ellos, el secado por pulveripulveries un método tradicional de preparación de microcápsulas que es relativamente maduro y es muy adecuado para la producción industrial a gran escala de microcápsulas de curcumina. Ha habido muchos estudios sobre la curcumina microcápsulas, pero todavía hay algunos problemas en la investigación actual: (1) si las microcápsulas todavía puede garantizar la estabilidad y la biodisponibilidad de la curcumina en la matriz alimentaria y si va a afectar el sabor original de la comida.

Todavía hay muy poca investigación en esta área y necesita ser estudia fondo. (2) aunque los materiales naturales de pared tienen la ventaja de ser biocompatibles, sus propiedades son inestables. Por lo tanto, materiales de pared más modificados se han aplicado en la preparación de microcápsulas de curcumina. Sin embargo, en la investigación sobre las microcápsulas de curcumina, rara vez se menciona si los materiales de pared modificados tienen efectos adversos sobre la salud humana. Por lo tanto, es necesario mejorar la investigación sobre la toxicidad de la matriz portadora. (3) la capacidad de carga de las microcápsulas de curcumina es baja, y la tecnología de producción industrial para las microcápsulas de alta carga de curcumina aún no está madura en China. Con la innovación de la tecnología de microencapsulación, se cree que estos problemas pueden ser resueltos en el futuro.

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