¿Cuál es la emulsificación y encapsulación de polvo de curcumina?

curcumina is a natural active ingredient extracted from the dried rhizomes deturmeric, Curcuma longa L., tumeric, Curcuma domestica, ygalangal, Alpinia officinarum, of the ginger family, Zingiberaceae. It has a wide range of pharmacological effects, is low entoxicity and well tolerated [1]. Curcumin was first isolated from Curcumalonga L. in 1870 as a low-molecular-weight polyphenol compound, and its chemical structure was elucidated as dihydroferulic acid in 1910 [2].

La curcumina es un pigmento natural permitido para su uso en China#39;s aditivos alimentarios [3], y su poder colores superior al de otros pigmentos naturales yel amarillo limón sintético. La curcumina también tiene muchos efectos fisiológicos, tales como antioxidante, hipolipidos, anti-aterosclerosis [4], anti-inflamatorio [5], anti-envejecimiento [6], anti-tumor [7] y una serie de otras actividades farmacológicas biológicas, con muy pocos efectos secundarios tóxicos en el cuerpo humano. Tiene una perspectiva de aplicación muy amplia. Sin embargo, debido a su pobre estabilidad fisicoquímica y baja biodisponibilidad in vivo, a menudo es necesario utilizar una gran cantidad para lograr la dosis efectiva (cuando se toma por vía oral, 10 a 12 g se requiere para detectar trazde cantidades de curcumina en el cuerpo), lo que limita en gran medida la promoción de la curcumina en los campos de la salud funcional de alimentos y la medicina. La emulsificación y encapsulde la curcumina puede resolver algunos de los problemas asociados con su pobre solubilidad en agua e inestabilidad. Este artículo se centra en las propiedades de la curcumina, la preparación de emulsiones y encapsulados, y el progreso de la investigación y las perspectivas de desarrollo de su estabilidad.

1 estructura y función de la curcumina

La curcumina tiene la fórmula molecular C21H20O6, peso molecular 368.39, y punto de fusión 180 ℃~183 ℃. Es un polvo cristalde color naranja amarillo con un sabor ligeramente amargo. Es insoluble en agua y éter, soluble en etanol y propilenglicol, y fácilmente soluble en ácido acético glacial y solución alcalina. La curcumina es de color marrón rojizo en condiciones alcalinas y amarillo claro en condiciones ácidas. Tiene un fuerte poder colory tiñe bien las proteínas. Es particularmente sensible a la luz y debe ser almacenlejos de la luz. Su máximo pico de absorción está cerca de una longitud de onda de 425 nm [8]. Los principales componentes de los curcuminoides son la curcumina (60%-70%), demetoxicurcumina (20%-27%), y bisdemetoxicurcumina (10%-15%). Las estructuras moleculares de los tres se muestran en la figura 1 [9]. Entre ellos, la curcumina (3-metoxi4-hidroxifenil-1,6-heptadiena-3,5-diona) es el principal ingrediente activo y es un compuesto polifenócon un grupo funcional de --dicetona [10].

Curcumin is stable to reducing agents, has strong coloring properties, and once colored, is not easily faded. However, it is sensitive to light and heat and easily forms chelates with iron ions. Zn2+, Fe2+, Fe3+, sucrose, and maltose have a color-enhancing effect on curcumin, while tartaric acid, citric acid, sodium benzoate, and Cu2+ have a color-fading effect. K+, Na+, Mg 2+, and vitamin C have no significant effect on curcumina[11]. Because curcumin has two hydroxyl groups at each end of the molecule, a conjugation effect occurs under alkaline conditions where the electron cloud is displaced. Therefore, when the pH is greater than 8, curcumin changes from yellow to red. Modern chemistry uses this property to make it an acid-base indicator.

Curcumin is an orange-yellow, alcohol-soluble compound that is not only a universal coloring agent but also has many nutritional values [12]. Due to the presence of multiple carbon-carbon double bonds in the structure of curcumin, its chemical properties are very unstable, and it is prone to oxidative degradation under light and heat conditions. At the same time, the unsaturated structure gives it strong antioxidant activity and free radical scavenging ability, so it has certain physiological activity and can effectively capture and remove active oxygen free radicals in the body. Most studies have shown that curcumin can reduce oxidative stress. This is because curcumin inhibits lipid and protein oxidation by inhibiting the carbonyl groups of formaldehyde and proteins, and it also stimulates the activity of various antioxidant enzymes, including superoxide dismutase and various oxidase enzymes [13].

Curcumin&#Muchas funciones fisiológicas, como sus funciones anticancerosas e inmunomoduladoras después de unirse a la albúmina [14], su efecto de protección solar al reducir los cambios apoptóticos indupor la radiación UV en los queratinocihumanos y las células cancerosas epidérmicas humanas [15-16], y su capacidad para reducir la incidencia de cánceres específicos [17], están estrechamente relacionados con sus propiedades antioxidantes. Algunos estudios en los últimos años han demostrado que la curcumina incluso tiene un efecto antidepresivo en pacientes con depresión mayor [18-19].

Debido a la pobre estabilidad y las limitaciones de solubilidad de la curcumina, puede ser encapsulusando varios geles alimentarios como almidón modificado, ciclodextrina, goma arábiga y quitosano, así como varios compuestos proteína-péptidos como la zeína, hidrolizado de proteína de trigo, hidrolizado de proteína de soja y polvo de clara de huevo. También puede ser preparado como un sistema de cristal líquido utilizando un surfac, o como una nanoemulsión, para reducir su degradación y pérdida durante la preparación y almacenamiento, mejorar su solubilidad en agua y biodisponibilidad, y aumentar su valor para el desarrollo de aplicaciones.

2 emulde de curcumina

2.1 propiedades de las emulsiones alimentarias

Una emulsión es un sistema de dispersión formado por un líquido disperen en forma de gotas líquidas en otro líquido con el que es inmiscible. Las emulsiones son generalmente opacas y de color blanco lechoso en apariencia [20]. Las emulsiones se pueden clasificar de acuerdo con la posición espacial de las fases agua y aceite como aceiten-agua o agua-en-aceite. Una emulsión en la que la fase agua es la fase externa y la fase aceite es la fase interna se llama una emulsión de aceite en agua (tipo O/W), y viceversa una emulsión se llama una emulsión de agua en aceite (tipo W/O) [21]. De acuerdo con esta clasificación, varias emulsiones alimentarias importantes se enumeran en la tabla 1 [22].

Las emulsiones se pueden dividir en emulsiones convencionales y nanoemulsiones según el tamaño de partícula. Las emulsiones convencionales tienen un tamaño medio de gotitas de entre 100 nm y 100 μm. Estas emulsiones son sistemas termodinámicamente inestables. Esto se debe a la gran tensión superficial en la interfaz agua-aceite y el fuerte efecto de dispersión de la luz, ya que el tamaño de la gota es similar a la longitud de onda de la luz, por lo que la emulsión no es generalmente transparente [23]. Las nanoemulsiones pueden ser consideradas como pequeñas gotitas contenidas en las emulsiones tradicionales, con un tamaño medio de partícula de 10 nm a 100 nm [24]. El método de identificación de emulsiones también es muy sencillo. Un método común es la dilución, que consiste en diluir la emulsión con agua. Si las dos fases son miscibles, la fase continua debe ser la fase acuosa, y la emulsión es por lo tanto una emulsión de aceite en agua. Si no son miscibles, la emulsión es una emulsión de aceite en agua. Otro método es el método de teñido, que consiste en añadir una pequeña cantidad de tinte a la fase de aceite antes de la emulsificación. Después de la emulsificación, las gotitas se observan bajo un microscopio. Si las gotas son de color, es una emulsión de aceite en agua; Si la fase continua es de color, es una emulsión de agua en aceite. Del mismo modo, el tinte se puede disolver en la fase del agua para la observación [25].

Las emulsiones suelen ser sistemas termodinámicamente inestables que se vuelven inestables a medida que aumenta el tiempo de almacenamiento, como se muestra en la figura 2 [26]. Los ejemplos incluyen separación gravitacional, floculación, coaly maduración de Oswald [27-28].

2.2 métodos de preparación de emulsiones alimentarias

Para las emulsiones de calidad alimentaria en general, el proceso de preparación por lo general implica preparar el objeto emulsificante como la fase de aceite, disolel emulsificante en agua para formar la fase de agua, y luego verter la fase de aceite en la fase de agua y someterlo a varios tratamientos, incluyendo tratamiento térmico simple, emulsificación ultrasónica, homogeneiy ultra-alta presión homogenei, y nano-moli[29]. Los principios específicos, ventajas y desventajas se muestran en la tabla 2.

Emulsions are widely used in the food, beverage, pharmaceutical and cosmetics industries to encapsulate, protect and deliver functional ingredients such as alcohol-soluble pigments, vitamins, preservatives and many other functional factors. In the food industry, food-grade emulsions are attracting increasing attention. Many food ingredients and functional ingredients that were previously restricted in their application are now being added to foods (health foods) as emulsion carriers. This can improve food quality and bioavailability without affecting the stability of the food system [35]. As an alcohol-soluble substance, curcumin is difficult to dissolve in an aqueous system. It can be made into an oil-in-water emulsion or microcapsule using various emulsification and encapsulation techniques such as shear homogenization, nano-grinding, and spray drying to change its solubility, thereby increasing the breadth and depth of its use.

3 preparación de emulsiones y complejos de curcumina

3.1 preparación de nanoemulsiones de curcumina

Zeng Qinghan et al. [36] used medium chain triglycerides (MCT) Como la fase de aceite y lecitina como el emulsificador para preparar nanoemulde de curcumina con diferentes concentraciones de fase de aceite usando homogeneia alta presión. El efecto de diferentes concentraciones en fase de aceite sobre la estabilidad de las nanoemulde de curcumina se estudió mediante el almacenamiento de las emulsiones a 4, 25 y 55 °C durante 30 días. Se encontró que el aumento de la concentración de fase de aceite puede aumentar la velocidad de encapsulde curcumina, el tamaño medio de partícula y el potencial Zeta de la nanoemulsión de curcumina, pero también reducir la estabilidad centrífuga y la estabilidad térmica de la emulsión. Específicamente, cuando la concentración en fase de aceite es baja (5 %, 10 %), la nanoemulsión de curcumina tiene una alta estabilidad, y la tasa de retención de curcumina alcanza el 48,50 % y 48,99 % respectivamente. Al mismo tiempo, el tamaño de partícula de la emulsión aumenta en un 0,79 % y 15,78 % respectivamente. La estabilidad física y química es mejor cuando se almacena a 4 °C, y la tasa de pérdida de curcumina después de 30 d fue de sólo 14,98 %.

Yao Yanyu et al. [37] utilizaron el Tween 80 como emulsionante para continuar explorando los efectos de diferentes fases del aceite (aceite de canola, aceite de linaza y triglicde de cadena media) sobre las propiedades fisicoquímicas y la estabilidad de almacenamiento de nanodispersiones de curcumina preparadas por homogeneia alta presión. Los resultados fueron consistentes con estudios previos. Se encontró que en comparación con el aceite de canola y aceite de linaza, la nanoemulsión de curcumina preparada con triglicde de cadena media como la fase de aceite tenía un tamaño de partícula promedio más pequeño, una mayor cantidad de atrapamiento (2,44 mg/mL), y una mejor estabilidad centrífuga, pero una estabilidad térmica ligeramente más pobre. En la prueba de almacenamiento, la nanoemulde de curcumina preparada con triglicde de cadena media como la fase de aceite tuvo una buena estabilidad física y química, y el contenido de curcumina y el tamaño medio de partícula no cambiaron significativamente. El estudio concluyó que el triglicéride de cadena media puede ser utilizado como una buena fase de aceite para preparar nanoemulde de aceite en agua de curcumina con una buena estabilidad física y química, proporcionando orientación teórica para ampliar la aplicación de la curcumina en la industria alimentaria.

Wu Minhui et al. [38] establecieron cuatro (proteína, polisacárido, pequeña molécula emulsificador sintético, fosfolípido) estables sistemas de entrega de la emulde de curcumina a través de la homogeneide microchorro de alta presión. El efecto de diferentes presiones de homogenei, tiempos de homogeneiy concentraciones de emulsionantes sobre la estabilidad de las emulsiones de curcumina se estudió utilizando un analizde estabilidad Lumisizer, con el tamaño de partícula como índice de investigación. Los resultados mostraron que entre los cuatro emulsionantes, el Tween-80 tuvo el mayor efecto sobre el tamaño de partícula de la emulsión, seguido por la proteína de suero, luego la lecitina y la goma arábiga. Al preparar un sistema estable de emulsión de curcumina, las presiones de homogeneirequeridas para Tween-80, proteína de suero, lecitina y goma arábica fueron de 40, 60, 40 MPa y 20 MPa, respectivamente; El número de tiempos de homogeneifueron 6, 4, 4 y 2, respectivamente; Y las fracciones másicas fueron 2 %, 2 %, 4 % y 4 %, respectivamente.

Investigadores extranjeros Kharat et al. [39]también utilizaron un microchorro de alta presión para preparar nanoemulsiones de agua en aceite cargadas con curcumina, y luego investigaron los efectos del tipo (goma árabe, saponina, Tween-80, caseinato de sodio) y la cantidad de antioxidante en la preparación y la estabilidad de las nanoemulsiones. Se encontró que la adición de goma árabe a la nanoemulsión resultó en la disminución más rápida en la carga superficial en comparación con la de saponina y Tween-80, así como caseinato de sodio. En otras palabras, se requiere una gran cantidad de goma arábiga para preparar una emulsión estable. Se puede ver de la prueba de almacenamiento que un pH alto (7.0) y alta temperatura (55 °C) condiciones pueden acelerar la degradación de la curcumina, y en la emulsión con la adición de saponina, el contenido de curcumina disminuye más rápido, lo que es probable debido a su capacidad para promover la peroxid. Al mismo tiempo, el uso excesivo de emulsionante no reduce significativamente la degradación de la curcumina.

3.2 preparación de complejos de ciclodextrina de curcumina

El uso de biopolímeros como proteínas o polisacáridos para encapsular la curcumina es un punto caliente de investigación en los últimos años, principalmente porque el uso de biopolímeros de grado alimentario puede producir productos con un valor comercial más amplio, y los biopolímeros pueden mejorar varias propiedades de la curcumina.

La ciclodextrina (CD) es un oligosacárido porporsoluble en agua, no reduc, estable a los ácidos, blanco, no tóxico, comestique se extrae de materias primas que contienen almidón como el maíz o las patatas utilizando enzimas catalíticas. Es de origen puramente vegetal, no causa reacciones alérgicas y no tiene número e. Las ciclodextrinas comunes son − -CD, − -CD y − -CD, las cuales están compuestas de 6, 7 u 8 unidades de glucosa Unidas por enlaces 1,4-glicosídicos [40].

La característica única de la molécula de ciclodextrina es su estructura tridimensional cíclica: una cavidad hidrofóbica se puede formar dentro de la estructura molecular de ciclodextrina, que puede absorber moléculas lipofílicas con tamaños y formas compatibles como "objetos". Su superficie hidrófila asegura la tolerancia de la molécula en un sistema acuoso. Existen varios métodos para verificar si se ha formado un complejo de ciclodextrina, tales como ultravioleta, dicroísmo circular, infrarrojo, difracción de rayos x, calorimetría de barridiferencial, etc. Con el rápido desarrollo de la tecnología informática, los métodos de simulación molecular también se están utilizando con más frecuencia [41]. En la industria alimentaria, las ciclodextrinas pueden proporcionar una nueva opción puramente vegetal para estabilizar las emulsiones de aceite en agua.

Debido a la naturaleza extremadamente hidrofóbica de la curcumina, su tasa de absorción es baja y su biodisponibilidad es extremadamente baja. Si se aumenta la dosis de curcumina, no sólo aumentarán los costos de producción, pero el problema de la biodisponibilidad no será bien resuelto. Alemania y Alemania#39;s Wacker Company fue la primera en desarrollar un complejo de curcumina con ciclodextrina, CAVACURMIN R. no sólo tiene un alto contenido de curcumina (> 15%), sino que también tiene buenas propiedades de flujo libre, tamaños de partícula pequeños y uniformes, y puede ser bien disperen en el agua. Los experimentos con animales y los experimentos in vitro e in vivo en seres humanos han demostrado que la solubilidad en agua, la biodisponibilidad y las propiedades antioxidantes de este producto han mejorado considerablemente [42].

Some domestic researchers have also conducted some research on curcumin cyclodextrin inclusion complexes. For example, Li Yi et al. [43] prepared a cyclodextrin inclusion complex of curcumin (CCIC) using the milling method, and used microscopic observation, differential scanning calorimetry and infrared spectroscopy to verify the formation of the inclusion complex. Solubility was also used as an evaluation index. unthree-factor three-level orthogonal design was used to explore the three factors that had a greater influence on the preparation of the inclusion compound: the feeding ratio, grinding time and grinding temperature. This was used to optimize the preparation process of CCIC. The experiment found that under the optimal process conditions, that is, when the encapsulation feed ratio (molar ratio) is 1:1, the grinding temperature is 40 °C, and the encapsulation time is 1.5 h, the solubility of curcumin is 3.82×104 times higher than that of the free drug. Luo Jianchun et al. [44] also used the milling method to prepare (curcumin hydroxypropyl-β-cyclodex- trin, CurcHD), the structure of which is shown in Figure 3.

La constante de tasa de absorción (Ka) y la permeabilidad efectiva (Papp) del complejo de curcumina hidroxipropilo - ciclodextrina y curcumina en cada segmento intestinal (duoden, yeyuno, íleo y colon) en ratas se determinaron usando espectrofotometría ultravioleta visible. Se encontró que la solubilidad de la curcumina hidroxipropil - - - ciclodextrina complejo en agua es 33,68 veces la de la curcumina, y la absorción de la curcumina hidroxipropil - - - - ciclodextrina complejo en cada sección intestinal de las ratas es significativamente mayor que la de la curcumina. El dióxido de carbono supercrítico (SC-CO2) es un nuevo método para preparar compuestos de inclusión que ha surgido en los últimos años [45]. Zhang Zhiyun et al. [46] usaron CO2 supercrítico para preparar complejos de hidroxiprop- ciclodextrina de curcumina. Los testers utilizaron un método de factor único y un método de diseño de superficie de respuesta Box-Behnken con solubilidad como índice de evaluación para optimizar el proceso de preparación del complejo, y obtuvieron un complejo de ciclodextrina curcumina con alta solubilidad.

Los resultados mostraron que el proceso de preparación óptimo para el complejo de inclusión fue una temperatura de inclusión de 57 °C, un tiempo de inclusión de 2 h, una presión de 24 MPa, y una relación molar droto-hidroxipropil -β -ciclodextrina de 0.96:1. La solubilidad de la curcumina en el complejo de inclusión resultante fue de 34,24 μg/mL, que es aproximadamente 400 veces la del polvo de curcumina. Es precisamente porque la ciclodextrina tiene una estructura especial de anillo tridimensional que es "internamente hidrofóbica y externhidrofílica" que cuando la ciclodextrina encapsula la curcumina en su cavidad hidrofóbica, no sólo mejora la solubilidad en agua de la curcumina, sino que también mejora el defecto de la curcumina siendo fácilmente descompuesta por la luz.

Todavía hay una gran cantidad de investigación que se está haciendo a nivel internacional sobre los complejos de curcumina. Por ejemplo, la literatura pertinente [47]informa el uso de la coprecipitación, liofilización y evapordel solvente para la curcumina compleja con ciclodextrina. El cambio de pico del anillo aromático de la curcumina se observó utilizando espectroscopia infrarroja de Fourier y espectroscopia Raman de Fourier para verificar la construcción del complejo por el método de coprecipitación. Además, la desaparición de las bandas de energía asociadas con los anillos aromáticos, detectadas mediante espectroscopia fotoacústica y difracción de rayos x, también demostró la formación del complejo.

Popat et al. [48]usaron un nuevo secador de aerosol escalable para preparar esferas huecas altamente soluen agua (3 mg/mL) de curcumina - ciclodextrina. Estas esferas huecas fueron entonces incrusten una cáscara de quitosano biodegradable cargada positivamente para formar nanopartículas. Estas nanopartículas se caracterizaron utilizando microscopía electrónica de transmisión, microscoelectrónica de barri, carga del fármaco y liberación in vitro. Después de pruebas in vitro, se encontró que las nanopartículas de CUR-CD-CS exhiexcelentes propiedades de liberación in vitro y alta citotoxicidad, con una tasa de mortalidad por apoptosis cercana al 100%. Esto indica que la ciclodextrina no sólo mejora la solubilidad de la curcumina, sino también la tasa de absorción por las células. Este hallazgo proporciona nuevas ideas para los investigadores posteriores, es decir, el diseño de un biomaterial natural biodegradable razonable como una próxima generación de fármaco hidrofóbico curcumin entrega nanoportador tiene un gran potencial.

4 aplicaciones innovadoras de la curcumina

As the turmeric market grows, major brands are also stepping up their market presence, launching increasingly diverse products that go far beyond the standard capsule supplements to meet the different needs of consumers. At present, a variety of water-soluble and oil-soluble curcumin products have been developed at home and abroad, and curcuminoids of various shades have been produced through compounding, which have been widely used in pasta, beverages, fruit wine, candy, pastries, canned food, fruit juice and cooking dishes [9, 49]. They are used as compound condiments in chicken essence compound seasonings, puffed seasonings, instant noodles and puffed noodle products, instant food seasonings, hot pot seasoning sauce, paste-like flavorings, seasoned pickles, beef jerky products, etc.

Zhang Baojun et al. [50] agregó la curcumina a los fideos instantáneos, que no sólo pone de manifiesto las funciones fisiológicas de la curcumina y es beneficioso para el cuerpo humano, sino que también añade un color brillante natural a la masa de fideos instantáneos, lo que puede mejorar people's apetito. Más importante aún, la curcumina es el más barato entre los pigmentos naturales, lo que puede reducir aún más los costos y mejorar la competitividad del mercado, y tiene amplias perspectivas de promoción. Una compañía láctea británica lanzó un yogur de estilo griego en 2019 que está libre de lactosa y con sabor A mango y cúrcuma [51].

La cúrcuma ha sido durante mucho tiempo un elemento básico de la dieta de Keto#39; Recetas caseras por sus importantes propiedades antiinflam. Las principales marcas están lanzando ahora sopas de Keto con cúrcuma. En marzo de 2019, un nuevo caldo de hueso salió al mercado: los ingredientes principales son el limón, la cúrcuma y el caldo de hueso de aceite de MCT (mantequilla de pasto y aceite de coco). La cúrcuma también ha penetrado en el creciente mercado de bebidas. En agosto de 2018, una compañía de bebidas extranjera lanzó un innovador jugo de lichi de mango que contiene 200 mg de curcumina. El producto también contiene piperina para mejorar la biodisponibilidad de la curcumina. Los productos de la curcumina están creciendo y diversificándose [52]. Se espera que con el avance continuo de la investigación científica y el desarrollo tecnológico, productos de curcumina tendrá amplias perspectivas de desarrollo.

5 conclusión

Cucumina en polvois a natural polyphenolic compound with a wide range of proven bioactive properties. In addition to its use as a food additive (e.g. as a coloring agent and antioxidant), it is also used to treat various diseases. In recent years, the use of emulsions to encapsulate, protect and deliver fat-soluble functional ingredients (such as oil-soluble flavor substances, vitamins, preservatives, nutrients and drugs) has attracted increasing attention in the food, beverage and pharmaceutical industries. With the development of nanotechnology, research on curcumin nanoparticles has gradually deepened, and the encapsulation of curcumin in different materials has made the particle size smaller and more uniform, the stability higher, and its performance continuously optimized. In addition, in order to reduce production costs, designing a more economical method paramanufacturing nano-curcumin particles is a problem that must be faced in industrial production. In addition, in order to apply curcumin to nano-scale drugs for the prevention and treatment of various diseases and nano-scale additives in food, there is still an urgent need to study and evaluate the toxicological safety of curcumin applications. 

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