Enhancing stability and Oral Bioavailability of Polyphenols Using Nanoemulsions

 폴리 페놀의 건강 증진 효과가 최근 들어 많 은 관심을 모으고 있다. 하지만 폴리 페놀의 낮은 안정성과 낮은 경구 생체 이용률을 때문 에 이를 높이기 위한 연구 방향을 제시함.

Introduction Polyphenols Encapsulated in Nanoemulsions. Results of various experiments Conclusion

Introduction

 폴리페놀 (polyphenol) ①식물에서 발견되는 화학물질의 일종으로서 분자 하나에 페놀 그룹이 한 개 이상 있는 것이 특징. ②폴리페놀은 일반적으로 타닌, 페닐프로파노이드로 분류. ③페놀은 벤젠의 수소원자 하나가 하이드록시기로 치환된 것이 며, 폴리페놀은 두 개 이상의 하이드록시기로 치환된 것.

Lower blood pressure Reduce cancer risk factors Regulate digestice tract system Strengthen immune systems Regulate growth Regulate sugar concentration in blood Lower cholesterol leverls antioxidant Efficacys 위장 체류 시간 부족 낮은 투명성 및 용해성 낮은 경구 생체 이용률 및 안정성 물, 오일 등 용매에 용해 하지 못함. Problems

 Tea Catechins 은 폴리페놀을 물, 에탄올, 다른 유기용제로 추출, 정제, 건조한 고체 분말, 또는 glycerine 등을 가 반투명 액체로써 산화방지제나 카테킨의 기 능성을 강조한 식품재료로 이용.  주성분 에피갈로카테킨 갈레이트 (EGCG), 에피갈로 카테킨 (EGC), 에피카테킨 갈 레이 트 (ECG), 에피카테킨 (EC)  Tea Catechins 기능 항산화작용, 소취작용, 항균작용, 충치예방, 항변이원성, 혈압상승 억제작용, 혈 중 콜레스테롤 상승 억제작용, 혈당 상승 억제작용, 치매예방작용 등이 있다는 것이 분명하기 때문에 1980 년대 후반에 순도가 높은 폴리페놀을 조정한 본 품 이 상품화

 Curcumin 심황 가루 뿌리 줄기에서 추출한 천연 폴리페놀 식물 화학 물질. FDA 가 승인한 식품 첨가물로, 음식, 약, 화장품을 위한 방부제와 노란색 착색 제로 사용.  기능 항산화, 항종양, 항균, 항염증, 항진균, 항바이러스, 항을혈제, 항암제등의 기능 담도장애, 식욕부진, 기침, 당뇨병, 관절염, 부비강염, 암, 알츠하이머 질환에 약으로 사용  문제점 낮은 흡수율, 빠른 신진대사, 낮은 생물학적 이용능, 염기성 PH 와 빛에 민감.  유익한 Phytopolyphenols 의 기능성을 사용하기 위해 안정성 및 생물학적 이용 효능을 증가시킬 필요가 있음.

Polyphenols Encapsulated in Nanoemulsions.

.  Encapsulation - 물질을 캡슐에 내포시키 것.  목적 ① 액체를 둘러싼 분체 모양을 만들어 다루기 쉽게 함 ② 쌓인 물질이 서서히 방출되는 것을 이용하여 그 방출양식을 조절 ③ 그대로 두면 서로 반응하는 물질을 캡슐화하여 격리시킨 다음 혼합하고 필 요에 따라서 반응시킴 ④ 휘발하기 쉬운 물질을 휘발하지 않도록 함.  식품 캡슐화의 장점 ① 안정성 및 생존 능력 향상 ② 수분 및 산화 활성 성분을 보호 ③ 악취 및 화합물의 냄새 잡음.  Encapsulation Techniques Spray drying, spray chilling and cooling), fluidized bed coating( 유동층 코팅 ) liposome entrapment, rotational suspension separation( 회전정지 분리 ), extrusion and inclusion complexation( 복합체 형성 )

.  식품 에멀젼은 일반적으로 나노미터 크기의 분산된 고체 입자를 보유. 이들 고체 입자는 에멀젼 입자의 합일 (coalescence) 을 방 지하기 위한 물리적 안정화에 기여하여 주요한 안정화제 역할을 담당.  이와 같은 안정화 기작을 일반적으로 Pickering 안정화라 칭함. 친유성 또는 친수성의 정도에 따라 oil-in-water(O/W) 또 water-in-oil(W/O) 에멀젼을 형성. 오일, 물 그리고 계면활성제가 존재하는 혼합  물에서 계면활성제의 HLB(hydrophilic lipophilic balance) 는 계 면활성제의 응집체가 수상, 오일상 또는 제 3 의 상에 존재하도록 하는중요한 도구로 사용

 식품의 O/W 에멀젼의 안정화와 제조에서 가장 중요한 성분은 단백질과 하 이드로콜로이드임.  이들은 양친매적 성질과 높은 표면활성을 나타내며 우유단백질은 에멀젼 입 경이 1mm 미만의 O/W 에멀젼 제조에 정전기적인 반발력과 입체적인 안정 화의 수단을 제공.  실용적인 면에서도 식품산업에서 사용되는 단백질이 풍부한 성분은 다양한 종류의 단백질과 단백질 유래의 콜로이달 입자를 함유하고 있어 유화제로 사용됨.

 Nanoemulsion 은 작은 방물 크기 및 높은 안정성을 갖으므로 phytochemicals 의 캡슐화 및 전달체로 적절하다고 증명 됨.  장점 1. 아주 작은 크기로 중력의 작용을 크게 저하 시켜 침강을 방지. 2. 안정화는 물방울의 응집 및 결합을 방지함. 3. Emulsion 형성을 위한 안정제의 사용이 더 적음. (Emulsion-10~30% 필요, Nanoemulsion-2~8% 필요 )  Nanoemulsion 은 높은 전단 교반, 고압 균질화 및 초음파 균질 화 등의 고 에너지 유화 방법으로 조제 가능.

Results of various experiments

 High-pressure homogenizer - 식품산업에서 Nanoemulsion 을 제조 하는데 가장 널리 사용되는 방법. ①물, 기름 및 유화제를 일정 비율로 혼 합. ②고속 균질화 – 24,000rpm ( 유화제 양 이 10 이상인 겨우에만 얻을수 있다 ) ③고압 균질화 -1,000bar - 고속 균질화 방울 사이즈 nm - 고압 균질화 방울 사이즈 -795nm

 PH7 에서 11 일 후 EGCG nanoemulsion 과 EGCG aqueous solution 분석 결과  Aqueous solution 의 EGCG 값 이 Nanoemulsion 의 값의 절 반정도 밖에 되지 않음.  Solution 에서는 2 번의 산화가 일어났고 nanoemulsion 에서 는 한번의 적은양만 산화.

 HPLC resuls of EGCG nanoemulsion and EGCG aqueous solution - Nanoemulsion 에서 약 15% 산화가 발생했고 Solusion 에서는 60% 이상이 산화 됨. 그러므로 EGCG emulsion 이 EGCG 의 PH 안정성을 향상시킨다는 것을 나타냄.

 7 일 저장 동안 고압에서 균질화한 Crucumin emulsion 의 UV-visible spectra - 429nm 의 가시영역에서 강한 흡수대를 나타냄. (7 일 동안 거의 변화 없음 ) - 가시 측정 O/W 에서 캡슐화된 curcumin 의 안정성을 확인. - PH 5.0 ~5.5 사이에서 Curcumin 의 O/W 에멀젼 유지에 좋음.

.  Nanoemulsified curcumin 의 항 염증 활성 실험  Female CD-1 mice(6-7 weeks old, 5 mice per group)  TPA( 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate) 이 마우스 귀 부 종 유발.  각각의 group 의 쥐에게 적용 -Group1 : Oral – vehicle, Topical - acetone -Group2 : Oral – vehicle, Topical - TPA -Group3 : Oral – Curcuim solution, Topical – TPA -Group4 : Oral – Curcuim emulsion, Topical – TPA (High speed) -Group5 : Oral – Curcuim emulsion, Topical – TPA (High pressure)

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.  수컷 SCID mice 에 인간의 전립선 암세포 조직을 이식한 후 nanocurcumin emulsion 을 경구 투여 하여 효과를 검토. ① Mice(7-8 주령 ) 의 등 피하 조직에 PC-3 cell/01ml 매체를 주사 후 2 군으로 무작위로 나눔. ②첫번째 그룹은 curcumin 이 없는 nanoemulsion 을 투여. ③두번쨰 그룹은 curcumin 이 포함된 nanoemulsion 을 투여. ④ 5 주간의 치료 기간 동안 종양의 크기, 수, 발생률을 나타냄.

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Conclusion

.  나노 에멀젼은 그 안정성과 생체 이용률을 증가 시키기 위해 뛰 어난 기술을 제공. Example - Tea Catechins 과 curcumin 과 같은 가치 있는 Polyphenols 을 캡슐화 하는데 뛰어난 기술을 제공  고압 균질은 식품 산업의 매우 귀중한 Polyphenols 로 캡슐화 된 대규모 나노 제품을 준비하기 위한 준비 방법을 제시.  캡슐화 방식이 선택 되면, 사람들은 활성 화합물의 특성을 포함 한 다양한 산업의 규제 및 요구사항, 저장 및 처리 중에 필요한 안정성, 제조 비용, 획득할 수 있는 양 등을 고려.

.  식품에서의 나노 에멀젼의 이용은 일반적으로 지방을 입자로 이용하여 왔으나 향후 다양한 생체 유래의 나노 또는 마이크로 수준 입자의 고밀 도 계면 흡착은 O/W 또는 W/O 에멀젼의 장시간 보존 실험에서 합일에 대한 뛰어난 안정성을 보여 응용이 기대.  고체 입자와 작은 크기의 계면 활성제는 효과적인 유화제로서 상승효과 를 보이며 활성제는 효과적인 유화제로서 상승효과를 보 이며 지방에 의 한 W/O 에멀젼 안정화에 있어서 Pickering 안정화 기작은 효과적임.  나노 입자로 안정화된 에멀젼의 물리화학적인 특성은 감각적인 측면, 영 양소의캡슐레이션과 안전성을 향상시키기 위한 품질향상 측면에서 고체 입자에 의한 에멀젼 안정화는 의약품 및 화장품 산업은 물론 식품 산업 에서 새로운 기회를 제공.