1

高吸収性クルクミン食品開発のための新規水溶性ナノ複合体の設計および安定化に関する研究＜平成 26 年度助成＞

高吸収性クルクミン食品開発のための新規水溶性ナノ複合体の設計および安定化に関する研究戸塚裕

一（大阪薬科大学薬学部製剤設計学研究室）（PVP）K-30 または糖転移化合物 / PVP K-30 を一背景・目的定の割合で水 30 mL に溶解させた後に混合し、混ポリフェノールの一種である Curcumin（CUR）合溶液を調製した。その後、混合溶液をロータリーは、抗酸化作用や抗炎症作用など多数の魅力的なエバポレーターにより溶媒留去することで製剤を薬理作用を有する化合物であり、サプリメントのみ調製した。調製した製剤は、CUR の溶解度、溶ならず医薬品としての応用も期待されている1 ）。

出性及び結晶性（粉末 X 線回折（PXRD）・示差走

しかし、CUR は水への溶解度が 1μg / mL 未満と査熱分析（DSC））に関して評価を行った。製剤化極めて低く、経口摂取後の生体内への吸収は非常による CUR の加水分解保護作用の評価は、中性に限られている。更に、CUR は中性以上の pH 領条件として溶出試験第 2 液（pH 6.8）及びアルカリ域において速やかに加水分解を受けるため、小条件として McIlvaine 緩衝液（pH 8.0）を用い、こ腸の pH 環境下においての化学的安定性が低いこ

れらの液に CUR 原末又は調製試料を溶解後、室2）とも知られている 。このように CUR をはじめ温条件下でインキュベーション中における CUR 含としたポリフェノール類の中には非常に魅力的な量を経時的に定量した。

薬理作用を有し、セルフメディケーションの中核を担う可能性のある化合物が存在するため、機能結果・考察性向上を目指した基礎研究での新たなチャレンジ

Fig. 1A に CUR/Hesperidin-G 及び CUR/Rutin-Gが急務と考えられる。我々はこれまでの研究で、製剤の溶解度測定結果を示す。いずれの製剤も、Hesperidin や Rutin を 酵 素 処 理 す る こ と で、 糖特に糖転移化合物の添加量 1：10（CUR : 糖転移化を付加した糖転移化合物（α-glucosyl hesperidin合 物（w/w））の 際 に CUR の 溶 解 度 が 向 上 し た。

（Hesperidin-G）及びα-glucosyl rutin（Rutin-G））がHesperidin-G を添加した際に原末に対して約 90難溶性化合物とナノコンポジット構造を形成し、倍の溶解度を示し、顕著な溶解性改善効果を認

溶解性及び経口吸収性を飛躍的に改善することをめたが、24 時間（37 ℃）のインキュベーションで3,4,5）。本研究では、これら糖転移溶解度が急激に減少した。そこで、Hesperidin-G化合物を利用し CUR の溶解性および化学的安定で形成されるナノコンポジットに対し、PVP を性を改善し、さらに過飽和状態における安定化を添加し、CUR の相乗的な溶解度の改善及び過飽維持した製剤設計を試みた。

和状態の安定化を試みた（Fig. 1B）。その結果、報告してきた方法

CUR : Hesperidin-G : PVP の 重 量 比 が 1 : 10 : 5 及び
1 : 10 : 10 の製剤については、それぞれ原末の溶解CUR 50 mg をエタノール 30 mL、糖転移化合物度に対して約 2,000 倍以上もの溶解度を示した。

（Hesperidin-G 又は Rutin-G）、Polyvinylpyrrolidone

これらの製剤は 24 時間インキュベーション後も過2

浦上財団研究報告書

Fig. 1

Vol.23（2016）

Apparent solubility of CUR samples. Evaporated formulation of CUR with Hesperidin-G(A-1), Rutin-G (A-2) and Hesperidin-G/PVP K-30 (B) at determined ratio. (n = 3)飽和状態を安定に維持していた。

形成するナノコンポジット構造の寄与が大きいと次に、CUR/Hesperidin-G/PVP K-30（1 : 10 : 5）考えられる。3 成分目として PVP の様な高分子を製剤の溶出性を評価した（Fig. 2）。CUR 原末及び添加することで安定な複合体が形成され、溶液中物理的混合物（ Physical Mixtures : PM ）では CUR

において CUR の析出及び結晶化を抑制しているの溶出はほとんど認められなかったが、3 成分にことが推察される。

よる製剤では非常に早い溶出及び安定な過飽和状

続いて、各試料について PXRD による結晶性評態の維持を確認した。溶解度試験及び溶出試験で価を行った結果、PM 及び Evaporated CUR にお確認された溶出特性の改善には、Hesperidin-G がいては CUR 原末と同様の回折パターンを確認し、結晶 CUR の含有が示唆された（Fig. 3）。一方、3 成分系の製剤では回折ピークは認められず製剤中CUR は非晶質として存在していることを確認した。CUR 単体での溶媒除去では非晶質化しなかったことから、3 成分系の製剤では Hesperidin-G やPVP の添加により再結晶化が抑制され、非晶質状態が安定化されていることが示唆された。更に、DSC を使用して詳細な熱運動性を分析した（Fig. 4）。CUR 原末は 188 ℃付近に融点に由来す

Fig. 2

Dissolution profiles of untreated CUR, PM, and evaporated
formulation (CUR/Hesperidin-G/PVP K-30 = 1/10/5) indistilled water at 37 ℃. △ , evaporated formulation of
CUR/Hesperidin-G/PVP K-30; □ , PM; and ×, untreated
CUR. (n = 3)

る 吸 熱 ピークが 認 め ら れ、PM 及 び Evaporated
CUR でも同様のピークを確認した。また、PVP
K-30 及び Hesperidin-G ではそれぞれ 168 ℃及び

高吸収性クルクミン食品開発のための新規水溶性ナノ複合体の設計および安定化に関する研究

Fig. 3

PXRD patterns of CUR samples. (a) Untreated CUR, ( b ) Evaporated CUR,(c) PVP K-30, (d) Hesperidin-G, (e) PM (CUR/Hesperidin-G/PVP K-30=1/10/5)
and (f) the ternary system (CUR/Hesperidin-G/PVP K-30=1/10/5)

Temperature ( ℃ )Fig. 4

3Temperature ( ℃ )DCS plots of the CUR samples. (a) Untreated CUR, ( b ) Evaporated CUR,(c) PVP K-30, (d) Hesperidin-G, (e) PM (CUR/Hesperidin-G/PVP K-30=1/10/5)
and (f) the ternary system (CUR/Hesperidin-G/PVP K-30=1/10/5)

155℃にガラス転移点が認められた。一方、3 成分

安定性向上を期待し、中性及びアルカリ性条件

製剤では 161℃に 1 つのガラス転移点を有するの下における加水分解評価を行った。Fig. 5 に pH

みで、CUR 融点ピークは消失していた。これらの6.8 及 び pH8.0 緩 衝 液 中 に お け る CUR 原 末 及 び

熱挙動は、非晶質固体分散体形成に由来するもの

CUR : Hesperidin-G : PVP K-30（1 : 10 : 5（w/w））

であり、CUR に対して Hesperidin-G 及び PVP を製剤の経時的な CUR 残存率を示した。CUR 原末添加して製剤化することで、均一な非晶質固体分

では溶液中 CUR が急速に分解され、中性条件下散体の形成を確認した。

であっても 300 分後では初期濃度に対して 28%まCUR は酸性〜中性領域おいて溶解度が非常にで含量の低下を認めた。一方、CUR : Hesperidin-

低く、アルカリ性になるほど溶解度が高くなる。

G : PVP K-30 の 3 成 分 複 合 粒 子 は インキュベー

しかし、中性以上の条件下では速やかに加水分

ション開始後 300 分後おいて初期濃度の約 70 %解をうけるため、薬物の主な吸収部位である小以上の CUR が残存していた。また、この加水分

腸周辺の環境の pH 条件下においてさえ分解が危

解保護作用はアルカリ条件下（pH8.0）でも確認

惧され、十分な消化管吸収が起こらない可能性

され、原末及び本製剤の 60 分インキュベーショがある 2 ）。そこで、製剤化による CUR の化学的ン 後 の CUR 残 存 率 は そ れ ぞ れ 8 % 及 び 55 % で4

浦上財団研究報告書

Fig. 5Vol.23（2016）

The hydrolytic degradation profiles of untreated CUR ( × ) and the ternarysystem (CUR/Hesperidin-G/PVP K-30=1/10/5) ( △ ) in intestinal (A: pH6.8)
and alkali conditions (B: pH8.0). Each bar represents the mean±SE of threeexperiments

あった（Fig. 5B）。これらの加水分解抑制作用は研究室 門田和紀講師、佐藤秀行助手に感謝申しHesperidin-G 及 び PVP K-30 で 形 成 さ れ る 複 合上げます。

体構造中への CUR 封入が寄与していると考えられる。
以 上 の 検 討 に よ っ て、CUR の 溶 解 性 及 び
化 学 的 安 定 性 を 改 善 す る た め の 処 方 と し て、
Hesperidin-G 及び PVP K-30 の 3 成分系が有効であることが明らかとなった。特に、Hesperidin-Gを始めとする糖転移化合物は可溶化作用に加えて高い抗酸化作用を有するなど非常にユニークな特徴を持つため、機能性食品や医薬品開発において新たな添加剤としての実用性が高いと思われる。
今後、これらの処方をスケールアップ可能な実用化に近い製法に対して応用が期待される。
謝

辞
本研究に支援を頂きました公益財団法人浦上食品・食文化振興財団に深く感謝いたします。また、当研究に従事して頂いた大阪薬科大学製剤設計学

文献1) Kumar A, Ahuja A, Ali J, Baboota S 2010. Conundrum andtherapeutic potential of curcumin in drug delivery. Crit Rev
Ther Drug Carrier Syst 27(4):279-312.
2) Wang YJ, Pan MH, Cheng AL, Lin LI, Ho YS, Hsieh CY,Lin JK 1997. Stability of curcumin in buffer solutionsand characterization of its degradation products. J Pharm
Biomed Anal 15(12):1867-1876.
3) Fujimori M, Kadota K, Shimono K, Shirakawa Y, Sato H,Tozuka Y 2015. Enhanced solubility of quercetin by forming
composite particles with transglycosylated materials. J Food
Eng 149 : 248-254.
4) Tozuka Y, Higashi K, Morita T, Nishikawa M, Uchiyama H,Zhang J, Moribe K, Nishikawa K, Takeuchi H, Yamamoto
K 2012. Transglycosylated rutin-specific non-surfaceactive nanostructure affects absorption enhancement offlurbiprofen. Eur J Pharm Biopharm 82(1):120-126.
5) Sato H, Fujimori M, Suzuki H, Kadota K, Shirakawa Y,Onoue S, Tozuka Y 2015. Absorption improvement oftranilast by forming highly soluble nano-size composite
structures associated with alpha-glucosyl rutin via spraydrying. Eur J Pharm Biopharm 92 :49-55.

Development of highly soluble/chemically stable curcumin formulation with combination use of a functional food additive and hydrophilic polymer. 5

Development of highly soluble/chemically stable curcuminformulation with combination use of a functional food additiveand hydrophilic polymer
Yuichi Tozuka
Osaka University of Pharmaceutical Sciences
Abstract
In recent years, curcumin (CUR) has gained considerable attention due to its wide
range of health-promoting properties. Despite the attractive pharmacological effects ofCUR and its ability to be prescribed safely at a high dose, it has been challenging to use
CUR for clinical purposes due to the extremely low solubility in water and poor chemicalstability even under intestinal pH condition (pH 6.8). This study aimed to provide a uniqueformulation for the solubility enhancement of CUR. The new formulation was also able toprotect CUR from hydrolytic degradation. A ternary system of CUR/α-glucosyl hesperidin(Hesperidin-G)/polyvinylpyrrolidone (PVP) K-30 was prepared using the solvent
evaporation method. Although the binary sample of CUR/Hesperidin-G showed solubility
enhancement, this phenomenon easily collapsed within a few hours of storage in aqueousmedia. On the other hand, the ternary system of CUR/Hesperidin-G/PVP K-30 (1:10:5,weight ratio) exhibited long-lasting solubility enhancement. This stable supersaturated stateof CUR was maintained even after 24h, as evidenced by a 2,600-fold increase in solubility
compared to the solubility of untreated CUR. With respect to hydrolytic degradation underalkaline conditions, the hydrolytic stability of CUR was strongly improved by the additionof Hesperidin-G and PVP K-30, whereas untreated CUR completely decomposed after afew minutes of incubation. The mechanism of the solubilizing effect may be not only theformation of amorphous solid dispersion, including CUR, but also a complex formation
between CUR, Hesperidin-G and PVP K-30 in aqueous media. The complex formation
may protect CUR from hydrolytic degradation.