ケルセチン含有化粧品の最有効使用のための有機ナノコンポジット設計
大阪薬科大学戸塚裕一

We investigated the formulation design of nanocomposite structure for the effective cosmetic utilization of quercetin.
Especially, we focused on the improvement of water solubility of quercetin (QUE) by preparing amorphous solid dispersionof ternary dispersed system with transglycosylated rutin (Rutin-G) and isoquercitrin (IQC). The solubility enhancement
effect of IQC addition on QUE solubility was investigated. Evaporated particles (EVPs) were prepared by rotary evaporator
with QUE, Rutin-G, and IQC. Differential scanning calorimetry and powder X-ray diffraction analysis indicated theamorphization of QUE and IQC by evaporation with Rutin-G. No characteristic diffraction peaks were observed in EVPs
even after storage in sealing condition for 8 weeks at 40 ºC. The amount of dissolved QUE from the physical mixture wasenhanced according to the increase of Rutin-G ratio because QUE was solubilized in the aggregated structure of Rutin-G, anassociated nanocluster of Rutin-G, formed in proportion to Rutin-G concentration. The concentration of dissolved QUE fromthe EVP samples increased when IQC was added in QUE/Rutin-G binary formulation. The concentration of dissolved QUEfrom EVPs of QUE/Rutin-G/IQC ( 1 / 7 / 3 , w/w/w) and QUE/Rutin-G/IQC ( 1 / 5 / 5 , w/w/w) was much higher than that with
QUE/Rutin-G/IQC ( 1 / 10 / 0 , w/w/w). These results suggested that IQC inhibit the re-crystallization from an amorphous
QUE in dissolution medium, resulted in the enhancement in stability of an amorphous QUE in the supersaturated state. In
conclusion, the addition of IQC into QUE/Rutin-G binary system could obviously improve the water solubility of QUE byforming nanocomposite structure.

1. 緒

化作用は化粧品開発において興味深い性質である。現在、

言化粧品などに使用されている紫外線吸収剤は、光毒性や累化粧品への天然物の有効利用を考慮したとき、食品成分

積刺激性などの問題や、物性および安全性の面での懸念が中には有用な化合物が多く存在する。そのうち、安価でかあるものも存在するが、ケルセチンは、化粧品に有効でかつ有効利用可能な化合物として、難水溶性ポリフェノール

つ食品加工にも使用できる、安全で効果的な紫外線防御物が挙げられる。ポリフェノールは抗酸化作用を有するもの

質として効果が期待される化合物である。ケルセチンは化が多く、食品などから簡単に抽出可能である。ところが、粧品に配合して日焼け止め効果のある化粧品を作ることな

ポリフェノールには水中への溶解度が低いものも多く、化どにも有用な化合物と考えられるが、前述したように、最粧水などの水系に溶解させる場合にはハンドリングに問題

大の問題点は水に極めて溶けにくい点にあり、その溶解度があり、界面活性剤などを用いて難水溶性のポリフェノーは、水中では 0 . 4 µg/mL と報告されている 2）。したがって、ルを溶解させることが必要となる。しかし、界面活性剤にケルセチン含有化粧品の開発を試みた場合には、安全な手は細胞毒性などの問題から使用上限が設けられる。本研究

法で水系に溶解させる技術が必要となる。

の目的は、界面活性剤を用いることなく難水溶性のポリフ

これまで、我々は Rutin に対して酵素処理によって糖をェノールを可溶化させることであり、化粧品開発時に難水付加した糖転移化合物（transglycosylated rutin：Rutin-G）

溶性化合物を水系に溶解させる新しい技術を提案することを添加剤として用い、ナノコンポジット形成現象により、にある。

難水溶性のフラボノイドの溶解度を飛躍的に改善すること

今回は難水溶性ポリフェノールのターゲットとして、野を報告してきた 3 - 9）。本研究では Rutin-G に加え、QUE に

菜や果物中に存在する身近なフラボノイドであるケルセチ

単糖が付加されたイソケルセチン（isoquercitrin：IQC）をン（quercetin：QUE）に着目した。ケルセチンには様々なさらに処方中に添加することで複合粒子を作製し、更なる効果が期待されており、抗炎症作用や抗酸化作用などがそ

溶解性の向上を検討した。

1）の代表的な効能と考えられている 。そのうち、特に抗酸

2. 方

法

2 . 1. 使用物質
Evaluation of nanocomposite structure
for the effective cosmetic utilization ofquercetin
Yuichi Tozuka
Osaka University of Pharmaceutical
Sciences

ケルセチン水和物（QUE, Figure 1 ⒜）、イソケルセチン（IQC, Figure 1 ⒝）および α- グルコシルルチン（Rutin-G,
Figure 1 ⒞）は東洋精糖株式会社から供与いただいたものを使用した。用いたそれぞれの添加物の構造式および構造類似性に関して Figure 1 に示した。

− 40 −

ケルセチン含有化粧品の最有効使用のための有機ナノコンポジット設計

Figure 1

Chemical structure of（a）quercetin（QUE），（b）isoquercitrin（IQC），and（c）α-glucosyl rutin

Figure 2

Preparation method of QUR involved evaporated samples（EVPs)

2 . 2 . 溶媒留去物（Evaporated samples：EVPs）の調製法

2 . 3 . 溶媒留去物の形状観察調製した試料の形状観察は走査型電子顕微鏡（Scanning

QUE と IQC は超音波照射下でエタノール溶媒中に完全

electron microscopy：SEM；TM 3 0 3 0，HITACHI，Japan）に溶解させ、精製水中に添加剤（糖転移化合物：Rutin-G）を用いて行った。減圧下で白金蒸着させた試料を用いて、を溶解させた後、混合させ、ロータリーエバポレーター

加速電圧：15 kV 条件で測定した。

（R- 3；Buchi, Tokyo, Japan）を用いてエタノール溶媒を留去し（102 mbar, at 50 ºC）、その後（20 mbar, at 50 ºC）で全

2 . 4 . 溶媒留去物の結晶性の評価

残留溶媒を留去することにより溶媒留去物を調製した。調溶媒留去物の結晶性の評価に関しては、粉末 X 線回製した試料中に含まれる化合物の存在割合は Figure 2 に

折 測 定（Powder X-ray diffraction：PXRD，Miniflex 600

示すとおりである。

powder X-ray diffractometer, Rigaku Corporation,− 41 −

コスメトロジー研究報告 Vol.27, 2019Japan）および示差走査熱分析装置（Differential scanning

3. 結

calorimetry：DSC；Diamond DSC, Perkin Elmer, USA）
を用いて評価した。 それぞれの測定条件は下記のとおりである。

果3 . 1. 溶媒留去物の物理化学的特性（QUE/Rutin-G/
IQC：3 成分混合系）

PXRD：Scanning rate 4 º/min, 2 θ range of 5 º - 35 º.

Figure 3 に は、 未 処 理 の QUE、IQC、Rutin-G、 お よDSC：10 mg of sample powder was placed in aluminum

び QUE/Rutin-G/IQC の 3 成分系の溶媒留去物について

open-pan. Heat from 35 ºC to 200 ºC at 20 ºC/min, aの SEM 写真を示す。未処理の QUE は針状の形状を示し、nitrogen flow rate of 40 mL/min.

Rutin-G は球状の形状を示している。また、未処理の IQC
は微細粒子が凝集している様子が観察された。調製したす

2 . 5 . 溶媒留去物からのケルセチンの溶解性の評価

べての溶媒留去物は、滑らかな表面を有する凝集塊を形成

溶解度試験は蒸留水中で 37 ºC 条件において振とう速度100 s/min で行った。QUE 原末、物理的混合物（PM）おしており未処理の QUE の形状とは異なることが確認された。

よび調製した各複合粒子製剤（QUE 量 20 mg）（EVPs）に

DSC および PXRD 測定により溶媒留去物の結晶性につ対して精製水 10 mL を加え、1 時間および 4 時間振とう

いて検討した結果を、それぞれ Figure 4 および Figure 5

後（37 ºC）における溶解度を HPLC（SPD- 10 A, Shimadzuに示した。DSC による分析の結果、未処理の QUE およびco., Ltd., Japan）により定量した。HPLC 測定条件は以下の

IQC においては、結晶の融解に伴う吸熱ピークが観察されとおりである。

るのに対し、溶媒留去物においては、融解に伴う吸熱ピー

Mobile phase：0 . 1（w/w）% acetic acid and acetonitrile

クが観察されなかった（Figure 4）。一方、PXRD 測定にお（6 5：3 5 v/v），F low rate：1 . 0 m L /m in , C olumn

いても、未処理の QUE および IQC においては、結晶性のTemperature：40 ºC，UV：254 nm，Injection volume：

回折ピークが認められるのに対し、溶媒留去物において10 µL）

は、いずれの試料においても QUE および IQC の結晶由来

Figure 3 Scanning electron microscope（SEM）photographs of evaporated particles（EVPs).（a) untreated quercetin（QUE）（b），
untreated isoquercitrin（IQC）（, c）α-glucosyl rutin（Rutin-G）（, d）EVPs of QUE/Rutin-G/IQC（1/10/0）（, e）EVPs of QUE/
Rutin-G/IQC（1/9/1）（, f）EVPs of QUE/Rutin-G/IQC（1/7/3）and（g）EVPs of QUE/Rutin-G/IQC（1/5/5）− 42 −

ケルセチン含有化粧品の最有効使用のための有機ナノコンポジット設計

Figure 4 Differential scanning calorimetry（DSC）plots ofevaporated particles（EVPs）（a）． untreated quercetin（QUE），（b）untreated isoquercitrin（IQC）（， c）α -glucosyl rutin（Rutin-G）（d）， EVPs of QUE/Rutin-G/IQC（1/10/0），（e）
EVPs of QUE/Rutin-G/IQC（1/9/1），（f）EVPs of QUE/
Rutin-G/IQC（1/7/3）and（g）EVPs of QUE/Rutin-G/IQC（1/5/5）Figure 6 Powder X-ray diffraction（PXRD）patterns ofevaporated particles（EVPs）after storage in sealing
condition for 8 weeks at 40℃．
（a）untreated quercetin（QUE），（b）untreated isoquercitrin（IQC），（c）α-glucosyl
rutin（Rutin-G），（d）EVPs of QUE/Rutin-G/IQC（1/10/0），（e）EVPs of QUE/Rutin-G/IQC（1/9/1），（f）EVPs of
QU E /Rutin - G/IQC（1/ 7/3）and（g）E V Ps of QU E /Rutin-G/IQC（1/5/5）

3 . 2 . 溶媒留去物からのケルセチンの見かけの溶解度の評価
物理的混合物における QUE の溶解度変化、および溶
媒留去物における QUE の溶解度変化についての結果を、
Figure 7 および Figure 8 にそれぞれ示した。なお、ケルセチンの見かけの溶解度の評価は 37 ℃の蒸留水中でのQUE/Rutin-G/IQC の 3 成分混合系からの QUE の溶解度変化の結果であり、今回の検討においては、in vitro の胃
内条件、腸内条件や模擬消化管を用いた検討は行えていな
Figure 5 Powder X-ray diffraction（PXRD）patterns ofeva p o rate d p a r ticle s（E V Ps）af te r p re p a ratio n .（ a）
untreated quercetin（QUE），（b）untreated isoquercitrin
（IQC）
（c）
， α-glucosyl rutin（Rutin-G）（d）， EVPs of QUE/
Rutin-G/IQC（1/10/0），（e）EVPs of QUE/Rutin-G/IQC（1/9/1）（f）， EVPs of QUE/Rutin-G/IQC（1/7/3）and（g）
EVPs of QUE/Rutin-G/IQC（1/5/5）

い。
物理的混合物は、一定割合の QUE/Rutin-G/IQC を単純に vortex mixer を用いて 1 分間混合したものを使用した。
Figure 7 の一番左のデータに示すように、37 ℃・水中での 4 時間振とう後の QUE の溶解度は、およそ 1 . 4 µg/mL
であり、水への溶解度が極めて低いことが確認された。前述したように、QUE は極めて疎水性が高い化合物であり、の回折ピークは認められなかった（Figure 5）。したがって、消化管内での溶解度も極めて低いため、消化管からの吸収

DSC および PXRD 測定の結果から、QUE/Rutin-G/IQC の性も乏しいと考えられる。そのため、もし経口摂取した

3 成分混合系の溶媒留去物において、QUE および IQC はQUE を体内で有効に活用するためには、溶解性を改善し非晶質状態で存在することが示唆され、非晶質の粒子としてバイオアベイラビリティを改善する必要がある。Figureて存在しているか、あるいは分子分散した状態で系中に存7 に示すように、37 ℃で 4 時間インキュベートしたときの在することが考えられた。

物理的混合物における QUE の溶解度は、QUE/Rutin-G/

Figure 6 に は 閉 鎖 系 で 40 ℃・8 週 間 保 存 し た 試 料 のIQC（1 / 1 0 / 0）、QUE/Rutin-G/IQC（1 / 9 / 1）、QUE/

PXRD パターンを示した。いずれの試料においても QUE

Rutin-G/IQC（1 / 7 / 3）および QUE/Rutin-G/IQC（1 / 5 / 5）

および IQC の結晶由来の回折ピークは認められず、ハロの 値 が そ れ ぞ れ、101 . 5 ± 2 . 6，69 . 1 ± 2 . 6，73 . 4 ± 3 . 4ーパターンを維持したまま、結晶析出は起こっていないこ

および 56 . 3 ± 4 . 6 µg/mL であり、Rutin-G の存在によって、とが示唆された。

単純混合操作のみでも見かけの溶解度の上昇が認められた。

− 43 −

コスメトロジー研究報告 Vol.27, 2019の存在割合との相関は認められなかった。また、溶媒
留 去 物 か ら の QUE 見 か け の 溶 解 度 は、QUE/Rutin-G/
IQC（1 / 7 / 3）、QUE/Rutin-G/IQC（1 / 5 / 5）においては、
QUE/Rutin-G/IQC（1 / 10 / 0）に比べて明らかに高い溶解度上昇効果が認められている。これらの結果は、非晶質状態からの溶出によって QUE が過飽和の状態で液中に存在していることに起因すると考えられた。

4. 考

察

非晶質状態は結晶状態と比較して、熱力学的なエネルギ
ー状態が高く不安定であるので、薬物が保存中に非晶質状態で保存したい場合には、非晶質から結晶へと変化してしまう結晶転移が起こらないようにしなくてはならない。非晶質状態からの薬物の水中への溶出は、結晶状態と比較し
Figure 7 The solubility study of quercetin from physicalmixtures（PMs）at 37℃ in distilled water. Each data
represents the mean ± S.E.（n=3）．Solubility study was
performed in distilled water at 37 degrees C under shaking
at 100 s/min. Samples at a QUE concentration of 20 mg
were added in 10 mL distilled water.

て溶出性に優れるため、保存中に結晶転移が起こることは溶出性が変化してしまう、すなわち水中で薬物が溶けにく
くなってしまうことを意味している 10）。本研究では、非晶質
QUE の皮膚への塗布を想定した応用を目指しているため、QUE の非晶質状態の維持は大事な課題である。非晶質が結晶化する現象、すなわち非晶質状態の安定性に影響する因子としては、保存温度が大きな要因となり得る。非晶質状態にある物質が高温条件にさらされたときには、分子運動性が上がることにより結晶化が促進される 11）。Figure6 に示すように、本研究においては 40 ℃・8 週間の保存においても、PXRD 測定において QUE の再結晶化に伴うピークは観察されておらず、溶媒留去法によって、比較的安定な非晶質固体分散体が調製できたと考えられる。しかしながら、非晶質固体分散体の安定性に関して、三成分目として添加した IQC が固相中でどのような効果をもたらしているのかは不明であり、今後の課題として検討が必要である。
本研究の最も興味深い点は、Figure 7 および Figure 8に示されるように、QUE を含有する溶媒留去物が非晶質
固体分散体を形成し、QUE の見かけの溶解度を最大で数

Figure 8 The solubility study of quercetin from evaporated
particles（EVPs）at 37 degrees C in distilled water. Eachdata represents the mean ± S.E.（n=3）．Solubility study
was performed in distilled water at 37 degrees C undershaking at 100 s/min. Samples at a QUE concentrationof 20 mg were added in 10 mL distilled water.

百倍まで上昇させることに成功している点である。この現象には 2 つの要因が影響しているものと考えられ、一つはRutin-G が水中で形成するナノ集合体の存在であり、もう一つが IQC を含む非晶質固体分散体が過飽和状態を保持することが推察される。Figure 9 に示すように、QUE は
Rutin-G の添加量に応じて直線的に見かけの溶解度が向上する。我々はこの現象が Rutin-G が水中で 5 mg/mL の濃Figure 8 には、QUE/Rutin-G/IQC の 3 成分混合系の溶度でナノ集合体を形成することに関連することを報告し

媒留去物からの QUE 見かけの溶解度変化の結果を示した。

ており 3）、Figure 10 に模式図として示すように、そのナ

Figure 7 と比較すると明らかなように、溶媒留去物からノ集合体構造内に難水溶性の化合物を取り込むような形で、の QUE 見かけの溶解度は、物理的混合物と比較して顕著

ナノコンポジット構造（< 5 nm）を形成することを報告してな上昇が認められている。溶媒留去物からの QUE 見かけいる。したがって、Figure 7 のQUE/Rutin-G/IQC（1/10/0）の溶解度は、物理的混合物のケースとは異なり、Rutin-G

において、単純に物理的混合を行ったのみで QUE の溶解− 44 −

ケルセチン含有化粧品の最有効使用のための有機ナノコンポジット設計

Figure 9

Relationship between the amount of quercetin dissolved and transglycosylated additives

Figure 10 The plausible scheme of soluibilization mechanism of poorly watersoluble compound by a nanocomposite formation of Rutin-G

度が大きく向上した現象は、Rutin-G の存在による水中でされていることが関与していると推察される。この要因ののナノコンポジットの形成に起因することが考えられる。

一つは、Figure 1 に示すように、IQC と Rutin-G の化学構

一方、Figure 4 および Figure 5 の DSC および PXRD の造が QUE と類似していることにも起因すると考えられる。

結果から、QUE は溶媒留去物中では非晶質状態で存在し詳細な相互作用様式や、水中での 3 成分のそれぞれの状態ていると推察される。非晶質状態は熱力学的に不安定であは明らかにはなっていないが、3 成分目に添加した IQC がり、結晶のような長秩序の規則性を持つ構造もなく、結晶

QUE もしくは QUE と Rutin-G の両者と比較的強い相互作と比較して、水への高い溶解度と水への高いぬれ性を示す用で水中に存在し、結晶化の抑制に働いているのではない

ことが報告されている

12）。しかしながら、非晶質からのかと推察している。

薬物の溶解度は一旦上昇するが、水中での再結晶化により

5. 総

薬物溶解度は大きく減少することがしばしば認められる。

括

この再結晶化は、水溶性高分子の添加によって抑制される

今回の研究結果から、従来報告してきたナノコンポジッ

ことなども報告されている。Figure 8 の結果に示すように、ト形成現象は、3 成分目に結晶化を抑制するような化合物

今回の我々の結果において、QUE の溶解度が大きく上昇を添加することにより、難水溶性化合物の溶解度の向上

した現象は、Rutin-G のナノコンポジット形成と、非晶質と維持に関して発展的な成果を出せることが示唆された。

状態からの QUE の過飽和状態が IQC の添加によって維持

QUE を化粧品中の紫外線防御物質として活用するために− 45 −

コスメトロジー研究報告 Vol.27, 2019

は、Rutin-G と IQC を添加して、一旦全成分が溶解した状

6） M. Fujimori, K. Kadota, K. Kato, Y. Seto, S. Onoue,

態から、溶媒留去して非晶質状態を形成させればよいこと

H. Sato, H. Ueda, Y. Tozuka, Low hygroscopic spray-

がわかり、また、今回の 3 つの成分は、それぞれが抗酸化

dried powders with trans-glycosylated food additives

作用を有する物質で、かつ食品添加剤であるため応用性がfor enhanced solubility and oral bioavailability of a
ipriflavone, Food. Chem., 190, 1050-1055, 2016

期待される結果が得られたと確信している。
なお、今回の助成により得られた成果は Environmental

7） K. Kadota, S. Otsu, M. Fujimori, H. Sato, Y. Tozuka,

Control in Biology, 56 , 161 - 165 , 2018 に掲載されており、Soluble hydrolysis-resistant composite formulation

公益財団法人コスメトロジー研究振興財団に深謝します。

of curcumin containing α-glucosyl hesperidin andpolyvinylpyrrolidone, Adv. Powder Tech., 27, 442-447,（引用文献）2016

1） A.W. Boots, G.R. Haenen, A., Bast, A., Health effects8） K. Kadota, K. Semba, R. Shakudo, H. Sato, Y. Deki, Y.

of quercetin: From antioxidant to nutraceutical. Eur. J.

Shirakawa, Y. Tozuka, Inhibited photodegradation of

Pharmacol., 585, 325-337, 2008.

highly-dispersed folic acid nanoparticles by antioxidant
effect of transglycosylated rutin, J. Agr. Food. Chem.,

2） Y. Zheng, I.S. Haworth, Z. Zuo, M.S.S. Chow, A.H.L.

64, 3062-3069, 2016

Chow, Physicochemical and Structural Characterizationof Quercetin-β-Cyclodextrin Complexes. J. Pharm. Sci.

9） K. Kadota, H. Arima, R. Shakudo, K. Semba, H.
Uchiyama, K. Sugiyama, Y. Tozuka, Emergent

94, 1079–1089, 2005.
3） Y. Tozuka, K. Higashi, T. Morita, M. Nishikawa,composite structures following the amorphization of

H. Uchiyama, J. Zhang, K. Moribe, K. Nishikawa, H.

itraconazole with transglycosylated rutin by over-Takeuchi, K. Yamamoto, Transglycosylated Rutin-

grinding, Powder Technol., 323, 69-75, 2018

Specific Non-Surface-Active Nanostructure Affects10）S.M. Wong, I.W. Kellaway, S. Murdan, Enhancement

Absorption Enhancement of Flurbiprofen, Euro. J.

of the dissolution rate and oral absorption of a poorly

Pharm. Biopharm., 82, 120-126（2012）

water-soluble drug by formation of surfactantcontaining microparticles, Int. J. Pharm. 3 1 7 , 6 1 - 6 8 ,4） M. Fujimori, K. Kadota, K. Shimono, Y Shirakawa, H.

2006 .

Sato, Y. Tozuka, Enhanced dissolution of quercetin byforming composite particles, J. Food Eng., 149, 248-254,

11）B.C. Hancock, S.L. Shamblin, G. Zografi, Molecular
Mobility of Amorphous Pharmaceutical Solids Below

2015

Their Glass Transition Temperatures. Pharm. Res., 12 ,5） H . S ato , M . Fuji mor i , H . Su z u k i , K . K adot a ,799 ‒ 806 , 1995 .

Y. Shirakawa, S. Onoue, Y. Tozuka, Absorption
improvement of tranilast by forming highly soluble12）B.C. Hancock, M. Parks, What is the true solubility

nano-size composite structures associated withadvantage for amorphous pharmaceuticals? Pharm.

α-glucosyl rutin, Euro. J. Pharm. Biopharm., 92, 49-55,

Res., 17 , 397 ‒ 404 , 2000 .

2015− 46 −