ÖZEL YETENEKLERE SAHİP MOLEKÜLLER

11.10.2018

Siklodekstrin ile Moleküler Enksapsülasyon Yoluyla Artırılmış Kurkumin Biyoyararlanımı

Siklodekstrinler, özel yeteneklere sahip moleküllerdir: seçilen hidrofobik molekülleri barındırabilir, koruyabilir veya stabilize edebilir ve denge kontrollü bir süreçle serbest bırakabilirler. Bu prensip, gıda endüstrisinde ilgi çeken uygulamaların oluşmasını sağlayan yenilikçi bir teknoloji platformunun yolunu açar - özellikle kurkumin gibi hidrofobik yapıdaki sağlığa yararlı bileşenlerin biyoyararlanımını artırır. Fonksiyonel gıdalar popülaritelerinde güçlü bir artış yaşıyor, çünkü dünyanın dört bir yanındaki tüketiciler,sağlıklarının iyi durumlarını korumak ve artırmak için ek faydaları olan besin takviyeleri veya yiyecekleri tercih ediyorlar. Sonuç olarak, bilim adamları ve gıda araştırmacıları, vücudu çevresel strese karşı dirençli hale getirmek, bazı hastalıkları önlemek ve hatta yaşlanma sürecini yavaşlatmak için gerekli olan, sağlığa yararlı yeni bileşenleri sürekli olarak keşfediyorlar. Bununla birlikte, fonksiyonel gıdalara, bahsi geçen ürünleri formüle ederken de ihtiyaç duyulabilir. Vitaminler, antioksidanlar, tatlandırıcılar ve birçok farklı bitki özleri gibi sağlığı iyileştiren maddeler genellikle ışık, düşük pH değerleri veya yüksek sıcaklıklardan etkilenir ve bu nedenle stabilize edilmelidirler. Ayrıca, birçok bileşen de suda çözünür değildir. Bu nedenle, hidrofobik yapıdaki etkin bileşenler ile stabil fonksiyonel gıdalar veya diyet takviyelerini formüle etmek ve aynı zamanda bu ürünlerin tüketici için yeterli biyoyararlanımını sağlamak çok zordur. Bunu sağlamak için uygun bir çözüm ise siklodekstrin teknolojisidir.

Siklodekstrin Teknolojisi

Siklodekstrinler, 100 yılı aşkın bir süredir bilim ve araştırmalarca bilinen teknik özelliklere sahip halka şeklindeki şeker molekülleridir (kiral siklik oligosakkaritler). Glikoz birimlerinin sayısına göre α-, β- ve γ-siklodekstrin olarak sınıflandırılır: α-, β- ve γ-siklodekstrin, sırasıyla altı, yedi ve sekiz glikoz ünitesinden oluşur. Doğal siklodekstrinler 220°C’ye kadar sıcaklıklara da yanabilen, renksiz, higroskopik olmayan kristal katılardır. Moleküller alkali bir ortamda stabildir, ancak asidik çözeltilerde hidrolize edilirler (pH < 2.5). Yenilenebilir hammaddelerden üretilen siklodekstrinler, doğal nişasta türevi ürünleridir. Endüstriyel kullanım için, biyoteknolojik olarak mısır veya patates gibi bitkisel nişasta içeren hammaddelerden enzimatik bozunma ile üretilirler. Spesifik enzimler, her bir parçayı, nişastanın sarmal karbonhidratından ayırır ve bir halka şeklindeki oligosakkaritte birleştirir: sonuç ürün siklodekstrindir. Siklodekstrinleri farklı kılan özelliği; oyuk şeklinde, boşluklu, halka şeklindeki üç boyutlu yapılarıdır. Bir siklodekstrinin tüm hidroksil grupları, molekülün dış tarafında yer alır ve dış yüzeyin neden hidrofilik yapıda olduğunu açıklar. Siklodekstrinin iç kısmı sadece, doğrudan karbon atomlarına bağlanmış glikozid oksijen atomlarını ve hidrojen atomlarını içerir. Boşluk kısmı bu sebeple hidrofobiktir ve dış kısıma göre önemli ölçüde daha az polardır. Bu iç boşluk, boyut ve şeklinin uyumlu olması koşuluyla, bir lipofilik “konuk” molekülünü barındırabilir. Diğer taraftan hidrofilik dış kısım, sulu sistemlerde uyumluluk sağlar. Su varlığında, siklodekstrin ile enkapsüle fonksiyonel bileşenler, “moleküler dispersiyonlar” oluşturur ve bu da hidrofobik maddelerin çok daha iyi biyoyararlanımı ile sonuçlanır.

Kurkumin‘in Geliştirilmiş Biyoyararlanımı

İç boşluklarının doğası gereği, siklodekstrinler içerik maddelerini bağlayabilir ve stabilize edebilir, tekrar serbest bırakabilir veya - hidrofilik dış yüzey yoluyla - belirli bir çözünürlük artırımına aracılık edebilir. Gıda endüstrisinde, siklodekstrinler şu anda üç ana etkiyi hedeflemektedir: hoş olmayan tadın maskelemesi, antioksidanlar veya vitaminler gibi hassas bileşenlerin korunması ve etkin maddelerin biyoyararlanımının iyileştirilmesi. Artan biyoyararlanım ile ilgili iyi bir örnek, siklodekstrin ile kurkumin kompleksleşmesidir: Kurkumin, curcuma longa veya zerdeçalın biyolojik etkin bileşeni olup ana renklendirici maddesidir. Yüzyıllar boyunca, özellikle Hint ve Çin tıbbında geleneksel ilaçların bir parçası olmuştur. Günümüzde, modern bilimde olumlu etkilerini kanıtlamıştır ve güncel klinik çalışmalar, kurkumini bugüne kadar en iyi incelenen doğal bileşiklerden biri yapmaktadır. Kurkumin güçlü bir antioksidan olduğu için ana etki şekli serbest radikal süpürücülüğüdür ki: anti-inflamatuar, anti-artritik ve hipoalerjenik, antibakteriyel ve hatta antikanserojenik etkilerinin olduğu gösterilmiştir. Kurkumini gıda ürünleri için formüle etmenin en temel problemi, yüksek oranda hidrofobik özellikler sergilemesidir - bu yüzden kurkumin kan tarafından çok az miktarda emilir. Aglomere şeklindeki yapının küçük yüzey alanından sadece birkaç kurkumin molekülü emilebilir ve büyük bölümü vücuda alınamadan atılır. Tersine, hidrofilik (“su dostu”) bileşiklerin çok daha fazla emilimi vardır. Burada γ-siklodekstrin devreye girer. Siklodekstrinlerin iç yüzeyi hidrofobiktir, oysa dış yüzey hidrofiliktir. Yağda çözünebilen kurkumin, γ-siklodekstrin çekirdeğine girer. Oluşan yapının hidrofilik yüzeyi, biyoyararlanımı ve dolayısıyla insan vücudundaki kurkuminin çözünürlüğünü artırır (bkz. Şekil 1).

Şekil 1: γ -siklodekstrin, kendi iç boşluğuna bağlanan hidrofobik kurkumin için hidrofilik taşıyıcı olarak işlev görür (Şekil: Wacker Chemie AG).

Diyet takviyesi olarak, çoğunlukla bir kapsül şeklinde alındığında, kurkumin- siklodekstrin kompleksi mideden üst bağırsak sistemine değişmeden aktarılır (adım 1, Şek. 2). Orada, sadece kurkumin molekülleri epitel hücre zarından vücuda emilir (adım 2). Oligosakkarit γ-siklodekstrin, insan pankreatik amilazı ile hidroliz edilir, başlıca maltoz, biraz maltotrioz ve daha az miktarlarda glukoz oluşur (adım 3). Maltoz ve maltotrioz, daha sonra ince bağırsaktan kan içine emilen glikoza indirgenir (adım 4). Sonuç olarak, saf haldeki kurkumin tozu ve bazı önde gelen ticari kurkumin takviye ürünleri ile karşılaştırıldığında, yaklaşık 40 kat daha fazla kurkumin doğrudan kan damarlarına emilir (adım 5).

Şekil 2: İnsan bağırsak kanalında kurkumin-siklodekstrin kompleksinin mekanizması (şekil: Wacker Chemie AG).

Kanıtlanmış Etkiler

Kurkuminin y-siklodextrin ile kompleksleştirilmesinin pozitif etkileri çeşitli bilimsel çalışmalarda test edilmiştir. Örneğin, bir insan klinik çalışmasında, araştırmacılar, kurkumin-siklodekstrin kompleksini, saf kurkumin özütü (%95) ve biyoyararlanımı artırmak için tasarlanan ticari olarak temin edilebilen iki kurkumin preparatı ile bağıl emilimleri bakımından karşılaştırmıştır. Deneme düzeninde, 12 farklı kişiye (gece boyunca aç bırakılmış) dört farklı kurkumin preparatı oral yoldan verilmiştir - dört formülasyon arasında bir haftalık arınma süresi olacak şekilde. Ürün alımından sonra, 12 saat boyunca her saat kan alınmış ve analiz edilmiştir (grafikte nokta ile gösterilen plazma numuneleri). Kan konsantrasyonu ile kurkumin ve türevlerinin bağıl emilimleri belirlenmiştir (bkz. Şekil 3 ve 4).

Şekil 3: γ-siklodekstrin ile enkapsüle kurkumin (CAVACURMIN®), piyasada bulunan kurkumin ürünleri (CP) ve saf standart ekstraktın kan konsantrasyonu karşılaştırması.

AUC’nin (eğri altındaki alan), plazma konsantrasyonu ve bağıl emilimlerin hesaplanması, kompleks edilmiş formülasyonun standart ekstrakttan 40 kat daha etkili bir şekilde emildiğini ve bir sonraki en iyi karşılaştırılabilir ticari üründen en az 4,5 kat daha iyi emildiğini açıkça göstermiştir.

Şekil 4: Bağıl emilimlerin karşılaştırılması: Toplam kurkuminoid miktarının bağıl emilimi, standart kurkuminin, iki ticari biyoyararlanım formülasyonu (CP-1 ve CP-2) ve CAVACURMIN®’e karşı oral alımından sonra karşılaştırılmıştır.

Bu sonuçlar, siklodekstrin bazlı bir formülasyonda kurkuminin biyoyararlımındaki önemli artışın altını çizmektedir. Dahası, bu veriler, kurkumin-siklodekstrin kompleksinin, güçlü bir antioksidan olan kurkuminin faydalarını, mevcut ticari ürünlerden çok daha büyük ölçüde sağlayabileceğini göstermektedir

Sonuç

Kurkumin gibi formülasyonu zorlayıcı bileşenlerin siklodekstrin ile kompleksleştirilmesiyle, bu oleofilik maddenin dağılabilirliği ve böylece biyoyararlanımı önemli ölçüde geliştirilebilir. Yenilenebilir bitkisel hammaddelerden elde edilen biyoteknolojik ürünler olan siklodekstrinler, özellikle tüketicilerin doğal olarak üretilen ürünleri veya yenilenebilir kaynaklara sahip ürünleri içeren ürünleri talep etmeleri nedeniyle, hayvansal hammaddelerin önlenmesi yönündeki eğilimine tamamen uygundur. Siklodekstrin bazlı formülasyonlar, sulu sistemlerde kolayca dağılan kuru, serbest akışlı bir toz olarak sunulur. Bu nedenle, özellikle tabletler, kapsüller ve beslenme çubukları gibi kuru veya toz halindeki diyet takviyesi ürünlerinde ve içeceklerde kullanımı uygundur. Tüm bunların sonucu olarak, siklodekstrin formülasyonları, zayıf şekilde emilen maddelerin biyoyararlanımını artırmak amacıyla yiyecek ve içecek uygulamaları için ideal bir çözümdür.