シクロデキストリン-有機金属フレームワーク(CD-MOF)の食品への応用に関するレビュー

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CD誘導体
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典型的な可食性,再生可能性,生分解性を有するシクロデキストリン-有機金属錯体(CD-MOF)の食品への応用については,最近2つのグループによって検討されている[1,2]。CD-MOFは,その高い比表面積と良好な生体適合性の特性から,徐々に食品産業の研究者の注目を集めてきた。

CD-MOFを生理活性物質のキャリアとして使用することで,生理活性物質の溶解性や安定性を向上させる戦略が強調されている。さらに、食品産業におけるCD-MOFの潜在的な用途についてもレビューしています。例えば、食品添加物として使用される生理活性化合物のキャリア、食品包装に使用される抗菌化合物、活性化合物の放出制御ナノシステム、食品包装材料のナノフィラー、食品ナノリアクター、食品物質のナノセンサー、活性化合物や酵素の安定化剤や固定化剤、食品汚染物質の抽出剤などが挙げられる。両グループとも、CD-MOFの調製過程において、非再生可能で、時には食品グレードではない試薬が添加されており、CD-MOFの食品用途への使用が制限されているという問題に同意している。この問題を部分的に解決するには、γ-CDベースのMOFを適用すると良い。

有機金属フレームワーク(MOF)は,異なる有機配位子と金属イオンの自己組織化によって構築される,高秩序多孔質材料(高表面積,高空隙率,調整可能性など)である。MOFは、有機配位子と金属イオンが自己組織化してネットワーク構造を形成した多孔質材料であり、配位結合や共有結合によって無限のネットワークを持つ周期構造を形成することができる。MOFは配位結合や共有結合によって無限のネットワークを持つ周期構造を形成することができる。その結果、MOFの物理化学的特性を人為的に設計し、様々な用途に合わせて調整することができる。このようなMOFの物理的・化学的特性を利用して、多くの研究者が食品産業への応用を目指しています。そのため、MOFは、食品モニタリング、食品保存、食品衛生、食品包装など、食品産業における将来的な応用の可能性を秘めている。多くの研究で報告されている良好な生体適合性と宿主との非反応性により、MOFは食品産業において非常に有望な応用材料となっている。フードサプライチェーンへの参入など、食品業界におけるMOFの幅広い応用に伴い、MOFの毒性評価と長期使用による健康問題の回避が重要な課題となっている。MOFは、金属塩と有機配位子の混合物を溶媒中で加熱するソルボサーマル法で合成されることがほとんどである。従来のソルボサーマル法に加えて、マイクロ波、メカノケミストリー、ソノケミストリー、エレクトロケミストリーなどの合成技術も良い合成の選択肢となる。とはいえ、すべてのMOF調製プロセスはリサイクル可能ではなく、合成成分(金属イオンや有機配位子など)の高い毒性や、選択した化学試薬の高い毒性など、これらの不利な要因により、食品産業におけるMOFの使用は大きく制限されている。そこで、Ca、K、Tiなどの生体適合性の高い金属イオンと、生物学的に許容される範囲の有機リガンドリンカー(ペプチド、炭水化物、アミノ酸、CD誘導体)を用いることで、グリーンMOFの製造を促進し、MOFの好ましくない要因を減らし、食品産業での使用を促進することができる。

Applications of CD-MOFs (T. Rajkumar, D Kukkar, K-H Kim, J R Sohn, A Deep,(2019) Cyclodextrin-metal–organic framework (CD-MOF): From synthesis to applications. ,J Ind Eng Chem 72, 50-66. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2018.12.048.

[1] M Shen, D Liu and T Ding (2021) Cyclodextrin-metal-organic frameworks (CD-MOFs):main aspects and perspectives in food applications. Current Opinion in Food Science 2021, 41:8–15. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2021.02.008

[2] A Magri, M Petriccione, TJ Gutiérrez (2021) Metal-organic frameworks for food applications: A review,
Food Chemistry, 354,129533, https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129533.

画像:Indranil Roy, J. Fraser Stoddart Cyclodextrin Metal–Organic Frameworks and Their Applications. Accounts of Chemical Research Pub Date : 2021-02-01 , DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00695

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