Bioszenzorok és bioelektronika

Kutatási cikk 5. kötet 3. szám

Alpizar-Vargas Lidia, 1 Zuniga-Montero Carlos, 1 Rodriguez-Murillo Alicia, 1 VargasVasquez Amalia, 1 Vega-Baudrit Jose 1,2

1 Universidad Nacional, Costa Rica
2 Laboratorio Nacional de Nanotecnología LANOTEC-CeNATCONARE, Costa Rica

Levelezés:

Beérkezett: 2019. április 1. | Publikálva: 2019. május 7

Idézet: Alpizar-Vargas L, Zúñiga-Montero C, Rodríguez-Murillo A és mtsai. Nutraceuticals: meghatározás, alkalmazott nanoépítés gyártásukban és alkalmazásukban. Int J Biosen Bioelektron. 2019; 5 (3): 56-61. DOI: 10.15406/ijbsbe.2019.05.00154

Háttér: A táplálékgyógyászati készítmények olyan táplálkozási összetevőként határozhatók meg, amelyek terápiás vagy fiziológiai előnyöket nyújtanak az alapvető táplálkozási szükségleteken túl, és a vegyületek széles skáláját tartalmazzák. A biológiai hozzáférhetőség azonban nagyon alacsony a korlátozott biológiai hozzáférhetőség, a gyenge felszívódás és/vagy a gyomor-bél traktus kémiai átalakulása miatt. Ez rendkívül nehézzé teszi egészségügyi előnyeiket a fogyasztók számára. Jelen áttekintés bemutatja az előállításukban részt vevő nanoépítési folyamatot, kezdve a kapszulázáshoz használt anyagoktól, a nanokapszulázás folyamatától, az alkalmazott legfontosabb kapszulázási technikáktól és a lipidek, szénhidrátok és fehérjék funkciójától a nanokapszulázáskor. Ezenkívül ez a felülvizsgálat bemutatja a táplálékgyógyszerek felhasználásával ismert legutóbbi újításokat és alkalmazásokat.

Kulcsszavak: táplálékgyógyszerek, nanoenkapszulázás, alkalmazások, egészségügy, nanoépítés

Nanotechnika a táplálékgyártás területén

Az integratív nanobioengineering fő kutatási tevékenységei a nanotechnológia különböző diszciplínáinak, például az anyagtudományok és a mikrorendszer-technológiák, valamint az élettudományok összekapcsolására irányulnak. Ez elősegíti az innovatív terápiák és diagnosztikai módszerek fejlesztését. 7 A nanotechnológiai platformokat széles körben használják a vízben gyengén oldódó bioaktív természetes termékek és tápanyagok szállítórendszereinek létrehozására. 8.

Nanokapszulázási folyamat

Fő nano-kapszulázási technikák

Lipidek

1.ábra A lipidben oldódó (hidrofób) molekulák kapszulázása a lipid fázis belsejében és a vízben oldódó (hidrofil) vegyületek kapszulázása egy nanoliposzóma vizes fázisában. 22.

Az említett lipid nanorészecskék közül az SLN-ek teljesen kristályosodott és szervezett kristályos szerkezetű lipidcseppeket tartalmaznak a lipidmátrixba befogadott bioaktív komponensekkel együtt (2. ábra). Az SLN-k új nanorészecske-hordozók, amelyeket más nanolipid-alapú hordozók hátrányainak kiküszöbölésére fejlesztettek ki, mint például a nanoliposzómák, a nanoemulziók. 32 Az SLN-ek alkalmazásának néhány előnye: magas befogási hatékonyság, a szerves oldószereket nem használják a gyártási módszerekben, olcsó és egyszerű, ezért az SLN-ek a nagyszabású gyártás lehetőségét jelentik, amelyek képesek megvédeni a mag bioaktív anyagát vegyületek (mind lipofilek, mind hidrofilek) a külső zord körülmények ellen, végül az SLN-ek felhasználhatók mind folyékony, mind szilárd állapotú élelmiszerekben. 33 Néhány hátrány az SLN-ek: a lehetséges gélesedési jelenség, a zsírkristályos szerkezetekben bekövetkező váratlan átmenetek, amelyek a maganyagok kiűzéséhez vezetnek a részecskék tárolása, összeszerelése és növekedése során, alacsony képesség a bioaktív anyagok beépítésére a nanorészecskékbe. 32

2. ábra Az SLN-k sematikus ábrázolása. 32

Szénhidrátok

A poliszacharidokon alapuló szállító rendszerek sok ipari alkalmazásra alkalmasak, mivel biokompatibilisek, biológiailag lebonthatók, és nagy a lehetőségük arra, hogy módosítsák a kívánt tulajdonságok elérése érdekében. A szénhidrát alapú szállító rendszerek funkcionális csoportjaik révén kölcsönhatásba léphetnek a bioaktív vegyületek széles skálájával, ami sokoldalú hordozókká teszi őket, amelyek hidrofil és hidrofób különféle bioaktív élelmiszer-összetevőket kötnek meg és csapdába ejtenek. 17 Másrészt magas hőmérsékletű folyamatokban megfelelő héjnak tekintik őket, mivel hőmérséklet-stabilitásuk olvad vagy denaturálódik a lipid- vagy fehérjetovábbító rendszerekhez képest. A szénhidrátokon alapuló fő szállító rendszerek a következők: porlasztva szárítás, koacerváció, elektro-centrifugálás, elektromos terhelés, szuperkritikus folyadék, emulzió-diffúzió, invertált micellák, emulziós cseppek koaleszcenciája, emulziós oldószerek elpárologtatása, sózás, ultrahangolás és nagynyomású homogenizálás. Az alábbiakban bemutatunk néhány fent említett technikát. 24.

A szállítórendszereket úgy kell megtervezni, hogy megvédjék a tápszereket a feldolgozás, tárolás és szállítás során az olyan káros tényezőktől, mint a nemkívánatos kölcsönhatások más élelmiszer-összetevőkkel, pH, fény, hőmérséklet vagy oxigén. 11 Az alábbiakban bemutatunk néhány fő tényezőt, amelyek befolyásolhatják a nanoenkapszulázást:

Emulziók és oldószerek hatása

Ha az eljárások emulziók előállítását és oldószerek alkalmazását igénylik, megfigyeltük, hogy az oldószerek mennyisége, valamint a párologtatásukhoz használt módszer befolyásolja a kapott kapszulák végső jellemzőit. Ha a kiválasztott módszer tartalmazza az emulzió-oldószer és a bepárlás/extrakció paramétereit. A víz-olaj-emulzió stabilitása kritikus tényező a hatóanyag megfelelő internalizálásához. Ha az első emulzió instabil, a mikrokapszulázás hatékonysága alacsony, mivel a vizes fázis egy másik kapszula folyamatos fázisával szokott kialakulni. 34

pH-hatás

Megfigyelték, hogy a pH a kapszulázóképességre és a kapott kapszulák végső méretére is hatással van. Tanulmányok azt mutatják, hogy a koacervációs folyamat során a részecskék mérete megváltozhat, ha a pH értéke megváltozik, mivel a gél töltetének sűrűsége módosul (pozitív, semleges vagy negatív), ami az intra függvényében összehúzódó vagy táguló molekulákat eredményez. molekuláris taszító erők (Gonçalves et al; 2018). Az ionos gélesítés technikáját alkalmazva a pH esetleg befolyásolta a fehérje oldhatóságát, ami jobb kölcsönhatást tett lehetővé a polimerrel, magasabb kapszulázott hidrolizátum-tartalmat eredményezve. 35

Polimer: koncentráció és jellemzők

A természetes keményítőnek nincs emulgeáló tulajdonsága, és többnyire hidrofil, ami megerősíti alkalmazását a hidrofób bioaktív vegyületek kapszulázására. Ezért módosított keményítőket (térhálósított, oxidált, acetilezett, hidroxi-propilezett) állítanak elő a kémiai struktúrák kémiai, biokémiai, fizikai és/vagy enzimatikus módszerekkel történő megváltoztatásával a funkcionalitás javítása és a kereskedelmi alkalmazás kiterjesztése érdekében. 24,36

Hőmérsékleti hatás

Például a gélesítő oldat hőmérsékleti hatása szabályozható bizonyos biopolimerek hőkezeléssel vagy hidegben történő gélesedésének elősegítése érdekében. Ezt a megközelítést alkalmazhatjuk zselatin-hidrogél gyöngyök előállításához, forró zselatin-oldat hideg környezetbe történő befecskendezésével. Magas hőmérsékleten a zselatinmolekulák véletlenszerű tekercskonformációval rendelkeznek, de a kritikus hőmérséklet alá lehűlve spirális régiókat képeznek, amelyek hidrogénkötés révén keresztkötésekként működnek a különböző molekulák között. 37 Ezzel szemben a globuláris fehérjék (például a tejsavó, a tojás vagy a szója fehérjéi) gélesedésre késztethetők, ha a termikus denaturációs hőmérséklet fölé melegítik őket, hogy hidrofób vonzás és diszulfid kötés képződése révén kibontakozzanak és asszociálódjanak. 38,39

A Nutraceutical alkalmazásai

A különböző jogszabályi keretekért dolgozó szabályozó tudósok számos alapvető információs követelményt vázoltak fel, amelyek lehetővé teszik a nanotechnológiai alapú termékek minőségének és biztonságának értékelését. Élelmiszeripari minőségű nanorészecskék felhasználhatók a táplálékgyógyászati készítmények orális biohasznosulásának javítására, ami növelheti azok potenciális egészségügyi előnyeit az emberekben. A szállítórendszereket úgy kell megtervezni, hogy módosítsák a tápanyagok biológiai hozzáférhetőségét, felszívódását vagy átalakulási profilját a GI traktusban, fokozva azok biológiai hozzáférhetőségét és következésképpen egészségügyi előnyeiket. Előrelépés történik a gyógyszerészeti alkalmazásokból származó ismeretek átadásával, ideértve a nano-adagoló rendszerek, az abszorpciót fokozó anyagok vagy a segédanyagokat tartalmazó élelmiszerek használatát, amelyekről kimutatták, hogy javítják a tápanyagok oldhatóságát, stabilitását vagy permeabilitását. Van azonban még néhány kihívás, amelyet le kell küzdeni.