Original title:
Příprava přírodních doplňků stravy s obsahem probiotických bakterií a látek s protizánětlivým účinkem
Translated title:
Preparation of food supplement containing probiotic bacteria and components with anti-inflammatory effect
Authors:
Horňáková, Nikola ; Němcová, Andrea (referee) ; Skoumalová, Petra (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2020
Language:
slo Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická Abstract:
[slo][eng]
Predložená diplomová práca sa zaoberá problematikou chronických zápalových ochorení tráviacej sústavy a navrhuje možnosť alternatívneho zlepšenia stavu, resp. podporenia remisnej fázy pomocou probiotických preparátov obohatených prírodnými protizápalovými látkami. Fytochemikálie, najmä fenolické zlúčeniny, ich flavonoidná podskupina a karotenoidy, potláčajú nežiadúce zápalové procesy priamym ovplyvnením imunitných buniek alebo inhibíciou škodlivého oxidatívneho stresu. Z tohto dôvodu boli k ďalším analýzam zvolené rastliny s predpokladom vysokého obsahu daných biologicky aktívnych zlúčenín. Konkrétne sa jednalo o brusnicu čučoriedkovú (Vaccinium myrtillus), brusnicu pravú (Vaccinium vitis-idaea), kurkumu pravú (Curcuma longa), mätu piepornú (Mentha piperita), rumanček pravý (Matricaria recutita), škoricu ceylonskú (Cinnamomum zeylanicum), zázvor pravý (Zingiber officinale) a ľan siaty (Linum usitatissimum). Následne z nich boli pripravené tri typy extraktov s použitím vody, 20% etanolu a hexánu ako extrakčných činidiel. Extrakty boli podrobené stanoveniu obsahu celkových i konkrétnych fenolických látok, celkových flavonoidov a celkových karotenoidov. Táto charakteristika bola doplnená i o antioxidačnú aktivitu vodných a etanolových extraktov. Následne bola pozorovaná interakcia jednotlivých vzoriek s probiotickými kultúrami (Bifidobacterium breve, Lactobacillus acidophilus) a schopnosť extraktov ovplyvniť viabilitu probiotík v procese modelového trávenia. Z týchto čiastkových charakterizácií boli vybrané najzaujímavejšie vzorky. Konkrétne sa jednalo o vodné extrakty čučoriedok, mäty, harmančeku a škorice. Ich prípadná cytotoxicita voči ľudským črevným epiteliálnym bunkám bola in vitro overená pomocou MTT testu s využitím bunkovej línie CaCo-2. Extrakty vykazujúce najvyššie hodnoty prospešných fytochemikálií a antioxidačnej aktivity, neinhibujúce rast probiotických kultúr a nevykazujúce cytotoxické pôsobenie na ľudské črevné bunky boli potom koenkapsulované spolu s probiotikami do alginátových častíc o priemere 1 mm. Boli zvolené vodné extrakty mäty, harmančeku a škorice. U častíc bola testovaná enkapsulačná účinnosť probiotík a fenolických látok. Ďalej boli podrobené modelovému tráveniu, kedy bolo pozorované uvoľňovanie žiadúcich látok v jednotlivých častiach tráviaceho systému a zhodnotené, či sa potrebné časti dostanú do požadovaného miesta pôsobenia – hrubého čreva. Pre využitie navrhnutého probiotického preparátu ako doplnku výživy bola určená doporučená dávka 1 g. Z hľadiska dlhodobého skladovania, predĺženia trvanlivosti a zvýšenia ochrany nestabilných biologicky aktívnych zložiek boli navrhnuté prípadné úpravy častíc lyofilizáciou alebo obohatením polymérneho obalového materiálu častíc o ďalšiu ochrannú vrstvu, napr. chitosan.
The presented thesis discusses the issues of chronic inflammatory diseases of the digestive system and suggests the possibility of the alternative natural remedies improving the health conditions or prolonging the remission phase of IBD. The main goal is to design a probiotic supplement enriched by natural anti-inflammatory agents. Phytochemicals, concretely phenolic compounds, flavonoids, and carotenoids suppress harmful inflammatory processes by direct targeting the function of the immune cells or by inhibiting damaging oxidative stress in general. Therefore, there were several plants potentially rich for these biologically active substances selected. Concretely, blueberry (Vaccinium myrtillus), lingonberry (Vaccinium vitis-idaea), turmeric (Curcuma longa), peppermint (Mentha piperita), chamomile (Matricaria recutita), cinnamon (Cinnamomum zeylanicum), ginger (Zingiber officinale) and flax (Linum usitatissimum). The suitable parts of these plants were extracted by using a total of three different solvents – water, ethanol, and hexane for obtaining lipidic extracts. The concentration of total polyphenols, total flavonoids, total carotenoids, and the ascertainment of specific polyphenols was determined in the prepared extracts. These characteristics were enhanced by the measurement of antioxidant activity of the aqueous and ethanolic extracts. The interaction of individual samples with probiotic cultures (Bifidobacterium breve, Lactobacillus acidophilus) and the ability of extracts to influence the viability of probiotics in the model digestion process has been examined. The most interesting samples (aqueous extracts of blueberries, mint, chamomile, and cinnamon) were selected for further experiments. The possible cytotoxicity towards human intestinal epithelial cells was tested in vitro by the MTT tests utilizing the CaCo-2 cell line. Extracts showing the highest levels of beneficial phytochemicals and antioxidant activity, supporting the growth of probiotic cultures, and showing minimal cytotoxic effects on human intestinal cells were then co-encapsulated with probiotics into alginate particles of a diameter of 1 mm. Water extracts of mint, chamomile, and cinnamon have been chosen. The encapsulation efficiency of successfully entrapped probiotics and phenolic compounds was determined in prepared particles. Furthermore, the particles were studied during the process of model digestion, when the release of the desired substances in the various parts of the digestive system was observed and assessed whether the components would reach the crucial point of action – the colon. For the use of the proposed probiotic mixture as a dietary supplement, a recommended dose of 1 g has been determined. Lastly, possible adjustments such as lyophilization or sheathing by an extra protective polymerous layer, e.g. chitosan, were suggested to prolong the shelf life of the particles and volatile substances stability.
Keywords:
alginate gel particles; bioactive compounds; chronic inflammation; cytotoxicity; digestion model; dysbiosis; encapsulation; gut microbiota; IBD; natural anti-inflammatory substances; probiotics
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/195098
guest ::
