Original title: Využití různých technik enkapsulace k řízenému uvolňování aktivních látek v potravinářských a kosmetických přípravcích
Translated title: Use of some encapsulation techniques to controlled release of active substances in food and cosmetics products.
Authors: Skoumalová, Petra ; Rittich, Bohuslav (referee) ; Kráčmar, Stanislav (referee) ; Márová, Ivana (advisor)
Document type: Doctoral theses
Year: 2015
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract: [cze] [eng]
Předložená dizertační práce je zaměřena na studium enkapsulace přírodních aktivních látek do různých typů organických mikro- a nanočástic, zejména do liposomů a polysacharidových částic. Jako aktivní složky byly enkapsulovány kofein, klotrimazol, ibuprofen, antioxidanty a vitaminy. Dále byly enkapsulovány různé bylinné extrakty, lysozym, nisin a další antimikrobiální látky. Enkapsulovány byly i vybrané hydrolytické enzymy. Částice byly použity i pro enkapsulaci vybraných probiotických kmenů Bifidobacterium breve a Lactobacillus acidophilus a prebiotik. Prebiotika byla rovněž koenkapsulována společně s probiotickými buňkami. Z přírodních extraktů byly enkapsulovány např. extrakty z guarany, ženšenu, kustovnice čínské, zeleného ječmenu, propolisu černého, zeleného a bílého čaje, kávy, ovoce a zeleniny. Enkapsulační účinnost byla stanovena pomocí spektrofotometrických metod a pomocí HPLC/PDA. Dlouhodobá stabilita částic a množství uvolněných složek bylo sledováno v modelových i v reálných potravinách a v modelových fyziologických prostředích. Velikost liposomových částic a polysacharidových nanočástic byla měřena pomocí DLS. Velikost a morfologie připravených částic byla sledována rovněž pomocí světelné a elektronové mikroskopie. Koloidní stabilita částic byla měřena pomocí zeta potenciálu. Ke stanovení sedimentační stability částic byla použita analytická centrifugace. Antimikrobiální aktivita byla testována při použití dvou gram-pozitivních bakterií (Bacillus subtilis, Micrococcus luteus), dvou gram-negativních bakterií (Escherichia coli, Serratia marcescens) a jednoho kvasinkového kmene (Candida glabrata). Pro stanovení antimikrobiální vlastnosti aktivity byly použity dvě metody agarová difuzní metoda a bujónová diluční metoda. Životaschopnost probiotických kmenů byla stanovena pomocí průtokové cytometrie a také pomocí fluorescenční mikroskopie. Enkapsulace aktivních složek byla úspěšná ve všech typech částic. Liposomy vykazovaly velmi dobrou dlouhodobou stabilitu, zejména ve vodných podmínkách s neutrálním pH. Naopak, polysacharidové částic byly stabilní v kyselém prostředí. Připravené částice byly také stabilní v modelovém prostředí žaludeční šťávy, k uvolnění aktivních složek docházelo pak v modelovém prostředí střevní šťávy. Částice s kofeinem, stejně jako i s dalšími testovanými antioxidanty a vitaminy by mohly být použity pro aplikace do moderních typů energetických nápojů, potravinových doplňků a také pro některé kosmetické aplikace. Enkapsulované antimikrobiální složky lze také využít v potravinářství, ale i v kosmetice a farmaceutickém průmyslu jako antimikrobiální a hojivé přípravky. Enkapsulované enzymy s řízeným uvolňováním mohou být použity v přípravcích pro hojení ran, dále naleznou uplatnění jako součást farmaceutických přípravků a potravinových doplňků určených pro enzymovou terapii. Enkapsulované probiotické bakterie a také koenkapsulovaná probiotika s prebiotiky díky zachování vyšší dlouhodobé životaschopnosti buněk a stability částic jsou rovněž vhodné k aplikaci do potravinářských výrobků a doplňků stravy s pozitivními účinky na lidský organismus. The presented doctoral thesis is focused on preparation, characterization and application of organic micro- and nanoparticles as transport systems for active components and some their complex natural sources. Active component were packed into liposomes and polysaccharide particles. As active components were used caffeine, some drugs – clotrimazole and ibuprofen, further antioxidants and vitamins. Antimicrobial herbs and spices extract, antimicrobial peptides lysozyme, nisin and other antimicrobial ingredients were encapsulated too. Encapsulation of selected hydrolytic enzymes was tested, too. Particles were also used for encapsulation of probiotic strains Bifidobacterium breve and Lactobacillus acidophilus and prebiotic components. These prebiotics were co-encapsulated into capsules with probiotic cells. Natural extracts were encapsulated e.g. extracts of guarana, ginseng, goji, green barley, propolis, black, green and white tea, coffee, fruit and vegetable extracts. The efficiency of encapsulation was determined by HPLC/PDA and by spectrophotometry. Long-term stability of particles and amount of released component in model/real foods, in model cosmetic conditions and in a model physiological environment were monitored too. Size of prepared liposomes and polysaccharide particles was determined by dynamic light scattering and by light microscopy and electron microscopy, respectively. Stability of the particles was measured using a zeta potential. Also, analytical centrifugation was used to measurement of sedimentation velocity and stability of the prepared particles. The antimicrobial activity were tested using two Gram-positive (Bacillus subtilis, Micrococcus luteus), two Gram-negative (Escherichia coli, Serratia marcescens) bacteria and one fungal strains (Candida glabrata). For determining the antimicrobial properties of active component and prepared particles two the most widely used methods were used - agar diffusion method and broth dilution method. The viability of probiotic strains were performed using flow cytometry and fluorescence microscopy. Encapsulation of active component was successful in all types of particles. Liposome showed a very good long-term stability mainly in water conditions with neutral pH and polysaccharide particles were stable in acidic conditions. Prepared particles showed a very good stability in model stomach environment, while in model intestines environments particles were disintegrated and active component were released. Prepared particles with encapsulated caffeine as well as other tested antioxidants and vitamins could be used to modern types of energy drinks, food supplements and also for some cosmetics applications. Encapsulated antimicrobial components could be used for food application as well as for cosmetics and pharmaceutical application like antimicrobial wound formulation. Encapsulated enzymes can be used for controlled release of proteases in wound healing, as delivery systems in digestive tract and as a part of pharmaceutical preparative and food supplements for enzyme therapy. The study revealed that encapsulation of probiotics and also co-encapsulation of probiotics with prebiotics exhibited longer stability of particles and survival bacterial cells. So, prepared particles are suitable for use to food product with beneficial effects on the human body.
Keywords: analytical centrifugation; antimicrobial activity; antioxidants; caffeine; dynamic light scattering; encapsulation; enzymes; flow cytometry; gold nanoparticle; immobilization; liposomes; lysozyme; nisin; polysaccharide particles; probiotic bacteria; analytická centrifugace; antimikrobiální aktivita; antioxidanty; dynamický rozptyl světla; enkapsulace; enzymy; imobilizace; kofein; liposomy; lysozym; nisin; polysacharidové částice; probiotika; průtoková cytometrie; částice zlata

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/11012/51757

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-606476


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses