Scaling analysis: Equivalence of convective and radiative heating of levitated droplet

This letter develops theoretical relationships for equilibrium timescale and temperature scale of a vaporizing droplet in a convective and a radiative environment. The transient temperature normalized by the respective scales exhibits a unified profile for both modes of heating. The analysis allows for the prediction of the required laser flux to show its equivalence in a corresponding heated gas stream. The theoretical equivalence shows good agreement with experiments across a range of droplet sizes. Simple experiments can be conducted in a levitator to extrapolate information in realistic convective environments like combustion and spray drying. (C) 2012 American Institute of Physics. http://dx.doi.org/10.1063/1.4720092]

Modulation of Buckling Dynamics in Nanoparticle Laden Droplets Using External Heating

Dynamics of contact free (levitated) drying of nanofluid droplets is ubiquitous in many application domains ranging from spray drying to pharmaceutics. Controlling the final morphology (macro to micro scales) of the dried out sample poses some serious challenges. Evaporation of solvent and agglomeration of particles leads to porous shell formation in acoustically levitated nanosilica droplets. The capillary pressure due to evaporation across the menisci at the nanoscale pores causes buckling of the shell which leads to ring and bowl shaped final structures. Acoustics plays a crucial role in flattening of droplets which is a prerequisite for initiation of buckling in the shell: Introduction of mixed nanocolloids (sodium dodecyl sulfate + nanosilica) reduces evaporation rate, disrupts formation of porous shell, and enhances mechanical strength of the shell, all of which restricts the process of buckling. Although buckling is completely arrested in such surfactant added droplets, controlled external heating using laser enhances evaporation through the pores in the shell due to thermally induced structural changes and rearrangement of SDS aggregates which reinitializes buckling in such droplets, Furthermore, inclusion of anilinium hydrochloride into the nanoparticle laden droplets produces ions which adsorb and modify the morphology of sodium dodecyl sulfate crystals and reinitializes buckling in the shell (irrespective of external heating conditions). The kinetics of buckling is determined by the combined effect of morphology of the colloidal particles, particle/aggregate diffusion rate within the droplet, and the rate of evaporation of water. The buckling dynamics leads to cavity formation which grows subsequently to yield final structures with drastically different morphological features. The cavity growth is controlled by evaporation through the nanoscate pores and exhibits a universal trend irrespective of heating rate and nanoparticle type.

Experimental quantification and modelling of attrition of infant formulae during pneumatic conveying

Infant formula is often produced as an agglomerated powder using a spray drying process. Pneumatic conveying is commonly used for transporting this product within a manufacturing plant. The transient mechanical loads imposed by this process cause some of the agglomerates to disintegrate, which has implications for key quality characteristics of the formula including bulk density and wettability. This thesis used both experimental and modelling approaches to investigate this breakage during conveying. One set of conveying trials had the objective of establishing relationships between the geometry and operating conditions of the conveying system and the resulting changes in bulk properties of the infant formula upon conveying. A modular stainless steel pneumatic conveying rig was constructed for these trials. The mode of conveying and air velocity had a statistically-significant effect on bulk density at a 95% level, while mode of conveying was the only factor which significantly influenced D[4,3] or wettability. A separate set of conveying experiments investigated the effect of infant formula composition, rather than the pneumatic conveying parameters, and also assessed the relationships between the mechanical responses of individual agglomerates of four infant formulae and their compositions. The bulk densities before conveying, and the forces and strains at failure of individual agglomerates, were related to the protein content. The force at failure and stiffness of individual agglomerates were strongly correlated, and generally increased with increasing protein to fat ratio while the strain at failure decreased. Two models of breakage were developed at different scales; the first was a detailed discrete element model of a single agglomerate. This was calibrated using a novel approach based on Taguchi methods which was shown to have considerable advantages over basic parameter studies which are widely used. The data obtained using this model compared well to experimental results for quasi-static uniaxial compression of individual agglomerates. The model also gave adequate results for dynamic loading simulations. A probabilistic model of pneumatic conveying was also developed; this was suitable for predicting breakage in large populations of agglomerates and was highly versatile: parts of the model could easily be substituted by the researcher according to their specific requirements.

Kinetics of semicarbazide and nitrofurazone in chicken eggs and egg powders

The accumulation, depletion and partitioning of semicarbazide (SEM) and its parent compound nitrofurazone (NFZ) in eggs were studied using hens fed NFZ at therapeutic and sub-therapeutic levels. Dietary NFZ correlated strongly with NFZ and total SEM in eggs, while 28% of observed SEM was present in the form of parent NFZ. Depletion half-life in eggs was 2.4 days for SEM and 1.1 days for NFZ. NFZ accumulated preferentially in yolk (57-63%) as opposed to albumen, while 71-80% of SEM was found in yolk. In whole egg, 29% of SEM was present as tissue-bound residues compared with 80% in breast muscle. Whilst NFZ and SEM were partly degraded by pasteurization and spray drying, sufficient NFZ remained to suggest it might be detectable in egg powders when SEM is observed at low µg kg -1 concentrations. NFZ was detectable in whole eggs during ingestion of only 0.1% of the therapeutic NFZ dose, making detection of intact NFZ in eggs a feasible means to prove conclusively the administration of this banned compound.

Polymorphism in Sulfadimidine/4-Aminosalicylic Acid Cocrystals: Solid-State Characterization and Physicochemical Properties

Polymorphism of crystalline drugs is a common phenomenon. However, the number of reported polymorphic cocrystals is very limited. In this work, the synthesis and solid-state characterization of a polymorphic cocrystal composed of sulfadimidine (SD) and 4-aminosalicylic acid (4-ASA) is reported for the first time. By liquid-assisted milling, the SD:4-ASA 1:1 form I cocrystal, the structure of which has been previously reported, was formed. By spray drying, a new polymorphic form (form II) of the SD:4-ASA 1:1 cocrystal was discovered which could also be obtained by solvent evaporation from ethanol and acetone. Structure determination of the form II cocrystal was calculated using high-resolution X-ray powder diffraction. The solubility of the SD:4-ASA 1:1 cocrystal was dependent on the pH and predicted by a model established for a two amphoteric component cocrystal. The form I cocrystal was found to be thermodynamically more stable in aqueous solution than form II, which showed transformation to form I. Dissolution studies revealed that the dissolution rate of SD from both cocrystals was enhanced when compared with a physical equimolar mixture and pure SD.

Novel Supercritical Carbon Dioxide Impregnation Technique for the Production of Amorphous Solid Drug Dispersions: A Comparison to Hot Melt Extrusion

The formulation of BCS Class II drugs as amorphous solid dispersions has been shown to provide advantages with respect to improving the aqueous solubility of these compounds. While hot melt extrusion (HME) and spray drying (SD) are among the most common methods for the production of amorphous solid dispersions (ASDs), the high temperatures often required for HME can restrict the processing of thermally labile drugs, while the use of toxic organic solvents during SD can impact on end-product toxicity. In this study, we investigated the potential of supercritical fluid impregnation (SFI) using carbon dioxide as an alternative process for ASD production of a model poorly water-soluble drug, indomethacin (INM). In doing so, we produced ASDs without the use of organic solvents and at temperatures considerably lower than those required for HME. Previous studies have concentrated on the characterization of ASDs produced using HME or SFI but have not considered both processes together. Dispersions were manufactured using two different polymers, Soluplus and polyvinylpyrrolidone K15 using both SFI and HME and characterized for drug morphology, homogeneity, presence of drug-polymer interactions, glass transition temperature, amorphous stability of the drug within the formulation, and nonsink drug release to measure the ability of each formulation to create a supersaturated drug solution. Fully amorphous dispersions were successfully produced at 50% w/w drug loading using HME and 30% w/w drug loading using SFI. For both polymers, formulations containing 50% w/w INM, manufactured via SFI, contained the drug in the γ-crystalline form. Interestingly, there were lower levels of crystallinity in PVP dispersions relative to SOL. FTIR was used to probe for the presence of drug-polymer interactions within both polymer systems. For PVP systems, the nature of these interactions depended upon processing method; however, for Soluplus formulations this was not the case. The area under the dissolution curve (AUC) was used as a measure of the time during which a supersaturated concentration could be maintained, and for all systems, SFI formulations performed better than similar HME formulations.

Perspectives de l'usage de poudre de jaunes d’oeuf comme additif alimentaire contre Campylobacter jejuni chez le poulet : mode d'immunisation et effet de l’encapsulation

La campylobactériose est une zoonose causée par Campylobacter jejuni, une bactérie commensale du poulet, considérée comme la principale source de contamination humaine. C. jejuni est rarement retrouvé dans le tube digestif des poulets avant deux ou trois semaines d'âge. Ce qui pourrait s'expliquer par la transmission d'une immunité maternelle (anticorps IgY) transmise aux poussins via le jaune d'œuf. À la Chaire de recherche en Salubrité des Viandes (CRSV), la caractérisation d'anticorps IgY extraits de jaunes d'œufs frais a montré des niveaux de production d’anticorps différents selon le mode d’immunisation et suggère, in vitro, des effets sur ce pathogène. Ce qui laisse penser qu'en tant qu'additif alimentaire, une poudre de jaunes d'œuf potentialisée permettrait de lutter contre C. jejuni chez le poulet à griller. Dans ce travail, le processus de fabrication de l'additif (déshydratation par « Spray dry » puis encapsulation) a été évalué et les différents modes d'immunisation des poules pondeuses ont également été comparés. Les anticorps ont été extraits des différentes poudres de jaunes d'œuf ou du produit final encapsulé, et caractérisés in vitro (dosage / ELISA, test de mobilité, bactéricidie, western blot). Puis, une évaluation in vivo de la capacité de ces poudres encapsulées, incorporée à 5 % dans la moulée, afin de réduire ou de bloquer la colonisation intestinale des oiseaux par C. jejuni a été testée. In vitro, les résultats ont montré des concentrations d'anticorps et d'efficacité variables selon le type de vaccination. Dans cette étude, on a observé que le « Spray dry » a concentré les anticorps dans les poudres et que ces anticorps sont restés fonctionnels contre C. jejuni. On a également observé que l'encapsulation n’entraîne pas une perte quantitative des anticorps contenus dans les poudres. Malgré les résultats in vitro encourageants, les résultats in vivo ne révèlent aucune inhibition ou réduction de la colonisation des oiseaux par C. jejuni. L’absence d’efficacité la poudre de jaunes d’œuf encapsulée dans notre étude n’est pas due à une perte quantitative et/ou qualitative des anticorps comme soutenu dans les expériences in vitro. Ce qui démontre que les recherches doivent être poursuivies afin de déterminer les conditions optimales de l'utilisation de la poudre de jaune d'œuf in vivo, en tant qu'additif alimentaire chez les poulets

Subcutaneous study on the controlled release of Etanidazole and Taxol for the treatment of Glioma

BALB/c nude mice 6 weeks old were inoculated with glioma C6 cell-line and the efficacy of the different amount of Etanidazole-discs and Taxol-microspheres was investigated. Poly (D,L-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) was used as the main encapsulating polymer and polyethylene glycol was added to increase the porosity. The 1% drug loading microspheres of each drug were produced by spray drying and the discs were obtained by compressing the Etanidazole-microspheres. Intra-tumoral injection followed by irradiation resulted in high systemic dosage and thus systemic toxicity. Tumors grown for 6 days, 9 days and 16 days were implanted with 0.5 mg or 1.0 mg or 1.5 mg of the drug. A radiation dosage of 2 Gy each time for a number of times was given for animals implanted with Etanidazole and no irradiation was given for animals implanted with Taxol. Increasing the number of doses clearly decreased the rate of tumor growth. The increase in the amount of drug on smaller sized tumors controlled the tumor better and there was agglomeration of the microspheres resulting in deviation of release profile of the drug as compared to the in vitro studies. It was observed that 1.0 mg of Taxol given to a tumor grown for 6 days was able to suppress the tumor for a total period of approximately two months and no tumor resurrection was observed during the second month.

Caracterització i revaloració de la fracció plasmàtica de la sang de porc procedent d'escorxadors industrials

La tesi s'ha estructurat en tres apartats que, en conjunt, han de permetre determinar les possibilitats d'aprofitament dins la mateixa indústria alimentària de la fracció plasmàtica de la sang de porc generada per escorxadors que utilitzen sistemes oberts de recollida higiènica. 1. En la primera part s'analitza la composició de la sang higiènica que s'està recollint actualment i s'estudien les característiques tant físico-químiques com microbiològiques que determinen la seva qualitat. La caracterització s'ha realitzat amb sang recollida en diferents escorxadors industrials de les comarques de Girona i s'ha centrat principalment en l'estudi de la contaminació microbiològica i el nivell d'hemòlisi de la sang. S'ha fet un disseny experimental que ha permès alhora valorar l'efecte d'alguns factors sobre la qualitat de la sang: possibles diferències relacionades amb (1) la climatologia del període de l'any en el qual es fa la recollida, (2) particularitats dels escorxadors (grandària, sistemes de dessagnat, tipus, dosi i sistema de dosificació de l'anticoagulant, condicions de processament, maneig i emmagatzematge després de la recollida, etc.). Els resultats obtinguts ens permeten constatar que, en les condicions actuals, la sang que s'està recollint en els escorxadors estudiats no es pot considerar adequada per a una matèria primera de productes destinats a alimentació humana. La major part de la microbiota contaminant s'adquireix en el propi sagnador. S'ha constatat que el sistema de dessagnat en posició horitzontal podria ser una mesura útil per minimitzar la contaminació d'origen fecal o provinent de la pell de l'animal sacrificat i que la separació immediata de les fraccions en el propi escorxador també pot contribuir a reduir la contaminació. Així doncs, en el benentès que l'efectivitat pot obtenir-se del conjunt de mesures preses, més que de l'aplicació d'una sola d'elles, es suggereix la introducció d'una sèrie d'actuacions que potser permetrien reduir els nivells de contaminació que s'obtenen actualment. El tractament mecànic de la sang, el sistema d'addició d'anticoagulant, el volum i concentració de la solució anticoagulant afegida i el període d'emmagatzematge són els factors responsables de l'hemòlisi; mentre que nivells elevats de contaminació microbiològica i el tipus d'anticoagulant utilitzat deterrminen la velocitat d'increment de l'hemòlisi de sang refrigerada. S'ha constatat que quan la sang no pot ser processada immediatament i s'ha d'emmagatzemar en refrigeració és millor utilitzar citrat sòdic enlloc de polifosfat com a anticoagulant ja que l'increment d'hemòlisi es dóna més lentament. 2. El segon apartat s'ha centrat en la fracció plasmàtica de la sang. S'ha utilitzat la deshidratació per atomització com a tecnologia de conservació del plasma i s'ha fet una caracterització del producte en pols resultant des del punt de vista de composició i qualitat. A més de la contaminació microbiològica, que determina la qualitat higiènico-sanitària del producte, s'ha realitzat un estudi de les propietats funcionals que podrien fer del plasma un producte útil en la formulació d'aliments (capacitat escumant, emulsionant, gelificant). S'ha fet especial incidència en (1) determinar l'efecte del procés tecnològic de deshidratació sobre la funcionalitat del producte i (2) estudiar l'estabilitat del plasma deshidratat durant el període d'emmagatzematge. En les condicions de deshidratació per atomització aplicades no es provoca desnaturalització de la fracció proteica i s'obté un producte suficientment deshidratat, amb una aw<0,4 per permetre suposar una bona estabilitat. Algunes mostres de plasma deshidratat analitzades presenten nivells detectables de determinats residus (sulfonamides i corticosteroides). La qualitat microbiològica del producte en pols reflecteix l'elevada contaminació que contenia la matèria primera utilitzada, tot i que la deshidratació per atomització ha comportat la reducció en una unitat logarítmica de la càrrega contaminant. Els recomptes generals de microorganismes són encara preocupants i més tenint en compte que s'ha evidenciat la presència de toxines estafilocòciques en algunes mostres. L'avaluació de les propietats funcionals del producte deshidratat en relació a les que presentava el plasma líquid ens ha permès comprovar que: (1) El procés de deshidratació no ha afectat la solubilitat de les proteïnes. Això, junt amb el fet que no s'obtinguin diferències significatives en l'anàlisi calorimètrica de mostres líquides o deshidratades, permet concloure que el procés no provoca desnaturalització proteica. (2) No s'observen efectes negatius del procés tecnològic sobre la capacitat escumant ni en l'activitat emulsionant de les proteïnes plasmàtiques, dues propietats funcionals que possibiliten l'aplicació del plasma amb aquestes finalitats en l'elaboració d'alguns aliments. (3) La deshidratació tampoc perjudica de manera important les característiques dels gels que s'obtenen per escalfament, ja que els gels obtinguts a partir del plasma líquid i del plasma deshidratat presenten la mateixa capacitat de retenció d'aigua i no s'observen diferències en la microestructura de la xarxa proteica d'ambdós tipus de gel. Tanmateix, els que s'obtenen a partir del producte en pols mostren una menor resistència a la penetració. L'estudi d'estabilitat ens ha permès comprovar que la mostra de plasma deshidratat per atomització perd algunes de les seves propietats funcionals (facilitat de rehidratació, capacitat de retenció d'aigua i fermesa dels gels) si s'emmagatzema a temperatura ambient, mentre que aquestes característiques es mantenen un mínim de sis mesos quan el producte en pols es conserva a temperatura de refrigeració. 3. En l'última part, tenint en compte les conclusions derivades dels resultats dels apartats anteriors, s'han assajat tres possibles sistemes de reducció de la contaminació aplicables a la fracció plasmàtica com a pas previ a la deshidratació, per tal de millorar les característiques de qualitat microbiològica i les perspectives d'estabilitat del producte durant l'emmagatzematge. S'ha determinat l'eficàcia, i l'efecte sobre les propietats del plasma deshidratat, que poden tenir tractaments d'higienització basats en la centrifugació, la microfiltració tangencial i l'aplicació d'altes pressions. Els tractaments de bactofugació aplicats permeten reduir entre el 96 i el 98% la contaminació microbiana del plasma. Aquesta reducció s'aconsegueix tant amb un sistema discontinu com amb un sistema continu treballant a una velocitat de 12 L/h, fet que permetria adaptar el tractament de bactofugació a un procés de producció industrial. Un sistema combinat de bactofugació en continu i microfiltració tangencial permet incrementar l'eficàcia fins a un 99,9 % de reducció. Cal tenir present, però, que aquest tractament provoca també una disminució de l'extracte sec que afecta negativament les propietats funcionals del plasma líquid. Malgrat suposar una pèrdua pel que fa al rendiment, aquest efecte negatiu sobre la funcionalitat no suposaria cap inconvenient si s'utilitzés la deshidratació com a tecnologia de conservació del plasma, ja que es podria corregir l'extracte sec durant la reconstitució del producte. Caldria avaluar si la millora en la qualitat higiènico-sanitària del producte compensa o no les pèrdues que suposa aquest sistema d'higienització combinat. Amb relació als tractaments d'alta pressió, de totes les condicions de tractament assajades, les pressions de fins 450 MPa permeten obtenir plasma sense modificacions importants que impedeixin la seva deshidratació per atomització. Així doncs, les condicions de procés que s'han aplicat són pressuritzacions a 450 MPa de 15 minuts de durada. La temperatura de tractament que s'ha mostrat més eficaç en la reducció dels recomptes de microorganismes ha estat de 40ºC. Els tractaments a aquesta temperatura permeten assolir reduccions del 99,97% i disminuir en un 80% la capacitat de creixement dels microorganismes supervivents a la pressurització en relació a la que presentava la població contaminant del plasma abans del tractament. L'estudi de l'efecte d'aquest tractament (450 MPa, 15 min i 40ºC) sobre les propietats funcionals del plasma ha permès observar que la pressurització comporta una disminució en la solubilitat del producte però una millora en les propietats de superfície -estabilitat de l'escuma i activitat emulsionant- i un increment de la capacitat de retenció d'aigua i de la duresa dels gels obtinguts per escalfament. Calen més estudis per confirmar i caracteritzar aquesta millora en la funcionalitat, així com per establir si el tractament de pressurització afecta també l'estabilitat del producte durant l'emmagatzematge. De totes les tecnologies d'higienització assajades, l'alta pressió és la que permet obtenir millors resultats en el sentit de poder garantir un producte de bona qualitat microbiològica i segur, des del punt de vista sanitari i tecnològic, per a la seva utilització com a ingredient alimentari.

Revaloració de la fracció cel·lular de la sang de porc procedent d'escorxadors industrials

La sang de porc és un subproducte comestible que es genera als escorxadors industrials durant el procés d'obtenció de la canal. Aquest subproducte es caracteritza per presentar una elevada càrrega contaminant i, degut a l'elevat volum que es genera, és necessari trobar estratègies que permetin la seva revaloració i aprofitament, a la vegada que disminuïm la contaminació ambiental i les despeses que es deriven del seu processament abans de l'abocament. La fracció cel·lular (FC) constitueix el 40 % de la sang de porc i conté principalment l'hemoglobina (Hb), que representa al voltant del 90 % del contingut en proteïna d'aquesta fracció (un 35 % aproximadament). L'elevat percentatge en proteïna i en ferro, i les seves bones propietats funcionals fan que l'aprofitament d'aquest subproducte com a primera matèria o ingredient de la indústria alimentària sigui una alternativa molt útil a l'hora de reduir les despeses de la indústria càrnia, sempre que es resolguin els problemes de l'enfosquiment i dels sabors estranys que pot conferir la FC quan s'addiciona a productes alimentaris. Una altra possible utilització de la FC és aprofitar les propietats colorants de l'Hb o del grup hemo, com a colorant d'origen natural en diversos productes alimentaris. Els objectius del present treball eren, en primer lloc, determinar les millors condicions d'aplicació del procés de conservació de la FC mitjançant la deshidratació per atomització i caracteritzar físico-químicament i microbiològica el concentrat d'Hb en pols. En segon lloc, avaluar l'eficàcia de diferents additius antioxidants i/o segrestants del ferro per prevenir l'enfosquiment que pateix la FC durant la deshidratació. En tercer lloc, aplicar tractaments d'altes pressions hidrostàtiques com a procés d'higienització i avaluar els efectes d'aquest tractament sobre la microbiota contaminant, el color i les propietats funcionals de la FC. Finalment, desenvolupar un procés d'obtenció d'hidrolitzats proteics descolorats a partir de l'Hb amb la finalitat d'utilitzar-los com a ingredients nutricionals i/o funcionals. La millor temperatura de deshidratació per atomització de la FC hemolitzada era 140ºC. La FC en pols presentava un contingut en humitat del 5,3 % i un percentatge de solubilitat proteica del 96 %. La deshidratació per atomització induïa canvis en l'estructura nativa de l'Hb i, per tant, un cert grau de desnaturalització que pot conduir a una disminució de les seves propietats funcionals. L'extracte sec de la FC en pols estava composat per un 94,6 % de proteïna, un 3 % de sals minerals i un 0,7 % de greix. Els valors CIE L*a*b* del color de la FC en pols eren força constants i reflectien el color vermell marró fosc d'aquesta, a causa de l'oxidació del ferro hèmic que es produeix durant la deshidratació. La càrrega contaminant de la FC fresca de la sang de porc era força elevada i el tractament d'hemòlisi amb ultrasons i la centrifugació posterior no produïen una reducció significativa de la microbiota contaminant, obtenint un producte amb uns recomptes microbiològics de l'ordre de 106 ufc·mL-1. La deshidratació per atomització produïa una disminució d'una unitat logarítmica dels recomptes totals de la FC hemolitzada. Tanmateix, el producte en pols encara reflectia l'elevada contaminació de la primera matèria, fet que condiciona negativament la seva utilització com a ingredient alimentari, a no ser que es millorin les condicions de recollida de la sang a l'escorxador o que aquesta o la FC es sotmeti a algun tractament d'higienització prèviament a la deshidratació. Les isotermes de sorció a 20ºC de la FC en pols tenien forma sigmoïdal i una histèresi estreta i llarga. L'equació GAB és un bon model matemàtic per ajustar les dades de sorció obtingudes experimentalment i determinar la isoterma d'adsorció de la FC deshidratada per atomització. El percentatge d'humitat de la FC deshidratada a 140ºC es corresponia a un valor d'aw a 20 ºC d'aproximadament el 0,16. Tenint en compte que estava per sota dels valors d'aw corresponents a la capa monomolecular, es pot garantir la conservació a temperatura ambient del producte, sempre que s'envasi en recipients tancats que no permetin l'entrada d'humitat de l'exterior. De l'estudi de la possible estabilització del color de la FC deshidratada per atomització mitjançant l'addició d'antioxidants i/o segrestants de ferro, es va observar que només l'àcid ascòrbic, la glucosa, l'àcid nicotínic i la nicotinamida, tenien efectes positius sobre el color del producte en pols. L'ascòrbic i la glucosa no milloraven la conservació del color de l'Hb però disminuïen l'enfosquiment que es produeix durant la deshidratació, amb la qual cosa es pot obtenir un producte en pols de color marró més clar. L'addició de dextrina o L-cisteïna no disminuïa l'enfosquiment ni evitava el canvi de color de l'Hb. L'àcid nicotínic i la nicotinamida protegien el color de l'Hb durant el procés de deshidratació i l'emmagatzematge de la FC en pols. Les millors condicions d'aplicació del tractament amb altes pressions hidrostàtiques (HHP) sobre la FC eren 400 MPa, a 20ºC, durant 15 minuts, perquè produïen una millora significativa de la qualitat microbiològica, no afectaven negativament al color, no comprometien gaire la solubilitat proteica l'Hb i, malgrat que produïen un augment de la viscositat, la FC romania fluida després del tractament. Aquest tractament permetia una reducció de la microbiota contaminant de la FC d'entre 2 i 3 unitats logarítmiques. L'aplicació de l'alta pressió i la posterior deshidratació per atomització permetien obtenir un producte en pols amb recomptes totals de l'ordre de 2,8 unitats logarítmiques. El color de la FC pressuritzada en pols era igual que el de la FC control deshidratada, perquè ambdues mostres presentaven la mateixa susceptibilitat a l'oxidació del grup hemo produïda per la deshidratació. L'alta pressió incrementava la susceptibilitat de l'Hb als efectes desnaturalitzants de la deshidratació, fonamentalment a pH 7 (PIE), ja que es va observar una disminució de la solubilitat proteica a pH neutre després dels 2 processos tecnològics. La FC en pols presentava una màxima capacitat escumant al PIE de l'Hb. L'aplicació del tractament HHP produïa una disminució de la capacitat escumant de la FC en pols, però no tenia efectes negatius sobre l'estabilitat de l'escuma formada. Tampoc es van observar efectes negatius del tractament HHP sobre l'activitat emulsionant de l'Hb. La màxima activitat emulsionant de l'Hb s'aconseguia amb una concentració de FC en pols de l'1,5 % a pH 7 i de l'1 % a pH 4,5. Les pastes obtingudes per escalfament de la FC presentaven característiques molt diferenciades depenent del pH. A pH neutre es formaven unes pastes dures i consistents, mentre que a pH àcid les pastes eren poc consistents, molt adhesives i més elàstiques que les anteriors. Aquestes tenien una capacitat de retenció d'aigua molt superior que les de pH 7, en les quals l'aigua quedava retinguda per capil·laritat. La textura i capacitat de retenció d'aigua de les pastes tampoc eren afectades pel tractament HHP. El tractament HHP incrementava l'activitat de la Tripsina sobre l'Hb quan el substrat i l'enzim es tractaven conjuntament i afavoria el procés d'obtenció d'hidrolitzats descolorats a partir de la FC, la qual cosa permetia assolir el mateix grau de descoloració amb una dosi d'enzim inferior. El tractament d'hidròlisi de la FC amb la utilització combinada de Tripsina seguida d'un tractament amb Pepsina permetia l'obtenció d'un hidrolitzat proteic d'Hb descolorat i hidrolitzava completament la globina, donant lloc a 2 pèptids de 10,8 i 7,4 KDa. Val a dir que també produïa un 60 80 % de nitrogen soluble en TCA, constituït fonamentalment per pèptids petits i aminoàcids lliures. Els hidrolitzats trípsics i pèpsics d'Hb, obtinguts a partir de FC no pressuritzada i deshidratats per atomització a 180ºC, eren de color blanc i tenien un contingut en humitat del 4,7 %, un 84,2 % de proteïna i 9,7 % de sals minerals. El procés d'hidròlisi permetia una reducció considerable de la contaminació de la FC, obtenint un producte en pols amb uns recomptes totals de l'ordre de 102-103 ufc·g-1. Pel que fa a la funcionalitat dels hidrolitzats d'Hb deshidratats per atomització, aquests presentaven una elevada solubilitat proteica a pH 5 i 7 i romanien solubles després d'un escalfament a 80ºC durant 30 min. Tanmateix, aquesta hidròlisi afectava molt negativament la capacitat de mantenir escumes estables i l'activitat emulsionant.

Aislamiento, identificación y conservación de cultivos de bacterias lácticas antagonistas de microbiota contaminante de sangre de matadero

La sangre obtenida en el matadero es un producto altamente contaminado que requiere un procesamiento inmediato si se pretende utilizarla como insumo alimentario en la fabricación de productos destinados al consumo humano. Si bien es cierto que los sistemas de higienización podrían ser muy eficientes desde el punto de vista de calidad microbiológica, su instalación en la línea de sacrificio comportaría muchas dificultades desde el punto de vista técnico y en algún caso sería muy costoso. La bioconservación podría ser una alternativa para mejorar la calidad microbiológica de la sangre, alargar su vida útil y reducir las posibilidades de procesamiento inmediato. El presente estudio nos permitiría formular la posibilidad de aplicar la bioconservación en sangre de cerdo procedente de matadero industrial, utilizando bacterias ácido lácticas (BAL) como cultivo bioprotector, para lo cual se aislaron cepas de BAL autóctonas y se confeccionaron dos colecciones una de BAL mesófilas y otra de psicrótrofas. Se evaluó el potencial antagonista de la colección de BAL mesófilas y psicrótrofas a 30ºC y a 15ºC respectivamente frente a bacterias contaminantes habituales de este subproducto. Las BAL que demostraron antagonismo en placa (7,1% a 30ºC y 11% a 15ºC) fueron seleccionadas para evaluar el potencial antagonista en sangre, donde el efecto inhibitorio se vio favorecido por la adición de un 2% glucosa. S.aureus y P. fluorescens fueron los indicadores más inhibidos por las cepas mesófilas, en algunos casos con reducciones superiores a 7 unidades logarítmicas. En condiciones psicrótrofas la bacteria más sensible a la presencia de BAL fue Bacillus sp., donde 8 de las 11 BAL ensayadas permitieron reducciones superiores a 4 logs y 1cepa incluso superiores a 7 logs; se obtuvieron reducciones máximas de 3 logs de E.coli y Pseudomonas fue inhibida por todas las BAL ensayadas, en algún caso con reducciones superiores a 5 logs. Las 5 que cepas que presentaron el espectro de inhibición más amplio en condiciones mesófilas y 7 en condiciones psicrótrofas frente a los microorganismos indicadores contaminantes de sangre de matadero se identificaron mediante técnicas moleculares por comparación de la secuencias correspondientes al gen que codifica la síntesis de 16S ARNr (16S ADNr) con las secuencias publicadas en las bases de datos. De las 7 cepas antagonistas en condiciones psicrótrofas 5 se identificaron como Lactococcus garvieae y 2 como Enterococcus malodoratus/gilvius raffinosus. Todas las BAL con potencial antagonista en condiciones mesófilas pertenecían al género Lactobacillus, 3 de elllas se identificaron como Lactobacillus murinus/animalis y una se identificó como Lactobacillus reuteri. TA20 que tuvo un gran espectro de inhibición a ambas temperaturas se identificó como Lactococcus garvieae. En este estudio se evaluaron tres métodos de conservación a largo plazo de las cepas que mostraron potencial antagonista. Se comparó la liofilización, la atomización frente a la congelación a -80ºC que era método que se había utilizado hasta el momento para conservar ambas colecciones de BAL. En general, los métodos de deshidratación (atomización y liofilización) y mantenimiento en refrigeración a 5ºC de los cultivos deshidratados se han mostrado más eficaces que la congelación.

The effect of free Ca2+ on the heat stability and other characteristics of low-heat skim milk powder

Low-heat skim milk powder (SMP), reconstituted to 25% total solids, was found to have poor heat stability. This could be improved by reducing the free Ca2+ concentration to 1.14 mm, or lower, by the addition of either Amberlite IR-120 ion-exchange resin in its sodium form or tri-sodium citrate in skim milk prior to evaporation and spray drying. Reduction in Ca2+ concentration was accompanied by increases in pH, particle size, and kinematic viscosity, and by a reduction in zeta-potential and changes in colour. In-container sterilisation of the reconstituted powder increased particle size, zeta-potential, kinematic viscosity and a* and b* values. However. Ca2+ concentration, pH and whiteness decreased. This study elucidated the importance of Ca2+ concentration and pH on heat stability of low-heat SMP, suggesting that Ca2+ concentration and pH in bulk milk are useful indicators for ensuring that spray dried milk powder has good heat stability. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mechanisms of burst release from pH-responsive polymeric microparticles.

Microencapsulation of drugs into preformed polymers is commonly achieved through solvent evaporation techniques or spray drying. We compared these encapsulation methods in terms of controlled drug release properties of the prepared microparticles and investigated the underlying mechanisms responsible for the “burst release” effect. Using two different pH-responsive polymers with a dissolution threshold of pH 6 (Eudragit L100 and AQOAT AS-MG), hydrocortisone, a model hydrophobic drug, was incorporated into microparticles below and above its solubility within the polymer matrix. Although, spray drying is an attractive approach due to rapid particle production and relatively low solvent waste, the oil-in-oil microencapsulation method is superior in terms of controlled drug release properties from the microparticles. Slow solvent evaporation during the oil-in-oil emulsification process allows adequate time for drug and polymer redistribution in the microparticles and reduces uncontrolled drug burst release. Electron microscopy showed that this slower manufacturing procedure generated non-porous particles whereas thermal analysis and X-ray diffractometry showed that drug loading above the solubility limit of the drug in the polymer generated excess crystalline drug on the surface of the particles. Raman spectral mapping illustrated that drug was homogeneously distributed as a solid solution in the particles when loaded below saturation in the polymer with consequently minimal burst release.

Using pH abnormalities in diseased skin to trigger and target topical therapy

Abstract Purpose: The pH discrepancy between healthy and atopic dermatitis skin was identified as a site specific trigger for delivering hydrocortisone from microcapsules. Methods: Using Eudragit L100, a pH-responsive polymer which dissolves at pH 6, hydrocortisone-loaded microparticles were produced by oil-in-oil microencapsulation or spray drying. Release and permeation of hydrocortisone from microparticles alone or in gels was assessed and preliminary stability data was determined. Results: Drug release from microparticles was pH-dependent though the particles produced by spray drying also gave significant non-pH dependent burst release, resulting from their porous nature or from drug enrichment on the surface of these particles. This pH-responsive release was maintained upon incorporation of the oil-in-oil microparticles into Carbopol- and HPMC-based gel formulations. In-vitro studies showed 4 to 5-fold higher drug permeation through porcine skin from the gels at pH 7 compared to pH 5. Conclusions: Permeation studies showed that the oil-in-oil generated particles deliver essentially no drug at normal (intact) skin pH (5.0 – 5.5) but that delivery can be triggered and targeted to atopic dermatitis skin where the pH is elevated. The incorporation of these microparticles into Carbopol- and HPMC-based aqueous gel formulations demonstrated good stability and pH-responsive permeation into porcine skin.

Chitosan-based mucoadhesive tablets for oral delivery of ibuprofen

Chitosan and its half-acetylated derivative have been compared as excipients in mucoadhesive tablets containing ibuprofen. Initially the powder formulations containing the polymers and the drug were prepared by either co-spray drying or physical co-grinding. Polymer–drug interactions and the degree of drug crystallinity in these formulations were assessed by infrared spectroscopy and differential scanning calorimetry. Tablets were prepared and their swelling and dissolution properties were studied in media of various pHs. Mucoadhesive properties of ibuprofen-loaded and drug-free tablets were evaluated by analysing their detachment from pig gastric mucosa over a range of pHs. Greater polymer–drug interactions were seen for spray-dried particles compared to co-ground samples and drug loading into chitosan-based microparticles (41%) was greater than the corresponding half-acetylated samples (32%). Swelling and drug release was greater with the half-acetylated chitosan tablets than tablets containing the parent polymer and both tablets were mucoadhesive, the extent of which was dependent on substrate pH. The results illustrate the potential sustained drug delivery benefits of both chitosan and its half-acetylated derivative as mucoadhesive tablet excipients.