Microencapsulation of propolis extract by complex coacervation

The propolis has potential to be a natural food additive However its application is limited because It is alcohol-soluble and has strong flavour Microencapsulation may be an alternative for reducing these problems The aim of this study was to encapsulate propolis extract by complex coacervation using isolated soy protein and pectin as encapsulant agents The coacervation was studied as a function of pH (5 0 4 5 4 0 and 3 5) and the concentration of encapsulants and core (2 5 and 5 0 g/100 mL) Samples obtained at pH 4 0 in both concentrations were lyophilized and analyzed for hygroscopicity encapsulation efficiency particle size morphology thermal behavior stability of phenolic and flavonoids during storage as well as antioxidant and antimicrobial activities It was possible to encapsulate propolis extract by complex coacervation and to obtain it in the form of powder alcohol-free stable with antioxidant property antimicrobial activity against Staphylococcus aureus and with the possibility of controlled release in foods (C) 2010 Elsevier Ltd All rights reserved

Microencapsulation of herbicide MCPA with native beta-cyclodextrin and its methyl and hydroxypropyl derivatives: An experimental and theoretical investigation

When a pesticide is released into the environment, most of it is lost before it reaches its target. An effective way to reduce environmental losses of pesticides is by using controlled release technology. Microencapsulation becomes a promising technique for the production of controlled release agricultural formulations. In this work, the microencapsulation of chlorophenoxy herbicide MCPA with native b-cyclodextrin and its methyl and hydroxypropyl derivatives was investigated. The phase solubility study showed that both native and b-CD derivatives increased the water solubility of the herbicide and inclusion complexes are formed in a stoichiometric ratio of 1:1. The stability constants describing the extent of formation of the complexes have been determined by phase solubility studies. 1H NMR experiments were also accomplished for the prepared solid systems and the data gathered confirm the formation of the inclusion complexes. 1H NMR data obtained for the MCPA/CDs complexes disclosed noticeable proton shift displacements for OCH2 group and H6 aromatic proton of MCPA provided clear evidence of inclusion complexation process, suggesting that the phenyl moiety of the herbicide was included in the hydrophobic cavity of CDs. Free energy molecular mechanics calculations confirm all these findings. The gathered results can be regarded as an essential step to the development of controlled release agricultural formulations containing herbicide MCPA.

Microencapsulation technology: a powerful tool for human embryonic stem cells expansion and cryopreservation

Dissertation presented to obtain a Master degree in Biotechnology at the Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Study of membrane emulsification process as a pre-step for the microencapsulation of lipid compounds by spray drying

Dissertation presented to Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa for obtaining the master degree in Membrane Engineering

Microencapsulation of ellagic acid from pomegranate husk and karaya gum by spray drying

Objective: The aim of this study was to obtain and characterize microcapsules with Ellagic Acid (EA) from pomegranate as core material and Karaya Gum (KG) as wall material. Methods: EA was obtained from dry pomegranate peel powder via methanolysis and quantified by HPLC. Microcapsules were obtained preparing a dispersion containing KG and EA in phosphate buffer pH 8. The dispersion was processed in a spray dryer under specific conditions (inlet temperature at 150 °C, feed flow at 30% and aspirator at 100 %) for obtaining of microcapsules. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM) were used for characterization. Results: Obtained material contains 98.03±2.82 mg EA/g of pomegranate peel. FTIR showed that there were changes in the molecular structure of microcapsules referred to raw materials. SEM confirmed that particles obtained had micron-size (1-5 µm). DSC analysis showed that raw materials had glass transition temperatures of 79.58 and 83.41 °C and for microcapsules the value was67.25 °C. Conclusion: Methanolysis is a viable technique for the obtaining of EA from the peel of pomegranate. KG shows good potential for be used as wall material for EA microencapsulation.

Combined Electrostatic and Covalent Polymer Networks for Cell Microencapsulation

Two types of hydrogel microspheres have been developed. Fast ionotropic gelation of sodium alginate (Na-alg) in the presence of calcium ions was combined with slow covalent cross-linking of poly(ethylene glycol) (PEG) derivatives. For the first type, the fast obtainable Ca-alg hydrogel served as spherical matrix for the simultaneously occurring covalent cross-linking of multi-arm PEG derivative. A two-component interpenetrating network was formed in one step upon extruding the mixture of the two polymers into the gelation bath. For the second type, heterobifunctional PEG was grafted onto Na-alg prior to gelation. Upon extrusion of the polymer solution into the gelation bath, fast Ca-alg formation ensured the spherical shape and was accompanied by cross-linker-free covalent cross-linking of the PEG side chains. Thus, one-component hydrogel microspheres resulted. We present the physical properties of the hydrogel microspheres and demonstrate the feasibility of cell microencapsulation for both types of polymer networks.

Microencapsulation of pequi pulp by spray drying: use of modified starches as encapsulating agent

The aim of this study was to evaluate the microencapsulation of pequi pulp by spray drying. A central composite rotational design was used in order to evaluate the effect of the independent variables: inlet air temperature, surfactant concentration and modified starch concentration. The dependent variables were assumed as yield of the process and the product features microencapsulated. A selection of the best process condition was performed to obtain the best condition of a product with the highest vitamin C and carotenoids content. Powders showed moisture content below 2%. The experimental values of hygroscopicity, yield, water activity, total carotenoids and vitamin C powders ranged from 7.96 to 10.67 g of adsorbed water/100g of solids, 24.34 to 49.80%, 0.13 to 0.30, 145.78 to 292.11 mg of ascorbic acid/g of pequi solids and 15.51 to 123.42 mg of carotenoids/g of pequi solids, respectively. The inlet air temperature 140°C, the surfactant concentration of 2.5% and the modified starch concentration of 22.5% was recommended as the selected condition. By the scanning electron microscopy, it was observed that most of the particles had spherical shape and smooth surface.

Microencapsulation and tissue engineering as an alternative treatment of diabetes

In the 70's, pancreatic islet transplantation arose as an attractive alternative to restore normoglycemia; however, the scarcity of donors and difficulties with allotransplants, even under immunosuppressive treatment, greatly hampered the use of this alternative. Several materials and devices have been developed to circumvent the problem of islet rejection by the recipient, but, so far, none has proved to be totally effective. A major barrier to transpose is the highly organized islet architecture and its physical and chemical setting in the pancreatic parenchyma. In order to tackle this problem, we assembled a multidisciplinary team that has been working towards setting up the Human Pancreatic Islets Unit at the Chemistry Institute of the University of São Paulo, to collect and process pancreas from human donors, upon consent, in order to produce purified, viable and functional islets to be used in transplants. Collaboration with the private enterprise has allowed access to the latest developed biomaterials for islet encapsulation and immunoisolation. Reasoning that the natural islet microenvironment should be mimicked for optimum viability and function, we set out to isolate extracellular matrix components from human pancreas, not only for analytical purposes, but also to be used as supplementary components of encapsulating materials. A protocol was designed to routinely culture different pancreatic tissues (islets, parenchyma and ducts) in the presence of several pancreatic extracellular matrix components and peptide growth factors to enrich the beta cell population in vitro before transplantation into patients. In addition to representing a therapeutic promise, this initiative is an example of productive partnership between the medical and scientific sectors of the university and private enterprises.

Microencapsulation of babassu coconut milk

The objective of this study was to obtain babassu coconut milk powder microencapsulated by spray drying process using gum Arabic as wall material. Coconut milk was extracted by babassu peeling, grinding (with two parts of water), and vacuum filtration. The milk was pasteurized at 85 ºC for 15 minutes and homogenized to break up the fat globules, rendering the milk a uniform consistency. A central composite rotatable design with a range of independent variables was used: inlet air temperature in the dryer (170-220 ºC) and gum Arabic concentration (10-20%, w/w) on the responses: moisture content (0.52-2.39%), hygroscopicity (6.98-9.86 g adsorbed water/100g solids), water activity (0.14-0.58), lipid oxidation (0.012-0.064 meq peroxide/kg oil), and process yield (20.33-30.19%). All variables influenced significantly the responses evaluated. Microencapsulation was optimized for maximum process yield and minimal lipid oxidation. The coconut milk powder obtained at optimum conditions was characterized in terms of morphology, particle size distribution, bulk and absolute density, porosity, and wettability.

Développement de papier bioactif par couchage à grande échelle d’enzymes immobilisées par microencapsulation

L’objectif principal de cette recherche est de contribuer au développement de biocapteurs commerciaux utilisant des surfaces de papier comme matrices d’immobilisation, capables de produire un signal colorimétrique perceptible dans les limites sensorielles humaines. Ce type de biocapteur, appelé papier bioactif, pourrait servir par exemple à la détection de substances toxiques ou d’organismes pathogènes. Pour atteindre l’objectif énoncé, ce travail propose l’utilisation de systèmes enzymatiques microencapsulés couchés sur papier. Les enzymes sont des catalyseurs biologiques dotés d’une haute sélectivité, et capables d'accélérer la vitesse de certaines réactions chimiques spécifiques jusqu’à des millions des fois. Les enzymes sont toutefois des substances très sensibles qui perdent facilement leur fonctionnalité, raison pour laquelle il faut les protéger des conditions qui peuvent les endommager. La microencapsulation est une technique qui permet de protéger les enzymes sans les isoler totalement de leur environnement. Elle consiste à emprisonner les enzymes dans une sphère poreuse de taille micrométrique, faite de polymère, qui empêche l’enzyme de s’echapper, mais qui permet la diffusion de substrats à l'intérieur. La microencapsulation utilisée est réalisée à partir d’une émulsion contenant un polymère dissous dans une phase aqueuse avec l’enzyme désirée. Un agent réticulant est ensuite ajouté pour provoquer la formation d'un réseau polymérique à la paroi des gouttelettes d'eau dans l'émulsion. Le polymère ainsi réticulé se solidifie en enfermant l’enzyme à l'intérieur de la capsule. Par la suite, les capsules enzymatiques sont utilisées pour donner au papier les propriétés de biocapteur. Afin d'immobiliser les capsules et l'enzyme sur le papier, une méthode courante dans l’industrie du papier connu sous le nom de couchage à lame est utilisée. Pour ce faire, les microcapsules sont mélangées avec une sauce de couchage qui sera appliquée sur des feuilles de papier. Les paramètres de viscosité i de la sauce et ceux du couchage ont été optimisés afin d'obtenir un couchage uniforme répondant aux normes de l'industrie. Les papiers bioactifs obtenus seront d'abord étudiés pour évaluer si les enzymes sont toujours actives après les traitements appliqués; en effet, tel que mentionné ci-dessus, les enzymes sont des substances très sensibles. Une enzyme très étudiée et qui permet une évaluation facile de son activité, connue sous le nom de laccase, a été utilisée. L'activité enzymatique de la laccase a été évaluée à l’aide des techniques analytiques existantes ou en proposant de nouvelles techniques d’analyse développées dans le laboratoire du groupe Rochefort. Les résultats obtenus démontrent la possibilité d’inclure des systèmes enzymatiques microencapsulés sur papier par couchage à lame, et ce, en utilisant des paramètres à grande échelle, c’est à dire des surfaces de papier de 0.75 x 3 m2 modifiées à des vitesses qui vont jusqu’à 800 m/min. Les biocapteurs ont retenu leur activité malgré un séchage par évaporation de l’eau à l’aide d’une lampe IR de 36 kW. La microencapsulation s’avère une technique efficace pour accroître la stabilité d’entreposage du biocapteur et sa résistance à l’exposition au NaN3, qui est un inhibiteur connu de ce biocapteur. Ce projet de recherche fait partie d'un effort national visant à développer et à mettre sur le marché des papiers bioactifs; il est soutenu par Sentinel, un réseau de recherche du CRSNG.

Development of an enzyme immobilization platform based on microencapsulation for paper-based biosensors

Un papier bioactif est obtenu par la modification d’un papier en y immobilisant une ou plusieurs biomolécules. La recherche et le développement de papiers bioactifs est en plein essor car le papier est un substrat peu dispendieux qui est déjà d’usage très répandu à travers le monde. Bien que les papiers bioactifs n’aient pas connus de succès commercial depuis la mise en marche de bandelettes mesurant le taux de glucose dans les années cinquante, de nombreux groupes de recherche travaillent à immobiliser des biomolécules sur le papier pour obtenir un papier bioactif qui est abordable et possède une bonne durée de vie. Contrairement à la glucose oxidase, l’enzyme utilisée sur ces bandelettes, la majorité des biomolécules sont très fragiles et perdent leur activité très rapidement lorsqu’immobilisées sur des papiers. Le développement de nouveaux papiers bioactifs pouvant détecter des substances d’intérêt ou même désactiver des pathogènes dépend donc de découverte de nouvelles techniques d’immobilisation des biomolécules permettant de maintenir leur activité tout en étant applicable dans la chaîne de production actuelle des papiers fins. Le but de cette thèse est de développer une technique d’immobilisation efficace et versatile, permettant de protéger l’activité de biomolécules incorporées sur des papiers. La microencapsulation a été choisie comme technique d’immobilisation car elle permet d’enfermer de grandes quantités de biomolécules à l’intérieur d’une sphère poreuse permettant leur protection. Pour cette étude, le polymère poly(éthylènediimine) a été choisi afin de générer la paroi des microcapsules. Les enzymes laccase et glucose oxidase, dont les propriétés sont bien établies, seront utilisées comme biomolécules test. Dans un premier temps, deux procédures d’encapsulation ont été développées puis étudiées. La méthode par émulsion produit des microcapsules de plus petits diamètres que la méthode par encapsulation utilisant un encapsulateur, bien que cette dernière offre une meilleure efficacité d’encapsulation. Par la suite, l’effet de la procédure d’encapsulation sur l’activité enzymatique et la stabilité thermique des enzymes a été étudié à cause de l’importance du maintien de l’activité sur le développement d’une plateforme d’immobilisation. L’effet de la nature du polymère utilisé pour la fabrication des capsules sur la conformation de l’enzyme a été étudié pour la première fois. Finalement, l’applicabilité des microcapsules de poly(éthylèneimine) dans la confection de papiers bioactifs a été démontré par le biais de trois prototypes. Un papier réagissant au glucose a été obtenu en immobilisant des microcapsules contenant l’enzyme glucose oxidase. Un papier sensible à l’enzyme neuraminidase pour la détection de la vaginose bactérienne avec une plus grande stabilité durant l’entreposage a été fait en encapsulant les réactifs colorimétriques dans des capsules de poly(éthylèneimine). L’utilisation de microcapsules pour l’immobilisation d’anticorps a également été étudiée. Les avancées au niveau de la plateforme d’immobilisation de biomolécules par microencapsulation qui ont été réalisées lors de cette thèse permettront de mieux comprendre l’effet des réactifs impliqués dans la procédure de microencapsulation sur la stabilité, l’activité et la conformation des biomolécules. Les résultats obtenus démontrent que la plateforme d’immobilisation développée peut être appliquée pour la confection de nouveaux papiers bioactifs.

Microencapsulation of probiotics for gastrointestinal delivery

The administration of probiotic bacteria as nutraceuticals is an area that has rapidly expanded in recent years, with a global market worth $32.6 billion predicted by 2014. Many of the health promoting claims attributed to these bacteria are dependent on the cells being both viable and sufficiently numerous in the intestinal tract. The oral administration of most bacteria results in a large loss of viability associated with passage through the stomach, which is attributed to the high acid and bile salt concentrations present. This loss of viability effectively lowers the efficacy of the administered supplement. The formulation of these probiotics into microcapsules is an emerging method to reduce cell death during GI passage, as well as an opportunity to control release of these cells across the intestinal tract. The majority of this technology is based on the immobilization of bacteria into a polymer matrix, which retains its structure in the stomach before degrading and dissolving in the intestine, unlike the diffusion based unloading of most controlled release devices for small molecules. This review shall provide an overview of progress in this field as well as draw attention to areas where studies have fallen short. This will be followed by a discussion of emerging trends in the field, highlighting key areas in which further research is necessary.

Microencapsulation of a synbiotic into PLGA/alginate multiparticulate gels

Probiotic bacteria have gained popularity as a defence against disorders of the bowel. However, the acid sensitivity of these cells results in a loss of viability during gastric passage and, consequently, a loss of efficacy. Probiotic treatment can be supplemented using ‘prebiotics’, which are carbohydrates fermented specifically by probiotic cells in the body. This combination of probiotic and prebiotic is termed a ‘synbiotic’. Within this article a multiparticulate dosage form has been developed, consisting of poly(d,l-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) microcapsules containing prebiotic Bimuno™ incorporated into an alginate–chitosan matrix containing probiotic Bifidobacterium breve. The aim of this multiparticulate was that, in vivo, the probiotic would be protected against gastric acid and the release of the prebiotic would occur in the distal colon. After microscopic investigation, this synbiotic multiparticulate was shown to control the release of the prebiotic during in vitro gastrointestinal transit, with the release of galacto-oligosaccharides (GOS) initially occurred over 6 h, but with a triphasic release pattern giving further release over 288 h. Encapsulation of B. breve in multiparticulates resulted in a survival of 8.0 ± 0.3 log CFU/mL cells in acid, an improvement over alginate–chitosan microencapsulation of 1.4 log CFU/mL. This was attributed to increased hydrophobicity by the incorporation of PLGA particles.