Изследователска статия том 5 брой 3

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

1 Национален университет, Коста Рика
2 Национална лаборатория по нанотехнология LANOTEC-CeNATCONARE, Коста Рика

Кореспонденция:

Получено: 01 април 2019 г. | Публикувано: 7 май 2019 г.

Цитат: Alpizar-Vargas L, Zúñiga-Montero C, Rodríguez-Murillo A, et al. Нутрицевтици: дефиниция, прилагано наноинженерство при тяхното производство и приложения. Int J Biosen Bioelectron. 2019; 5 (3): 56-61. DOI: 10.15406/ijbsbe.2019.05.00154

Заден план: Нутрицевтиците могат да бъдат определени като хранителни компоненти, които осигуряват терапевтични или физиологични ползи извън основните хранителни нужди и включват широк спектър от съединения. Те обаче показват много ниска бионаличност поради ограничена биодостъпност, лоша абсорбция и/или химическа трансформация в стомашно-чревния тракт. Това прави техните ползи за здравето изключително трудни за реализиране от потребителите. Настоящият преглед показва процеса на наноинженеринг, включен в тяхното производство, като се започне от материалите, използвани при капсулирането, процеса на нанокапсулиране, основните използвани техники на капсулиране и функцията на липидите, въглехидратите и протеините при нанокапсулирането. Освен това, този преглед дава последните нововъведения и приложения, известни с използване на хранителни вещества.

Ключови думи: нутрицевтици, нанокапсулация, приложения, здраве, наноинженерство

Наноинженерство в производството на хранителни вещества

Основните изследователски дейности на интегративното нанобиоинженерство имат за цел да комбинират различни дисциплини в нанотехнологиите като материални науки и микросистемни технологии с науки за живота. Това ще насърчи развитието на иновативни терапии и диагностични методи. 7 Нанотехнологичните платформи се използват широко за създаване на системи за доставка на биоактивни природни продукти и хранителни вещества с лоша разтворимост във вода. 8

Процес на нанокапсулиране

Основни техники за нанокапсулиране

Липиди

хранителни

Фигура 1 Капсулиране на разтворими в липиди молекули (хидрофобни) във вътрешността на липидната фаза и водоразтворими съединения (хидрофилни) във водната фаза на нанолипозома. 22.

Сред споменатите липидни наночастици SLN съдържат липидни капчици, които са напълно кристализирани и имат организирана кристална структура с биоактивни компоненти, разположени в липидната матрица (Фигура 2). SLN са нови наночастични носители, разработени за преодоляване на недостатъците на други носители, базирани на нанолипиди, като нанолипозоми, наноемулсии и др. 32 Някои от предимствата на използването на SLN са: висока ефективност на захващане, органичните разтворители не се използват в производствените методи, евтини и прости, поради което SLN представляват възможност за широкомащабно производство, способно да защити основната биоактивна съединения (както липофилни, така и хидрофилни) срещу външни тежки условия, накрая SLN могат да се използват както в течни, така и в твърди хранителни продукти. 33 Някои недостатъци на наличните SLN са: възможен феномен на желиране, неочаквани преходи в кристални структури на мазнини, водещи до изтласкване на ядрени материали по време на съхранение, сглобяване и растеж на частици, нисък капацитет за включване на биоактивни вещества в наночастиците. 32

Фигура 2 Схематично представяне на SLN. 32

Въглехидрати

Системите за доставка, базирани на полизахариди, са подходящи за много индустриални приложения, тъй като са биосъвместими, биоразградими и имат голям потенциал да бъдат модифицирани, за да се постигнат необходимите свойства. Системите за доставка на базата на въглехидрати могат да взаимодействат с широк спектър от биоактивни съединения чрез техните функционални групи, което ги прави универсални носители, които свързват и улавят различни биоактивни хранителни съставки, хидрофилни и хидрофобни. 17 От друга страна, те се считат за подходяща обвивка при високотемпературни процеси, поради тяхната температурна стабилност в сравнение с липидни или протеинови системи за доставка, които се топят или денатурират. Основните системи за доставка, базирани на въглехидрати, са: сушене чрез пулверизиране, коацервация, електропредене, електропътека, свръхкритична течност, емулсия-дифузия, обърнати мицели, коалесценция на емулсионни капчици, изпаряване на емулсионни разтворители, осоляване, ултразвук и хомогенизация високо налягане. По-долу са дадени някои от техниките, споменати по-горе. 24

Системите за доставка трябва да бъдат проектирани да предпазват хранителните вещества по време на обработката, съхранението и транспортирането от неблагоприятни фактори като нежелани взаимодействия с други хранителни съставки, рН, светлина, температура или кислород. 11 По-долу са описани някои от основните фактори, които могат да повлияят на нанокапсулацията:

Емулсии и разтворители

Ако техниките се нуждаят от приготвяне на емулсии и използване на разтворители, беше забелязано, че количеството разтворители, както и методът, използван за тяхното изпаряване, влияят върху крайните характеристики на получените капсули. Когато избраният метод съдържа параметрите на емулсия-разтворител и изпаряване/екстракция. Стабилността на емулсията вода-в-масло е критичен фактор за доброто усвояване на активния принцип. Когато първата емулсия е нестабилна, ефективността на микрокапсулацията е ниска, тъй като водната фаза има тенденция да излиза с непрекъснатата фаза на друга капсула. 34

pH ефект

Забелязано е, че рН също влияе върху капацитета на капсулиране и крайния размер на получените капсули. Проучванията показват, че по време на процеса на коацервация размерите на частиците могат да се променят, ако стойността на рН се промени, тъй като плътността се променя на гелевия заряд (положителен, неутрален или отрицателен), което води до свиване или разширяване на молекулите като функция на интра молекулни сили на отблъскване (Gonçalves et al; 2018). Използвайки също техниката на йонно желиране, рН вероятно повлиява разтворимостта на протеина, което позволява по-добро взаимодействие с полимера, като се получава по-високо съдържание на капсулиран хидролизат. 35

Полимер: концентрация и характеристики

Естественото нишесте няма емулгиращо свойство и е предимно хидрофилно, което продължава приложението му за капсулиране на хидрофобни биоактивни съединения. Следователно, модифицираните нишестета (омрежени, окислени, ацетилирани, хидроксипропилирани) се произвеждат чрез промяна на химичните структури чрез химични, биохимични, физични и/или ензимни методи с цел подобряване на функционалността и разширяване на търговската приложимост. 24,36

Температурен ефект

Пример, температурният ефект върху желиращия разтвор може да се контролира, за да се насърчи установяването на топлина или студеното желиране на определени биополимери. Този подход може да се използва за образуване на топчета от желатинов хидрогел чрез инжектиране на горещо желатинов разтвор в студена среда. При високи температури желатиновите молекули имат конформация на произволна намотка, но при охлаждане под критична температура образуват спирални области, които действат като напречни връзки между различни молекули чрез водородна връзка. 37 Обратно, кълбовидните протеини (като тези от суроватка, яйце или соя) могат да бъдат гелирани, като ги нагреят над температурата им на термична денатурация, за да се разгърнат и свържат чрез хидрофобно привличане и образуване на дисулфидна връзка. 38,39

Приложения на Nutraceutical

Регулаторните учени, работещи за различни законодателни рамки, очертаха редица важни информационни изисквания, позволяващи оценка на качеството и безопасността на продуктите, базирани на нанотехнологии. Наночастиците, създадени с хранителни продукти, могат да се използват за подобряване на оралната бионаличност на хранителни вещества, което може да подобри потенциалните им ползи за здравето при хората. Системите за доставка трябва да бъдат проектирани да модулират биодостъпността, абсорбцията или профила на трансформация на нутрицевтици в стомашно-чревния тракт, повишавайки тяхната бионаличност и следователно ползите за тяхното здраве. Напредъкът се постига чрез прехвърляне на знанията от фармацевтичните приложения, включително използването на нано системи за доставка, подобрители на абсорбцията или помощни вещества, за които е доказано, че подобряват разтворимостта, стабилността или пропускливостта на хранителните вещества. Все още обаче има някои предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени.