Development of lipid-based nanosystems using biosurfactants for encapsulation of vitamins
| Autor: | Azevedo, Maria Alexandra Barroso |
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| Přispěvatelé: | Teixeira, J. A., Pastrana, Lorenzo Miguel, Cerqueira, Miguel Ângelo Parente Ribeiro, Universidade do Minho |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2022 |
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| Popis: | Tese de doutoramento em Ciência e Tecnologia Alimentar e Nutrição Para a indústria alimentar é importante reduzir as limitações relacionadas com a incorporação de vitaminas e melhorar sua eficiência. A nanoencapsulação surge como uma solução promissora, sendo os nanosistemas lipídicos uma boa alternativa devido às suas características únicas. Além disso, a substituição dos surfactantes de origem petroquímica por biosurfactantes apresenta-se como uma forma de melhorar e trazer novas propriedades aos nanosistemas lipídicos. Desta forma, o objetivo principal desta tese de doutoramento foi desenvolver três nanosistemas lipídicos (nanoemulsões (NEs), nanopartículas lipídicas sólidas (SLNs) e “veículos” lipídicos nanoestruturados (NLCs)) utilizando um biossurfactante (ramnolípidos), pressupondo o seu uso na indústria alimentar. Além disso, a caracterização, o comportamento em condições gastrointestinais e a avaliação da toxicidade in vitro foram também avaliados. Foram produzidos ramnolípidos com a estirpe Pseudomonas aeruginosa usando dois subprodutos agroindustriais como substratos. As suas características foram avaliadas sendo semelhantes aos ramnolípidos comerciais usados. Inicialmente, foram desenvolvidos NLCs utilizando ramnolípidos como surfactante e diferentes formulações de NLCs foram desenvolvidas com sucesso. A caracterização mostrou que a estabilidade e cristalinidade dos NLCs foram controladas pela composição da sua fase lipídica. A vitamina D3 (VD3) foi encapsulada nos NLCs e as suas propriedades não mudaram quando comparadas com os NLCs sem VD3. Além disso, a avaliação da citotoxicidade de NLCs+VD3 revelou que concentrações iguais ou inferiores a 0,25 mg /mL não provocaram efeitos na atividade metabólica das células Caco-2 e mostraram uma boa biocompatibilidade in vitro. A digestão lipídica também foi avaliada e verificou-se uma influência do tamanho e da composição dos NLCs. NEs e SLNs, com e sem VD3, também foram desenvolvidos, caracterizados e comparados com os NLCs. Em geral, o estado físico e a composição influenciaram as suas características físico-químicas, propriedades térmicas, estabilidade, bioacessibilidade, toxicidade e comportamento gastrointestinal. Comparando os três nanosistemas lipídicos, os NLCs exibiram uma melhor estabilidade ao longo do tempo, não exibiram citotoxicidade e apresentaram uma melhor estabilidade e bioacessibilidade de VD3 durante a digestão in vitro, revelando uma digestão dos lípidos quase completa. Concluindo, é possível usar ramnolípidos para produzir nanosistemas lipídicos obtendo boas propriedades, sendo uma solução promissora para a indústria alimentar. For the food industry, it is important to reduce the limitations regarding vitamins incorporation and to improve their biological efficiency. Their nanoencapsulation arises as a promising solution being the lipidbased nanosystems a good alternative due to their unique features. Besides that, the replacement of surfactants from petrochemical sources by biosurfactants is presented as a way to improve and bring new properties to lipid-based nanosystems. With this in mind, the main objective of this PhD thesis was to develop three lipid-based nanosystems (nanoemulsions (NEs), solid lipid nanoparticles (SLNs) and nanostructured lipid carriers (NLCs)) using a biosurfactant (rhamnolipids), foreseeing their use in the food industry. Furthermore, the full characterization, their behavior in gastrointestinal conditions and the evaluation of their toxicity in vitro were also evaluated. The production of rhamnolipids with Pseudomonas aeruginosa strain with two agro-industrial by-products as substrates was done. Their characteristics were also evaluated being similar to commercial rhamnolipids used. Initially, rhamnolipids were used as surfactant and different formulations of NLCs were successfully developed. The characterization showed that NLCs’ stability and crystallinity were controlled by the lipid phase composition. The vitamin D3 (VD3) was encapsulated into NLCs and NLCs’ properties did not change when compared with unloaded NLCs. Moreover, the cytotoxicity assessment of NLCs+VD3 revealed that concentrations equal or less than 0.25 mg/mL do not have an effect on the metabolic activity of Caco-2 cells and demonstrate a good biocompatibility in vitro. The lipid digestion was also evaluated and it was influenced by the NLCs sizes and their composition. The NEs and SLNs, loaded and unloaded with VD3, were also developed, characterized and compared with NLCs. In general, the physical state and composition influenced their physicochemical characteristics, thermal properties, stability, bioaccessibility, cytotoxicity and gastrointestinal behavior. Comparing the three lipid-based nanosystems, the NLCs exhibited better stability over time, did not exhibit cytotoxicity and presented better stability and VD3 bioaccessibility during the in vitro digestion, revealing that the digestible lipids were almost fully digested. In conclusion, it is possible to use rhamnolipids to produce lipid-based nanosystems with good properties, showing a good and promising solution for the food industry. A elaboração deste trabalho foi suportada por uma bolsa de doutoramento financiada pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) com a referência SFRH/BD/123364/2016 no âmbito do financiamento estratégico da unidade UID/BIO/04469/2013, COMPETE 2020 (POCI-01-0145-FEDER- 006684) e BioTecNorte (NORTE-01-0145-FEDER-000004) financiada pelo Fundo de Desenvolvimento Regional Europeu no âmbito do Norte2020 - Programa Operacional Regional do Norte. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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