The Production, Characterization, and the Stability of Carotenoids Loaded in Lipid-Core Nanocapsules.

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Lipid core nanocapsules-loaded tacrolimus: Development and evaluation of quality parameters

This study aimed to revalidate an HPLC-based analytical methodology to determine  tacrolimus within lipid-core nanocapsules and to evaluate the quality of such nanosystems. Chromatographic separation was achieved by employing a C18 column as a stationary phase and a ternary mixture of acetonitrile: water: phosphoric acid (700:299:1 v/v) as the mobile phase. The revalidated method proved to be linear in the range of 1-60 µg.mL−1 for tacrolimus (r2 >0.999). Detection and quantification limits were 45.38 ng.mL-1 and 137.51 ng.mL-1, respectively, which assures the methodology sensitivity. The method was also precise (RSD = 1.78% between samples). Besides, the methodology demonstrated accuracy and robustness. The lipid-core nanocapsules-loaded tacrolimus showed exclusively nanosized particles (±190 nm and polydispersity index of ≤v0.2), negative zeta potential (-13.67±1.16), and slightly acidic pH (5.58 ± 0.06), with a content of 98.90±2.32%  and encapsulation rate of 99.23±0.32%.  Tacrolimus-loaded in lipid-core nanocapsules-loaded tacrolimus showed stability for at least 30 days at room temperature and a sustained release profile compared to the drug in solution

Desenvolvimento e avaliação da estabilidade de nanocapsulas de luiteína

Os carotenoides são pigmentos amplamente distribuídos na natureza e estão presentes, em sua maioria, nos tecidos vegetais. Nos últimos anos, diversos estudos sugerem que o consumo de frutas e verduras com elevado teor destes compostos bioativos, está associado à diminuição da incidência de algumas doenças em seres humanos. No entanto, os carotenoides apresentam algumas características indesejáveis como a instabilidade frente à luz, ao calor e ao oxigênio, além da insolubilidade em meio aquoso, o que os torna, sob certo aspecto, inviáveis para a utilização em formulações alimentares e farmacêuticas. Neste contexto, o presente estudo desenvolveu nanocápsulas poliméricas, contendo luteína, com o objetivo de melhorar a solubilidade e estabilidade deste carotenoide. As nanocápsulas de luteína foram desenvolvidas pela técnica de deposição interfacial do polímero pré-formado poli (e-caprolactona). Os cristais de luteína foram obtidos a partir de flores de Tagetes patula por extração exaustiva usando tetrahidrofurano para obtenção de luteína 92% pura. Paralelamente, os ésteres de luteína foram extraídos utilizando-se um sistema de extração com fluido supercrítico de CO2 e etanol a 10%. As nanocápsulas foram preparadas, caracterizadas e sua estabilidade investigada. Os resultados mostraram distribuição de tamanho monomodal com índice de polidispersão de 0,11 ± 0,02, diâmetro médio de 191,90 ± 3,24 nm, potencial zeta de –5,14 ± 2,22 mV e eficiência de encapsulação de 99,51%. As propriedades físico-químicas da suspensão de nanocápsulas poliméricas foram avaliadas em função do tempo de armazenamento para determinar a estabilidade da formulação. Após 60 dias de armazenamento (4 °C), a nanocápsula manteve-se estável, sem alterações significativas no diâmetro e cor (p ≥ 0,05); e o conteúdo residual de luteína foi de 36% em relação ao valor inicial. No entanto, a nanocápsula armazenada a 25 °C apresentou alterações no potencial zeta, pH, valores de cor e conteúdo residual ao longo do tempo, quando comparada às nanocápsulas armazenadas a 4 °C. O teor de luteína nas nanocápsulas após 90 dias de armazenamento a 4 °C e 25 °C apresentou valores superiores aos da luteína livre, após 30 dias de armazenamento nas mesmas condições. Outro estudo realizado neste trabalho foi a avaliação da estabilidade da luteína (92% de pureza) nas nanocápsulas produzidas, durante fotossensibilização (5-25 °C) e aquecimento (70-90 °C) em sistema modelo. Durante a fotossensibilização e aquecimento, a luteína nanoencapsulada exibiu energia de ativação (Ea) de 24,67 kcal/mol e 9,96 Kcal/mol, respectivamente, e estes valores foram superiores aos valores para luteína livre relatados em outros estudos para ambos os experimentos. Assim, a nanoencapsulação permitiu a solubilização da luteína em meio aquoso, aumentou a estabilidade da luteína frente ao tratamento térmico e radiação luminosa.Carotenoids are pigments widely distributed in nature and are mostly present in plant tissues. In recent years, several studies have suggested that the consumption of fruits and vegetables with a high content of these bioactive compounds are associated with a decrease in the incidence of some diseases in humans. However, carotenoids exhibit some undesirable characteristics such as instability against light, heat and oxygen, as well as insolubility in aqueous media, which makes them in some ways unviable for use in food and pharmaceutical formulations. In this context, the present study developed polymeric nanocapsules, containing lutein, with the aim of improving the solubility and stability of this carotenoid. Lutein nanocapsules were developed by the technique of interfacial deposition of the preformed polymer poly-ɛ-caprolactone. The lutein crystals were obtained from Marigold flowers by exhaustive extraction using tetrahydrofuran to obtention of lutein 92 % pure. In parallel, the lutein esters were extracted using a supercritical fluid extraction system with CO2 and ethanol 10%. The nanocapsules were prepared, characterized and their stability investigated. The results showed monomodal size distribution with polydispersity index of 0.11 ± 0.02, z-average of 191.90 ± 3.24 nm, zeta potential of –5.14 ± 2.22 mV and encapsulation efficiency of 99.51%. The physicochemical properties of polymeric nanocapsules suspension were evaluated in function of storage time to determine the formulation stability. After 60 days of storage (4 °C) the nanocapsules were stable without significant changes in diameter and color (p ≥ 0.05); and residual content of lutein was 36 % relative to initial value. However, nanocapsules stored at 25 °C presented changes in zeta potential, pH, color values and residual content over time when compared to nanocapsules stored at 4 °C. Lutein content in the nanocapsules after 90 days of storage at 4 °C and 25 °C presented superior values than free lutein after 30 days of storage in same conditions. Thus, the nanoencapsulation allowed the solubilization of lutein in aqueous medium and increased the stability of lutein in different temperatures. Another study carried out in this work was to evaluate the stability of lutein (92% of purity) in lipid-core nanocapsules, prepared by interfacial deposition of preformed polymer, during photosensitization (5-25 °C) and heating (70-90 °C). During photosensitization and heating, nanocapsules exhibited activation energy (Ea) of 24.67 kcal/mol and 9.96 Kcal/mol, respectively, and these values to nanocapsules were superior than free lutein values reported in other studies for both experiments. The results obtained in this study suggest that nanotechnology can improve the stability of lutein. Thus, the nanoencapsulation allowed the solubilization of lutein in aqueous medium, increased the stability of lutein against heat treatment and light radiation

Filmes ativos à base de acetato de celulose com adição de licopeno, norbixina ou zeaxantina

O desenvolvimento de filmes a partir de diferentes biopolímeros vem sendo estudado para substituir ou diminuir o uso de polímeros sintéticos e embalagens plásticas convencionais, associado ao interesse de aumentar a estabilidade dos alimentos a partir da adição de compostos bioativos à matriz polimérica. Nesse contexto, o acetato de celulose foi utilizado para produzir filmes ativos com diferentes carotenoides (licopeno, norbixina e zeaxantina). Os filmes foram obtidos a partir da técnica de casting e avaliou-se a influência da incorporação de diferentes concentrações dos carotenoides (0,03%; 0,05% e 0,1% em relação ao peso do polímero seco) em suas propriedades. Independente do pigmento adicionado os filmes apresentaram espessura média de 0,0405 mm, com aspecto visual uniforme, flexível e cor variando entre amarelo e laranja. As concentrações de 0,05% e 0,1% de licopeno ou zeaxantina modificaram as propriedades mecânicas (aumento da resistência à tração e alongamento na ruptura) e conferiu maior barreira ao vapor de água. Este comportamento foi associado ao efeito plastificante à matriz polimérica e caráter hidrofóbico destes dois carotenoides, quando comparados à adição de norbixina. Contudo, a adição de 0,1% de todos os carotenoides proporcionou filmes com maior intensidade de cor, opacidade e barreira à transmissão de luz. Assim, a maior concentração (0,1%) para os três carotenoides foi a selecionada para a caracterização dos filmes. O efeito plastificante do licopeno e da zeaxantina à matriz polimérica também foi observado através da mudança da temperatura de transição vítrea (Tg). Além disso, todos os filmes ativos aumentaram a estabilidade oxidativa do óleo de girassol armazenado sob condições aceleradas para degradação, com destaque para a adição de norbixina que mostrou menor velocidade para a formação de produtos primários e secundários de oxidação. Os resultados obtidos mostraram que as condições de armazenamento (luz e temperatura) podem influenciar nos parâmetros cinéticos e de estabilidade dos antioxidantes naturais, assim como nas propriedades dos filmes. A estabilidade entre os carotenoides se deu na seguinte ordem: norbixina > licopeno > zeaxantina. A difusão dos antioxidantes para o simulante de alimentos (etanol 95%) foi modificada de acordo com a temperatura avaliada (25 ºC e 40 ºC), com liberação rápida e sustentada durante 10 dias em ambos os tratamentos. A elevada intensidade de cor dos filmes proporcionou maior barreira à fotodegradação e melhor estabilidade da riboflavina (vitamina B2) quando armazenada sob alta intensidade de luz. O uso de acetato de celulose como polímero e a adição de carotenoides possibilitaram a obtenção de embalagens biodegradáveis ativas com potencial aplicação para aumentar a vida útil de alimentos susceptíveis às reações de degradação induzidas por diferentes fatores.The development of films from different biopolymers has been studied to replace or reduce the use of synthetic polymers and conventional plastic packaging, associated with the addition of bioactive compounds to the polymer matrix to increase food stability. In this context, cellulose acetate was used to produce active films with different carotenoids (lycopene, norbixin and zeaxanthin). The films were obtained using the casting technique and the influence of the incorporation of different concentrations of carotenoids (0.03 %, 0.05 % and 0.1 % in relation to the dry polymer weight) on their properties was evaluated. Regardless of the pigment added, the films had an average thickness of 0.0405 mm, with a uniform visual appearance, flexible and color ranging from yellow to orange. Concentrations of 0.05% and 0.1% of lycopene or zeaxanthin modified the mechanical properties (increased tensile strength and elongation at break) and provided a greater barrier to water vapor permeability. This behavior was associated with the plasticizer effect on the polymer matrix and hydrophobic character of these two carotenoids, when compared to the addition of norbixin. However, the addition of 0.1% of all carotenoids provided films with greater color intensity, opacity and barrier to light transmission. Thus, the highest concentration (0.1%) for the three carotenoids was selected for the characterization of the films. The plasticizing effect of lycopene and zeaxanthin to the polymeric matrix was also observed by changing the glass transition temperature (Tg). In addition, all active films increased the oxidative stability of sunflower oil stored under accelerated conditions for degradation, with emphasis on the addition of norbixin, which showed lower speed for the formation of primary and secondary oxidation products. The results obtained showed that storage conditions (light and temperature) can influence the kinetic and stability parameters of natural antioxidants, as well as the properties of the films. The stability between the pigments has been described in the following order: norbixin > lycopene > zeaxanthin. The diffusion of antioxidants to the food simulant (95% ethanol) was modified according to the evaluated temperature (25 ºC and 40 ºC), with rapid and sustained release for 10 days in both treatments. The high color intensity of the films provided a greater barrier to photodegradation and better stability of riboflavin (vitamin B2) when stored under high light intensity. The use of cellulose acetate and the incorporation of carotenoids made it possible to obtain active biodegradable packaging with potential application to increase the shelf life of foods susceptible to degradation reactions induced by different factors