Pepsina capturada en gránulos gelificados de κ-carragenato reticulados mediante actividad ionotrópica para una mejora de la estabilidad: Optimización y caracterización fisicoquímica mediante el diseño de Box-Behnken

Abstract

This work examines the infl uence of process parameters, namely κ-carrageenan concentration, potassium chloride concentration,and hardening time, on pepsin entrapped in ionotropically crosslinked κ-carrageenan beads for improvementof its stability using response surface methodology. A Box-Behnken design was employed to investigate the effect ofprocess variables on the entrapment, time required for 50% enzyme release (T50), time required for 90% enzyme release(T90), and particle size. The beads were prepared by dropping the κ-carrageenan containing pepsin into a magneticallystirred potassium chloride solution. In vitro enzyme release profi le of the beads was fi tted to various release kineticsmodels in order to understand the release mechanism. Topographical characterization was carried out by SEM, andentrapment was confi rmed by FTIR and DSC. Stability testing was carried out according to the ICH guidelines forzones III and IV. A polymeric matrix prepared by 3.0% w/v κ-carrageenan and 0.3 M potassium chloride using theionotropic gelatin method, with a hardening time of 10 min resulted in the production of beads characterized by aspherical disk shaped with a collapsed center, an absence of aggregates, an entrapment of more than 80%, and a T90of less than 40 min. The shelf-life of the pepsin-loaded beads was found to increase to 3.24 years compared with 0.97years for the conventional formulation. It can be inferred that the proposed methodology can be used to prepare pepsinloadedκ-carrageenan beads for stability improvement. In addition, the proper selection of rate-controlling carrageenanconcentration and their interactive potential for crosslinking is important, and will determine the overall size and shapeof beads, the duration and pattern of dissolution profi les, and the enzyme loading capacity.En este trabajo se examina la infl uencia de los parámetros de proceso, particularmente la concentración de κ-carragenato,la concentración de cloruro potásico y el tiempo de endurecimiento, en pepsinas capturadas en gránulos deκ-carragenato reticulados mediante actividad ionotrópica para la mejora de su estabilidad mediante la metodologíade superfi cie de respuesta. Se utilizó un diseño de Box-Behnken para investigar el efecto de las variables de procesoen la captura, el tiempo necesario para la liberación del 50% de las enzimas (T50), el tiempo necesario para laliberación del 90% de las enzimas (T90) y el tamaño de partícula. Los gránulos se prepararon mediante el vertidode gotas de κ-carragenato con pepsina en una solución de cloruro potásico agitada magnéticamente. El perfi l deliberación enzimática in vitro de los gránulos se ajustó a varios modelos cinéticos de liberación para comprender elmecanismo de liberación. La caracterización topográfi ca se realizó mediante microscopía electrónica de barrido (SEM)y la captura se confi rmó a través de espectrometría infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y calorimetríadiferencial de barrido (DSC). La prueba de estabilidad se realizó según las indicaciones de ICH para las zonas IIIy IV. Una matriz polimérica preparada con un 3,0% p/v de κ-carragenato y 0,3 M de cloruro potásico medianteel método de gelifi cación ionotrópica, con un tiempo de endurecimiento de 10 minutos provocó la producción degránulos caracterizados por un disco esférico con un centro aplanado, una ausencia de agregados, una captura demás del 80% y un valor T90 inferior a 40 minutos. Se observó que la vida de almacenamiento de los gránulos cargadoscon pepsina aumentó hasta los 3,24 años en comparación con los 0,97 años de la formulación convencional.Se puede concluir que la metodología propuesta se puede utilizar para preparar gránulos de κ-carragenato cargadosde pepsina para la mejora de la estabilidad. Además, se concluyó que la selección adecuada de la concentración decarragenato con control de la velocidad de liberación y su potencial interactivo para la reticulación es importante,y determinará el tamaño y la forma general de los gránulos, la duración y el patrón de los perfi les de disolución yla capacidad de carga de la enzima