Μελέτη νανοδομών από γαλακτώματα ως μέσο μεταφοράς βακτηρίων που παράγουν λιπαρά οξέα κοντής αλύσου (SCFA) κατά το πέρασμά τους μέσα από προσομοίωση της γαστρεντερικής οδού

Σούλιου, Σταματία

Study of emulsion-made nanostructures as a delivery-vehicle of bacteria producing short-chain fatty acids (SCFA) during their passage through a simulation of the gastrointestinal tract

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Σούλιου, Σταματία

Date

2024-11

Advisor

Κοντελές, Σπυρίδων

Διπλωματική εργασία (2.384Mb)

Υπεύθυνη δήλωση συγγραφέα (191.2Kb)

Keywords

Ενθυλάκωση ; Γαλάκτωμα ; Διπλό γαλάκτωμα ; Προβιοτικά

Abstract

Τα προβιοτικά και τα πρεβιοτικά είναι ζωντανοί μικροοργανισμοί, ωφέλιμοι για τον ανθρώπινο οργανισμό. Ωστόσο, οι μικροοργανισμοί αυτοί για να είναι ζωντανοί πρέπει να προστατευθούν από το εχθρικό για τα βακτήρια γαστρικό σύστημα. Αυτός είναι και ο λόγος που αναπτύσσονται μέθοδοι προστασίας των προβιοτικών βακτηρίων. Η πιο διαδεδομένη μέθοδος είναι αυτή που χρησιμοποιεί τα γαλακτώματα ως συστήματα χορήγησης, προσφέροντας προστασία στα προβιοτικά βακτήρια και ενισχύοντας τη σταθερότητα, τη βιωσιμότητα και το προφίλ απελευθέρωσής τους. Παρασκευάστηκε διπλό γαλάκτωμα «Νερό-σε-Λάδι-σε-Νερό» σε δύο στάδια με την χρήση οικιακού περιστροφικού αναμίκτη. Στο πρώτο στάδιο παρασκευάστηκε αδρό γαλάκτωμα «Νερό-σε-Λάδι» όπου στην ασυνεχή υδατική φάση είχε ενθυλακωθεί το προβιοτικό βακτήριο Bifibobacterium longum Bb-12 μαζί με το πρεβιοτικό ινουλίνη. Ακολούθως σχηματίστηκε διπλό γαλάκτωμα «Νερό-σε- Λάδι-σε-Νερό». Το διπλό γαλάκτωμα εκτέθηκε διαδοχικά σε εξομοίωση γαστρικού και εντερικού υγρού και αξιολογήθηκε ως προς τον πληθυσμό τουBifibobacterium longumBb-12 που είχε επιβιώσει, σε σύγκριση μη-ενθυλακωμένα βακτήρια. Όλα τα γαλακτώματα αξιολογήθηκαν (α) ως προς την σταθερότητά τους με βάση το φαινόμενο του «διαχωρισμού φάσεων» και (β) ως προς την στατιστική κατανομή του μεγέθους των σταγονιδίων μέσω μικροφωτογραφιών των γαλακτωμάτων που λαμβάνονταν μέσω μικροσκοπίου και ανάλυσης εικόνας. Επίσης αξιολογήθηκε και η «Απόδοση της Ενθυλάκωσης», ανά στάδιο σχηματισμού γαλακτώματος. Τα γαλακτώματα που σχηματίστηκαν ήταν ασταθή και σε ό,τι αφορά την κατανομή μεγέθους των σταγονιδίων τους αυτή ήταν ευρεία δίνοντας ένα πολυδιάσπαρτο γαλάκτωμα. Η «Απόδοση Ενθυλάκωσης» του Bifibobacterium longum Bb-12στο γαλάκτωμα «Νερό-σε-Λάδι» ήταν80%και στο γαλάκτωμα «Νερό-σε-Λάδι-σε-Νερό» ήταν 43,48%. Κατά την έκθεση του διπλού γαλακτώματος σε γαστρικό υγρό (pH 3.0) για 1 hπαρατηρήθηκε το φαινόμενο της κροκίδωσης των σταγονιδίων ου διπλού γαλακτώματος σε ομάδες ενώ παράλληλα το εσωτερικό σταγονίδιο του νερού συρρικνώθηκε σε μεγάλο βαθμό. Κατά την έκθεση του μίγματος «γαστρικό υγρό- διπλό γαλάκτωμα» σε εντερικό υγρό παρουσία χολικών αλάτων και παγκρεατίνης οι μικροφωτογραφίες έδειξαν απώλεια της σφαιρικής δομής τους. Σε ό,τι αφορά την προστασία των προβιοτικών βακτηρίων έναντι του γαστρεντερικού περιβάλλοντος η ενθυλάκωση στο τριπλό γαλάκτωμα πέτυχε προστασία κατά 2 log cycles έναντι των μη ενθυλακωμένων βακτηρίων.

Abstract

Probiotics and prebiotics are living microorganisms, beneficial for the human body. However, in order for these microorganisms to be alive, they must be protected by the hostile to bacteria gastric system. This is also the reason that methods are being developed to protect probiotic bacteria. The most widespread method is that which uses emulsions as delivery systems, offering protection to the probiotic bacteria and enhancing their stability, viability and release profile. A double emulsion, "Water-in- Oil-in-Water," was prepared in two stages using a household rotary mixer. In the first stage, a crude 'Water-in-Oil' emulsion was prepared in which the probiotic bacterium Bifibobacterium longum Bb-12 was encapsulated in the discontinuous aqueous phase together with the prebiotic inulin. Subsequently, a double emulsion 'Water-in-Oil-in- Water' was made. The double emulsion was sequentially exposed to simulated gastric and intestinal fluids and evaluated for the population of Bifibobacterium longum Bb- 12 that had survived, compared to non-encapsulated bacteria. All emulsions were evaluated (a) for their stability based on the "phase separation" phenomenon and (b) for the statistical distribution of droplet size through micrographs of the emulsions obtained by microscopy and image analysis. The "encapsulation efficiency - EY" was also evaluated by the emulsion formation stage. The emulsions formed were unstable, and in terms of their droplet size distribution this was wide, giving a multi dispersed emulsion. The 'Encapsulation Efficiency' of Bifibobacterium longum Bb-12 in the 'Water-in-Oil' emulsion was 80% and in the 'Water-in-Oil-in-Water' emulsion was 43,48%. When the double emulsion was exposed to gastric fluid (pH 3.0) for 1 h, the phenomenon of “flocculation” of the droplets of the double emulsion into groups was observed while the inner droplet of water of the emulsion was greatly shrunk. Upon exposure of the "gastric fluid-double emulsion" mixture to intestinal fluid in the presence of bile salts and pancreatin, the micrographs showed loss of their spherical structure. Regarding the protection of probiotic bacteria against the gastrointestinal environment, encapsulation in the triple emulsion achieved protection by 2 log cycles against nonencapsulated bacteria.