LIETUVOS SVEIKATOS MOKSLŲ UNIVERSITETAS FARMACIJOS FAKULTETAS
AISTĖ SIAURUSEVIČIŪTĖ
TECHNOLOGINIŲ VEIKSNIŲ ĮTAKA MIKROKAPSULIŲ SU
CHITOZANU KOKYBEI
Magistro baigiamasis darbas
Vientisųjų studijų programa „Farmacija“, valstybinis kodas 6011GX003 Studijų kryptis „Farmacija“
Darbo vadovas
Prof. dr. Jurga Bernatonienė
LIETUVOS SVEIKATOS MOKSLŲ UNIVERSITETAS FARMACIJOS FAKULTETAS
FARMACINIŲ TECHNOLOGIJŲ INSTITUTAS
TVIRTINU:
Farmacijos fakulteto dekanė prof. dr. Ramunė Morkūnienė Data (metai, mėnuo, diena)
TECHNOLOGINIŲ VEIKSNIŲ ĮTAKA MIKROKAPSULIŲ SU CHITOZANU KOKYBEI
Magistro baigiamasis darbas
Darbo vadovas
Prof. dr. Jurga Bernatonienė Data (metai, mėnuo, diena)
Recenzentas Darbą atliko
Vardas, pavardė, parašas Magistrantė Aistė Siaurusevičiūtė Data (metai, mėnuo, diena) Data (metai, mėnuo, diena)
TURINYS
SANTRAUKA ... 9 SUMMARY ... 10 SANTRUMPOS ... 12 SĄVOKOS ... 13 ĮVADAS ... 10DARBO TIKSLAS IR UŽDAVINIAI ... 11
1. LITERATŪROS APŽVALGA ... 12
1.1. Chitozanas ir jam būdingos savybės ... 12
1.2. Chitozano įtaka gelių tekstūrai ... 14
1.3. Mikrokapsulių gamybos principai ... 14
1.4. Pluoštinių bosvelijų (Boswellia serrata L.) taikymas medicinoje ... 16
1.5. Mikrokapsulių taikymo galimybės ... 17
2. TYRIMO METODIKA ... 19
2.1. Tyrimo planavimas ... 19
2.2. Tyrimo objektas ... 20
2.3. Tyrime naudotos medžiagos ... 20
2.4. Tyrime naudota aparatūra ... 20
2.5. Tyrimo metodai ... 21
2.5.1. Chitozano gelių gamyba ... 21
2.5.2. Chitozano gelių pH reikšmių nustatymas ... 21
2.5.3. Chitozano gelių tekstūros analizė ... 22
2.5.4. Mikrokapsulių formavimas iš chitozanų gelių ... 22
2.5.5. Pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus sudėties tyrimas dujų chromatografijos – masių spektrometrijos metodu ... 23
2.5.6. Emulsijų su pluoštinių bosvelijų eteriniu aliejumi gamyba ... 24
2.5.8. Emulsijų su pluoštinių bosvelijų eteriniu aliejumi stabilumo tyrimas, taikant centrifugavimą
... 25
2.5.9. Mikrokapsulių formavimas švirkšto pompa ... 25
2.5.10. Mikrokapsulių drėgmės matavimas ... 26
2.5.11. Mikrokapsulių kompresijos tyrimas... 26
2.5.12. Mikrokapsulių mikroskopinis tyrimas ... 27
2.5.13. Statistinė analizė ... 27
3. REZULTATAI IR JŲ APTARIMAS ... 28
3.1. Chitozano molekulinės masės ir koncentracijos įtaka gelių pH reikšmėms ... 28
3.2. Skirtingos molekulinės masės ir koncentracijos chitozanų įtaka gelių tekstūrai ... 29
3.3. Mikrokapsulių formavimas ... 33
3.4. Skirtingų technologinių veiksnių įtaka mikrokapsulių išvaizdai ir dydžiui ... 34
3.5. Pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus koncentracijos įtaka mikrokapsulių kietumui... 38
3.6. Maišymo trukmės įtaka mikrokapsulių kietumui ... 40
3.7. Paviršiui aktyvių medžiagų įtaka mikrokapsulių kietumui ... 42
3.8. Skirtingų molekulinių masių chitozanų įtaka mikrokapsulių kietumui ... 44
3.9. Drėgmės kiekis mikrokapsulėse ... 44
3.10. Pluoštinių bosvelijų ekstrakto sudėtis ... 47
3.11. Emulsijų mikroskopija ir stabilumo vertinimas ... 47
4. IŠVADOS.. ... 50
5. PRAKTINĖS REKOMENDACIJOS ... 51
6. LITERATŪROS SĄRAŠAS ... 52
7. PRIEDAI ... 56
SANTRAUKA
A. Siaurusevičiūtės magistro baigiamasis darbas ,,Technologinių veiksnių įtaka mikrokapsulių su chitozanu kokybei’’/ mokslinis vadovas prof. dr. J. Bernatonienė; Lietuvos sveikatos mokslų universiteto Farmacijos fakulteto Farmacinių technologijų institutas. – Kaunas.
Tyrimo tikslas: sukurti mikrokapsulių su chitozanu technologiją, įvertinus gamybos metodo ir
pagalbinių medžiagų įtaką funkcionalizavimui.
Tyrimo uždaviniai: įvertinti skirtingos molekulinės masės chitozanų ir koncentracijos įtaką
gelių tekstūrai; nustatyti paviršiaus aktyvių medžiagų, pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, skirtingos chitozano molekulinės masės įtaką mikrokapsulių formavimuisi; įvertinti maišymo laiko įtaką
susiformavusių mikrokapsulių kokybei.
Tyrimo objektas: mikrokapsulės su chitozanu, kurių veiklioji medžiaga yra pluoštinių
bosvelijų (Boswellia serrata L.) eterinis aliejus.
Metodai: pagaminti chitozano geliai vertinami atliekant tekstūros analizę, matuojant pH
reikšmes; kompleksinės koacervacijos metodu pagamintų mikrokapsulių vertinimui naudojamas kompresijos tyrimas, mikroskopija, drėgmės matavimas; emulsijų kokybė įvertinama mikroskopiškai ir centrifugavimo metu; pluoštinių bosvelijų ekstraktas ištirtas dujų chromatografijos – masių spektrometrijos metodu.
Tyrimo rezultatai: 2% didelės molekulinės masės 80/1000 acetilinimo laipsnio chitozano
gelis, pasižymintis 34,74±0,21 g kietumo ir -50,77±5,74 g*s klampos indekso rezultatais, buvo panaudotas mikrokapsulių su pluoštinių bosvelijų eteriniu aliejumi, kurio koncentracija svyravo nuo 0,1% iki 0,4%, gamybai. Chitozano mikrokapsulėms su 0,4% pluoštinių bosvelijų eteriniu aliejumi sutraiškyti buvo panaudota 2495,97±147,91 g jėga, išdžiovintos jos buvo 1016,88±10,23 µm skersmens ir turėjo 5,49%±0,41 drėgmės.
Išvados: didėjant chitozano molekulinei masei ir koncentracijai nuo 2% iki 4%, didėja gelių
kietumo, konsistencijos, lipnumo, klampos indekso, paslankumo ir sukibimo reikšmės, todėl geriausia formuoti mikrokapsules iš 2% didelės molekulinės masės 80/1000 acetilinimo laipsnio chitozano gelio, tokios mikrokapsulės yra atsparesnės kompresijos jėgai; mažiausios mikrokapsulės suformuojamos su paviršiui aktyvia medžiaga Span 80, turinčios tvirčiausią apvalkalą - su Tween 20, Tween 80 arba Span 80; ilgėjant mikrokapsulių maišymo laikui iki 30 min., mažėja jų skersmuo, o atsparumas kompresijos jėgai didėja; taisyklingos formos mikrokapsulės suformuojamos tokios, kuriose yra nuo 0,1% iki 0,4% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus.
Rekomendacijos: gaminant gelius su chitozanu, rekomenduojama acto rūgštį lašinti lėtai,
SUMMARY
Final Master‘s thesis by A. Siaurusevičiūtė ,,The influence of technological factors on quality of chitosan microcapsules’’/ supervisor Prof. dr. J. Bernatonienė; Institute of Pharmaceutical technologies at the Faculty of Pharmacy, Lithuanian University of Health Sciences. – Kaunas.
Aim of research: to develop the technology of chitosan microcapsules, considering the influence of the production method and excipients on functionalization.
Tasks of research: to evaluate the influence of different molecular weight chitosan and
concentration on gel texture; to determine the influence of surfactants, essential oil of Boswellia Serrata, different chitosan molecular weight on the formation of microcapsules; to evaluate the influence of stirring time on the quality of the microcapsules.
Object of research: microcapsules with chitosan containing the essential oil of Boswellia
serrata as the active substance.
Methods of research: the produced chitosan gels evaluated by texture analysis, pH values;
compression test, microscopy, moisture content measurement used for the evaluation of microcapsules made by complex coacervation; the quality of emulsions evaluated microscopically and during centrifugation; the extract of Boswellia Serrata analyzed by gas chromatography - mass spectrometry method.
Results of research: 2% high molecular weight 80/1000 acetylation grade chitosan gel
(firmness was 34.74±0.21 g, index of viscosity was -50.77±5.74 g*s) was used for formation of microcapsules with essential oil of Boswellia Serrata (concentration ranged from 0.1% to 0.4%). The microcapsules with 0.4% of essential oil of Boswellia Serrata were crushed with a force of 2495.97±47.91 g, average diameter of dried microcapsules was 1016.88±10.23 µm, the moisture content - 5.49%±0.41.
Conclusions of research: when molecular weight and concentration of chitosan increase from 2% to 4%, the values of gel firmness, consistency, cohesiveness, index of viscosity, mobility and adhesion increase, so it is best to form microcapsules from 2% high molecular weight 80/1000 acetylation grade chitosan gel, such microcapsules are more resistant to compression force; the smallest microcapsules formed with surfactant Span 80, the strongest shell - with Tween 20, Tween 80 or Span 80; when stirring time of microcapsules increases to 30 minutes, their diameter decreases and the resistance to compression force increases; microcapsules of regular shape formed by encapsulating from 0,1% to 0.4% essential oil of Boswellia Serrata.
Recommendations: when preparing gels with chitosan, it is recommended to add acetic acid
PADĖKA
SANTRUMPOS
angl – anglų kalba;aps./min – apsisukimų skaičius per minutę; amu – atominės masės vienetas;
cm - centimetras
DMM – didelė molekulinė masė; DNR – deoksiribonukleorūgštis; g – gramai; kDa –kilodaltonas; L. – lotyniškai; m – metras; mm – milimetras;
MMM – maža molekulinė masė; min – minutė;
ml – mililitras;
n - bandymų skaičius; NaOH – natrio hidroksidas; p – patikimumo lygmuo; pav – paveikslas;
PAM – paviršiui aktyvi medžiaga;
pH – vandenilio jonų koncentracijos matas; RNR – ribonukleorūgštis;
Span 20 – sorbitano lauratas; Span 80 – sorbitano oleatas; Tween 20 – polisorbatas 20; Tween 80 – polisorbatas 80; val - valanda
VMM – vidutinė molekulinė masė; μm – mikrometrai;
80/1000 (3000) – 80 - deacetilinimo laipsnis, 1000 (3000) - klampos reikšmė;
oC – temperatūra pagal Celsijaus laipsnius;
SĄVOKOS
Deacetilinimas – acetilo grupės pašalinimas.Mucinas – glikoproteinas, gleivių ir kitų klampiųjų organizmo skysčių sudedamoji dalis. Protonacija - protono pridėjimas prie atomo, molekulės ar jono.
ĮVADAS
Eteriniai aliejai yra kompleksinis cheminių medžiagų, kurios yra jautrios degiuoniui, šviesai ir aukštai temperatūrai, mišinys. Minėti aplinkos faktoriai prisideda prie veikliųjų medžiagų skilimo ir eterinio aliejaus biologinio poveikio sumažėjimo. Eterinio aliejaus savybių išsaugojimui yra naudojama mikrokapsuliacijos technologija, kurios metu jis yra apgaubiamas apsaugine medžiaga. Eterinių aliejų mikrokapsuliacija užtikrina lakiųjų junginių stabilumą terminio proceso metu, taip pat skysta būsena yra paverčiama į miltelius, kurie lemia lėtą ir kontroliuojamą veikliųjų junginių išskyrimą [1].
Šiuo metu mikrokapsuliacijoje taikomas kompleksinės koacervacijos metodas yra vienas iš pačių efektyviausių ir dažnai naudojamų farmacijos industrijoje [2]. Šio metodo metu vyksta fazių atskyrimo procesas, paremtas koacervato susiformavimu tarp teigiamai įkrautų polimerų, dažniausiai baltymų arba polisacharidų. Baltymai gali būti skirstomi į du tipus: gyvūniniai arba augaliniai. Gyvūnų kilmės baltymų pavyzdžiai: želatina, išrūgų baltymai, albuminas. Augaliniai baltymai gali būti sojų, žirnių ar javų. Kalbant apie polisacharidus, jų pavyzdžiai: gumiarabikas, pektinas, chitozanas, agaras, alginatas ir kiti [3].
Mūsų darbe mikrokapsuliacijai buvo pasirinktas polisacharidas – chitozanas. Jis yra netoksiškas, biologiškai gerai suderinamas su kitomis veikliosiomis medžiagomis, turi bioadhezinių ir antibakterinių savybių. Chitozanas yra gaunamas iš chitino, jį deacetilinant. Nustatyta, kad chitozano savybės priklauso nuo jo deacetilinimo laipsnio [1]. Vis dažniau chitozanas renkamasis naujų formų kūrimui, nes tai yra natūralių biologiškai suskaidomų polimerų šaltinis, taip pat jis yra ekonomiškas ir lengvai aptinkamas [4].
Šiame moksliniame darbe buvo pasirinkta įkapsuliuoti pluoštinių bosvelijų eterinį aliejų. Dažnai galima pastebėti ir kitą jo pavadinimą – frankincenso eterinis aliejus. Šis pavadinimas yra kilęs iš senovės prancūzų kalbos termino ,,franc enens’’, kuris reiškia ,,grynasis smilkalas’’ ir geriausiai žinomas iš biblinės ,,Trijų karalių’’ istorijos. Karaliai Kūdikėliui Jėzui atnešė tris dovanas: frankincensą, mirą ir auksą [5]. Pluoštinių bosvelijų eterinis aliejus pasižymi priešuždegiminiu, antimikrobiniu, antioksidaciniu poveikiu. Jis gali būti naudojamas reumatoidinio artrito, astmos, odos ir kitoms ligoms gydyti. Farmacijos industrijoje iki šiol pluoštinių bosvelijų eterinis aliejus buvo panaudotas tablečių, kapsulių, kremų gamyboje, tačiau dar niekada jis nebuvo įkapsuliuotas į mikrokapsules [6].
DARBO TIKSLAS IR UŽDAVINIAI
Darbo tikslas: sukurti mikrokapsulių su chitozanu technologiją, įvertinus gamybos metodo ir
pagalbinių medžiagų įtaką funkcionalizavimui.
Darbo uždaviniai:
1. Įvertinti skirtingos molekulinės masės chitozanų ir koncentracijos įtaką gelių formavimuisi ir tekstūrai.
2. Nustatyti paviršiaus aktyvių medžiagų įtaką mikrokapsulių formavimuisi.
3. Įvertinti maišymo laiko, reikalingo mikrokapsulių gamybai, įtaką susiformavusių mikrokapsulių kokybei (išvaizdai, mikroskopinei struktūrai, dalelių dydžiui).
1. LITERATŪROS APŽVALGA
1.1. Chitozanas ir jam būdingos savybės
Chitozanas yra natūralus polisacharidas, sudarytas iš gliukozamino ir N-acetilgliukozamino, kurie yra sujungti beta-1,4 glikozidiniais ryšiais [7]. Gamtoje chitozanas nerandamas, tačiau nesunkiai gaunamas iš chitino, jį dalinai deacetilinant [8]. Chitinas išgaunamas iš grybų, vabzdžių ir vėžiagyvių skeletų. Jis turi tvirtą kristalinę struktūrą dėl vandenilinės sąveikos tarp acetamido ir hidroksilo grupių. Chitinas nėra lengvai pritaikomas dėl aukšto acetilintų grupių lygio ir tvirtos struktūros, taip pat dėl silpno tirpumo vandeniniuose tirpaluose. Chitiną iš dalies deacetilinus ir pavertus chitozanu, padidėja amino grupių kiekis ir jo tirpumas vandenyje [9]. 1 paveiksle vaizduojama chitozano cheminė struktūra, o 2 paveiksle – chitino cheminė struktūra.
Chitozanas gali būti skirtingų molekulinių masių ir acetilinimo laipsnių pavidalu. Vidutinė chitozano molekulinė masė svyruoja nuo 50 iki 2000 kDa [9]. Ji priklauso nuo klampumo, tirpumo bei elastingumo. Šarminėje ar neutralioje aplinkoje chitozano laisvos amino grupės nėra protonuotos druskomis, todėl jis netirpsta vandenyje. Esant rūgštinei pH reikšmei šios grupės yra protonuotos, todėl polisacharidas tampa teigiamai įkrautas ir tirpus vandenyje. Chitozano tirpumas gali būti modifikuotas pakeičiant deacetilinimo laipsnį ar terpės pH reikšmę. Esant neutraliai pH reikšmei chitozano molekulės praranda savo krūvį ir nusėda tirpale. Chitozanas yra pseudoplastinė medžiaga, kuri labai gerai padidina
1 pav. Chitozano cheminė struktūra [8] [][chitosan based bio]
klampumą rūgštinėje aplinkoje. Chitozano tirpalų klampa priklauso nuo temperatūros ir koncentracijos: kuo aukštesnė temperatūra, tuo klampa mažesnė, kuo didesnė koncentracija, tuo tirpalas klampesnis [4]. Hidrofiliniai polimerai, tokie kaip chitozanas, gali būti sistemiškai absorbuojami žmogaus organizme. Jis yra suskaidomas lizosomų, rūgščių, virškinimo fermentų ir bakterijų pagalba [9]. Chitozanas suskyla į netoksiškas medžiagas, suderinamas su fiziologine terpe. Suskaidymas yra susijęs su polimero molekuline mase ir jo deacetilinimo laipsniu.
Chitozanui yra būdingi šie aktyvumai: antibakterinis, antigrybelinis, analgetinis, mukoadhezinis bei hemostatinis. Dėl šių savybių jis plačiai taikomas medicinoje ir farmacijoje.
Chitozano antibakteriniam ir antigrybeliniam poveikiui pagrįsti literatūroje aprašomi du pagrindiniai mechanizmai [8]. Pagal vieną iš jų, teigiamą krūvį turintis chitozanas gali sąveikauti su neigiamą krūvį turinčiu ląstelių paviršiumi ir pakeisti jo pralaidumą. Tai apsaugo nuo tam tikrų medžiagų patekimo į ląsteles ar svarbių tirpių junginių išėjimo iš jos. Kitas mechanizmas: chitozanas yra surišamas su ląstelės DNR, todėl yra inhibuojama mikroorganizmo RNR sintezė. Chitozano antimikrobinė savybė yra šių dviejų mechanizmų sujungimo pasekmė.
Polikatijoninė chitozano prigimtis leidžia paaiškinti jo analgetinius efektus. Amino grupės iš D-gliukozamino liekanų gali protonuoti dėl teigiamų jonų, išsiskiriančių uždegimo vietoje, todėl pasireiškia analgetinis efektas.
Chitozano mukoadhezija aiškinama mucine esančiomis neigiamai įkrautomis liekanomis (sialio rūgštimi). Rūgštinėje terpėje chitozano amino grupės yra teigiamo krūvio ir todėl gali sąveikauti su mucinu. Ši mukoadhezija yra tiesiogiai susijusi su chitozano deacetilinimo laipsniu: jeigu jis didėja, teigiami krūviai taip pat didėja, todėl yra nulemiamos geresnės mukoadhezinės savybės.
Hemostatinis aktyvumas pasireiškia dėl to, nes raudonųjų kraujo ląstelių membrana turi neigiamą krūvį, todėl gali sąveikauti su chitozanu [8].
1.2. Chitozano įtaka gelių tekstūrai
Mokslininkai: J. Hurler, A. Engesland, B. P. Kermany, N. Škalko-Basnet gamino chitozano hidrogelius. Chitozanas buvo trijų molekulinių masių: žemos, vidutinės ir aukštos. Polimeras buvo tirpinamas acto rūgšties tirpale. Taip pat buvo gaminamas gelis, kurio sudėtį sudarė aukštos molekulinės masės chitozanas, ištirpintas glicerolio/acto rūgšties tirpiklyje [12].
Tyrimo metu buvo nustatyta, kad, didėjant mažos molekulinės masės chitozano koncentracijai, didėja gelio konsistencija, lipnumas bei kietumas. Literatūroje yra duomenų, kad propilenglikolis ir glicerolis, naudojami kaip tirpikliai, keičia vandenilinio ryšio savybes tarp vandens, tirpiklio ir polimero. Dėl šios priežasties kinta polimero brinkimas. Buvo tirta chitozano hidrogelio, kuris savo sudėtyje turi propilenglikolio, tekstūros analizė. Nustatyta, kad sumažėjo tokio gelio klampos indeksas bei lipnumas. Tačiau į gelį pridėjus liposominės dispersijos, tiriamieji rodmenys padidėjo [12].
Turkijos mokslininkai atliko panašų tyrimą, kurio metu gamino gelius, naudodami skirtingų molekulinių masių chitozanus, tirpindami juos acto rūgštyje. Vėliau buvo atlikta gelių tekstūros analizė. Gelis, kurio sudėtyje buvo didelės molekulinės masės chitozanas, turėjo didžiausią lipnumą ir kietumą. Gelis, pagamintas iš mažos molekulinės masės chitozano, pasižymėjo mažu kietumu, lipnumu ir elastingumu. Geliui, kurio gamybai buvo naudojamas vidutinės molekulinės masės chitozanas, buvo būdinga mažiausia konsistencija [13].
1.3. Mikrokapsulių gamybos principai
Mikrokapsuliacijos technologijos esmė: viena arba keletas veikliųjų medžiagų, pavyzdžiui, skysčių lašai, smulkūs mileliai ar dujos, yra apvelkamos kita medžiaga ar sistema. Gaminant mikrokapsules, pirmiausiai yra ruošiama emulsinė sistema su veikliosiomis medžiagomis [11]. Taip pat biologiškai aktyvi medžiaga gali būti įterpta kitoje medžiagoje ar sistemoje. Dažniausiai apvalkalą sudaro polimerinė medžiaga, kuri palaipsniui atpalaiduoja veikliąsias medžiagas, esančias mikrokapsulėse, kad būtų užtikrinta jų imobilizacija, apsauga, mechaninės savybės ir veikimas [3].
Koacervacija yra fizikocheminis procesas. Paprastosios koacervacijos sistema yra sudaryta iš vieno koloidinio tirpinio, o sudėtinės – iš kelių. Dažniausiai mikrokapsuliacijoje su chitozanu yra naudojamas kompleksinės koacervacijos metodas [16]. Šio metodo esmė – makromolekulinio tirpalo, sudaryto iš dviejų priešingai įkrautų makrojonų, atskyrimas į dvi nesimaišančias skystas fazes. Viena – tankioji koacervacijos fazė, kurioje yra didelė makromolekulių koncentracija, kita – praskiesta fazė [10].
Gaminant chitozano mikrokapsules kompleksinės koacervacijos metodu, naudojama ši technologija:
1. Skirtingas kiekis chitozano miltelių yra ištirpinamas acto rūgšties tirpale, taip gaunant skirtingų koncentracijų tirpalus [15, 17].
2. Į tirpalą yra pridedamos veikliosios medžiagos ir paviršiui aktyvios medžiagos (PAM), viskas maišoma [17].
3. Gauta emulsija lašinama į skirtingų koncentracijų natrio šarmo (NaOH) tirpalus, maišoma [11].
4. Tirpalas filtruojamas, plaunamas distiliuotu vandeniu bei džiovinamas [11, 18].
Mikrokapsuliacijoje NaOH naudojamas kaip kietiklis. Naudojant mažas NaOH koncentracijas, chitozanas yra neefektyviai atskiriamas, todėl vyksta bloga mikrokapsuliacija. Didelių NaOH koncentracijų naudojimas gali padidinti visos emulsinės sistemos klampą, todėl susidaro didelės mikrokapsulių sankaupos [11].
Maišymo greitis yra svarbus kontroliuojant susidarančių mikrokapsulių dydį [2].
Literatūroje aprašoma, kad PAM naudojimas mikrokapsuliacijoje yra naudingas, nes susidaro daugiau mikrokapsulių, kurios yra mechaniškai tvirtesnės, pasižyminčios didesniu oksidaciniu stabilumu [2]. Koreguojant PAM koncentracijas, keičiasi paviršiaus įtempimas, lašelių formavimasis ir jų skersmuo [19].
Emulsinio kryžminimo metodas taip pat yra naudojamas gaminant chitozano mikrokapsules [20]. Vykdoma tokia technologija:
1. Ruošiama vanduo/aliejuje emulsija: chitozano vandeninis tirpalas yra emulsinamas aliejaus fazėje, maišoma [14, 20].
2. Vandeniniai lašai yra stabilizuojami tinkama PAM.
3. Stabili emulsija yra kryžminama naudojant tinkamą kryžminimą, kad susidarytų kietesni lašeliai.
4. Mikrokapsulės yra filtruojamos, plaunamos ir džiovinamos [14].
1.4. Pluoštinių bosvelijų (Boswellia serrata L.) taikymas medicinoje
Pluoštinė bosvelija (Boswellia serrata L. Roxb ex Colebr.) – burserinių (Burseraceae L.) šeimai priklausantis augalas. Tai yra iki 18 m aukščio augantis ir iki 2,4 m apimties išsiplečiantis (dažniausiai iki 1,5m) lapuotis medis. Šis augalas auga drėgnuose bei kalnuotuose Indijos, Šiaurės Afrikos ir Vidurio Rytų regionuose [21, 22]. Pluoštinė bosvelija pavaizduota 3 paveiksle.
Iš pluoštinių bosvelijų išgaunamas eterinis aliejus yra šviesiai geltonos spalvos ir turi malonų kvapą [22]. Jis yra sudarytas iš monoterpenų, diterpenų ir seskviterpenų mišinio [23]. Atliktas tyrimas rodo, kad Šiaurės Indijoje surinktų pluoštinių bosvelijų eteriniame aliejuje buvo nustatyti 29 komponentai. Pagrindiniai vyraujantys junginiai:
• 3-karenas (34,74%); • β-ocimenas (13,78%); • D-limonenas (8,25%); • β-kariofilenas (6,65%); • terpinolenas (5,39%) [24].
Geografinė vieta, sezoniškumas, ekstrakcijos metodas ir jos sąlygos turi didelę reikšmę eterinio aliejaus cheminei sudėčiai [24, 25].
Pluoštinių bosvelijų eterinis aliejus labiausiai pasižymi šiais bioaktyvumais: antimikrobiniu, antioksidaciniu ir prieuždegiminiu [24].
Antimikrobinis aktyvumas. Eterinis aliejus pasižymėjo didžiausiu aktyvumu prieš Pastrulla
multocida ir Escherichia coli bakterijas. Šiek tiek mažesnis aktyvumas buvo nustatytas prieš Bacillus subtilis ir Staphylococcus aureus. Fusarium solani ir Alternaria alternate grybeliai atlikto tyrimo metu parodė didžiausia jautrumą prieš eterinį aliejų. Mažiau jautrūs buvo Aspergillus niger ir Aspergillus
flavus. Literatūroje nurodoma, kad pluoštinių bosvelijų eteriniame aliejuje esantys monoterpenai ir oksiduoti monoterpenai yra atsakingi už antimikrobinį aktyvumą [25].
Antioksidacinis aktyvumas. Atlikto tyrimo metu išaiškėjo, kad didelę reikšmę pluoštinių
bosvelijų eterinio aliejaus antioksidaciniam aktyvumui turi skirtingi ekstrakcijos metodai. Eterinis aliejus, kuris buvo išskirtas superkritine skystąja ekstrakcija CO2, pasižymėjo didžiausiu laisvujų
radikalų surišimo potencialu. Mažiausia surišimo geba buvo eterinio aliejaus, išskirto hidrodistiliacijos metodu. Pluoštinių bosvelijų eterinis aliejus pasižymi antioksidaciniu aktyvumu dėl savo sudėtyje turimų fenolinių junginių hidroksilo grupių [25].
Priešuždegiminis aktyvumas. Tyrimui buvo pasirinktos žiurkės, kurios letenose turėjo
edemas. Suspensija, kurioje buvo pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, sušvirkšta į uždegimines vietas. Nustatyta, kad eterinis aliejus sumažino edemas [23].
Pluoštinė bosvelija nuo seniausių laikų yra labai vertinama Ajurvedoje [26]. Laisvieji radikalai, esantys organizme, sukelia įvairius negalavimus, vienas iš jų – reumatoidinis artritas. Dėl antioksidacinio poveikio pluoštinių bosvelijų eterinis aliejus gali būti vartojamas jam gydyti [25].
1.5. Mikrokapsulių taikymo galimybės
Mikrokapsuliacija siekiama padidinti pasirinktų medžiagų efektyvumą, kurias norima panaudoti pramonėje [27]. Šiuo metu mikrokapsulės yra taikomos daugelyje sričių: maisto, farmacijos, kosmetikos, tekstilės pramonėse, žemdirbystėje ir kitose [28, 29]. Didžiausią dalį užima farmacijos ir maisto pramonės sritys [27].
Farmacijos pramonė. Mikrokapsuliacijos naudojimas farmacijoje leidžia modifikuoti
produktus taip, kad jie įgytų naujas savybes, dėl kurių pasižymėtų geresniu bioaktyvumu organizme [29].
Maisto pramonė. Mikrokapsulės maisto pramonėje yra naudojamos šiems tikslams: prailginti
maisto galiojimo laiką, užtikrinti galutinių produktų stabilumą, apsaugoti lakius junginius nuo išgaravimo. Taip pat maisto pramonėje mikrokapsulės naudojamos nemalonaus maisto skonio ir kvapo paslėpimui, pavyzdžiui, kartaus ir sutraukiančio polifenolių skonio užmaskavimui. Mikrokapsulių pagalba galima išskirti medžiagas ir taip suteikti skonį reikiamoje vietoje tam tikru metu, taip pat lengvai paversti skysčius kietomis medžiagomis [3]. Mikrokapsules galima panaudoti mikroorganizmų ir fermentų imobilizacijai maisto produktuose. Pavyzdžiui, sūryje yra įkapsuliuoti fermentai, kurie skatina produkto brandinimą [28]. Daugiau nei 70% pasaulio gyventojų kenčia nuo bet kokio tipo laktozės netoleravimo ar sunkumų virškinant šį disacharidą, kuriuos sukelia fermento β-galaktozidazės aktyvumo stoka. Įkapsuliuojant šį fermentą, galima pasiekti, kad laktozė būtų hidrolizuojama skrandyje [29].
Tekstilės pramonė. Mikrokapsulės yra naudojamos su tekstile susijusioje aromaterapijoje.
2. TYRIMO METODIKA
2.1. Tyrimo planavimas
Prieš atliekant darbus laboratorijoje, buvo sudarytas tyrimo planas. Laikantis plano, buvo pagaminti geliai ir mikrokapsulės su chitozanu, įvertinta jų kokybė. Schematiškai tyrimo planas pavaizduotas 4 paveiksle.
4 pav. Tyrimo plano schema
Chitozano gelių gamyba Gaminami skirtingų molekulinių masių chitozanų geliai Gaminami skirtingų koncentracijų chitozanų geliai Tiriama gelių tekstūra, pH reikšmės Parenkami skirtingi technologiniai veiksniai Mikrokapsulių formavimas Mikrokapsulės formuojamos iš chitozano gelio Mikrokapsulės formuojamos iš emulsijos Parenkami skirtingi technologiniai veiksniai
Maišymo trukmė molekulinių Skirtingų
2.2. Tyrimo objektas
Tyrimo objektas – mikrokapsulės su chitozanu, kurių veiklioji medžiaga yra pluoštinių bosvelijų (Boswellia serrata L.) eterinis aliejus.
2.3. Tyrime naudotos medžiagos
•
Vidutinės molekulinės masės chitozanas (Sigma-Aldrich, Vokietija);•
Didelės molekulinės masės 80/1000 chitozanas (Sigma-Aldrich, Vokietija);•
Didelės molekulinės masės 80/3000 chitozanas (Sigma-Aldrich, Vokietija);•
Išgrynintas vanduo (Ph. Eur. 01/2008:008, LSMU laboratorija);•
100% acto rūgštis (Sigma-Aldrich, Vokietija);•
1% natrio šarmas (Sigma-Aldrich, Vokietija);•
Pluoštinių bosvelijų (Boswellia serrata L.) eterinis aliejus (UAB ,,Kvapų namai‘‘, Lietuva);•
Tween 20® (Sigma-Aldrich, Vokietija);•
Tween 80® (Sigma-Aldrich, Vokietija);•
Span 20® (Sigma-Aldrich, Vokietija);•
Span 80® (Sigma-Aldrich, Vokietija).2.4. Tyrime naudota aparatūra
• Analitinės svarstyklės SCALTEC (Scaltec Instruments GmbH, Vokietija); • Maišyklė IKA EUROSTAR 200 digital (Vokietija);
• Magnetinė maišyklė MSH – 20A (Korėja); • Centrifuga Sigma 3-18KS (Vokietija);
• pH-metras „WinLab® Data Line pH-Meter“ (WINDAUS Labortechnik GmbH&Co., Vokietija); • Tekstūros analizatorius Stable micro systems manual TA.XTplus (UK);
• Švirkšo pompa (LA-120, Vokietija); • Mikroskopas Motic® BA310 (Ltd. Kinija); • Drėgnomatis (KERN MLS,Vokietija);
• Švirkštas, 10 ml, guminiu stūmokliu (AMEDIPLUS, Luer lock).
2.5. Tyrimo metodai
2.5.1. Chitozano gelių gamyba
Gaminami skirtingų koncentracijų ir molekulinių masių chitozanų geliai: • 2% vidutinės molekulinės masės (VMM) chitozano gelis;
• 4% VMM chitozano gelis;
• 2% didelės molekulinės masės (DMM) 80/1000 chitozano gelis; • 2% DMM 80/3000 chitozano gelis.
Iš pradžių pasveriamas reikalingas kiekis chitozano miltelių. Tuomet ruošiamas 3% acto rūgšties tirpalas: matavimo cilindre pamatuojamas reikiamas kiekis išgryninto vandens, jis supilamas į stiklinę, ten pat supilamas pamatuotas 100% acto rūgšties kiekis. Naudojantis maišykle IKA EUROSTAR 200 digital, nustačius 500 apsisukimų per minutę (aps./min). greitį, maišomas 3% acto rūgšties tirpalas ir į jį lėtai suberiami atsverti chitozano milteliai. Maišoma tol, kol susiformuoja skaidrus gelis. Kadangi maišymo metu gelyje susidaro daug oro burbulų, jis supilamas į 50 ml centrifugavimo mėgintuvėlius ir centrifuguojamas 2 min. 2000 aps./min. greičiu centrifugoje Sigma 3-18KS. Tokiu būdu iš gelio pašalinami oro burbulai.
2.5.2. Chitozano gelių pH reikšmių nustatymas
2.5.3. Chitozano gelių tekstūros analizė
Chitozano gelių tekstūros analizei naudojamas tekstūros analizatorius Stable micro systems manual TA.Xtplus. Tyrimams atlikti reikiamas gelis supilamas į atitinkamą indelį, jis padedamas ant tekstūros analizatoriaus tinkamos plokštumos. Prie aparato strypelio prisukamas reikiamas liestukas A/BE, kurio dydis atitinka indo dydį. Kompiuteryje atidaroma ,,Exponent‘‘ programa ir parenkamas testas, kurį norima atlikti. Iš pradžių atliekamas šampūno išstūmimo atgal testas (angl. shampoo back extrusion). T.A. nustatymuose parenkami reikiami parametrai: atstumas – 15 mm, greitis – 10 mm/s. Testo metu išmatuojamos gelių kietumo (g), konsistencijos (g*s), lipnumo (g) ir klampos indekso (g*s) savybės. Kiekvienas mėginys analizuojamas 3 kartus, programa automatiškai nubrėžia grafiką. 5 paveiksle pavaizduotas grafikas, kuriame pateikiami 2% DMM 80/3000 chitozano gelio tekstūros rezultatai.
Vėliau atliekamas margarino tepumo testas (angl. margarine spreadability). T.A. nustatymuose parenkamas atstumas – 15 mm, greitis – 10 mm/s. Programos skiltyje duomenų apdorojimas (angl. process data) parenkami skaičiavimai: didžiausia neigiama jėga (angl. peak negative force) ir neigiama sritis (angl. negative area). Šio testo metu išmatuojama paslankumas (g*s) ir sukibimas (g*s). Mėginys analizuojamas 3 kartus, programa nubrėžia grafiką.
2.5.4. Mikrokapsulių formavimas iš chitozanų gelių
Pagamintas chitozano gelis pritraukiamas į 10 ml tūrio švirkštą, prie jo pritvirtinama adata. Pagaminamas 1% natrio šarmo tirpalas: atsveriamas reikiamas kiekis NaOH grūdelių, jie supilami į pamatuotą reikalingą kiekį išgryninto vandens, viskas sumaišoma. 1% NaOH tirpalas supilamas į stiklinę, kuri uždedama ant magnetinės maišyklės MSH – 20A. Nustatomas maišyklės maišymo greitis
5 pav. 2% DMM 80/3000 chitozano gelio tekstūros savybių grafikas, n=3
– 130 aps./min.. Į besimaišantį 1% NaOH tirpalą lėtai lašinamas pasirinktas chitozano gelis. Mikrokapsulės formuojamos iš anksčiau pagamintų chitozanų (2% VMM, 4% VMM, 2% DMM 80/1000, 2% DMM 80/3000) gelių, taikant skirtingus gelių paleidimo aukščius nuo lašo paleidimo vietos iki sąlyčio su stiklinėje esančio 1% NaOH tirpalo (4 cm, 10 cm) bei keičiant mikrokapsulių maišymo laiką (5 min., 15 min., 30 min.). Tokiu būdu pagamintos mikrokapsulės įvardijamos 1 lentelėje.
Šviežios mikrokapsulės dedamos ant piltuvėlio su filtravimo popieriumi, piltuvėlis įstatomas į kolbą. Mikrokapsulės kelis kartus perplaunamos išgrynintu vandeniu. Dalis mikrokapsulių paliekama ant filtravimo popieriaus ir džiovinama 24 val. Kita dalis iškart naudojama tolimesniems tyrimams.
2.5.5. Pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus sudėties tyrimas dujų chromatografijos
– masių spektrometrijos metodu
Tyrimas buvo atliktas naudojant headspace metodiką SHIMADZU GC-MS-QP2010 Ultra chromatografijos sistemoje su Rxi® -5ms kapiliarine kolonėle (ilgis yra 30 m, o skersmuo – 0,25 mm, nejudančios fazės sluoksnio storis - 0,25µm). Nustatyta temperatūra kolonėleje: 50oC palaikoma 5 min,
tuomet keliama po 2oC/min iki 200oC, vėliau po 15oC/min iki 315oC – ši pastovi temperatūra palaikoma 15min. Injektoriaus temperatūra – 260oC. Analizei buvo naudotos helio dujos. Mėginys buvo
Mikrokapsulė Koncentracija, %; chitozanas Maišymo trukmė, min. Paleidimo aukštis, cm. I 2%; VMM 5 10 II 2%; VMM 15 10 III 2%; VMM 30 10 IV 2%; 80/1000 DMM 5 10 V 2%; 80/1000 DMM 15 10 VI 2%; 80/1000 DMM 30 10 VII 2%; VMM 5 4 VIII 2%; VMM 15 4 IX 2%; VMM 30 4 X 4%; VMM 5 4 XI 2%; 80/1000 DMM 5 4 XII 2%; 80/1000 DMM 15 4 XIII 2%; 80/1000 DMM 30 4 XIV 2%; 80/3000 DMM 5 4
injekuojamas taikant srauto padalinimą santykiu 1:60. Injekcijos tūris - 1 µL. Masės spektro nuskaitymo diapazonas: 29–500 amu, skenavimo laikas - 0,2 sekundės, injekavimo vietos temperatūra buvo 280oC.
2.5.6. Emulsijų su pluoštinių bosvelijų eteriniu aliejumi gamyba
Pasirinktas pamatuotas kiekis chitozano gelio dedamas į stiklinėlę, į jį lašinamas reikiamas kiekis PAM, viskas sumaišoma. Toliau įdedamas reikalingas kiekis pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, sumaišoma. Emulsijų sudėtys pateikiamos 2 lentelėje.
Emulsijos Nr.
Chitozano gelis; jo koncentracija (%) Pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus koncentracija (%) PAM; jo koncentracija (%)
1 VMM chitozano gelis; 2% 0,1% Tween 20; 0,5%
2 VMM chitozano gelis; 2% 0,2% Tween 20; 0,5%
3 VMM chitozano gelis; 2% 0,3% Tween 20; 0,5%
4 VMM chitozano gelis; 2% 0,4% Tween 20; 0,5%
5 VMM chitozano gelis; 2% 0,1% Tween 80; 0,5%
6 VMM chitozano gelis; 2% 0,1% Span 20; 0,5%
7 VMM chitozano gelis; 2% 0,2% Span 20; 0,5%
8 VMM chitozano gelis; 2% 0,1% Span 80; 0,5%
9 VMM chitozano gelis; 2% 0,2% Span 80; 0,5%
10 VMM chitozano gelis; 3% 0,1% Tween 20; 0,5%
11 DMM chitozano gelis 80/1000; 2% 0,1% Tween 20; 0,5%
12 DMM chitozano gelis 80/1000; 2% 0,2% Tween 20; 0,5%
13 DMM chitozano gelis 80/1000; 2% 0,3% Tween 20; 0,5%
14 DMM chitozano gelis 80/1000; 2% 0,4% Tween 20; 0,5%
15 DMM chitozano gelis 80/1000; 2% 0,5% Tween 20; 0,5%
2.5.7. Emulsijų su pluoštinių bosvelijų eteriniu aliejumi mikroskopinis tyrimas
Norint įvertinti emulsijoje esančių eterinio aliejaus lašelių dydį, jų pasiskirstymą, taikoma mikroskopija. Emulsijos lašelis užlašinamas ant objektinio stiklelio, uždedamas dengiamasis stiklas. Vaizdui įvertinti naudojamas mikroskopas Motic® BA310, ,,Nis-Elements‘‘ programa. Vaizdasdidinamas 100 kartų. Programa apskaičiuoja pasirinktų aliejaus lašelių dydį. Iš kiekvienos emulsijos parenkama 10 atsitiktinių aliejaus lašelių, išvedamas jų skersmens vidurkis.
2.5.8. Emulsijų su pluoštinių bosvelijų eteriniu aliejumi stabilumo tyrimas, taikant
centrifugavimą
Pagamintos emulsijos dedamos į mėgintuvėlius, kurie patalpinami į Centrifuga Sigma 3-18KS. Nustatomas centrifugavimo laikas – 5 min., greitis – 3000 aps./min. Atlikus centrifugavimą, stebima, ar neatsiskyrė emulsijų aliejinė ir vandeninė fazės.
2.5.9. Mikrokapsulių formavimas švirkšto pompa
Pasirinktas chitozano gelis arba emulsija pritraukiami į 10 ml tūrio švirkštą, prie jo pritvirtinama adata. Švirkštas tvirtinimas prie švirkšto pompos LA-120. Nustatoma, kad gelis lašėtų 0,5ml/min., o emulsija 0,4 ml/min arba 0,8 ml/min greičiu, pagal švirkšto tūrį parenkamas skersmens parametras – 14,43. Stiklinė su 1% NaOH tirpalu uždedama ant magnetinės maišyklės MSH – 20A, nustatomas jos maišymo greitis – 130 aps./min. Pradedamas lašinti chitozano gelis arba emulsija į 1% NaOH tirpalą, pasirinkus vieną aukštį – 10 cm. (nuo gelio lašo paleidimo vietos iki jo sąlyčio su 1% NaOH tirpalo paviršiaus). Mikrokapsulės gaminamos, taikant skirtingus maišymo laikus: 5 min., 15 min., 30 min. Pagamintos mikrokapsulės įvardintos 3 lentelėje.
Mikrokapsulės Nr.
Gelis Emulsijos Nr. Maišymo
trukmė, min Lašėjimo greitis, ml/min 1 2% VMM chitozano gelis - 5 0,5 2 2% VMM chitozano gelis - 15 0,5 3 2% VMM chitozano gelis - 30 0,5 4 - 1 5 0,8 5 - 1 15 0,8 6 - 1 30 0,8 7 - 2 5 0,8 8 - 2 15 0,8 9 - 2 30 0,8 10 - 3 5 0,8 11 - 3 15 0,8 12 - 3 30 0,8 13 - 4 5 0,8 14 - 4 15 0,8
Šviežios mikrokapsulės dedamos ant piltuvėlio su filtravimo popieriumi, piltuvėlis įstatomas į kolbą. Mikrokapsulės kelis kartus perplaunamos išgrynintu vandeniu. Dalis mikrokapsulių paliekama ant filtravimo popieriaus ir džiovinama 24 val. Kita dalis iškart naudojama tolimesniems tyrimams.
2.5.10. Mikrokapsulių drėgmės matavimas
Drėgmei nustatyti naudojamas drėgnomatis (KERN MLS,Vokietija). Ant lėkštelės uždedama 0,1-0,2 g. mikrokapsulių, jos plačiai paskirstomos visame plote. Mėginys džiovinamas 100-105o C temperatūroje iki pastovios masės. Drėgmė nurodoma procentais. Mėginiai tiriami po 2 h., 4 h., 6 h., 24 h. po mikrokapsulių pagaminimo., tyrimai kartojami 3 kartus, išvedamas gautų rezultatų vidurkis.
2.5.11. Mikrokapsulių kompresijos tyrimas
Norint išmatuoti šviežių mikrokapsulių apvalkalo atsparumą traiškymui, naudojamas tekstūros analizatorius Stable micro systems manual TA.Xtplus. Kompiuteryje pasirenkama ,,Exponent‘‘ programa ir reikalingas Gnocchi suspaudimo testas (angl. Gnocchi compression). Kiekvienos serijos 10 šviežių mikrokapsulių dedama ant tekstūros analizatoriaus plokštumos, viršuje parenkamas ir pritvirtinamas plokščias pagrindas, kuris suspaudžia mikrokapsules. Programos nustatymuose parenkami parametrai: nusileidimo atstumas iki mikrokapsulių - 3 mm, nusileidimo greitis – 2 mm/s. Pagrindas nusileidžia, prispaudžia mikrokapsules ir pakyla į viršų. Kiekvienai serijai tyrimas kartojamas 3 kartus, programa automatiškai nubrėžia grafiką.
2.5.12. Mikrokapsulių mikroskopinis tyrimas
Norint įvertinti išdžiūvusių mikrokapsulių mikroskopinę išvaizdą, jų dydį, atliekamas mikroskopinis tyrimas. Naudojamas mikroskopas Motic® BA310, kompiuteryje parenkama ,,Nis-Elements‘‘ programa. Kiekvienos serijos mikrokapsulės dedamos ant objektinio stiklelio, vaizdas priartinamas 100 kartų. Iš kiekvienos serijos atsitiktinai parenkamos 3 mikrokapsulės.
2.5.13. Statistinė analizė
3. REZULTATAI IR JŲ APTARIMAS
3.1. Chitozano molekulinės masės ir koncentracijos įtaka gelių pH reikšmėms
Pagaminus skirtingos chitozano molekulinės masės ir koncentracijos gelius, buvo nustatytos jų pH reikšmės. Gauti rezultatai pateikiami 4 lentelėje.
Buvo vertinami 2% skirtingų molekulinių masių chitozanų, taip pat 4% VMM chitozano geliai. pH reikšmės svyravo nuo 3,34±0,05 iki 3,65±0,03. Lyginant vienodos koncentracijos skirtingų molekulinių masių chitozanų gelių pH reikšmes, pokyčiai buvo nereikšmingi. Mažiausia pH reikšme pasižymėjo 2% DMM 80/1000 chitozano gelis (3,34±0,05), šiek tiek didesnėmis atitinkamai 2% DMM 80/3000 (3,35±0,04) ir 2% VMM chitozano geliai (3,37±0,03).
Palyginus didesnės koncentracijos – 4% VMM chitozano gelio rezultatus, buvo nustatytas reikšmingas skirtumas. Šis gelis pasižymėjo didžiausia pH reikšme - 3,65±0,03.
Mokslinėje literatūroje yra pateikiamas tyrimas, kurio metu buvo gaminti chitozano geliai. Tyrime naudotas VMM chitozanas, jis buvo tirpintas 1% pieno rūgšties vandeniniame tirpale. Išmatavus pH reikšmes, jos svyravo nuo 4,8 iki 5,27. Palyginus su mūsų tyrimo rezultatais, šios reikšmės yra didesnės, manau, kad tai lėmė mažesnė pieno rūgšties koncentracija. Kadangi tyrime buvo gaminamas gelis vartojimui ant odos, teigiama, kad būtent tokios pH reikšmės yra artimos odos pH reikšmei (apie 5). Rūgštinė gelio aplinka neleidžia daugintis mikroorganizmams [31].
Kitame moksliniame tyrime buvo naudoti skirtingų molekulinių masių chitozanai: mažos, vidutinės ir didelės. Jie buvo tirpinti 1% pieno rūgšties tirpale, pH reikšmės svyravo nuo 4.98±0.03 iki 5.34±0.04. Nustatyta, kad chitozano molekulinė masė neturėjo reikšmingo skirtumo rezultatams [13].
Apibendrinus gautus rezultatus, galima teigti, kad chitozano molekulinė masė neturi įtakos gelių pH reikšmėms, o skirtinga koncentracija – turi. Didesnės koncentracijos chitozano gelis pasižymi reikšmingai didesne pH reikšme.
Gelis pH reikšmė
2% VMM chitozano gelis 3,37±0,03 4% VMM chitozano gelis 3,65±0,03*
2% DMM 80/1000 chitozano gelis 3,34±0,05** 2% DMM 80/3000 chitozano gelis 3,35±0,04***
4 lentelė. Nustatytos gelių su chitozanu pH reikšmės, n=3; *p<0,05 vs 2% VMM chitozano gelis, **p>0,05 vs 2% VMM chitozano gelis, ***p>0,05 vs 2% DMM 80/1000 chitozano gelis
3.2. Skirtingos molekulinės masės ir koncentracijos chitozanų įtaka gelių
tekstūrai
Atlikus skirtingų molekulinių masių ir koncentracijų chitozanų gelių tekstūros analizę šampūno išstūmimo atgal testo (angl. shampoo back extrusion) metu, buvo gauti kietumo (g), konsistencijos (g*s), lipnumo (g) ir klampos indekso (g*s) rezultatai.
Tiramųjų gelių kietumo (g) rezultatai pateikiami 6 paveiksle.
Vertinant skirtingų molekulinių masių chitozanų gelių kietumo rezultatus, tarp jų nustatytas reikšmingas skirtumas. Mažiausiu kietumu pasižymėjo 2% VMM chitozano gelis - 21,46±0,03 g., vidutiniu - 2% DMM 80/1000 chitozano gelis su 34,74±0,21 g. reikšme, o didžiausiu - 2% DMM 80/3000 chitozano gelis, kuriam buvo būdingas 65,73±1,79 g. kietumas.
Palyginus VMM chitozano skirtingos koncentracijos gelius, tarp rezultatų taip pat nustatytas reikšmingas skirtumas. Dvigubai didesnės koncentracijos – 4% VMM chitozano gelis buvo kietesnis ir pasižymėjo 96,58±0,06 g rezultatu.
Nustačius skirtingų molekulinių masių ir koncentracijų chitozanų konsistenciją (g*s), užfiksuotas reikšmingas skirtumas tarp gautų lyginamųjų rezultatų. 7 paveiksle pavaizduoti tiramųjų gelių konsistencijos (g*s) rezultatai.
Vertinant tos pačios koncentracijos skirtingų molekulinių masių chitozanų gelius, mažiausia konsistencijos reikšmė buvo 2% VMM chitozano gelio (90,11±0,92 g*s), vidutine konsistencija pasižymėjo 2% DMM 80/1000 chitozano gelis (149,17±0,72 g*s), o didžiausia - 2% DMM 80/3000 chitozano gelis (274,32±8,66 g*s). 4% VMM chitozano gelis pasižymėjo reikšmingai didesne konsistencijos reikšme (402,29±0,62 g*s), palyginus su 2% VMM chitozano geliu.
Įvertinus tiriamųjų gelių lipnumą (g), nustatyta, kad rezultatai varijavo nuo 13,02±0,13 g iki -65,29±0,11 g, skirtumai yra reikšmingi. Vaizdiškai rezultatai pateikiami 8 paveiksle.
Tarp tos pačios koncentracijos skirtingų molekulinių masių chitozanų gelių mažiausiai lipnus buvo 2% VMM chitozano gelis 13,02±0,13 g.) , vidutiniškai - 2% DMM 80/1000 chitozano gelis
(-7 pav. Tiriamųjų gelių konsistencijos (g*s) rezultatai, n=3; * p<0,05 vs VMM chitozano gelis, 2%, ** p<0,05 vs DMM 80/1000 chitozano gelis, 2%
20,46±0,66 g.), didžiausias lipnumas nustatytas 2% DMM 80/3000 chitozano geliui (-41,10±2,99 g.). 4% VMM chitozano gelis pasižymėjo reikšmingai didesniu lipnumo rezultatu (65,29±0,11 g) už 2% VMM chitozano gelį.
Klampos indeksų rezultatų reikšmės buvo nustatytos nuo -20,95±0,39 g*s iki -177,88±5,79 g*s. Tarp vienodos koncentracijos, skirtingų molekulinių masių chitozanų gelių mažiausiu klampos indeksu pasižymėjo 2% VMM chitozano gelis (-20,95±0,39 g*s), didesniu - 2% DMM 80/1000 chitozano gelis (-50,77±5,74 g*s), didžiausiu - 2% DMM 80/3000 chitozano gelis (-177,88±5,79 g*s). Skirtumas tarp rezultatų yra reikšmingas. Vertinanat skirtingų koncentracijų gelius, 4% VMM chitozano gelis turėjo reikšmingai didesnį klampos indekso rezultatą (-135,51±0,64 g*s). Rezultatai pateikiami 9 paveiksle.
Norint geriau įvertinti gelių tekstūros savybes, papildomai buvo atliktas margarino tepumo testas (angl. margarine spreadability), kurio metu nustatytas paslankumas (g*s) ir sukibimas (g*s).
Tarp skirtingos molekulinės masės chitozanų gelių paslankumo reikšmės buvo nustatytos nuo -0,39±0,22 g*s iki 2,99±0,74 g*s. Tiriamųjų gelių paslankumo (g*s) rezultatai pateikiami 10 paveiksle.
9 pav. Tiriamųjų gelių klampos indekso (g*s) rezultatai, n=3; * p<0,05 vs VMM chitozano gelis, 2%, ** p<0,05 vs DMM 80/1000 chitozano gelis, 2%
Mažiausias paslankumas buvo 2% VMM chitozano gelio (-0,39±0,22 g*s). Šiek tiek didesnis - 2% DMM 80/1000 chitozano gelio (-0,83±0,09 g*s), bet, lyginant šių dviejų gelių rezultatus, reikšmingo skirtumo nėra. Didžiausias paslankumas yra 2% DMM 80/3000 chitozano gelio (2,99±0,74 g*s). Šio gelio rezultatai reikšmingai didesni už prieš tai pateiktų mėginių rezultatus. Lyginant skirtingų koncentracijų VMM chitozano gelius, nustatyta, kad 4% koncentracijos gelis pasižymėjo reikšmingai didesniu rezultatu (4,78±0,1 g*s), nei 2% koncentracijos gelis.
11 paveiksle pateikti tiriamųjų gelių sukibimo (g*s) rezultatai.
Vertinant tos pačios koncentracijos skirtingų molekulinių masių chitozanų gelių sukibimo (g*s) rezultatus, nustatyta, kad mažiausias sukibimas yra 2% VMM chitozano gelio (-1,76±0,04 g*s), didesnis - 2% DMM 80/1000 chitozano gelio (-2,57±0,23 g*s), o pats didžiausias - 2% DMM 80/3000 chitozano gelio (-4,68±0,68 g*s). Skirtumai tarp rezultatų yra reikšmingi. 4% VMM chitozano gelis pasižymėjo reikšmingai didesniu sukibimo rezultatu (-7,69±0,19 g*s), lyginant su 2% VMM chitozano geliu.
Atlikto mokslinio tyrimo metu pagaminti geliai, kurių sudėtyje buvo skirtingos molekulinės masės chitozanai: mažos molekulinės masės (MMM), VMM ir DMM. Atlikus jų tekstūros analizę, buvo vertinami kietumo, konsistencijos ir lipnumo parametrai. Nustatyta, kad mažiausiomis išvardintomis savybėmis pasižymėjo VMM chitozano gelis, vidutinėmis – MMM chitozano gelis ir didžiausiomis – DMM chitozano gelis [32]. Palyginus su mūsų tyrime gautomis VMM ir DMM gelių savybių reikšmėmis, matome, kad rezultatai sutampa.
Mokslinėje literatūroje taip pat pateikiamas atliktas tyrimas, kurio metu buvo gaminami skirtingų koncentracijų chitozano geliai. Nustatyta, kad, didėjant chitozano koncentracijai, didėja gelio kietumas ir lipnumas [33].
Apibendrinant skirtingų molekulinių masių chitozanų gelių kietumo, konsistencijos, lipnumo, klampos indekso, paslankumo ir sukibimo rezultatus, galima daryti išvadą, kad mažiausiomis
išvardintomis tekstūros savybėmis pasižymėjo 2% VMM chitozano gelis, vidutinėmis - 2% DMM 80/1000 chitozano gelis, o didžiausiomis - 2% DMM 80/3000 chitozano gelis. Įvertinus skirtingos koncentracijos chitozanų gelių rezultatus, nustatyta, kad didesnės koncentracijos gelis pasižymi didesnėmis šių tekstūros parametrų reikšmėmis.
3.3. Mikrokapsulių formavimas
Norint nustatyti optimaliausias sąlygas mikrokapsulių formavimui, buvo taikyti skirtingi technologiniai veiksniai. Iš pradžių buvo pasirinkta formuoti mikrokapsules iš 2% VMM, 2% DMM 80/1000 chitozano gelių, taikant skirtingus mikrokapsulės paleidimo aukščius (4 cm., 10 cm.) iki sąlyčio su 1% NaOH tirpalu bei keičiant mikrokapsulių maišymo trukmę (5 min., 15 min., 30 min.). Nustatyta, kad taisyklingesnės mikrokapsulės susiformavo lašinant gelį iš 10 cm. aukščio. Lašinant gelį iš 4 cm atstumo, mikrokapsulės formavosi ne apskritimo, o pailgos formos. 12 paveiksle pateikiamas 2% DMM 80/1000 chitozano gelio, kuris buvo lašinamas iš 4 cm. aukščio, mikrokapsulių vaizdas, o 13 paveiksle - tokios pačios sudėties mikrokapsulės, kurios buvo lašinamos iš 10 cm. atstumo.
Pabandžius gaminti mikrokapsules iš 4% VMM ir 2% DMM 80/3000 gelių, jų nepavyko suformuoti. Manau, kad geliai buvo per klampūs, lašinant nesiformavo taisyklingas lašelis.
Vėliau mikrokapsulės buvo formuojamos švirkšto pompa iš 2% VMM chitozano gelio, taikant skirtingus maišymo laikus (5 min., 15min., 30 min.), parinktas lašėjimo greitis – 0,5 ml/min. Nustatyta, kad formavosi taisyklingos mikrokapsulės.
Tyrimo metu buvo pradėtos formuoti mikrokapsulės iš emulsijų, kurias sudarė 2% VMM chitozano gelis, 0,5% Tween 20 ir skirtingų koncentracijų pluoštinių bosvelijų eterinis aliejus. Nustatyta,
12 pav. 2% DMM 80/1000 chitozano gelio mikrokapsulės, formuotos iš 4 cm atstumo
kad emulsijos, kurios lašėjo 0,8ml/min. greičiu, taisyklingai formavosi su 0,1%, 0,2% ir 0,3% eteriniu aliejumi, o su 0,4% mikrokapsulės susiformavo netaisyklingos. Sumažinus emulsijos lašėjimo greitį iki 0,4 ml/min., pavyko suformuoti taisyklingas mikrokapsules ir su 0,4% eteriniu aliejumi, bet, didinant aliejaus koncentraciją, mikrokapsulės taisyklingai nesiformavo. Nustačius, kad mikrokapsulės taisyklingiau formuojamos lašinant emulsiją 0,4 ml/min. greičiu, tolimesniems tyrimams pasirinktas tik šis greitis. Taip pat buvo pasirinkta gaminti mikrokapsules netaikant skirtingų maišymo trukmių, o tik vieną – 15 min.
Prieš tai aptartoje emulsijos sudėtyje pasirinkta keisti PAM. Gaminant mikrokapsules iš emulsijų, kurias sudarė 2% VMM chitozano gelis, 0,5% Tween 80 ir skirtingų koncentracijų pluoštinių bosvelijų eterinis aliejus, taisyklingai susiformavo tik tos mikrokapsulės, kuriose buvo 0,1% eterinio aliejaus. Su emulsikliais Span 20 ir Span 80 pavyko įkapsuliuoti 0,1% ir 0,2% eterinio aliejaus.
Pakeitus emulsijos sudėtyje VMM į DMM 80/1000 chitozaną, parinkus PAM Tween 20, pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus pavyko įkapsuliuoti nuo 0,1% iki 0,4%.
Taip pat buvo bandyta formuoti mikrokapsules iš emulsijos, kurios sudėtyje buvo 3% VMM chitozano, 0,1% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus ir 0,5% Tween 20. Mikrokapsulių nepavyko suformuoti, emulsija buvo per klampi.
Apibendrinant mikrokapsulių formavimo rezultatus, galima daryti išvadą, kad taisyklingiausios formos mikrokapsulės susidaro iš 2% chitozanų: VMM arba DMM 80/1000, optimaliausias emulsijos lašėjimo greitis yra 0,4 ml/min, daugiausiai pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus (iki 0,4% koncentracijos) pavyksta įkapsuliuoti su PAM Tween 20.
3.4. Skirtingų technologinių veiksnių įtaka mikrokapsulių išvaizdai ir dydžiui
Išdžiovinus pagamintas mikrokapsules, buvo vertinama skirtingų technologinių veiksnių (pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus koncentracijos, maišymo trukmės, PAM, skirtingos chitozano molekulinės masės) įtaką mikrokapsulių išvaizdai ir dydžiui. Mikrokapsulių forma ir išvaizda turi įtakos šioms savybėms: mechaniniam atsparumui, brinkimo laipsniui, įkapsuliuotų bioaktyvių junginių apsaugai ir atpalaidavimui [1]..
Skirtingų mikrokapsulių serijų dydis pateikiamas 5 lentelėje.
Mikrokapsulės Nr. Mikrokapsulės dydis, µm
I 1087,39±53,43 II 1002,51±8,76* III 973,42±15,73** IV 1090,45±41,27 V 1024,68±19,85* VI 938,61±36,85** 1 1091,09±9,12 2 1009,32±14,76* 3 964,91±8,68** 4 1111,39±13,57 5 1011,23±12,61* 6 974,09±26,78** 7 1116,25±7,92*** 8 1017,35±16,69* *** 9 976,32±9,58** *** 10 1090,31±38,33**** 11 1009,39±6,95* **** 12 943,82±31,47** **** # 16 1098,12±24,80*****
14 pav. Mikrokapsulių Nr. 16, Nr. 17 ir Nr. 18 mikroskopinis vaizdas, padidintas 100 kartų. Mikrokapsulių sudėtis pagal Nr. žiūrėti 2.5.9. skirsnyje, 3 lentelėje
5 lentelė. Mikrokapsulių dydis (µm), n=3; *p<0,05 vs mikrokapsulės, maišytos 5 min., **p<0,05 vs mikrokapsulės, maišytos 15 min, *** p>0,05 vs mikrokapsulės, sudėtyje turinčios 0,1% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, **** p>0,05 vs mikrokapsulės, sudėtyje turinčios 0,2% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, *****p>0,05 vs mikrokapsulės, sudėtyje turinčios 0,3% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, #p<0,05 vs Nr. 6, ##p<0,05 vs Nr. 5 ir Nr. 22, ###p>0,05 vs
Norint palyginti pagamintų ir išdžiovintų mikrokapsulių dydį ir jo priklausomybę nuo pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, buvo pasirinkti vienodi kiti technologiniai veiksniai: chitozano gelio sudėtis, PAM, mikrokapsulių maišymo trukmė. Palyginus mikrokapsulių skersmenų rezultatus, reikšmingas skirtumas nebuvo nustatytas, išskyrus lyginamąsias mikrokapsules Nr. 6 ir Nr. 12 (p<0,05). Mikrokapsulių Nr. 6 sudėtyje buvo 0,1%, o Nr. 12 – 0,3% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus. Šiame pavyzdyje nustatyta, kad mikrokapsulės, kurių sudėtyje yra mažiau eterinio aliejaus, pasižymi didesniu skersmeniu (974,09±26,78 µm), nei mikrokapsulės, kurių sudėtyje yra didesnė koncentracija eterinio aliejaus (943,82±31,47 µm).
Norint įvertinti maišymo trukmės įtaką mikrokapsulių skersmeniui, buvo lyginamos mikrokapsulės, kurių sudėtis ir visi technologiniai veiksniai buvo vienodi, išskyrus maišymo trukmę. Buvo vertinamos mikrokapsulės su trimis skirtingomis mikrokapsulių maišymo trukmėmis: 5 min., 15 min. ir 30 min. Nustatyta, kad šis technologinis veiksnys turėjo įtakos reikšmingam skirtumui tarp mikrokapsulių skersmens dydžio rezultatų. Nustatyta, kad, ilgėjant mikrokapsulių maišymo laikui, mažėja jų skersmuo. Pavyzdžiui, mikrokapsulės Nr. I (maišymo trukmė – 5 min.) pasižymėjo 1087,39±53,43 μm, mikrokapsulės Nr. II (maišymo trukmė – 15 min.) - 1002,51±8,76 μm, o mikrokapsulės Nr. III (maišymo trukmė – 30 min.) - 973,42±15,73 μm skersmeniu.
Vertinant PAM įtaką mikrokapsulių skersmeniui, buvo lyginamos mikrokapsulės, kurių sudėtyje skyrėsi tik PAM, kiti technologiniai veiksniai buvo vienodi. Nustatyta, kad didžiausiu skersmeniu susiformavo mikrokapsulės, kurių sudėtyje buvo 0,5% Tween 20, skirtumas tarp mikrokapsulių rezultatų su kitomis PAM buvo reikšmingas. Mikrokapsulės Nr. 19, kurių sudėtyje buvo 0,5% Tween 80, buvo reikšmingai mažesnės už mikrokapsules Nr. 5 (sudėtyje buvo 0,5% Tween 20). Lyginant su kitomis mikrokapsulėmis, turinčiomis skirtingas PAM, nustatyta, kad mikrokapsulės Nr. 19 buvo nereikšmingai didesnės už mikrokapsules Nr. 20 (sudėtyje buvo 0,5% Span 20) ir reikšmingai didesnės už Nr. 22 (sudėtyje buvo 0,5% Span 80). Toliau reikšmingai mažesniais dydžiais pasižymėjo mikrokapsulės, sudėtyje turinčios 0,5% Span 20. Mažiausios iš visų mikrokapsulių susiformavo Nr. 22
ir Nr. 23, sudėtyje turinčios Span 80, jos atitinkamai pasižymėjo 846,98±8,38 μm ir 850,48±3,41 μm skersmenimis, palyginus su kitų mikrokapsulių rezultatais, skirtumas buvo reikšmingas.
Palyginus mikrokapsulių serijas, kurias sudarė skirtingų molekulinių masių chitozanas – VMM arba DMM 80/1000, reikšmingas skirtumas tarp rezultatų nenustatytas. Pavyzdžiui, mikrokapsulės Nr. 1, sudėtyje turinčios 2% VMM chitozano, buvo 1091,09±9,12 μm dydžio, o mikrokapsulės Nr. 25, formuluotėje turinčios 2% DMM 80/1000 chitozano, - 1010,66±3,84 μm skersmens.
Viename moksliniame tyrime pagamintų mikrokapsulių diametras buvo 1224±6.56 μm. Rezultatas buvo didesnis už mūsų tirtų mikrokapsulių dydį. Tai galėjo lemti šiek tiek besiskiriančios tyrimo sąlygos: mikrokapsulių sudėtyje buvo ne tik chitozano, bet ir polisacharido karagenino. Naudotas emulsiklis – Tween 40, kurio mes savo tyrime neturėjome. Taip pat mikrokapsulės buvo maišytos ne vandeniniame NaOH tirpale, o etanoliniame. Teigiama, kad etanolis sumažina chitozano tirpumą ir padidina jo kietumą [34].
Kitame tyrime mikrokapsulės buvo formuojamos iš mažesnės koncentracijos chitozano – 0,5%. Vidutiniškai mikrokapsulės pasižymėjo 225±4 μm, 131±20 μm ir 11±3 μm dydžiu, atitinkamai jos buvo maišytos 400 aps./min, 800 asp./min. ir 1500 aps./min greičiu. Taigi, mikrokapsulių skersmens mažėjimą lėmė didesnis maišymo greitis [30]. Mūsų tyrime jis buvo pasirinktas vienas – 130 aps./min. Teigiama, kad mažesnis mikrokapsulių dydis gali padidinti eterinio aliejaus komponentų atpalaidavimą [35].
Literatūroje minima, kad PAM įvedimas į emulsinę sistemą sudaro apsauginę membraną tarp vandeninės ir aliejinių fazių, taip sistema tampa stabilesnė. Tyrimo metu nustatyta, kad dviejų PAM kompleksas (Span 80 ir Tween 60) sustiprina membraną, padidindamas sąsajos klampumą. Būtent tai lėmė mikrokapsulių skersmens sumažėjimą nuo 626,5 μm (naudojant Span 80) iki 31,8 μm (naudojant Span 80 ir Tween 60) [36].
Dar vieno mokslinio tyrimo metu gamintos mikrokapsulės, kurių sudėtyje buvo chitozanas ir eukaliptų arba santalų eterinis aliejus. Nustatyta, kad, didėjant eukaliptų eterinio aliejaus koncentracijai, mikrokapsulių dydis taip pat didėja. Naudojant santalų eterinį aliejų ir didėjant jo koncentracijai, mikrokapsulių skersmuo mažėja [37]. Mūsų tyrimo metu nebuvo nustatyta mikrokapsulių dydžio kaita, varijuojant pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus koncentracija emulsijų sudėtyje.
3.5. Pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus koncentracijos įtaka mikrokapsulių
kietumui
Mechaninis suspaudimas yra geras būdas nustatyti laboratorijoje arba pramoniniu būdu pagamintų mikrokapsulių kokybę [38]. Mechaninės mikrokapsulių savybės labai priklauso nuo fizikinių jas sudarančio apvalkalo savybių. Polimerinės medžiagos yra dažnai naudojamos mikrokapsulių formavimui tam, kad būtų padidintas jų atsparumas suspaudimui [39]. Norint įvertinti mikrokapsulių mechanines savybes, metodai yra skirstomi į dvi pagrindines grupes: tiriama viena mikrokapsulė arba jų grupė. Tiriant vienos mikrokapsulės savybes, gaunami tikslesni rezultatai [40]. Taip pat literatūroje teigiama, kad mikrokapsulių suspaudimo jėga tarp dviejų lygiagrečių plokščių nenumato tikslių mechaninių savybių kitoje terpėje, pavyzdžiui, kai mikrokapsulės suspenduotos tekančiame skystyje. Tada dalelių judėjimas ir deformacija priklauso ne tik nuo jų fizikinių savybių (vidinės reologijos, paviršiaus-tūrios santykio, apvalkalo mechaninių savybių), bet ir nuo vietinio lauko srauto [41]. Mūsų tyrimo metu nebuvo galimybės įvertinti vienos mikrokapsulės kompresijos testu, todėl buvo tiriama jų grupė – 10 mikrokapsulių iš vienos serijos, pakartojant testą 3 kartus.
15 paveiksle pavaizduoti duomenys, kaip skiriasi mikrokapsulių apvalkalo atsparumas traiškymui, priklausomai nuo pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus koncentracijos mikrokapsulėse.
15 pav. Pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus koncentracijos įtaka mikrokapsulių kietumui, n=3; *p<0,05 vs mikrokapsulės, sudėtyje turinčios 0,1% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, **p<0,05 vs mikrokapsulės, sudėtyje turinčios 0,2% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, ***p>0,05 vs mikrokapsulės, sudėtyje turinčios 0,3% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus,
Mikrokapsulėms Nr. 4, kuriose buvo 0,1% eterinio aliejaus, buvo reikalinga 483,54±89,79 g. suspaudimo jėga, Nr. 7, turinčioms 0,2% eterinio aliejaus, - 922,26±254,65 g., Nr. 10, kurių sudėtyje buvo 0,3% eterinio aliejaus, - 1665,73±439,40 g. Reikšmingas skirtumas tarp gautų rezultatų buvo nustatytas. Šių mikrokapsulių sudėtyje buvo 2% VMM chitozanas ir 0,5% Tween 20, jų maišymo trukmė – 5 min.
Toliau buvo vertinami mikrokapsulių Nr. 5, Nr. 8 ir Nr. 11 apvalkalo atsparumo traiškymui rezultatai. Šių lyginamų mikrokapsulių sudėtyje buvo 2% VMM chitozano ir 0,5% Tween 20, maišymo trukmė – 15 min. Lyginant gautus duomenis, tarp rezultatų nustatytas reikšmingas skirtumas. Mažiausiai atsparios traiškymui buvo mikrokapsulės Nr. 5 (sudėtyje yra 0,1% eterinio aliejaus), joms prireikė 913,22±90,87 g. suspaudimo jėgos. Mikrokapsulių Nr. 8 (sudėtyje yra 0,2% eterinio aliejaus) apvalkalo sutraiškymui buvo reikalinga 1242,78±249,45 g. suspaudimo jėga. Didžiausios suspaudimo jėgos reikėjo mikrokapsulių Nr. 11 (sudėtyje yra 0,3% eterinio aliejaus) sutraiškymui, rezultatas buvo 2034,83±208,59 g.
Vertinant mikrokapsulių Nr. 6 (0,1% eterinio aliejaus), Nr. 9 (0,2% eterinio aliejaus) ir Nr. 12 (0,3% eterinio aliejaus) traiškymo rezultatus, nustatyta, kad mažiausiai buvo atsparios mikrokapsulės Nr. 6. Jų sutraiškymui buvo reikalinga 1078,87±152,41 g. suspaudimo jėga. Reikšmingai didesniu rezultatu pasižymėjo mikrokapsulės Nr. 12 - 3385,58±266,66 g. Didžiausios suspaudimo jėgos reikėjo mikrokapsulėms Nr. 9 - 3404,58±577,39 g. Tarp mikrokapsulių Nr. 9 ir Nr. 12 rezultatų reikšmingo skirtumo nebuvo. Visų šių mikrokapsulių formuluotėje buvo 2% VMM chitozanas ir 0,5% Tween 20, jų maišymo trukmė – 30 min.
Lyginant mikrokapsulių Nr. 20 (0,1% eterinio aliejaus) ir Nr. 21 (0,2% eterinio aliejaus) atsparumą traiškymui, reikšmingas skirtumas tarp rezultatų nenustatytas. Mikrokapsulės Nr. 20 pasižymėjo 442,92±124,02 g., o mikrokapsulės Nr. 21 - 423,63±29,08 g. kietumu. Šių mikrokapsulių sudėtyje buvo 2% VMM chitozanas ir 0,5% Span 20.
Mikrokapsulių Nr. 22 (0,1% eterinio aliejaus) ir Nr. 23 (0,2% eterinio aliejaus) kietumo rezultatai taip pat nepasižymėjo reikšmingu skirtumu. Mikrokapsulėms Nr. 22 sutraiškyti reikėjo 1782,50±863,91 g., o Nr. 23 -1729,39±240,08 g. jėgos. Jų sudėtyje buvo 2% VMM chitozanas ir 0,5% Span 80.
Mikrokapsulių Nr. 27 sutraiškymui reikėjo 2467,43±89,85 g. jėgos, o Nr. 28 - 2495,97±147,91 g. Aptartų mikrokapsulių formuluotėje buvo 2% 80/1000 chitozanas, 0,5% Tween 20.
Apibendrinant rezultatus, galima daryti išvadą, kad didėjanti pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus koncentracija reikšmingai didina mikrokapsulių apvalkalo atsparumą traiškymui tose mikrokapsulių serijose, kurių sudėtyje 2% VMM chitozano ir 0,5% Tween 20.
3.6. Maišymo trukmės įtaka mikrokapsulių kietumui
16 paveiksle pavaizduota, kaip kinta mikrokapsulių, kurių sudėtyje yra 2% VMM arba 2% DMM 80/1000 chitozano gelis, apvalkalo kietumas nuo maišymo trukmės. Mėlyna kreivė vaizduoja mikrokapsulių Nr. I (maišymo laikas – 5 min.), Nr. II (maišymo laikas – 15 min.) ir Nr. III (maišymo laikas – 30 min.) rezultatus. Šios mikrokapsulės buvo formuotos be švirkšto pompos pagalbos iš 2% VMM chitozano gelio. Silpniausias apvalkalas buvo mikrokapsulių Nr. I, jų sutraiškymui buvo reikalinga 449,24±27,44 g. jėga, didesniu rezultatu pasižymėjo mikrokapsulės Nr. II, jų apvalkalo pažeidimui panaudota 1143,43±100,43 g. jėga. Didžiausios suspaudimo jėgos reikėjo mikrokapsulėms Nr. III – 2315,80±103,48 g. Skirtumas tarp rezultatų reikšmingas.
Tarp mikrokapsulių Nr. IV (maišymo laikas – 5 min.), Nr. V (maišymo laikas – 15 min.) ir Nr. VI (maišymo laikas – 30 min.) kietumo rezultatų taip pat nustatytas reikšmingas skirtumas. Šios mikrokapsulės buvo pagamintos be švirkšto pompos iš 2% DMM 80/1000 chitozano gelio. Rezultatai vaizduojami 16 paveiksle raudona kreive. Ilgėjant mikrokapsulių maišymo trukmei, didėjo jų
16 pav. Maišymo trukmės įtaka mikrokapsulių, formuotų iš chitozanų gelių, kietumui, n=3; *p<0,05 vs mikrokapsulės, maišytos 5 min, **p<0,05 vs mikrokapsulės, maišytos 15 min.
atsparumas traiškymui: mikrokapsulėms Nr. IV panaudota 658,17±37,72 g. jėga, Nr. V – 1587,66±116,95 g., Nr. VI – 2802,63±174,90 g.
Ištyrus mikrokapsules Nr. 1 (maišymo laikas – 5 min.), Nr. 2 (maišymo laikas – 15 min.) ir Nr. 3 (maišymo laikas – 30 min.), kurios buvo gaminamos švirkšto pompos pagalba iš 2% VMM chitozano gelio, nustatyta, kad gauti rezultatai buvo labai panašūs į mikrokapsulių Nr. I, Nr. II ir Nr. III. 16 paveiksle žalia kreive pavaizduoti mikrokapsulių Nr. 1, Nr. 2 ir Nr. 3 traiškymo rezultatai. Nustatyta, kad mikrokapsulių Nr. 1 apvalkalo pažeidimui buvo reikalinga 482,54±59,56 g. jėga, mikrokapsulių Nr. 2 – 1049,73±19,48 g., mikrokapsulių Nr. 3 – 2298,97±120,31 g. Skirtumai tarp rezultatų buvo reikšmingi.
Mikrokapsulių, kurios buvo formuotos iš emulsijų su pluoštinių bosvelijų eteriniu aliejumi, tvirtumo rezultatai, priklausantys nuo maišymo trukmės, vaizduojami 17 paveiksle. Palyginus mikrokapsulių Nr. 4 (maišymo laikas – 5 min.), Nr. 5 (maišymo laikas – 15 min.) ir Nr. 6 (maišymo laikas – 30 min.) rezultatus, nustatyta, kad, ilgėjant maišymo laikui, mikrokapsulėms reikia daugiau jėgos jų sutraiškymui. Šios mikrokapsulės suformuotos iš emulsijų, kurių sudėtyje buvo 0,1% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, 2% VMM chitozano ir 0,5% Tween 20. Lyginant šių trijų serijų mikrokapsulių traiškymo rezultatus, nustatytas reikšmingas skirtumas, išskyrus tarp mikrokapsulių Nr. 5 ir Nr. 6.
Kaip ir palyginus prieš tai aptartų mikrokapsulių kietumo rezultatus, taip ir mikrokapsulės Nr. 7 (maišymo laikas – 5 min.), Nr. 8 (maišymo laikas – 15 min.) ir Nr. 9 (maišymo laikas – 30 min.) pasižymėjo savybėmis, kad, ilgėjant maišymo laikui, jų sutraiškymui reikia didesnės jėgos.
17 pav. Maišymo trukmės įtaka mikrokapsulių, formuotų iš emulsijų, kietumui, n=3; *p<0,05 vs mikrokapsulės, maišytos 5 min, ** p<0,05 vs mikrokapsulės, maišytos 15 min, #p>0,05 vs mikrokapsulės, maišytos 5 min. Mikrokapsulių sudėtis pagal Nr. žiūrėti 2.5.9.skirsnyje, 3
Mikrokapsulės gamintos iš emulsijų, kurių sudėtyje buvo 0,2% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, 2% VMM chitozano ir 0,5% Tween 20. Rezultatai tarp mikrokapsulių Nr. 7 ir Nr. 8 žymiai nesiskyrė, nebuvo nustatytas reikšmingas skirtumas. Kalbant apie mikrokapsulių seriją Nr. 9, jos buvo kiečiausios ir, lyginant su mikrokapsulių Nr. 7 ir Nr. 8 rezultatais, nustatytas reikšmingas skirtumas.
Toliau pateikiami mikrokapuslių Nr. 10 (maišymo laikas – 5 min.), Nr. 11 (maišymo laikas – 15 min.) ir Nr. 12 (maišymo laikas – 30 min.) traiškymo rezultatai. Jų sudėtyje buvo: 0,3% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, 2% VMM chitozano ir 0,5% Tween 20. Palyginus šių trijų mikrokapsulių serijų rezultatus, nustatyta, kad minkščiausios buvo mikrokapsulės Nr. 10, vidutinio kietumo - Nr. 11 ir kiečiausios - Nr. 12. Tarp mikrokapsulių Nr. 10 ir Nr. 11 kietumo rezultatų nebuvo nustatytas reikšmingas skirtumas, o tarp kitų lygintų mikrokapsulių – buvo.
Įvertinus mikrokapsulių Nr. 13, Nr. 14 ir Nr. 15 traiškymo rezultatus, tarp gautų reikšmių nustatytas reikšmingas skirtumas. Šių mikrokapsulių sudėtyje buvo: 0,4% pluoštinių bosvelijų eterinio aliejaus, 2% VMM chitozano ir 0,5% Tween 20. Ilgėjant maišymo laikui, mikrokapsulės tapo vis labiau tvirtesnės. Mikrokapsulės Nr. 13 buvo minkščiausios – jų sutraiškymui buvo reikalinga 1324,00±219,71 g. jėga, vidutiniu kietumu pasižymėjo mikrokapsulės Nr. 14 – joms suspausti buvo panaudota 2066,47±148,56 g. jėga. Atspariausios traiškymui buvo ilgiausiai maišytos mikrokapsulės Nr. 15, jų apvalkalui pažeisti reikėjo 3018,86±148,20 g. jėgos.
Apibendrinus gautus rezultatus, galime teigti, kad mikrokapsulės, kurias sudarė tik chitozano gelis, buvo tvirtesnės jas ilgiau maišant. Mikrokapsulės, sudarytos iš emulsijų, ne visuomet pasižymėjo reikšmingais skirtumais tarp kietumo rezultatų, vertinant maišymo trukmės įtaką. Daugeliu atvejų išliko tendencija, kad, ilgėjant mikrokapsulių maišymo trukmei, jų apvalkalo atsparumas traiškymui didėja.
