CC BY
6УДК 54
Коваль К.П.
магистр первого курса Московский государственный университет технологий и управления
им. К.Г. Разумовского (г. Москва, Россия)
МИКРОКАПСУЛИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ: ТЕХНОЛОГИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Аннотация: в статье рассматривается технология микрокапсулирования биологически активных веществ, подчеркивается ее значимость и преимущества в различных отраслях, таких как фармацевтика, космецевтика, пищевая промышленность и агрономия. Микрокапсулирование обеспечивает защиту активных веществ от разрушительных факторов внешней среды, контролирует их высвобождение, повышает биодоступность и способствует целенаправленному воздействию на организм. В статье представлены основные методы микрокапсулирования, включая экструзию, сушку, эмульгирование и ионную гелефикацию, а также описано их применение в различных сферах. Указываются перспективы дальнейших исследований и развития данной технологии, которая обещает улучшить качество и эффективность лекарственных средств, косметических продуктов и пищевых добавок, что, в свою очередь, положительно скажется на здоровье населения.
Ключевые слова: микрокапсулирование, биологически активные вещества, фармацевтика, космецевтика, пищевая промышленность, агрономия, стабильность, биодоступность, технологии.
В настоящее время известно три вида инкаспуляции, в зависимости от размера капсул (рисунок 1).
Рисунок 1. Виды инкапсуляции.
В данной работе мы подробнее рассмотрим микрокапсулирование, в частности виды технологий и перспективы данного метода.
Микрокапсулирование - это современная технология, позволяющая заключать биологически активные вещества в микроскопические капсулы, что значительно повышает их стабильность, биодоступность и целенаправленность высвобождение. Данная технология находит обширное применение во множестве областей: фармацевтика, косметология, пищевая промышленность, агрономия.
При данном виде инкапсуляции образуются частицы с различными свойствами. Чаще всего встречаются два вида частиц: первая представляет собой моноядерные капсулы (резервуарный метод), которые имеют ядро из капсулируемого вещества, окруженного оболочкой, вторая - агрегаты, в матрицу вещества-носителя которых встроено множество частиц инкапсулируемого вещества (матричный метод).
Материал находящийся внутри капсулы называется «активным компонентом». В качестве данного компонента капсулы могут быть использованы витамины, минеральные вещества, фенольные соединения, пептиды, ненасыщенные жирные кислоты и тд.
Чаще всего в качестве мембран для микрокапсул используются:
1. производные целлюлозы,
2. природные смолы,
3. синтетические полимеры и олигомеры,
4. парафины и стеарины [13, 18, 20, 21].
Микрокапсулирование используется во многих отраслях промышленности, до сих пор ученые продолжают изучать данную методику. Но уже сейчас мы можем точно сказать, что микрокапсулирование биологически активных веществ имеет ряд преимуществ.
1. Стабильность. Многие биологически активные вещества имеют пониженную стабильность и подвержены разрушению под воздействием ультрафиолетового излучения, в присутствии кислорода, а также при колебании температуры. Микрокапсулирование способно защитить БАВ от влияния факторов окружающей среды и продлить сроки хранения.
2. Контроль высвобождения. Микрокапсулирование позволяет регулировать скорость высвобождения БАВ.
3. Биодоступность. Некоторые биологически активные вещества имеют плохую растворимость, это затрудняет их усвоение организмом. Микрокапсулирование способно улучшить растворимость и вследствие чего повышается биодоступность.
4. Направленное воздействие. Микрокапсулирование позволяет создавать системы, способные доставлять биологически активные вещества непосредственно к нужным клеткам и органам, тем самым, минимизируя побочные эффекты [3, 5, 10].
5. Сохранение органолептических свойств. В пищевой промышленности микрокапсулирование позволяет сохранить вкус и запах используемых биологически активных веществ [6, 7-9].
В данный момент ученые продолжают исследования в области методов микрокапсулирования биологически активных веществ. Наиболее распространенными и изученными методами являются:
1. Экструзия. При использовании данного метода БАВ смешиваются с полимером, после этого смесь проходит через экструдер. При охлаждении образуются микрокапсулы.
2. Сушка. Данный метод включает в себя прием распылительной сушки и лиофилизации. При применении распылительной сушки раствор БАВ
распыляется и быстро высыхает, образуя микрокапсулы. Лиофилизация позволяет сохранить активные компоненты без термического воздействия.
3. Эмульгирование. Данный метод заключается в создании эмульсии, в которой один жидкий компонент (например, масло) полностью окружен другим (например, водой), это способствует формированию капсул [1].
4. Ионная гелефикация. Данный метод заключается в использовании ионов для создания геля, в который вводятся биологически активные вещества. После формирования капсул гель твердеет, образуя микрокапсулы.
Микрокапсулирование все еще нуждается в дальнейших изучениях, но, не смотря на это, даже сейчас данный метод активно внедряют в разработки в различных отрослях промышленности.
1. Фармацевтика. Микрокапсулированные формы лекарств обеспечивают целенаправленную доставку и контролируемое высвобождение действующих веществ. Также оно позволяет уменьшить токсичность действующих веществ, а также придать им новые морфологические и органолептические свойства. Это является особенно важным при лечении хронических заболеваний [4, 9,10].
2. Косметология. Микрокапсулирование позволяет вводить в рецептуру препарата несовместимых ингредиентов, также предохраняет нестабильные вещества от воздействия окружающей среды. Позволяет проводить целенаправленное воздействие на определенные клетки и тд. [11].
3. Пищевая промышленность. В данной промышленности микрокапсулирование позволяет: скрыть неприятный вкуси запах добавок, защитить их от разрушения при обработке, уменьшить скорость испарения или переноса материала ядра к внешней оболочке, разделить компоненты смеси для устранения нежелательных реакций и тд. [14-17, 19].
4. Агрохимия. Микрокапсулирование в данной отрасли позволяет: постепенно высвобождать удобрения и прочие вещества, что значительно снижает необходимость частых опрыскиваний растений, микрокапсулы меньше подвержены влиянию окружающей среды, благодаря этому препараты,
содержащиеся внутри капсул, имеют более длительное воздействие без побочных эффектов, внесение препаратов, содержащихся в микрокапсулах позволяет обрабатывать труднодоступные места и тд. [2, 5, 12].
Технология микрокапсулирования БАВ открывает новые пути в разработках высокоэффективных продуктов в различных отраслях. С каждым годом появляется множество новых исследований и разработок, которые подтверждают перспективность микрокапсулирования. Совершенствование методов и технологий способствует разработке более безопасных и эффективных лекарственных, косметических средств и пищевых добавок, улучшая качество жизни и здоровья населения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Грехнёва Е.В., Белоконь В.Л., Орлова С.В. Микрокапсулирование биологически активных веществ в водонерастворимые полимеры // Auditorium. 2016. №2 (10). [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mikrokapsulirovanie-biologicheski-aktivnyh-veschestv-v-vodonerastvorimye-polimery (дата обращения: 07.01.2025);
2. Долженко В.И., Новожилов К.В., Сухорученко Г.И., Тютерев С.Л. Химическая защита растений в фитосанитарном оздоровлении агроэкосистем // Вестник защиты растений. 2011. №3. [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/himicheskaya-zaschita-rasteniy-v-fitosanitarnom-ozdorovlenii-agroekosistem (дата обращения: 03.01.2025);
3. Жариков Г.А., Марченко А.И., Крайнова О.А., Дядищева В.П., Челпых Л.В. Разработка и полевые испытания технологии биоремедиации территорий предприятий, загрязненных токсичными химическими веществами, подготовка нормативно-технической документации // Медицина экстремальных ситуаций. 2019. №2. [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-i-polevye-ispytaniya-tehnologii-bioremediatsii-territoriy-predpriyatiy-zagryaznennyh-toksichnymi-himicheskimi;
4. Карнышева Н.Г., Тетерева Е.А., Константинов М.Н. Микрокапсулирование лекарственных веществ - Новые пути для повышения эффективности препаратов // Инновационная наука. 2023. №4-2. [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mikrokapsulirovanie-lekarstvennyh-veschestv-novye-puti-dlya-povysheniya-effektivnosti-preparatov (дата обращения: 01.01.2025);
5. Карпун Н.Н., Игнатова Е.А., Янушевская Э.Б., Леонов Н. Н. Эволюция химического метода защиты растений от вредных организмов в условиях влажных субтропиков России и Экобезопасность // С.-х. биол. 2014. №3. [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/evolyutsiya-himicheskogo-metoda-zaschity-rasteniy-ot-vrednyh-organizmov-v-usloviyah-vlazhnyh-subtropikov-rossii-i-ekobezopasnost (дата обращения: 25.12.2024);
6. Литвишко В. С. Микрокапсулированные ингредиенты для функциональных продуктов питания // Инновации в науке. 2012. №7. [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mikrokapsulirovannye-ingredienty-dlya-funktsionalnyh-produktov-pitaniya (дата обращения: 23.12.2024);
7. Муродова С.Г.К. Антиоксидантные свойства порошковых продуктов и их применение в пищевой промышленности // Universum: технические науки. 2024. №9 (126). [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/antioksidantnye-svoystva-poroshkovyh-produktov-i-ih-primenenie-v-pischevoy-promyshlennosti (дата обращения: 07.01.2025);
8. Петухова Е. В., Крыницкая А. Ю. Перспективность использования микрокапсулированных пробиотических культур в пищевой промышленности // Вестник Казанского технологического университета. 2014. №22. [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivnost-ispolzovaniya-mikrokapsulirovannyh-probioticheskih-kultur-v-pischevoy-promyshlennosti (дата обращения: 07.01.2025);
9. Сеин О.Б., Керимов К.Б. Морфометрические показатели стенки кишечника у морских свинок, получавших микрокапсулированный пробиотик
// Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2023. №2. [Электронный ресурс] URL:
https://cyberleninka.ru/article/n/morfometricheskie-pokazateli-stenki-kishechnika-u-morskih-svinok-poluchavshih-mikrokapsulirovannyy-probiotik (дата обращения: 09.12.2024);
10. Смирнова О.Д., Паламарчук К.В., Калашникова И.В., Бокарева Д.А., Влияние наночастиц и металлополимерных нанокомпозитов в среде на рост микромицетов // Медицина экстремальных ситуаций. 2019. №Спецвыпуск 1. [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-nanochastits-i-metallopolimernyh-nanokompozitov-v-srede-na-rost-mikromitsetov (дата обращения: 07.01.2025);
11. Пивненко Т.Н., Бунтуш А.Е. Экспериментальное обоснование микрокапсулирования масляного экстракта каротиноидов из туники асцидии пурпурной // Научные труды Дальрыбвтуза. 2017. №.2 [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/eksperimentalnoe-obosnovanie-mikrokapsulirovaniya-maslyanogo-ekstrakta-karotinoidov-iz-tuniki-astsidii-purpurnoy (дата обращения: 01.01.2025).;
12. Школьникова М.Н., Воронова Е.В. Микрокапсулирование полифенолов как способ повышения их биодоступности в составе пищевых систем: обзор современных технологий // Индустрия питания / Food Industry. 2021. №2. [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mikrokapsulirovanie-polifenolov-kak-sposob-povysheniya-ih-biodostupnosti-v-sostave-pischevyh-sistem-obzor-sovremennyh-tehnologiy (дата обращения: 03.01.2025);
13. Nedovich V. Overview of encapsulation technologies for food applications // Procedia Food Science. - 2011. - No. 1. - P. 1806-1815. DOI: https://doi.org/10.1016/j.profoo.2011.09.265;
14. Desai K.G. Recent advances in microencapsulation of food ingredients / K.G. Desai, H.J. Park // Drying Technology. - 2005. - No. 23 (7). - P. 1361-1394. DOI: https://doi.org/10.1081/DRT-200063478;
15. Mishra D.K. Review of various microencapsulation methods / D.K. Mishra, A.K. Jain, P.K. Jain // International Journal of Pharmaceutical and Chemical Science. - 2013. - No. 2 (2). - P. 962-977;
16. Gibbs B.F. Encapsulation in the food industry: a review / B.F. Gibbs, S. Kermasha, I. Alli, S.N. Mulligan // International Journal of Food Sciences and Nutrition. - 2009. - No. 50 (3). - P. 213-224;
17. Shruyen P.M.M. Microencapsulation: applications in nutrition / P.M.M. Shruyen, R. van der Meer, K.G. de Kruif // Proceedings of the Nutrition Society. -2001. - No. 60. - P. 475-479;
18. Zuidam N.J. Review of microcapsules for use in food products or processes and methods of their production / N.J. Zuidam, E. Simoni // Encapsulation Technologies for Active Food Ingredients and Food Processing. - 2009. - P. 3-29;
19. Rodrigues do Amaral H. Microencapsulation and its applications in food science and technology: a review / H. Rodrigues do Amaral, P. Lopes Andrade, L. Costa de Conto. - 2017. DOI: 10.5772/intechopen.81997;
20. Carneiro H.K.F. Efficiency of encapsulation and oxidative stability of microencapsulated flaxseed oil obtained by spray drying using different combinations of wall materials // Journal of Food Engineering. - 2013. - No. 115 (4). - P. 443451;
21. Fang Z. Encapsulation of polyphenols — a review // Trends in Food Science and Technology. - 2010. - No. 21 (10). - P. 510-523
Koval K.P.
Moscow State University of Technology and Management named after K.G. Razumovsky (Moscow, Russia)
MICROENCAPSULATION OF BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES: TECHNOLOGIES AND PROSPECTS
Abstract: the article discusses the technology of microencapsulation of biologically active substances, highlights its importance and advantages in various industries, such as pharmaceuticals, cosmeceuticals, food industry and agronomy. Microencapsulation provides protection of active substances from destructive environmental factors, controls their release, increases bioavailability and promotes targeted action on the body. The article presents the main methods of microencapsulation, including extrusion, drying, emulsification and ion gelification, and describes their application in various fields. The prospects for further research and development of this technology are indicated, which promises to improve the quality and effectiveness of medicines, cosmetics and food additives, which in turn will have a positive effect on public health.
Keywords: microencapsulation, biologically active substances, pharmaceuticals, cosmeceuticals, food industry, agronomy, stability, bioavailability, technologies.
