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Title: Desenvolvimento e caracterização de nanoemulsão lipídica com potencial para aplicação na Nutrição Parenteral
Authors: Silva, Cíntia de Santana
metadata.dc.contributor.advisor: Machado, Bruna Aparecida Souza
metadata.dc.contributor.referees: Pereira-Guizzo, Camila de Sousa
Azevedo, Joyce Batista
Minafra e Rezende, Cíntia Silva
Guez, Marcelo Andres Umsza
Keywords: Dieta parenteral;ELP - alternativos;Emulsões lipídicas intravenosas;Gergelim e óleos potencias;Microfluidização;Produção de emulsões
Issue Date: 12-Dec-2024
Publisher: Centro Universitário SENAI CIMATEC
Citation: SILVA, Cíntia de Santana. Desenvolvimento e caracterização de nanoemulsão lipídica com potencial para aplicação na Nutrição Parenteral. Orientadora: Bruna Aparecida Souza Machado. 2024. 155 f. Tese (Doutorado em Gestão e Tecnologia Industrial) – Centro Universitário SENAI CIMATEC, Salvador, 2024.
metadata.dc.description.resumo: A Nutrição Parenteral (NP) consiste na infusão intravenosa de nutriente. Na NP os ácidos graxos (AG) são fornecidos por meio de emulsões lipídicas parenterais (ELP). Vale destacar, que as nanoemulsões lipídicas parenterais são um tipo de ELP que apresentam tamanhos menores de partícula. A atual necessidade do mercado configura-se em ampliação e diversificação da composição e a disponibilidade de ELP alternativas e que sejam anti-inflamatórias. O objetivo deste trabalho foi desenvolver e caracterizar emulsões lipídicas estáveis com potencial para aplicação na Nutrição Parenteral. Para isso, a pesquisa foi estruturada em quatro fases. Na primeira fase, foi realizada uma prospecção tecnológica nos bancos de dados de patentes do Espacenet e PatentScope para mapear e identificar os óleos com potencial aplicação na NP. Posteriormente, na segunda fase, foi realizado um levantamento científico nas bases MEDLINE, Web of Science e Scopus para avaliação das evidências científicas mais recentes sobre a aplicação de emulsão lipídica na NP. A terceira e quarta fases foram caracterizadas pela elaboração de emulsões utilizando a microfluidização. Nesse sentido, a terceira fase consistiu na condução de em piloto que auxiliou a quarta fase, de modo que a emulsão com o óleo de gergelim foi desenvolvida para determinar as faixas dos parâmetros experimentais do equipamento e emulsificante utilizado. A quarta fase envolveu a condução de um Planejamento fatorial completo 22 com três pontos centrais, tendo como variáveis independentes: Pressão (PR; 20.000 ou 30.000 psi) e Ciclo (CL; 4 ou 10n). Foram obtidas sete formulações adotando uma concentração fixa de 20% de três deferentes tipos de óleos (10g de óleo de gergelim, 5g óleo de linhaça e 5g óleo de amendoim), o critério adotado no processo de seleção dos óleos mencionados foi com base no perfil de ácido graxo e as propriedades bioativas no organismo humano. As formulações foram caracterizadas em relação inspeção visual, tamanho de partícula (nm), índice de polidispersão, potencial zeta (mV) e pH. Com base nos dados de caracterização foi identificada a melhor formulação e análises complementares foram realizadas na formulação D0 e em D30 em diferentes condições de temperatura de armazenamento (4°C, 25°C e 40°C). As análises complementares incluíram viscosidade (cP), osmolaridade (mOsm/kg), perfil de ácidos graxos (%), análise de esterilidade e endotoxina. Em relação aos resultados da prospecção tecnológica foi identificado que o óleo de soja é o óleo mais utilizado para fabricação de emulsões lipídicas aplicadas em NP no mundo e a tecnologia patenteada relacionada está concentrada em países desenvolvidos, como Estados Unidos e China. As evidências científicas mais recentes sobre a aplicação de emulsão lipídica na NP revelam que as emulsões a base de óleo de peixe exercem um impacto positivo no quadro clínico do paciente quando comparado com outras formulações de emulsões. No entanto, há poucos estudos para obter uma conclusão definitiva sobre a superioridade de uma formulação sobre a outra. As emulsões desenvolvidas com óleo e gergelim estabelecem que a faixa de pressão (PR; 20.000 ou 30.000 psi), ciclo (CL; 4 ou 10n) e lecitina de 1,2g promoveram resultados em conformidade com a farmacopeia. As emulsões formuladas com óleo de gergelim, linhaça e amendoim apresentaram aparência homogênea e coloração branca leitosa, tamanho de partícula (197,47 -292,47nm), PDI de (0,06 - 0,11), potencial zeta de (-26,42 a -40,92mV) e valores de pH de (7,87 - 8,56). As análises dos parâmetros das variáveis dependentes sobre as variáveis independentes a partir da avaliação dos gráficos de Pareto e Superfícies de Resposta no planejamento experimental conduzido indicaram que a melhor condição de parâmetros de processo para o desenvolvimento de emulsões foi PR (25.000 psi) e CL (n 7). As análises complementares realizadas na melhor formulação indicaram adequada osmolaridade e viscosidade imediatamente depois de produzida e após um mês de armazenamento. Outrossim, a melhor formulação apresentou um elevado teor de ácidos graxos poli-insaturados essenciais (ácido graxo α linolênico 12,63%; ácido graxo linoleico 28,61%) e elevado teor de ácido oleico 39,75%, indicando assim, uma formulação com potencial a ser anti-inflamatória. O monitoramento do controle microbiológico das emulsões indicou que as formulações permaneceram estéreis e livres de endotoxina durante a investigação. Os resultados deste estudo mostram um potencial claro para a produção de emulsões a base de óleo de gergelim, linhaça e amendoim. As formulações desenvolvidas apresentaram os parâmetros de estabilidade físico-químicas adequada quando avaliada por um mês. Além disso, os tamanhos de partícula apresentaram tamanhos dentro de uma faixa que pode enquadrar a emulsão desenvolvida como nanoemulsão. Por fim, as nanoemulsões desenvolvidas têm um potencial para serem nanoemulsões lipídicas intravenosas alternativas no futuro.
Abstract: Parenteral Nutrition (PN) consists of the intravenous infusion of nutrients. In PN, fatty acids (FA) are supplied through parenteral lipid emulsions (PLE). It is worth noting that parenteral lipid nanoemulsions are a type of PLE that have smaller particle sizes. The current market need is to expand and diversify the composition and availability of alternative PLE that are anti-inflammatory. The objective of this study was to develop and characterize stable lipid emulsions with potential for application in Parenteral Nutrition. To this end, the research was structured in four phases. In the first phase, a technological prospecting was carried out in the patent databases of Espacenet and PatentScope to map and identify oils with potential application in PN. Subsequently, in the second phase, a scientific survey was carried out in the MEDLINE, Web of Science and Scopus databases to evaluate the most recent scientific evidence on the application of lipid emulsion in PN. The third and fourth phases were characterized by the preparation of emulsions using microfluidization. In this sense, the third phase consisted of conducting a pilot experiment that assisted the fourth phase, so that the emulsion with sesame oil was developed to determine the ranges of the experimental parameters of the equipment and emulsifier used. The fourth phase involved conducting a complete factorial design 22 with three central points, having as independent variables: Pressure (PR; 20,000 or 30,000 psi) and Cycle (CL; 4 or 10n). Seven formulations were obtained adopting a fixed concentration of 20% of three different types of oils (10g of sesame oil, 5g of linseed oil and 5g of peanut oil). The criterion adopted in the selection process of the mentioned oils was based on the fatty acid profile and the bioactive properties in the human body. The formulations were characterized by visual inspection, particle size (nm), polydispersity index, zeta potential (mV), and pH. Based on the characterization data, the best formulation was identified and additional analyses were performed on the D0 and D30 formulations under different storage temperature conditions (4°C, 25°C, and 40°C). Additional analyses included viscosity (cP), osmolarity (mOsm/kg), fatty acid profile (%), sterility analysis, and endotoxin. Regarding the results of the technological prospecting, it was identified that soybean oil is the most widely used oil for the manufacture of lipid emulsions applied to PN in the world, and the related patented technology is concentrated in developed countries, such as the United States and China. The most recent scientific evidence on the application of lipid emulsions in PN reveals that fish oil-based emulsions have a positive impact on the patient's clinical condition when compared to other emulsion formulations. However, there are few studies to obtain a definitive conclusion about the superiority of one formulation over another. The emulsions developed with sesame oil establish that the pressure range (PR; 20,000 or 30,000 psi), cycle (CL; 4 or 10n) and 1.2g lecithin promoted results in accordance with the pharmacopoeia. The emulsions formulated with sesame, linseed and peanut oil presented homogeneous appearance and milky white coloration, particle size (197.47 -292.47nm), PDI of (0.06 - 0.11), zeta potential of (-26.42 to -40.92mV) and pH values of (7.87 - 8.56). The analyses of the parameters of the dependent variables on the independent variables from the evaluation of the Pareto charts and Response Surfaces in the experimental design indicated that the best condition of process parameters for the development of emulsions was PR (25,000 psi) and CL (n 7). The complementary analyses performed on the best formulation indicated adequate osmolarity and viscosity immediately after production and after one month of storage. Furthermore, the best formulation presented a high content of essential polyunsaturated fatty acids (α-linolenic fatty acid 12.63%; linoleic fatty acid 28.61%) and a high content of oleic acid 39.75%, thus indicating a formulation with potential to be anti-inflammatory. The monitoring of the microbiological control of the emulsions indicated that the formulations remained sterile and free of endotoxin during the investigation. The results of this study show a clear potential for the production of emulsions based on sesame, linseed and peanut oil. The developed formulations presented adequate physicochemical stability parameters when evaluated for one month. In addition, the particle sizes were within a range that can classify the developed emulsion as a nanoemulsion. Finally, the developed nanoemulsions have the potential to be alternative intravenous lipid nanoemulsions in the future.
URI: http://repositoriosenaiba.fieb.org.br/handle/fieb/1909
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