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Vicerrectoría Académica. Comisión de Investigación y Posgrado.

Proyectos de Investigación. Protocolo de RegistroOtoño 2004

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Mtro. Gerardo Gómez-farias PimientelVicerrectoría Académica.

Asistente de InvestigaciónUniversidad Iberoamericana

Ciudad de MéxicoProl. Paseo de la Reforma 880Lomas de Santa Fe, C.P. 01210

Tel: 59 50 40 00 Ext. 7465Email: [email protected]



I. Datos del Investigador Responsable.

A) Nombre: Margarita Oliva Nava Luja

B) Departamento de adscripción: Salud

C) Máximo grado académico alcanzado:

Licenciatura Maestría Doctorado Postdoctorado

D) Miembro del Sistema Nacional de Investigadores:Si No Nivel: Candidato

123

II. Datos Generales del Proyecto de Investigación.

A) Título: Caracterización de biopolímeros y su aplicación en la microencapsulación de probióticos de liberación específica en el colon.

B) Estado del Proyecto: Nuevo Continuación

C) Fechas (dd/mm/aaaa): De Inicio: 01/01/2005 De Término: 01/01/2008

D) Pertenece a alguna Línea de Investigación de la UIA: Si No

Especifique a cuál: Desarrollo de materiales poliméricos con aplicaciones potenciales.

F) Tipo de Proyecto: Interdepartamental Especifique

Especifique: Departamentos: de Ingenierías, Ingeniería y Ciencias Químicas y Salud.



1. Título.Caracterización de biopolímeros y su aplicación en la microencapsulación de probióticos de liberación específica en el colon.

2. Resumen.Los probióticos de origen microbiológico son microorganismos adicionados durante el procesamiento de alimentos, proporcionando efectos benéficos al balance de la biota intestinal. Sin embargo las características fisicoquímicas de los alimentos y las condiciones gastrointestinales influyen en la estabilidad y viabilidad de estos microorganismos. Las técnicas de microencapsulación ofrecen la posibilidad de proteger a estos microorganismos de condiciones adversas y liberarlos en el colon. Las barreras que deben de solventar estos probióticos son: la composición de las matrices de microencapsulación, condiciones de proceso, almacenamiento y el medio gastro-intestinal. Por lo tanto la elección de los materiales poliméricos formadores de las matricesl microencapsulantes son de suma importancia. En esta investigación, serán probadas las propiedades fisicoquímicas de diferentes materiales biopoliméricos y su efectos en presencia a las condiciones simuladas del tracto gastrointestinal. El probiótico (Lactobacillus sp) será microencapsulado por secado por aspersión, usando los materiales biopoliméricos seleccionados con anterioridad, será evaluada la resistencia de estos materiales en condiciones gastrointestinales simuladas.

3. Problema de Investigación.Selección de los materiales adecuados, desde el punto de vista fisicoquímico para la microencapsulación por aspersión del probiótico para tener una mejor viabilidad al finalizar la microencapsulación.Resistencia de los microencapsulados del probiótico a los jugos gástricos y bilis para asegurar una mayor viabilidad en su sitio de acción de los probióticos, que es el colon.

4. Pregunta de Investigación.¿El material biopolimérico seleccionado será capáz de resistir a los jugos gástricos y bilis para garantizar una viabilidad elevada de los probióticos microencapsulados?

5. Originalidad: Aportaciones del Proyecto al campo de estudio.1. Seleccionar materiales poliméricos idóneos a las sustancias activas microencapsuladas, basándose en sus propiedades fisicoquímicas y de su comportamiento fisiológico (por medio de condiciones simuladas del jugo gástrico y sales biliares). 2. Evaluar la biodisponibilidad de la sustancia activa (probiótico) in vitro y en el



proceso de secado por aspersión.

3. Probar las condiciones de proceso más adecuadas para mantener las concentraciones iniciales de la sustancia activa de las formulaciones estudiadas.

6. Hipótesis.La caracterización fisico-química de los biopolímeros estructuradores de pared del microencapsulado permitirá una eficiente microencapsulación .La protección del probiótico mediante materiales de encapsulación seleccionados mejorará su resistencia a las condiciones gastrointestinales simuladas (jugo gástrico y bilis), aumentando la posibilidad de liberación del probiótico en el colon.

7. Objetivos.1. Evaluar diversos materiales biopoliméricos mediante sus propiedades fisico-químicas y fisiológicas.2. Microencapsular por secado por aspersión, bacterias probióticas (Lactobacillus sp).3. Evaluar la viabilidad de los probióticos por efecto de las condiciones del proceso de microencapsulación y las condiciones simuladas del tracto digestivo.

8. Principales Autores (en la literatura) Sustentantes del Proyecto.1. Arica,B., Arica, M.Y., Kas, H.S., Hincal, A.A., Hasirci, V. 2. Pérez Alonso C., Báez Gonzáleez, J.G., Beristain, C.I., Vernon-Carter E.J Y Vizcarra Mendoza M.G.3. Berner, L and O´Donnel, J.4. Dziezak, J. D.5. Calvacanti, O.A., Van der Mooter G., Caramico-Soares I and Kinget R.6. Fávaro-Trindade, C.S., Grosso, C.R.F.7. Fooks, L.J. and Gibson, G.R.8. Kasaekoopt, W., Bhandari, W., Deeth, H.9. Krishnaiah, Y.S.R., Satyanarayana V., Dinesh-Kumar B., Karthikeyan, R.S.10. Mitsuoka, T.11. Mosilhey, S.H.12. Scherezenmeir, J. and de Vrese, M.13. Shah, N.P.14. Siew, F., Basit, W and Newton, M.

9. Principales Teorías Sustentantes del Proyecto1. La caracterización fisico-química (viscosidad, difusión efectiva y energía de activación) de los materiales biopoliméricos de las sustancias formadoras de pared pueden ser utilizadas como críterios de predicción de la eficiencia de la microencapsulación del probiótico así como de su liberación específica en el



colon.2. Los probióticos (Lactobacilos), ayudan a mantener el balance de los microorganismos presentes en el colon, combaten a las bacteria patógenas presentes en él, manteniendo o mejorando la salud del hombre.3. La viabilidad de los probióticos lácticos será más efectiva en aquellos microencapsulados que no se desintegren en el jugo gástrico y sales biliares.

10. Metas.Microencapsulación por aspersión de un probiótico (Lactobacillus sp) de liberación específica en el colon.

11. Metodología.Basándose en literatura, se seleccionará biopolímeros para evaluar su comportamiento, como encapsulantes en la microencapsulación de "Lactobacillus acidophilus" y su evaluación en cuanto a la velocidad de desintegración en medios simulados de jugo gástrico y bilis. Se usarán como materias primas: almidón de alta amilosa, pectina, carboximetil celulosa, acetato de celulosa, ftalato, hidroxilpropilmetil celulosa, amilosa, etil celulosa, aislado de proteína de suero de leche, goma arábiga, proteína de soya y leche de soya. Cultivo puro y liofilizado de "Lactobacillus acidophilus". La metodología se divide en tres fases de experimentación a saber:

FASE I. Caracterización de los materias biopoíiméricos: 1era selección de materiales formadores de pared. Se prepararán dispersiones al 15% de los materiales poliméricos seleccionados y se determinará su viscosidad aparente empleando un viscosímetro de Brookfield. Segunda selección. secado isotérmico de los materiales poliméricos seleccionados de la fase anterior. se empleará un analizador termogravimétrico TA Instruments modelo TGA 2950. se estimará por medio de esta prueba la difusión efectiva del secado y la energía de activación.

FASE II. Elaboración y evaluación de las microcápsulas por secado por aspersión.La selección de las condiciones de secado por aspersión para formar las microcápsulas de probióticos se hará de acuerdo con un diseño de tres factores con dos niveles. tratamiento. variables de proceso niveles 1 temperatura de entrada 100 y 150 C2 gasto de alimentación 10 20 ml min3 presión de aire 2 y 4 bar



Se determinará después del secado la viabialidad del probiótico según el método de Fávaro-Trindade) en el cual las microcápsulas serán tratadas con una solución estéril de citrato de sodio al 2% agitando durante 4 min a alta velocidad en un homogenizador. La viabilidad será calculada, cultivando al microorganismo microencápsulado en cada una de las condiciones de secado en agar MRS. Las determinaciones se harán por duplicado.

Una vez establecidas las mejores condiciones del proceso, los microencapsulados se someterán a pruebas "in vitro" de simulación de jugo gástrico y bilis).

12. Grupo de Trabajo. Sinopsis de los integrantes. A) Responsable.Margarita Oliva Nava Luja - Departamento de Salud.

B) Miembros (si los hay) y Departamento de adscripciónRuth Pedroza Islas - Departamento de Ingenierías y Ciencias Químicas.Ruben Moreno-Terrazas Casildo - Departamento de Ingenierías y Ciencias Químicas.

13. Programa de actividades. Desglose por periodo. Otoño 2004Investigación bibliográfica sobre el tema.Planeación y diseño del protocolo.

Primavera 2005caracterización de los materiales biopoliméricos: preparación de las emulsiones formadoras de pared, determinación de viscosidades de las dispersiones acuosas.Estimación de la energía de activación de los biopolímeros - secado isotérmico de las soluciones de biopolímeros.

Verano 2005Inicio de la determinación de la difusividad efectiva.

Otoño 2005Concluir la difusividad efectiva del secado isotérmico de las dispersiones poliméricas.Manejo de los resultados para el cálculo de la energía de activación del secado isotérmico de las dispersiones poliméricas.



14. Fuentes y monto de financiamiento vigentes

Fuente 1 Financiadora Otra (Especifique) Monto Total de Financiemiento 1

150,000.00Especifique: UAEMEX

Fuente 2 Financiadora UIA. Comisión de Investigación Monto Total de Financiemiento 1

80000Especifique: 55000-honorario, 20000 reactivos y

consumibles, 5000 fotocopias y papelería.

Fuente 3 Financiadora Alguna Fundación (Especifique) Monto Total de Financiemiento 1

230,000.00Especifique: CICATA-IPN ( en especie:uso del

calorímetro diferencial de barrido.

Total !Error de sintaxis, ,,

15. Descripción de la correspondencia del Proyecto con el desarrollo del Posgrado en su Unidad Académica.El uso de técnicas de microencapsulación para la conservación de probióticos sería de gran apoyo en el área de Ingeniería de Alimentos en la correlación de las propiedades fisico-químicas de los materiales poliméricos y la eficiencia de encapsulación para conservar la mayor concentración del probiótico.

Esta investigación contribuirá en el desarrollo de métodos de selección más confiables para conocer las características fisico químicas de los materiales biopoliméricos más idoneos de ser usados en el procesamiento de microencapsulación por secado por aspersión, de probioticos. En cuanto a Salud, el material polimérico empleado en la microencapsulación aseguraría mayor viabilidad del probiótico seleccionado, protegiendolo de los jugos gástricos y sales biliares.



La aplicación posterior de estas microcápsulas de probióticos serían en los productos alimenticios tales como lácteos fermentados, jugos de frutas y sopas entre otros, pudiendo proporcionar al consumidor los beneficios antes citados y abriendo la posibilidad de realizar más investigación en este campo de la salud, ciencia e ingeniería de alimentos En el caso que el consumidor se encontrara bajo tratamiento con antibióticos, éstos materiales poliméricos protegerían al probiótico del fármaco actuando solo sobre las bacterias patógenas.

16. Descripción de la correspondencia del proyecto con el desarrollo académico de otros departamentos e Institutos de la Ibero.Ingeniería y Ciencias Químicas- Lic. Ingeniería en Alimentos. Selección por medio de la caracterización fisico química de los materiales poliméricos.

Salud: estudios "in vitro"(simulando las condiciones del jugo gástrico y bilis) en la segunda parte de la selección del material polimérico.Evaluación de la viobialidad del probiótico "in vitro"

17. Descripción de la correspondencia del proyecto con Instituciones externas de UIA. Universidad Autónoma del Estado de México (UAEMEX) - Facultad de: Ciencias Químicas áreas en Ciencias de los Alimentos y sus Aplicaciones e Ingeniería Química. se podrá disponer del siguiente equipo: secador por aspersión, laboratorio de microbiología, equipo para estudios de liberación controlada.También se disponen de personal académico para controlar las actividades a realizarse en este lugar.

CICATA-IPN. Área de Alimentos. Calorímetro Diferencial de Barrido.

18. Evaluadores externos propuestos para el Proyecto.

Título/Grado: Licenciada en Nutrición y Ciencia de los Alimentos.Nombre: María Guadalupe Esquivel Flores.

Institucion: Yakult de México S.A de C.V.Dependencia: Industria Láctea. investigación y difusión

Dirección:División del Norte 1419. Deleg. Benito Juárez Col. Sta. Cruz Atoyac. C.P. 03310. México, D.F.

Teléfono: 54221489Fax: 56010903



E-mail: [email protected]

Título/Grado: Maestro en Ciencias. Nombre: César Pérez Alonso.

Institucion: Universidad Autónoma del Estado de México. (UAEMEX)Dependencia: Facultad de Ciencias Químicas. Unidad del Cerrillo

Dirección: Paseo Colón y Tollocan s/n Toluca, Estado de México. Teléfono: 7222965514

Fax: 7222965541E-mail:

Título/Grado: Doctor en Ciencias. Nombre: Jaime Vernon-Carter

Institucion: Universidad Autónoma Metropolitana. Unidad Iztapalapa.Dependencia: Ingeniería de Alimentos.

Dirección:Av. Sn. Rafael Atlixco # 186. Col. Vicentina. Deleg. Iztapalapa. C.P. 09340. México, D.F.

Teléfono: 58044648Fax: 58044900

E-mail: [email protected]

19. Resultados Entregables.Asistencia a un congreso relacionado con materiales polimércos.Borrador de tesis a nivel licenciatura. tema propuesto:

20. ComentariosEs un proyecto interinstitucional, con el cual se ha iniciado la formación de un grupo de investigación, que permitirá no sólo el acceso a mayor infraestructura, si no el intercambio de ideas y conocimientos, en beneficio de la superación de los investigadores que lo conforman.Además trata también de una temática en donde confluyen especialistas de las áreas de Ingenierías y Ciencias de la Salud.

21. Referencias: Bibliográficas, Hemerográficas y Electrónicas Básicas. 1. Anker M, Stading M y Hermansson AM. 2000. Relationship between the microstructure and the mechanical and barrier properties of whey protein films J Agric Food Chem 48:3806-38162. Arica,B., Arica,M.Y.,Kas,H.S.,Hincal,A.A.,Hasirci,V. In-vitro studies of enteric coated diclofenac sodium carboxymethyl cellulose microspheres.Journal of Microencapsulation.13:689-699.3. Behar-Demael, C., Caradec, P., Flamion, B., Roberfroid, M. 1999. Los alimentos Funcionales. Definiciones, Ejemplos y lugar que ocupan los productos



lácteos fermentados. Newsletter No. 18. Departamento de Ciencias Farmacéuticas. Bruselas, Bélgica.

4. Berner, L. and O´Donnel,J.1998. Functional foods and health claims legislation: Aplications to dairy foods. Intl. Dairy J.8:355-362.5. Bibel, D.J. 1988. Elie Metchnikoff´s bacillus of long life. ASM News 54: 661-665.6. Blanchon S, Couarraze G, Rieg-Falson F, Cohen G, Pusieux F. 1991. Permeability of progesterona and a synthetic progestin through methacrylic films. Int. J. Pharm 72: 1-10.7. Calvacanti OA, Van der Mooter G, Caramico-Soares I, Kinget R. 2002. Polysaccharides as excipients for colon-specific coatings. Permeability and swelling properties of casted films. Drug Development and Industrial Pharmacy 28(2): 157-164. 8. Crittenden,R.,Laitila,A.,Forssell,P.,Matto,J.,Saarela,M.,Mattila-Sandholm,T and Myllarinen, P. 2001. Adhesion de Bifidobacteria to Granular Starch and Its Implications in Probiotic Technologies. Applied and Environmental Microbiology. 3469-3475.9. Cruz-Orea,A.,Tomas,S.A.,Guerrero-Zuñiga, A., Rodríguez-Dorantes,A.2004. Detección o an aromatic compound at the roots of Cyperus hermaphroditus by photoacoustic techniques. International Journal of Thermophysics.25:603-610.10. Chieng-Jung-Huang.2000.Studies on the manufacture of yogurt by microentrapment of bifidobacteria. Journal of the Chinese Society of Animal Science.29:125-131.11. Chourasia, M.K. y Jain, S.K.2002. Acercamientos farmacéuticos sobre sistema de liberación de drogas farmaceúticas. Sagar.India www.ualberta.ca/~csps/Jpps6(1)/S.Chourasia/colon.htm12. Dziezak, J.D.1988. Microencapsulation and Encapsulated Ingredients. Food Technology. April:136-151.13. Fávaro-Trindade, C.S., Grosso, C.R.F. 2002. Microencapsulation of L. acidophilus (La-05) and B. lactis (Bb-12) and evaluation of their survival al the pH values of the stomach and in bile. J. Microencapsulation, 19,485-494.14. Fooks, L.J. and Gibson, G.R. 2002. Probiotics as modulators of the gut flora. British Journal of Nutrition. 88, Suppl. 1, S39-S49.15. Hideyuki.T.,Akira,Y.,Takuya,F.,Shozo.M.,Akrta,T.,Takayuki,M.,1996.Chitosan capsules for colon-specific drug delivery: improvement of insulin absorption from the rat colon. Drug Delivery System.11:119-124.16. Hilliam,M. 2000. Functional Food: How big is the market? World of Food Ingredients 12:50-53.17. Krasaekoopt,W., Bhandari,W., Deeth,H.2003.Evaluation of encapsulation techniques of probiotics for yoghurt. International Dairy Journal. 13,3-1318. Krishnaiah YSR, Satyanarayana V, Dinesh-Kumar B, Karthikeyan RS. 2002. In vitro drug release studies on guar gum-based colon targeted oral drug delivery



systems of 5-fluorouracil. European J Pharm Sci 16: 185-192.19. Lee, Y. and Salminen, S. 1995. Coming of age of probiotics. Trends Food Science and Technology. 6, 241-24520. Lin,S.Y.,Tzan,Y.L., Lee,C.J.,Weng,C.N., Preparation of enteric-coated microspheres of mycoplasma hyopneumoniae vaccine with cellulose acetate phthalate: I.formation condition and micromeritic properties. Jounal of Microencapsulation.8:317-2521. McMeekin,T.A., Brow, J., Krist, K., Miles, D., Neumeyer, K., Nichols, D.S., Olley, N.J., Presser, K., Ratkowsky,D.A., Ross,T., Salter, M. and Soontranon, S. (1997). Quantitative microbiology: a basis for food safety. Emerging Infectious Diseases 3, 541-549.22. Milo,O.L. 2002. Nutraceuticals and Functional Foods.Food Technology.56:67-70.23. Mitsuoka, T. 1997. The intestinal Flora and its Important Relationship with Health.In Special 20 th Anniversary Edition of Healthist,(p. 2-12) . Intestinal Flora and Inmunity Intestinal Infection, Allergies and Cancer. Tokyo. Japan.24. Morris V.J., Mackie A.R., Wilde P.J., Kirby A.R., Clare E., Mills N. y Gunning P. 2001. Atomic Force Microscopy as a tool for interpreting the rheology of Food Biopolymers at the molecular level. Lebensm. Wiss u. Technol. 34, 3-10.25. Moser, S. & Savage D. C. 2001. Bile salt hydrolase activity and resistance to toxicity of conjugated bile salts are unrelated properties in Lactobacilli. Applied and Environmental Microbiology. 67(8):3476-3480.26. Mosilhey SH. 2003. Influence of different capsule materials on the physiological properties of microencapsulated Lactobacillus acidophilus. Tesis. Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universitat. Bonn Alemania27. O´Riordan.,Andrews, D., Buckle, K.,Conway,P.2001.Evaluation of microencapsulation of a Bifidobacterium strain with starch as an aproach to prolonging vibility during storage. Journal of Applied Microbiology,91,1059-1066.28. Pearnchob,N.,Siepmann,J.,Bodmeir,R. 2003.Pharmaceutical applications of shellac:moisture protective and taste-masking coatings and extended-release matrix tablets.Drug development and industrial pharmacy.29:925-38 29. Pérez-Alonso C., Báez-González J.G., Beristain C.I., Vernon-Carter E.J. y Vizcarra-Mendoza M.G. 2003. Estimation of the activation energy of carbohydrate polymers blends as selection criteria for the use as wall material for spray-dried microcapsules. Carbohydrate Polymers 53:197-20330. Perez-Gago MB, Nadaud P y Krochta JM. 1999. Water vapor permeability, solubility, and tensile properties of heat-denatured versus native whey protein films. J Food Sci. 64(6):1034-1037.31. Scherezenmeir, J. and Vrese, M. 2001. Probiotics, prebiotics and Synbiotics- approaching a definition. Am. J. Clin.Nutr.73.(suppl):361S-4S.32. Shah Nagendra P. 2001. Functional foods from probiotics and Prebiotics Food technology. 55, 46-5233. Shin-Etsu. Chemical Industry Co.Ltd.Japan.1983.Enteric coating materials



containing neutralized Hydroxypropil methyl cellulose phthalate. Patent.34. Siew,F., Basit,W., Newton,M.2000. the potential of Organic-Based Amylose-Ethylcellulose Film Costings as Oral colon-Specific Drug delivery Systems.AAPS PharmSciTech.1(3)article 22.

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