Chitosan-gelatin beads containing copaiba oil by nanoemulsion complex coacervation

Abstract

O óleo de copaíba tem sido amplamente reconhecido por suas propriedades medicinais, especialmente anti-inflamatórias, cicatrizantes e antimicrobianas. No entanto, para o sucesso das aplicações clínicas é necessário superar algumas limitações, como tendência à oxidação, baixa biodisponibilidade e taxa de degradação rápida. Nesse sentido, o desenvolvimento de uma nanoemulsão de óleo de copaíba seguida de encapsulação com coacervados do complexo gelatina/quitosana foi desenvolvido com o objetivo de aumentar a estabilidade e biodisponibilidade do óleo. Primeiramente, o desenvolvimento da nanoemulsão foi avaliado por espalhamento dinâmico de luz (DLS) e aprimorado através da avaliação de diferentes variáveis de processamento. Diâmetro médio de partícula de 281,6 ? 5,813 nm e PdI de 0,293 ? 0,006 foram alcançados após homogeneização a 13.000 rpm por 6 min. A determinação do potencial Zeta foi realizada para avaliar a estabilidade da emulsão. O resultado sugeriu que a gelatina cobriu a superfície das nanocápsulas e legitimou a incorporação adicional de polissacarídeo catiônico para coacervação complexa. A formação de partículas coacervadas foi investigada em três proporções diferentes de quitosana para gelatina (CS:G) (1:15, 1:10 e 1:5) em pH 5,0. Complexos solúveis foram formados a uma razão CS:G de 1:15. Nas condições testadas, a formação de coacervados foi levemente maior na razão CS:G de 1:10 (89%). Os resultados sugeriram a influência da razão mássica dos biopolímeros para o rendimento de coacervação bem como para as morfologias de encapsulamento. Imagens de microscopia óptica e espectros de FTIR indicaram a incorporação de gotículas de óleo de copaíba pelo processo de coacervação, e esferas multinucleadas foram evidenciadas pela primeira análise. O encapsulamento do óleo de copaíba por esferas de coacervados de quitosana e gelatina foi também apontado a partir das imagens obtidas por microscopia eletrônica de transmissão. Assim, este trabalho desenvolveu um sistema de coacervado formado sem o uso de agentes químicos de reticulação como uma abordagem eficiente para encapsulamento de nanoemulsão de óleo de copaíba.

Abstract: Copaiba oil has been widely recognized for its therapeutic properties, especially antiinflammatory, wound healing, and antimicrobial activities. However, clinical applications success must overcome some physical barriers such as oxidation tendency, low bioavailability, and rate of degradation. In this regard, the development of copaiba oil nanoemulsion followed by encapsulation with gelatin/chitosan complex coacervates was developed aiming to increase the oil encapsulation stability and bioavailability. Firstly, nanoemulsion development was performed and improved through the evaluation of different processing variables by dynamic light scattering (DLS). Mean particle diameter of 281.6 ? 5.813 nm and PdI of 0.293 ? 0.006 were achieved after homogenization at 13.000 rpm for 6 min. Zeta-potential evaluation was performed to assess emulsion stability. The result suggested that gelatin covered the surface of nanocapsules and legitimate further incorporation of cationic polysaccharide for complex coacervation. Coacervated particles formation was investigated at three different chitosan to gelatin (CS:G) ratios (1:15, 1:10, and 1:5) at pH 5.0. Soluble complexes were formed at a CS:G ratio of 1:15. In the conditions tested, the coacervate formation was slightly higher at the CS:G ratio of 1:10 (89%). Results suggested the influence of biopolymers mass ratio on coacervation yield and encapsulation morphologies. Optical microscopy images and FTIR spectra indicated the incorporation of copaiba oil droplets via the coacervation process, and multinucleated beads were evidenced by the former analysis. The transmission electron microscopy confirms successful encapsulation of copaiba oil by chitosan and gelatin complex coacervation beads. In summary, this work developed a coacervate system formed without the use of chemical crosslinking agents as an efficient approach for encapsulation of copaiba oil nanoemulsion.