Inchamento/dissolução e estabilidade de biopolímeros em óleos essenciais utilizados para obtenção de nanocápsulas de poli(ɛ-caprolactona) via nanoprecipitação

Abstract

Pesquisas para a obtenção de micro/nanocápsulas utilizando polímeros biodegradáveis como material de parede e óleos essenciais como núcleo são bem difundidas. O inchamento/dissolução do polímero no líquido é uma propriedade extremamente importante para manter o aprizionamento desses óleos essenciais e uma liberação controlada. Nesse sentido o objetivo desta pesquisa foi avaliar diferentes biopolimeros em contato direto com diferentes óleos essenciais. O trabalho foi dividido em duas etapas, na primeira se propõe um estudo comparativo da interação inchamento/dissolução de filmes poliméricos imersos em diferentes óleos essenciais. Seis polímeros foram usados para este estudo: poli(ɛ-caprolactona) (PCL) e poli (ácido láctico) (PLA), goma arábica, alginato de sódio, gelatina e carboximetilcelulose. Filmes de polímero foram obtidos aplicando o método de fundição. Além disso, o PCL e o PLA foram moldados por compressão. Seis diferentes óleos essenciais (OE) foram usados: Mentha piperita, Cymbopogon nardus, Mentha arvensis, Syzygium aromaticum, Lavandula hybrida e Eucalyptus globulus. Cada filme foi mantido à temperatura ambiente imerso nos diferentes óleos testados intervalos de 1, 3, 5, 7, 14, 28, 56 e 112 dias. O mesmo procedimento foi repetido a 4°C e 35°C em intervalos de 1, 3, 5 e 7 dias. Filmes de PCL e PLA foram completamente dissolvidos em OE de Syzygium aromaticum no período até 24 horas nas três temperaturas testadas. Para todos os outros polímeros, o ganho de massa ocorreu durante os primeiros 7 dias e permaneceu constante durante os dias seguintes. Os maiores ganhos de massa foram 15,519% e 10,463% para PCL com Mentha piperita e goma arábica com Eucalyptus globulus, respectivamente. No entanto, seus compostos bioativos apresentam instabilidade química sob temperatura, luz e ar devido às suas características químicas. Mesmo teste foi realizado para óleo vegetal, o qual não obteve nenhum tipo de interação. Na segunda etapa deste trabalho foram produzir nanocápsulas por nanoprecipitação de PCL com OE de Mentha piperita (MP) e Cymbopogon nardus (CN) e avaliado sua estabilidade físico-química pelo período de um ano. As nanocápsulas foram caracterizadas por tamanho de partícula, índice de polidispersão, potencial zeta, pH, morfologia e estabilidade na geladeira. Os tamanhos médios das nanocápsulas contendo os óleos essenciais foram 153 nm e 177 nm para MP e CN, respectivamente, e 138 nm para as nanoesferas sem OE. Após 360 dias, os tamanhos de partícula eram 210 nm e 245 para MP e CN, respectivamente, e 157 nm para as nanoesferas, indicando que todas incharam. Os resultados de polidispersidade foram inferiores a 0,20, indicando uma distribuição unimodal, em toda amostra. Todas as formulações apresentaram potencial zeta abaixo de -20 mV, indicando boa estabilidade física ao meio líquido. Avaliando a morfologia nas nanocápsulas, elas apresentavam formato esférico, com estrutura capsular. Com base nos resultados obtidos, as nanocápsulas de PCL apresentaram boa estabilidade, mantendo suas características por 330 dias. A eficiência de encapsulação (%EE) foi determinada por infravermelho, avaliando o material não encapsulado, os resultados mostraram uma EE de mais 90% para os dois OE, armazenados por 180 dias em geladeira. Para o período de 330 dias, a EE foi de ≈80%, em tempos maiores (360 dias) ocorreram alterações significativas e o aparecimento de furos nas paredes dos MP-NCs reduzindo a EE para valores inferiores a 70%.

Research to obtain micro/nanocapsules using biodegradable polymers as wall material and essential oils as a core are widespread. The swelling/dissolving of the polymer in the liquid is an extremely important property to maintain the retention of these essential oils and a controlled release. In this sense, the objective of this research was to evaluate different biopolymers in direct contact with different essential oils. The work was divided into two stages, the first one proposes a comparative study of the swelling/dissolution interaction of polymeric films immersed in different essential oils. Six polymers were used for this study: poly(ɛ-caprolactone) (PCL) and poly (lactic acid) (PLA), gum arabic, sodium alginate, gelatin, and carboxymethylcellulose. Polymer films were obtained by applying the casting method. In addition, PCL and PLA were compression molded. Six different essential oils (EO) were used: Mentha piperita, Cymbopogon nardus, Mentha arvensis, Syzygium aromaticum, Lavandula hybrida, and Eucalyptus globulus. Each film was kept at room temperature immersed in different oils tested at intervals of 1, 3, 5, 7, 14, 28, 56, and 112 days. The same procedure was repeated at 4°C and 35°C at intervals of 1, 3, 5, and 7 days. PCL and PLA films were completely dissolved in Syzygium aromaticum OE for 24 hours at the three temperatures tested. For all other polymers, mass gain occurred during the first 7 days and remained constant for the following days. The greatest mass gains were 15.519% and 10.463% for PCL with Mentha piperita and gum arabic with Eucalyptus globulus, respectively. However, its bioactive compounds show chemical instability under temperature, light, and air due to their chemical characteristics. This same test was carried out for vegetable oil, which did not obtain any type of interaction. The second step of this work was to produce nanocapsules by nanoprecipitation of PCL with EO from Mentha piperita (MP) and Cymbopogon nardus (CN) and to evaluate their physicochemical stability for one year. The nanocapsules were characterized by particle size, polydispersion index, zeta potential, pH, morphology, and stability in the refrigerator. The mean sizes of nanocapsules containing essential oils were 153 nm and 177 nm for MP and CN, respectively, and 138 nm for nanospheres without OE. After 360 days, the particle sizes were 210 nm and 245 for MP and CN, respectively, and 157 nm for the nanospheres, indicating that they all swelled. Polydispersity results were less than 0.20, indicating unimodal distribution across the store. All formulations showed zeta potential below -20 mV, indicating good physical stability in the liquid medium. Assessing the morphology of the nanocapsules, they had a spherical shape, with a capsular structure. Based on the results obtained, the PCL nanocapsules showed good stability, maintaining their characteristics for 330 days. The encapsulation efficiency (%EE) was determined by infrared, evaluating the non-encapsulated material, the results showed an EE of over 90% for the two EO, stored for 180 days in a refrigerator. For 330 days, the EE was ≈80%, in longer times (360 days) there were significant changes and the appearance of holes in the walls of the MP-NCs, reducing the EE to values below 70%.