Охарактеризуйте методы и способы включения пробиотиков в микрокапсулы. Дайте их критическую оценку

Микрокапсулирование – это технологический процесс заключения микроскопических твердых, жидких или газообразных веществ в тонкую оболочку, изолирующую их от внешней среды. Микрокапсулы состоят из капсулируемого (инкапсулируемого) вещества и капсулирующего материала. Капсулируемое вещество, называемое содержимым, образует ядро микрокапсул, а капсулирующий материал образует оболочку. Содержимое микрокапсул (внутренняя фаза или ядро) может составлять 15-99% их массы. По растворимости материалы оболочек подразделяют на водорастворимые (желатин, гуммиарабик, поливинилпирролидон, полиакриловая кислота и др.), водонерастворимые (силиконы, латексы, полипропилен, полиамид и т.п.), энтеросолюбильные (зеин, шеллак, спермацет, ацетилфталилцеллюлоза и др.). Простейшим строением микрокапсул является капсула с одной оболочкой. Если материал оболочки по каким-либо причинам не может быть нанесен непосредственно на капсулируемое вещество, то производят промежуточное микрокапсулирование этого вещества удобным методом в другой материал. Образующая оболочка имеет двухслойную или многослойную структуру. При необходимости заключения веществ в общую оболочку возможно изготовление «капсул в капсуле», когда внутри наружной оболочки в среде одного из веществ помещена одна или несколько микрокапсул другого вещества. Дополнительные компоненты можно также вводить непосредственно в материал оболочек.

Оболочка непроницаема для ядра и окружающей среды. Высвобождение ядра происходит в результате механического разрушения оболочки (растворения, плавления, нагревания, давления, ультразвукового воздействия, разрушение изнутри парами или газообразными веществами, выделяющимися при изменении внешних условий).

Оболочка полупроницаема. Она непроницаема для ядра, но проницаема для низкомолекулярных веществ, содержащихся в окружающей среде (вода, желудочный сок и др.).

Оболочка проницаема для ядра. Требования к проницаемости оболочки определяются назначением микрокапсул. Для защиты лекарственных веществ от воздействия окружающей среды она должна быть малопроницаемой. Проницаемость оболочки можно регулировать как в процессе микрокапсулирования, так и после его завершения. Один из способов уменьшения проницаемости оболочки – получение многослойных покрытий или дополнительная их обработка (обезвоживание, дубление и т.д.).

Один из первых разработанных способов микрокапсулирования основан на явлении коацервации. Явление коацервации (от лат. coacervatio – скопление или объединение) заключается в возникновении в водном растворе полиэлектролитов капель, обогащенных растворенным полимерным веществом. Слияние (коалесценция) образующихся капель приводит к разделению системы на два равновесных жидких слоя с четкой поверхностью раздела между ними: слоя с малым содержанием полиэлектролита и слоя с повышенной его концентрацией, называемого коацерватным слоем или коацерватом. С физико-химической точки зрения явление коацервации обусловлено внутри- и межмолекулярным взаимодействием с участием ионов полиэлектролита или полиэлектролитов, приводящим к изменению конформации макромолекул полиэлектролитов в растворе, степени их гидратации и как следствие – к уменьшению их растворимости. В качестве пленкообразующего материала в этом случае используют высокомолекулярные коллоидные вещества, способные диссоциировать в водном растворе на ионы, т.е. полиэлектролиты. Макромолекулы полиэлектролитов в водных растворах имеют специфические, конформационные и гидродинамические свойства, отличающие их от обычных недиссоциирующих полимеров. Коллоидные свойства этих веществ обусловлены наличием в их растворах больших кинетических единиц, размер которых достигает 10-5 – 10-7 см. Исходная коацервационная система может содержать одно высокомолекулярное коллоидное вещество (простая коацервация) или, по крайней мере, два (сложная коацервация). Простую коацервацию вызывают добавлением неорганических солей и изменением температуры или разбавлением системы, а сложную – последними двумя факторами или изменением рН.

Простая коацервация является результатом удаления водной сольватирующей оболочки из окружения молекулы растворенного полиэлектролита. Сложная коацервация наблюдается при взаимодействии двух и более полимеров, макромолекулы которых несут противоположные заряды, и их взаимной нейтрализации.

Суть способа высушивания распылением заключается в разбрызгивании дисперсии капсулируемого вещества в растворе пленкообразующего материала потоком нагретого газа-носителя в специальных установках. Получаемые мелкие капли «затвердевают» в результате удаления растворителя и отверждения оболочек микрокапсул.

Удаление растворителя из оболочек может быть достигнуто не только испарением, но и обработкой другой жидкостью, смешивающейся с растворителем, но не растворяющей пленкообразующий материал. На этом принципе основан метод экстракционного замещения, однако, в отличие от метода образования новой фазы путем введения нерастворителя, систему с капсулируемым веществом и раствором полимера в этом случае вводят в нерастворитель в виде предварительно сформированных капель.

При методе напыления в псевдоожиженном слое твердые частицы ядра ожижают потоком воздуха или другого газа и напыляют на них раствор или расплав пленкообразующего вещества с помощью форсунок различных конструкций. Затвердение жидких оболочек происходит в результате испарения растворителя или охлаждения, или того и другого одновременно. Таким путем можно капсулировать вещества, в обычных условиях представляющие собой жидкости, но замерзающие в условиях псевдоожижения, или замораживаемые на стадии подготовки к микрокапсулированию. Поскольку в процессе псевдоожижения происходит агломерация частиц и унос мелких частиц, при микрокапсулировании этим способом используют частицы с размером более 200 мкм, а получаемые микрокапсулы обычно имеют еще большие размеры.

Химические методы микрокапсулирования основаны на образовании защитных покрытий вокруг ядра микрокапсулируемого вещества в результате полимеризации или поликонденсации пленкообразующих компонентов. Процесс протекает в жидкой среде, начальной стадией является получение эмульсии или суспензии. Выбор растворителя материала оболочки определяется плотностью растворителя, его отношением к ядру и компонентам оболочки. Материал оболочки должен адсорбироваться на поверхности диспергированных частичек ядра, иначе полимер и инкапсулируемое вещество будут находиться в дисперсионной среде в виде отдельных составляющих. Полимерную оболочку получают путем полимеризации или поликонденсации мономеров, олигомеров с функциональными группами или полимеризацией предполимеров.

Химические методы получения микрокапсул, основанные на реакции полимеризации, в зависимости от материала оболочки проводят как в водной среде, так и в среде органического растворителя. Используют данные методы для микрокапсулирования как твердых, так и жидких веществ. При капсулировании твердых частиц обычно предварительно прививают инициатор полимеризации на поверхность капсулируемого вещества. При капсулировании жидких веществ методом поликонденсации один из мономеров растворяют в фазе капсулируемого вещества. Для получения менее проницаемых оболочек в состав мономеров вводят сшивающие агенты.

Размеры получаемых микрокапсул можно изменять в широком диапазоне

– от нескольких микрон до нескольких миллиметров, с содержанием инкапсулируемого вещества до 99%.