La production inductrielle de ferments nécessite une étape de stabilisation qui affecte la qualité des cellules. Ce phénomène étroitement lié à l’espèce, voire à la souche bactérienne considérée, dépend également des conditions mises en œuvre lors de la conduite du procédé de production. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à améliorer les performances de Lactobacillus buchneri R1102 et Bifidobacteium longum R0175 à la lyophilisation et au stockage, et à identifier les réponses physiologiques associées.Dans une première partie, l’effet du temps de récolte sur les caractéristiques membranaires et les performances industrielles de Lb. Buchneri R1102 et B. lolngum R0175 a été anlysé. Une récolte en phase stationnaire conduit à une meilleure tolérance au cours de la congélation pour B. longum R0175 mais ne permet pas de maintenir une activité acidifiante élevée pour Lb. Buchneri R1102. Ces résultats sont reliés à une rigidificatioin de la membrane et à une augmentation de la proportion en acides gras saturés et cycliques en phase stationnaire de croissance.Dans une deuxième étape, les cellules de Lb. Buchneri R1102 ont été soumises à différentes conditions de stress osmotique. Un stress osmotique avec du KCl 0.1 M augmente la survie au cours de la lyophilisation mais ne modifie les caractéristiques membranaires des cellules. Un ajout de KCl 0.6 M en début de fermentation améliore la survie au cours du stockage à l’état lyophilisé. Ce phénomène est expliqué par une rigidification de la membrane lié à une augmentation de la concentration en acides gras cycliques et à une accumulation de bétaïne intracellulaire.Dans une troisème partie, l’effet de différentes atmosphères de culture sur l’état physiologique et les performances de Lb. Buchneri R1102 et B. longum R0175 a été étudié.Pour Lb. Buchneri R1102, l’apport d’air accélère significativement la croissance et la concentration bactérienne (air à 1.2 vvm) en fluidifiant les membranes cellulaires et en orientant le flux métabolique vers la production d’acétate. A l’inverse, l’apport d’azote ou d’un mélange de gaz N2H2 allonge les fermentations en diminuant le potentiel d’oxydoréduction. Enfin, l’apport des gaz air, N2 et N2H2 dégrade l’activité acidifiante de Lb. Buchneri R1102 mais augmente sa survie au cours du stockage, en lien avec des modifications de composition an acides gras et de synthèse protéique. Pour B. longum R0175, une concentration cellulaire plus élevée est obtenue lorsqu’un bullage N2 ou N2CO2 est effectué en début de culture. L’activité acidifiante des ferments est préservée au cours du procédé pour toutes les conditions testées, en lien avec une augmentation de la proportion d’acides gras insaturés et cycliques, mais sans variation de fluidité membranaire.Enfin, une meilleure survie cellulaire est obtenue lorsque les cellules sont cultivées avec du N2CO2 pendant toute la fermentation.Ce travail se conclut par la validation, à l’échelle pilote, des conditions conduisant à une amélioration de la stabilité biologique des ferments lyophilisés, tout en préservant les performances des fermentations. / Industrial starter’s production requires a stabilization step that affects the quality of the cells. This phenomenon is closely linked to the used species and strains, and depends on the procedures applied during the production process. In this context, this thesis aims at improving the performances of Lactobacillus buchneri R1102 and Bifidobacterium longum R0175 during freeze-drying and storage, and to identify the corresponding physiological responses.In the first part of this work, the effect of the harvesting time on membrane characteristics and industrial performances of Lb. buchneri R1102 and B. longum R0175 has been analyzed. Harvesting the cells in stationary phase led to a better tolerance during freezing of B. longum R0175 but did not allow the maintenance of elevated acidification activity for Lb. buchneri R1102. These results have been related to a rigidification of the membrane and to an increase of the proportion of saturated and cyclic fatty acids in cellular membranes of cells recovered in stationary growth phase.In a second step, cells of Lb. buchneri R1102 have been submitted to different conditions of osmotic stress in order to improve their performances. An osmotic stress with 0.1 M KCl increased the cells survival during freeze-drying, without changing their membrane characteristics. In addition, adding 0.6 M KCl in the beginning of the fermentation improved the survival during storage on freeze-dried form. This phenomenon was explained by a rigidification of the membrane that was linked to an increase of cyclic fatty acids content and intracellular betaine concentration.The third part was devoted to the study of the effect of various gaseous atmospheres during the cultures, on the physiological state and the performances of Lb. buchneri R1102 and B. longum R0175. For Lb. buchneri R1102, aeration (air at 1.2 vvm) significantly accelerated the growth and the final cell concentration by increasing membrane fluidity and by directing metabolic flux towards acetate production. Conversely, adding nitrogen or the gas mixture N2H2 delayed the fermentations by decreasing redox potential. Lastly, injecting different gases (air, N2, N2H2) decreased acidification activity Lb. buchneri R1102 but increased its survival during storage, as a result of modifications of fatty acids composition and proteins synthesis. For B. longum R0175, a higher cell concentration was obtained when the culture medium was bubbled with N2 or N2CO2 at the beginning of the fermentation. In addition, acidification activity of these starters was well maintained for all tested conditions, which was linked to an increase of unsaturated and cyclic fatty acids proportion, but without any change in membrane fluidity. Lastly, a better cell survival was obtained for cells grown with N2CO2 all along the fermentation.Finally, this work is concluded finish with the validation, at pilot scale, of the conditions leading to an improvement of the biological stability of freeze-dried starters, while maintaining their performances during fermentation.

O camu-camu (Myrciaria dubia Mc. Vaugh) tem demonstrado ser um fruto promissor devido ao potencial funcional, principalmente pelo alto teor de vitamina C e compostos fenólicos, em especial elagitaninos. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos sobre os compostos fenólicos dos processos de secagem de polpa comercial de camu-camu, por leito de jorro e atomização (spray-drying), em diferentes temperaturas e concentrações de agentes carreadores, comparando-os com os do processo de liofilização. Os pós obtidos foram comparados em relação ao teor total de compostos fenólicos, ácido ascórbico e proantocianidinas. Além disso, avaliou-se o potencial benéfico à saúde através da determinação da capacidade antioxidante in vitro , atividade antimicrobiana e inibição das enzimas α-amilase, α-glicosidase e enzima conversora da angiotensina (ECA). Avaliou-se também proteção e regeneração celulares em modelo de planárias (Dugesia trigrina). Complementarmente, os pós de camu-camu foram adicionados em leite de soja, que foram fermentados com bactérias produtoras de ácido láctico (L. helveticus ATCC 12046 e L. plantarum NCDO 1193), para verificar sua funcionalidade quando incorporados como ingredientes em alimentos funcionais. Os resultados mostraram que a secagem da polpa acarretou em perdas significativas de compostos bioativos, na ordem ácido ascórbico>fenólicos totais> proantocianidinas, e spray-drying>leito de jorro>liofilização. Os compostos fenólicos detectados nos pós de camu-camu foram elagitaninos, ácido elágico, derivados de quercetina, ácido siríngico e miricetina, por LC-TOF-MS. A liofilização foi a melhor técnica de secagem para a preservação dos compostos fenólicos, e também da capacidade antioxidante e de inibição enzimática. Além disso, os pós liofilizados e atomizado (contendo 6% goma arábica a 120 °C) foram mais efetivos contra Staphylococcus aureus que a ampicilina. Os extratos desses pós demostraram potencial para proteção celular e rejuvenescimento no modelo de planárias. E por último, o leite de soja enriquecido com o pó de camu-camu resultou em um produto com maior teor de fenólicos, alta capacidade antioxidante e propriedades anti-hiperglicêmica e anti-hipertensiva. Portanto, os pós de camu-camu são ricos em compostos fenólicos e tem potencial para serem acrescentados como ingredientes em alimentos para o controle dos estágios iniciais de diabetes tipo 2 e complicações associadas. / Camu-camu (Myrciaria dubia Mc. Vaugh) has demonstrated promising perspectives as a functional food, mainly due to high vitamin C and phenolic compounds contents, in particular ellagitannins. This study aimed to evaluate the effect of different drying processes (spouted bed drying, spray-drying) at selected temperatures and carrier concentrations, comparing to freeze-drying, on the contents and composition of phenolic compounds. The pulp powders were compared in relation to phenolic profiles, ascorbic acid and proanthocyanidins contents. Further, functional health potential was evaluated such as in vitro antioxidant capacity, antimicrobial activity and inhibition of α-amylase, α-glucosidase and angiotensin converting enzyme (ACE). It was also investigated cellular protection and regeneration in planaria (Dugesia trigrina) model. Additionally, camu-camu powders were added into soymilk and were fermented by lactic acid bacteria (L. helveticus ATCC 12046 and L. plantarum NCDO 1193) to verify their functionality as a functional food ingredient. The results showed that drying of the pulp led to significant losses of bioactive compounds, in the order ascorbic acid>total phenolics>proanthocyanidins, and spray-drying>spouted bed drying>freeze-drying. Phenolic compounds, such as ellagitannins, ellagic acid, quercetin derivatives, syringic acid and myricetin were detected in camu-camu by LC-TOF-MS. The freeze-drying was the best technique to preserve phenolic compounds, and also antioxidant capacity and enzyme inhibition. Besides that, freeze-dried and spray-dried (6% arabic gum at 120 °C) powders were more effective against Staphylococcus aureus than ampicillin. The extracts of those powders have desmonstrated potential to cellular protection and rejuvenation in planaria model. Finally, soymilk enriched with camu-camu powders resulted in more phenolic contents, high antioxidant capacity and anti-hyperglycemia and anti-hipertension properties product. To sum up, camu-camu powder is rich in phenolic bioactive profiles has potential as part of dietary strategies in the management of early stages of type 2 diabetes and associated complications.

A liofilização é um método de conservação utilizado para a obtenção de produtos desidratados de alta qualidade. É um processo que requer tempo e energia, podendo levar dias para terminar se o ciclo de liofilização não for otimizado. O objetivo da otimização do processo de liofilização é minimizar o consumo de energia e reduzir o tempo de processo, sem que ocorra a perda na qualidade do produto liofilizado. A utilização de modelos matemáticos que predizem o comportamento do produto durante a liofilização pode reduzir drasticamente o número de experimentos, além de determinar variáveis importantes que não podem ser medidas experimentalmente. Tecidos biológicos são produtos sensíveis que se submetidos à altas temperaturas podem sofrer alterações irreversíveis. O estudo da liofilização do pericárdio bovino tem como objetivo sua conservação, facilitando sua manipulação e armazenamento. O objetivo deste projeto foi o uso da teoria fenomenológica que envolve a liofilização, com a utilização de parâmetros essenciais determinados por experimentos de laboratório, para guiar o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de descrever a dinâmica do processo de liofilização do pericárdio bovino para, através de seu estudo e da análise das características do produto liofilizado, alcançar a validação do processo. O estudo do congelamento na liofilização do pericárdio bovino foi feito, determinando-se os tempos de processo e o conteúdo de umidade residual do produto seco. A modelagem matemática do processo foi apresentada a partir da determinação de taxas de sublimação por microscopia óptica acoplada à liofilização, sob diferentes pressões de câmara e taxas de aquecimento de placa. Os produtos liofilizados foram avaliados quanto à manutenção de suas propriedades físicas. Os resultados mostraram que o congelamento lento com tratamento térmico apresentou curto tempo de liofilização e baixo valor de umidade residual do produto final. O modelo matemático demonstrou a liofilização do pericárdio bovino e o produto não apresentou alterações em suas propriedades físicas após o processo. Sendo assim, validou-se a técnica de microscopia óptica acoplada à liofilização na determinação da taxa de sublimação durante a liofilização do pericárdio bovino e validou-se o processo através da modelagem matemática. / Freeze-drying is a method of preservation that provides high-quality dehydrated products. It is a process that requires time and energy and it may take days to finish. Freeze-drying optimization is used to minimize the process time keeping the high quality of the product. Mathematical models that predict the behavior of products during freeze-drying can drastically reduce the number of experiments and determine variables in a study that could not be experimentally measured. Biological tissues are sensitive to heat and might be irreversibly modified. The study of bovine pericardium freeze-drying improves its handling and storage. The purpose of this project was to determine key parameters which served to guide the development of a mathematical model able to describe the bovine pericardium freeze-drying process and achieve its validation. The study of the freezing step in the bovine pericardium freeze-drying was done by analyzing the time of the process and the residual moisture content of the dried product. Mathematical modeling of the process was shown from the determination of sublimation rates by freeze-drying microscopy under different chamber pressures and heating rates. The freeze-dried products were evaluated for the maintenance of their physical properties. The results revealed that slow freezing with thermal treatment had short process time and low residual moisture of the final product. The mathematical model demonstrated the bovine pericardium freeze-drying and the product indicated no change in their physical properties after the process. Thus, the freeze-drying microscopy analysis was validated in determining the sublimation rate during the bovine pericardium freeze-drying and the process was endorsed through mathematical modeling.

A liofilização é um método de conservação utilizado para a obtenção de produtos desidratados de alta qualidade. É um processo que requer tempo e energia, podendo levar dias para terminar se o ciclo de liofilização não for otimizado. O objetivo da otimização do processo de liofilização é minimizar o consumo de energia e reduzir o tempo de processo, sem que ocorra a perda na qualidade do produto liofilizado. A utilização de modelos matemáticos que predizem o comportamento do produto durante a liofilização pode reduzir drasticamente o número de experimentos, além de determinar variáveis importantes que não podem ser medidas experimentalmente. Tecidos biológicos são produtos sensíveis que se submetidos à altas temperaturas podem sofrer alterações irreversíveis. O estudo da liofilização do pericárdio bovino tem como objetivo sua conservação, facilitando sua manipulação e armazenamento. O objetivo deste projeto foi o uso da teoria fenomenológica que envolve a liofilização, com a utilização de parâmetros essenciais determinados por experimentos de laboratório, para guiar o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de descrever a dinâmica do processo de liofilização do pericárdio bovino para, através de seu estudo e da análise das características do produto liofilizado, alcançar a validação do processo. O estudo do congelamento na liofilização do pericárdio bovino foi feito, determinando-se os tempos de processo e o conteúdo de umidade residual do produto seco. A modelagem matemática do processo foi apresentada a partir da determinação de taxas de sublimação por microscopia óptica acoplada à liofilização, sob diferentes pressões de câmara e taxas de aquecimento de placa. Os produtos liofilizados foram avaliados quanto à manutenção de suas propriedades físicas. Os resultados mostraram que o congelamento lento com tratamento térmico apresentou curto tempo de liofilização e baixo valor de umidade residual do produto final. O modelo matemático demonstrou a liofilização do pericárdio bovino e o produto não apresentou alterações em suas propriedades físicas após o processo. Sendo assim, validou-se a técnica de microscopia óptica acoplada à liofilização na determinação da taxa de sublimação durante a liofilização do pericárdio bovino e validou-se o processo através da modelagem matemática. / Freeze-drying is a method of preservation that provides high-quality dehydrated products. It is a process that requires time and energy and it may take days to finish. Freeze-drying optimization is used to minimize the process time keeping the high quality of the product. Mathematical models that predict the behavior of products during freeze-drying can drastically reduce the number of experiments and determine variables in a study that could not be experimentally measured. Biological tissues are sensitive to heat and might be irreversibly modified. The study of bovine pericardium freeze-drying improves its handling and storage. The purpose of this project was to determine key parameters which served to guide the development of a mathematical model able to describe the bovine pericardium freeze-drying process and achieve its validation. The study of the freezing step in the bovine pericardium freeze-drying was done by analyzing the time of the process and the residual moisture content of the dried product. Mathematical modeling of the process was shown from the determination of sublimation rates by freeze-drying microscopy under different chamber pressures and heating rates. The freeze-dried products were evaluated for the maintenance of their physical properties. The results revealed that slow freezing with thermal treatment had short process time and low residual moisture of the final product. The mathematical model demonstrated the bovine pericardium freeze-drying and the product indicated no change in their physical properties after the process. Thus, the freeze-drying microscopy analysis was validated in determining the sublimation rate during the bovine pericardium freeze-drying and the process was endorsed through mathematical modeling.

Made available in DSpace on 2017-07-21T14:13:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AMANDA URBAN.pdf: 2026856 bytes, checksum: 7295984cf8ff79aae13643c336cd3e59 (MD5) Previous issue date: 2016-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Purpose: This study prepared inclusion complexes (IC) between nystatin (Nys) and β-cyclodextrin (βCD), for posterior incorporation into a soft liner denture material, aiming to promote controlled release and a prolonged antifungal effect. Material and methods: Suspensions of Nys:βCD in molar ratios of 1:0.125, 1:0.25, 1:0.5, 1:0.625, 1:1, 1:2, and 1:4 were prepared in triplicate in distilled water, stirred for 24 h, and evaluated regarding phase solubility. The 1:1 and 1:2 molar ratios were selected to obtain IC using the following methods: physical mixture (PM), freeze-drying (FD), and spray-drying (SP). PM was homogeneous blended in a mortar for 15 min. The other IC were dissolved in water/ethanol solution (50:50 v/v), stirred for 24 h, and then submitted to one of the drying methods FD or SP. Drug, βCD, and IC were submitted to the following physicochemical characterization: field emission electron gun microscopy (FEG), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TGA), X ray diffraction (DXR), and nuclear magnetic resonance (NMR). For the in vitro dissolution study, 1:1 FD and SP IC were selected. Previously, a calibration curve of Nys in Milli-Q® water was plotted.The dissolution was made in triplicate using paddle device at 37ºC and 75 rpm during 8 h for Nys and 24 h for IC. The results were evaluated in relation to dissolution profile, efficiency (ANOVA-1 way) and kinetics. Results: Nys presented crystalline morphology and βCD presented more amorphous characteristics in comparison to the drug. PM and FD and SP IC presented more amorphous characteristics with small crystals. FT-IR analysis showed several shifts, reduction in intensity, and peak narrowing in the IC in relation to the non-complexed drugs. DSC analysis showed reduction in intensity of the fusion point peak of Nys in the IC, indicating partial complexation. DXR analysis showed peak size reduction and disappearance of spectral lines (“amorphization”), with SP showing more significant changes. It was proved that Nys was partially included into the βCD cavity in 1:1 FD IC, because a great chemical shift was observed for H5’, which is within the toroidal cavity of the oligosaccharide. Despite there was no statistically significant difference (p=0.1931) among the results of dissolution efficiency at 8 h, the 1:1 FD and SP IC showed an immediate release mechanics of the drug, with the 1:1 FD IC presenting the faster dissolution profile. The Nys and 1:1 FD and SP IC revealed the better kinetic adjustment for the biexponential model. Conclusion: Based on the results obtained by the characterization techniques, it was concluded that nystatin better complexed with β-cyclodextrin in 1:1 molar ratio in FD and SP methods. Freeze-drying inclusion complex 1:1 nystatin:β-cyclodextrin presented the better dissolution profile and biexponential kinetics, and this may result in interesting strategy to the development of pharmaceutical compounds that enable a controlled release when they are incorporated to the soft liner denture material. / Objetivo: A proposta deste estudo foi elaborar complexos de inclusão (CI) entre nistatina (Nis) e β-ciclodextrina (βCD), para a posterior inclusão em material macio para reembasamento de prótese removível, visando promover liberação controlada e permitir efeito antifúngico prolongado. Material e métodos: Suspensões de Nis:βCD em proporções molares de 1:0,125, 1:0,25, 1:0,5, 1:0,625, 1:1, 1:2 e 1:4 foram preparadas em triplicata em água destilada, agitadas por 24 h e avaliadas com relação à solubilidade de fases. As proporções 1:1 e 1:2 foram selecionadas para obtenção de CI a partir dos seguintes métodos: mistura física (MF), liofilização (Lio) e spray drying (SP). A MF foi homogeneizada por 15 min com almofariz e pistilo. Os demais CI foram dissolvidos em solução de água/etanol (50:50 v/v), agitados por 24 h e, então, submetidos a um dos processos de secagem Lio ou SP. Fármaco, βCD e CI foram submetidos às seguintes caracterizações físico-químicas: microscopia eletrônica de varredura por emissão de efeito de campo (FEG), espectroscopia infravermelha por transformada de Fourier (FT-IR), análise térmica diferencial (DSC) e termogravimétrica (TGA), difração de raios X (DRX) e ressonância magnética nuclear (RMN). Para o estudo de dissolução in vitro, foram selecionados os CI 1:1 Lio e SP. Previamente, foi construída uma curva de calibração da Nis em água Milli-Q®. A dissolução foi realizada em triplicata utilizando o aparato pá do dissolutor de cubas a 37ºC e 75 rpm durante 8 h para a Nis e 24 h para os CI. Os resultados obtidos foram avaliados com relação ao perfil, eficiência (ANOVA-1 fator) e cinética de dissolução. Resultados: A Nis apresentou morfologia cristalina e a βCD apresentou características mais amorfas em relação ao fármaco. A MF e os CI Lio e SP apresentaram características mais amorfas com pequenos cristais. A análise em FT-IR mostrou vários deslocamentos, reduções de intensidade e estreitamento de picos nos CI em relação aos fármacos não complexados. A análise de DSC mostrou diminuição da intensidade do pico de ponto de fusão da Nis nos CI, indicando complexação parcial. A análise em DRX mostrou que nos CI houve achatamento e desaparecimento de linhas espectrais (“amorfização”), sendo que no SP as alterações foram mais significantes. Foi comprovado que a molécula de Nis foi incluída parcialmente na cavidade da βCD no CI Lio 1:1, uma vez que foi observado grande deslocamento químico no H5’ do interior da cavidade toroidal do oligossacarídeo. Apesar de não ter sido notada diferença estatisticamente significante (p=0,1931) entre os resultados de eficiência de dissolução ao final de 8 h, os CI Lio e SP 1:1 mostraram uma mecânica de liberação imediata do fármaco, sendo que o CI Lio 1:1 apresentou o perfil de liberação mais rápido. Tanto o perfil de liberação da Nis como dos CI Lio e SP 1:1 revelaram melhor ajuste cinético para o modelo biexponencial. Conclusão: A partir dos resultados obtidos pelas técnicas de caracterização, pôde ser concluído que a nistatina apresentou melhor complexação com a β-ciclodextrina na proporção molar 1:1 nos métodos de Lio e SP. O complexo de inclusão nistatina:β-ciclodextrina 1:1 obtido por Lio apresentou melhor perfil de 10 dissolução e cinética biexponencial, o que pode resultar em estratégias interessantes para o desenvolvimento de formas farmacêuticas que possibilitem uma liberação controlada quando incorporadas ao material macio para reembasamento de prótese dentária.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-08-28T16:47:54Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) AMANDA CRISTINA SCHOEFFEL.pdf: 4035430 bytes, checksum: bde474af9062ac8ad8712538a8e5b92f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-28T16:47:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) AMANDA CRISTINA SCHOEFFEL.pdf: 4035430 bytes, checksum: bde474af9062ac8ad8712538a8e5b92f (MD5) Previous issue date: 2016-02-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Objetivo: A proposta deste estudo foi elaborar complexos de inclusão (CI) entre clorexidina (Clx) e β-ciclodextrina (βCD) para a posterior incorporação em material condicionador de tecido, visando promover a liberação controlada e permitir um efeito antifúngico prolongado. Material e métodos: Suspensões de Clx:βCD em proporções molares de 1:0,125, 1:0,25, 1:0,5, 1:0,625, 1:1, 1:2 e 1:4 foram preparadas em triplicata em água destilada, agitadas por 24 h e avaliadas com relação à solubilidade de fases. As proporções 1:1 e 1:2 foram selecionadas para obtenção de CI a partir dos seguintes métodos: mistura física (MF), liofilização (Lio) e spray drying (Spray). A MF foi homogeneizada por 15 min com almofariz e pistilo. Os demais CI foram dissolvidos em solução de água/etanol (50:50 v/v), agitados por 24 h e, então, submetidos a um dos processos de secagem Lio ou Spray. Clx, βCD e CI foram submetidos às seguintes caracterizações físico-químicas: microscopia eletrônica de varredura por emissão de efeito de campo (FEG), espectroscopia infravermelha por transformada de Fourier (FT-IR), análise térmica diferencial (DSC) e termogravimétrica (TGA), difração de raios X (DRX) e ressonância magnética nuclear (RMN). Para o estudo de dissolução in vitro, foram selecionados os CI 1:2 MF, Lio e Spray. A dissolução foi realizada em triplicata utilizando o aparato pá do dissolutor de cubas a 37ºC e 75 rpm durante 7 h para a Clx e os CI. Os resultados obtidos foram avaliados com relação ao perfil, eficiência (ANOVA-1 fator/Tukey, α=0,05) e cinética de dissolução. Resultados: Os métodos de complexação alteraram a morfologia das partículas não complexadas após a inclusão. A MF e o CI Lio apresentaram partículas irregulares e o CI Spray apresentou os menores tamanhos de partículas, com formato regular toroidal, a partir da análise em FEG. A análise em DRX mostrou que a MF 1:2 e o CI Lio 1:2 apresentaram perfil semi- cristalino e o CI Lio 1:1 e o CI Spray, em ambas proporções molares, apresentaram perfil amorfo. Pôde ser observado que as bandas relacionadas à βCD deslocaram para frequências maiores ou menores nos espectros FT-IR dos CI devido à interação Clx:βCD. As bandas características da Clx não apareceram nos espectros FT-IR dos CI, sugerindo a presença de Clx no interior da cavidade da βCD. Pelas análises térmicas em DSC e TGA, foi possível confirmar a formação de um novo composto após a inclusão devido às alterações observadas no comportamento térmico da Clx e da βCD nos CI. A complexação foi então comprovada pela análise do 1H RMN que mostrou grandes alterações nas regiões da guanidina e do anel aromático da Clx e nos hidrogênios da cavidade da βCD, confirmando que o fármaco foi incluído na βCD. O estudo de dissolução in vitro, por fim, mostrou uma mecânica de liberação imediata do fármaco a partir dos CI Lio e Spray 1:2. O CI Lio 1:2 apresentou o melhor perfil de dissolução e a maior (p=0,0105) eficiência de dissolução (40,06±0,97%) em relação ao fármaco não complexado e demais CI em 7 h de avaliação. O perfil de liberação da Clx revelou melhor ajuste cinético para o modelo 9 de Weibull, enquanto os perfis dos CI ajustaram-se melhor para o modelo biexponencial. Assim, a complexação alterou a cinética de liberação do fármaco, resultando em duas etapas de liberação, rápida inicial e prolongada final. Conclusão: A partir dos resultados obtidos pelas técnicas de caracterização, pôde ser concluído que a clorexidina apresentou melhor complexação com a β- ciclodextrina na proporção molar 1:2 em todos os métodos testados. O complexo de inclusão clorexidina:β-ciclodextrina 1:2 obtido por liofilização apresentou melhor eficiência de dissolução e cinética biexponencial, o que pode resultar em estratégias interessantes para o desenvolvimento de formas farmacêuticas que possibilitem uma liberação controlada quando incorporadas ao material condicionador de tecido. / Purpose: This study prepared inclusion complexes (IC) between chlorhexidine (Chx) and β-cyclodextrin (βCD) for posterior incorporation into tissue conditioner material, aiming to promote controlled release and a prolonged antifungal effect. Material and methods: Suspensions of Chx:βCD in molar ratios of 1:0.125, 1:0.25, 1:0.5, 1:0.625, 1:1, 1:2, and 1:4 were prepared in triplicate in distilled water, stirred for 24 h, and evaluated regarding phase solubility. The 1:1 and 1:2 molar ratios were selected to obtain IC using the following methods: physical mixture (PM), freeze-drying (FD), and spray-drying (Spray). PM was homogeneous blended in a mortar for 15 min. The other IC were dissolved in water/ethanol solution (50:50 v/v), stirred for 24 h, and then submitted to one of the drying methods FD or Spray. Chx, βCD, and IC were submitted to the following physicochemical characterization: field emission electron gun microscopy (FEG), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TGA), X ray diffraction (DXR), and nuclear magnetic resonance (NMR). For the in vitro dissolution study, 1:2 PM, FD and Spray IC were selected. The dissolution was made in triplicate using paddle device at 37ºC and 75 rpm during 24 h for Chx and IC. The results were evaluated in relation to profile, efficiency (ANOVA-1 way/Tukey, α=0.05) and dissolution kinetics. Results: Methods of IC preparation changed the non-complexed particle morphology after inclusion. PM and FD IC presented irregular-shaped particles and Spray IC showed the lowest particle sizes, with regular toroidal shape, by FEG analysis. DXR analysis showed that 1:2 PM and FD IC presented semi-crystalline and 1:1 FD IC and Spray IC, in both molar ratios, presented amorphous characteristics. Peaks related to βCD shifted to higher or lower frequency in FT-IR spectra upon inclusion due to the interaction Chx:βCD. Peaks of Chx did not appear in FT-IR spectra after inclusion, suggesting the presence of Chx within βCD cavity. DSC and TGA analyses indicated the formation of a new compound due to the changes observed in thermal characteristics of Chx and βCD upon inclusion. Complexation was then proved by 1H NMR analysis that showed several changes in guanidine and aromatic moiety of Chx and in hidrogens of βCD cavity, confirming that the drug was included into βCD. Finally, in vitro dissolution study showed an immediate release mechanics of the drug from 1:2 FD and Spray IC. FD IC also presented the better dissolution profile and the higher (p=0.0105) dissolution efficiency (40.06±0.97%) in comparison to the non- complexed Chx and the other IC during 7 h. The Chx release profile revealed the better kinetic adjustment for Weibull model, while the IC release profiles best set to the biexponential model. Thus, the complexation changes the drug release kinetics, resulting in two stages, initial fast and final prolonged. Conclusion: Based on the results obtained by the characterization techniques, it was concluded that chlorhexidine better complexed with β-cyclodextrin in 1:2 molar ratio in all tested methods. Freeze-drying inclusion complex 1:2 chlorhexidine:β-cyclodextrin presented the better dissolution efficiency and biexponential kinetics, and this may result in interesting strategy to the development of pharmaceutical compounds that enable a controlled release when they are incorporated to the tissue conditioner material.

Ce travail est basé sur l’étude expérimentale, étape par étape, du procédé de lyophilisation, afin de comprendre les impacts des différents paramètres du procédé sur la viabilité d’une souche modèle probiotique de type lactobacillus casei. Nous avons tout d’abord étudié les propriétés thermodynamiques des formulations considérées à base de lactose et de polyvinylpyrrolidone, (PVP) en commençant dans un premier temps par l’obtention du diagramme d’état du système amorphe constitué du binaire eau-PVP, puis le diagramme de fusion du ternaire eau-PVP-lactose afin d’en déduire les paramètres clefs pour l’optimisation des cycles de lyophilisation de ces suspensions bactériennes. Dans la deuxième partie, nous avons caractérisé par microscopie électronique à balayage (MEB) la localisation des bactéries au sein de la phase solide amorphe des lyophilisats poreux. Ensuite, les différentes formulations ont été soumises à différents protocoles de congélation (vitesse de refroidissement ; recuit) afin d’obtenir les meilleurs résultats en termes de taux de survie des bactéries. Avec la formulation sélectionnée précédemment nous nous sommes intéressés à l’influence des paramètres opératoires de sublimation (température étagère et pression totale de sublimation) conduisant aux meilleurs taux de survie des bactéries. Nous avons observé que nos cellules probiotiques, avec ces formulations, pouvaient être lyophilisées, au-dessus de la température limite de collapse, sans impacter la viabilité des cellules présentes ou insérées au sein de la phase matrice poreuse du lyophilisat final, ce dernier présentant de plus, de bonnes propriétés d’usage en termes de stabilité en vue d’une mise en forme galénique ou d’un stockage ultérieur / This work is based on the experimental study, step by step, of the freeze-drying process of a model probiotic strain of lactobacillus caseï type to understand the impact of the numerous factors (formulation; freezing protocol; operating conditions) on the survival rates of these bacteria in the final lyophilisate. Firstly, we investigated the thermo-dynamical and physical properties (vitreous transition and melting temperatures) of formulations based on lactose and polyvinylpyrrolidone (PVP) protectants and their mixture. Thus, we have determined the phase diagrams and the melting diagram of the water+PVP binary system and of the ternary water-PVP-lactose system. Next, we determined the optimal freezing protocol (freezing rates; annealing treatment) with different formulations which led to the best survival rates. Next, in a preliminary study we have characterized by SEM (scanning electron microscopy) the location of the cells inserted inside the solid amorphous phase of the porous matrix of the different lyophilisates. Secondly, with the pre-selected formulation, we experienced the influence of the main operating sublimation parameters (shelf temperature and total gas pressure), leading to highest product quality in terms of bacteria survival ratios of the final lyophilisates. We observed that these probiotics cells, with this formulation, could be freeze-dried above the limit collapse temperature without impacting significantly the viability of the freeze-dried cells and with lyophilisates of high stability attributes

It is estimated that 90% of new chemical entities in development pipelines exhibit poor aqueous solubility. For compounds not limited by biological membrane permeability, this poor aqueous solubility is the limiting factor in bioavailability. Therefore, the formulation of such drugs has primarily been centered on improving dissolution properties. Traditional approaches for overcoming poor aqueous solubility include salt formation of the active ingredient, complexation, the use of surface active agents, formulation into oil based systems, particle size reduction, or a combination of these methods. More recently amorphous solid dispersions have been explored. Currently, the drug loading within solid dispersions is limited resulting in large quantities of the formulation being required for a therapeutically relevant dose. In the frame of the work herein, Thin Film Freezing was utilized to generate high drug loaded amorphous solid dispersions of the poorly water soluble drug phenytoin utilizing a hydrophilic polymer or an amphiphilic graft copolymer for system stabilization. Additionally a new solvent removal technique, atmospheric freeze drying, was investigated for removal of the solvents used during Thin Film Freezing. The Thin Film Freezing materials were subsequently incorporated into a polymeric carrier for solid dispersion formulation by a novel fusion production technique termed Kinetisol® dispersing. Studies of the solid dispersions produced by Thin Film Freezing revealed an amorphous system had been obtained for both stabilizing polymers. The formulation containing a hydrophilic carrier was capable of achieving supersaturation. Conversely, the amphiphilic graft copolymer demonstrated a phenytoin-polymer interaction resulting in poor dissolution. Atmospheric freeze drying of the Thin Film Freezing product demonstrated that the alternative drying technique generated powders with significantly improved handling properties as a result of reduced electrostatic interactions due to the increased pore size, reduced surface area, larger particle size, and higher, though acceptable, residual solvent levels. The use of Thin Film Freezing powders during Kinetisol Dispersing resulted in a single phase amorphous system while solid dispersions produced from physical mixtures of bulk materials were amorphous two-phase systems. This indicates that the use of amorphous drug compositions during solid dispersion production may increase drug loading in the final system while remaining single phase in nature. / text

Thesis (Ph.D. in Pharmaceutical Sciences) -- University of Colorado Denver, 2008. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 134-146). Free to UCD Anschutz Medical Campus. Online version available via ProQuest Digital Dissertations;

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Spray-drying and freeze-drying are dehydration techniques which serve as alternative to increase the stability of formulations which are in aqueous medium. Therefore, this study objectived the development of redispersible dried products prepared from suspensions of polymeric nanocapsules and nanoemulsions using tioconazole, an antifungal. The suspension of nanocapsules, prepared using poli(-caprolactona) - PCL and Eudragit® RS100 polymers, and nanoemulsions containing tioconazole (1.0 mg/ml) were evaluated in relation to mean particles size, drug content, pH and encapsulation efficiency, and after preparation, showed physicochemical characteristics suitable: mean particles size in the nanometer range (110 210 nm), polydispersity index below 0.20, drug content near to theoretical and encapsulation efficiency of approximately 100 % and 86 % for the PCL and Eudragit® RS100 nanocapsules, respectively. Furthermore, the formulations have been stable for 30 days. After, the liquid formulations were subjected to spray-drying and/or freeze-drying using lactose and trehalose as adjuvants in a proportion of 10 % (w/v). The dried products were characterized in relation to yield, index resuspension in water, drug content, moisture and morphology. Regardless of the method of dehydration and adjuvant, the dried products presented satisfactory physicochemical characteristics: yield 50 100 % (depending on the technique of dehydration), drug content near to theoretical, percentage of moisture of less than 4.2 %, good redispersion in water, is possible to verify the presence of nanometric and micrometric particles (by laser diffraction), and the recovery of nanometer size similar to the original liquid formulation, after filtration (photon correlation spectroscopy). Morphological analysis showed the presence of rounded particles for the powders obtained by spray-drying and irregular to those obtained by freeze-drying. Dried products were stable for 30 days, however, the powders obtained from nanoemulsions and nanocapsules of Eudragit® RS100, by spray-drying and lactose as adjuvant showed a decrease in tioconazole content. The suspensions of nanocapsules and nanoemulsions and their respective dried products containing tioconazole showed antifungal activity against the yeast C. albicans, demonstrating that the dehydration process did not affect the action of the drug. Evaluation of in vitro release of the drug by the technique of dialysis bags showed that dried products prepared from nanocapsules were able to promote the control release of the drug, especially the dried products obtained from nanocapsules of PCL by spray-drying, which showed more tioconazole control release at time of 48 hours. / A secagem por aspersão (spray-drying) e a liofilização são técnicas de desidratação que servem como alternativa para aumentar a estabilidade de formulações que se encontram em meio aquoso. Neste sentido, este trabalho objetivou o desenvolvimento de produtos secos redispersíveis preparados a partir de suspensões de nanocápsulas poliméricas e nanoemulsões utilizando o tioconazol, um fármaco antifúngico. As suspensões de nanocápsulas, preparadas com os polímeros poli(-caprolactona) PCL e Eudragit® RS100, e nanoemulsões contendo tioconazol (1,0 mg/mL) foram avaliadas quanto ao diâmetro médio de partículas, teor de fármaco, pH e eficiência de encapsulamento, as quais, após a preparação, apresentaram características físico-químicas adequadas: diâmetro médio de partículas na faixa nanométrica (110 210 nm), índice de polidispersão abaixo de 0,20, teor de fármaco próximo ao teórico e eficiência de encapsulamentro de, aproximadamente, 100 % e 86 % para as nanocápsulas de PCL e Eudragit® RS100, respectivamente. Além disso, as formulações foram estáveis por 30 dias. Após, as formulações líquidas foram submetidas à secagem por aspersão e/ou a liofilização, utilizando a lactose e a trealose como adjuvantes, na proporção de 10 % (m/v). Os produtos secos foram caracterizados em relação ao rendimento, índice de ressuspensão em água, teor de fármaco, umidade e morfologia. Independente do método de desidratação e do adjuvante, os produtos secos apresentaram características físico-químicas satisfatórias: rendimento de 50 100 % (dependendo da técnica de desidratação), teor de fármaco próximo ao teórico, percentual de umidade inferior a 4,2 %, boa redispersão em água, sendo possível verificar a presença de partículas nanométricas e micrométricas (por difração a laser), e a retomada do tamanho nanométrico semelhante à formulação líquida original, após filtração (espectroscopia de correlação de fótons). Na análise morfológica foi observada a presença de partículas arredondadas para os pós obtidos por spray-drying e irregulares para os obtidos por liofilização. Os produtos secos foram estáveis por 30 dias; todavia, os pós obtidos a partir de nanoemulsões e nanocápsulas de Eudragit® RS100, por spray-drying e lactose como adjuvante, apresentaram um decaimento no teor de tioconazol. As suspensões de nanocápsulas e nanoemulsões e seus respectivos produtos secos contendo tioconazol apresentaram atividade antifúngica frente à levedura de C. albicans, demonstrando que os processos de desidratação não afetaram a ação do fármaco. A avaliação de liberação in vitro do fármaco pela técnica de sacos de diálise demonstrou que os produtos secos preparados a partir de nanocápsulas foram capazes de promover o controle de liberação do fármaco, destacando-se os produtos secos obtidos a partir de nanocápsulas de PCL por spray-drying que apresentaram maior controle na liberação do tioconazol no tempo de 48 horas.