Over the past few decades, amorphous solid dispersions (ASDs) have been of great interest to pharmaceutical scientists to address bioavailability issues associated with poorly water-soluble drugs. ASDs consist of an active pharmaceutical ingredient (API) that is typically dispersed in an inert polymeric matrix. Despite promising advantages, a major concern that has resulted in limited marketed formulations is the physical instability of these complex formulations. Physical instability is often manifested as phase heterogeneity, where the drug and carrier migrate and generate distinct phases, which can be a prelude to recrystallization. One important factor that dictates the physical stability of ASDs is the spatial distribution of API in the polymeric matrix. It is generally agreed that intimate mixing of the drug and polymer is necessary to achieve maximum stabilization, and thus understanding the factors controlling phase mixing and nano-domain structure of ASDs is crucial to rational formulation design. The focus of this thesis work is to better understand the factors involved in phase mixing on the nanometric level and get insights on the role of excipients on overall stabilization of these systems. The central hypothesis of this research is that an intimately mixed ASD will have better physical stability as compared to a partially homogeneous or a non-homogeneous system. Our approach is to probe and correlate phase homogeneity and intermolecular drug-excipient interactions to better understand the physical stability of ASDs primarily using solid-state nuclear magnetic resonance (SSNMR) spectroscopy and other solid-state characterization tools. A detailed investigation was carried out to understand the role of hydrogen bonding on compositional homogeneity on different model systems. A comprehensive characterization of ternary ASDs in terms of molecular interactions and physical stability was studied. Finally, long-term physical stability studies were conducted in order to understand the impact of different grades of a cellulosic polymer on phase homogeneity for two sets of samples prepared via different methods. Overall, through this research an attempt has been made to address some relevant questions pertaining to nano-phase heterogeneity in ASDs and provide a molecular level understanding of these complex systems to enable rational formulation design.

Drug instability in solid dosage forms includes chemical or physical processes involving covalent or polymorphic transformations wherein different polymorphs possess crystal structure differences. Gabapentin chemically degrades by intramolecular cyclization to gabapentin-lactam (lactam) in the solid-state. Additionally, gabapentin undergoes polymorphic solid-state transformations. A kinetic model was developed to describe the environmental and excipient effects on chemical and physical instability associated with milling induced stress and subsequent storage under controlled temperature and humidity conditions. Reaction mixtures were generated by co-milling gabapentin Form II with various excipients. The effects of environmental conditions were studied by storing reaction mixtures at 40-60 ºC and 5-50 %RH. The chemical and polymorphic compositions of the reaction mixtures were measured as a function of time using a combination of chromatographic method, 13C ssNMR and XRPD. Degradation models that describe the relationship between polymorphs and degradation product in a series of sequential or parallel steps were devised based on analysis of the resultant concentration time profiles. Model parameters were estimated using non-linear regression and Bayesian methods and evaluated in terms of their quantitative relationship to compositional and conditional variations. In reaction mixtures composed of co-milled gabapentin and excipients, gabapentin was found to exist in three forms: anhydrous polymorph II and III and gabapentin-lactam. A fourth form (II*) was observed based on initial degradation kinetics and was hypothesized to be a crystal-disordered form generated by mechanical stress. The effect of environment moisture was to decrease the net rate of lactam formation by facilitating polymorphic transformation kinetics and crystal annealing. However, excipient blocked the catalytic moisture effect on polymorphic transformations. The key features of our model are first-order physical state transitions of II* and III to II, first-order degradation of II* to lactam and autocatalytic lactamization of II and III. For chemical transitions, no humidity effect was present but the catalytic effects of excipients on the conversion of II and III → lactam were observed. For physical transitions, excipient primarily influenced the physical state transitions of II*and III → II through its ability to interact with humidity and the degree of contact between excipient and substrate.

Made available in DSpace on 2015-04-17T14:49:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1474589 bytes, checksum: b9383bfcffc47669804f85a9cf07dd34 (MD5) Previous issue date: 2011-05-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The Aquaculture has been a fast developed in recent years and the shrimp farming is the best business and has been a great growing, but the feed is consider the higher cost of production and the major source of pollution of shrimp farms. In this context it is need look for a feed with quality and a new ingredient. The aim of the present study was to analysis different commercial feed and another elaborate feed about the physical and chemical stability. We performed the study for 50 days. We used 35 tanks and the density was of five shrimp per aquarium. The shrimp had a feed different. The physic-chemical parameters were monitoring. We observed the weight gain of shrimp growth rates, growth rate and specific growth rate. It was also observed in lleaching of nutrients at time intervals, 04, 08 and 12 hours. The proximate food composition in feed analyses has required the requirements nutritional. The survival rate during cultivation was 74 to 88%, where shrimp fed the diet R6 had the highest growth rates. The physical stability of the diets, R1 to R7, showed significant differences between them, ranging from 34 to 141 minutes for its degradation. As the nutrient loss was gradual, with the highest was evident with the R4. The thermo gravimetric profile of the diets, R1 to R7, had similar characteristics, indicating three stages of thermal decomposition. / A Aqüicultura desenvolveu-se rapidamente nos últimos anos, sendo a carcinicultura um dos segmentos mais lucrativos e crescentes, onde a ração representa o custo mais elevado da produção e a maior fonte de poluição das fazendas de camarão. Nesse contexto, verifica-se a busca por rações de qualidade e novos ingredientes. Assim, o presente trabalho objetivou analisar diferentes tipos de ração comercial e elaborada, em seu aspecto de Estabilidade Física e Química. Realizou-se um experimento avaliando o crescimento em peso dos camarões juvenis por um período de 50 dias, utilizando 35 aquários com uma densidade populacional de 25 camarões/m2, ofertando diferentes rações comerciais e elaborada, bem como a realização do monitoramento dos parâmetros físico-químicos das águas dos cultivos, onde foram observado o ganho de peso dos camarões, a taxa de crescimento, a velocidade de crescimento e a taxa de crescimento específico. Enfim, foi verificada a lixiviação dos nutrientes em intervalos de tempo, 04, 08 e 12 horas, e a composição centesimal das rações sob a ótica das exigências nutricionais. A taxa de sobrevivência durante o cultivo foi de 74 a 88%, onde os camarões alimentados com a ração R6 apresentaram as maiores taxas de crescimento. A estabilidade física das rações, R1 a R7, apresentaram diferenças significativas entre si, variando de 34 a 141 minutos para a sua degradação. Quanto à perda de nutrientes, detectou-se prejuízo gradativo, sendo mais evidente na ração R4. Quanto ao perfil termogravimétrico das rações, todas apresentaram características semelhantes, indicando três etapas de decomposição térmica.

Com a tecnologia altamente especializada na produção de insumos, utilização de recursos naturais em produtos cosméticos tem sido crescente. Recentemente, a Cosmetologia retoma o interesse pelas máscaras faciais baseadas na diversidade de matérias-primas argilosas. Embora muitas propriedades dispersões argilosas tenham sido estudadas, existem poucos estudos científicos relacionados aos aspectos de estabilidade físico-química de formulações baseadas em argilas. Esta pesquisa teve como objetivo o desenvolvimento de máscaras faciais argilosas, avaliando seu perfil de estabilidade física e físico-química. Inicialmente, composição química e mineralógica, tamanho de partículas, propriedades térmicas, índice de intumescimento e valor de pH das matérias-primas argilosas foram determinados. Também foram avaliadas as propriedades reológicas de dispersões argilosas contendo 1,0; 3,0 e 5,0% p/p de silicato de alumínio e magnésio (SAM) associado ou não com 0,5; 1,0 e 5,0% p/p de goma xantana ou hidroxipropilguar. A influência das variáveis de preparo (temperatura, velocidade e tempo de agitação) na viscosidade aparente da pré-formulação, armazenada a 22,0 ± 2,0 °C durante 28 dias, foi avaliada por meio do planejamento estatístico fatorial 23. Foram desenvolvidas nove formulações em veículo aquoso gelificado, variando o tipo concentração de gomas e de umectantes; e cinco em veículo emulsionado partículas sólidas associadas ou não a um tensoativo não iônico, contendo proporções variadas de fase oleosa. As formulações foram submetidas à Avaliação Preliminar de Estabilidade e aos Testes de Estabilidade Acelerada e Normal. Homogeneidade, . cor e odor, valor de pH e parâmetros reológicos foram determinados em cada dia de análise durante os testes de estabilidade. Formulações em veículo aquoso contendo 5,0% p/p de SAM associado a 0,5% de goma xantana ou 5,0% de hidroxipropilguar contendo a mistura de glicerina propilenoglicol (4,0% p/p de cada componente) foram estáveis em todas condições estudadas. Além disto, a formulação emulsionada contendo 5,0% de SAM como emulsificante primário e 4,0% de fase oleosa também permaneceu estável todas as condições avaliadas. O armazenamento a 5,0 ± 0,5 °C é recomendado para as formulações de máscaras faciais baseadas em materiais argilosos. / Due to highly specialized technology in supplies production, the use natural compounds has been growing. Recently, Cosmetology retakes the interest facial masks based on diversity of clay raw-materials. Although most of properties clay dispersions have been studied, specific aspects concerning physicochemical stability of clay mask products remain unclear. This work aimed at developing and investigating the physicochemical stability of clay facial masks. Firstly, clay raw-materials were evaluated according to chemical and mineralogical composition, particle size distribution, thermal properties, swelling index and pH value. Rheological properties of clay dispersions, containing 1.0, 3.0 and 5.0% w/w of aluminum and magnesium silicate (AMS) associated or not with 0.5, 1.0 and 5.0% of xanthan gum or hydroxypropyl guar, was also determined. A factorial experimental design 23 was used to evaluate the influence of mixing conditions (temperature, rotation and time) on apparent viscosity of pre-formulation stored at 22.0 ± 2.0 °C for 28 days. It was developed nine formulations in aqueous vehicle, differentiated by type and concentration of gums and humectants; and five formulations in emulsified vehicle solids particles associated or not with a non-ionic surfactant and containing different oil phase proportions. Formulations were subjected to Preliminary, Accelerated and Normal Stability Assays. Homogeneity, color and odor, pH value and rheological parameters were determined in each day of analysis during stability assays. Aqueous formulations containing 5,0% w/w of AMS associated to 0.5% w/w xanthan gum or 5.0% w/w of hydroxypropyl guar and glycerin and propylene glycol (4.0% w/w each one) were stable at all studied conditions. Moreover, the emulsified formulation added by 5.0% w/w AMS as primary emulsifying and 4.0% of oil phase kept stable at all conditions. The storage at 5.0 ± 0.5 °C is recommended for physical stability of clay-based formulations.

O objetivo desta pesquisa foi o desenvolvimento, avaliação da estabilidade e da eficácia de formulações cosméticas contendo acetil hexapeptídeo-3 (AHP) ou acetil tetrapeptídeo-5 (ATP) ou mistura de di e tripeptídeos (DTP). Para tal, foram desenvolvidas 6 formulações à base hidroxietilcelulose (HEC), metilfenil polissiloxano (MFP) e álcool batílico e lecitina de soja (ABL) (F1), ou de HEC, MFP, ésteres de polietilenoglicol com cadeia alquílica com 12 a 20 carbonos (EP) (F2), ou de polímero de acrilatos (PA), MFP e ABL (F3) ou de PA, MFP e EP (F4), ou de HEC e MFP (F5) ou de PA e MFP (F6), contendo ou não (veículo) 10% de AHP, ou 10% de ATP ou 4% de DTP, as quais foram submetidas a um estudo de estabilidade física por determinação da reologia e a uma avaliação sensorial. Para o estudo de eficácia dos peptídeos objeto de estudo as formulações foram aplicadas nos antebraços, na face, na região dos olhos e da boca de 60 voluntárias, sendo realizadas medidas do conteúdo aquoso do estrato córneo, da perda de água transepidérmica (TEWL), do micro-relevo cutâneo e das propriedades mecânicas da pele (anisotropia), antes (basal), após 2 horas da aplicação única (efeitos imediatos) e após 15 e 30 dias de uso contínuo (efeitos a longo prazo) das formulações. Os dados foram analisados estatisticamente pelo teste paramétrico análise de variância. Nos testes de estabilidade física, as formulações de nos 1, 2 e 5 foram consideradas as mais estáveis e as formulações de nº 5 e 6 foram as que apresentaram melhor sensorial, sendo, portanto, selecionada a formulação de nº 5 como veículo para os estudos de eficácia. Na avaliação dos efeitos imediatos na pele, observou-se que as formulações estudadas proporcionaram um aumento significativo no conteúdo aquoso do estrato córneo dos antebraços, enquanto que, somente as formulações acrescidas dos peptídeos provocaram um aumento significativo neste conteúdo na face. Em relação ao micro-relevo cutâneo, as formulações contendo ou não os peptídeos provocaram uma redução do parâmetro Ser (aspereza da pele) e Rt (rugosidade) nos antebraços e a formulação contendo DTP provocou um efeito imediato significativo no parâmetro Sesm (textura da pele). Na avaliação dos efeitos a longo prazo, as formulações ocasionaram uma diminuição significativa na TEWL e as acrescidas dos peptídeos objetos de estudo proporcionaram um aumento significativo no conteúdo aquoso do estrato córneo na região dos olhos, enquanto que nos antebraços e na região da boca todas as formulações acrescidas ou não dos peptídeos ocasionaram um aumento nesse parâmetro. Em relação ao micro-relevo cutâneo, a aplicação das formulações contendo os peptídeos, na região da boca, provocou um aumento significativo nos valores de Sesm. A aplicação das formulações contendo os peptídeos objeto de estudo, nos antebraços ocasionou uma diminuição significativa da anisotropia da pele. A formulação nº 5 contendo os peptídeos objeto de estudo, apresentou efeitos imediatos na hidratação, aspereza, rugosidade e textura da pele e, efeitos a longo prazo, na hidratação, textura e anisotropia da pele, mostrando a importância do emprego destes peptídeos em produtos cosméticos com finalidades hidratantes e antienvelhecimento. / The aim of this study was the development, evaluation of the stability and the efficacy of cosmetic formulations containing acetyl hexapeptide-3 (AHP), or acetyl tetrapeptide-5 (ATP) or mixture of di- and peptides (DTP). For this purpose the 6 following formulations (F) were developed: F1- containing hydroxyethyl cellulose (HEC), methylphenyl polysiloxane (MPPS), batyl alcohol, and lecithin (BAL); F2- HEC, MPPS and C12-C20 PEG-8 alkyl ester (AE); F3- acrylate copolymer (AC), MPPS and BAL; F4- AC, MPPS and AE; F5- HEC and MPPS and F6- AC and MPPS, which were supplemented or not (vehicle) with 10% of AHP or 10% of ATP or 4% of DTP and submitted to the evaluation of physical stability by the determination of the rheologic behavior and also to the sensorial analysis. For clinical efficacy studies, formulations were applied to the volar forearm and to the face skin (eye corner and cheek region), of 60 female volunteers. Skin conditions in terms of skin moisture, transepidermal water loss (TEWL), skin mechanical properties (anisotropy) and skin microrelief, before and after 2 hours (immediate effects) and after 15 and 30-day period of daily application (long term effects). Results obtained were statistically analyzed using the ANOVA parametric test. In the rheological study, the formulations number 1, 2, and 5 were considered more stable than the others. Moreover, the formulations number 5 and 6 showed the best sensorial attributes, and for this reason the formulation number 5 was selected for the efficacy study. The evaluation of immediate effects of formulations showed that the application of the formulations studied in the volar forearm increased the water content of the stratum corneum, while only the formulations containing the peptides provoked an increased in this content, when face skin was analyzed. When the volar forearm skin microrelief was analyzed, the application of all the formulations studied provoked a significant decrease in skin roughness (Ser) and depth of roughness (Rt), furthermore only the formulation supplemented with the DTP showed a significant increase in the skin smoothness (Sesm). In the evaluation of long term effects, all formulations provoked a significant reduction in TEWL values and the formulations containing the peptides studied provoked a significant increase in the water content of the stratum corneum of eye corner; when the volar forearms and the cheek region were analyzed, all the formulations containing or not the peptides studied, provoked an increase in this parameter. When the skin microrelief was analyzed, only the formulation supplemented with AHP or ATP or DTP, provoked a significant increase in the skin smoothness (Sesm), when applied in the cheek region. The application of formulations containing the peptides studied in the volar forearms provoked a significant decrease in the skin anisotropy. The formulation nº 5 (F5) containing the peptides studied, showed immediate effects on skin hydration, roughness and smoothness, and also long-term effects on skin hydration, smoothness and mechanical properties, which demonstrated the importance of the use of these peptides in cosmetic formulations with hydration and anti-aging purposes.

Emulsões são sistemas formados quando dois componentes imiscíveis são misturados, na forma de gotículas dispersas numa fase contínua, estabilizados pela ação de emulsificantes, compostos anfifílicos, com afinidades por ambas as fases do sistema. No caso de emulsões de Pickering, o sistema é estabilizado por partículas coloidais sólidas, que adsorvem à interface das gotículas da emulsão. O objetivo desta dissertação foi produzir e caracterizar suspensões de celulose cristalina (CC), celulose amorfa (CA) e de partículas de quitosana (PQ) e avaliar seu potencial de aplicação como únicos compostos estabilizantes em emulsões óleo-em-água. As CC e CA foram produzidas por tratamentos térmico e ácido de celulose microcristalina, respectivamente, enquanto que as PQs foram produzidas por tratamento ácido de quitosana de média massa molecular. Em todos esses casos, os tratamentos foram seguidos de ultra-agitação: 0 (ST), 10000 (UT10), 15000 (UT15) ou 20000 rpm (UT20) por 3 minutos. As suspensões de CC, CA e PQ foram caracterizadas para determinação da distribuição do tamanho de partículas, do potencial zeta e da estabilidade física, e por microscopia eletrônica de varredura e/ou de força atômica. As partículas em pó, produzidas por liofilização, foram submetidas a análises de difração de raios-X, espectroscopia de infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e de colorimetria instrumental. Em função dessas caracterizações, foi estudado o efeito do tipo de partícula estabilizadora (CC, CA ou PQ) sobre o tamanho de gotas, colorimetria instrumental e estabilidade física de emulsões com 20% (v/v) de óleo de soja, sem e com β-caroteno. Observou-se que os tratamentos UT10, UT15 e UT20 provocaram importantes alterações na distribuição de tamanho de partículas, com redução do tamanho médio das partículas, sem efeito significativo da velocidade de agitação. Em relação à PQ, os tratamentos por ultra-agitação não influenciaram o tamanho de partículas, nem quando comparado com suspensões ST. A CC apresentou-se em fragmentos de fibras celulósicas e altamente instáveis em suspensão, com índices de instabilidade próximos a 0,78. A CA apresentou-se em partículas coloidais e agregados irregulares, com estabilidade física razoável em suspensão (0,26). As suspensões de PQ apresentaram grandes estruturas cristalinas de acetato de sódio, junto a partículas coloidais de quitosana, mas altamente estáveis em suspensão aquosa (0,04). De forma geral, o potencial ζ e a estabilidade física das suspensões de CC, CA e PQ não variaram com o tratamento (ST, UT10, UT15 e UT20). Na caracterização das partículas liofilizadas, constatou-se alto índice de cristalinidade da CC (81%), e baixa cristalinidade da CA (42%) e da PQ (40%). Os tratamentos não provocaram modificações consideráveis na estrutura química, analisada por FTIR, e nem na cor instrumental da CC, CA e PQ. Por fim, apenas a PQ foi capaz de produzir e estabilizar emulsões óleo-em-água, não havendo formação de fase creme durante o armazenamento. A adição de 0,005% de β-caroteno à fase lipídica deixou as emulsões estabilizadas por PQ ligeiramente alaranjadas e aumentou sua estabilidade física, sem afetar o tamanho médio de suas gotas (29-32 µm). Portanto, apenas a PQ demonstrou potencial para estabilizar emulsões óleo-em-água, com ou sem β-caroteno. / Emulsions are systems formed when two immiscible components are mixed, presenting dispersed droplets in a continuous phase, stabilized by emulsifiers, amphiphilic compounds, with affinities for both phases of the system. In the case of Pickering emulsions, the system is stabilized by solid colloidal particles, which adsorb at the interface of the emulsion droplets. The objective of this dissertation was to produce and characterize suspensions of crystalline cellulose (CC), amorphous cellulose (CA) and chitosan particles (PQ) and to evaluate its potential as single stabilizing compounds in oil-in-water emulsions. CC and CA were produced by heat and acidic treatments of microcrystalline cellulose, respectively, whereas PQs were produced by acidic treatment of medium molecular weight chitosan, also followed by ultra-stirring treatment. In all cases, the treatments were followed by ultra-stirring: 0 (ST); 10,000 (UT10); 15,000 (UT15) or 20,000 rpm (UT20) for 3 minutes. The suspensions of CC, CA and PQ were characterized for determination of particle size distribution, zeta potential and physical stability, and by scanning electron microscopy and/or atomic force microscopy. The powder particles, produced by freeze-drying, were subjected to analysis by X-ray diffraction, Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR) and instrumental colorimetry. As a function of these characterizations, the effect of the stabilizing particle type (CC, CA or PQ) on droplet size, instrumental colorimetry and physical stability of emulsions with 20% (v/v) soybean oil, without and with β-carotene was studied. It was observed that the treatments UT10, UT15 and UT20 caused important changes in the particle size distribution, with reduction of the mean particle size, without significant effect of the agitation speed. Regarding chitosan particles, ultra-stirring treatments did not influence particle size, neither when compared to suspensions without pretreatment. CC was presented as highly unstable cellulosic fiber fragments in suspension, with instability indexes close to 0.78. CA was presented in colloidal particles and irregular aggregates, with reasonable physical stability in suspension (0.26). The suspensions of PQ showed large crystalline structures of sodium acetate, together with colloidal chitosan particles, but highly stable in aqueous suspension (0.04). In general, the potential ζ and the physical stability of CC, CA and PQ suspensions did not change with the treatment (ST, UT10, UT15 and UT20). In the characterization of the freezedried particles, a high crystallinity index of CC (81%) was observed, whereas CA (42%) and PQ (40%) showed low crystallinities. The treatments neither caused significant changes in the chemical structure, analyzed by FTIR, nor in the instrumental color of CC, CA and PQ. Finally, only PQ was able to produce and stabilize oil-in-water emulsions, with no cream phase formation during storage. Addition of 0.005% β-carotene to the oil phase left the emulsions stabilized by PQ slightly orange and increased the physical stability of the emulsions, without affecting the droplet size of the emulsions (29-32 µm). Therefore, only PQ demonstrated the potential to stabilize oil-in-water emulsions, with or without β-carotene.

Emulsões são sistemas formados quando dois componentes imiscíveis são misturados, na forma de gotículas dispersas numa fase contínua, estabilizados pela ação de emulsificantes, compostos anfifílicos, com afinidades por ambas as fases do sistema. No caso de emulsões de Pickering, o sistema é estabilizado por partículas coloidais sólidas, que adsorvem à interface das gotículas da emulsão. O objetivo desta dissertação foi produzir e caracterizar suspensões de celulose cristalina (CC), celulose amorfa (CA) e de partículas de quitosana (PQ) e avaliar seu potencial de aplicação como únicos compostos estabilizantes em emulsões óleo-em-água. As CC e CA foram produzidas por tratamentos térmico e ácido de celulose microcristalina, respectivamente, enquanto que as PQs foram produzidas por tratamento ácido de quitosana de média massa molecular. Em todos esses casos, os tratamentos foram seguidos de ultra-agitação: 0 (ST), 10000 (UT10), 15000 (UT15) ou 20000 rpm (UT20) por 3 minutos. As suspensões de CC, CA e PQ foram caracterizadas para determinação da distribuição do tamanho de partículas, do potencial zeta e da estabilidade física, e por microscopia eletrônica de varredura e/ou de força atômica. As partículas em pó, produzidas por liofilização, foram submetidas a análises de difração de raios-X, espectroscopia de infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e de colorimetria instrumental. Em função dessas caracterizações, foi estudado o efeito do tipo de partícula estabilizadora (CC, CA ou PQ) sobre o tamanho de gotas, colorimetria instrumental e estabilidade física de emulsões com 20% (v/v) de óleo de soja, sem e com β-caroteno. Observou-se que os tratamentos UT10, UT15 e UT20 provocaram importantes alterações na distribuição de tamanho de partículas, com redução do tamanho médio das partículas, sem efeito significativo da velocidade de agitação. Em relação à PQ, os tratamentos por ultra-agitação não influenciaram o tamanho de partículas, nem quando comparado com suspensões ST. A CC apresentou-se em fragmentos de fibras celulósicas e altamente instáveis em suspensão, com índices de instabilidade próximos a 0,78. A CA apresentou-se em partículas coloidais e agregados irregulares, com estabilidade física razoável em suspensão (0,26). As suspensões de PQ apresentaram grandes estruturas cristalinas de acetato de sódio, junto a partículas coloidais de quitosana, mas altamente estáveis em suspensão aquosa (0,04). De forma geral, o potencial ζ e a estabilidade física das suspensões de CC, CA e PQ não variaram com o tratamento (ST, UT10, UT15 e UT20). Na caracterização das partículas liofilizadas, constatou-se alto índice de cristalinidade da CC (81%), e baixa cristalinidade da CA (42%) e da PQ (40%). Os tratamentos não provocaram modificações consideráveis na estrutura química, analisada por FTIR, e nem na cor instrumental da CC, CA e PQ. Por fim, apenas a PQ foi capaz de produzir e estabilizar emulsões óleo-em-água, não havendo formação de fase creme durante o armazenamento. A adição de 0,005% de β-caroteno à fase lipídica deixou as emulsões estabilizadas por PQ ligeiramente alaranjadas e aumentou sua estabilidade física, sem afetar o tamanho médio de suas gotas (29-32 µm). Portanto, apenas a PQ demonstrou potencial para estabilizar emulsões óleo-em-água, com ou sem β-caroteno. / Emulsions are systems formed when two immiscible components are mixed, presenting dispersed droplets in a continuous phase, stabilized by emulsifiers, amphiphilic compounds, with affinities for both phases of the system. In the case of Pickering emulsions, the system is stabilized by solid colloidal particles, which adsorb at the interface of the emulsion droplets. The objective of this dissertation was to produce and characterize suspensions of crystalline cellulose (CC), amorphous cellulose (CA) and chitosan particles (PQ) and to evaluate its potential as single stabilizing compounds in oil-in-water emulsions. CC and CA were produced by heat and acidic treatments of microcrystalline cellulose, respectively, whereas PQs were produced by acidic treatment of medium molecular weight chitosan, also followed by ultra-stirring treatment. In all cases, the treatments were followed by ultra-stirring: 0 (ST); 10,000 (UT10); 15,000 (UT15) or 20,000 rpm (UT20) for 3 minutes. The suspensions of CC, CA and PQ were characterized for determination of particle size distribution, zeta potential and physical stability, and by scanning electron microscopy and/or atomic force microscopy. The powder particles, produced by freeze-drying, were subjected to analysis by X-ray diffraction, Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR) and instrumental colorimetry. As a function of these characterizations, the effect of the stabilizing particle type (CC, CA or PQ) on droplet size, instrumental colorimetry and physical stability of emulsions with 20% (v/v) soybean oil, without and with β-carotene was studied. It was observed that the treatments UT10, UT15 and UT20 caused important changes in the particle size distribution, with reduction of the mean particle size, without significant effect of the agitation speed. Regarding chitosan particles, ultra-stirring treatments did not influence particle size, neither when compared to suspensions without pretreatment. CC was presented as highly unstable cellulosic fiber fragments in suspension, with instability indexes close to 0.78. CA was presented in colloidal particles and irregular aggregates, with reasonable physical stability in suspension (0.26). The suspensions of PQ showed large crystalline structures of sodium acetate, together with colloidal chitosan particles, but highly stable in aqueous suspension (0.04). In general, the potential ζ and the physical stability of CC, CA and PQ suspensions did not change with the treatment (ST, UT10, UT15 and UT20). In the characterization of the freezedried particles, a high crystallinity index of CC (81%) was observed, whereas CA (42%) and PQ (40%) showed low crystallinities. The treatments neither caused significant changes in the chemical structure, analyzed by FTIR, nor in the instrumental color of CC, CA and PQ. Finally, only PQ was able to produce and stabilize oil-in-water emulsions, with no cream phase formation during storage. Addition of 0.005% β-carotene to the oil phase left the emulsions stabilized by PQ slightly orange and increased the physical stability of the emulsions, without affecting the droplet size of the emulsions (29-32 µm). Therefore, only PQ demonstrated the potential to stabilize oil-in-water emulsions, with or without β-carotene.

Orientadores: Míriam Dupas Hubinger, Kil Jin Park / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-17T11:21:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_VanessaMartinsda_D.pdf: 6307900 bytes, checksum: 84810a95978d8445725fef77d5280b95 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo estudar as etapas de hidrólise enzimática da carne de mexilhão e posterior secagem por spray dryer para produção de aroma de mexilhão em pó, que poderá servir de ingrediente para produtos como sopas, molhos e bebidas. O desenvolvimento experimental foi iniciado pelo estudo da hidrólise enzimática da carne de mexilhão, usando a enzima ProtamexTM, em um delineamento composto central rotacional 23, para avaliar os efeitos das variáveis pH (6,7 a 8,3), concentração enzima:substrato (0,48 a 5,52% p/p) e temperatura (46°C a 64°C) sobre o grau de hidrólise (% GH), a recuperação da proteína (% RP) e os parâmetros cinéticos do modelo empírico, que descreve a cinética de reação. A condição ótima de reação sugerida, com o objetivo de obter os maiores valores de grau de hidrólise e de recuperação de proteína, foi de pH 6,85, concentração enzima:substrato 4,5% e temperatura 51°C, onde se obteve 16,9% de grau de hidrólise e 64,4% de recuperação de proteína. O hidrolisado obtido na condição ótima foi caracterizado através da composição química, perfil de aminoácidos, perfil eletroforético e perfil de voláteis, sendo tentativamente identificados alguns álcoois, aldeídos, cetonas e hidrocarbonetos. A etapa posterior foi a obtenção das curvas de escoamento do hidrolisado, obtido na melhor condição de hidrólise, adicionado de maltodextrina ou goma arábica, nas concentrações utilizadas na alimentação do secador de spray dryer (0, 5, 7, 10, 13, 15 e 30%); sendo que este fluido foi caracterizado como newtoniano. Na etapa seguinte, o hidrolisado foi produzido em tanque encamisado de 7 litros e levado à secagem por spray dryer. Um delineamento composto central rotacional 23 foi utilizado para avaliar a influência da concentração de agente carreador (maltodextrina 10 DE ou goma arábica) de 5 a 15%, da vazão do líquido de alimentação de 0,4 a 1 L/h e da temperatura do ar de secagem de 140 a 190°C sobre algumas características físico-químicas dos pós como: atividade de água, umidade, higroscopicidade, densidade aparente, diâmetro das partículas e rendimento do processo de secagem. O ponto ótimo do processo de secagem, considerando os menores valores de higroscopicidade e umidade dos pós, foi obtido na concentração de 15% de agente carreador, maltodextrina ou goma arábica, 180°C e 0,8 L/h. Na próxima etapa do trabalho foram determinadas as condições críticas de estocagem do pó, com base na determinação das isotermas de adsorção e na temperatura de transição vítrea das micropartículas. A temperatura de transição vítrea do hidrolisado protéico de mexilhão aumentou com a adição de agente carreador, aumentando a estabilidade física do pó. Na etapa final, foi estudada a estabilidade dos voláteis, durante a estocagem a 25°C, por 120 dias, sendo que o hidrolisado puro e as micropartículas produzidas com 15% e 30% de maltodextrina apresentaram grande perda dos compostos voláteis totais, em comparação com as micropartículas produzidas com 15 e 30% de goma arábica, os quais indicaram maior proteção desses compostos / Abstract: The aim of this work was to study the steps of enzymatic hydrolysis of mussel meat followed by spray drying, to obtain a powder mussel flavor that could be used as ingredient in products such as soups, sauces and drinks. The experimental plan was initiated by the study of enzymatic hydrolysis of mussel meat, using the enzyme ProtamexTM, in a central composite rotatable design 23 to evaluate the effects of the variables pH (6.7 to 8.3), enzyme to substrate ratio (0.48 to 5.52 %) and temperature (46 to 64 °C) on the degree of hydrolysis (% DH), the protein recovery (% PR) and the kinetics parameters of an empirical model, that describes the kinetics reaction. The optimal condition to obtain the maximum values of degree of hydrolysis and protein recovery was of pH of 6.85, enzyme to susbtrate ratio of 4.5 % and temperature of 51 °C, with 16.9 % of degree of hydrolysis and 64.4 % of protein recovery. The hydrolysate obtained at optimal condition was characterized by chemical composition, total amino acid, electrophoretic and volatiles profile, it was tentatively identified some alcohols, aldehydes, ketones and hydrocarbons. In the next step the flow curves of the hydrolysate, produced in the optimal condition of hydrolysis, added with maltodextrin or gum Arabic, in the feed concentration of spray dryer (0, 3, 5, 10, 15 e 30%) were determined; this fluid was characterized as Newtonian. Then, the hydrolysate was produced in 7 litres reactor and spray dried. A central composite rotatable design 23 was used to evaluate the influence of the carrier concentration (maltodextrin 10 DE or gum Arabic) from 5 to 15%, the feed flow rate from 0.4 to 1 L/h and the drying air temperature from 140 to 190 °C on some physico-chemical characteristics of powders as: water activity, moisture content, hygroscopicity, bulk density, particle diameter and yield drying process. The optimal condition of drying process, considering the minimum values of hygroscopicity and moisture content was of 15 % of carrier agent concentration, maltodextrin or gum Arabic, 180 °C and 0.8 L/h. The critical storage conditions were determined based on the adsorption isotherms and glass transition temperature of the microparticles. The glass transition temperature of the mussel hydrolysate increased with the addition of carrier agent, which increased powder physical stability. In the last step, the stability of volatiles was studied, during the storage at 25 °C for 120 days. The pure hydrolysate and produced with 15 % and 30 % of maltodextrin presented higher volatile losses than microparticles produced with 15 and 30 % of gum Arabic, which indicated a more effective protection of those components / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

O objetivo desta pesquisa foi o desenvolvimento, avaliação da estabilidade e da eficácia de formulações cosméticas contendo acetil hexapeptídeo-3 (AHP) ou acetil tetrapeptídeo-5 (ATP) ou mistura de di e tripeptídeos (DTP). Para tal, foram desenvolvidas 6 formulações à base hidroxietilcelulose (HEC), metilfenil polissiloxano (MFP) e álcool batílico e lecitina de soja (ABL) (F1), ou de HEC, MFP, ésteres de polietilenoglicol com cadeia alquílica com 12 a 20 carbonos (EP) (F2), ou de polímero de acrilatos (PA), MFP e ABL (F3) ou de PA, MFP e EP (F4), ou de HEC e MFP (F5) ou de PA e MFP (F6), contendo ou não (veículo) 10% de AHP, ou 10% de ATP ou 4% de DTP, as quais foram submetidas a um estudo de estabilidade física por determinação da reologia e a uma avaliação sensorial. Para o estudo de eficácia dos peptídeos objeto de estudo as formulações foram aplicadas nos antebraços, na face, na região dos olhos e da boca de 60 voluntárias, sendo realizadas medidas do conteúdo aquoso do estrato córneo, da perda de água transepidérmica (TEWL), do micro-relevo cutâneo e das propriedades mecânicas da pele (anisotropia), antes (basal), após 2 horas da aplicação única (efeitos imediatos) e após 15 e 30 dias de uso contínuo (efeitos a longo prazo) das formulações. Os dados foram analisados estatisticamente pelo teste paramétrico análise de variância. Nos testes de estabilidade física, as formulações de nos 1, 2 e 5 foram consideradas as mais estáveis e as formulações de nº 5 e 6 foram as que apresentaram melhor sensorial, sendo, portanto, selecionada a formulação de nº 5 como veículo para os estudos de eficácia. Na avaliação dos efeitos imediatos na pele, observou-se que as formulações estudadas proporcionaram um aumento significativo no conteúdo aquoso do estrato córneo dos antebraços, enquanto que, somente as formulações acrescidas dos peptídeos provocaram um aumento significativo neste conteúdo na face. Em relação ao micro-relevo cutâneo, as formulações contendo ou não os peptídeos provocaram uma redução do parâmetro Ser (aspereza da pele) e Rt (rugosidade) nos antebraços e a formulação contendo DTP provocou um efeito imediato significativo no parâmetro Sesm (textura da pele). Na avaliação dos efeitos a longo prazo, as formulações ocasionaram uma diminuição significativa na TEWL e as acrescidas dos peptídeos objetos de estudo proporcionaram um aumento significativo no conteúdo aquoso do estrato córneo na região dos olhos, enquanto que nos antebraços e na região da boca todas as formulações acrescidas ou não dos peptídeos ocasionaram um aumento nesse parâmetro. Em relação ao micro-relevo cutâneo, a aplicação das formulações contendo os peptídeos, na região da boca, provocou um aumento significativo nos valores de Sesm. A aplicação das formulações contendo os peptídeos objeto de estudo, nos antebraços ocasionou uma diminuição significativa da anisotropia da pele. A formulação nº 5 contendo os peptídeos objeto de estudo, apresentou efeitos imediatos na hidratação, aspereza, rugosidade e textura da pele e, efeitos a longo prazo, na hidratação, textura e anisotropia da pele, mostrando a importância do emprego destes peptídeos em produtos cosméticos com finalidades hidratantes e antienvelhecimento. / The aim of this study was the development, evaluation of the stability and the efficacy of cosmetic formulations containing acetyl hexapeptide-3 (AHP), or acetyl tetrapeptide-5 (ATP) or mixture of di- and peptides (DTP). For this purpose the 6 following formulations (F) were developed: F1- containing hydroxyethyl cellulose (HEC), methylphenyl polysiloxane (MPPS), batyl alcohol, and lecithin (BAL); F2- HEC, MPPS and C12-C20 PEG-8 alkyl ester (AE); F3- acrylate copolymer (AC), MPPS and BAL; F4- AC, MPPS and AE; F5- HEC and MPPS and F6- AC and MPPS, which were supplemented or not (vehicle) with 10% of AHP or 10% of ATP or 4% of DTP and submitted to the evaluation of physical stability by the determination of the rheologic behavior and also to the sensorial analysis. For clinical efficacy studies, formulations were applied to the volar forearm and to the face skin (eye corner and cheek region), of 60 female volunteers. Skin conditions in terms of skin moisture, transepidermal water loss (TEWL), skin mechanical properties (anisotropy) and skin microrelief, before and after 2 hours (immediate effects) and after 15 and 30-day period of daily application (long term effects). Results obtained were statistically analyzed using the ANOVA parametric test. In the rheological study, the formulations number 1, 2, and 5 were considered more stable than the others. Moreover, the formulations number 5 and 6 showed the best sensorial attributes, and for this reason the formulation number 5 was selected for the efficacy study. The evaluation of immediate effects of formulations showed that the application of the formulations studied in the volar forearm increased the water content of the stratum corneum, while only the formulations containing the peptides provoked an increased in this content, when face skin was analyzed. When the volar forearm skin microrelief was analyzed, the application of all the formulations studied provoked a significant decrease in skin roughness (Ser) and depth of roughness (Rt), furthermore only the formulation supplemented with the DTP showed a significant increase in the skin smoothness (Sesm). In the evaluation of long term effects, all formulations provoked a significant reduction in TEWL values and the formulations containing the peptides studied provoked a significant increase in the water content of the stratum corneum of eye corner; when the volar forearms and the cheek region were analyzed, all the formulations containing or not the peptides studied, provoked an increase in this parameter. When the skin microrelief was analyzed, only the formulation supplemented with AHP or ATP or DTP, provoked a significant increase in the skin smoothness (Sesm), when applied in the cheek region. The application of formulations containing the peptides studied in the volar forearms provoked a significant decrease in the skin anisotropy. The formulation nº 5 (F5) containing the peptides studied, showed immediate effects on skin hydration, roughness and smoothness, and also long-term effects on skin hydration, smoothness and mechanical properties, which demonstrated the importance of the use of these peptides in cosmetic formulations with hydration and anti-aging purposes.

De nombreux systèmes nanoparticulaires ont été développés pour modifier la délivrance de molécules par la voie cutanée. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés aux nanoparticules lipidiques type Janus (JNP), une forme galénique innovante caractérisée par la combinaison de deux compartiments, de polarité chimique opposée, un compartiment aqueux accolé à un compartiment lipidique. L’objectif principal a été la caractérisation des JNP. La spectroscopie ATR-FTIR a permis de mettre au point un descripteur IR permettant de suivre la stabilité physique des JNP à l’air libre et en fonction du temps. Le même descripteur a permis de suivre leur devenir à la surface de la peau, et de constater une pénétration significative à partir de 3 heures d’application. Nous avons prouvé que l’AFM-IR est une technique prometteuse pour étudier la nanostructure de la peau. De plus, elle a permis de montrer qu’après 24 heures d’application, les JNP se sont accumulées dans les premières couches du SC avec un gradient dans les couches plus profondes du SC. En revanche, il n’a pas été possible de déterminer si elles ont pénétré à l’état intact ou dégradé. Les JNP semblent avoir une influence sur la pénétration cutanée de l’acide hyaluronique, elles ont permis une augmentation significative de son flux de pénétration. La caractérisation de la phase lipophile des JNP par différentes techniques (LC-MS, DLS, Cryo-TEM, diffraction des rayons X…) a permis de mieux comprendre leur instabilité aux températures élevées (32°C - 43°C). / Many nanocarriers have been developed to improve the delivery of molecules into the skin. In this PhD thesis, we are interested in lipid-based Janus nanoparticles (JNP), an innovative galenic form characterized by the combination of two compartments of opposite chemical polarity, an aqueous compartment associated to a lipid compartment. The main aim was the characterization of JNP. ATR-FTIR spectroscopy allowed to identify an infrared descriptor to follow the physical stability of JNP in open air and over time. The same descriptor allowed to follow their behavior on the surface of the skin, and to note a significant penetration from 3 hours of application. AFM-IR has been shown to be a promising technique for studying the nanostructure of the human skin. In addition, it has shown that after 24 hours of application, JNP were accumulated in the first layers of the SC with a gradient in the deeper layers of the SC. However, it was not possible to conclude if they have penetrated in the intact or degraded form. JNP seem to have an influence on the cutaneous penetration of the hyaluronic acid, they allowed a significant increase of its penetration flux. The characterization of the lipophilic phase of JNP by different techniques (LC-MS, DLS, Cryo-TEM, X-ray diffraction...) allowed to better understand their instability at high temperatures (32°C - 43°C).