Development and characterization of gelatin nanoparticles loaded with a cocoa-derived polyphenolic extract

• Published in: Fruits (1978) Vol. 69; no. 6; pp. 481 - 489
• Main Authors: Quiroz-Reyes, Cinthya Nathaly, Ronquillo-de Jesús, Elba, Duran-Caballero, Nelson Eduardo, Aguilar-Méndez, Miguel Ángel
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Les Ulis EDP Sciences 01.11.2014; International Society for Horticultural Science
• Subjects: Agronomy. Soil science and plant productions; antioxidantes; antioxidants; antioxydant; Biological and medical sciences; Fundamental and applied biological sciences. Psychology; gelatin; gelatina; gélatine; Mexico; Mexique; microencapsulación; microencapsulation; México; nanotechnologie; nanotechnology; nanotecnología; polifenoles; polyphenols; polyphénol; Theobroma cacao; Central America; Mexico; America; Nanoparticle; Stimulant plant; Antioxidant; Cocoa; Polyphenol; Gelatin; Fruit crop; Dicotyledones; Sterculiaceae; Angiospermae; Spermatophyta; Microencapsulation; Nanotechnology; Theobroma cacao
• ISSN: 0248-1294; 1625-967X
• DOI: 10.1051/fruits/2014034

Introduction. Polyphenols have received significant attention in recent years due to their antioxidant capacity and their significant role in disease prevention. Cocoa is one of the major naturally occurring sources of antioxidants, particularly of polyphenolic compounds. Materials and methods. Gelatin nanoparticles loaded with a cocoa-derived polyphenolic extract were synthesized by nanoprecipitation. The nanoparticle synthesis was performed using a central composite experimental design that allowed for the assessment of how gelatin concentration and surfactant concentration (Tween 80) affected the hydrodynamic diameter and polydispersity of the particles. The nanoparticles were characterized using dynamic light scattering (DLS), assessments of zeta potential, scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Results. The analyses demonstrated that the nanoparticles examined exhibited hydrodynamic diameters of (100 to 400) nm, polydispersity indices of less than 0.2 and average zeta potential values of 29–33 mV. SEM images revealed that most nanoparticles were spherical and uniform in morphology, with average sizes less than 250 nm. In vitro experiments in which the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) method was used to assess the prevalence of free radical-scavenging ability among these nanoparticles indicated that the loading efficiency for the nanoparticles was approximately 77.56%. Conclusion. Nanoparticles loaded with polyphenolic extract were obtained with average sizes ranging from (120 to 250) nm and largely spheroidal morphologies. Polymer and surfactant concentrations significantly influenced the hydrodynamic diameters and polydispersity indices of the particles. The incorporation of the polyphenolic extract into the polymer matrix enabled the preservation of the antiradical activity of the bioactive compound. Introduction. Les polyphénols ont suscité un intérêt considérable au cours de ces dernières années en raison de leur pouvoir antioxydant et de leur rôle important dans la prévention des maladies. Le cacao est l’une des principales sources naturelles d’antioxydants, notamment de composés polyphénoliques. Matériel et méthodes. Des nanoparticules de gélatine chargées avec un extrait polyphénolique dérivé de cacao ont été synthétisées par nanoprécipitation. La synthèse de nanoparticules a été réalisée en utilisant un modèle expérimental composite central qui a permis d’évaluer comment la concentration en gélatine et la concentration en tensioactif (Tween 80) affectaient le diamètre hydrodynamique et la polydispersité des particules. Les nanoparticules ont été caractérisées en utilisant la diffusion dynamique de lumière, l’évaluation du potentiel zêta, la microscopie électronique à balayage (MEB) et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR). Résultats. Les analyses ont montré que les nanoparticules examinées présentaient des diamètres hydrodynamiques de (100 à 400) nm, des indices de polydispersité inférieurs à 0,2 et des valeurs moyennes du potentiel zêta de (29 à 33) mV. Les images de la MEB ont montré que la plupart des nanoparticules étaient sphériques et de morphologie uniforme avec des tailles moyennes inférieures à 250 nm. Des expériences in vitro, dans lesquelles la méthode du 2,2-diphényl-1-picrylhydrazyl (DPPH) a été utilisée pour évaluer la fréquence de la capacité de piégeage des radicaux libres chez ces nanoparticules, ont indiqué que l’efficacité de chargement des nanoparticules était d’environ 77,56%. Conclusion. Les nanoparticules chargées d’extrait polyphénolique ont été obtenus avec des tailles moyennes allant de (120 à 250) nm et des morphologies en grande partie sphéroïdales. Les concentrations en polymères et en agents tensio-actifs ont influencé de manière significative les diamètres hydrodynamiques et les indices de polydispersité des particules. L’incorporation de l’extrait polyphénolique dans la matrice polymère permet la préservation de l’activité anti-radicalaire du composé bioactif. Introducción. Los polifenoles han ganado un interés significativo en años recientes debido a su capacidad antioxidante y a su rol significativo en la prevención de enfermedades. El cacao es una de las principales fuentes naturales de antioxidantes, particularmente de compuestos polifenólicos. Materiales y métodos. Nanopartículas de gelatina cargadas con un extracto polifenólico derivado del cacao fueron sintetizadas por nanoprecipitación. La síntesis de nanopartículas fue realizada empleando un diseño experimental central compuesto, el cual permitió estudiar el efecto de la concentración de gelatina y la concentración de surfactante (Tween 80) en el diámetro hidrodinámico y polidispersidad de las partículas. Las nanopartículas fueron caracterizadas usando dispersión de luz dinámica, potencial zeta, microscopia electrónica de barrido (MEB) y espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier (FT-IR). Resultados. Los análisis demostraron que las partículas examinadas exhibieron diámetros hidrodinámicos de (100 a 400) nm, índices de polidispersidad menores a 0,2 y valores promedio de potencial zeta de 29-33 mV. Las imágenes de MEB revelaron que la mayoría de las nanopartículas fueron esféricas y de morfología uniforme con tamaños promedio menores a 250 nm. Los experimentos in vitro en los cuales el método del 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH) fue usado para estudiar la prevalencia de la habilidad secuestradora de radicales libres entre las nanopartículas indicó que la eficiencia de carga en las nanopartículas fue de aproximadamente 77,56%. Conclusión. Nanopartículas cargadas con extracto polifenólico fueron obtenidas con tamaños promedio de (120 a 250) nm y morfologías principalmente esferoidales. Las concentraciones del polímero y surfactante influenciaron significativamente los diámetros hidrodinámicos y los índices de polidispersidad de las partículas. La incorporación del extracto polifenólico en la matriz polimérica permitió la preservación de la actividad antiradical del compuesto bioactivo.