ES2361983A1 - Equipo modular de digestión in vitro. - Google Patents
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Abstract
Equipo modular de digestión in vitro.
Equipo capaz de reproducir las condiciones
mecánicas y fisicoquímicas acontecidas a lo largo de la digestión
gástrica e intestinal del aparato digestivo humano, así como conocer
la proporción de nutrientes que finalmente es absorbida por el
intestino humano.
Description
Equipo modular de digestión in vitro.
Equipos de experimentación relacionados con
alimentación y salud.
La calidad nutricional de los alimentos depende
en gran medida de su disponibilidad de absorción. Una óptima
disponibilidad es el resultado de una completa absorción intestinal
de nutrientes.
En la actualidad los estudios de
biodisponibilidad de nutrientes son frecuentemente abordados
mediante estudios de experimentación animal, dado que los estudios
con humanos resultan complicados por su alto gasto en coste y
tiempo, su tediosa preparación y seguimiento, posibilidad de
problemas éticos, además de generar frecuentemente resultados
difícilmente comparables debido a las importantes diferencias entre
los individuos participantes. Los estudios con animales resultan más
sencillos, sin embargo no llegan a ser totalmente representativos
debido a las importantes diferencias existentes en la digestión y
absorción entre humanos y animales. Por otro lado, los ensayos in
vitro no permiten la reproducción de los cambios fisicoquímicos
continuos, así como tampoco la simulación de los movimientos propios
del sistema digestivo humano. Por tanto para llevar a cabo un
estudio de biodisponibilidad de nutrientes en alimentos se pide una
metodología que reúna los siguientes requisitos:
- 1.
- simule fielmente las complejas condiciones, mecánicas y fisicoquímicas, cambiantes existentes durante la fase digestiva humana de los alimentos.
- 2.
- evite aquellos problemas asociados a los estudios in vivo.
- 3.
- permita el ajuste de las variables del proceso digestivo para reproducir diferentes estados digestivos del individuo: (edad del individuo).
En la actualidad existe un interés creciente por
parte de los consumidores por un nuevo tipo de productos
alimenticios con nuevas propiedades, más sencillos de usar, más
seguros y más saludables, como es el caso de los alimentos con
ingredientes funcionales. Estos ingredientes, caracterizados por
estar ya presentes en alimentos naturales convencionales, aportan
mayores beneficios para la salud al presentarse en mayor proporción
o al incorporarse a alimentos en los que no existían de manera
natural. Los avances tecnológicos que se han producido en varias
disciplinas científicas como la química fina, la farmacología, la
tecnología de alimentos o la ingeniería química, han permitido que
las empresas puedan dar respuesta a la demanda de este tipo de
productos innovadores. Sin embargo, existe una serie de dificultades
que se presentan ante el desarrollo de este nuevo tipo de productos
alimentarios, como la dosificación de estos nuevos ingredientes, el
modo de incorporación a los alimentos o la alteración de sabores. En
algunos casos las sustancias se pueden ver alteradas por las
condiciones del entorno, perdiendo su funcionalidad, por oxidación
de las sustancias activas, degradación por pH o temperatura,
etc.
La microencapsulación de estos ingredientes
funcionales es un método de protección de estos principios activos
sensibles a las condiciones ambientales, y goza de una amplia
variedad de utilidades en el sector alimentario, entre las que
destacan: la conservación, fortificación y liberación controlada en
el tiempo de nutrientes, disminución de la higroscopicidad,
modificación del estado de agregación aparente de sustancias
volátiles, estabilidad durante el almacenamiento, mejora de
cualidades organolépticas y funcionales de productos alimenticios,
conversión de líquidos en sólidos, etc.. En este contexto, la
microencapsulación ha despertado un creciente interés en los últimos
años dada su capacidad de conferir altas prestaciones a sustancias
diversas, a utilizar no solo en el sector alimenticio sino también
en múltiples sectores tan diversos como la agricultura, la cosmética
y la farmacia.
La demanda creciente de productos encapsulados,
está provocada por una serie de propiedades ventajosas que se
atribuyen a las sustancias microencapsuladas, entre las que se
pueden destacar:
- -
- facilidad de manejo y dosificación de sustancias de manipulación complicada,
- -
- protección frente a agentes externos como luz, oxígeno, pH, radicales libres, sustancias incompatibles por contacto, etc.
- -
- enmascaramiento de características no deseadas en el producto final: aroma, color, olor, etc.
- -
- liberación controlada en el momento y lugar deseado, según las condiciones ambientales o de forma sostenida en el tiempo.
- -
- disminución de la cantidad necesaria para un efecto dado, como consecuencia de la protección de los principios activos.
Paralelamente al desarrollo progresivo de nuevas
tecnologías de microencapsulación, se van desarrollando técnicas de
caracterización de estas microcápsulas, que permitan conocer las
propiedades de estos materiales y fundamentalmente, predecir el
efecto final en el consumidor. Aspectos como la morfología externa
de las partículas, o la distribución de tamaños, son características
importantes en los productos microencapsulados, cuyos métodos de
determinación están plenamente desarrollados.
Sin embargo, existe un a mayor dificultad en la
evaluación de la velocidad de liberación y velocidad de degradación.
Ensayos habituales para conocer la velocidad de liberación consisten
en introducir las partículas en recipientes con agitación que
reproduzcan las condiciones del estómago o el intestino, del que se
toman alícuotas diferentes intervalos de tiempo definidos, cuyo
análisis cuantitativo proporciona información acerca de la cantidad
de núcleo que se ha liberado de la microcápsulas, así como de la
cantidad de principio activo que se ha degradado por efecto de las
condiciones del medio. La agitación habitualmente se consigue
mediante la introducción de algún material rígido que gira a una
velocidad regulable. Sin embargo, el empleo de materiales rígidos
con cierta velocidad introduce una fuerza de cizalla sobre el
material de recubrimiento que no se produce en la digestión humana.
Este efecto degradativo sobre el material de recubrimiento produce
una distorsión de la velocidad de liberación o degradación real, en
mayor o menor medida en función del tipo de material de
recubrimiento empleado. Por otro lado, el proceso real de digestión
mediante movimientos peristálticos aporta ligeros cambios de presión
en el contenido, que no se simulan en las metodologías de liberación
habituales.
Para solventar los problemas mencionados se ha
diseñado un equipo in vitro modular capaz de reproducir con
exactitud las condiciones mecánicas y fisicoquímicas presentes en el
sistema digestivo humano. La presente invención permite realizar
estudios de liberación y o degradación de partículas
microencapsulados con resultados más cercanos a la realidad, puesto
que permite una elevada agitación sin el empleo de materiales
rígidos externos, de manera similar a la que se produce en el
aparato digestivo humano, así como ligeras variaciones de presión,
similar al proceso real de digestión.
Por otro lado, además de los equipos de bombeo
con control automático para el aumento de presión en las cámaras
externas, incorpora también equipos de bombeo para disminuir la
presión en éstas cámaras, con una velocidad controlada,
perfectamente sincronizados mediante control por ordenador.
La Patente US5525305 revela un sistema de
reactores apropiado para reproducir un modelo del tracto
gastrointestinal basado en dos o más cámaras de presión con un
sistema de mangueras flexibles abiertas en ambos extremos. Este
sistema únicamente incorpora sistema de bombeo para la entrada del
fluido en la cámara, lo que permite controlar la velocidad de
entrada de fluido en cada cámara, pero no la de vaciado, que se
produce lentamente por la elasticidad propia de la membrana.
El sistema de vaciado de las cámaras se produce
por efecto de la tensión del material elástico, eliminando las
diferencias entre experimentos a medida que el material elástico se
va degradando. De esta manera, se contribuye a la repetibilidad de
los resultados, ya que se pueden controlar con mayor precisión tanto
los ciclos de presión como de descompresión de cada cámara, así como
la velocidad y presión de cada movimiento peristáltico. La capacidad
de controlar tanto la velocidad de compresión como de descompresión
permite adaptar el ensayo a condiciones de trabajo muy concretas,
incluso capaces de reproducir características específicas de casos
concretos.
El equipo está compuesto por cuatro unidades
bien diferenciadas: reactor estomacal, reactor de intestino delgado,
sistema de absorción a través de membrana y reactor de intestino
grueso.
Además de las citadas unidades, el sistema
requiere de un conjunto de elementos auxiliares para su puesta en
marcha, tales como varios circuitos hidráulicos para crear los
movimientos mecánicos, lazos de control de pH que permiten el ajuste
automático del medio mediante la dosificación de ácido o base, un
baño termostático para atemperar el agua de bombeo a la temperatura
del cuerpo humano y un controlador programado que permite la
completa computarización y ajuste de todas las variables del proceso
digestivo.
Cada uno de los sistemas de reactores consta de
dos módulos cilíndricos de igual volumen. En ambos casos los
reactores han sido diseñados con el volumen propio que alberga tanto
el estómago como el intestino de un ser humano. Con objeto de
simular los movimientos mecánicos propios de la digestión, se
repartió el volumen del los reactores en dos módulos, quedando
conectados a través de un paso intermedio en cuya parte superior
quedan situadas un número de entradas auxiliares que permiten
funciones tales como medida de temperatura y pH, entrada de
alimento, entrada de reactivos, toma de muestras y salida auxiliar
para salida de gases. La parte inferior del paso intermedio está
destinada, en el caso del reactor estomacal, al paso del digerido
gástrico hacia el reactor intestinal; y en el caso del reactor
intestinal, para la canalización del digerido intestinal hacía el
sistema de difusión de membrana.
Los reactores poseen un diseño en forma
cilíndrica con objeto de facilitar el movimiento del alimento,
simular la geometría de los órganos humanos, así como para evitar la
generación de zonas muertas en las que el alimento pudiera quedarse
atrapado no ejerciéndose la homogeneización y movimientos propios de
la digestión.
El material empleado es vidrio por sus
propiedades inertes y para posibilitar la visualización del interior
del equipo, pudiendo así ajustar los parámetros de control a un
correcto funcionamiento.
Es importante reseñar que el diseño responde a
una configuración modular, incluyendo módulo derecho, zona de unión,
módulo izquierdo y dos tapas, y que debido a esta concepción modular
el equipo admite futuras ampliaciones o variaciones en su
configuración.
La impulsión del alimento desde un módulo a otro
y viceversa se realiza a través de una membrana elástica y flexible
de látex. Cada una de los módulos lleva instalado una membrana de
este tipo en su interior. El diámetro de la goma se ha seleccionado
de forma que ocupe el espacio cilíndrico interior del reactor,
quedando entre la goma y las paredes de vidrio un espacio libre que
es rellenado con el agua procedente del circuito de bombeo
hidráulico. Esto permite la opresión de la membrana flexible
posibilitando el movimiento del alimento de un módulo al otro. Para
tal fin, cada uno de los módulos ha sido diseñado para albergar una
boca de entrada y salida de agua. Adicionalmente, este encamisado de
agua permite atemperar el interior del reactor a la temperatura del
cuerpo humano, consiguiendo así representar con mayor exactitud las
condiciones propias de la digestión humana.
El sistema que posibilita los movimientos
peristálticos, está basado en el uso de bombas hidráulicas, cuatro
por reactor (dos de entrada y dos de salida). La incorporación de
bombas de succión permite una evacuación más rápida y efectiva del
agua presente en el encamisado. Este sistema permite la regulación
de la velocidad de compresión-descompresión de las
membranas, y por tanto la ejecución de movimientos peristálticos más
o menos bruscos dependiendo de las necesidades existentes. Las
bombas empleadas para el bombeo en el circuito hidráulico de la
sección estomacal precisan una mayor caudal de entrada, puesto que
las cámaras tienen un mayor volumen que en el caso de las bombas
empleadas para el circuito intestinal.
La absorción de los nutrientes digeridos desde
la luz intestinal a la sangre, es reproducido mediante el paso del
digerido intestinal a través de un equipo de diálisis equipado con
una membrana semipermeable de determinado tamaño de poro.
Transcurrido un periodo de tiempo, la fracción digerida se
encontrará en el depósito donde se recoge la corriente capaz de
atravesar la membrana.
Con objeto de simular las condiciones del
intestino grueso, el reactor destinado a este fin está diseñado para
albergar en el interior de sus membranas microbiota de origen humano
inmovilizada mediante empleo de técnicas de microencapsulaclón. Con
objeto de recrear las condiciones anaeróbicas propias del medio, el
equipo cuenta con una entrada auxiliar extra que permite un flujo
continuo de gas nitrógeno. Además, el equipo dispone de un sistema
de filtrado para la continua separación de los metabolitos generados
durante el proceso.
El equipo permite trabajar de forma autónoma
gracias a su sistema monitorizado de control vía un panel PC
programado. El programa permite realizar ajustes sobre la frecuencia
de movimiento de las membranas, la fuerza que estas ejercen sobre el
alimento, la sincronía de movimientos tanto en los módulos contiguos
como entre los reactores. A su vez, permiten automatizar el vaciado
estomacal, así como el vaciado intestinal hacia el sistema de
dializado. El equipo adquirido deja abierta la posibilidad de
incrementar en un futuro el número de automatizaciones posibles.
El presente equipo pretende ser usado para
llevar a cabo ensayos de experimentación en las siguientes líneas de
trabajo:
- -
- Estudios de biodisponibilidad de nutrientes en alimentos
- -
- Estudios del efecto del procesado sobre la biodisponibilidad de nutrientes
- -
- Estudios de interacción entre nutrientes y conocimiento de su influencia sobre la biodisponibilidad de los mismos.
- -
- Estudio de nuevas formulaciones que posibiliten una mejora en la biodisponibilidad de nutrientes
- -
- Estudios de resistencia al tracto gastrointestinal de compuestos alimentarios.
Claims (10)
1. Equipo modular in vitro adecuado para
llevar a cabo el procedimiento de simulación de las condiciones
in vivo del tracto digestivo humano, caracterizado por
comprender un sistema compartimental con un mínimo de dos módulos de
vidrio interconectados, albergando cada módulo en su interior
membranas flexibles abiertas por sus dos extremos y colocadas en el
interior de cada módulo, generando un espacio intermedio entre la
pared del módulo y la propia membrana.
2. Equipo modular in vitro, según la
reivindicación 1, caracterizado porque los módulos que lo
comprenden albergan un número abierto de entradas y salidas
auxiliares.
3. Equipo modular in vitro, según la
reivindicación 1, caracterizado porque las membranas
flexibles se realizan a base de látex.
4. Equipo modular in vitro, según la
reivindicación 1, caracterizado por incorporar un sistema de
bombeo hidráulico generador de cambios de presión entre
compartimentos adyacentes.
5. Equipo según la reivindicación 4,
caracterizado por incorporar un sistema calefactor del agua
circulada por el espacio libre entre la pared y la
membrana de cada módulo.
membrana de cada módulo.
6. Equipo modular in vitro, según la
reivindicación 1, caracterizado por incorporar un controlador
con capacidad de monitorizar los movimientos de
compresión-descompresión de cada uno de los módulos,
así como la alimentación interconectada entre unidades.
7. Equipo modular in vitro, según la
reivindicación 1, caracterizado por incorporar un equipo de
bombeo recirculatorio dotado de una membrana de ultrafiltración que
separa los nutrientes de bajo peso molecular.
8. Equipo modular in vitro, según la
reivindicación 1, caracterizado por incorporar una entrada
para la alimentación del reactor y medida de
Ph-Temperatura.
9. Equipo modular in vitro, según la
reivindicación 1, caracterizado por incorporar una salida
auxiliar para evitar sobrepresiones, y adicionar de reactivos y
enzimas.
10. Equipo modular in vitro, según la
reivindicación 1, caracterizado por incorporar microbiota
propia del colon humano microencapsulada, una entrada continua de
gas nitrógeno y un sistema de filtración para la separación
constante de metabolitos generados.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200901367A ES2361983B1 (es) | 2009-06-05 | 2009-06-05 | Equipo modular de digestión in vitro. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200901367A ES2361983B1 (es) | 2009-06-05 | 2009-06-05 | Equipo modular de digestión in vitro. |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2361983A1 true ES2361983A1 (es) | 2011-06-24 |
| ES2361983B1 ES2361983B1 (es) | 2012-05-03 |
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ID=44123116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200901367A Active ES2361983B1 (es) | 2009-06-05 | 2009-06-05 | Equipo modular de digestión in vitro. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2361983B1 (es) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2009
- 2009-06-05 ES ES200901367A patent/ES2361983B1/es active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2361983B1 (es) | 2012-05-03 |
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