In this work, the calcium alginate microcapsules containing lemon oil were prepared by emulsification-internal gelation and their potential use as aromatherapy was examined by the controlled release system. The lemon oil encapsulated in the alginate was successfully observed by Fourier transform (FT-IR) spectroscopy and differential scanning calorimeter (DSC) measurements. Analysis of the diameters and shapes of microcapsules was conducted by scanning electron microscopy (SEM). The mean diameters ranging from 4 to 7 um and encapsulation yield ranging from 50 to $85\%$ were obtained. The controlled release of the lemon oil at $37^{circ}$ was demonstrated by the infrared moisture determination (IMDB). It was found that the amount of released lemon oil decreased with increasing concentrations of alginate and $CaCl_2$ due to the higher the cross-linking density of the capsules prepared. The oil release from the capsule was measured as a function of physical force. We confirmed that the external factor could control the collapse of capsule wall and the release rate.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.46
no.7
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pp.857-867
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2017
This study was performed to encapsulate low molecular weight marine collagen and ${\gamma}$-aminobutyric acid (GABA)-producing lactic acid bacteria to inhibit degradation and improve survival rate during exposure to adverse conditions of the gastro-intestinal tract. Calcium-alginate method was used for the manufacture of a double-layered coated capsule. The inner core material was composed of collagen and lactic acid bacteria, and the coating materials were alginate and chitosan. The sizes and shapes of the double-coated capsule were affected mainly by centrifuge speed and pH. Manufactured capsules were observed with a scanning electron microscope and by confocal laser scanning microscopy to confirm the micromorphological changes of capsules and bacterial cells. As a result, double-layered coated capsules were not degraded at pH 1.2, whereas degradation occurred at pH 7.4. In addition, GABA and collagen were maintained in stable state at pH 1.2. Therefore, double-layered coated capsules developed in this study would not be degraded in the stomach and could be stably delivered to the small intestine to benefit intestinal and dermatic health.
Proteolytic bacteria isolated from fermented anchovy jeotkal were immobilized in capsule type with $0.8\%$ sodium alginate and $CaCl_2/carboxymethyl$ cellulose (CMC). For making the immobilized capsule, the optimal concentration of both $CaCl_2$ and CMC, with respect to the membrane hardness and the growth of proteolytic bacteria in capsule, were $2.0\%$ at following conditions: flow rate of $CaCl_2/CMC$ solution and cell suspension were respectively 3.54 ml/min and 0.15 ml/min when inside diameter of inner and outer capillary tube in immobilizing apparatus were 0.32mm, 0.74mm, respectively. The density of proteolytic bacteria in capsule reached maximum, i.e. $10^8-10^9cells$/capsule during culture under optimal conditions in TPY broth, and these were $10^2-10^4$ times higher than these of before culture. During culture of proteolytic bacteria immobilized in capsule type (PBImC) for 72hrs, few growing cells were lost in the outer medium.
We aimed to develop commercialization process of encapsulation which is superior in productivity compared to existing methods by using sodium alginate. Also, in the same process, sodium alginate with chitosan was used to encapsulate lactic acid bacteria with the same process and then the viable cell counts of the two encapsulated lactic acid bacteria were compared. As a test result of the fluidized drying process developed by the present researchers, it was found that the drying time was shortened by 15 to 20 hours compared to the freeze drying method, but the number of viable lactic acid bacteria was about 75% as compared with freeze drying. However, considering the cost and time of drying, it can be confirmed that the commercialization process is possible by the fluidized bed drying method. When the number of viable cells of Ca-alginate capsule and Chitosan-alginate capsule were compared, it was confirmed that there were about $1{\times}10^9$ or more bacteria in the former and about $1{\times}10^3$ in the latter. The lactic acid bacterium capsules prepared by the present technique were stable for 96 hours or more at pH 4.65 and 6.01, but disappeared within 1 hour at pH 7.07 and 8.35. This suggests that the disintegration of lactic acid bacteria can be easily occurred in small and large intestine.
LEE Keun-Tai;KIM Sang-Moo;PARK Seong-Min;SON Byung-Yil;KIM Hyoung Seub;LEE Sang-Ho
Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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v.30
no.2
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pp.313-318
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1997
Effects of the concentration of NaCl, the concentration and the molecular weight of chitosan on the permeability of capsule type fertilizer and herbicide were investigated. The encapsulating process was based on the electrostatic interaction between chitosan (a polycationic polymer) and sodium alginate (an anionic polysaccharide). Sodium alginate solution $(1\%)$ was dropped into chitosan solution $(1\%)$ in which various amounts of NaCl was added. The capsule strength was increased with the addition of NaCl and the maximum value of capsule strength was observed at 0.3M NaCl. Capsule type fertilizer and herbicide were immersed in deionized water to determine its permeability, and it was affected by the concentration of NaCl and chitosan, and the molecular weight of chitosan. As the concentration of NaCl in chitosan solution increased, permeability of the capsule increased and marked the maximum value of $ 88\%$(fertilizer), $87\%$ (herbicide) at 0.75M NaCl. As concentration of chitosan solution increased, permeability tended to decreased; it showed the maximum value of $90\%$ (fertilizer) and $90.3\%$ (herbicide) at $0.25\%$ chitosan and the minimum value of $83\%$ (fertilizer) and $82\%$ (herbicide) at $1\%$ chitosan. Permeability of fertilizer and herbicide also decreased, as the molecular weight of chitosan (material of capsule) was decreased; it was showed $86\%$ (fertilizer) and $83\%$ (herbicide) at M.W 330,000 (sonication time 0min) and $52\%$ (fertilizer) and $51\%$ (herbicide) at M.W 119,000 (sonication time 180 min). The chitosan-alginic acid capsule was manufactured (defined as prepared capsule), dried for 6 hrs and immersed in deionized water (defined as restored capsule) to examine restoration of capsule. Restoration of capsule was good, and capsule strength was slightly decreased form $20g/cm^2$ (prepared capsule) to $17g/cm^2$ (restored capsule)
Calli obtained from a shoot-tip of garlic, Allium sntivum L., were encapsulated using a calcium alginate gel. Some of the encapsulated calli were cultured on a 1/2 MS medium supplemented with 3% sucrose, 10$\^$-5/ kinetin, and 5 ${\times}$ 10$\^$-6/ M NAA whereas the remainder was stored for 40 days at 4$^{\circ}C$. All the naked calli regenerated on the solid medium, while 95% of the encapsulated calli regenerated, and 88% of the encapsulated calli regenerated after 40 days of storage at 4$^{\circ}C$. The capsule matrix delayed the germination time of the encapsulated calli, yet activated the shoot formation of the artificial garlic seeds. The shoot length of the encapsulated garlic calli was much longer than that of the naked garlic calli. The encapsulated garlic calli were dried in a laminar airflow cabinet and the conversion frequency of the dried artificial garlic seeds on a 1/2 MS medium remained at 93% with a water Loss of Less than 50%.
To separate chitosanoligosaccharides easily by size exclusion, an coencapsulating technology of substrate and enzyme was developed. Chitosan and chitosanase were enveloped in this membrane and the product released to medium by size exclusion. The lower limit of the alginate concentration and the agitation speed were 0.5% and 40 rpm, respectively. Membrane thickness and capsules diameter were $10{\mu}m$ and approx. 3.0mm, 1.5mm, respectively. The molecular weight difference by concentration and cps of alginate were of little significance. And also, the molecular weight of distribution according to enzyme concentration was low concentration of enzyme produced high molecular weight of oligosaccharides. At 1.5mm size of capsule, product diffusion rate to outer part was higher than other capsules. The molecular weight distribution of the released oligosaccharides ranged from 1000 to 6000 Da.
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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2017.04a
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pp.27-27
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2017
Biocompatible capsules have recently been highlighted as novel delivery platforms of any "materials" (e.g., drug, food, agriculture pesticide) to address current problems of living systems such as humans, animals, and plats in academia and industry for agriculture, biological, biomedical, environmental, food applications. For example, biocompatible alginate capsules were proposed as a delivery platform of biocontrol agents (e.g., bacterial antagonists) for an alternative to antibiotics, which will be a potential strategy in future agriculture. Here, we proposed a new platform based on biocompatible alginate capsules that can control the movements as an active target delivery strategy for various applications including agriculture and biological engineering. We designed and fabricated large scale biocompatible capsules using alginates and custom-made nozzles as well as gelling solutions. To develop the active target delivery platforms, we incorporated the iron oxide nanoparticles in the large scale alginate capsules. It was found that the sizes of large scale alginate capsules could be controlled via various working conditions such as concentrations of alginate solutions and iron oxide nanoparticles. As a proof of concept work, we showed that the iron oxide particles-incorporated large scale alginate capsules could be moved actively by the magnetic fields, which would be a strategy as active target delivery platforms for agriculture and biological engineering (e.g., controlled delivery of agriculture pesticides and biocontrol agents).
Purpose: Biocompatible capsules have recently been highlighted as a novel platform for delivering various components, such as drug, food, and agriculture pesticides, to overcome the current limitations of living systems, such as those in agriculture, biology, the environment, and foods. However, few active targeting systems using biocompatible capsules and physical forces simultaneously have been developed in the agricultural engineering field. Methods: Here, we developed an active targeting delivery platform that uses biocompatible alginate capsules and controls movements by magnetic forces for agricultural and biological engineering applications. We designed and fabricated large-scale biocompatible capsules, using custom-made nozzles ejecting alginate solutions for encapsulation. Results: To develop the active target delivery platforms, we incorporated iron oxide nanoparticles in the large-scale alginate capsules. The sizes of alginate capsules were controlled by regulating the working conditions, such as concentrations of alginate solutions and iron oxide nanoparticles. Conclusions: We confirmed that the iron oxide particle-incorporated large-scale alginate capsules moved actively in response to magnetic fields, which will be a good strategy for active targeted delivery platforms for agriculture and biological engineering applications, such as for the controlled delivery of agriculture pesticides and biocontrol agents.
For the purpose of developing a high quality agricultural microbial inoculant, methods and materials for improving encapsulation were investigated. Preparation of capsule was conducted by improving extrusion system with micro-nozzle and peristaltic pump. The sodium alginate was selected because of its cheapness, stability of cells, and gel formation ability. The yields, physical properties and gel formation abilities of extractable alginate from sea tangle were investigated by hot water extractable and alkali soluble methods. The extraction yields of hot water extractable alginate (HWEA) and alkali soluble alginate (ASA) from sea tangle were 8 and 20%, respectively. The HWEA was almost not viscous even in 1.5% of the sample solution, whereas the ASA was very highly viscous in above 3% sample solution. The gel formation ability of each samples varied from 1.5% to 5% and the ASA showed a good gel formation ability at 3% solution as commercial alginate (CA). The soil microbial inoculant, Bacillus thuringiensis, Bacillus subtilis, Lactobacillus plantarum and Geotrichum candidum encapsulated sodium alginate with starch and zeolite for stabilizer. The survivability of encapsulated soil microbial inoculant using alginate without stabilizer appeared to be 66, 52, 70 and 50%, respectively. Inclusion of starch and zeolite with alginate bead increased viabilities in Bacillus sp. and Geotrichum candidum by 81-83% and 89%, respectively.
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