Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
2 Polysaccharides Used in Preparation of Micro- and Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
2.1 Chitosan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
2.2 Alginate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
3 Proteins Used in Preparation of Micro- and Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
3.1 Albumin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
3.2 Collagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
3.3 Gelatin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
4 Fabrication Methodologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
4.1 Spray Drying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
4.2 Ionotropic Gelation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 281
4.3 Coacervation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
4.4 Inclusion Complexation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
4.5 Electrospray Drying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
5 Characterization of Biopolymeric Micro- and Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
5.1 Particle Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
5.2 Particle Morphology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
5.3 Particle Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
6 Applications of Micro- and Nanoparticles Based on Biopolymers . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 285
6.1 Chitosan and Its Derivatives for Pharmaceutical Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
6.2 Chitosan for Buccal Delivery Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
6.3 Chitosan Nanoparticles for Drug Delivery, Gene Therapy and Cancer Therapy . . . 289
6.4 Applications of Alginate Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
6.5 Applications of Gelatin Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
1 Introduction
Biomacromolecules may be either polycations or polyanions, depending on their
functional groups. Among various macromolecules, proteins and polysaccharides
are often used simultaneously in the food, pharmaceutical and cosmetic industries;
knowledge of their interactions is therefore of great importance in controlling the
structure and texture of manufactured products. The interactions between proteins
and polysaccharides can be either repulsive or attractive. Attractive interactions
induce interpolymer complexes, which mostly arise from electrostatic interactions
between opposite charges on the polymers.
Polysaccharides are used to modify the flow characteristics of fluids, to stabilize
suspensions, to flocculate particles, to produce emulsions, and to encapsulate
materials. The majority of polysaccharide additives used by the food industry are
extracted from higher plant tissue and seaweeds. Plants synthesize such polymers to
serve as structural components of cell walls or as a source of stored energy.
However, these polymers have potential problems because of their variations in
cost, limited supply and chemical structure.
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A.K. Anal and A. Tuladhar
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
2 Polysaccharides Used in Preparation of Micro- and Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
2.1 Chitosan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
2.2 Alginate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
3 Proteins Used in Preparation of Micro- and Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
3.1 Albumin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
3.2 Collagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
3.3 Gelatin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
4 Fabrication Methodologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
4.1 Spray Drying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
4.2 Ionotropic Gelation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 281
4.3 Coacervation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
4.4 Inclusion Complexation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
4.5 Electrospray Drying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
5 Characterization of Biopolymeric Micro- and Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
5.1 Particle Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
5.2 Particle Morphology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
5.3 Particle Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
6 Applications of Micro- and Nanoparticles Based on Biopolymers . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 285
6.1 Chitosan and Its Derivatives for Pharmaceutical Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
6.2 Chitosan for Buccal Delivery Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
6.3 Chitosan Nanoparticles for Drug Delivery, Gene Therapy and Cancer Therapy . . . 289
6.4 Applications of Alginate Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
6.5 Applications of Gelatin Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
1 Introduction
Biomacromolecules may be either polycations or polyanions, depending on their
functional groups. Among various macromolecules, proteins and polysaccharides
are often used simultaneously in the food, pharmaceutical and cosmetic industries;
knowledge of their interactions is therefore of great importance in controlling the
structure and texture of manufactured products. The interactions between proteins
and polysaccharides can be either repulsive or attractive. Attractive interactions
induce interpolymer complexes, which mostly arise from electrostatic interactions
between opposite charges on the polymers.
Polysaccharides are used to modify the flow characteristics of fluids, to stabilize
suspensions, to flocculate particles, to produce emulsions, and to encapsulate
materials. The majority of polysaccharide additives used by the food industry are
extracted from higher plant tissue and seaweeds. Plants synthesize such polymers to
serve as structural components of cell walls or as a source of stored energy.
However, these polymers have potential problems because of their variations in
cost, limited supply and chemical structure.
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A.K. Anal and A. Tuladhar