Master's Thesis

Encapsulation of antioxidant substances into particles based on microbial polysaccharides

Final Thesis 1.77 MB

Author of thesis: Bc. Barbora Mrůzková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Reviewer: Ing. Jiří Holub, Ph.D.

Abstract:

The master’s thesis focused on the production of extracellular polysaccharides by selected yeast strains
and their use in the preparation of polysaccharide particles for the encapsulation of model antioxidants.
In the experimental part, the strains Cystofilobasidium macerans, Phaffia rhodozyma, Sporidiobolus
pararoseus, and Rhodotorula mucilaginosa were cultured. The highest production of extracellular
polymers was recorded for the P. rhodozyma strain (4.9±0.2) g/l, and these biopolymers were further
subjected to structural analysis by FTIR-ATR and Alcian blue staining. The results showed that these
are heteropolysaccharides composed of mannan and glucan units with the presence of uronic acids and
mannoprotein complexes. Prebiotic activity was demonstrated in all exopolysaccharides tested. For the
purification of exopolysaccharides, the most effective method of deproteinization using tannic acid was
established.
Stable polysaccharide particles were prepared using the polyelectrolyte complexation method.
A 0.1% chitosan solution was added dropwise to a 0.1% exopolysaccharide solution, and after adjusting
the pH to 4.42, a zeta potential of (–32±5) mV was achieved. For the encapsulation of vitamins C and
E, a 0.3% polymer concentration was used, and the encapsulation efficiency was determined to be
(64.7±0.4) % for vitamin C and (69.8±0.9) % for vitamin E. Cytotoxicity testing on Caco-2 cell lines
demonstrated the biocompatibility of the prepared nanoparticles. Furthermore, the encapsulation
showed the ability to mask the mild cytotoxicity of the P. rhodozyma strain exopolysaccharides
themselves.
The results of this study show that the use of exopolysaccharides as a byproduct of biotechnological
production represents a promising approach for development of carriers for active substances with broad
applications in the food, pharmaceutical, and cosmetic industries.

Keywords:

extracellular microbial polysaccharides, yeasts, antioxidants, encapsulation, nanoparticles, chitosan, vitamin C, vitamin E, prebiotic activity

Date of defence

29.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. V práci uvádíte velikost částic a jejich odchylky, jakým způsobem byly velikosti měřeny? Jak byla stanovena odchylka? prof. RNDr. Iva Burešová, Ph.D. V čem spatřujete výhodu enkapsulace látek do polysacharidů? Z jakého důvodu jste zvolila právě polysacharidy? prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. Kde se přirozeně vykytují kvasinky, které jste používala v práci? Používají se v průmyslu? Studentka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi studentka prokázala výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomantka prokázala nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry of Natural Products (NPCP_CHPL)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Iva Burešová, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Diplomová práce byla zaměřena na produkci extracelulárních polysacharidů vybraných kmenů kvasinek a jejich využití při přípravě polysacharidových částic pro enkapsulaci modelových antioxidantů. Jako testovací kmeny byly vybrány nekonvenční kvasinky více rodů. Produkované biopolymery byly podrobeny strukturní analýze na FTIR-ATR a barvení alciánovou modří. U všech preparátů byla testována optimální purifikační procedura a následně biologická aktivita. Z purifikovaných EPCS byly připraveny částice metodou polyelektrolytové komplexace a enkasulovány byly modelové antioxidanty. Následovalo testování cytotoxicity na buněčných liniích Caco-2 s cílem posoudit biokompatibilitu připravených nanočástic

Studentka přistupovala k práci s velkým zájmem a tvůrčím přístupem. Jak vyplývá z předchozího textu, v rámci práce zvládla celou řadu technik - kultivačních, instrumentálních i biologických.  Spektrum zvládnutých metod je úctyhodné a vyžadovalo značné nasazení, laboratorní zručnost a flexibilitu. Po zaučení studentka pracovala samostatněa metody aktivně rozvíjela. Výsledky práce ukazují, že využití exopolysacharidů jako vedlejšího produktu biotechnologické produkce představuje perspektivní přístup k tvorbě nosičů aktivních látek

Výsledkem je zdařilá diplomová práce,  jejíž dílčí výstupy budou prezentovány na mezinárodních konferencích.
Celkově hodnotím přístup Bc.Barbory Mrůzkové k řešení diplomové práce velmi pozitivně, aktivně využívala konzultace a spolupráci v týmu.

Z výše uvedených důvodů práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm A (výborně).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování B
Využití poznatků z literatury B
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jiří Holub, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Barbory Mrůzkové je zaměřena na biotechnologickou produkci, izolaci a úpravu kvasinkových exopolysacharidů (EPS) pro jejich využití při přípravě nanočástic. Tyto nanočástice byly následně charakterizovány pomocí pokročilých analytických metod a testovány v rámci buněčných a mikrobiologických experimentů.
V rámci literární rešerše se studentka věnuje problematice produkce exopolysacharidů, popisuje postupy jejich izolace a čištění a dále uvádí možnosti jejich využití při přípravě nanočástic. Získané teoretické poznatky následně vhodně aplikuje v experimentální části práce. V jejím rámci se studentce podařilo úspěšně připravit polysacharidové nanočástice, které následně charakterizovala metodou dynamického rozptylu světla (DLS) a stanovila jejich stabilitu pomocí měření zeta potenciálu. Do připravených nanočástic se jí rovněž podařilo inkorporovat vitaminy C a E.
Připravené nanočástice byly dále testovány z hlediska jejich biologické aktivity, konkrétně na buněčné linii Caco-2, v antimikrobiálních testech a také z hlediska prebiotické aktivity. Tyto experimenty představují významné rozšíření práce směrem k praktickému využití připravených systémů.
Výsledky jsou přehledně prezentovány a vhodně diskutovány s ohledem na dostupnou odbornou literaturu. Studentka prokázala schopnost samostatné experimentální práce i interpretace získaných dat.
Studentka splnila cíle stanovené v zadání diplomové práce. Na základě výše uvedeného hodnotím práci známkou A a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem B
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Na základě jakých kritérií byly zvoleny zdroje uhlíku pro kultivaci jednotlivých kmenů kvasinek (sacharóza vs. glukóza)?
  2. Jak si vysvětlujete výsledky stanovení, podle nichž součet zastoupení proteinů a sacharidů v EPS přesahuje 100 % (viz obrázky 12 a 16, stanovení metodami Hartree–Lowry a Dubois)?
  3. Jaký vliv měla deproteinizace exopolysacharidů na velikost a stabilitu připravených nanočástic?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová