توليد نانوذرات از پروتئين كنجد براي پايداري امولسيون پيكرينگ فازداخليي بالا و مدلسازي پايداري آن

چكيده اين پژوهش به بررسي توليد نانوذرات ايزوله پروتئين كنجد (SPIN) حاصل از كنجاله دانه كنجد، يك فرآورده جانبي كشاورزي، از طريق فرآيند حرارتي و ژل‌زايي القايي با نمك، به منظور فرموله‌سازي امولسيون‌هاي پيكرينگ با فاز داخلي بالا (HIPPE) و سپس مدلسازي پايداري آن به روش سري¬هاي زماني با هدف ارتقاي مديريت پايدار ضايعات غذايي، مي¬پردازد. نانوذرات از نظر ويژگي‌هاي فيزيكوشيميايي، حرارتي، ساختاري و مورفولوژيكي مورد بررسي قرار گرفتند. اندازه نانوذرات SPIN در بازه 172 تا 318 نانومتر بود و سطح آن‌ها نسبت به ايزوله پروتئين كنجد (SPI)، آب‌گريزتر شد. اثر SPI و SPIN بر خواص بين‌سطحي، حلاليت، ظرفيت امولسيفايري، پايداري امولسيون و ويژگي‌هاي كف بررسي شد. نتايج نشان داد كه كشش بين‌سطحي با افزايش غلظت پروتئين كاهش يافته و SPIN نسبت به SPI عملكرد بهتري دارد. حلاليت SPI و SPIN وابسته به غلظت و pH بود و كمترين حلاليت در نزديكي نقطه ايزوالكتريك (5pH) مشاهده شد. ظرفيت امولسيفايري و شاخص پايداري امولسيون با افزايش غلظت پروتئين و دوري از نقطه ايزوالكتريك افزايش يافت. همچنين، ظرفيت و پايداري كف با ويژگي‌هاي بين‌سطحي، آب‌گريزي و بار سطحي پروتئين‌ها مرتبط بود و SPIN به دليل فعاليت سطحي بيشتر و آب‌گريزي بالاتر، كف پايدارتر ايجاد كرد. طيف‌سنجي FTIR نشان داد كه فرآيند تهيه نانوذره منجر به بازچيني ساختاري پروتئين، تشكيل پيوندهاي هيدروژني و تعاملات يوني جديد و تغيير در ساختار سطح نانوذرات شد. آناليز گرماوزني و مشتق آن بيانگر دو مرحله كاهش وزن براي SPI و SPIN بود كه كاهش وزن در SPIN با شروع زودتر و شيب تندتر مشاهده شد، كه ناشي از نسبت سطح به حجم بالاتر و افزايش تماس با محيط حرارتي بود. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان دادند كه SPIN داراي مورفولوژي نسبتاً كروي و داراي زوايا و فضاي خالي بين ذره‌اي است، در حالي كه SPI ساختاري نامنظم و توده‌اي با سطح زبر از خود نشان داد. امولسيون‌هاي HIPPE با سه غلظت SPIN (5/0، 1 و 2%w/v ) تهيه شدند. نتايج نشان داد كه با افزايش غلظت SPIN، اندازه قطرات كاهش و يكنواختي توزيع افزايش يافت. ميانگين اندازه قطرات مولسيون در روز صفر از 1/4 ± 9/7 ميكرومتر در غلظت 5/0% به 52/2 ± 8/3 ميكرومتر در غلظت 2% كاهش يافت و پس از 28 روز، نمونه 2% با ميانگين قطر 2/1 ± 8/37 ميكرومتر، مورفولوژي يكنواخت خود را حفظ كرد. در حالي كه نمونه 5/0% غير يكنواخت با قطرات 8/1 ± 6/129 ميكرومتر مشاهده شد. شاخص خامه‌اي شدن نشان داد كه با افزايش غلظت SPIN از 5/0% به 2%، پايداري در برابر خامه‌اي شدن به‌طور معني‌داري (05/0 p <‎) افزايش يافت. تمامي نمونه‌هاي HIPPE در هر سه غلظت SPIN رفتار غيرنيوتني رقيق‌شونده داشتند و ويسكوزيته با افزايش غلظت افزايش يافت. تحليل رئولوژيكي نشان داد كه مدول ذخيره‌اي (Gʹ) در تمام نمونه‌ها از مدول افت (Gʺ) پيشي گرفت و بيشترين مقدار Gʹ در نمونه 2% ثبت شد، كه نشان‌دهنده رفتار شبه‌جامد آن¬ها است. تصاوير TEM و CLSM نشان دادند كه قطرات روغن توسط SPIN گرفتار شده و نانوذرات به‌عنوان لايه محافظ دور قطرات عمل كرده و شبكه در شبكه سه‌بعدي تثبيت‌شده ايجاد مي‌كنند. براي بررسي رفتار ديناميكي پايداري، داده‌هاي سري زماني HIPPE در بازه چهار هفته‌اي ثبت شد. آزمون ديكي–فولر مقدار آماره98130/1- و 295/0 p=را گزارش كرد كه حاكي از نايستايي سري اوليه بود. پس از يك مرتبه تفاضل‌گيري، داده‌ها ايستا شدند (آماره آزمون ديكي فولر 82586/7-، 001/0p<‎) و بر اساس تحليل نمودارهاي ACF ، PACF و برازش چندين مدل،ARIMA(0,1,2) به‌عنوان مدل بهينه انتخاب گرديد. ضرايب مؤلفه‌هاي ميانگين متحرك در اين مدل معنادار بودند (05/0 p <‎). تحليل باقيمانده‌ها از طريق نمودار پراكندگي، احتمال نرمال و آزمون Ljung-Box نشان داد كه خطاها داراي توزيع نرمال، مستقل و فاقد خودهمبستگي معنادار هستند. همچنين، داده‌هاي واقعي در محدوده باندهاي پيش‌بيني با سطح اطمينان 95% قرار گرفتند كه بيانگر دقت بالاي مدل در برازش داده‌ها و پيش‌بيني رفتار پايداري امولسيون‌ها است.

235975

صنايع غذايي

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان