بخشی از مقاله
چکیده: امروزه استفاه از نانوامولسیونهای روغن در آب به منظور انکپسولاسیون ترکیبات فعال زیستی آبگریز در نوشیدنیهای خوراکی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از طرفی توجه روزافزونی در استفاده از روشهای کم انرژی به منظور تولید نانوامولسیونهای خوراکی وجود دارد. با توجه به اینکه در پژوهشهای قبلی به استفاده از مخلوط سورفکتانتها نسبت به استفاده از آن ها به تنهایی تاکید شده است، در این پزوهش نانوامولسیونهای حاوی ویتامین 3 با استفاده از مخلوط سه سورفکتانت تویین 85-80-20 به روش نقطه معکوس شدن امولسیون تولید شدند. همچنین تولید نانوامولسیونهای حاوی ویتامین D3 در استفاده از تویین 80 به تنهایی در 0/25 SER صورت گرفت و نتیجه حاصل با نانوامولسیون حاوی مخلوط سه سورفکتانت مورد مقایسه قرار گرفت.
مقدمه:
نانوامولسیونها که به عنوان مینیامولسیون یا ساب میکرون امولسیون نیز شناخته می شود قطرات نانو مقیاس در دیسپرسیونهای کلوئیدی چند فازیاند که با حل کردن یک مایع در یک مایع غیرقابل امتزاج و شکستن فیزیکی ناشی از گسیختگی، تشکیل میشوند. نانوامولسیونها دارای اندازه ذرات nm200-20 هستند. قطر قطرات آنها کوچکتر از طول موج نور است بنابراین نور را خیلی ضعیف پراکنده میکنند و ظاهری شفاف دارند. این یکی از ویژگیهای بسیار مطلوب نانوامولسیونها برای کاربرد آنها به عنوان حامل مواد مغذی در نوشیدنیها می باشد.
نانوامولسیونها به دلیل کاهش اندازه ذرات در محدوده نانو، سیستمهای موفق در افزایش شفافیت، افزایش پایداری سینتیکی، افزایش دسترسی زیستی و کارایی ترکیبات هیدروفوبیک اند و دارای مشخصات رئولوژیکی منحصر به فرد هستند. نانوامولسیونهای O/W امکان غنی کردن مواد غذایی آبی شفاف را با ترکیبات مغذی چربی دوست مانند ویتامین 3 را فراهم میکنند. اصطلاح امولسیفایر، به هر ترکیب فعال سطحی که قادر به تجمع در لایه بین سطحی روغن-آب بوده و از انبوهش یا هم آمیختن قطرات ممانعت میکند اطلاق میشود.
رایج ترین امولسیفایرها در صنعت غذا سورفکتانتهای ریز مولکول، بیوپلیمرهای آمفی فیلیک و ذرات جامد میباشند. این ترکیبات به سطح قطرات جذب میشوند، شکستن قطرات را تسهیل میکنند و نیز از تجمع آنها جلوگیری میکنند. پلی سورباتها - با نام تجاری تویین - گروهی از سورفکتانتهای غیر یونی خوراکی و ترکیبات اتوکسیله اسپانها هستند که که از لحاظ ماهیت گروه دم آبگریز - اسید چرب - دارای انواع مختلفیاند. تویین20، 80 و 85 به ترتیب دارای دم مونولائورات1، مونواولئات2 و تریاولئات3 هستند. این ترکیبات به طور گسترده برای تولید نانوامولسیونها استفاده میشوند، زیرا سمیت کمتری دارند و به میزان کمتری سبب حساسیت میشوند Burguera - و Marcela، . - 2012 در این پزوهش تولید نانوامولسیونهای حاوی ویتامین 3 در استفاده از مخلوط سه سورفکتانت تویین 85-80-20 در در 0/15 SER، 0/2، 0/22، 0/24 و 0/25 و همچنین با استفاده از تویین 80 در 0/25 SER، مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش ها:
تولید نانوامولسیونها با استفاده از روش کم انرژی کاتاستروفیک انجام شد. ابتدا مخلوط ویتامین 3 ، میگلیول812 و عوامل فعال سطحی - تویین20، 80 و - 85 به مدت 30 دقیقه مخلوط شدند سپس آب دو بار تقطیر به مدت 15 دقیقه در این مخلوط تیتر شد. بعد از تیتراسیون، نانوامولسیون تولید شده به مدت یک ساعت همزده شد Ostertage - و همکاران، . - 2012 قطر متوسط قطرات دیسپرسیون کلوییدی با استفاده از دستگاه DLS اندازهگیری شد که براساس پراکنش نور لیزر کار میکند Rao - و همکاران، - 2012 و برای تعیین میزان پراکندگی توزیع اندازه قطرات، اندیس Span محاسبه شد.
نتایج و بحث:
با افزایش غلظت سورفکتانت به تدریج، میزان پراکندگی قطرات و همچنین قطر میانگین قطرات کاهش پیدا کرد برخلاف انتظار در غلظتهای بالاتر مخلوط سه سورفکتانت - SER=0/25 - ، نانوامولسیونهایی با اندازه قطرات بزرگتر و توزیع محدودتر تولید شد، اگرچه بین 0/22 SER، 0/24 و 0/25 اختلاف معنی دار وجود نداشت - شکل . - 1 شکل :1 تولید قطرات نانو مقیاس در استفاده از مخلوط تویین 85-80-20 با غلظتهای مختلف - حروف غیر مشابه نشان دهنده اختلاف معنی دار در سطح %5 آزمون دانکن میباشد -
سیستم بهینه با استفاده از مخلوط سه سورفکتانت در SER=0/24 و با اندیس اسپن 0/743 تولید شد و میزان پراکندگی اندازه قطرات در این سیستم بیشتر از SER=0/25 با اندیس اسپن 0/659 بود - شکل 2 و . - 3 علت کاهش پراکندگی اندازه قطرات با افزایش غلظت سورفکتانت احتمالا به دلیل تولید میسلهای آزاد سورفکتانت است. در غلظت بالای سورفکتانت برخی از مولکولهای سورفکتانت تشکیل میسل را میدهند که موجب انتقال مولکولهای روغن بین قطرات شده و به توزیع اندازه آنها کمک میکنند.
Ostertag و همکاران - 2012 - در سیستم میگلیول - تویین 20، 80 و 85 به روش EIP، نشان دادند که کوچکترین قطرات با استفاده از مخلوط سه سورفکتانت در SER=0/25 تولید شدند و همچنین کاهش اندازه قطرات را در نتیجه افزایش غلظت سورفکتانت مشاهده کردند. در این پژوهش به طور کلی با افزایش غلظت سورفکتانت از 15 تا 25 درصد قطر متوسط قطرات کاهش یافت. در سیستم حاوی ویتامین - MCT - E تویین 80 به روش خود به خودی، مشاهده شد که قطر متوسط قطرات با افزایش غلظت سورفکتانت کاهش مییابد Saberi - و McClements، . - 2013 کاهش اندازه قطرات با افزایش غلظت سورفکتانت به برخی از پدیده های فیزیکوشیمیایی در تولید نانوامولسیون بستگی دارد:
· افزایش جذب مولکولهای سورفکتانت در سطح بین آب و روغن که موجب کاهش تنش بین سطحی و در نتیجه تسهیل تولید نانو قطرات میشود؛
· افزایش انتشار مولکولهای سورفکتانت از فاز آلی به فاز آبی که منجر به تولید نانو قطرات در لایه مرزی میشود؛
در غلظت بالای سورفکتانت - %25 - قطرات با قطر میانگین بزرگتری تولید شد. به طور کلی در روش EIP یک غلظت بحرانی از سورفکتانت برای تولید امولسیون چند گانه که بعد از معکوس شدن فاز به ذرات ریز تفکیک می شود، مورد نیاز است. اما بالاتر از این غلظت بحرانی، اندازه قطرات افزایش مییابد. با افزایش غلظت سورفکتانت، مولکولهای آب در زنجیرههای متصل شده سورفکتانت به دام می افتند و در اثر تشکیل فاز کریستال مایع، ویسکوزیته افزایش می یابد.
بنابراین انتشار مولکولهای سورفکتانت از فاز آلی به فاز آبی محدود میشود و منجر به تولید قطرات درشت خواهد شد Saberi - و McClements، 2013؛ Ghosh و همکاران، . - 2013 از تویین 80 نیز در 0/25 SER، برای تولید نانوامولسیونهای حاوی ویتامین 3 استفاده شد. کوچکترین قطرات با قطر میانگین 80 در استفاده از تویین 80 بهدست آمد اما توزیع اندازه قطرات - اندیس اسپن - در مخلوط سه سورفکتات محدودتر بود و 0/66 تعیین شد و در مخلوط تویین 20 و 85 و تویین 80 به ترتیب 0/78 و 0/807 به دست آمد.
بنابراین مخلوط سه سورفکتانت موجب پراکنده شدن کامل تر ساختارهای کریستال مایع شده است. Kong و همکاران - 2011 - نشان دادند که استفاده از توین 80 همراه با سایر سورفکتانتها در تولید نانو قطرات موثر است و گزارش کردند که وجود زنجیره هیدروفیلیکی بلند و یک پیوند دو گانه در زنجیره هیدروکربنی آن، تولید نانو قطرات را تسهیل میکند. در نتیجه تولید قطرات ریزتر به وسیله تویین 80 به انعطاف زنجیر و انحنای مطلوب آن در سطح نسبت داده شدهاست.
طی پژوهشی در تولید نانوامولسیون با استفاده از تویین 80 در روش خود به خودی نشان داده شد که این سورفکتانت در غلظتهای بالا قادر به تولید قطرات کوچکتر می باشد Yang - و همکاران، . - 2012 همچنین در تولید نانوامولسیونهای حاوی ویتامین E در روش امولسیفیکاسیون غشایی، غلظت بیشتر تویین 80 موجب کاهش بیشتر کشش بین سطحی و تولید قطرات کوچکتر شد Laouini - و همکاران، . - 2012 هندسه مولکولی سورفکتانت نقش مهمی در عملکرد آن در سیستمهای کلوئیدی دارد و به وسیله پارامتر کیپ شدن مشخص میشود.
این پارامتر، انحنای مطلوب یک مونو لایهی حاصل از یک نوع سورفکتانت را تعیین میکند و انحنای مطلوب بر روی پارامترهایی مانند کشش بین سطحی، رئولوژی و در نتیجه تولید نانوامولسیون موثر است. طبق مطالعات قبلی سورفکتانتهای با زنجیره هیدروکربنی غیر اشباع و خمیده دارای رفتار امولسیون کنندگی بهتری نسبت به انواع با زنجیره هیدروکربنی اشباع و خطی هستند که احتمالا به علت تحرک بیشتر این سورفکتانتها نسبت به انواع اشباع می باشد Rao - و McClements، 2012؛ Saberi وMcClements، . - 2013
