تولید نانوامولسیون روغن هسته انار با پایداری حرارتی و اکسیداتیو بالا و استفاده از آن در غنی‌سازی آب انار

STUDENT

DEGREE

YEAR

Functional compounds play a major role in preventing the dangerous diseases and lead to the promotion of human health. Pomegranate seed oil has a lot of functional properties due to the presence of significant amounts of punicic acid in its fatty acids profile. However, due to low solubility in water, it has low bioavailability and chemical stability during processing and storage. Nanoemulsions are one of the best nanocarrier systems to overcome these constraints. Therefore, the aim of this study was to design pomegranate seed oil (PSO) nanoemulsion with high stability, evaluate its stability in different environmental conditions and finally assessment of its performance for enrichment of actual pomegranate juice. The production of PSO nanoemulsion was carried out under various parameters such as emulsifier type (tween 80, mixture of tween 80 and Span 60, mixture of tween 80 and DATEM, mixture of tween 80 and lecithin) and emulsifier concentration (15, 20 and 25% by weight of emulsion). The nanoemulsion prepared with PSO was different from those containing olive and grape seed oils in mean droplet size, viscosity, physical stability and turbidity because of higher intrinsic viscosity and degree of unsaturation. However, all three types of tested nanoemulsions were similar in terms of other characteristics such as zeta potential, polydispersity index and thermal stability. The tween 80 also showed the best performance in the physicochemical properties of nanoemulsions in all three types of oils. After selecting the emulsifier type in order to achieve the best properties, an optimum condition for production of PSO nanoemulsion was developed based on response surface methodology (RSM). The emulsifier concentration 25 % w/w, ultrasonic power 300 w and ultrasonic time 30 min were found to be the optimum points for production of nanoemulsion. Under optimum condition, the values of dependent variables (responses) were mean droplet size 36.22 nm, zeta potential -9.64 mV, polydispersity index 0.259, peroxide value 3.21 meq of O 2 /kg of oil, thermal stability 99.98% and physical stability 100%. Due to the high unsaturation degree of PSO and intense increment in the surface-to-volume ratio of droplets in nanoemulsion, different amounts of ?-tocopherol (0, 10, 25 and 40 w% of oil phase) was substituted in the PSO phase of the nanoemulsion. High and low pH values and heating at high temperature (90 ° C) led to an increase in mean droplet size in all formulations containing ?-tocopherol. The evaluation of physicochemical properties of nanoemulsions showed that 25% of ?-tocopherol was a suitable concentration for the stability of nanoemulsion against oxidation and environmental conditions such as pH, ionic strength and heat. The values obtained for physicochemical properties of PSO nanoemulsion in this formulation were mean droplet size 37.54 nm, polydispersity index 0.232, zeta potential -8.28, viscosity 514 cp, the encapsulation efficiency 92.04%, antioxidant activity 92.44% and physical stability 100%. The evaluation of peroxide and thiobarbituric acid values of nanoemulsion at 25 ° C for 50 days showed that the chemical stability of PSO nanoemulsion with ?-tocopherol was superior to PSO nanoemulsion without ?-tocopherol, so that its peroxide value increased less than one unit after 50 days (from 4.5 to 5.3 meq of O 2 /kg of oil). The study of morphological properties of PSO nanoemulsion indicated that the form of droplets was spherical and droplets were well dispersed in the aqueous phase. In the next step, the efficiency of PSO nanoemulsion was compared to a simpler colloidal system such as coarse emulsion in terms of physicochemical properties, chemical stability of PSO and ?-tocopherol at different temperatures (4 and 25 ° C) during 50 days of storage. Because of the ultrasonic step, the mean droplet size in nanoemulsion was much smaller (about 42 nm) than the coarse emulsion (about 160 nm) and subsequently zeta potential and physical stability in nanoemulsion was more than the coarse emulsion. Unexpectedly, the chemical stability of PSO and ?-tocopherol degradation were similar in both emulsions, which indicated the acceptability of nanoemulsion in maintaining oil quality and ?-tocopherol compared to the coarse emulsion. The study of bioavailability in the simulated stomach and intestinal conditions showed that the release of PSO and ?-tocopherol in the nanoemulsion system occurred much more and almost twice the coarse emulsion. It was also found that the release of PSO was lower than that of ?-tocopherol in both emulsion systems Key words Functional compounds, Pomegranate seed oil, Oil in water nanoemulsion, Beverage emulsion, Pomegranate juice concentrate, Optimization, Response surface methodology.

ترکیبات فراسودمند در جلوگیری از ابتلا به بیماری‌های خطرناک نقش زیادی داشته و منجر به تقویت سلامتی انسان می‌شوند. روغن هسته انار به دلیل داشتن اسید چرب خاصی به نام اسید پونیسیک دارای خواص فراسودمند بسیار زیادی است ولی به دلیل حلالیت کم در آب، زیست فراهمی ناچیزی داشته و در حین فرآوری و انبارداری نیز پایداری شیمیایی کمی دارد. نانوامولسیون‌ها یکی از بهترین سیستم‌های نانوحامل برای غلبه بر این محدودیت‌ها محسوب می‌شوند. هدف از انجام این مطالعه تولید فرمول نانوامولسیون حاوی روغن هسته انار با پایداری مناسب، ارزیابی آن تحت تنش‌های رایج در صنعت غذا و بررسی کاربرد آن در تولید امولسیون نوشیدنی آب انار می‌باشد. تولید نانوامولسیون روغن هسته انار تحت پارامترهای مختلفی نظیر نوع امولسیفایر (تویین 80، مخلوط تویین 80 و اسپن 60، مخلوط تویین 80 و داتم، مخلوط تویین80 و لسیتین) و غلظت امولسیفایر (15، 20 و 25 درصد وزنی امولسیون) صورت گرفت. نانوامولسیون‌های تولیدی از روغن هسته انار از لحاظ خصوصیاتی مانند میانگین اندازه قطرات، ویسکوزیته، پایداری فیزیکی و کدورت با نانوامولسیون‌های تولیدی از دو روغن فراسودمند زیتون و هسته انگور تفاوت داشتند که دلیل آن ویسکوزیته و درجه غیراشباعیت نسبتاً زیاد روغن هسته انار می‌باشد. این در حالی بود که نانوامولسیون‌ها از لحاظ خصوصیاتی نظیر پتانسیل زتا، شاخص پراکندگی قطرات و پایداری حرارتی مشابه بودند. همچنین نتایج نشان داد امولسیفایر تویین 80 بهترین عملکرد را در تولید نانوامولسیون‌ هر سه نوع روغن‌ دارد. پس از انتخاب نوع امولسیفایر به منظور دست یافتن به بهترین خصوصیات، شرایط تولید نانوامولسیون روغن هسته انار با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) بهینه‌ شد. شرایط بهینه برای تولید نانوامولسیون به صورت مقدار امولسیفایر 25 درصد، قدرت اولتراسونیک 300 وات و زمان اعمال اولتراسونیک 30 دقیقه تعیین شد که تحت این شرایط مقدار میانگین اندازه قطرات 2/36 نانومتر، پتانسیل زتا 6/9- میلی‌ولت، شاخص توزیع قطرات 259/0، عدد پراکسید 2/3 میلی‌اکی‌والان پراکسید بر کیلوگرم، پایداری حرارتی 9/99 درصد و پایداری فیزیکی 100 درصد به دست آمد. به دلیل بالا بودن غیراشباعیت روغن هسته انار و افزایش شدید نسبت سطح به حجم در نانوامولسیون‌ به منظور افزایش پایداری به اکسیداسیون مقادیر مختلفی از آلفا توکوفرول (0، 10 ، 25 و 40 درصد وزنی فاز روغنی) جایگزین روغن هسته انار موجود در فاز روغنی نانوامولسیون شد. مقادیر کم و زیاد pH و حرارت‌های زیاد (90 درجه سلسیوس) باعث افزایش میانگین اندازه قطرات در تمامی فرمولاسیون‌ها شد. بررسی خصوصیات فیزیکوشیمیایی نانوامولسیون‌ها و نیز مقاومت آنها در برابر تنش‌های محیطی مختلف مانند pH، قدرت یونی و حرارت نشان داد نانوامولسیونی که در آن 25 درصد روغن هسته انار با آلفا توکوفرول جایگزین می‌شود خصوصیات فیزیکوشیمیایی بهتری نسبت به نانوامولسیون‌های دیگر دارد. در این فرمول مقدار میانگین اندازه قطرات 5/37 نانومتر، شاخص پراکندگی قطرات 232/0، پتانسیل زتا 2/8- میلی‌ولت، ویسکوزیته 514 سانتی‌پویز، راندمان درون‌پوشانی 92 درصد، خاصیت آنتی‌اکسیدانی 4/92 درصد و پایداری فیزیکی 100 درصد به دست آمد. بررسی تغییرات اعداد پراکسید و تیوباربیتوریک اسید نانوامولسیون در دمای 25 درجه سلسیوس به مدت 50 روز نشان داد پایداری شیمیایی نانوامولسیون حاوی آلفا توکوفرول در حین تولید و نگهداری نسبت به نانوامولسیون فاقد آلفا توکوفرول دارای برتری فوق‌العاده‌ای است، به طوری که پس از گذشت 50 روز مقدار عدد پراکسید در آن کمتر از یک واحد افزایش یافت (از 5/4 تا 3/5 میلی‌اکی‌والان پراکسید بر کیلوگرم). بررسی خصوصیات ریزساختاری نانوامولسیون‌ روغن هسته انار نشان می‌دهد که شکل قطرات به صورت کروی است و قطرات به خوبی در فاز آبی پراکنده شده‌اند و از توزیع پراکندگی مناسبی برخوردار هستند. در مرحله بعد کارایی نانوامولسیون روغن هسته انار از لحاظ خصوصیات فیزیکوشیمیایی، پایداری شیمیایی روغن هسته انار و آلفا توکوفرول نسبت به یک سیستم انتقال کلوئیدی ساده‌تر مانند امولسیون‌ اولیه در دماهای مختلف نگهداری (4 و 25 درجه سلسیوس) طی انبارداری به مدت 50 روز مورد مقایسه قرار گرفت. به دلیل انجام مرحله اولتراسونیک میانگین اندازه قطرات در نانوامولسیون (حدود 42 نانومتر) بسیار کوچکتر از امولسیون اولیه (حدود 160 نانومتر) به دست آمد و به دنبال آن خصوصیاتی نظیر پتانسیل زتا و پایداری فیزیکی در نانوامولسیون بیشتر از امولسیون اولیه به دست آمد. بر خلاف انتظار پایداری شیمیایی روغن هسته انار (مانند اعداد پراکسید و تیوباربیتوریک اسید) و تجزیه آلفا توکوفرول در هر دو نوع امولسیون تولیدی مشابه بود که نشان دهنده قابل قبول بودن خصوصیات نانوامولسیون‌ در حفظ کیفیت روغن و مقدار آلفا توکوفرل باقی‌مانده نسبت به امولسیون اولیه می‌باشد. بررسی زیست فراهمی در شرایط شبیه‌سازی شده معده و روده نشان داد رهایش روغن هسته انار و آلفا توکوفرول در سیستم نانوامولسیون بسیار بیشتر و تقریباً دو برابر امولسیون اولیه اتفاق می‌افتد. همچنین مقدار رهایش روغن هسته انار در هردو سیستم امولسیونی کمتر از آلفا توکوفرول مشاهده شد. در پایان به منظور تولید امولسیون نوشیدنی با یک محصول واقعی، نانوامولسیون بهینه حاوی روغن هسته انار و آلفا توکوفرول به مقدار ml250 g/3/0 به آب انار تهیه شده از کنسانتره اضافه شد. بررسی میانگین اندازه قطرات، شاخص پراکندگی قطرات، پتانسیل زتا، کدورت، ته‌نشینی و تست حلقه در دماهای 4 و 25 درجه سلسیوس به مدت 30 روز نشان داد که نوشیدنی تولیدی در هر دو دمای نگهداری دارای ویژگی‌های قابل قبولی برای مصرف‌ کننده می‌باشد. کلمات کلیدی : ترکیبات فراسودمند، روغن هسته انار، نانوامولسیون روغن در آب، امولسیون نوشیدنی، کنسانتره آب انار، بهینه‌سازی، روش سطح پاسخ