تولید نانو الیاف به روش هسته – پوسته از پلیمرهای زئین – کتیرا برای انکپسولاسیون عصاره زعفران

STUDENT

DEGREE

YEAR

Saffron is among the most valuable Iranian plants, which has attracted consumer ’attention because of its beautiful color and pleasant smell. This spice is used in many different dietary and chemical products. In addition, it is used to treat many diseases like cancers, cerebrovascular and cardiovascula disease disorder. Safranal is the main fragrant component of saffron and composed about 30-70% of saffron volatile compounds. Encapsulation is one the method for control release of bioactives. Using this process, an bioactive substance such as vitamins or sensitive materials, named as the core are entrapped and protected inside a carrier called the shell. One of the most important reasons for the encapsulation of compounds is to increase stability bioactive during production process and storage. Different methods have been used for encapsulation such as spray drying, extrusion and electrospinning. In this research morphology of nanofibers was observed using (SEM) in two zein concentrations of 20 and 25% and four voltages of 11, 15, 19 and 23 kV. Encapsulation efficiency and loading capacity of nanofibers produced under different conditions were measured and were in the range 60.89- 91.55 and 3.57-9.52, respectively. The highest encapsulation efficiency and loading capacity were related to zein concentration 20%, tragacanth concentration of 2% and saffron loading of 10%. Finally, nanofibers produced with minimum diameter and maximum efficiency and loading capacity were selected and used for further analysis. FTIR results showed that saffron extract was appropriately encapsulated i nanofiber and no chemical reactio wa occurred between ingredients. TEM images showed a core sheath structure. The results of thermal analysis showed significant increase in the thermal stability of saffron after encapsulation. A release of 21.66% of safranal was observed in saliva. Release percentage in the gastric and intestinal media were 43.88% and 16.12%, respectively. To assess the mechanism of safranal release from fiber, the data were analyzed by zero order, first order, Higuuchi, Ritger-Peppas, Peppas-Sahlin, Kopcha and Hixon-Crowel models. The data showed that release mechanism were for salvia, wather, gastric and intestinal media respectively, in accordance with the models Kopcha, Peppas-Sahlin and Ritger-Peppas. Keyword : Electrospinning, Core- sheath, Zein, Tragacanth, safranal, Release, Encapsulation

زعفران یکی از ارزشمندترین رستنی‌های ایران است که با رنگ و رایحه دل انگیز و مزه‌ای دلپذیر جهانیان را مجذوب خود کرده است. این ادویه به علت طعم و رنگ عالی کاربردهای فراوانی در تولید فرآورده‌های غذایی و شیمیایی دارد. همچنین در درمان برخی سرطان‌ها، بیماری‌های مغزی- عروقی و قلبی- عروقی، عفونت دستگاه تناسلی، سرخک، آسم و اختلالات گوارشی کاربرد دارد. سافرانال ماده معطره اصلی زعفران است و حدود 70-30 % از ترکیبات فرار زعفران را به خود اختصاص می دهد. انکپسولاسیون یکی از روش‌های رهایش مواد است که در نتیجه این فرآیند یک ماده فعال مانند ویتامین‌ها و یا مواد حساس به شرایط محیطی به عنوان هسته در داخل یک حامل که پوسته نامیده می شود قرارگرفته و توسط این حامل محافظت و انتقال پیدا می کنند. از مهم‌ترین دلایل کپسوله کردن ترکیبات، افزایش پایداری ماده کپسوله شده طی فرآیند تولید و همچنین در محصول نهایی می باشد. از جمله روش‌های انکپسولاسیون می توان به امولسیفیکاسیون، کواسرواسیون، اکستروژن و الکتروریسی اشاره کرد. اگرچه الکتروریسی هنوز به صورت تجاری برای اهداف انکپسولاسیون، مخصوصا در حوزه صنایع غذایی مورد استفاده قرار نمی گیرد، اما به خوبی مزایای آن نسبت به دیگر روش‌ها اثبات شده است. در این پروژه سعی بر آن شد که با انکپسوله کردن عصاره زعفران در نانو الیافی به شکل هسته- پوسته ماندگاری آن را افزایش داد و مانع از دست رفتن ترکیبات موثره آن شد. در نهایت این نانو الیاف باعث رهایش مداوم و تدریجی زعفران در ماده غذایی می شود که امری بسیار مطلوب در صنعت غذا می باشد. نانو الیاف پلیمر زئین- کتیرا به روش الکتروریسی هسته- پوسته تولید و برای انکپسولاسیون عصاره زعفران استفاده شد. محلول زئین و کتیرا/ زعفران با نسبت 50:50 در دو غلظت 20 و 25 درصد زئین، دو سطح 5 و 10 درصد زعفران و کتیرای 2 درصد برای الکتروریسی استفاده شد. ویسکوزیته، کشش سطحی و هدایت الکتریکی برای هر کدام از غلظت‌ها اندازه‌گیری شد. مورفولوژی نانو الیاف تولیدی در دو غلظت 20 و 25 درصد زئین و چهار ولتاژ 11، 15، 19 و 23 کیلوولت توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. نانو الیاف تولیدشده با غلظت 20 درصد زئین، کتیرا 2 درصد و ولتاژ 15 کیلوولت دارای کمترین قطر بوده و میانگین آن‌ها در محدوده 250 نانومترگزارش شد. راندمان انکپسولاسیون و ظرفیت بارگذاری برای نانو الیاف تحت شرایط مختلف غلظت زئین، ولتاژ اعمال‌شده و سطح زعفران بررسی شد. بالاترین راندمان انکپسولاسیون و ظرفیت بارگذاری مربوط به زئین 20 درصد، کتیرا 2 درصد، زعفران در سطح 10 درصد و ولتاژ 15 کیلوولت بود. درنهایت نانو الیاف با غلظت 20 درصد زئین و کتیرا 2 درصد حاوی 10 درصد زعفران با داشتن کمترین قطر و بیشترین راندمان انکپسولاسیون و ظرفیت بارگذاری به عنوان نمونه بهینه انتخاب و برای سایر آزمون‌ها استفاده شد. آزمون طیف‌سنجی مادون‌قرمز نشان داد که عصاره زعفران در نانو الیاف حضورداشته و هیچ واکنشی میان نانو الیاف زئین- کتیرا/ زعفران صورت نگرفته است. تصاویر گرفته‌شده توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری ساختار هسته- پوسته نانو الیاف را نشان داد. نتایج آزمون‌های گرماسنجی وزنی و کالریمتری روبشی افتراقی هر دو به خوبی نشان داد پایداری حرارتی زعفران بعد از انکپسولاسیون افزایش یافت. بررسی پروفایل رهایش سافرانال زعفران از نانو الیاف در محیط آبی نشان داد که میزان سافرانال آزاد در مدت نیم ساعت و در دمای 80 درجه سلسیوس 75/27 درصد بود. رهایش در محیط بزاق طی 3 ساعت، نشانگر آزادسازی 66/21 درصدی سافرانال بود. همچنین رهایش در 2 ساعت ابتدایی محیط معده و 6 ساعت بعدی محیط روده به ترتیب 88/43 و 12/16 درصد بود. در نهایت میزان آزادسازی سافرانال بعد از 8 ساعت 60 درصد گزارش شد. . در نهایت میزان آزادسازی سافرانال بعد از 8 ساعت 60 درصد گزارش شد. داده های حاصل از رهایش سافرانال با مدل های درجه صفر، درجه اول، هیگوچی، ریتگر- پپاس، پپاس- سهلین،کویچا و هیکسون-کرول برای تعیین مکانیزم و سینتیک رهایش تطبیق داده شد. مکانیسم رهایش برای بزاق، آب، محیط معده و روده به ترتیب مطابق با مدل کویچا، پپاس- سهلین و پپاس -ریتگر بود..