طراحی و ساخت سامانه ایزوله پروتئین آب پنیر-صمغ گوار با استفاده از الکتروریسی و تعیین خواص فیزیکوشیمیایی و عملکردی آن

Abstract

مقدمه: الکتروریسی یک روش ساده، ارزان و کاربردی برای تولید الیاف و ذره در مقیاس میکرو و نانو می‌باشد. در این روش با اعمال جریان الکتریکی به محلول پلیمری نانوالیاف تولید می‌شود. الیاف تولیدشده با این روش دارای نسبت سطح به حجم و تخلخل بالایی می‌باشند که در حوزه‌های مختلف پزشکی، دارورسانی هوشمند و صنایع غذایی مورداستفاده قرار می‌گیرند. هدف از این مطالعه بررسی قابلیت الکتروریسی محلول ایزوله پروتئین آب پنیر و صمغ گوار در نسبت و غلظت‌های مختلف با در نظر گرفتن تغییرات فیزیکوشیمیایی آنها است. در این مطالعه برای اولین بار از پروتئین آب پنیر و صمغ گوار برای تولید نانوالیاف استفاده شد. کوکورمین برای ارزیابی کارایی نانوالیاف برای ریزپوشانی استفاده گردید. مواد و روش کار: صمغ گوار با استفاده از تکنیک غوطه‌وری در الکل خالص‌سازی شد. محلول گوار با نسبت های وزنی مختلف تهیه شد. ایزوله پروتئین آب پنیر با نسبت های وزنی مختلف به محلول گوار اضافه شد. از مخلوط اسید استیک به آب مقطر با نسبت 10 به 90 بعنوان حلال استفاده شد. نانوالیاف از ایزوله پروتئین آب‌پنیر و صمغ گوار خالص‌سازی شده (وزنی/وزنی) با تعیین پارامتر‌های بهینه در الکتروریسی (پارامترهای محلول پلیمری: ویسکوزیته، هدایت الکتریکی، کشش سطحی و پارامترهای دستگاهی: ولتاژ، فاصله سوزن تا صفحه جمع کننده، نرخ جریان محلول) تولید شدند. شکل ظاهری و اندازه ذرات با استفاده از میکروسکوپ الکترونی مشاهده و اندازه‌گیری شد. بهترین فرمولاسیون ازنظر ریخت شناسی و اندازه نانو الیاف برای انجام آزمایش‌های بعدی انتخاب گردید. ویسکوزیته، کشش سطحی و هدایت الکتریکی محلول های اندازه گیری شد. برهمکنش های شیمیایی با استفاده از طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) و آنالیز گرما وزن‌سنجی (TGA) مورد بررسی قرار گرفت. کورکومین در نانوالیاف بارگذاری و کارایی بارگذاری و رهایش کورکومین در محیط بافر فسفات نمکی توسط اسپکتوفتومتری اندازه‌گیری گردید. یافته‌ها: محلول پروتئینی اسیدی شده حتی در غلظت های بالا (10 درصد وزنی) و 5/3 pH= قابلیت الکتروریسی نداشت ولی در غلظت 7 درصد وزنی ایزوله پروتئین آب‌پنیر با افزایش غلظت گوار از 7/0 به 8/0 درصد وزنی تغییر مشخصی در شکل پلیمرهای الکتروریسی شده از ذره به نانوالیاف توسط میکروسکوپ الکترونی مشاهده شد. نتایج نشان داد که محلول‌های حاوی9 و 12 درصد وزنی پروتئین ایزوله آب‌پنیر و7/0، 8/0و 9/0 درصد وزنی گوار قابلیت الکتروریسی در ولتاژ 20 کیلووات، نرخ جریان 6/0 میلی‌لیتر بر دقیقه و فاصله سوزن تا صفحه جمع کننده 8 سانتی‌متر را دارند. الیاف حاصل مورفولوژی یکنواخت و قطری بین 190 تا 900 نانومتر داشتند. نقطه بهینه در تولید نانوالیاف ایزوله پروتئین آب‌پنیر و صمغ گوار در نسبت غلظت 7/ 0درصد وزنی صمغ گوار و غلظت 9 درصد وزنی ایزوله پروتئین آب‌پنیر بود. کارایی الکتروریسی محلول های مخلوط ایزوله آب پنیر پروتئین و صمغ گوار به شدت تحت تاثیر نسبت غلظت آنها در محلول پلیمری و تغییرات ویسکوزیته محلول صمغ گوار در حضور غلظت های مختلف از ایزوله پروتئین آب پنیر دارد. طیف FTIR نانوالیاف مخلوط ایزوله پروتئین آب پنیر و صمغ گوار نشان داد ساختار آلفا هلیکس بین مولکولی جایگزین ورقه چین خورده بتا در ایزوله پروتئین آب پنیر خالص شده است. همچنین کارایی بارگذاری کورکومین 91 درصد بود و رهایش کورکومین در شرایط آزمایشگاهی در24 ساعت اول 75 درصد بود. نتیجه‌گیری: محلول ایزوله پروتئین آب‌پنیر و گوار خالص‌سازی شده قابلیت الکتروریسی و تولید نانوالیاف را داشتند. علاوه برآن کورکومین بطور موفقیت آمیزی در این الیاف ریزپوشانی شد.