ارزیابی خواص ساختاری و عملکردی کمپلکس سدیم کازئینات و اسیدهای فنولیک/ اسکوربیک اسید و بررسی توانایی آن‌ها در تشکیل امولسیون تثبیت‌شده با ذرات جامد، فایبر الکتروریسی شده و ساختار هیدروژلی

Abstract

یده هدف هدف مطالعه حاضر بررسی ویژگی های فیزیکوشیمیایی و تغییرات ساختاری و عملکردی کازئینات سدیم به هنگام برهمکنش با اسید آسکوربیک و اسید گالیک به عنوان اسید فنولیک منتخب و نیز ارزیابی قابلیت تشکیل امولسیون های مبتنی بر ذرات جامد، فایبرهای الکتروریسی و نیز ساختارهای هیدروژلی توسط این کمپلکس هاست. روش کار ابتدا فاکتورهای مختلف برهمکنش شامل دما، pH قلیایی، مدت‌زمان واکنش و غلظت ماده فعال (اسید آسکوربیک و اسید گالیک) بهینه‌سازی شد. غلظت وزنی 10 میلی‌گرم بر مول برای کازئینات سدیم، غلظت وزنی یک میلی‌گرم بر مول برای مواد فعال و pH= 9 انتخاب شدند. جهت شبیه‌سازی شرایط به واکنش میلارد، دمای 80 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 دقیقه برای تیمار حرارتی نمونه‌های فاز آبی اعمال گردید. پس از آن ویژگی‌های ساختاری ذرات کلوئیدی تشکیل شده با استفاده از اندازه‌گیری سایز ذرات، پتانسیل زتا و گروه آمین آزاد و نیز ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی آنها با استفاده از طیف‌سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FT-IR)، الکتروفورز ژل پلی‌آکریل آمید (SDS-PAGE)، طیف‌سنجی فلورسانس، زاویه تماس و کشش سطحی قطره‌ای مورد مقایسه قرار گرفت. سپس جهت تعیین توانایی تشکیل امولسیون پیکرینگ، نمونه‌های فاز آبی در مقادیر حجمی برابر با روغن ذرت (نسبت 50:50) مخلوط شده و با استفاده از هموژنایزر (10000 دور به مدت 5 دقیقه) و پروب اولتراسوند با قطر 13 میلی‌متر (قدرت 50 درصد به مدت 2 دقیقه) همگن شدند. پس از آن ویژگی‌های ساختاری و پایداری فیزیکی و اکسیداتیو قطرات امولسیون‌های تشکیل شده با استفاده از آزمون‌های سایز قطره، شاخص خامه‌ای شدن، میکروسکوپ اسکن لیزری هم‌کانونی و تست تیوباربیتوریک اسید مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین جهت بررسی توانایی کازئینات سدیم اصلاح شده در تشکیل نانوالیاف‌ الکتروریسی شده، مقادیر برابر وزنی (به نسبت 50:50) از کازئینات سدیم و ژلاتین به‌عنوان پلیمر کمکی با غلظت 25 درصد وزنی تهیه شده و سپس اسید گالیک و اسید آسکوربیک در نسبت غلظت‌های 1/0، 5/0، 1، 5 و 10 درصد اضافه شدند. پس از آن نانوالیاف‌ با استفاده از تصویربرداری الکترونی روبشی، طیف‌سنجی تبدیل فوریه و ظرفیت آنتی‌اکسیدانی مورد مقایسه قرار گرفتند. همچنین تست های متورم شدن، تست بافت سنجی و تصویربرداری الکترونی روبشی برای آزمون‌های فیزیکوشیمیایی هیدروژل ها انتخاب شدند. یافته‌ها نتایج نشان دادند که در ذرات کلوئیدی کمپلکس کازئینات سدیم/ اسید آسکوربیک بدون اعمال حرارت یا همان SC-AA بر اساس تجزیه‌وتحلیل فلورسانس تعامل آب‌گریز رخ داده است. بر اساس نتایج FTIR، تشکیل پایه شیف در ذرات کلوئیدی کمپلکس کازئینات سدیم/ آسکوربیک اسید با اعمال حرارت یا همان HSC-AA وقوع واکنش میلارد بین AA و SC را تأیید کرد. ذرات کلوئیدی HSC-AA در غلظت کم (به ترتیب 10 و 1 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر SC و AA)، امولسیون پیکرینگ (PE) را در نسبت حجمی 50:50 روغن: آب با پایداری فیزیکی و اکسیداتیو بالا با موفقیت تثبیت کردند. برهمکنش بین SC و AA تحت عملیات حرارتی و شرایط قلیایی، زاویه تماس را از حدود 65 درجه به تقریبا 82 درجه افزایش داد (05/0P ≤ ) و کشش سطحی را به‌شدت کاهش داد. نتایج SEM نشان داد که ذرات HSC-AA دارای ساختار فشرده‌تر و کوچک‌ترین اندازه ذرات هستند. SDS-PAGE و درصد ازدست‌دادن گروه آمینه آزاد، تشکیل پیوند کووالانسی را در نمونه‌های HSC-AA نشان داد. CLSM نشان داد که قطرات روغن به طور مؤثر توسط ذرات HSC-AA به‌عنوان O/W PE احاطه شده‌اند. نتایج به‌دست‌آمده از TBARS نشان داد که پایداری اکسیداتیو PE تثبیت‌شده توسط ذرات کلوئیدی HSC-AA بهبود یافته است. نسبت ۵۰:۵۰ از کازئینات سدیم با ژلاتین، نسبت بهینه مخلوط پلیمری برای الکتروریسی بود. اسید آسکوربیک نتوانست نقش کنژوگه کننده ای جهت تشکیل الیاف الکتروریسی از مخلوط های پلیمری در تمامی نسبت غلظت های ممکن را داشته باشد. با این حال، نسبت غلظت یک درصد از گالیک اسید، خواص ظاهری و اندازه قطر بهینه‌ای را در مقایسه با نسبت غلظت‌های دیگر ثبت کرد. ظرفیت آنتی‌اکسیدانی نانوالیاف‌ با افزایش غلظت اسید گالیک افزایش یافت. یافته‌های طیف‌سنجی تبدیل فوریه نشان داد که بیشتر برهم‌کنش‌ها در نانوالیاف‌ بین گالیک اسید با کمپلکس پروتئینی از نوع برهمکنش آب‌گریز است. همچنین به هنگام تغییرات مطرح شده از طریق تیمارهای مختلف حرارتی، قلیایی و نیز اسید آسکوربیک یا اسید گالیک توانایی تشکیل ساختار هیدروژلی به‌دلیل از‌بین‌رفتن ساختار رشته ای در کازئینات سدیم از بین می‌رود. نتیجه‌گیری: ‌ نتایج مطالعه حاضر می‌تواند به‌عنوان یک روش مناسب برای استفاده از اسید آسکوربیک برای اصلاح پروتئین به‌عنوان یک افزودنی درجه غذایی در طراحی امولسیون‌های مبتنی بر ذرات جامد استفاده شود. این یافته‌ها فرصت خوبی برای طراحی فرمولاسیون مواد غذایی کم‌چرب با مواد طبیعی فراهم می‌کند. همچنین، اسید گالیک می‌تواند به‌عنوان یک افزودنی غذایی در طراحی پدهای با خصوصیات ظاهری خوب و آنتی‌اکسیدانی بالا مورداستفاده قرار گیرد. واژگان کلیدی: اسید آسکوربیک، اسید فنولیک، واکنش میلارد، ترکیبات احیاکننده، مواد اتصال‌دهنده عرضی