طراحی و ساخت امولسیون پایدار شده اسانس زنیان با صمغ عربی و نشاسته اصلاح شده با روش امولسیون‌سازی خودبه‌خودی و بررسی ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و ضدمیکروبی آن
Abstract
خلاصه فارسی
مقدمه: روغن‌های فرار به عنوان متابولیت‌های ثانویه در گیاهان تولید می‌شوند و به دلیل ویژگی‌های خود، از جمله ماهیت روغنی و عطرآگینی، در صنایع مختلف از جمله غذایی، بهداشتی، آرایشی و کشاورزی استفاده می‌شوند. با افزایش تقاضا برای استفاده از افزودنی‌های طبیعی در محصولات غذایی، استفاده از روغن‌های فرار افزایش یافته است. اما به دلیل مشکلاتی همچون حلالیت کم در آب، اثرات قوی در عطر و طعم غذا و مصرف بالا، استفاده از آنها محدود است. برای حل این مشکلات، استفاده از سیستم‌های امولسیونی و نانوامولسیون‌ها به عنوان راه‌حل‌هایی ارائه شده است. در تولید امولسیونها، روش‌ها را می‌توان به دو دسته کم انرژی و پر انرژی تقسیم نمود. روش‌های پر انرژی از تجهیزات مکانیکی نظیر میکروفلودایزرها و هموژنایزرهای فشار بالا برای تولید بهره‌گیری می‌کنند، در حالی که روش‌های کم انرژی به کنترل پدیده‌های بین‌سطحی و برگشت فاز متکی هستند. تولید خودبه‌خودی امولسیون به عنوان جایگزینی ارزان‌تر و کارآمدتر برای روش‌های فعلی با انرژی اضافی برنامه‌ریزی شده است. در این روش، قطرات میکرو و نانو با مصرف انرژی کم ایجاد می‌شوند، براساس تشکیل خودبه‌خودی قطرات ریز روغن در سیستم سورفکتانت-روغن-آب در شرایط محیطی خاص. حرکت سورفکتانت آب‌دوست از فاز روغنی به فاز آبی منجر به تشکیل خودبه‌خودی قطرات ریز روغن در مرز روغن-آب می‌شود. اثرگذاری این روش با مشکلاتی همچون میزان بالای سورفکتانت (SOR) مواجه است. برطرف کردن این مشکلات با استفاده از پایدارکننده‌های طبیعی و تغییر نسبت روغن حامل به روغن هدف، راه‌حل‌هایی موثر برای کاهش سورفکتانت‌ها معرفی می‌کند.
مواد و روش کار: امولسیون‌های اسانس زنیان با استفاده از نسبت‌های مختلف نشاسته OSA-S در فاز آبی به روش امولسیون‌سازی خودبه‌خودی تهیه شدند. شایان ذکر است که تمام شرایط برای پایدار سازی امولسیونها توسط صمغ عربی نیز مشابه با نشاسته اصلاح شده تغییر یافت ولی امولسیون های تشکیل شده در تمام موارد ناپایدار بودند از این‌رو صمغ عربی از مطالعه کنار گذاشته شد. فاز روغنی متشکل از نسبت‌های مختلف سورفکتانت توین 80 (80T)، اسانس زنیان، و بازدارنده های روغن ذرت یا MCT بود در نتیجه امولسیون با نسبت‌های مختلف SOR و در دو نسبت روغن به آب v/v10:90 و 80: 20 تهیه شدند. پایداری امولسیونها طی نگهداری با استفاده از اندازه‌گیری سایز ذرات و پتانسیل زتا در دماهای مختلف محیطی و یخچالی به دست آمد. همچنین پایداری امولسیونها نسبت به چرخه‌های حرارتی و انجماد و رفع انجماد مورد بررسی قرار گرفت. ویژگی‌های آنتی اکسیدانی، کدورت و ارتباط کدورت با مشخصات امولسیونها از طریق رابطه رگرسیونی بررسی شد. ویژگی‌های ضدمیکروبی بر علیه S. aureus و P. mirabilis با استفاده از تست‌های MIC ،MBC، Time kill assay و میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت اثر ضدمیکروبی امولسیونها در SOR برابر با 5/0 در محیط دوغ بر علیه مخمرهای عامل فساد مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: ترکیبات اصلی اسانس زنیان تیمول (38%)، γ-ترپینن (%2/33) و پاراسیمن (2%/21) بودند. سنجش پایداری امولسیون نشان داد که امولسیون‌های اسانس زنیان (CCEO) تهیه شده در SOR برابر با 5/0 و عامل بازدارنده دو فاز شدن(RI) MCT در نسبت روغن به آب، 10:90 به کمترین درصد نشاسته نیاز دارد و سایز بیشتر و پایداری کمتری نسبت به امولسیون های تهیه شده با مهارکننده‌ی دو فاز شدن روغن ذرت در نسبت روغن به آب مشابه نشان داد. اندازه قطرات امولسیون به طور قابل‌توجهی تحت‌تأثیر میزان SOR و نسبت O/W قرار می‌گیرد. ذخیره‌سازی در دماهای مختلف بر پایداری نانوامولسیون‌های CCEO تأثیر می‌گذارد که کمترین پایداری در امولسیون‌های تهیه شده با کمترین نسبت SOR و بالاترین درصد نشاسته با عامل مهارکننده‌ی دو فاز شدن روغن ذرت مشاهده شد. یافته‌ها نشان می‌دهد که رشد ذرات در طول زمان رخ می‌دهد؛ اما در دمای یخچال بارزتر است. شرایط استرس حرارتی گرمایش - سرمایش و انجماد - ذوب باعث افزایش اندازه ذرات و PDI شد، با این وجود امولسیونها از نظر بصری پایدار ماندند. کدورت نانوامولسیون‌ها تحت‌تأثیر درصد نشاسته، SOR و نسبت O/W قرار می‌گیرد که مدل‌هایی برای تخمین توسعه داده شد. فعالیت آنتی‌اکسیدانی و ضد باکتریایی در برابر CCEO نانوامولسیون شده توسط روغن MCT (نانو MCT) و روغن ذرت (نانو ذرت) نسبت به EO آزاد افزایش یافت. CCEO نانوامولسیون شده در میزان 4% به دوغ افزوده شد. نتایج نشان داد دوغ دارای نانو ذرت و نانو MCT طی نگهداری بالاترین نمرات ارزیابی حسی را کسب کرد. علاوه بر این دوغ دارای نانو ذرت و نانو MCT مخمرهای عامل فساد دوغ شامل R.mcilaginosa و K.lactis را طی نگهداری در یخچال به صفر رساندند.
نتیجه‌گیری: ماهیت آمفی‌فیلیک نشاسته اصلاح شده این امکان را فراهم می کند که نه تنها سطح سورفکتانت T80 کاهش یابد، بلکه باعث تثبیت امولسیون های CCEO از طریق روش امولسیون سازی خود به خودی شود. بر اساس یافته‌های این تحقیق، در یک سیستم امولسیونی متشکل ازCCEO، T80 و مهارکننده‌ی دو فاز شدن در فاز روغنی و نشاسته اصلاح شده در فاز آبی، اندازه ذرات، PDI و پایداری نانوامولسیون‌ها به‌طور معنی‌داری تحت تاثیر میزان SOR، مهارکننده‌ی دو فاز شدن و درصد نشاسته اصلاح شده است. این روش صنعت غذا و نوشیدنی را قادر می سازد تا از خواص ضد میکروبی، آنتی اکسیدانی و خاصیت بهبود طعم اسانس ها با انرژی کم و سیستم های مقرون به صرفه استفاده کند. نتایج مطالعه حاضر می تواند برای حل چالش صنعتی فساد نوشیدنی دوغ توسط مخمرها مفید باشد و می تواند گامی در جهت کاهش استفاده از نگهدارنده های مصنوعی و افزایش ایمنی مواد غذایی باشد.
واژگان کلیدی: اسانس گیاه زنیان، امولسیون‌سازی خودبه‌خودی، نشاسته اصلاح شده، فعالیت ضدمیکروبی، نوشیدنی دوغ