بهینه‌سازی تولید نانوامولسیون اسانس پونه کوهی ایرانی حاوی اسیدهای چرب امگا سه با استفاده از روش امولسیفیکاسیون خودبه‌خودی

مجله پژوهشهای علوم و صنایع غذایی ایران

مقاله 12، دوره 17، شماره 1 - شماره پیاپی 67، فروردین و اردیبهشت 1400، صفحه 143-172   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ifstrj.v17i2.84721

نویسندگان

نسرین فرجی¹؛ محمد علیزاده خالد آباد^{* 2}؛ هادی الماسی²؛ سجاد پیرسا²؛ سهیلا فرجی³

¹مدیر تحقیق و توسعه شرکت آذین شوشتر، خوزستان، شوشتر، صنایع غذایی مجید.

²گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه ارومیه، ایران.

³مدیر کنترل کیفیت شرکت آذین شوشتر، خوزستان، شوشتر، صنایع غذایی مجید.

چکیده

اخیراً استفاده از روش‌های کم‌انرژی به‌دلیل عدم نیاز به تجهیزات گران‌قیمت و سهولت تولید بسیار رواج یافته است. در این پژوهش، نانوامولسیون اسیدهای چرب امگا سه با استفاده از اسانس‌ پونه کوهی ایرانی به‌روش امولسیفیکاسیون خودبه‌خودی تهیه گردید. هدف از این مطالعه، بررسی شرایط بهینه تولید نانوامولسیون با استفاده از طرح دی‌اپتیمال بود، برای این منظور نانوامولسیون‌های حاوی اسیدهای چرب امگا سه با استفاده از اسانس گیاهی پونه کوهی ایرانی با چهار متغیر مستقل غلظت امگا سه (75-25 درصد)، نوع سورفاکتانت (توئین 80، توئین 20، توئین 80:20 و کازئینات سدیم)، نسبت سورفاکتانت به روغن (300-10 درصد) و مدت زمان نگهداری (60-1 روز) تولید گردیدند و تأثیر آن‌ها بر پارامترهایی مانند میانگین قطر ذرات، توزیع اندازه ذرات، شاخص کدورت، اندیس خامه‌ای شدن، خواص آنتی‌اکسیدانی، اندیس پراکسید، اندیس تیوباربیتوریک اسید، ضریب شکست، بریکس و pH موردمطالعه قرار گرفت و سپس به‌منظور تعیین بهترین فرمولاسیون بهینه‌سازی انجام گرفت. نتایج نشان دادند که میانگین اندازه قطرات بسیار تحت‌تأثیر غلظت سورفاکتانت و نوع سورفاکتانت بود و با افزایش مقدار سورفاکتانت، میانگین قطر قطرات کاهش معنی‌داری یافت، درواقع افزایش غلظت سورفاکتانت در نانوامولسیون‌ها در اکثر موارد سبب افزایش میزان جذب سورفاکتانت به سطح W/O گردیده و درنتیجه منجر به کاهش بیشتر کشش سطحی شد و درنهایت سبب کاهش اندازه ذرات و کاهش اندیس خامه‌ای شدن گردید، همچنین افزایش غلظت سورفاکتانت، به‍‌‎علت کاهش میانگین قطر ذرات، پراکنش نوری کاهش یافته و میزان کدورت کاهش یافت، از طرفی افزایش غلظت سورفاکتانت و کاهش اندازه ذرات، در کاهش اندیس پراکسید نیز مؤثر بود. با استفاده از بهینه‌سازی عددی مقادیر بهینه متغیرهای مستقل نانوامولسیون‌های پونه کوهی ایرانی حامل اسیدهای چرب امگا سه به‌ترتیب، میزان امگا سه 31/29 درصد، مدت زمان نگهداری 40 روز، درصد SOR (100) درصد و نوع سورفاکتانت توئین 80:20 تعیین شدند.

کلیدواژه‌ها

نانوامولسیون؛ اسیدهای چرب غیراشباع؛ امگا سه؛ امولسیفیکاسیون خودبه‌خودی؛ اسانس پونه کوهی ایرانی

مراجع

استاندارد ملی ایران شماره 10494، روغن ها و چربی های گیاهی و حیوانی- اندازه گیری عدد 2- تیوباربیتوریک اسید- به روش مستقیم.

استاندارد ملی ایران شماره 4179، اندازه گیری عدد پراکسید در روغن ها و چربی های خوراکی.

مساح، م، 1392. بررسی ویژگی های کلوئیدی نانوامولسیون های حاوی آلفاتوکوفرول تولید شده با استفاده از روش کم انرژی بر پایه سورفاکتانت. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز.

نیک نیا، ن؛ قنبرزاده، ب؛ همیشه کار، ح؛ رضایی مکرم، ر، 1392. تهیه و ارزیابی نانوامولسیون های خوراکی ویتامین E با روش خودبه خودی. مجله علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران. 8، 65-51.

وثوق، ا؛ خمیری، م؛ کاشانی نژاد، م؛ جعفری، م، 1388. ماندگاری بیفیدوباکتریوم لاکتیس و لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس در دوغ حاوی عصاره کاکوتی. مجله علوم و صنایع غذایی ایران، دوره 6، شماره 23، 77-85.

Al-bayati, F. A. 2009. Isolation and identification of antimicrobial compound from Mentha longifolia L. leaves grown wild in Iraq. Annals of Clinical Microbiology and Antimicrobials, 8, 20.

Alzorqi, I., Ketabchi, M. R., Sudheer, S. and Manickam, S. 2016. Optimization of ultrasound induced emulsification on the formulation of palm-olein based nanoemulsions for the incorporation of antioxidant β-d-glucan polysaccharides. Ultrasonics Sonochemistry, 31, 71-84.

Anandan, C., Nurmatov, U. and Sheikh, A. 2009. Omega 3 and 6 oils for primary prevention of allergic disease: systematic review and meta‐analysis. Allergy, 64, 840-848. Ahn, J.-H., Kim, Y. P., Seo, E. M., Choi, Y. K. and

Kim, H.S. 2008. Antioxidant effect of natural plant extracts on the microencapsulated high oleic sunflower oil. Journal of Food Engineering, 84, 327-334.

Anandrao, W. P. 2014. Process Optimization for the preparation of Micro/Nanoemulsion of Curcumin Using High speed Homogenizer. NDRI, Karnal.

Berton, C., Ropers, M. H., Bertrand, D., Viau, M., and Genot, C. 2012. Oxidative stability of oil-in-water emulsions stabilised with protein or surfactant emulsifiers in various oxidation conditions. Food Chemistry, 131(4), 1360-1369.

Chanda, H., Das, P., Chakraborty, R., and Ghosh, A. 2011. Development and evaluation of liposomes of fluconazole. J Pharm Biomed Sci, 5(27), 1-9.

Chen, H., Guan, Y., and Zhong, Q. 2015. Microemulsions based on a sunflower lecithin–Tween 20 blend have high capacity for dissolving peppermint oil and stabilizing coenzyme Q10. Journal of Agricultural and Food Chemistry 63(3), 983-989.

Cheng, Y., Xiong, Y. L., and Chen, J. 201). Antioxidant and emulsifying properties of potato protein hydrolysate in soybean oil-in-water emulsions. Food Chemistry, 120(1), 101-108.

Cheong, A. M., Tan, K. W., Tan, C. P., and Nyam, K. L. 2016. Kenaf (Hibiscus cannabinus L.) seed oil-in-water Pickering nanoemulsions stabilised by mixture of sodium caseinate, Tween 20 and β-cyclodextrin. Food Hydrocolloids, 52, 934-941.

Chiesa, M., Garg, J., Kang, Y. T., and Chen, G. 2008. Thermal conductivity and viscosity of water-in-oil nanoemulsions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 326(1-2), 67-72.

Dickinson, E., Golding, M., and Povey, M. J. 1997. Creaming and flocculation of oil-in-water emulsions containing sodium caseinate. Journal of colloid and interface science, 185(2), 515-529.

Dłużewska, E., Stabiecka, A., and Maszewska, M. 2006. Effect of oil phase concentration on rheological properties and stability of beverage emulsion. Acta Scientiarum Polonorum Technologia Alimentaria, 5(2), 147-156.

Donnelly, J. L., Decker, E. A., and McClements, D. J. 1998. Iron‐Catalyzed Oxidation of Menhaden Oil as Affected by Emulsifiers. Journal of Food Science, 63(6), 997-1000.

Esfanjani, A., Jafari, S.M., Assadpour, E. 2017. Preparation of a multiple emulsion based on pectin-whey protein complex for encapsulation of saffron extract nanodroplets. Food Chemistry,221,1962-1969.

Freeman, M. P., Hibbeln, J. R., Wisner, K. L., Davis, J. M., Mischoulon, D., Peet, M., and Stoll, A. L. 2006. Omega-3 fatty acids: evidence basis for treatment and future research in psychiatry. Journal of Clinical psychiatry, 67(12), 1954.

Gadkari, P. V., and Balaraman, M. 2015. Extraction of catechins from decaffeinated green tea for development of nanoemulsion using palm oil and sunflower oil based lipid carrier systems. Journal of Food Engineering, 147, 14-23.

Ganesan, B., Brothersen, C., and McMahon, D. J. (2014). Fortification of foods with omega-3 polyunsaturated fatty acids. Critical reviews in food science and nutrition, 54(1), 98-114.

 

Ghosh, V., Mukherjee, A., and Chandrasekaran, N. 2014. Eugenol-loaded antimicrobial nanoemulsion preserves fruit juice against, microbial spoilage. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 114, 392-397.

Gulotta, A., Saberi, A. H., Nicoli, M. C., and McClements, D. J. 2014. Nanoemulsion-based delivery systems for polyunsaturated (ω-3) oils: formation using a spontaneous emulsification method. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 62(7), 1720-1725.

Hu, Q., Gerhard, H., Upadhyaya, I., Venkitanarayanan, K., and Luo, Y. 2016. Antimicrobial eugenol nanoemulsion prepared by gum arabic and lecithin and evaluation of drying technologies. International Journal of Biological Macromolecules, 87, 130-140.

Jafari, S. M., Assadpoor, E., He, Y., and Bhandari, B. 2008. Encapsulation efficiency of food flavours and oils during spray drying. Drying Technology, 26(7), 816-835.

Jafari, S. M., He, Y., and Bhandari, B. 2007. Encapsulation of nanoparticles of d-limonene by spray drying: role of emulsifiers and emulsifying techniques. Drying Technology, 25(6), 1069-1079.

Lavie, C. J., Milani, R. V., Mehra, M. R., and Ventura, H. O. 2009. Omega-3 polyunsaturated fatty acids and cardiovascular diseases. Journal of the American College of Cardiology, 54(7), 585-594.

Lee, S. J., Choi, S. J., Li, Y., Decker, E. A., and McClements, D. J. 2010. Protein-stabilized nanoemulsions and emulsions: comparison of physicochemical stability, lipid oxidation, and lipase digestibility. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 59(1), 415-427.

Li, J., Solval, K. M., Alfaro, L., Zhang, J., Chotiko, A., Delgado, J. L. B., and Sathivel, S. 2015. Effect of blueberry extract from blueberry pomace on the microencapsulated fish oil. Journal of Food Processing and Preservation, 39(2), 199-206.

Lim, H. K., Tan, C. P., Bakar, J., and Ng, S. P. 2012. Effects of different wall materials on the physicochemical properties and oxidative stability of spray-dried microencapsulated red-fleshed pitaya (Hylocereus polyrhizus) seed oil. Food and Bioprocess Technology, 5(4), 1220-1227.

Maki, K. C., Yurko-Mauro, K., Dicklin, M. R., Schild, A. L., and Geohas, J. G. 2014. A new, microalgal DHA-and EPA-containing oil lowers triacylglycerols in adults with mild-to-moderate hypertriglyceridemia. Prostaglandins, Leukotrienes and Essential Fatty Acids, 91(4), 141-148.

Mancuso, J. R., McClements, D. J., and Decker, E. A. 1999. The effects of surfactant type, pH, and chelators on the oxidation of salmon oil-in-water emulsions. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 47(10), 4112-4116.

Mancuso, J. R., McClements, D. J., and Decker, E. A. 2000. Iron-accelerated cumene hydroperoxide decomposition in hexadecane and trilaurin emulsions. Journal of agricultural and food chemistry, 48(2), 213-219.

Martin-Diana, A. B., Rico, D., Barat, J. M., and Barry-Ryan, C. 2009. Orange juices enriched with chitosan: Optimisation for extending the shelf-life. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 10(4), 590-600.

McClements, D. J. 2014. Nanoparticle-and microparticle-based delivery systems: Encapsulation, protection and release of active compounds. CRC Press.

McClements, D. J. 2015. Food emulsions: principles, practices, and techniques. CRC press.

McClements, D. J., Decker, E. A., and Weiss, J. 2007. Emulsion‐based delivery systems for lipophilic bioactive components. Journal of Food Science, 72(8).

McClements, D. J., Decker, E. A., and Weiss, J. 2007. Emulsion‐based delivery systems for lipophilic bioactive components. Journal of Food Science, 72(8).

Mex, B. S. Q. 2008. Emulsifying properties of proteins.

Meyer, B. J., Mann, N. J., Lewis, J. L., Milligan, G. C., Sinclair, A. J., and Howe, P. R. 2003. Dietary intakes and food sources of omega‐6 and omega‐3 polyunsaturated fatty acids. Lipids, 38(4), 391-398.

Mohammadi, A., Jafari, S. M., Esfanjani, A. F., and Akhavan, S. 2016. Application of nano-encapsulated olive leaf extract in controlling the oxidative stability of soybean oil. Food chemistry, 190, 513-519.

Molyneux, P. 2004. The use of the stable free radical diphenylpicrylhydrazyl (DPPH) for estimating antioxidant activity. Songklanakarin J. Sci. Technol, 26(2), 211-219.

Nakaya, K., Ushio, H., Matsukawa, S., Shimizu, M., and Ohshima, T. 2005. Effects of droplet size on the oxidative stability of oil‐in‐water emulsions. Lipids, 40(5), 501-507.

Nuchi, C. D., Hernandez, P., McClements, D. J., and Decker, E. A. 2002. Ability of lipid hydroperoxides to partition into surfactant micelles and alter lipid oxidation rates in emulsions. Journal of agricultural and food chemistry, 50(19), 5445-5449.

Nuchi, C. D., McClements, D. J., and Decker, E. A. 2001. Impact of Tween 20 hydroperoxides and iron on the oxidation of methyl linoleate and salmon oil dispersions. Journal of agricultural and food chemistry, 49(10), 4912-4916.

Rao, J., and McClements, D. J. 2012. Food-grade microemulsions and nanoemulsions: Role of oil phase composition on formation and stability. Food hydrocolloids, 29(2), 326-334.

Ribeiro, R. C. D. A., Barreto, S. M. A. G., Ostrosky, E. A., Rocha-Filho, P. A. D., Verissimo, L. M., and Ferrari, M. (2015). Production and characterization of cosmetic nanoemulsions containing Opuntia ficus-indica (L.) mill extract as moisturizing agent. Molecules, 20(2), 2492-2509.

Saarela, M., Lähteenmäki, L., Crittenden, R., Salminen, S., and Mattila-Sandholm, T. 2002. Gut bacteria and health foods—the European perspective. International journal of food microbiology, 78(1-2), 99-117.

Saberi, A. H., Fang, Y., and McClements, D. J. 2013. Effect of glycerol on formation, stability, and properties of vitamin-E enriched nanoemulsions produced using spontaneous emulsification. Journal of colloid and interface science, 411, 105-113.

Saberi, A. H., Fang, Y., and McClements, D. J. 2013. Fabrication of vitamin E-enriched nanoemulsions: factors affecting particle size using spontaneous emulsification. Journal of colloid and interface science, 391, 95-102.

Saberi, A. H., Fang, Y., and McClements, D. J. 2014. Stabilization of vitamin E-enriched mini-emulsions: Influence of organic and aqueous phase compositions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 449, 65-73.

Silva, H. D., Cerqueira, M. A., and Vicente, A. A. 2015. Influence of surfactant and processing conditions in the stability of oil-in-water nanoemulsions. Journal of Food Engineering, 167, 89-98.

Tan, T. B., Yussof, N. S., Abas, F., Mirhosseini, H., Nehdi, I. A., and Tan, C. P. 2016. Forming a lutein nanodispersion via solvent displacement method: the effects of processing parameters and emulsifiers with different stabilizing mechanisms. Food chemistry, 194, 416-423.

Topuz, O. K., Özvural, E. B., Zhao, Q., Huang, Q., Chikindas, M., and Gölükçü, M. 2016. Physical and antimicrobial properties of anise oil loaded nanoemulsions on the survival of foodborne pathogens. Food chemistry, 203, 117-123.

Valero, M., and Frances, E. 2006. Synergistic bactericidal effect of carvacrol, cinnamaldehyde or thymol and refrigeration to inhibit Bacillus cereus in carrot broth. Food Microbiology, 23(1), 68-73.

Venkadesaperumal, G., Rucha, S., Sundar, K., and Shetty, P. H. 2016. Anti-quorum sensing activity of spice oil nanoemulsions against food borne pathogens. LWT-Food Science and Technology, 66, 225-231.

Walker, R., Decker, E. A., and McClements, D. J. 2015. Development of food-grade nanoemulsions and emulsions for delivery of omega-3 fatty acids: opportunities and obstacles in the food industry. Food and Function, 6(1), 41-54.

Xia, S., and Xu, S. 2005. Ferrous sulfate liposomes: preparation, stability and application in fluid milk. Food research international, 38(3), 289-296.

Zhang, Y., Tan, C., Abbas, S., Eric, K., Zhang, X., Xia, S., and Jia, C. 2014. The effect of soy protein structural modification on emulsion properties and oxidative stability of fish oil microcapsules. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 120, 63-70.

Zhong, J., Yang, R., Cao, X., Liu, X., and Qin, X. 2018. Improved Physicochemical Properties of Yogurt Fortified with Fish Oil/γ-Oryzanol by Nanoemulsion Technology. Molecules, 23(1), 56.