پژوهشگران ایرانی چهار ترکیب زیست فعال مدل را تولید و به منظور کاهش اندازه‌ی نانوذرات تولید شده از برهمکنش بین بتالاکتوگلوبولین و پلی‌ساکارید آلژینات سدیم، استفاده کردند.
تولید سیستم‌های تحویل سبز برای غنی‌سازی نوشیدنی‌ها
پژوهشگران ایرانی چهار ترکیب زیست فعال مدل را با استفاده از برهمکنش‌های جاذب بین بتالاکتوگلوبولین و چهار پلی‌ساکارید آنیونی نانوپوشانی کرده و به منظور کاهش اندازه‌ی نانوذرات تولید شده از برهمکنش بین بتالاکتوگلوبولین و پلی‌ساکارید آلژینات سدیم، این پلی‌ساکارید را تحت تأثیر تیمار ماوراء صوت استفاده کردند. نتایج این طرح در صنایع نوشیدنی‌ها و صنایع داروئی دارای کاربرد است.
بسیاری از ترکیبات فراویژه‌ی سودمند همانند کاروتنوئیدها، ویتامین‌های محلول در چربی و اغلب ترکیبات فنولی چربی‌دوست هستند. ماهیت آب‌گریز این ترکیبات افزودن آنها را به درون غذاها و نوشیدنی‌های مایع فاقد چربی (به ویژه انواع شفاف) تقریباً غیرممکن می‌سازد. در این رساله چهار ترکیب زیست فعال مدل شامل کورکومین، ویتأمین D، اسید فولیک و بتاکاروتن با استفاده از برهمکنش‌های جاذب بین بتالاکتوگلوبولین و چهار پلی‌ساکارید آنیونی شامل آلژینات سدیم، صمغ عربی، کربوکسی متیل سلولز و کاپاکاراگینان نانوپوشانی شدند. در این تحقیقات به منظور کاهش اندازه‌ی نانوذرات تولید شده از برهمکنش بین بتالاکتوگلوبولین و پلی‌ساکارید آلژینات سدیم، این پلی‌ساکارید تحت تأثیر تیمار ماوراء صوت قرار گرفت. سپس برهمکنش‌های پروتئین با این پلی‌ساکارید (قبل و بعد از تیمار ماوراء صوت) با استفاده از روش‌های گرماسنجی عیارسنجی هم‌دما، آشکارساز جریان پیوسته، اندازه‌گیری کدورت، تفرق نور پویا و تحرک الکتروفورزی مورد بررسی قرار گرفتند.
سید محمد هاشم حسینی فارغ التحصیل مقطع دکتری با مدرک مشترک در رشته‌ی علوم و مهندسی صنایع غذایی و همچنین علوم زیستی کاربردی به ترتیب از دانشگاه تهران و دانشگاه گِنت بلژیک، در مورد این تحقیقات توضیح داد: «مراحل انجام این رساله به ترتیب شامل آماده‌سازی محلول‌ها، تیمار ماوراء صوت محلول آلژینات سدیم و کاپاکاراگینان، اندازه‌گیری گرانروی ذاتی و ظاهری، کدورت‌سنجی در مقادیر مختلف pH، گرماسنجی عیارسنجی هم‌دما (ITC)، آشکارساز جریان پیوسته (SCD)، تشکیل کمپلکس بین پروتئین و پلی‌ساکارید (تولید نانوذرات)، توصیف کمپلکس‌ها شامل اندازه‌گیری کدورت، آنالیز توزیع اندازه و بار سطحی ذرات، ریخت‌شناسی ذرات با استفاده از میکروسکوپ نوری تمایز فاز، بررسی میزان اتصال ترکیبات زیست فعال به پروتئین، بررسی اتصال لیگاندها به پروتئین با استفاده از NMR، نانوپوشانی ترکیبات فراویژه و تجزیه و تحلیل آماری بودند.»
در این مطالعه از ویژگی ترابری ذاتی بتالاکتوگلوبولین در انتقال مواد مغذی برای ایجاد سیستم‌های تحویل سبز (بی‌خطر) با ابعاد نانومتر بهره گرفته شد. سیستم‌های تحویل ایجاد شده با ابعاد نانومتر امکان غنی‌سازی نوشیدنی‌های شفاف را با ترکیبات آب‌گریز و بدون نیاز به امولسیفایر فراهم نمودند.
در این رساله از مکانیزم «از پائین به بالا» یا “bottom up” برای تولید نانوذرات محلولِ حاصل از برهمکنش جاذب بین بتالاکتوگلوبولین و پلی‌ساکارید آنیونی بهره گرفته شد. هسته پروتئینی ترکیب زیست فعال را در برگرفته و حضور یک لایه پلی ساکارید در اطراف هسته پروتئینی سبب محافظت بیشتر از ترکیب زیست فعال و ایجاد یک ساختار هسته – پوسته پایدار در برابر ترسیب می‌شد (شکل ۱).
شکل ۱
حسینی در مورد نتایج این تحقیقات گفت: « تیمار ماوراء صوت با شدت بالا به طور مؤثری گرانروی دیسپرسیون پلی‌ساکارید را کاهش داد. زمان و شدت تیمار ماوراء صوت بر روی کاهش گرانروی اثر مثبت داشتند، اما دمای تیمار ماوراء صوت دارای اثر معکوس بود. اندازه‌گیری‌های گرماسنجی عیارسنجی هم‌دما نشان دادند که تیمار ماوراء صوت قدرت برهمکنش و یا میزان گرایش به اتصال بین پروتئین و پلی‌ساکارید را کاهش می‌دهد. بار سطحی نانوذرات تولید شده از برهمکنش پلی‌ساکارید تیمار شده – بتالاکتوگلوبولین کمتر از بار سطحی نانوذرات حاصل از برهمکنش پلی‌ساکارید تیمار نشده – پروتئین بود. این اختلافات به چگالی بار کمتر پلی‌ساکارید تیمار شده در نتیجه‌ی برهمکنش‌های صوت- شیمیائی نسبت داده شدند. اندازه‌گیری توزیع اندازه‌ی ذرات نشان داد که تأثیر تیمار ماوراء صوت همگن نمودن نانوذرات در دیسپرسیون ترکیبی بوده است. نتایج آنالیزهای بار سطحی و تفرق نور پویا همچنین ثابت نمودند که ویژگی‌های نانوذرات بیوپلیمری تشکیل شده به شدت وابسته به نوع پلی‌ساکارید و غلظت آن بودند. نانوکمپلکسهای محلول تشکیل شده پایداری مناسبی در برابر انبوهه شدن داشتند (شکل ۲).»
شکل ۲
وی ادامه داد: « در ادامه‌ی این رساله آنالیز اتصال نشان داد که تشکیل کمپلکس بین پروتئین و ترکیبات زیست فعال در تمام شرایط مورد بررسی روی داده اما میزان آن تابعی از pH و نوع ماده‌ی فراویژه بوده است. آزمایشات اسپکتروسکوپی فلورسانس و رزونانس مغناطیسی هسته‌ی اتم هیدروژن نتایجی مکمل یکدیگر در برهمکنش‌های پروتئین – لیگاند ارائه نمودند. این یافته‌ها به طراحی سیستم‌های تحویل با مقیاس نانومتر برای درون‌پوشانی ترکیبات زیست فعال آب‌دوست و آب‌گریز در محصولات غذایی شفاف مایع با pH اسیدی منتهی شد. نتایج آزمایشات پایداری نشان دادند که ترکیبات فراویژه‌ی با حلالیت کم در آب به طور موفقیت‌آمیزی درون نانوکمپلکسهای پایدار الکترواستاتیکی حاصل از برهمکنش‌های پروتئین – پلی‌ساکارید به دام افتاده بودند (شکل ۳).»
شکل ۳
سرانجام نتایج این مطالعه نشان دادند که سیستم‌های تحویل تشکیل شده با ابعاد نانومتر می‌توانند برای اهداف غنی‌سازی نوشیدنی‌های اسیدی شفاف با ترکیبات زیست فعال انحلال‌ناپذیر بدون کوچکترین نیازی به استفاده از امولسیفایر مورد استفاده قرار گیرند. این طرح در صنایع نوشیدنی‌ها و صنایع داروئی دارای کاربرد است.
نتایج این کار تحقیقاتی که به دست دکتر سید محمد هاشم حسینی و همکاران وی صورت گرفته است، در مجله Food Hydrocolloids (جلد ۳۲، شماره ۲، آگوست سال۲۰۱۳، صفحات ۲۳۵–۲۴۴) منتشرشده است.
