بررسی تاثیر غلظت نانوذره و محتوای روغن بر پایداری فیزیکی امولسیون پیکرینگ پایدار شده توسط نانوذرات کیتوزان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مواد و طراحی صنایع غذایی، دانشکده صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 دانشکده صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

3 استاد، گروه مهندسی مواد و طراحی صنایع غذایی، دانشکده صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

4 دانشیار، گروه نانوپزشگی، دانشکده داروسازی، دانشگاه استراسبورگ، استراسبورگ، فرانسه

چکیده

در سال‌های اخیر تهیه امولسیون پیکرینگ به دلیل گستره وسیعی از کاربردهای آن در صنایع غذایی، دارویی و آرایشی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. هدف از این پژوهش تهیه امولسیون پیکرینگ روغن در آب پایدار شده با نانوذرات کیتوزان و بررسی تأثیر غلظت نانوذره و محتوای روغن بر پایداری فیزیکی امولسیون تهیه شده بود. ابتدا نانوذرات کیتوزان با استفاده از روش ژل شدن یونی تشکیل شدند. مورفولوژی، توزیع اندازه ذره، ترشوندگی و طیف FTIR نانوذرات تعیین شد. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی، تشکیل نانوذرات نسبتا کروی شکل با متوسط اندازه 1±69 نانومتر را نشان داد. همچنین نتایج طیف FTIR و ترشوندگی تشکیل نانوذرات را اثبات کرد. در مرحله دوم امولسیون‌های پیکرینگ در سه سطح غلظت 45/0، 60/0 و 75/0 درصد نانوذرات کیتوزان و نسبت‌های 20،10 و 30 درصد روغن به آب تهیه شدند. نتایج نشان-دهنده تأثیر معنی‌دار غلظت نانوذره و محتوای روغن بر پایداری فیزیکی امولسیون بود. اندازه قطرات، کوالسنس و شاخص خامه‌ای شدن در یک نسبت ثابت روغن به آب با افزایش غلظت نانوذره کاهش یافت. درحالی‌که محتوای روغن بر خواص امولسیون‌های تهیه شده با غلظت‌های مختلف نانوذره تاثیر متفاوتی داشت.

چکیده تصویری

بررسی تاثیر غلظت نانوذره و محتوای روغن بر پایداری فیزیکی امولسیون پیکرینگ پایدار شده توسط نانوذرات کیتوزان

تازه های تحقیق

  • اثر غلظت نانوذره و محتوای روغن بر روی پایداری فیزیکی امولسیون بررسی شد.
  • اندازه قطرات امولسیون، کوالسنس و شاخص خامه­ای شدن با افزایش غلظت نانوذره به طور چشمگیری کاهش یافت.
  • محتوای روغن بر خواص امولسیون­های تهیه شده با غلظت­های مختلف نانوذره تاثیر متفاوتی داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of nanoparticle concentration and oil content on the physical stability of Pickering emulsion stabilized by chitosan nanoparticles

نویسندگان [English]

  • fatemeh heidari dalfard 1
  • Aman Mohammad Ziaiifar 2
  • Seid Mahdi Jafari 3
  • Nicolas Anton 4
1 Department of Food Materials and Process Design Engineering, Faculty of Food Science and Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
2 Food Process Engineering Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources, Iran
3 3- Professor, Department of Food Materials and Process Design Engineering, Faculty of Food Science and Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
4 Associate Professor, Department of Nanomedicine, Faculty of Pharmacy, University of Strasbourg, Strasbourg, France
چکیده [English]

Recently, the preparation of Pickering emulsion has attracted particular attention due to its wide range of applications in various industries, including the food and pharmaceutical industries. The present study aimed to prepare a Pickering emulsion stabilized with Chitosan nanoparticles (CSNPs) and investigate the effect of nanoparticle concentration and oil content on physical stability. First, the nanoparticles were prepared by the ionic gelation technique. Then, morphology, particle size distribution, wettability, Fourier-transform infrared (FTIR) spectra of nanoparticles were determined. FSEM results revealed that the nanoparticles are predominantly spherical, with an average size of 69 ±1nm. Also, the results of the FTIR spectrum analysis and wettability confirmed the formation of nanoparticles. In the second stage, emulsions were prepared at different concentrations of CSNPs (0.45, 0.6, and 0.75% w/v) and the ratio of oil to the aqueous phase (10, 20, and 30%). The results revealed that nanoparticle concentration and oil content had a significant effect on emulsion physical stability. In a fixed oil volume fraction, physical stability increases with the increase of nanoparticles' concentration. In contrast, the oil content showed different effects on the properties of emulsions prepared with different concentrations of nanoparticles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chitosan nanoparticles
  • Pickering emulsion
  • "
  • Physical stability"
 
 [1] Dickinson, E. (2010). Food emulsions and foams: Stabilization by particles. Current Opinion in Colloid & Interface Science., 15(1-2), 40-49.
 [2] Tavernier, I., Wijaya, W., Van der Meeren, P., Dewettinck, K., & Patel, A. R. (2016). Food-grade particles for emulsion stabilization. Trends in Food Science & Technology., 50, 159-174.
 [3] Yang, Y., Fang, Z., Chen, X., Zhang, W., Xie, Y., Chen, Y., ... & Yuan, W. (2017). An overview of Pickering emulsions: solid-particle materials, classification, morphology, and applications. Frontiers in pharmacology., 8, 287.
[4] Binks, B. P. (2002). Particles as surfactants—similarities and differences. Current opinion in colloid & interface science., 7(1-2), 21-41.
[5] Mwangi, W. W., Lim, H. P., Low, L. E., Tey, B. T., & Chan, E. S. (2020). Food-grade Pickering emulsions for encapsulation and delivery of bioactives. Trends in Food Science & Technology., 100, 320-332.
[6] Patel, A. R. (2020). Functional and engineered colloids from edible materials for emerging applications in designing the food of the future. Advanced Functional Materials., 30(18), 1806809.
[7] Dickinson, E. (2020). Advances in food emulsions and foams: reflections on research in the neo-Pickering era. Current Opinion in Food Science., 33, 52-60.
[8] Lim, H. P., Ho, K. W., Singh, C. K. S., Ooi, C. W., Tey, B. T., & Chan, E. S. (2020). Pickering emulsion hydrogel as a promising food delivery system: Synergistic effects of chitosan Pickering emulsifier and alginate matrix on hydrogel stability and emulsion delivery. Food Hydrocolloids., 103, 105659.
 [9] Sharkawy, A., Casimiro, F. M., Barreiro, M. F., & Rodrigues, A. E. (2020). Enhancing trans-resveratrol topical delivery and photostability through entrapment in chitosan/gum Arabic Pickering emulsions. International journal of biological macromolecules., 147, 150-159.
[10] Rinaudo, M., Auzely, R., Vallin, C., & Mullagaliev, I. (2005). Specific interactions in modified chitosan systems. Biomacromolecules., 6(5), 2396-2407.
[11] Berger, J., Reist, M., Mayer, J. M., Felt, O., Peppas, N. A., & Gurny, R. (2004). Structure and interactions in covalently and ionically crosslinked chitosan hydrogels for biomedical applications. European journal of pharmaceutics and biopharmaceutics., 57(1), 19-34.
[12] Zhou, Y., Sun, S., Bei, W., Zahi, M. R., Yuan, Q., & Liang, H. (2018). Preparation and antimicrobial activity of oregano essential oil Pickering emulsion stabilized by cellulose nanocrystals. International journal of biological macromolecules., 112, 7-13.
[13] Aveyard, R., Binks, B. P., & Clint, J. H. (2003). Emulsions stabilised solely by colloidal particles. Advances in Colloid and Interface Science., 100, 503-546.
[14] Dammak, I., & do Amaral Sobral, P. J. (2018). Formulation optimization of lecithin-enhanced pickering emulsions stabilized by chitosan nanoparticles for hesperidin encapsulation. Journal of Food Engineering, 229, 2-11.
[15] Mwangi, W. W., Ho, K. W., Ooi, C. W., Tey, B. T., & Chan, E. S. (2016). Facile method for forming ionically cross-linked chitosan microcapsules from Pickering emulsion templates. Food Hydrocolloids, 55, 26-33.
[16] Ribeiro, E. F., de Barros-Alexandrino, T. T., Assis, O. B. G., Junior, A. C., Quiles, A., Hernando, I., & Nicoletti, V. R. (2020). Chitosan and crosslinked chitosan nanoparticles: Synthesis, characterization and their role as Pickering emulsifiers. Carbohydrate Polymers, 250, 116878.
 
[17] Calvo, P., Remunan‐Lopez, C., Vila‐Jato, J. L., & Alonso, M. J. (1997). Novel hydrophilic chitosan‐polyethylene oxide nanoparticles as protein carriers. Journal of applied polymer science., 63(1), 125-132.
[18] Shah, B. R., Li, Y., Jin, W., An, Y., He, L., Li, Z., ... & Li, B. (2016). Preparation and optimization of Pickering emulsion stabilized by chitosan-tripolyphosphate nanoparticles for curcumin encapsulation. Food Hydrocolloids, 52, 369-377.
[19] Tan, Y., Xu, K., Niu, C., Liu, C., Li, Y., Wang, P., & Binks, B. P. (2014). Triglyceride–water emulsions stabilised by starch-based nanoparticles. Food Hydrocolloids., 36, 70-75.
[20] Wen, C., Yuan, Q., Liang, H., & Vriesekoop, F. (2014). Preparation and stabilization of d-limonene Pickering emulsions by cellulose nanocrystals. Carbohydrate polymers., 112, 695-700.
[21] Xiao, J., Gonzalez, A. J. P., & Huang, Q. (2016). Kafirin nanoparticles-stabilized Pickering emulsions: Microstructure and rheological behavior. Food Hydrocolloids, 54, 30-39.
 
[22] Yan, H., Chen, X., Song, H., Li, J., Feng, Y., Shi, Z., ... & Lin, Q. (2017). Synthesis of bacterial cellulose and bacterial cellulose nanocrystals for their applications in the stabilization of olive oil pickering emulsion. Food Hydrocolloids., 72, 127-135.
[23] Khoshakhlagh, K., Koocheki, A., Mohebbi, M., & Allafchian, A. (2017). Development and characterization of electrosprayed Alyssum homolocarpum seed gum nanoparticles for encapsulation of d-limonene. Journal of colloid and interface science., 490, 562-575.
 [24] Karlberg, M., Thuresson, K., & Lindman, B. (2005). Hydrophobically modified ethyl (hydroxyethyl) cellulose as stabilizer and emulsifying agent in macroemulsions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects., 262(1-3), 158-167.
[25] Li, J., Xu, X., Chen, Z., Wang, T., Lu, Z., Hu, W., & Wang, L. (2018). Zein/gum Arabic nanoparticle-stabilized Pickering emulsion with thymol as an antibacterial delivery system. Carbohydrate polymers, 200, 416-426.