وبلاگ
نانوکپسولاسیون
نانوکپسولاسیون، فرآیندی است که در آن مواد با استفاده از نانوامولسیونسازی، نانوساختارسازی یا نانوکامپوزیتها در ساختارهای کوچک کپسوله میشوند تا امکان رهاسازی کنترلشده هسته فراهم شود. در نانوکپسولاسیون نانوذرات جامد، مایع یا گاز، به عنوان هسته یا ماده فعال نانوکپسول درون یک پوسته بستهبندی میشود تا نانوکپسولها تشکیل شوند. پوسته، از هسته در شرایط نامطلوب احتمالی محافظت میکند و این محافظت بسته به ویژگیهای محصول مورد نظر میتواند دائمی یا موقتی باشد. پوسته محافظ از طیف گستردهای از ترکیبات، از جمله پروتئینها، پلیساکاریدها، چربیها، لیپوزومها، بیوپلیمرها، کوپلیمرها، میسلها، ارگانوژلها، دندریمرها، نانوذرات جامد، نانوذرات پلیمری، سیستمهای امولسیونی و ذرات فلزی-آلی تشکیل می شود.
عملکرد و ویژگی ها
پوسته محافظ نانوکپسولها میتواند آزادسازی هسته را کنترل کند و بهتر است آزادسازی بصورت با تأخیر یا آزادسازی تدریجی باشد. آزادسازی با تأخیر کاربردهای متعددی در صنعت مواد غذایی، مانند به تعویق انداختن زمان آزادسازی طعم یا محافظت از ترکیبات مغذی هسته دارد. رهاسازی با تاخیر برای رهاسازی نانوکپسول ها در زمان و مکان دلخواه استفاده می شود. به عنوان مثال، میتواند انتقال پلیمورفیک α به β را به تأخیر بیندازد تا از تجمع ذرات در طول تولید سوسپانسیونهای پایدار نانوذرات لیپیدی جامد جلوگیری کند.
رهاسازی تدریجی برای افزایش مدت زمان در دسترس بودن مواد کپسوله شده استفاده میشود. نمونهای از رهاسازی تدریجی، کپسوله کردن منتول و زایلیتول (یک شیرینکننده) است که مدت زمان احساس خنکی محصولات نعناع، مانند آدامس، را افزایش میدهد. در طول جویدن آدامس، کپسولها به تدریج آزاد میشوند تا طعم ثابتی را ارائه دهند. کاربردهای بالقوه زیادی برای این فناوری در غذاها و نوشیدنیها (به عنوان مثال، مکملهای غذایی خوراکی) وجود دارد.
در نانوکپسولهسازی، بارگذاری عوامل ضدمیکروبی در حاملهای مربوطه و کاهش اندازه آنها به مقیاس نانو، دو مرحله اصلی هستند. نانوکپسولهسازی به تثبیت ترکیبات بسیار ناپایدار، افزایش حلالیت و فراهمی زیستی آنها، تضمین آزادسازی کنترلشده و جذب بالا کمک میکند. و در عین حال از آنها در برابر استرس محیطی و برهمکنشهای نامطلوب با اجزای غذایی محافظت میکند. آنها همچنین در مقایسه با ذرات بزرگ، سطح بالاتری را برای ذرات بارگذاریشده فراهم میکنند.
بارگذاری ترکیبات زیستفعال، مانند AMPها، در نانوحاملهای مناسب با اشکال متنوع، مانند نانوکرهها، نانوکپسولها، نانوپوستهها، نانومیلهها، نانوفیبرها و نانوخوشهها، از ویژگیهای عالی سیستمهای نانوکپسولهسازی است. این نانوحاملها به عنوان پوسته عمل میکنند و ترکیبات فعال را درون خود حمل میکنند. نانوحاملهای طبیعی و مشتقشده از مواد غذایی متنوعی وجود دارند که نقش مهمی در بستهبندی فعال ایفا میکنند. با توجه به کاربرد، نانوکپسولاسیونهای مختلفی مانند (لیپوزومها، نانوذرات، میسلها، نانوامولسیونها) مورد استفاده قرار میگیرد.
لیپوزومها
برای کپسولهسازی AMP ها (antimicrobial peptides)، نانوحاملهای مبتنی بر لیپید، مانند لیپوزومها، کاربرد دارند. آنها به طور گسترده در سیستمهای نانوکپسولهسازی استفاده میشوند و به دلیل پتانسیل بالایشان، سودمند هستند. آنها میتوانند ترکیبات لیپوفیلیک و هیدروفیلیک را کپسوله کنند. و با اکثر ترکیبات غذایی سازگار هستند، قابلیت هدفگیری بالایی دارند و به تولید مواد طبیعی با درجه غذایی بدون ایجاد اثرات نامطلوب کمک میکنند. برای بستهبندی فعال، نانوحاملهای مبتنی بر لیپید نقش مهمی ایفا میکنند و به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند. آنها دارای شکل کروی با حداقل یک لایه لیپیدی هستند و عمدتاً از فسفولیپیدها با انتهای آبدوست و لیپوفیلیک تشکیل می شود.
برای مرتب کردن فسفولیپیدها در آب، انرژی زیادی لازم است. روشهای زیادی برای تأمین مصنوعی چنین انرژی وجود دارد، مانند سونیکاسیون. پروب تیتانیومی سونیکاتور انرژی کافی برای تشکیل نانولیپوزومها را فراهم میکند. اکستروژن روش دیگری است که برای تولید نانولیپوزومها استفاده میشود. در این روش، فیلترهای پلیکربنات اندازه منافذی را که لیپوزومها مجبور به تبدیل شدن به لیپوزومهای نانومقیاس میشوند، تعریف میکنند. تکنیک دیگر، میکروفلوئیدیزاسیون است که به دلیل مزایای آن، مانند تولید نانولیپوزومها در مقیاس بزرگ، راندمان بالای کپسولهسازی و کاهش حلالهای مضر، به طور گسترده در مقیاس صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد.
امولسیونها
امولسیونها و نانوامولسیونها از دیگر سیستمهای رایج نانوکپسولهسازی مبتنی بر لیپید هستند. اینها از دو مایع غیرقابل امتزاج، آب و روغن، تشکیل می شوند. از امولسیفایرها برای تثبیت آنها به عنوان نانوحامل برای بستهبندی فعال استفاده میشود. انتخاب، روش تولید و ماهیت آنها به نوع ترکیب زیست فعال یا AMPها (antimicrobial peptides) و پایداری آنها بستگی دارد. امولسیونهای آب-روغن، عوامل ضدمیکروبی آبدوست مناسبی هستند و امولسیونهای روغن-آب برای ضدمیکروبیهای لیپوفیل مناسب میباشند.
بیوپلیمرهای مختلفی مانند کازئینات سدیم، ژلاتین، سویا، کیتوزان، پکتین، مالتودکسترین و صمغهایی مانند صمغ گوار، مصطکی و صمغ استوراکس برای بارگذاری عوامل ضدمیکروبی جهت ساخت امولسیونها استفاده میشوند. کمپلکسهای بیوپلیمرها، مانند پلیساکاریدها و پروتئینها، نیز برای ایجاد امولسیونها جهت کپسوله کردن ترکیبات زیست فعال استفاده میشوند. در صنایع غذایی، از تکنیکهای مختلفی استفاده میشود که انرژی خارجی بالایی را برای نانوکپسوله کردن AMPها فراهم میکنند. این فناوریها شامل اولتراسونیک و همگنسازهای مختلف میشوند.
کاربردها
نانوکپسولاسیون در محافظت از مواد در برابر تبخیر، اکسیداسیون، واکنشهای ناشی از نور و تخریب ناشی از قرار گرفتن در معرض گرما و رطوبت، پوشاندن طعم نامطلوب و بهبود حلالیت و ویژگیهای حسی کاربرد دارد. نمونههایی از نانوکپسولاسیونها در کاربردهای فعلی شامل یک هسته حاوی مواد فعال مانند داروها، عطرها، زیستکشها، ویتامینها و غیره است. نانو کپسولاسیون همچنین در مکملهای غذایی برای پوشاندن طعمهای نامطلوب، افزایش فراهمی زیستی و امکان پراکندگی مکملهای نامحلول بدون نیاز به امولسیفایرها یا سورفکتانتها کاربرد دارد. استفاده از مولکولهای لیپیدی در نانوکپسولاسیون با افزایش فراهمی زیستی و حلالیت و در عین حال حذف تعاملات ناخواسته با سایر اجزای غذایی، پتانسیل آنتیاکسیدانی را بهبود می بخشد.
بسیاری از مواد مغذی و ترکیبات غذایی زیست فعال دارای خواص آبگریزی هستند و همچنین میتوانند طعم نامطلوبی داشته باشند. نمونههایی از این ترکیبات شامل ویتامینهای نامحلول در آب، ترکیبات فنلی و اسیدهای چرب ضروری هستند که برای بدن انسان ضروری هستند. به دلیل اثرات آبگریزی، این ترکیبات نامحلول به سختی با مواد آبی مخلوط میشوند و استفاده از آنها را در کاربردهای متنوع محصول محدود میکنند. به عنوان مثال، ترکیبات فنلی به دلیل ناپایداری در حضور گرما و نور، و ایجاد طعم تلخ نامطلوب، کاربرد آنها در صنایع غذایی محدود است. نانوکپسولاسیون پتانسیل بهبود پایداری و یا پوشاندن طعم ناخوشایند ترکیبات فنلی را دارد.
نانوکپسولاسیون مکانیسم به دام انداختن فیزیکی ترکیبات مسئول ایجاد بوها و طعمهای نامطلوب را فراهم می کند. زیرا میتوان لایه بیرونی را طوری مهندسی کرد که در مراحل اولیه مصرف در برابر محیط مقاوم باشد، به طوری که مصرفکنندگان بتوانند محصول را بدون هیچ گونه احساس ناخوشایندی مصرف کنند. این مکانیسم میتواند مفید باشد زیرا کاهش طعمهای نامطلوب میتواند به افزایش مصرف ترکیبات مفید مانند پلیفنولها، روغنهای ضروری و روغن ماهی کمک کند. به این ترتیب، میتوان این ترکیبات ضروری یا مفید را به محصولات غذایی اضافه کرد، بدون اینکه تغییر بالقوهای در طعم ایجاد شود.