عنوان

نانوریزپوشانی فراکسیون¬های پپتیدی زیست فعال حاصل از هیدرولیز آنزیمی پروتئین جلبک سبز-آبی (Spirulina platensis) درون پرولیپوزوم¬های چندلایه و کاربرد آن در فرمولاسیون پاستیل فراسودمند

شماره

پ۲۹۳۵۲

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

نانوریزپوشانی فراکسیون¬های پپتیدی زیست فعال حاصل از هیدرولیز آنزیمی پروتئین جلبک سبز-آبی (Spirulina platensis) درون پرولیپوزوم¬های چندلایه و کاربرد آن در فرمولاسیون پاستیل فراسودمند

نام نخستين پديدآور

زهرا اکبربگلو

نام ناشر، پخش کننده و غيره

کشاورزی

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۴۰۲

نام خاص و کميت اثر

۱۱۴ص.

مواد همراه اثر

سی دی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

دکتری

نظم درجات

علوم و مهندسی صنایع غذایی گرایش فناوری مواد غذایی

زمان اعطا مدرک

۱۴۰۲/۰۶/۱۹

متن يادداشت

افزایش روزافزون بروز بیماری¬های مرتبط با غذا موجب¬ شده تا پژوهشگران به تولید محصولات غذایی فراسودمند با استفاده از ترکیبات زیست¬ فعال متمرکز شوند. در این بین، پپتیدهای زیست ¬فعال با دارا بودن ویژگی¬های متعدد سلامتی ¬بخش (مانند ویژگی¬های ضد میکروبی، کاهندگی فشارخون، بهبوددهندگی سیستم ایمنی، آنتی¬اکسیدانی، ضد سرطانی، ضد ترومبوز، ضد التهابی، شبه مواد افیونی و ضد دیابت) از اهمیت ویژه¬ای برخوردارند. بنابراین اهداف این مطالعه شامل 3 فاز اصلی بود. در فاز نخست، تاثیر پروتئازهای مختلف (آلکالاز، تریپسین، پانکراتین و پپسین) بر ترکیب اسیدهای آمینه و ویژگی¬های تغذیه-ای، تکنوفانکشنال، آنتی¬اکسیدانی، ساختاری و کنفورماسیونی و همچنین فعالیت ضدباکتریایی پروتئین اسپیرولینا (SP) و هیدرولیزشده¬های آن (SPHS) بررسی شدند. ارزیابی ترکیب اسیدهای آمینه شامل انواع ضروری (30%)، هیدروفوب (44%)، آنتی¬اکسیدان (17%) و نسبت کارایی پروتئین (45/2 PER) حاکی از پتانسیل بالقوه پروتئین اسپیرولینا و هیدرولیزشده¬های آن به عنوان منبع آنتی¬اکسیدان با ویژگی¬های تغذیه¬ای و هضم¬پذیری خوب بود. هیدرولیز آنزیمی با اصلاح ساختار فیزیکوشیمیایی بطورقابل توجهی موجب بهبود ویژگی¬های تکنوفانشنال (حلالیت، امولسیون و کف کنندگی، ظرفیت حفظ آب (WHC) و روغن (OHC)) شد. مقدار این شاخص¬ها نیز تحت تاثیر نوع آنزیم، شرایط اسیدی و قلیایی، درجه و زمان هیدرولیز قرار گرفتند. بیشترین فعالیت آنتی¬اکسیدانی پروتئین اسپیرولینا و هیدرولیزشده¬های آن شامل TEAC (Mm 47/1- 56/2)، DPPH (%6/68-8/24)، OH (%2/76-5/36) ، نیتریک اکسید (%5/28-1/9)، قدرت احیاءکنندگی (16/1-73/0)، آنتی¬اکسیدان کل (85/1-87/0)، و شلاته¬کنندگی فلزات انتقالی آهن (%5/73-7/42) و مس (%5/49-5/18) تحت تاثیر نوع آنزیم و غلظت پپتیدها قرار گرفتند. هیدرولیز آنزیمی، شرایط حرارتی و اسیدی موجب تغییرات گسترده در ساختارهای ثانویه (ناحیه آمید A، آمید I و II، به ویژه آلفا هلیکس، بتا شیت و رندوم کویل¬ها)، در معرض قرار گرفتن گروه-های NH مدفون شده درون نواحی هیدروفوب، بازشدن تاخوردگی و تسریع در تجمع پروتئین¬ها شدند. همچنین هیدرولیزشده آلکالازی (H-Alc) از پایداری آنتی¬اکسیدانی قابل توجهی نسبت به پروتئین اسپیرولینا در شرایط حرارتی و پی اچ¬های مختلف (به ویژه نقطه ایزوالکتریک) برخوردار بودند. در بین هیدرولیزشده¬ها، نتایج آزمون¬های ضد باکتریایی نیز حاکی از فعالیت خوب H-Alc در ممانعت از رشد اشرشیا کلی (mm 7/14) و باسیلوس سرئوس (mm 6/11) بودند. در فاز دوم، پایدارسازی پپتید H-Alc (نمونه بهینه) با حامل¬های مالتودکسترین (MD)، صمغ عربی (GA)، WPC، آلژینات (A) و پکتین (P) با فرآیند خشک¬کردن پاششی انجام شد. پپتید انکپسوله¬شده با MD-WPC از بالاترین بازده تولید (65%~)، حفظ فعالیت آنتی¬اکسیدانی، ویژگی¬های فیزیکوشیمیایی، عملکردی، جریان¬پذیری و پایداری برخوردار بود. ارزیابی-های مورفولوژیکی (تولید ذرات چروکیده، نامنظم و تورفته) و شیمیایی (FTIR) به¬ترتیب حاکی از تاثیر ترکیب خوراک بر ویژگی¬های ساختاری و قرارگیری پپتیدها درون ماتریکس حامل¬ها (از طریق پیوندهای هیدروژنی و واکنش¬های هیدروفوبیک) بودند. نهایتا، پپتید بهینه (SDP: MD-WPC) در نسبت¬های مختلف (1، 2 و w/w4%) برای غنی¬سازی نان قالبی بکار رفت. بررسی ویژگی¬های فیزیکوشیمیایی (مقدار رطوبت، فعالیت آبی و حجم مخصوص)، بافتی (تخلخل و سفتی)، شاخص¬ها و هیستوگرام رنگی (پوسته و مغز)، فعالیت آنتی¬اکسیدانی (مهار رادیکال¬های DPPH و ABTS)، و آنالیز حسی (رنگ، بافت، قابلیت جویدن، طعم و پذیرش کلی) حاکی از پایداری بیولوژیکی، پوشاندن تلخی و امکان تولید نان فراسودمند با 2%-SDP بودند. در فاز نهایی، تفکیک هیدرولیزشده اسپیرولینا به فراکسیون¬هایی با وزن¬های مولکولی 100-30 (FP-100)، 30-10 (PF-30) و 10> کیلودالتون (PF-10) انجام شد. سپس بارگیری فراکسیون¬ها در نانولیپوزوم¬ها انجام شدند. نانولیپوزوم لودشده با PF-30 (با درنظرگرفتن فعالیت بیولوژیکی، ویژگی¬های فیزیکوشیمیایی و بازده انکپسولاسیون بالا) برای پوشش¬دهی با غلظت¬های مختلف کیتوزان (w/v %8/0-1/0) انتخاب شد. در بین نانوذرات پوشش¬دهی¬شده، نانوکیتوزوم 4/0% از اندازه ذرات (nm 140)، شاخص بس¬پاشیدگی (0.33)، پتانسیل زتا (mV 34) و بازده انکپسولاسیون (84%) بهتری در مقایسه با دیگر نمونه¬ها برخوردار بودند. همچنین، پوشش¬دهی با کیتوزوم منجر به حفظ بیشتر فعالیت آنتی¬اکسیدانی، ویژگی¬های فیزیکوشیمیایی، پایداری فیزیکی، بازده انکپسولاسیون در دماهای 4، С˚25، تنش انجماد-رفع انجماد و رهایش کنترل¬شده پپتیدها در شرایط گوارشی (معده و روده) گردید. تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM، AFM و TEM) موید نتایج DLS، افزایش پایداری غشای تک¬لایه و کاهش پدیده¬های توده¬ای شدن و ادغام ذرات در نتیجه پوشش¬دهی با کیتوزان بودند. نتایج FTIR بر قرارگرفتن پپتیدها درون نواحی قطبی و غیرقطبی وزیکول¬ها و تشکیل پیوندهای هیدروژنی با فسفاتیدیل کولین دلالت داشتند. سپس، اثر پایدارسازی نانولیپوزوم¬ها (فاقد پوشش و پوشش¬دهی-شده) از طریق جامدسازی به روش خشک کردن پاششی و درون ماتریکس مالتودکسترین (MD) بر ویژگی¬های فیزیکوشیمیایی، مورفولوژی و حفظ AA آنها بررسی شد. آنالیز FTIR و تصاویر SEM ذرات خشک¬شده به روش پاششی حاکی از به¬دام افتادن نانولیپوزوم¬ها درون کپسول¬هایی چروکیده با ساختارهای نامنظم بودند. پوشش کیتوزان از طریق افزایش استحکام غشای تک¬لایه در برابر استرس دهیدراسیون و کاهش نشتی ترکیبات بارگیری¬شده، به طور قابل توجهی موجب حفظ پایداری فیزیکی، کارایی انکپسولاسیون (EE) و AA نانولیپوزوم¬ها (در مقایسه با نمونه¬های فاقد پوشش) پس از فرآیند بازسازی پودرها گردید. نهایتا، استفاده از پروکیتوزوم در فرمولاسیون پاستیل منجر به پوشاندن تلخی پپتیدها و حفظ ویژگی¬های کیفی در مقایسه با دیگر نمونه¬ها گردید.

متن يادداشت

ABSTRACT:The increasing incidence of food-related diseases causes researchers to focus on the production of functional food products using bio-active compounds. Meanwhile, bioactive peptides are of special importance due to their many health-giving properties (such as antimicrobial, antihypertensive, immunomodulatory, antioxidant, anticancer, antithrombotic, anti-inflammatory, opiate-like, antidiabetic and antibacterial activities). Therefore, the objectives of this study included 3 main phases. In the first phase, the effects of different proteases (alcalase, trypsin, pancreatin, and pepsin) on amino acid composition (AAC) and nutritional, techno-functional, antioxidant, structural, and antibacterial properties of Spirulina (SP) protein and its hydrolysates (SPHs). Evaluation of AAC, including essential (30%), hydrophobic (44%), and antioxidant (17%) types, as well as protein efficiency ratio (PER 2.45) indicated the potential of SP and SPHS as the sources of antioxidants with good nutritional and digestibility properties. Enzymatic hydrolysis improved the techno-functional properties (solubility, emulsion, foaming, and water/oil holding capacities). The highest antioxidant activity of SP and SPHs, including TEAC (1.47-2.56 mM), DPPH (24.8-68.6%), hydroxyl (36.5-76.2%), nitric oxide (9.1-28.5%), reducing power (0.73-1.16), total antioxidants (0.87-1.85), and chelation of iron (42.7-73.5%) and copper (18.5-49.5%) transition metals were affected by the type of enzymes and the concentration of peptides. Thermal and acidic conditions led to extensive changes in secondary structures (amide A and amides I, II, and III regions), exposure of NH groups buried within hydrophobic regions, unfolding, and acceleration of protein aggregation. Enzymatic hydrolysis maintained antioxidant activity at different temperature and pH conditions (particularly the isoelectric point). The results of antibacterial tests revealed good activity of H-Alc in growth inhibition of Escherichia coli (14.7 mm) and Bacillus cereus (11.6 mm). Finally, the results of this study demonstrate the usability of SPH in various functional food formulations (acidic and alkaline) as well as in processed and cooked foods. In the next step, the optimal sample (H-120) was stabilized with maltodextrin (MD), gum-arabic (GA), WPC, alginate (A), and pectin (P) biopolymeric-carriers by the spray-drying process. The MD-WPC-encapsulated peptide presented the highest production yield (~65%), retention of antioxidant activity, functional, flowability, and stability properties. Morphological (formation of wrinkled, irregular, and dented particles) and chemical (FTIR) evaluations respectively indicated the effect of feed composition on the structural properties and entrapment of peptides (through hydrogen bonds and hydrophobic reactions) in the polymer matrix. Finally, the optimal sample (SDP: MD-WPC) was used at different ratios (1, 2, and 4% w/w) for pan-bread fortification. The examination of physicochemical properties (moisture content, water activity, and specific volume), textural (porosity and compressive strength) indices, a color histogram (crust and crumb), antioxidant activity (DPPH• and ABTS• scavenging), and sensory analysis (color, texture, chewiness, taste, and overall acceptability) indicated biological stability, bitterness-masking, and the feasibility of functional bread production with 2%-SDP. In the final phase, Spirulina hydrolysate was separated into fractions with molecular weights of 30-100 (FP-100), 10-30 (PF-30) and >10 (PF-10) KDa. Then, nanoliposome loaded with PF-30 (considering biological activity, physicochemical properties and high encapsulation efficiency) was selected for coating with different concentrations of chitosan (0.1-0.8% w/v). Among coated nanoparticles, nano-chitosome 0.4% had better particle size (140 nm), polydispersity index (0.33), zeta potential (34 mV) and encapsulation efficiency (84%) compared to other samples. Also, coating with chitosan leads to the preservation of antioxidant activity, physicochemical properties, physical stability, encapsulation efficiency at temperatures of 4 and 25 °C, freeze-thawing trnsion and controlled release of peptides in digestive conditions (simulated gastric (SGF) and simulated intestinal (SIF) fluid conditions). Electron microscope images (SEM, AFM and TEM) confirmed the results of DLS, increasing the stability of the monolayer membrane and reducing the phenomena of aggregation and coalescence of particles as a result of coating with chitosan. The FTIR results indicated the incorporation of the peptides into the polar and non-polar regions of the vesicles and formation of the hydrogen bonds with phosphatidylcholine. Then, the effect of stabilization of the (uncoated and coated) nanoliposomes by the spray-drying solidification method within the maltodextrin matrix on their physicochemical, morphological, and AA retention was investigated. The FTIR analysis and SEM images of the spray-dried particles indicative of the nanoliposomes trapped within the reservoir-type and irregular structures. The chitosan coating significantly enhanced the physical stability, EE, and AA retention of the nanoliposomes (compared to the uncoated samples) after powder reconstitution process by increasing the bilayer membrane rigidity against the dehydration tension and decreasing the leakage of the loaded compounds.Finally, the use of pro-chitosome in gummy-candy formulation led to masking the bitterness of peptides and maintaining the quality characteristics compared to other fortified samples (with free peptide and loaded liposome).

عنوان گونه گون

Nanoencapsulation of bioactive peptidic fractions obtained by enzymatic hydrolysis of green-blue algae (Spirulina platensis) protein within multilayer proliposomes and its application in functional gummy candy formulation

عنصر شناسه اي

‏اکبربگلو،

ساير عناصر نام

‏زهرا

کد نقش

تهیه کننده

عنصر شناسه اي

‏‏ایاسه،

عنصر شناسه اي

قنبرزاده،

عنصر شناسه اي

‏سرابندی،

ساير عناصر نام

‏علی

ساير عناصر نام

‏ بابک

ساير عناصر نام

‏خشایار

تاريخ

استاد راهنما

تاريخ

استاد راهنما

تاريخ

استاد مشاور

عنصر شناسه اي

‏تبریز