تولید نانوامولسیون های آب در روغن حاوی عصاره سیر و بررسی خصوصیات فیزیکوشیمیایی، ضد میکروبی و رهایش مواد فرار آن

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه بهداشت و صنایع غذایی، دانشکده پیرادامپزشکی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران،

2 استاد، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: عصاره سیر به دلیل فراریت بالا و همچنین تاثیر آن بر خواص حسی، محدودیت هایی برای استفاده مستقیم در محصولات غذایی دارد و در نتیجه بهتر است که با یکی از انواع روش‌های مختلف درون پوشانی انکپسوله‌شده و سپس در فرمولاسیون مواد غذایی قرار بگیرد. نانوکپسولاسیون می تواند از اسانس ها در برابر تخریب یا اکسایش بخوبی محافظت کند و ممکن است پراکندگی در محیط های آبی را افزایش داده و برهمکنش نامطلوب با اجزای غذا را کاهش دهد اما به طور کلی بر فعالیت ضد میکروبی اسانس ها تأثیر منفی نمی گذارد. امولسیون های آب در روغن برای درون پوشانی ترکیبات زیست‌فعال آب دوست بکار رفته و تعداد کمتری از پژوهش‌ها بر روی این نوع امولسیون انجام شده اند. در این تحقیق سعی شده است که عصاره سیر با سورفکتانت پایدار و نانو امولسیون آب در روغن تولید شود و خواص فیزیکوشیمیایی و ضد میکروبی آن اندازه گیری شود تا در فرمولاسیون غذایی مناسب بکار گرفته شود.
مواد و روش ها: روغن زیتون با سورفاکتانت (پلی گلیسرول پلی رسینیولئات) را در حال هم زدن مخلوط کرده و سپس عصاره سیر به‌صورت قطره ‌قطره و به‌آرامی به مخلوط روغن و سورفاکتانت در حال هم زدن با سرعت دورانی 500 دور در دقیقه افزوده شد. و سپس امولسیون تشکیل شده به دستگاه اولتراسونیک هموژنایزر منتقل گردید. پس از تهیه نانو امولسیون‌ها، مواد فرار حاصل از آن‌ها به دستگاه کروماتوگرافی گازی تزریق شد و در مرحله بعد مجموع مساحت زیر پیک‌های حاصله از مواد فرار ناشی از عصاره و اسانس سیر اندازه‌گیری شد. رهایش ترکیبات فرار روغن سیر در طول زمان نگهداری با کروماتوگرافی گازی انجام شد. برای تعیین حداقل غلظت بازدارندگی و حداقل غلظت باکتری کشی از روش رقیق سازی استفاده شد. همچنین TGA و FT-IR به ترتیب جهت بررسی مقاومت حرارتی و بررسی گروه‌های عاملی و تائید حضور ترکیبات استفاده‌شده در فرمولاسیون نانو‌امولسیون‌های تهیه‌شده به کار گرفته شدند.
یافته ها و نتیجه گیری: اندازه قطرات از 62 تا 302 نانو‌متر برای نانو امولسیون‌ها بر اساس کسر حجمی متغیر بود. نتایج میکروبی نشان داد که نانو امولسیون‌های آب در روغن در غلظت های بالای عصاره سیر خاصیت ضد میکروبی داشته و در مقابل باکتری‌های گرم مثبت اثر قوی‌تری داشتند. به‌طورکلی در همه امولسیون‌ها، با افزایش کسر حجمی (درصد عصاره سیر) از 5 به 25 درصد، میزان ویسکوزیته از 50 سانتی پوآز به 150 سانتی پوآز رسید. بررسی تغییرات ویسکوزیته در دماهای مختلف نشان داد که انرژی فعال‌سازی برای نمونه های با کسر حجمی متفاوت تفاوت معنی‌داری با هم ندارند. همچنین با افزایش کسر حجمی در فرمولاسیون نانو امولسیون‌ها و دمای نگهداری، میزان رهایش مواد فرار نیز افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Production of water-in-oil nanoemulsions containing garlic extract and investigation of physicochemical, antimicrobial properties and release of its volatile components

نویسندگان [English]

  • Hamed Hassanzadeh 1
  • Mohamad Alizadeh 2
1 Assistant Professor, Department of Hygiene and Food Technology, Faculty of Para-veterinarian, Ilam University, Ilam, Iran,
2 Professor, Department of food Science and Technology, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Introduction: Garlic extract, due to its high volatility and its effects on organoleptic properties, has limitations for direct use in food products, and therefore it is better to encapsulate it in one of the different methods and then use it in food formulations. In recent years, many methods have been used to encapsulate bioactive compounds in the food industry. Nanocapsulation can highly protect the essential oils against degradation or oxidation and may increase dispersibility in aqueous media, reduce adverse interaction with food components, and it generally do not affect antimicrobial activity of essential oils. Water-in-oil emulsions are used to encapsulate hydrophilic bioactive compounds, and the number of studies conducted on this type of emulsion is less than that of oil-in-water nanoemulsions. In this research, it has been tried to surrounding garlic extract by surfactant and forms a water in oil nanoemulsion and its physicochemical and antimicrobial properties are measured in order to be used in suitable food formulations.

Material and Methods: In this study, nanoemulsions containing garlic extract were produced by high energy method (ultrasound bath) and the effect of different percentages of the extract on droplet size, antimicrobial properties, release kinetics, and viscosity were investigated. Encapsulation efficiency was determined by comparing the total area under the peaks of the nanoemulsions and not emulsified mixture headspace in gas chromatography. The release of volatile compounds of garlic oil was recorded during storage time by gas chromatography. Microdilution method was used to determine the minimum inhibitory concentration and the minimum bactericidal concentration. TGA and FT-IR were also used to evaluate the thermal resistance and to study the functional groups and to confirm the presence of the compounds used in the formulation of the prepared nanoemulsions, respectively.

Result and discussion: Drop size varied from 62 to 302 nm for nanoemulsions based on volume fraction. Microbial results showed that water-in-oil nanoemulsions in high concentrations of garlic extract had antimicrobial properties and a stronger effect against gram-positive bacteria. In general, in all nano-emulsions, with increasing the volume fraction (percentage of garlic extract) from 5 to 25 %, the viscosity increased from 50 to 150 cp. Examination of viscosity changes at different temperatures showed that the activation energies for samples with different volume fractions (garlic extract) were not significantly different. Also, the release rate of volatiles increases with increasing volume fraction in nanoemulsion formulations and storage temperature.
Keywords: Nanoemulsion, Garlic extract, Release kinetics, Encapsulation efficiency, Antimicrobial properties

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanoemulsion
  • Garlic extract
  • Release kinetics
  • Encapsulation efficiency
  • Antimicrobial properties

مراجع

1.Tabibiazar, M., and Hamishehkar, H. 2015. Formulation of a Food Grade Water-In-Oil Nanoemulsion: Factors Affecting on Stability. Pharmaceutical Sciences. 21(4).
2.Hasanzadeh, H., Alizadeh, M., andRezazad Bari, M. 2017. Production and assessment of physicochemical characteristics and encapsulation efficiency of garlic essential oil nanoemulsions. Journal of Food Research, 27(4), 159-170.
3.Gutiérrez, J., González, C., Maestro, A., Sole, I., Pey, C., and Nolla, J. 2008. Nano-emulsions: New applications and optimization of their preparation. Current Opinion in Colloid & Interface Science, 13(4), 245-251.
4.Heydari, M. and Bagheri, M. 2019. Study of antimicrobial effects of nanoemulsion of aqueous extract of Peppermint (Mentha Piperita Lamiaceae) on gram-negative bacteria Escherichia coli: a laboratory study. Journal of Rafsanjan University of Medical Sciences. 18 (6), 515-528. (In Persian)
5.Ushikubo, F., and Cunha, R. 2014. Stability mechanisms of liquid water-in-oil emulsions. Food Hydrocolloids. 34:145-153.
6.Najafi, N., Nemati, M., Mohammadi, S., Thani, A. and Kadkhodai, R. 2019. Evaluation of physical properties and stability of water nanoemulsion in oil containing saffron extract. Iranian Medicinal Plants Technology. 2(2), 12-24. (In Persian).
7.Peng, L.-C., Liu, C.-H., Kwan, C.-C., and Huang, K.-F. 2010. Optimization of water-in-oil nanoemulsions by mixed surfactants. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 370(1), 136-142.
8.Ghadermazi, R., Khosroshahi Asl, A.  Azizi, M.H. and Tamjidi, F. 2019. The effect of ultrasonic bath, surfactant to oil ratio and grain mucilage concentration on the properties of spontaneous nanoemulsions. New technologies in the food industry. 6(4), 533-546. (In Persian)
9.Hasssanzadeh, H., Alizadeh, M., and Rezazad Bari, M. 2018. Formulation of garlic oil‐in‐water nanoemulsion: antimicrobial and physicochemical aspects. IET nanobiotechnology, 12(5), 647-652.
10.Hassanzadeh, H., Alizadeh, M., and Rezazad, B.M. 2019. Nano-encapsulation of garlic extract by water-in-oil emulsion: physicochemical and antimicrobial characteristics. Iranian Food Science & Technology, 15(84), 337-47.
11.Andrews, J.M. 2001. Determination of minimum inhibitory concentrations. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 48(suppl 1), 5-16.
12.Hassanzadeh, H., Alizadeh, M., Hassanzadeh, R., and Ghanbarzadeh, B. 2022. Garlic essential oil‐based nanoemulsion carrier: Release and stability kinetics of volatile components. Food Science & Nutrition, 10(5), 1613-1625.
13.Hann, G. 1996. History, folk medicine and legendary uses of garlic (2 ed.): Williamsand Wilkins press.
14.Feldberg, R.S., Chang, S.C., Kotik, A.N., Nadler, M., Neuwirth, Z., Sundstrom, D.C., and Thompson, N.H. 1988. In vitro mechanism of inhibition of bacterial cell growth by allicin. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 32(12), 1763-1768.
15.Acri, G., Testagrossa, B., and Vermiglio, G. 2016. FT-NIR analysis of different garlic cultivars. Journal of Food Measurement and Characterization. 10(1), 127-136.
نشریه فرآوری و نگهداری مواد غذایی
دوره 14، شماره 2
تیر 1401
صفحه 35-51

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار