مدلسازي رهایش ترکیبات موثرهي نانوریزپوشانی شدهي زعفران از فاز داخلی امولسیون دوگانه آب در روغن در آب

Transcript

1 و Iranian Food Science and Technology Research Journal Vol., No., June. July. 06, p نشریه پژوهشهاي علوم و صنایع غذایی ایران جلد شماره خرداد-تیر 95 ص چکیده مدلسازي رهایش ترکیبات موثرهي نانوریزپوشانی شدهي زعفران از فاز داخلی امولسیون دوگانه آب در روغن در آب * افشین فریدي اسفنجانی سید مهدي جعفري الهام اسدپور حبیباالله میرزایی تاریخ دریافت: 9/07/05 تاریخ پذیرش: 9//06 هدف از این پژوهش بررسی سینتیک رهایش پیکروکروسین کروسین و سافرانال نانوریزپوشانی شده در فاز آبی داخلی امولسیون دوگانه آب در روغن در آب (W/O/W) به فاز آبی بیرونی آن بود. ترکیبات موثرهي زعفران به روش غرقابی استخراج و وارد امولسیون دوگانه گردیدند. براي این منظور ابتدا میکروامولسیون عصارهي زعفران در روغن به روش میکروامولسیون تشکیل و سپس این سامانه در فاز آبی شامل پروتي ین آب پنیر و مالتودکسترین به صورت تک لایه و پروتي ین آب پنیر-پکتین و مالتودکسترین به صورت دولایه دوباره امولسیونه شد. بهمنظور بررسی سینتیک رهایش ترکیبات موثرهي زعفران به فاز آبی بیرونی امولسیون دوگانه ابتدا مدلهاي تجربی درجه صفر درجه اول هیگوچی و هیکسون-کراول در نظر گرفته شدند. با بررسی دادههاي آزمایشگاهی مشاهده شد که امولسیون دوگانه پایدار شده با کنسانتره پروتي ین آب پنیر و پکتین داراي بیشترین گرانروي و کمترین درصد رهایش پیکروکروسین کروسین و سافرانال در طی روز نگهداري بود. در مورد رهایش کروسین بهترین مدل مربوط به مدل مرتبه اول و در مورد رهایش پیکروکروسین و سافرانال بهترین مدل مربوط به مدل مرتبه صفر بود. مبناي مقایسه مدلهاي بررسی شده ضریب برازش ) R) مربعات خطا (SSE) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) بود. مقدمه واژههاي کلیدي: امولسیون دوگانه رهایش نانوریزپوشانی عصارهي زعفران همسان زعفران به علت طعم و رنگ عالی کاربردهاي فراوانی در تولید فراوردههاي غذایی دارویی و شیمیایی دارد و با توجه به محدودیت کشت و تولید از فراوردههاي گرانقیمت بهشمار میرود. زعفران همچنین در درمان برخی سرطانها بیماريهاي مغزي- عروقی و قلبی- عروقی اسهال سرخک عفونتهاي دستگاه تناسلی آسم و اختلالات دستگاه گوارش کاربرد دارد. این ادویه داراي خواص آرامبخشی ضدتوموري ضدکم خونی ضدتخریب DNA ضدافسردگی ضددیابت و آنتیاکسیدانی میباشد. بخش اعظمی از خاصیت درمانی زعفران به کروسین و 5 - به ترتیب دانشآموخته کارشناسی ارشد و دانشآموخته دکتري گروه علوم و صنایع غذایی دانشگاه علوم کشاورزي و منابع طبیعی گرگان گرگان ایران. و - دانشیاران گروه علوم و صنایع غذایی دانشگاه علوم کشاورزي و منابع طبیعی گرگان گرگان ایران. *) - نویسنده مسي ول: ( smjafari@gau.ac.ir هایش نسبت داده میشود و بنظر میرسد که این خاصیت کروسین به دلیل بخش قندي آن باشد (008 al, Chen et Zeng.(Moraga et al, 00 et al, 00 حفاظت و کنترل رهایش ترکیبات فعال همچون کروسین پیکروکروسین و سافرانال منجر به افزایش کارایی آنها میگردد. 6 ریزپوشانی ترکیبات فعال غذایی و دارویی محلول در آب از کاربردهاي مهم امولسیون دوگانه آب در روغن در آب میباشد که منجر به حفاظت و کنترل رهایش ترکیبات ریزپوشانی شده در شرایط محیطی مختلف میشود (0 al..(sapei et امولسیون دوگانه آب در روغن در آب شامل قطرات کوچک آب پخش شده در داخل قطرات روغن میباشد که خود این قطرات نیز بعنوان فاز پراکنده در فاز آبی پیوسته بیرونی قرار میگیرند. این سامانهها (آب در روغن در آب) شامل سه فاز میباشد: دو فاز آبی (فاز آبی داخلی و خارجی که از لحاظ محتوا از هم متفاوت میباشند) و یک فاز روغنی که در بین آنها قرار گرفته است و به وسیله امولسیفایرهاي آبدوست و آبگریز از دو فاز جدا شده است. پس براي تهیه امولسیون دوگانه آب در روغن در آب ابتدا امولسیون آب در روغن به وسیله امولسیفایرآبگریز پایدار 5 Analogue 6 Microencapsulation

2 مدلسازي رهایش ترکیبات موثرهي نانوریزپوشانی شدهي زعفران...09 شده سپس این امولسیون در فاز آبی شامل امولسیفایر آبدوست پراکنده میگردد 99) Raynal,.(Lobato-Calleros, 006; از عوامل مهمی که میتوانند بر افزایش توانایی امولسیون (W/O/W) براي حفاظت از ترکیبات ریزپوشانی شده اثر بگذارند میتوان به استفاده از امولسیفایر مناسب اشاره نمود ) et Jager-lazer al, 007.(al, 997; chu et زیست بسپارهایی مانند پروتي ینها یک مثال خوب از امولسیفایرهاي طبیعی میباشند که میتوانند در صنعت غذا و امولسیونهاي دارویی مورد استفاده قرار گیرند. پروتي ینها به دلیل خاصیت جذب در سطح امولسیون روغن در آب باعث افزایش پایداري امولسیونها میشوند. اغلب پلیساکاریدها با ایجاد شبکه در فاز پیوسته به عنوان پایدارکننده عمل میکنند و باعث افزایش گرانروي فاز پیوسته میشوند (0.(Dickinson, ترکیب پروتي ین- پلیساکارید در شرایط مناسب (غلظت نسبت پروتي ین و پلیساکارید ph نیروي یونی و دما) ممکن است باعث افزایش پایداري امولسیونها شوند. در حقیقت ترکیب پروتي ین و پلیساکارید بصورت کووالانسی و یا الکترواستاتیکی انجام میگیرد. علاوه بر این استفاده از زیست بسپارهایی همچون مالتودکسترین میتواند با افزایش گرانروي فاز پراکنده امولسیون برخورد قطرات با یکدیگر را کاهش داده و درنتیجه پایداري امولسیون را افزایش دهد.(Boyer et al, 0) Lutz و همکاران (009) از ترکیب پروتي ین آب پنیر و پکتین براي پایدارسازي امولسیون دوگانه آب در روغن در آب استفاده نمودند و نشان دادند که امولسیون پایدار شده با پروتي ین آب پنیر داراي پایداري کم و رهایش بیشتر در مقایسه با امولسیون پایدار شده با ترکیب پروتي ین آب پنیر و پکتین میباشد. Girux و همکاران (0) از ویتامین B ریزپوشانی شده در امولسیون دوگانه در فرمولاسیون پنیر استفاده نمودند و نشان دادند که ریزپوشانی ویتامین B با امولسیون دوگانه باعث حفظ و کنترل رهایش آن در فرآیند تولید پنیر و شرایط معده میگردد. رهایش ترکیبات فاز آبی داخلی به فاز آبی بیرونی از مشکلات اصلی امولسیون دوگانه آب در روغن در آب میباشد. در امولسیون دوگانه آب در روغن در آب دو نوع رهایش کلی وجود دارد: رهایش از طریق درهم آمیختگی بین قطرات فاز آبی داخلی و گلبولهاي سطحی براي مثال پارگی غشاي بین فاز آبی داخلی و گلبول سطحی. علاوه بر این انواع مواد محلول به دام افتاده در فاز آبی داخلی بدون پارگی غشا و از طریق انتشار (به دلیل نیروي محرکه حاصله از تفاوت در غلظت و فشار لاپلاس قطرات) از فاز آبی داخلی به فاز آبی بیرونی رهایش مییابند. همچنین انواع مختلفی از مکانیسمهاي انتشار میتوانند مورد بحث قرار گیرند: - انتشار گونههاي هیدروفیل به داخل روغن - نفوذ از لایه نازك مایع غشا - حل شدن مواد ریزپوشانی شده در میسلهاي معکوس و انتشار میسلها به داخل روغن (00 Pays,.(Magdassi, ;986 مدلسازي ریاضی رهایش ترکیبات فعال بینشهاي مربوط به انتقال جرم و فرایندهاي شیمیایی شامل در انتقال ترکیبات فعال را فراهم میکند و اثر پارامترهاي دستگاهی همچون شکل و میزان ترکیبات فعال بارگذاري شده را بر رهایش داروها نشان میدهد. بنابراین با استفاده از پیشبینی یک رویکرد سیستماتیک با حداقل دادههاي تجربی میتوان سامانه بهینه براي پروفایل رهایش ترکیبات دارویی و غذا داروها را طراحی نمود. مطالعات متعددي در زمینه سینتیک رهایش ترکیبات غذایی از حاملهاي آنها صورت گرفته است. Fathi و همکاران (0) رهایش هسپارین را از نانوحاملهاي لیپیدي در شرایط دستگاه گوارش انسان بررسی نمودند. آنها مدل پپاس را بعنوان بهترین مدل براي بررسی سینتیک رهایش هسپارین معرفی نمودند Alvardo و همکاران (009) آهن را وارد فاز آلی داخلی امولسیون دوگانه (W/O/W) پایدار شده با ترکیب پروتي ین- پلیساکارید نموده و سینتیک رهایش آن را از فاز آبی داخلی با مدلهاي هیگوچی پپاس هیکسون-کراول درجه اول و درجه صفر بررسی نمودند. مطالعهاي در زمینه رهایش ترکیبات موثره زعفران از حاملهاي آنها صورت نگرفته است در این مطالعه سینتیک رهایش کروسین پیکرو کروسین و سافرانال نانوریزپوشانی شده از فاز داخلی به فاز بیرونی امولسیون دوگانه آب در روغن در آب بررسی شد و امولسیون دوگانه مناسب براي حفاظت و کنترل رهایش ترکیبات موثره زعفران (کروسین پیکروکروسین و سافرانال) بررسی گردید. مواد و روش مواد زعفران از مزارع تربت حیدریه خراسان رضوي تهیه گردید. کنسانتره پروتي ین آب پنیر (پروتي ین بالاي %80) از شرکت -Sapotocheese آمریکا پلی گلیسرول پلی ریسنولي ات از شرکت -Danisco دانمارك سوربیتان مونواولي ات از شرکت -Merck آلمان پکتین مرکبات 7.%) DE: (GA: >65%, از شرکت MP -biomedical هلند و مالتو دکسترین (6-0 (DE از شرکت Qinhuangdao starch Co -چین روغن آفتابگردان از شرکت -FRICO سیرجان ایران تهیه شدند. سدیم آزاید از شرکت سیگما آلدریچ خریداري شد. Stabilizer Release

3 0 نشریه پژوهشهاي علوم و صنایع غذایی ایران جلد شماره خرداد- تیر 95 C استخراج عصاره زعفران براي استخراج عصاره زعفران از روش Kumpati و همکاران (00) گردید. ابتدا 0 گرم زعفران ساییده شده با هاون چینی به بطري تیره رنگ حاوي 50 میلیلیتر آب اضافه شد و به مدت ساعت در داخل انکوباتور شیکر دار (مدل کاووش مگا ساخت کشور ایران) قرار داده شد. سپس بمنظور حداکثر میزان استخراج از همگنساز (به مدت 0 دقیقه و 0000 دور در دقیقه مدل Heidolph ساخت کشور آلمان) استفاده شد. محلول بدست آمده تحت خلا صاف گردید و تا زمان انجام آزمونها در دماي 8- درجه سانتیگراد نگهداري گردید. جذب و مقدار ترکیبات موثره عصاره زعفران طبق استاندارد (00.(ISO/TS,6 میزان پیکروکروسین (حداقل تلخی محلول درصد در طول موج 57 نانومتر بر اساس مادهي خشک): 50/6 سافرانال (مقدار محلول درصد در طول موج 0 نانومتر بر اساس مادهي خشک): 8/5 کروسین (حداقل قدرت رنگی محلول درصد در طول موج 0 نانومتر بر اساس مادهي خشک): /8 بود. آمادهسازي محلول بیوپلیمرها براي تهیه محلول مالتودکسترین و پکتین پودر آنها بطور جداگانه در آب حل و به مدت ساعت در دماي 50 درجه سانتیگراد همزده شد (در دستگاه مگنت استایرر با دور 500rpm مدل IKA ساخت کشور آلمان) و سپس جهت حل شدن کامل این محلولها به مدت یک شب در دماي اتاق نگهداري شدند. در مورد محلول پروتي ین آب پنیر بعد از حل شدن پودر این پروتي ین در آب محلول بدست آمده به مدت 0 دقیقه و در دماي 70 درجه سانتیگراد قرار گرفت و بلافاصله خنک گردید و یک شب در دماي یخچال بمنظور حل شدن کامل نگهداري شد. همچنین براي جلوگیري از فساد میکروبی به محلولها 0/000 درصد سدیم آزاید اضافه گردید. لازم به ذکر است که ph تمامی محلولها با استفاده از بافر فسفات بر روي 6 تنظیم گردید. بعد از انجام پیش آزمون و سنجش درصد مختلف ترکیبات طبق جدول محلول ترکیبی نهایی شامل: 5 %مالتودکسترین %8 پروتي ین آب پنیر و درصد پکتین بود. تهیه امولسیون دوگانه امولسیون دوگانه آب در روغن در آب در دو مرحله بصورت زیر تهیه شد :(Raynal,99) الف- تولید امولسیون اولیه عصاره زعفران در روغن :(W/O) ابتدا مخلوطهاي مختلفی از روغن آفتابگردان و سوربیتان مونواولي ات تهیه و سپس عصاره زعفران را به این مخلوطها به آرامی (قطره قطره) و در حالی که سامانه (مخلوط روغن و سوربیتان مونو اولي ات) روي دستگاه همزن و با دور 00 دور در دقیقه قرار داشت اضافه گردید. اضافه نمودن عصاره زعفران تا جایی ادامه یافت تا سامانه غیرشفاف گردد و به محض غیر شفاف شدن اضافه نمودن عصاره قطع و میزان عصاره اضافه شده یادداشت شد. این مراحل براي تمامی سامانهها (درصدهاي مختلف روغن و سوربیتانمونواولي ات) انجام گرفت. در انتها و با سنجش ویژگی (شاخص) شفافیت سامانه و میزان عصاره اضافه شده بهترین سامانه با این ترکیبها مشخص شد: %5 عصاره زعفران %6 روغن آفتابگردان % امولسیفایر سوربیتان مونواولي ات و 0 %عصاره زعفران %60 روغن آفتابگردان %0 امولسیفایر سوربیتان مونواولي ات. در واقع غیر شفاف شدن سامانه نشان دهندهي این است که اندازه قطرات امولسیون عصاره زعفران در روغن بیش از 00 نانومتر میباشد که باعث ناپایداري میشود.(Sadeghi et al, 0) ب- در مرحله دوم تولید امولسیون آب در روغن در آب امولسیون اولیه (عصاره زعفران در روغن) به آرامی به محلول آبی داراي پروتي ین آب پنیر %8 مالتودکسترین %5 و پکتین %0/ اضافه شده و در دو مرحله همگنسازي انجام شد. ابتدا همگن نمودن با اولتراتوکس (5 دقیقه و 000 دور در دقیقه مدل Heidolph ساخت کشور آلمان) و سپس همگنسازي دوباره براي تولید امولسیون نهایی بود (8 دقیقه و 5000 دور در دقیقه مدل Heidolph ساخت کشور آلمان). بررسی خصوصیات امولسیون آب در روغن در آب بررسی رهایش کروسین پیکروکروسین و سافرانال رهایش کروسین پیکروکروسین و سافرانال از فاز آبی داخلی به فاز آبی بیرونی امولسیون دوگانه به مدت روز و در دماي 0 درجه سانتیگراد اندازهگیري شدند. براي این منظور امولسیونها پس از تولید در داخل ظروف شیشهاي ریخته و راندمان ریزپوشانی آنها در روز اول و روز نگهداري اندازهگیري شد. میزان اختلاف راندمان ریزپوشانی روز اول و روز نگهداري بیانگر میزان رهایش بود. راندمان ریزپوشانی و رهایش ترکیبات نانوریزپوشانی شده در امولسیون آب در روغن در آب با روش Regan and Mulvihill (009) تعیین شدند. بدین صورت که گرم از امولسیون دوگانه با گرم از بافر فسفات (ph=7) مخلوط شده و به مدت 90 دقیقه در دماي اتاق با دور 500 دور در دقیقه سانتریفوژ (مدل,scientific centrifuge ساخت کشور امریکا) شد. سپس فاز پایینی به دقت جمعآوري شده و جذب کروسین سافرانال و پیکروکروسین به ترتیب در طول موج 0 0 و 57 نانومتر خوانده شد و طبق استاندارد (00 (ISO/TS,6 درصد این ترکیبات در فاز پایینی تعیین شدند. با استفاده از فرمول زیر درصد ریزپوشانی و میزان رهایش ترکیبات نانوریزپوشانی شده را مشخص کردیم: E (%) = 00- (C 00/C ) () که در آن درصد ترکیبات انکپسوله شده (کروسین

4 پیکروکروسین و سافرانال) درفاز آبی بیرونی و در فاز آبی داخلی میباشد. C درصد این ترکیبات بررسی اندازه ذرات براي اندازهگیري اندازه و شاخص پلی دیسپرسیتی قطرات امولسیون از دستگاه زتاسایزر (مدل Malvern InstrumentsWorcestershire ساخت کشور انگلیس) با آرگون لیزري nm) λ) = 88 استفاده شد. اندازه گیري با زاویه پراکندگی 90 درجه و در درجه حرارت ثابت 5 درجه سانتیگراد انجام گرفت. بررسی گرانروي گرانروي امولسیون آب در روغن در آب با استفاده از گرانرويسنج (مدل model LVDV -II + Pro, Brookfield Engineering Laboratories ساخت کشور امریکا) بررسی گردید. بطوري که 6 میلیلیتر از امولسیون در داخل سیلندر دستگاه ریخته و ویسکوزیته در تنش برشی - s 6/ و دماي 5 درجه سانتیگراد بررسی گردید 0) al,.(jafari et مدلسازي رهایش ترکیبات موثره زعفران کد امولسیون پایدار شده با پروتي ین آب پنیر پایدار شده با ترکیب پروتي ین آب پنیر و پکتین پایدار شده با پروتي ین آب پنیر پایدار شده با با ترکیب پروتي ین آب پنیر و پکتین مدلسازي رهایش ترکیبات موثرهي نانوریزپوشانی شدهي زعفران... براي بررسی سینتیک رهایش کروسین پیکروکروسین و سافرانال از فاز آبی داخلی امولسیون دوگانه (W/O/W) طبق جدول شماره از مدلهاي مرتبه صفر مرتبه اول هیگوچی و هیکسون-کراول استفاده شد. نام مدل مرتبه صفر مرتبه اول هیگوچی مدل جدول - مدلهاي مورد استفاده Q t t = Q 0 + K 0 مرجع Siepmann et al,008 Siepmann et al,008 Siepmann et al,008 Siepmann et al,008 Q= [-exp(-kt)] 00 Q t=k h t / هیکسون-کراول HC+ (-(Q t/q 0)) / = -K K ضریب مدل t مدت زمان Q t درصد ترکیبات ریزپوشانی شده در فاز آبی بیرونی امولسیون آب در روغن در آب Q 0 درصد ترکیبات ریزپوشانی شده در فاز آبی داخلی امولسیون آب در روغن در آب تجزیه و تحلیل آماري دادهها کلیه آزمونها با آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار انجام گرفت. میانگین دادهها بر اساس آزمون دانکن در سطح %5 و با نرم افزار ( SPSS (version مقایسه شدند. جدول - ترکیبات امولسیون دوگانه (W/O/W) فاز آبی داخلی %5 عصاره زعفران %5 عصاره زعفران %0 عصاره زعفران %0 عصاره زعفران فاز آبی بیرونی %8 پروتي ین آب پنیر %5 مالتودکسترین %8 پروتي ین آب پنیر %0/ پکتین %5 مالتودکسترین %8 پروتي ین آب پنیر %5 مالتودکسترین %8 پروتي ین آب پنیر %0/ پکتین %5 مالتودکسترین نتایج و بحث میزان ترکیبات موثره عصاره زعفران و اندازه نانوذرات تولیدي ارزیابی کیفیت زعفران با استفاده از مقادیر کروسین (ترکیبات رنگی) سافرانال (ترکیبات عطر) و پیکروکروسین (ترکیبات طعم) انجام میگیرد. با حل شدن عصاره در میکروامولسیون (اندازه ذرات 5-00 نانومتر میباشد) خواص آن مانند خاصیت آنتیاکسیدانی جذب و حلپذیري آن افزایش مییابد Singh, (Flanagan and (006. نانوذرات تولید شده عصاره زعفران به وسیله میکروامولسیون آب در روغن داراي اندازه ذرات کمتر از 00 نانومتر بودند (شکل ). همچنین عکس میکروسکوپی نانوذرات عصاره زعفران در شکل نشان دهنده وجود ذرات یکنواخت و پوشیده شده با امولسیفایر سوربیتان مونو اولي ات میباشد. شکل -توزیع اندازه ذرات میکروامولسیون اولیه آب در روغن حاوي بر اساس شدت شامل: الف- 5 %عصاره زعفران %6 روغن آفتابگردان % امولسیفایر سوربیتان مونواولي ات و ب- %عصاره زعفران %60 روغن آفتابگردان %0 امولسیفایر سوربیتان مونواولي ات.

5 نشریه پژوهشهاي علوم و صنایع غذایی ایران جلد شماره خرداد- تیر 95 شکل - عکس میکروسکوپ الکترونی نانوذرات عصاره زعفران تولید شده با میکروامولسیون همانطوریکه در جدول مشاهده میگردد با افزایش درصد عصاره زعفران در میکروامولسیون اندازه قطرات میکروامولسیون از 56/8 نانومتر به 68/ نانومتر افزایش یافت. شاخص پلی دیسپرسیته نشاندهنده یکنواختی ذرات امولسیون میباشد و مقادیر آن از صفر براي نمونههاي یکنواخت و کیفیت بالا تا یک براي نمونههاي غیر یکنواخت متفاوت میباشد. با توجه به نتایج بدست آمده میکروامولسیونهاي تولید شده در این مطالعه داراي ذرات یکنواخت بوده و با افزایش درصد عصاره شاخص پلی دیسپرسیته نیز افزایش یافت. جدول - ویژگیهاي ذرات میکروامولسیون امولسیون میکروامولسیون حاوي %5 عصاره زعفرن میکروامولسیون حاوي %0 عصاره زعفرن Polydispersity 0/7 0/ z-average (nm) 56/8 68/ بررسی سینتیک رهایش نانوذرات عصاره زعفران با بیوپلیمرها به شکل امولسیون دوگانه (W/O/W) پوشش داده شد و رهایش کروسین پیکروکروسین و سافرانال به فاز آبی بیرونی امولسیون دوگانه بررسی شد. براي امولسیون پایدار شده با پروتي ین آب پنیر و حامل %5 عصاره زعفران (فاز پراکنده امولسیون اولیه آب در روغن) درصد رهایش کروسین پیکروکروسین و سافرانال در طی روز نگهداري در دماي 0 درجه سانتیگراد به ترتیب برابر با %/8 %/8 و %5/08 بود (جدول ). این میزان براي امولسیون حامل %0 عصاره زعفران برابر با %8/0 کروسین %8/0 پیکروکروسین و %7/86 سافرانال بود. در مورد امولسیون پایدار شده با پروتي ین آب پنیر و پکتین و حامل %5 عصاره زعفران میزان رهایش برابر %0/9 کروسین %/8 پیکروکروسین و %/0 سافرانال و امولسیون حامل %0 عصاره زعفران %9/ %6/5 و %/ به ترتیب براي کروسین سافرانال و پیکروکروسین گزارش گردید (جدول ). سینتیک رهایش کروسین پیکروکروسین و سافرانال به فاز آبی بیرونی امولسیون دوگانه با مدلهاي ذکر شده در جدول مورد بررسی قرار گرفتند که با توجه به پارامترهاي ضریب برازش ) R) مربعات خطا (SSE) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) (جدول 5 ) در مورد رهایش کروسین بهترین مدل مربوط به مدل مرتبه اول و در مورد رهایش پیکروکروسین و سافرانال بهترین مدل مربوط به مدل مرتبه صفر بود. با توجه به جدول 5 در طی روز نگهداري سرعت رهایش (k) مدل مرتبه صفرکروسین با افزایش میزان فاز آبی داخلی امولسیون دوگانه (عصاره زعفران) افزایش یافت. این روند افزایش در مورد سرعت رهایش (k) مدل مرتبه اول پیکروکروسین و سافرانال نیز مشاهده گردید. میزان فاز آبی داخلی (5 و %0 عصاره زعفران) امولسیون دوگانه بررهایش ترکیبات موثره زعفران از فاز داخلی داراي تاثیر معنیداري بود (0/05>p). با افزایش میزان فاز آبی داخلی اندازه قطرات آبی داخلی امولسیون دوگانه افزایش و در نتیجه رهایش ترکیبات فاز آبی داخلی به فاز آبی بیرونی نیز افزایش یافت که مشابه نتایج Schuch و همکاران (0) بود. در واقع با افزایش میزان فاز آبی داخلی امولسیون دوگانه کواسرواسیون بین قطرات داخلی افزایش یافته و همچنین قطرات بزرگ تشکیل میگردد که منجر به افزایش سرعت رهایش ترکیبات ریزپوشانی شده میگردد. علاوه بر این افزایش میزان فاز آبی داخلی منجر به افزایش کواسرواسیون بین قطرات داخلی و گلبولهاي سطحی روغن شده که منجر به کاهش ضخامت غشاي روغن و مبادله آب بین دو فاز امولسیون دوگانه میگردد 0) al,.(schuch et در طی روز نگهداري میزان سرعت رهایش (k) کروسین مدل مرتبه اول و (k) رهایش پیکروسین و سافرانال مدل مرتبه صفر امولسیون دوگانه دولایه نسبت به تک لایه کمتر میباشد (جدول 5 ). که نشاندهنده رهایش کند کروسین پیکروکروسین و سافرانال از فاز آبی داخلی امولسیون دوگانه دولایه (پایدار شده با پروتي ین آب پنیر- پکتین) بود. پس نوع دیواره خارجی (تک لایه دولایه) امولسیون دوگانه بررهایش ترکیبات موثره زعفران از فاز داخلی داراي تاثیر معنیداري بود (0/05>p). Alvardo و همکاران (009) با بررسی توانایی ریزپوشانی آهن با امولسیون دوگانه آب در روغن در آب نشان دادند که استحکام دیواره اطراف قطرات روغن امولسیون دوگانه (دیواره خارجی) تاثیر بارزي بر رهایش آهن محبوس شده در فاز آبی داخلی میگذارد. وقتی فقط از پروتي ین آب پنیر بعنوان دیواره خارجی در فرمولاسیون امولسیون دوگانه استفاده میشود مقاومت امولسیون در برابر رهایش ترکیبات فاز آبی داخلی کاهش مییابد ولی در مقابل استفاده از ترکیب پروتي ین آب پنیر-پکتین باعث افزایش این مقاومت Coacervation Poly dispersity

6 مدلسازي رهایش ترکیبات موثرهي نانوریزپوشانی شدهي زعفران... میگردد (009 al,.(lutz et در واقع امولسیونهاي پایدار شده با دو لایه به علت استحکام بالاي دیواره از قابلیت بالایی در حفظ ترکیبات ریزپوشانی شده برخوردار میباشند. امولسیون جدول - راندمان ریزپوشانی کروسین پیکروکروسین و سافرانال در امولسیون دوگانه آب در روغن در آب راندمان ریزپوشانی کروسین (%) راندمان ریزپوشانی پیکروکروسین (%) راندمان ریزپوشانی سافرانال (%) روز 7/7 Ba ± 0 / 5 8/7 Bb ± 0 / 9 58/77 Bc ± 0 / 5 7/0 Bd ± 0 / 9 روز 95/7 Aa ± 0 / 76 97/55 Ab ± 0 / 86 9/58 Ac ± 0 / 7 95/ Ad ± 0 / 5 روز 7/7 Ba ± 0 / 65 87/5 Bb ± 0 / 5 69/ Bc ± 0 / 8 78/66 Bd ± 0 / روز 96/9 Aa ± 0 / 8 98/6 Ab ± 0 / 9 96/ Ac ± 0 / 6 97/8 Ad ± 0 / 5 روز 8/5 Ba ± 0 / 8/7 Bb ± 0 / 8 68/85 Bc ± 0 / 6 7/9 Bd ± 0 / 9 روز 97/7 Aa ± 0 / 98/7 Ab ± 0 / 6 9/7 Ac ± 0 / 85 95/8 Ad ± 0 / 5 *± اعداد انحراف استاندارد. * اعداد داراي حروف بزرگ متفاوت در هر ردیف از لحاظ آماري تفاوت معنیداري با یکدیگر دارند (آزمون دانکن 0.05>p) /06 0 /95 0 /08 0 /087 0 /09 0 /8 0 /000 0 /00 8 /56 0 /95 /7 0 /5 0 /05 0 /087 0 / 0 / ترکیب کد مرتبه صفر مرتبه اول هیگوچی هیکسون کراول کروسین 0/5 0/87 0/05 0 /7 0/09 0/97 0/000 0 /0079 /6 0/7 /0 0/56 0/ 0 /0 0/009 0/5 سافرانال /7 0 /96 0 /06 0 / 0 /096 0 /88 0 /000 0 /007 /6 0 /7 /0 0 /0/5 0 /05 0 /056 0 /00 0 / 0 /96 0 /9 0 /05 0 /07 0 /087 0 /85 0 / /0 /6 0 /5 0 /8 0 / 0 /05 0 /056 0 /00 0 /08 / 0 /96 0 /05 0 /095 0 /09 0 /8 0 /00 0 /06 5 /95 0 /9 0 /68 0 /7 0 /05 0 /087 0 / 0 / / 0 /8 0 /087 0 / 0/07 0/8 0/000 0/009 /75 0/007 0/00 0/05 0/06 0/0 0/09 0/05 پیکرو کروسین /7 0 /6 0 /956 0 /906 0 /09 0 /0 0 /099 0 /06 0/00 0/ 0/8 0/9 0/0005 0/05 - e/9 0/000 0/00 / 8/ 0/00 0/0009 0/008 0/009 0/09 0/0 0/00 0/ 0/009 0/0009 0/008 0/0 0/00 0/007 / 0 /8 0 /097 0 /9 0/09 0/9 0/00 0/07 6/ 0/7 0/00 0/06 6/ 8/ / /75 0 /886 0/88 0/07 0 / 0/097 0/955 0/000 0 /0066 5/ 0/88 0/88 0/ 0/ 0 /07 0/009 0/ /8 0/9 0/06 0 / 0/099 0/906 0/000 0 /0088 8/56 0/95 /76 0/5 0/9 0 /0 0/007 0/5 0/68 0/9 0/0 0 /08 0/09 0/959 0/000 0 /0067 5/95 0/9 0/68 0/7 0/5 0/08 0 /00 0/ K R sse rmse K R sse rmse K R sse rmse K R sse rmse بررسی گرانروي و رفتار جریانی امولسیونها یافتههاي ما نشان داد که ویسکوزیته امولسیونهاي پایدار شده با دو دیواره (پروتي ین آب پنیر و پکتین) بیشتر از ویسکوزیته امولسیونهاي پایدار شده با پروتي ین آب پنیر به تنهایی بود. این موضوع میتواند نشاندهنده پایداري بالاي امولسیونهاي داراي دو دیواره باشد. ویسکوزیته امولسیون اکثرا به آزادي حرکت آب فاز پیوسته بستگی دارد. وقتی از محلول پکتین و پروتي ین آب پنیر بعنوان فاز پیوسته استفاده شد میزان آزادي حرکت آب کاهش یافته و در نتیجه ویسکوزیته امولسیون افزایش مییابد. افزایش میزان فاز پراکنده (عصاره زعفران) امولسیون اولیه آب در روغن از %5 به %0 باعث افزایش ویسکوزیته امولسیون دوگانه میگردد. با افزایش فاز پراکنده امولسیون اولیه اندازه قطرات امولسیون نهایی آب در روغن در آب افزایش یافته و در نتیجه افزایش میزان برخورد قطرات با یکدیگر ویسکوزیته امولسیون نیز افزایش مییابد. با توجه به شکل امولسیون پایدار شده با دو دیواره پروتي ین آب پنیر و پکتین رفتار غیر نیوتنی شبهپلاستیک و امولسیون پایدار شده با پروتي ین آب پنیر رفتار نیوتنی از خود نشان دادند. در واقع ترکیب پکتین و پروتي ین آب پنیر از سیالیت امولسیون کاسته و میزان ویسکوزیته آن را افزایش میدهد.(Olivieri et al, 00; Lutz et al, 00)

7 نشریه پژوهشهاي علوم و صنایع غذایی ایران جلد شماره خرداد- تیر 95 شکل : تاثیر مواد دیواره و درصد فاز پراکنده (عصاره زعفران) امولسیون اولیه (آب در روغن) بر ویسکوزیته و رفتار ري ولوژیکی امولسیون نهایی آب در روغن در آب. پایدار شده با پروتي ین آب پنیر (%5 عصاره زعفران) پایدار شده با با ترکیب پروتي ین آب پنیر و پکتین (%5 عصاره زعفران) پایدار شده با پروتي ین آب پنیر (%0 عصاره زعفران) پایدار شده با ترکیب پروتي ین آب پنیر و پکتین (%0 عصاره زعفران). نتیجهگیري در این پژوهش امولسیون دوگانه آب در روغن در آب به عنوان یک حامل مناسب براي انتقال و کنترل رهایش ترکیبات موثره زعفران طراحی گردید. در پایداري امولسیون از بیوپلیمرهاي خوراکی استفاده گردید تا بتوان از آنها در فرمولاسیون مواد غذایی استفاده نمود. نتایج نشان داد که امولسیون دوگانه آب در روغن در آب پایدار شده با کمپلکس پروتي ین آب پنیر و پکتین به علت کاربرد دو دیواره در فرمولاسیون آن ترکیبات موثره زعفران را بهتر حفظ مینماید. همچنین مدلهاي مرتبه صفر مرتبه اول به عنوان مدلهاي مناسب جهت بررسی سینتیک رهایش ترکیبات موثره زعفران از فاز آبی داخلی به فاز آبی بیرونی پیشنهاد گردیدند. منابع Bouyer, E., G. Mekhloufi, et al. (0). Proteins, polysaccharides, and their complexes used as stabilizers for emulsions: Alternatives to synthetic surfactants in the pharmaceutical field, International Journal of Pharmaceutics 6( ): Chen, Y., Zhang, H., Tian, X., Zhao, C., Cai, L., liu, Y., Jia, L., Yin, H.X. Antioxidant potential of crocins and ethanol extracts of gardenia jasmininoides ellis and crocus sativus L.: Arelationship investigation between antioxidant activity and crosin contents. Food Chemistry. 09():8-9. Chu, L.Y., Utada, A.S., Shah, R.K., Kim, J.W., Weitz, D.A., 007. Controllable monodisperse multiple emulsions. Angewandte Chemie-International Edition6, Fathi, M., Varshosaz, J., Mohebbi, M., & Shahidi, F. (0). Hesperetin-loaded solid lipid nanoparticles and nanostructure lipid carriers for food fortification: preparation, characterization, and modeling. Food and Bioprocess Technology, 6(6), Flanagan, J., Singh, H. (006). Recent advances in the delivery using microemulsions of food-delivered bioactives and drugs. In M. R. Mozafari (Ed.), Nanocarrier technologies (pp. 95e). Netherlands: Springer. Giroux, H. J., S. Constantineau, et al. (0). Cheese fortification using water-in-oil-in-water double emulsions as carrier for water soluble nutrients. International Dairy Journal 9(): 07-. ISO/TS 6-, (00). Saffron (Crocus sativus L.) Part : Specifications, Part : Test Methods; Geneva, Switzerland: ISO. Jafari SM, Beheshti P, Assadpoor E (0) Rheological behavior and stability of D-limonene emulsions made by a novel hydrocolloid (Angum gum) compared with Arabic gum. J Food Eng 09(): 8. Jager-Lezer, N., I. Terrisse, et al. (997). Influence of lipophilic surfactant on the release kinetics of water-soluble molecules entrapped in a W/O/W multiple emulsion. Journal of Controlled Release 5(): -. Jiménez-Alvarado R, Beristain CI, Medina-Torres L, RomلnGuerrero A, Vernon-Carter EJ (009). Ferrous bisglycinate content and release in W/O/W multiple emulsions stabilized by proteipolysacharide complexes. Food Hydrocoll009; : -. Kumpati, P., Suresh, K.A., Sathiyavedu, T.S and Arabandi, R. (00). Inhibitory effects of aqueous crude extract of Saffron (Crocus sativus L.) on chemical-induced genotoxicity in mice. Asia Pacific J Clin Nutr, (): Lobato-Calleros, C., Rodriguez, E,. Sandoval-Castilla, O,. Vernon-Carter, E.J,. Alvarez-Ramirez, R., (006). Reducedfat white fresh cheese-like products obtained from W/O/W multiple emulsions: Viscoelastic and high-resolution

8 مدلسازي رهایش ترکیبات موثرهي نانوریزپوشانی شدهي زعفران... 5 image analyses. Food Research International 9(6): Lutz, R., Aserin, A,. Wicker, Louise,. Garti, Nissim,. (009). Release of electrolytes from W/O/W double emulsions stabilized by a soluble complex of modified pectin and whey protein isolate. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 7(): Magdassi, S. and N. Garti (986). "A kinetic model for release of electrolytes from w/o/w multiple emulsions." Journal of Controlled Release ( ): Moraga, A.R., Nohales, P., Perez, J. and Gomez-Gomez, L. (00). Glucosylation os the saffron apocarotenoid crocetin by a glucosyltransferase isolated from crocus sativus stigmas. Planta.9(6): Olivieri, Laetitia., Seiller, Seiller., Bromberg, Lev., Besnard, Madeleine., Duong, Thi-Nhat-Lien., Grossiord, Jean- Louis. (00). Optimization of a thermally reversible W/O/W multiple emulsion for shear-induced drug release. Journal of Controlled Release 88(): 0-. Pays, K., J. Giermanska-Kahn, et al. (00). "Double emulsions: how does release occur?" Journal of Controlled Release 79( ): Raynal, S., Grossiord, J. L., Seiller, M., Claussed, D. (99). A topical W/O/W multiple emulsion containing several active substances: formulation, characterization and study of release. Journal of Controlled Release, 6(): 9-0. Raynal, S., J. L. Grossiord, et al. (99). "A topical W/O/W multiple emulsion containing several active substances: formulation, characterization and study of release." Journal of Controlled Release 6(): 9-0. Regan, J. O. and D. M. Mulvihill (009). Water soluble inner aqueous phase markers as indicators of the encapsulation properties of water-in-oil-in-water emulsions stabilized with sodium caseinate. Food Hydrocolloids, (8): 9-5. Sadeghi, S., Madadlou, A,. Yarmand, Mohamadsaeed,. (0). Microemulsification cold gelation of whey proteins for nanoencapsulation of date palm pit extract. Food Hydrocolloids, 5(0): Sapei, L., M. A. Naqvi, et al. (0). "Stability and release properties of double emulsions for food applications." Food Hydrocolloids 7(): 6-. Schuch, Anna. Deiters, Philipp. Henne, Julius. Kohler, P. Schuchmann, Karsten Heike. (0). Production of W/O/W (water-in-oil-in-water) multiple emulsions: droplet breakup and release of water. Journal of Colloid and Interface Science, 0 (0): Siepmann, J. and F. Siepmann (008). "Mathematical modeling of drug delivery." International Journal of Pharmaceutics 6(): 8-. Zeng, Y., Yan, F., Tang, L. and Chen, F. 00. Increased crosin production and induction frequency of stigma-likestrucrure from floral organs of crous sativus L. By precursor feeding. Plant Cell, Tissue and Orang Culture.7(): 85-9.

9 Iranian Food Science and Technology Research Journal Vol., No., June. July. 06, p نشریه پژوهشهاي علوم و صنایع غذایی ایران جلد شماره خرداد-تیر 95 ص Release modeling of Nano-encapsulated bioactive compounds of saffron from inner phase of W/O/W double emulsions A. Faridi Esfanjani, S. M. Jafari *, E. Assadpour, H. Mirzaei Received: Accepted: Introduction: Controlling and targeting release of bioactive compounds have a key role in improving their functional properties such as antioxidant and anti-disease activities. Encapsulation is one of the best methods for protection and controlling release of bioactive ingredients. Indeed, in this process, protection and controlling release of ingredients as core materials are performed by surrounding of them via variety of wall materials. Emulsions are most popular encapsulation systems that are classified in variety types such as single layer emulsion, multi-layer emulsion, doubleemulsion, and etc. Hydrophilic bioactive compounds can be loaded in inner aqueous phase of water in oil in water (W/O/W) double-emulsions. The stability of doubleemulsions is low due to presence of two interfaces in them.applying a thermodynamically stable W/O emulsion (e.g., microemulsion) as a primary emulsion and using of complex biopolymers as emulsifier and stabilizer in outer phase of doubleemulsions can improve their stability (Dickinson, 0; Boyer et al, 0). Saffron bioactive compounds include crocin, picrocrocin, and saffranal are widely used for a variety of functional and healthy goals in food and pharmaceutical industries. These compounds have many different functions, including anti-carcinogenic, anti-oxidant, anti-depressant, anti-apoptotic, anti-tussive, antinociceptive, anti-inflammatory and anti-thrombotic properties (Moraga et al, 00). In the present study, our main goal was kinetically evaluated release of crocin, picrocrocin and saffranal from inner phase to outer phase of doubleemulsion during days storage by Zero order, Fist order, Higuchi, and Hixson-Crowell. Materials and method: Saffron was provided from Torbatheydariyeh farms, Khorasan-e-razavi, Iran. Sunflower oil and sodium azide were purchased from FRICO (Sirjan, Iran) and Sigma-Aldrich (St. Louis, USA), respectively. Whey protein concentrate (80% protein) and sorbitanmonooleate (span 80) were obtained from Sapoto cheese (USA) and Merck (Germany), respectively. Maltodextrin was obtained from Qinhuangdao starch Co. (DE 6-0, China) and citrus pectin with a degree of methyl esterification of 7.% and galacturonic acid >65% was purchased from MP biomedical (Netherland). All other chemicals used in this study were of analytical grade. For extraction of crocin, picrocrocin and saffranal, a total of 0 grams of saffron sample was macerated in 50 ml of water in a glass bottle, covered with aluminum foil (to prevent direct exposure to light), and was placed in an incubator shaker (Kavooshmega, Iran) for hours at 0 o C. Then, this solution was homogenized (0000 rpm for 0 minutes, HeidolphSilentcrusher, Germany) for maximum extraction of saffron compounds. Finally, the extract was filtered under vacuum by using a Whatman No. ( mm) filter paper, and kept in the freezer at -8 o C prior to any examination. ISO/TS 6 procedure (00) was used for the measurement of saffron compounds. The doubleemulsions were prepared in two-step: (a) Frist, primary W/O micro-emulsions were produced by two formulations: 60:0:0% and 6::5% of sunflower oil, span 80, and saffron extract, respectively. (b) Then, the W/O micro-emulsions was gradually added into the outer aqueous phase contains why protein concentrate (WPC)/maltodextrin or WPC/pectin/maltodextrin while blending by a homogenizer (000 rpm for 5 minutes at 0 o C, HeidolphSilentcrusher, Germany) and then these coarse emulsions were further emulsified using mentioned homogenizer (5000 rpm for 8 minutes at 0 o C). All doubleemulsions were composed of 5% primary emulsion and 75% outer aqueous phase Droplet size of doubleemulsions after one day and days storage weremeasured using Zetasizer (Malvern And - Former MSc and PhD students, Faculty of Food Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources and - Associate Professors, Faculty of Food Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources (*-Corresponding Author smjafari@gau.ac.ir)

10 مدلسازي رهایش ترکیبات موثرهي نانوریزپوشانی شدهي زعفران... 7 Instruments, Worcestershire, UK). The released components in the outer aqueous phase were measured by evaluation of encapsulation efficiencyof the ratio of crocin, picrocrocin, and saffranalat a specific time: E (%) = 00- (C 00/C ) () Where C is the percentage of crocin, picrocrocin and saffranal in outer aqueous phase and C equals to the percentage of compounds in inner aqueous phase. C is a released into outer aqueous phase relative to the total amount present in the outer aqueous phase if all compounds were released (M ). The viscosity of emulsions was measured using a programmable viscometer (model LVDV -II + Pro, Brookfield Engineering Laboratories, USA) and by a ULA spindle. The released are kinetly evaluated by Zero order, Fist order, Higuchi, and Hixson-Crowell. The experiments were all carried out in triplicate. The collected data were analyzed by one-way ANOVA; the means were compared by the Duncan's multiple range tests at the 5% level through SPSS version (IBM, USA). Results and Discussion: As shown in fig., the droplet size of produced W/O micro-emulsions were lower than 00 nm. In fact, these droplets are water droplets containing bioactive compounds of saffron dispersed within oil phase that surrounded with Span 80 (Fig. ).Also, it was found that by increase of saffron extract (from 5% to 0%) as dispersed phase in W/O micro-emulsions, droplet size and poly-dispersityindex (PDI) weresignificantly (P< 0.05) affected (Table. ). As shown in table., crocin, picrocrocin, and saffranal had a same release trend, but the release rate of crocin was lower than saffranal and picrocrocin. As regard to R, SSE, and RMSE from kinetic modeling in table. 5, the firstorder was a best model for release of crocin, and zero order was a best model for release of picrocrocin and saffranal. Also, kinetic date of release showed that the high release of crocin, saffranal, and picrocrocin was observed by increasing the dispersed phase content of primary W/O micro-emulsion and also it was found that WPC/pectindelayed the release of encapsulated ingredients more than single WPC (Table. 5). Indeed, the using of complex biopolymers as the external binary film of doubleemulsions causes a resistance to release for inner compounds (Dickinson, 0). As shown in fig., the viscosity of doubleemulsions stability with WPC/pectin complex was higher than doubleemulsions stabilized by only WPC. This can confirm the higher stability of stabilized doubleemulsions with complex biopolymers (Olivieri et al, 00). Keywords: Release, Nanoencapsulation, W/O/W double emulsion, saffron.