توسعه نانوحاملهای لیپیدی مقاوم به حرارت برای انکپسولاسیون ویتامین D3 با استفاده از اسپری درایر
مقاله آورده شده با عنوان Development of heat-stable gelatin-coated nanostructured lipid carriers(NLC) Colloidal and stability properties به توسعه یک سامانه دارورسانی و غذایی نوین برای انکپسولاسیون و پایدارسازی ویتامین D3 میپردازد. هدف اصلی این تحقیق، تولید نانوحاملهای لیپیدی ساختاریافته (NLC) و تبدیل آنها به پودر خشک با استفاده از اسپری درایر درساتک بهمنظور افزایش پایداری حرارتی، سهولت حملونقل و امکان استفاده صنعتی در غنیسازی روغنهای خوراکی است.
ویتامین D3 یکی از ریزمغذیهای ضروری برای سلامت استخوان، سیستم ایمنی و متابولیسم کلسیم است؛ با این حال، این ترکیب لیپوفیل در برابر نور، اکسیژن، حرارت و فرآیندهای پخت بسیار ناپایدار بوده و بهسرعت تخریب میشود بنابراین استفاده مستقیم آن در مواد غذایی مایع مانند روغن، بازدهی پایینی دارد. به همین دلیل، طراحی سامانههای میکرو/ نانو انکپسولاسیون بهعنوان راهکاری مؤثر جهت محافظت و کنترل رهایش این ویتامین مطرح شده است.
چالشهای فنی و دلیل انتخاب این متد
از مشکلات اصلی در غنیسازی روغنهای خوراکی با ویتامین D3 میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
• تخریب سریع در دمای پخت و پز
• کاهش ماندگاری طی نگهداری
• حساسیت به اکسیداسیون
• دشواری توزیع یکنواخت در فاز روغنی
در نتیجه جهت غلبه بر این چالشها، پژوهشگران از نانوحاملهای لیپیدی (NLC) استفاده کردند که با محبوسسازی ویتامین در ماتریس لیپیدی جامد–مایع، آن را در برابر عوامل محیطی محافظت میکند. سپس برای تبدیل سوسپانسیون نانویی به فرم پودری پایدار، از اسپری درایر آزمایشگاهی آزمایشگاهی درساتک بهره گرفته شد که امکان تولید صنعتی پودرهای پایدار و قابل ذخیرهسازی را فراهم میکند.
مراحل تولید و سنتز نانوحاملها
– فرآیند تهیه نانوحاملهای لیپیدی در این مطالعه طی چند مرحله متوالی و کنترلشده انجام شد. در گام نخست، فاز لیپیدی شامل موم زنبورعسل یا مارگارین (۳۰–۴۰ درصد) بهعنوان لیپید جامد، بههمراه روغن ذرت و ویتامین E (۱۰–۲۰ درصد) بهعنوان لیپید مایع و آنتیاکسیدان، در حضور ویتامین D3 در دمای حدود ۸۵ درجه سانتیگراد ذوب و کاملاً یکنواخت گردید.
– پس از تشکیل فاز مذاب، بهمنظور پایدارسازی سامانه و تسهیل تشکیل امولسیون، امولسیفایرهای غذایی Tween-80 و PGE به مخلوط افزوده شدند. سپس برای کاهش اندازه ذرات و ایجاد یک سوسپانسیون نانوساختار پایدار، عملیات همگنسازی در سه مرحله انجام گرفت:
• هموژنسازی اولیه با سرعت 9000 دور بر دقیقه
• هموژنسازی با برش بالا در 20,000 دور بر دقیقه به مدت 20 دقیقه
• فراصوتدهی در 10 سیکل یکدقیقهای با توان 200 وات
اجرای این مراحل موجب کاهش اندازه قطرات، توزیع یکنواخت فاز لیپیدی و در نهایت تشکیل نانوذرات پایدار با ساختار یکنواخت شد. در ادامه، برای افزایش مقاومت مکانیکی و محافظت بیشتر از ذرات، ژلاتین بهعنوان پوششدهنده با نسبت ۲ به ۱ (ژلاتین به نانوحامل) به فرمولاسیون اضافه گردید تا یک لایه محافظ اطراف نانوذرات ایجاد شود.
– خشکسازی با اسپری درایر
در مرحله نهایی، سوسپانسیون نانویی آمادهشده بهمنظور تبدیل به فرم پودری پایدار، وارد اسپری درایرSpray Dryer ) (ساخت درساتک شد. فرآیند خشکسازی تحت شرایط عملیاتی کنترلشده زیر انجام گرفت:
• دمای ورودی هوا: 130 ± 1°C
• دمای خروجی: 70 ± 0.5°C
• دبی خوراک: 3 میلیلیتر بر دقیقه
• فشار اتمیزاسیون: 5000 psi
• قطر نازل دو سیاله: 0.7 میلیمتر
• دبی هوای خشککن: ۷۰ درصد ظرفیت دستگاه
این شرایط موجب تبخیر سریع رطوبت، تبدیل قطرات به ذرات کروی، جلوگیری از تجمع نانوذرات و تولید پودر خشک، یکنواخت و پایدار شد که از نظر ذخیرهسازی، حملونقل و کاربرد صنعتی، عملکرد مطلوبی دارد.
اهمیت استفاده از اسپری درایر در فرآیند تولید
استفاده از خشک کن پاششی ساخت درساتک در فرآیند خشکسازی نانوحاملها مزایای فنی و صنعتی متعددی ایجاد کرد که شامل موارد زیر است:
• تبدیل مستقیم سوسپانسیون نانویی مایع به پودر خشک در یک مرحله فرآیندی
• کاهش سریع رطوبت و در نتیجه افزایش پایداری شیمیایی و فیزیکی ترکیبات حساس
• جلوگیری از تجمع، کلوخهشدن و آگلومراسیون ذرات نانویی
• تولید ذرات کروی با توزیع اندازه یکنواخت و مورفولوژی مناسب
• بهبود قابلیت انحلال، بازپخش (Re-dispersion) و استفاده مجدد در محیطهای آبی
• کاهش زمان فرآیند و افزایش بهرهوری تولید نسبت به روشهای سنتی خشکسازی
• امکان مقیاسپذیری صنعتی و تولید در حجم بالا
• مناسب برای تولید پودرهای پایدار با قابلیت ذخیرهسازی و حملونقل آسانتر
مقایسه عملکرد این روش با فریزدرایینگ نشان داد که پودرهای حاصل از اسپریدرایینگ دارای توزیع اندازه ذرات یکنواختتر و شاخص چندپراکنی (PDI) پایینتر هستند که بیانگر کیفیت فیزیکی بالاتر و پایداری بهتر سامانه نانویی است.
نتایج کمی و عملکرد نهایی
نتایج کمی بهدستآمده از این مطالعه نشان داد که نانوحاملهای لیپیدی تولیدشده از نظر اندازه ذرات، پایداری انکپسولاسیون و مقاومت حرارتی عملکرد بسیار مطلوبی دارند. اندازه ذرات در تمامی فرمولاسیونها در محدوده نانومتری و کمتر از ۲۰۰ نانومتر باقی ماند که بیانگر تشکیل موفق یک سامانه کلوئیدی پایدار است. در این میان، بهترین فرمولاسیون اندازهای معادل 125.9 ± 4.6 نانومتر را نشان داد که توزیع یکنواخت و پایداری فیزیکی مناسب نانوذرات را تأیید میکند.
از نظر پایداری ذخیرهسازی، سیستمهای انکپسولهشده توانستند طی ۶۰ روز بخش عمدهای از ماده فعال را حفظ کنند. همچنین آزمونهای حرارتی نشان داد که نانوکپسولهسازی بهطور معنیداری از تخریب ویتامین D3 در شرایط پخت و سرخکردن جلوگیری کرده و در مقایسه با ویتامین آزاد، درصد حفظ ماده مؤثره را به شکل چشمگیری افزایش داده است. این موضوع بیانگر نقش محافظتی نانوحاملها در برابر تنشهای حرارتی و اکسیداتیو است.
بدون دیدگاه