غنی‌سازی کره با نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون بارگذاری شده با ویتامین D3
الموضوعات :سهیلا راستان مستعلی بگلو 1 , لیدا شاهسونی 2 , شادی مهدیخانی 3
1 - گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، واحد شهرقدس، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، واحد شهرقدس، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 - گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، واحد شهر قدس، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
الکلمات المفتاحية: ویتامین D3, پلیکاپرولاکتون, کره, نانوذرات,
ملخص المقالة :
کره به دلیل طعم ویژه و لذیذش از محبوب‌ترین محصولات لبنی است لیکن به لحاظ وجود ویتامین‌هایی نظیر ویتامین D3 منبع خوبی به شمار نمی‌رود و به‌کارگیری این ویتامین در فرمولاسیون آن می‌تواند به خصوصیات زیست‌فعال این محصول بیفزاید. پژوهش حاضر با هدف انکپسولاسیون ویتامین D3 در ساختار نانوذرات الکترواسپری بر پایه پلیکاپرولاکتون و سپس به‌کارگیری آن در فرمولاسیون کره انجام شد. بدین منظور نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 با سطوح 5، 10 و 15درصد(وزنی/وزنی) انکپسوله تولید و آزمون FTIR و کارآیی انکپسولاسیون روی نانوذرات تشکیل شده انجام و نمونه‌ای که دارای کارایی انکپسولاسیون بالاتر بود جهت افزودن به کره استفاده شد. نتایج آزمون FTIR نشان داد ویتامین D3 به‌طور موفقیتآمیزی در ساختار نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون به دام افتاده و با به‌کارگیری 10% ویتامین D3 در ساختار نانوذرات بالاترین راندمان انکپسولاسیون حاصل گردید و سپس خصوصیات فیزیکوشیمیایی، رنگی و حسی نمونه‌ها در طی 3 ماه نگهداری با نمونه شاهد مقایسه شدند. نتایج نشان داد استفاده از نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 و افزایش سطح به‌کارگیری آن در فرمولاسیون کره موجب کاهش اندیس پراکسید، عدد اسیدی و اندیس تیوباربیتوریک اسید در طی دوره نگهداری شد و نمونه حاوی 5% ویتامین D3 موجب عدم ایجاد تفاوت معنی‌داری خصوصیات رنگی(L*، a و b) و نیز عدم‌تغییر خصوصیات حسی در مقایسه با نمونه شاهد شد. به‌طورکلی می‌توان نتیجه گرفت که کره حاوی 5% نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 دارای خصوصیات فیزیکوشیمیایی، رنگی و حسی مطلوب و به‌عنوان نمونه برتر انتخاب می‌شود.
References
1. Salehin MN, Khan SI, Kabir MS, Kumar K, Montaha S, Arefuzzaman M, Uddin MB, Ahmed M. Assessment of oxidative and shelf life stability of lycopene enriched butter during storage. Food Chemistry Advances. 2025:101003.
2. Ma Z, & Boye, J. I. Advances in the design and production of reduced-fat and reduced-cholesterol salad dressing and mayonnaise: a review. Food and Bioprocess Technology. 2013; 6(3), 648-670.
3. Holick M. F. The one-hundred-year anniversary of the discovery of the sunshine vitamin D3: historical, personal experience and evidence-based perspectives. Nutrients. 2023; 15(3), 593.
4. Khan W. A, Butt M S, Pasha I, Jamil A. Microencapsulation of vitamin D in protein matrices: In vitro release and storage stability. Journal of food measurement and characterization. 2020; 14, 1172-1182.
5. Winuprasith T, Khomein P, Mitbumrung W, Suphantharika M, Nitithamyong A, McClements DJ. Encapsulation of vitamin D3 in pickering emulsions stabilized by nanofibrillated mangosteen cellulose: Impact on in vitro digestion and bioaccessibility. Food hydrocolloids. 2018; 83:153-64.
6. Ghorani B, Tucker N. Fundamentals of electrospinning as a novel delivery vehicle for bioactive compounds in food nanotechnology. Food Hydrocolloids. 2015; 51, 227-240.
7. Hernández-Rodríguez L, Lobato-Calleros C, Pimentel-González D. J, Vernon-Carter E. J. Lactobacillus plantarum protection by entrapment in whey protein isolate: κ-carrageenan complex coacervates. Food Hydrocolloids. 2014; 36, 181-188.
8. Pérez-Masiá, R, López-Nicolás, R, Periago M. J, Ros G, Lagaron J. M, López-Rubio A. Encapsulation of folic acid in food hydrocolloids through nanospray drying and electrospraying for nutraceutical applications. Food Chemistry. 2015; 168, 124-133.
9. Alehosseini A, Ghorani, B, Sarabi-Jamab, M, Tucker N. Principles of electrospraying: A new approach in protection of bioactive compounds in foods. Critical reviews in food science and nutrition. 2018; 58(14), 2346-2363.
10. Prieto C, Calvo L. Supercritical fluid extraction of emulsions to nanoencapsulate vitamin E in polycaprolactone. The Journal of Supercritical Fluids, 2017; 119, 274-282.
11. Wang J, Jansen J. A, Yang F. Electrospraying: possibilities and challenges of engineering carriers for biomedical applications—a mini review. Frontiers in Chemistry. 2019; 7, 258.
12. Rezaeinia H, Ghorani B, Emadzadeh B, Tucker N. Electrohydrodynamic atomization of Balangu (Lallemantia royleana) seed gum for the fast-release of Mentha longifolia L. essential oil: Characterization of nano-capsules and modelling the kinetics of release. Food hydrocolloids. 2019; 93, 374-385.
13. Rezaeinia H, Ghorani B, Emadzadeh B, Mohebbi M. Prolonged-release of menthol through a superhydrophilic multilayered structure of balangu (Lallemantia royleana)-gelatin nanofibers. Materials Science and Engineering. 2020; C, 111115.
14. Azizkhani, M. Zandi, P. Gaini, A. Safafar, H. Akhavan Attar, Z. (2006). The effect of natural antioxidant mixtures on the oxidative stability of margarine. Iranian Quarterly Journal of Nutritional Sciences and Food Industry.2006: 2: 44-35.
15. National Standards Organization of Iran (2017), First Edition. Vegetable and Animal Oils and Fats: Measurement of Peroxide Content by Iodometry - Determination of Endpoint by Visual Method. Publications of the Iranian Standards and Industrial Research Organization. National Standard Number 4179.
16. National Standards Organization of Iran (1400), First Edition. Vegetable and Animal Oils and Fats - Measurement of Acid Number and Acidity. Publications of the Iranian Standards and Industrial Research Organization. National Standard Number 4178.
17. Ehsani A, Hashemi M, Jazani N. H, Aliakbarlu J, Shokri S, Naghibi S. S. Effect of Echinophora platyloba DC. essential oil and lycopene on the stability of pasteurized cream obtained from cow milk. In Veterinary Research Forum. 2016; Vol. 7, No. 2, p. 139. Faculty of Veterinary Medicine, Urmia University, Urmia, Iran.
18. Abid Y, Azabou S, Jridi M, Khemakhem I, Bouaziz M, Attia H. Storage stability of traditional Tunisian butter enriched with antioxidant extract from tomato processing by-products. Food Chemistry,2017; 233: 476-482.
19. Lawless H. T, Heymann H. Sensory evaluation of food: principles and practices. 2010 Springer Science & Business Media.
20. Janković B, Papović S, Vraneš M, Knežević T, Pržulj S, Zeljković S, Jelić D. Biomineral nanocomposite scaffold (CaCO3/PVA based) carrier for improved stability of vitamin D3: characterization analysis and material properties. Journal of Materials Science. 2023; 58(15), 6580-6601.
21. Al-Bishari A. M, Al-Shaaobi B. A, Al-Bishari A. A, Al-Baadani M. A, Yu L, Shen J, Gao P. Vitamin D and curcumin-loaded PCL nanofibrous for engineering osteogenesis and immunomodulatory scaffold. Frontiers in bioengineering and biotechnology. 2022; 10, 975431.
22. Wsoo M. A, Abd Razak S. I, Bohari S. P. M, Shahir S, Salihu R, Kadir M. R. A, & Nayan, N. H. M. Vitamin D3-loaded electrospun cellulose acetate/polycaprolactone nanofibers: Characterization, in-vitro drug release and cytotoxicity studies. International journal of biological macromolecules. 2021; 181, 82-98.
23. Guler E, Baripoglu Y. E, Alenezi H, Arikan A, Babazade R, Unal, S., Cam M. E. Vitamin D3/vitamin K2/magnesium-loaded polylactic acid/tricalcium phosphate/polycaprolactone composite nanofibers demonstrated osteoinductive effect by increasing Runx2 via Wnt/β-catenin pathway. International Journal of Biological Macromolecules. 2021; 190, 244-258.
24. Heydari-Majd M, Rezaeinia H, Shadan M. R, Ghorani B, Tucker N. Enrichment of zein nanofibre assemblies for therapeutic delivery of Barije (Ferula gummosa Boiss) essential oil. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2019; 54, 101290.
25. Aliabbasi N, Mehrabi S, Kheirandish M, Gashtasbi S, Mokhtarian M, Hosseini-Isfahani M., & Rezaeinia H. The novel nano-electrospray delivery of curcumin via ultrasound assisted Balangu (Lallemantia royleana) hydrocolloid-chickpea protein interaction. Food Chemistry. 2025; 144388.
26. Mokhtari, Z., Hekmatdoost, A., & Nourian, M. Antioxidant efficacy of vitamin D. Journal of Parathyroid Disease, 2016; 5(1), 11-16.
27. Leal L. K. A. M, Lima L. A, de Aquino P. E. A, de Sousa J. A. C, Gadelha C. V. J., Calou, I. B. F, de Barros Viana, G. S. Vitamin D (VD3) antioxidative and anti-inflammatory activities: Peripheral and central effects. European journal of pharmacology. 2020; 879, 173099.
28. Shavisi N. Improving the oxidative stability of butter oil with nanoencapsulated Ferulago angulata essential oil during accelerated shelf-life storage. Journal of Food Science and Technology. 2024; 61(11), 2100-2110.
29. Kreivaitis R, Gumbytė M, Kazancev K, Padgurskas J, Makarevičienė, V. A comparison of pure and natural antioxidant modified rapeseed oil storage properties. Industrial Crops and Products. 2013; 43, 511-516.
30. Aidli-Ouadah A, Rezig L, Chougui N, Beder-Belkhiri W, Hadjal S, Zeroual B, Idoui T. Effect of pomegranate (Punica granatum L.) peel extract on the oxidative stability of soybean oil and margarine. Journal of Food Measurement and Characterization.2025; 1-15.
31. Akça A. E, Kandil M, Özcan M. M. Uses of margarines, consumption rates of margarine, oxidative deterioration and storage conditions, the relationship between spices and antioxidants-A Review. Journal of Agroalimentary Processes & Technologies. 2022; 28(4).
32. Guenaoui, N., Ouchemoukh, S., Amessis-Ouchemoukh, N., Ayad, R., Puşcaş, A., Zeroual, B., Mureşan, V. (2024). Physico-chemical properties and antioxidant activity of five Algerian honeys and margarines formulated with honey as antioxidant and preservative. Journal of Food Safety and Food Quality-Archiv für Lebensmittelhygiene, 75(6), 167-178.
33. Sadou D, Amessis‐Ouchemoukh N, Ouchemoukh S, Ayad R, Guenaoui N, Otmani, A., & Madani, K. Elaboration of enriched margarine with lentisk oil and honey: Formulation, characterization, and monitoring of oxidative stability. European Journal of Lipid Science and Technology. 2023; 125(11), 2300081.
34. Pădureţ, S. The quantification of fatty acids, color, and textural properties of locally produced bakery margarine. Applied Sciences 2022; 12(3), 1731.
35. Fallahasgari M, Barzegar F, Abolghasem D, Nayebzadeh K. An overview focusing on modification of margarine rheological and textural properties for improving physical quality. European Food Research and Technology. 2023; 249(9), 2227-2240.
36. Jassim L, Mahmood K. Study of some physicochemical, microbial and sensory properties of low-fat butter produced by titanium dioxide (TiO2) nano particles. Eurasian Chemical Communications. 2022; 4(3), 241-55.
|
Research Paper
Enrichment of Butter with Electrosprayed Polycaprolactone Nanoparticles Loaded with Vitamin D3
Soheila Rastan Masali-Begloo1, Lida Shahsavani, Shadi Mehdikhani
Department of Food Science and Technology, ShQ.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran
Received: 26/08/2025, Accepted: 25/09/2025
Abstract
Butter is one of the most popular dairy products due to its special and delicious taste, but it is not considered a good source of vitamins such as vitamin D3 and using this vitamin in its formulation can add to the bioactive properties of this product. The present study aimed to encapsulate vitamin D3 in the structure of electrospray nanoparticles based on poly-caprolactone and then use it in butter formulation. Electrosprayed polycaprolactone nanoparticles containing vitamin D3 with levels of 5, 10, and 15(w/w) were produced and encapsulated and FTIR test and encapsulation efficiency were performed on the formed nanoparticles. The sample that had higher encapsulation efficiency was added to the butter. FTIR test results showed that vitamin D3 was successfully trapped in the structure of electrosprayed poly-caprolactone nanoparticles. By using 10% vitamin D3 in the nanoparticle structure, the highest encapsulation efficiency was achieved. The physicochemical, color, and sensory properties of the samples were compared with the control sample during 3 months of storage. The results showed that the use of nanoparticles containing vitamin D3 and increasing its application level in butter formulation resulted in a decrease in peroxide value, acid value, thiobarbituric acid value during storage. The sample containing 5% vitamin D3 did not cause any significant difference in color characteristics and did not change sensory characteristics compared to the control sample. It can be concluded that butter containing 5% electrosprayed polycaprolactone nanoparticles containing vitamin D3 has desirable physicochemical, color, and sensory properties and is selected as the superior sample.
Keywords: Vitamin D3, Polycaprolactone, butter, Nanoparticles
| Citation: Rastan Masali-Begloo, S Shahsavani L, Mehdikhani S, Enrichment of Butter with Electrosprayed Polycaprolactone Nanoparticles Loaded with Vitamin D3. Quality and Durability of Agricultural Products and Food Stuffs, 2025;5(1): 55-74. DOI: https://doi.org/10.71516/qafj.2025.1216010
|
[1] Corresponding author: Soheila Rastan Masali-Begloo, Email: rastansoheila@gmail.com
Extended Abstract
Introduction
Butter is a natural dairy product primarily composed of milk fat (80–84%), water (15.3–15.9%), and minor amounts of salt, proteins, minerals (e.g., calcium, phosphorus), and fat-soluble vitamins. Despite its favorable sensory attributes and clean-label perception among consumers, butter is not a rich source of essential micronutrients such as vitamin D₃, which plays a critical role in calcium, magnesium, and phosphorus absorption, thereby supporting bone health and integrity. This is particularly relevant for vulnerable populations with limited sun exposure, including the elderly and women. However, incorporating free vitamin D₃ into food matrices like butter is challenging due to its sensitivity to environmental stressors such as heat, light, and oxygen, which can lead to degradation and loss of bioactivity. To overcome these limitations, advanced delivery systems based on encapsulation technologies have been explored. Among these, electrospraying a subset of electrohydrodynamic processing offers a solvent-efficient, low-temperature method to produce nanostructured carriers with high encapsulation efficiency and controlled release properties. Polycaprolactone (PCL), a biodegradable, biocompatible, and FDA-approved polyester, has emerged as a promising wall material for bioactive compound delivery. This study aimed to develop PCL-based electrosprayed nanoparticles loaded with vitamin D₃ and incorporate them into butter to enhance its nutritional profile while improving oxidative stability and maintaining sensory acceptability.
Methods
PCL nanoparticles containing vitamin D₃ at three loading levels (5%, 10%, and 15% w/w relative to PCL) were fabricated via electrospraying. A 10% (w/v) PCL solution was prepared in a mixed solvent system of acetic acid and ethanol (80:20 v/v), followed by addition of vitamin D₃. The solution was loaded into a 10 mL syringe and electrosprayed using a syringe pump at a flow rate of 1.5 mL/h, an applied voltage of 25 kV, and a tip-to-collector distance of 15 cm. Encapsulation efficiency (EE) was determined spectrophotometrically using UV-Vis at 264 nm after ethanol extraction, applying the formula: EE (%) = [(C – C)/C] × 100, where C is total vitamin D₃ and C is the supernatant concentration. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) was employed to assess potential interactions between PCL and vitamin D₃. The nanoparticle formulation with the highest EE was selected for incorporation into commercial butter at concentrations of 3%, 5%, and 10% (w/w). Samples were stored at –18°C for 48 h before analysis. Over a three-month refrigerated storage period, samples were evaluated monthly for peroxide value (PV), acid value (AV), and thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) using Iranian national standards. Color parameters (L*, a*, b*) were measured using a colorimeter, and sensory evaluation was conducted using a 5-point hedonic scale assessing color, flavor, texture, and overall acceptability. Data were analyzed using one-way ANOVA followed by Duncan’s multiple range test (p < 0.05) in SPSS v22.
Results and Discussion
FTIR analysis confirmed successful encapsulation: characteristic peaks of both pure vitamin D₃ (e.g., 3358 cm⁻¹ for –OH, 1647 cm⁻¹ for C=O) and PCL (e.g., 1722 cm⁻¹ for carbonyl) were present in the spectra of loaded nanoparticles, with no peak shifts only increased intensity with higher vitamin D₃ loading indicating physical entrapment without chemical interaction. Encapsulation efficiency peaked at 91.38% ± 1.56 for the 10% vitamin D₃ formulation, significantly higher than 72.52% ± 1.23 at 5% and 84.23% ± 1.74 at 15% (p < 0.05), suggesting an optimal loading threshold beyond which particle aggregation and incomplete coating reduced efficiency. Butter samples enriched with 5% and 10% nanoparticles exhibited significantly lower PV, AV, and TBARS values throughout storage compared to control (p < 0.05), with the 10% formulation showing the greatest oxidative stability. This is attributed to the antioxidant properties of vitamin D₃ and the protective PCL matrix, which mitigated lipid oxidation by scavenging free radicals and limiting oxygen diffusion. Color analysis revealed no significant differences in L*, a*, or b* between control and samples with ≤5% nanoparticles (p > 0.05), but a significant decrease in all three parameters occurred at 10% (p < 0.05), likely due to nanoparticle agglomeration causing light scattering and opacity. Sensory scores mirrored these findings: samples with up to 5% nanoparticles received scores statistically equivalent to the control (5/5 for all attributes), whereas the 10% sample showed significant declines in color (3), flavor (4), texture (2), and overall acceptability (3), possibly due to gritty mouthfeel and visual dullness from particle clustering.
Conclusion
This study demonstrates that electrosprayed PCL nanoparticles effectively encapsulate vitamin D₃ and enhance the oxidative stability of butter without compromising sensory quality provided the nanoparticle concentration does not exceed 5%. While 10% vitamin D₃ loading yielded the highest encapsulation efficiency, the optimal functional formulation in butter was 5% nanoparticle incorporation, which maintained color and sensory attributes comparable to unfortified butter while significantly improving shelf-life indicators. These findings support the use of electrospraying and PCL as a viable strategy for fortifying lipid-rich foods with sensitive bioactives, balancing nutritional enhancement, physicochemical stability, and consumer acceptability. Future work should explore in vitro bioaccessibility and scale-up feasibility for industrial application.
Keywords: Vitamin D3, Polycaprolactone, butter, Nanoparticles
Funding: There was no external funding in this study.
Authors’ contribution: All authors contributed equally to the writing and preparation of this manuscript.
Conflict of interest: The authors declare that they have no conflict of interest.
|
مقاله پژوهشی
غنی‌سازی کره با نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون بارگذاری شده
با ویتامین D3
سهیلا راستان مستعلی بگلو1، لیدا شاهسونی، شادی مهدیخانی
گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، واحد شهر قدس، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
دریافت: 04/06/1404 پذیرش: 03/07/1404
چکیده
کره به دلیل طعم ویژه و لذیذش از محبوب‌ترین محصولات لبنی است لیکن به لحاظ وجود ویتامین‌هایی نظیر ویتامین D3 منبع خوبی به شمار نمی‌رود و به‌کارگیری این ویتامین در فرمولاسیون آن می‌تواند به خصوصیات زیست‌فعال این محصول بیفزاید. پژوهش حاضر با هدف انکپسولاسیون ویتامین D3 در ساختار نانوذرات الکترواسپری بر پایه پلیکاپرولاکتون و سپس به‌کارگیری آن در فرمولاسیون کره انجام شد. بدین منظور نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 با سطوح 5، 10 و 15درصد(وزنی/وزنی) انکپسوله تولید و آزمون FTIR و کارآیی انکپسولاسیون روی نانوذرات تشکیل شده انجام و نمونه‌ای که دارای کارایی انکپسولاسیون بالاتر بود جهت افزودن به کره استفاده شد. نتایج آزمون FTIR نشان داد ویتامین D3 به‌طور موفقیتآمیزی در ساختار نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون به دام افتاده و با به‌کارگیری 10% ویتامین D3 در ساختار نانوذرات بالاترین راندمان انکپسولاسیون حاصل گردید و سپس خصوصیات فیزیکوشیمیایی، رنگی و حسی نمونه‌ها در طی 3 ماه نگهداری با نمونه شاهد مقایسه شدند. نتایج نشان داد استفاده از نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 و افزایش سطح به‌کارگیری آن در فرمولاسیون کره موجب کاهش اندیس پراکسید، عدد اسیدی و اندیس تیوباربیتوریک اسید در طی دوره نگهداری شد و نمونه حاوی 5% ویتامین D3 موجب عدم ایجاد تفاوت معنی‌داری خصوصیات رنگی(L*، a و b) و نیز عدم‌تغییر خصوصیات حسی در مقایسه با نمونه شاهد شد. به‌طورکلی می‌توان نتیجه گرفت که کره حاوی 5% نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 دارای خصوصیات فیزیکوشیمیایی، رنگی و حسی مطلوب و به‌عنوان نمونه برتر انتخاب می‌شود.
واژه‌های کلیدی: ویتامین D3، پلیکاپرولاکتون، کره، نانوذرات
| استناد: سهیلا راستان مستعلی بگلو، لیدا شاهسونی، شادی مهدیخانی، غنی‌سازی کره با نانوذرات الکترواسپری شده DOI: https://doi.org/10.71516/qafj.2025.1216010
|
[1] نویسنده مسئول: سهیلا راستان مستعلی بگلو، پست الکترونیک: rastansoheila@gmail.com
مقدمه
کره یکی از فرآورده‌های حاصل از شیر می‌باشد که از طریق یک فرآیند ساده‌ی هم زدن شیر، خامه یا ماست تهیه می‌شود و باید فاقد هرگونه چربی یا روغنی غیر از چربی شیر باشد. این محصول متشکل از 84-80 درصد چربی شیر، 9/15-3/15 درصد آب، 1 درصد ماده خشک بدون چربی و 8/1-03/0 درصد نمک به همراه مقادیر کمی پروتئین، کلسیم و فسفر تشکیل شده است. علاوه بر این، کره حاوی ویتامین‌های محلول در چربی نظیر ویتامین D و همچنین ۶ تا ۷ درصد اسیدهای چرب ضروری نیز می‌باشد. این فرآورده با عطر و طعم مطلوب توسط مصرف‌کنندگان به‌عنوان فرآورده طبیعی شناخته می‌شود و دارای مزایایی نظیر پروفایلی کاملاً طبیعی و عطر و طعم عالی می‌باشد. با این وجود کره از لحاظ وجود ویتامین‌های نظیر ویتامین D3 منبع خوبی به شمار نمی‌رود و به‌کارگیری این ویتامین در فرمولاسیون کره می‌تواند به خصوصیات زیست‌فعال این محصول بیفزاید(2و1). ویتامین D3 از طریق بهبود جذب کلسیم، منیزیم و فسفر موجب ایفای نقش حیاتی در سنتز استخوان‌ها، استحکام و سلامتی آن‌ها دارد. بر این اساس جذب ویتامین D3 از طریق رژیم غذایی برای افرادی که کمتر در معرض اشعه مستقیم آفتاب (افراد مسن و زنان) هستند بسیار مهم می‌باشند(3). بنابراین استفاده از ویتامین D به‌عنوان عامل غنی‌کننده در مکمل‌های غذایی و دارویی و نیز محصولات غذایی ممکن است تأثیر قابل‌توجهی روی سلامتی افراد جامعه داشته باشد. وجود شرایط نامساعد محیطی و شرایط سخت فرآوری و نیز نور و حرارت ازجمله چالش‌های جدی در ارتباط با غنی‌سازی مواد غذایی با ویتامین D3 می‌باشند. به همین خاطر استفاده از تکنولوژی‌های تحویلی مانند روش‌های مختلف انکپسولاسیون می‌تواند پایداری این ترکیب را برای به‌کارگیری و تحویل آن به بدن افزایش دهد(5و4). انکپسولاسیون ممکن است به‌عنوان فرآیندی برای به دام انداختن یک ماده(عامل فعال) در ماده دیگر(مواد دیواره) تعریف شود. ماده محصور شده به جز عامل فعال را می‌توان فاز هسته، فعال، داخلی یا محموله نامید. یکی از اصلی‌ترین چالش‌های روبری فرآیندها و تکنولوژی‌های متداول انکپسولاسیون مواد غذایی نظیر خشک کردن و سرد کردن انجمادي، خشک کردن پاششی، اکستروژن و ساختارهای بر پایه چربی‌ها (نیوزوم، لیپوزوم و فیتوزوم) استفاده از دماهای بسیار زیاد و یا بسیار کم می‌باشد که علاوه بر هزینه بالا ممکن است موجب القای شوک به ترکیبات زیست‌فعال و حتی غیرفعال‌سازی آن‌ها شود. علاوه بر این‌ها استفاده از حلال‌های سمی، ایجاد خلل و فرج در سطح کپسول‌های انکپسوله کننده، راندمان پایین انکپسولاسیون، عدم تبخیر کامل حلال و پیچیده بـودن ازجمله سایر محدودیت‌های ناشی از این فرآیندها می‌باشد(8-6). فرآیندهای الکتروهیدرودینامیک1 که متشکل از الکتروریسی2 و الکتروپاشش3 هستند جزء فرآیندهای فیزیکی محسوب می‌شوند که با القای میدان الکتریکی خارجی صورت می‌گیرند. در ولتاژ پایین نیروی الکتریکی خارجی برای غلبه بر کشش سطحی بسیار ضعیف است و محلول خوراک به‌صورت قطره‌ای جریان می‌یابد که تحت عنوان حالت چکیدن از آن یاد می‌شود. هنگامی‌که ولتاژ بالا می‌رود نیروی الکتریکی خارجی قوی‌تر باعث می‌شود جریان خوراک به‌صورت حالت مخروطی به نام مخروط تیلور از نوک سوزن خارج شود. سپس جت بسیار ریز(بسیار ریزتر از نازل سوزن) از نوک مخروط تیلور خارج می‌شود که این پدیده را تحت عنوان حالت جت مخروطی از آن یاد می‌کنند که در اغلب موارد به دلیل قابلیت تکرارپذیری و کنترل‌پذیری مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین زمانی‌که یک سیال نیوتنی یا سیال با خاصیت رقیق شوندگی با برش کم مورد استفاده قرار می‌گیرد جت تشکیل شده در نوک سوزن به‌صورت قطرات بسیار ریز باردار روی جمع کننده تشکیل می‌شود که ناشی از ناپایداری جریان سیال می‌باشد از همین‌رو این فرآیند را تحت عنوان الکتروپاشش می‌شناسند(9). کاپرولاکتون یک استر حلقوی است که دارای یک حلقه 7 عضوی است. کاپرولاکتون دارای چندین ایزومر مختلف (آلفا، بتا، گاما و دلتا) است. پلیکاپرولاکتون یک پلی‌استر آلیفاتیک است که به‌طور گسترده برای انکپسولاسیون ترکیبات زیست‌فعال مورد استفاده قرار می‌گیرد که زیست‌تخریب‌پذیری و زیست‌سازگاری، ارزان بودن، پایداری ازجمله خصوصیات ویژه آن محسوب می‌شود. پلیکاپرولاکتون توسط سازمان غذا-داروی آمریکا (FDA4) برای به‌کارگیری در محصولات غذایی و دارویی تأیید شده است. بر این اساس می‌توان از پلیکاپرولاکتون برای انکپسولاسیون و رسانس ترکیبات زیست‌فعال مختلف استفاده نمود(10). بنابراین هدف از این پژوهش تولید نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون بارگذاری شده با ویتامین D3 و به‌کارگیری آن در فرمولاسیون کره می‌باشد.
روش کار
تولید نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3
به‌منظور تهیه نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 ابتدا محلول 10 درصد پلیکاپرولاکتون در مخلوط اسید استیک (80): اتانول (20) (20: 80) تهیه شد و سپس ویتامین D3 با سه سطح مختلف 5، 10 و 15 درصد (بر اساس وزن پلیکاپرولاکتون) به آن اضافه گردید. در ادامه به‌منظور تولید نانوذرات، محلول به‌دست‌آمده در داخل سرنگ پلاستیکی 10 میلی‌لیتری ریخته شد و سپس توسط پمپ سرنگی با دبی 5/1 میلی‌لیتر بر ساعت به داخل میدان الکتریکی با ولتاژ 25 کیلوولت پمپ شد. فاصله نوک سوزن تا صفحه جمع کننده 15 سانتی‌متر در نظر گرفته شد(11). بعد از تولید نانوذرات بارگذاری شده با ویتامین D3 (با سطوح مختلف) کارآیی انکپسولاسیون هرکدام از نمونه‌ها اندازه‌گیری شد و نمونه‌ای که دارای کارآیی انکپسولاسیون بالاتر بود جهت افزودن به کره مورد استفاده قرار گرفت.
کارآیی انکپسولاسیون
به‌منظور تعیین کارآیی انکپسولاسیون ویتامین D3 از روش الکتروهیدرودینامیک، استفاده شد(12). هرکدام از ریزکپسول‌های بارگذاری شده با ویتامین D3(20 میلی‌گرم) با 5 میلی‌لیتر اتانول به آرامی و کاملاً مخلوط شد. مخلوط حاصل به مدت 30 دقیقه در 1000 دور بر دقیقه در دمای محیط همزده شد. سپس جذب فاز رویی در 264 نانومتر با اسپکتروفتومتر UV-Vis
(Shimadzu, Japan) سنجیده شد. درنهایت با استفاده از رابطه 1 کارآیی انکپسولاسیون محاسبه گردید.
EE (%) = ((Ct - Cs)/Ct) × 100 | معادله 1 |
در آن، Ct و Cs به ترتیب غلظت کل ویتامین D3 و غلظت ویتامین D3 موجود در سوپرناتانت می‌باشند.
آزمون FTIR
به‌منظور بررسی احتمال برهم‌کنش شیمیایی بین اجزای تشکیل‌دهنده نانوذرات، یعنی ویتامین D₃ و پلیکاپرولاکتون (PCL)، از طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون‌قرمز (FTIR) استفاده شد. اندازه‌گیری‌ها با دستگاه FTIR مدل Bruker Alpha (ساخت آمریکا) در محدوده طیفی 400 تا 4000 cm⁻¹ انجام گرفت. برای این منظور، طیف‌های FTIR نمونه‌های خالص ویتامین D₃ و پلیکاپرولاکتون به‌صورت جداگانه ثبت شد و سپس با طیف نانوذرات الکترواسپری‌شده حاوی ویتامین D₃ در غلظت‌های مختلف مقایسه گردید. این تحلیل به‌منظور شناسایی تغییرات در موقعیت، شدت یا ظهور/ناپدید شدن نوارهای جذبی مشخصه، و درنتیجه ارزیابی امکان برهم‌کنش فیزیکی یا شیمیایی بین دارو و پلیمر حامل انجام شد (13).
تهیه و آماده‌سازی نمونه‌های کره
در این تحقیق، از کره تولیدی کارخانه پاک به‌عنوان ماتریس پایه استفاده شد. نانوذرات الکترواسپری‌شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D در سه سطح غلظتی 5، 10 و 15 درصد (وزنی/وزنی) تهیه و سپس به‌صورت جداگانه در سه غلظت 3، 5 و 10 درصد به کره اضافه گردید. پس از همگن‌سازی ترکیبات، نمونه‌ها به مدت 48 ساعت در فریزر با دمای 18- درجه سلسیوس نگهداری شدند تا فرآیند تثبیت و توزیع یکنواخت نانوذرات در ماتریس کره تکمیل شود (14).
اندیس پراکسید
به‌منظور تعیین اندیس پراکسید از روش پیشنهاد شده توسط استاندارد ملی ایران به شماره 4179 استفاده شد. این آزمون در روز تولید و ماه اول، دوم و سوم پس از تولید و نگهداری در دمای یخچال صورت گرفت(15).
عدد اسیدی
برای تعیین عدد اسیدی، از روش استاندارد ملی ایران شماره ۴۱۷۸ (ISIRI 4178) استفاده شد. این آزمون در چهار زمان‌بندی مشخص انجام گرفت: روز تولید (زمان صفر) و در پایان ماه‌های اول، دوم و سوم پس از تولید. تمام نمونه‌ها در طول دوره آزمایش در شرایط استاندارد نگهداری یخچالی (دمای 4 ± 1 درجه سلسیوس) نگهداری شدند تا تغییرات عدد اسیدی در شرایط شبیه‌سازی‌شده نگهداری معمول محصول پایش گردد (16).
اندیس تیوباربیتوریک
یک گرم از هر نمونه با 5/2 میلی‌لیتر معرف اسید تیوباربیتوریک مخلوط شد و مخلوط حاصل به مدت 10 دقیقه در حمام آب داغ، گرم گردید. سپس، نمونه‌ها به‌سرعت در یخ سرد شدند تا واکنش متوقف شود. پس از سرد کردن، 10 میلی‌لیتر سیکلوهگزان و 1 میلی‌لیتر محلول 4 مولار آمونیم سولفات به هر نمونه اضافه شد. نمونه‌ها در دمای اتاق به مدت 5 دقیقه با سرعت 2490 ×g سانتریفوژ گردیدند تا فازهای آلی و آبی به‌خوبی از هم جدا شوند. جذب فاز رویی (حلال آلی) در طول‌موج 532 نانومتر با استفاده از اسپکتروفتومتر اندازه‌گیری شد (17). این آزمون در چهار زمان‌بندی انجام شد: روز تولید (زمان صفر) و در پایان ماه‌های اول، دوم و سوم پس از تولید، درحالی‌که نمونه‌ها در طول دوره آزمایش در دمای یخچال (4 ± 1 °C) نگهداری می‌شدند.
خصوصیات رنگی
برای اندازه‌گیری خصوصیات رنگی نمونه‌ها از دستگاه رنگ‌سنج (FRU، ساخت چین) استفاده شد. در این راستا، پارامترهای رنگی مبتنی بر سیستم CIELAB شامل شاخص روشنایی (L)، شاخص قرمزی (a) و شاخص (b) توسط دستگاه ثبت و گزارش گردید (18).
ارزیابی حسی
ارزیابی حسی نمونه‌ها با استفاده از روش هدونیک 5 نقطه‌ای انجام شد. در این راستا، شاخص‌های حسی شامل: رنگ، طعم، بافت و پذیرش کلی مورد بررسی قرار گرفتند. امتیازدهی بر اساس مقیاس 5 درجه‌ای صورت گرفت که در آن: 1، به معنای «غیرقابل‌مصرف یا خیلی ضعیف»، 2، به معنای «غیرقابل‌قبول یا ضعیف»، 3، به معنای «قابل‌قبول یا متوسط»، 4 به معنای «رضایت‌بخش یا خوب» و 5 به معنای «بسیار رضایت‌بخش یا خیلی خوب» بود. امتیاز کلی هر نمونه از مجموع امتیازات اختصاص‌یافته به هر یک از شاخص‌های حسی به دست آمد(19).
بررسی آماری
آزمایش‌ها در قالب طرح کاملاً تصادفی و در سه تکرار انجام شدند. داده‌های به‌دست‌آمده از آزمون‌های مختلف با استفاده از تحلیل واریانس یک‌طرفه5 در نرم‌افزار SPSS نسخه 22 مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفتند تا اختلاف معنی‌دار بین تیمارها بررسی شود. در صورت وجود اختلاف معنی‌دار، میانگین‌ها با استفاده از آزمون چنددامنه‌ای دانکن6 در سطح احتمال 5 درصد (05/0>p) مقایسه گردیدند.
نتایج
آنالیز FTIR
در این مطالعه آنالیز طیف FTIR ویتامین D3 خالص، پلیکاپرولاکتون خالص و نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی سطح 5، 10 و 15 درصد ویتامین D3 در شکل (1)، نشان داده شده است. طیف FTIR ویتامین D3 خالص حاوی مجموعه‌ای پیوندهای ارتعاشی مانند پیک تشکیل شده در حدود cm-1 3358، پیک‌های در حدود cm-1 2923 و cm-1 2853، پیک در حدود cm-1 1647، پیک در حدود cm-1 1160 و پیک
cm-1 780 بود. علاوه بر این‌ها چندین پیک دیگر در دامنه طول‌موج cm-1 1060 و cm-1 700 نانومتر تشکیل شد. طیف FTIR پلیکاپرولاکتون خالص نیز پیک‌ها ارتعاشی متعددی از خود نشان داد. در طیف FTIR پلیکاپرولاکتون خالص پیک‌هایی در طول‌موج‌های
cm-1 2931، cm-1 2858، cm-1 1722، cm-1 1292، cm-1 1239 و cm-1 1161 تشکیل شد. همچنین طیف FTIR نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون بارگذاری شده با سطوح 5، 10 و 15 درصد ویتامین D3، نشان داده شده است. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده از طیف FTIR این نانوذرات مشخص شد که پیک‌هایی در نواحی cm-1 3431، cm-1 2938، cm-1 2862 و cm-1 1724 تشکیل شدند. همچنین پیوندهایی در طول‌موج‌های
cm-1 1631، cm-1 1297 و cm-1 1237 و cm-1 1165 تشکیل شدند. علاوه بر این‌ها پیوندهایی در دامنه طول‌موج cm-1 1060 و cm-1 700 نانومتر (cm-1 1045، cm-1 952، cm-1 837، cm-1 739) نیز در طیف FTIR نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون بارگذاری شده با سطوح مختلف ویتامین D3 ظاهر شدند. بر این اساس همان‌طور که در شکل (1)، نشان داده شده است با بارگذاری سطوح مختلف ویتامین D3 (5، 10 و 15 درصد) در ساختار نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون محل و موقعیت پیک‌ها دچار تغییر نشد و تنها شدت پیک‌ها افزایش یافت.
[1] Electrohydrodynamic atomization
[2] Electrospinning
[3] Electrospray
[4] Food and Drug Administration
[5] One-way ANOVA
[6] Duncan’s Multiple Range Test
شکل 1- نتایج طیف FTIR (1) ویتامین D3 خالص، (2) پلیکاپرولاکتون خالص، (3) نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی 15 درصد ویتامین D3، (4) نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی 10 درصد ویتامین D3، و (5) نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی 5 درصد ویتامین D3.
کارآیی انکپسولاسیون
جدول (1)، نتایج کارآیی انکپسولاسیون ویتامین D3 در ساختار نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون و مقایسه میانگین داده‌ها بر اساس آزمون چند دامنه‌ای دانکن را نشان می‌دهد. بر اساس نتایج تحلیل واریانس داده‌ها مشخص شد که کارآیی انکپسولاسیون ویتامین D3 در ساختار نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون به‌طور معنی‌داری(05/0>p) وابسته به سطح به‌کارگیری ویتامین D3 در ساختار نانوذرات الکترواسپری شده می‌باشد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که با افزایش سطح به‌کارگیری ویتامین D3 از 5 تا
10 درصد به‌طور معنی‌داری (05/0>p) کارآیی انکپسولاسیون آن از 23/1 ± 52/72 درصد تا
56/1 ± 38/91 درصد افزایش یافت. با این وجود افزایش سطح به‌کارگیری ویتامین D3 در فرمولاسیون نانوذرات الکترواسپری شده بر پایه پلیکاپرولاکتون از 10 تا
15 درصد به‌طور معنی‌داری(05/0>p) کارآیی انکپسولاسیون از 56/1 ± 38/91 درصد تا
74/1 ± 23/84 درصد کاهش یافت.
جدول 1- نتایج کارآیی انکپسولاسیون ویتامین D3 در ساختار نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون
سطح به‌کارگیری ویتامین D3 در ساختار نانوذرات (%) | کارآیی انکپسولاسیون (%) |
5 | c23/1 ± 52/72 |
10 | a56/1 ± 38/91 |
15 | b74/1 ± 23/84 |
*حروف کوچک متفاوت نشان‌دهنده تفاوت معنی‌دار در هر ستون می‌باشند (05/0>p).
تأثیر نانوذرات حامل ویتامین D₃ بر اندیس پراکسید کره در طول نگهداری
جدول (2)، بیانگر نتایج مربوط به اندیس پراکسید نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با سطوح صفر(شاهد)، 3، 5 و 10 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 در طی 3 ماه نگهداری می‌باشد. بر اساس نتایج تحلیل واریانس داده‌ها مشخص شد که اندیس پراکسید نمونه‌های مختلف کره به‌طور معنی‌داری(05/0>p) وابسته به سطح به‌کارگیری نانوذرات و نیز مدت‌زمان نگهداری نمونه‌های کره می‌باشد. بر این اساس نتایج نشان داد که با افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات از 3 تا 10 درصد به‌طور معنی‌داری(05/0>p) اندیس پراکسید نمونه‌های کره در مقایسه با نمونه شاهد کاهش یافت. همچنین مشخص شد که افزایش مدت‌زمان نگهداری از روز اول تا پایان ماه سوم نگهداری به‌طور معنی‌داری(05/0>p) منجر به افزایش اندیس پراکسید نمونه‌های کره شد که در این میان شیب افزایش اندیس پراکسید در نمونه شاهد بیشتر از سایر تیمارها بود. همچنین مشخص شد که افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 شیب افزایش اندیس پراکسید نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با ویتامین D3 را کاهش داد.
جدول 2- تأثیر سطوح نانوذرات ویتامین D₃ بر اندیس پراکسید کره (mEq/kg)
سطح نانوذرات (%) | روز اول | ماه اول | ماه دوم | ماه سوم |
شاهد | aD004/0 ± 659/0 | aC006/0 ± 773/0 | aB003/0 ± 861/0 | aA006/0 ± 989/0 |
3 | aD002/0 ± 662/0 | bC004/0 ± 729/0 | bB008/0 ± 786/0 | bA005/0 ± 842/0 |
5 | aD005/0 ± 663/0 | cC007/0 ± 683/0 | cB005/0 ± 721/0 | cA007/0 ± 776/0 |
10 | aC003/0 ± 665/0 | dC002/0 ± 678/0 | dB004/0 ± 697/0 | dA005/0 ± 716/0 |
*حروف کوچک متفاوت نشان‌دهنده تفاوت معنی‌دار در هر ستون می‌باشند (05/0>p) و حروف بزرگ متفاوت نشان‌دهنده تفاوت معنی‌دار در هر ردیف می‌باشند (05/0>p).
تأثیر نانوذرات حامل ویتامین D₃ بر عدد اسیدی کره در طول نگهداری
نتایج مربوط به مقایسه میانگین داده‌های مربوط به عدد اسیدی نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با سطوح صفر(شاهد)، 3، 5 و 10 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 در طی 3 ماه نگهداری بر اساس آزمون چند دامنه‌ای دانکن در جدول (3)، نشان داده شده است. بر اساس نتایج تحلیل واریانس داده‌ها مشخص شد که عدد اسیدی نمونه‌های مختلف کره به‌طور معنی‌داری(05/0>p) وابسته به سطح به‌کارگیری نانوذرات و نیز مدت‌زمان نگهداری نمونه‌های کره می‌باشد. با افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات از 3 تا 10 درصد به‌طور معنی‌داری (05/0>p) عدد اسیدی نمونه‌های کره در مقایسه با نمونه شاهد کاهش یافت. همچنین مشخص شد که افزایش مدت‌زمان نگهداری از روز اول تا پایان ماه سوم نگهداری به‌طور معنی‌داری(05/0>p) منجر به افزایش اندیس پراکسید نمونه‌های کره شد که در این میان شیب افزایش اندیس پراکسید در نمونه شاهد بیشتر از سایر تیمارها بود. همچنین نتایج نشان داد که افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 شیب افزایش عدد اسیدی نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با ویتامین D3 را کاهش داد.
جدول 3- تأثیر سطوح مختلف نانوذرات حامل ویتامین D₃ بر عدد اسیدی کره (mg/g)
سطح نانوذرات (%) | روز اول | ماه اول | ماه دوم | ماه سوم |
شاهد | aD002/0 ± 295/0 | aC004/0 ± 368/0 | aB005/0 ± 435/0 | aA007/0 ± 489/0 |
3 | aD003/0 ± 294/0 | bC006/0 ± 329/0 | bB004/0 ± 376/0 | bA004/0 ± 412/0 |
5 | aD004/0 ± 291/0 | cC005/0 ± 309/0 | cB009/0 ± 318/0 | cA003/0 ± 332/0 |
10 | aC004/0 ± 290/0 | dC007/0 ± 296/0 | dB002/0 ± 304/0 | dA006/0 ± 325/0 |
*حروف کوچک متفاوت نشان‌دهنده تفاوت معنی‌دار در هر ستون می‌باشند (05/0>p) و حروف بزرگ متفاوت نشان‌دهنده تفاوت معنی‌دار در هر ردیف می‌باشند (05/0>p).
اندیس تیوباربیتوریک
جدول (4)، نتایج مربوط به اندیس تیوباربیتوریک نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با سطوح صفر(شاهد)، 3، 5 و 10 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 در طی 3 ماه نگهداری را نشان می‌دهد. بر اساس نتایج تحلیل واریانس داده‌ها مشخص شد که اندیس تیوباربیتوریک نمونه‌های مختلف کره به‌طور معنی‌داری(05/0>p) وابسته به سطح به‌کارگیری نانوذرات و نیز مدت‌زمان نگهداری نمونه‌های کره می‌باشد. بر این اساس نتایج نشان داد که با افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات از 3 تا 10 درصد به‌طور معنی‌داری(05/0>p) اندیس تیوباربیتوریک نمونه‌های کره در مقایسه با نمونه شاهد کاهش یافت. همچنین مشخص شد که افزایش مدت‌زمان نگهداری از روز اول تا پایان ماه سوم نگهداری به‌طور معنی‌داری(05/0>p) منجر به افزایش اندیس تیوباربیتوریک نمونه‌های کره شد که در این میان شیب افزایش اندیس پراکسید در نمونه شاهد بیشتر از سایر تیمارها بود. همچنین مشخص شد که افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 شیب افزایش اندیس تیوباربیتوریک نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با ویتامین D3 را کاهش داد.
جدول 4- تأثیر نانوذرات ویتامین D₃ بر اندیس تیوباربیتوریک کره (mg MA/kg)
سطح نانوذرات (%) | روز اول | ماه اول | ماه دوم | ماه سوم |
شاهد | aD003/0 ± 032/0 | aC002/0 ± 098/0 | aB003/0 ± 143/0 | aA004/0 ± 189/0 |
3 | aD004/0 ± 035/0 | bC003/0 ± 065/0 | bB002/0 ± 099/0 | bA003/0 ± 121/0 |
5 | aD002/0 ± 033/0 | cC002/0 ± 054/0 | cB001/0 ± 066/0 | cA002/0 ± 083/0 |
10 | aC002/0 ± 031/0 | dC001/0 ± 045/0 | dB001/0 ± 059/0 | dA004/0 ± 071/0 |
*حروف کوچک متفاوت نشان‌دهنده تفاوت معنی‌دار در هر ستون می‌باشند (05/0>p) و حروف بزرگ متفاوت نشان‌دهنده تفاوت معنی‌دار در هر ردیف می‌باشند (05/0>p).
تأثیر نانوذرات حامل ویتامین D₃ بر خصوصیات رنگی کره
نتایج مقایسه میانگین داده‌های مربوط به خصوصیات رنگی (L*، a و b) نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با سطوح صفر (شاهد)، 3، 5 و 10 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 بر اساس آزمون چند دامنه‌ای دانکن در جدول (5)، نشان داده شده است. بر اساس نتایج تحلیل واریانس داده‌ها مشخص شد که خصوصیات رنگی (L*، a و b) نمونه‌های مختلف کره به‌طور معنی‌داری (05/0>p) وابسته به سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 می‌باشد. بر این اساس، اختلاف معنی‌داری بین شاخص‌های رنگی (L*، a و b) نمونه شاهد و نمونه‌های حاوی 3 و 5 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 وجود ندارد (05/0<p). با وجود این افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 از 5 تا 10 درصد به‌طور معنی‌داری (05/0>p) منجر به کاهش شاخص L* (روشنایی)،
a (قرمزی) و b (زردی) نمونه‌های کره شد.
جدول 5- پارامترهای رنگی (L*, a*, b*) کره غنی‌شده با نانوذرات حامل ویتامین D3
سطح نانوذرات (%) | L* (روشنایی) | a (قرمزی) | b (زردی) |
شاهد | a12/1 ± 63/87 | a21/1 ± 37/7 | a14/1 ± 74/13 |
3 | a21/1 ± 57/87 | a35/1 ± 33/7 | a18/1 ± 69/13 |
5 | a09/1 ± 51/87 | a14/1 ± 31/7 | a39/1 ± 64/13 |
10 | b33/1 ± 031/85 | b24/1 ± 67/4 | b10/1 ± 49/9 |
*حروف کوچک متفاوت نشان‌دهنده تفاوت معنی‌دار در هر ستون می‌باشند (05/0>p).
تأثیر نانوذرات حامل ویتامین D₃ بر ویژگی‌های حسی کره
نتایج مربوط به ارزیابی خصوصیات مختلفی حسی (رنگ، طعم، بافت و پذیرش کلی) نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با سطوح صفر (شاهد)، 3، 5 و 10 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 و مقایسه میانگین داده‌ها بر اساس آزمون چند دامنه‌ای دانکن در جدول (6)، ارائه شده است. بر اساس نتایج تحلیل واریانس داده‌ها مشخص شد که امتیاز تمامی خصوصیات حسی(رنگ، طعم، بافت و پذیرش کلی) نمونه‌های مختلف کره به‌طور معنی‌داری(05/0>p) وابسته به سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 می‌باشد. بر این اساس همان‌طور که در جدول 6 نشان داده شده است افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 از 3 تا 5 درصد به‌طور معنی‌داری روی امتیاز خصوصیات حسی رنگ، طعم، بافت و پذیرش کلی تأثیر معنی‌داری نداشت (05/0<p). با این وجود افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات از 5 تا 10 درصد به‌طور معنی‌داری (05/0>p) امتیاز تمامی خصوصیات حسی را کاهش داد.
جدول 6- ویژگی‌های حسی کره حاوی غنی‌شده نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون بارگذاری شده
با ویتامین D3
سطح نانوذرات (%) | طعم | رنگ | بافت | پذیرش کلی |
شاهد | a00/0 ± 00/5 | a00/0 ± 00/5 | a00/0 ± 00/5 | a00/0 ± 00/5 |
3 | a00/0 ± 00/5 | a00/0 ± 00/5 | a00/0 ± 00/5 | a00/0 ± 00/5 |
5 | a00/0 ± 00/5 | a00/0 ± 00/5 | a00/0 ± 00/5 | a00/0 ± 00/5 |
10 | b00/0 ± 00/4 | b00/0 ± 00/3 | b00/0 ± 00/2 | b00/0 ± 00/3 |
*حروف کوچک متفاوت نشان‌دهنده تفاوت معنی‌دار در هر ستون می‌باشند (05/0>p).
بحث
توسعه سیستم‌های نوین رهایش کنترل‌شده برای ویتامین‌های حساس مانند ویتامین D₃، به‌ویژه در محصولات چربی‌دار پرمصرف مانند کره، از اهمیت بالایی در بهبود ارزش تغذیه‌ای و پایداری محصول برخوردار است. در این راستا، استفاده از نانوذرات الکترواسپری‌شده پلیکاپرولاکتون به‌عنوان حامل ویتامین D₃ نه‌تنها امکان غنی‌سازی مؤثر کره را فراهم می‌کند، بلکه با حفاظت از ویتامین در برابر عوامل محیطی، پایداری اکسیداتیو و کیفیت حسی محصول نهایی را نیز بهبود می‌بخشد. در این پژوهش، بر اساس آنالیز طیف FTIR ویتامین D3 خالص، پلیکاپرولاکتون خالص و نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی سطح 5، 10 و 15 درصد ویتامین D3 ، طیف FTIR ویتامین D3 خالص، حاوی مجموعه‌ای پیوندهای ارتعاشی مانند پیک تشکیل شده در حدود cm-1 3358 که می‌تواند در ارتباط با پیوندهای هیدروژنی گروه‌های هیدروکسیل (-OH)، پیک‌های در حدود cm-1 2923 و cm-1 2853 احتمالاً مربوط به ارتعاشات پیوندهای C-H آلکیل، پیک در حدود
cm-1 1647 در ارتباط با ارتعاشات پیوند C=O، پیک در حدود cm-1 1160 مربوط به پیوندهای C-O و پیک
cm-1 780 مربوط به ارتعاشات پیوندهای C=CH2 باشند. علاوه بر این‌ها چندین پیک دیگر در دامنه طول‌موج
cm-1 1060 و cm-1 700 نانومتر تشکیل شد که می‌تواند در ارتباط با پیوندهای C-H باشد(20). طیف FTIR پلیکاپرولاکتون خالص نیز پیک‌ها ارتعاشی متعددی از خود نشان داد. در طیف FTIR پلیکاپرولاکتون خالص پیک‌هایی در طول‌موج‌های cm-1 2931، cm-1 2858، cm-1 1722، cm-1 1292، cm-1 1239 و cm-1 1161 تشکیل شده که احتمالاً به ترتیب در ارتباط با ارتعاشات پیوندهایی نظیر -CH2 نامتقارن، -CH2 متقارن، گروه‌های کربونیل، پیوندهای C-O و C-C، پیوندهای C-O-C نامتقارن، و پیوندهای C-O-C متقارن می‌باشند(21). همچنین طیف FTIR نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون بارگذاری شده با سطوح 5، 10 و 15 درصد ویتامین D3 در شکل 1 نشان داده شده است. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده از طیف FTIR این نانوذرات مشخص شد که پیک‌هایی در نواحی cm-1 3431،
cm-1 2938، cm-1 2862 و cm-1 1724 تشکیل شدند که احتمالاً به ترتیب مربوط به پیوندهای هیدروژنی گروه‌های هیدروکسیل (-OH)، پیوندهایی نظیر:
-CH2 نامتقارن، -CH2 متقارن و گروه‌های کربونیل می‌باشند. علاوه بر این پیوندهایی در طول‌موج‌های
cm-1 1631 مربوط به ارتعاشات پیوند C=O،
cm-1 1297 مربوط به پیوندهای C-O و C-C،
cm-1 1237 مربوط به پیوندهای C-O-C نامتقارن و cm-1 1165 مربوط به پیوندهای C-O-C متقارن تشکیل شدند. همچنین پیوندهایی در دامنه طول‌موج
cm-1 1060 و cm-1 700 نانومتر (cm-1 1045،
cm-1 952، cm-1 837، cm-1 739) نیز در طیف FTIR نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون بارگذاری شده با سطوح مختلف ویتامین D3 ظاهر شدند که مربوط به ارتعاشات پیوندهای C-H هستند(22). بر اساس نتایج طیف‌سنجی FTIR، بارگذاری سطوح مختلف ویتامین D₃ (5، 10 و 15 درصد وزنی/وزنی) در ساختار نانوذرات الکترواسپری‌شده پلیکاپرولاکتون منجر به تغییری در موقعیت یا شکل پیک‌های مشخصه نشد؛ بلکه تنها شدت پیک‌های مربوط به ویتامین D₃ با افزایش غلظت آن در نانوذرات افزایش یافت. مقایسه طیف‌های FTIR نمونه‌های خالص (ویتامین D₃ و پلیکاپرولاکتون) با نمونه‌های نانوذرات بارگذاری شده نشان داد که تمام پیک‌های مشخصه هر یک از اجزای خالص در طیف نانوذرات ترکیبی حضور دارند و هیچ جابه‌جایی یا ناپدید شدن پیکی مشاهده نگردید. این یافته‌ها بیانگر عدم برهم‌کنش شیمیایی بین ویتامین D₃ و پلیمر PCL و همچنین انکپسولاسیون موفق ویتامین در ماتریس نانوذرات است. افزایش تدریجی شدت پیک‌های مربوط به ویتامین D₃ با بالارفتن غلظت آن، نیز تأییدکننده توزیع یکنواخت و حضور مؤثر مولکول‌های دارویی در ساختار نانوذرات می‌باشد. این نتایج با یافته‌های گزارش‌شده توسط سایر پژوهشگران در زمینه انکپسولاسیون ویتامین‌ها در نانوحامل‌های پلیمری همخوانی دارد. Guler و همکاران (2021) در پژوهشی به بررسی بارگذاری ویتامین D₃ در نانوالیاف مبتنی بر پلیکاپرولاکتون و پلی‌لاکتیک اسید پرداختند. یافته‌های آن‌ها نشان داد که افزایش غلظت ویتامین D₃ در ساختار نانوالیاف منجر به افزایش شدت پیک‌های مربوطه در طیف FTIR کامپوزیت حاصل شد، درحالی‌که موقعیت پیک‌ها تغییر معنی‌داری نکرد. محققان این روند را نشانه‌ای از انکپسولاسیون موفق ویتامین D₃ در ماتریس پلیمری دانستند؛ چرا که حضور ویتامین بدون ایجاد برهم‌کنش شیمیایی با پلیمر، تنها باعث تقویت سیگنال‌های طیفی مربوط به خود شد. همچنین، آن‌ها تأکید کردند که ظهور پیک‌های مشخصه ترکیبات خالص (ویتامین D₃ و پلیمرها) در طیف FTIR نانوالیاف بارگذاری‌شده، گواهی بر حضور مؤثر ویتامین در ساختار کامپوزیت و موفقیت فرآیند انکپسولاسیون است. این یافته‌ها با نتایج حاصل از پژوهش حاضر همسو بوده و اعتبار بیشتری به نتیجه‌گیری مبنی بر انکپسولاسیون کارآمد ویتامین D₃ در نانوذرات الکترواسپری‌شده پلیکاپرولاکتون می‌بخشد(23). در آزمون انکپسولاسیون، کارآیی انکپسولاسیون ویتامین D3 در ساختار نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون و مقایسه میانگین داده‌ها بر اساس آزمون چند دامنه‌ای دانکن انجام شد. بر اساس نتایج تحلیل واریانس داده‌ها مشخص شد که کارآیی انکپسولاسیون ویتامین D3 در ساختار نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون به‌طور معنی‌داری(05/0>p) وابسته به سطح به‌کارگیری ویتامین D3 در ساختار نانوذرات الکترواسپری شده می‌باشد. نتایج نشان داد که استفاده از 10 درصد وزنی/وزنی ویتامین D3 در ساختار نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون موجب بالاترین راندمان انکپسولاسیون شد. لیکن شایسته ذکر است که نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که با افزایش سطح به‌کارگیری ویتامین D3 از 5 تا 10 درصد به‌طور معنی‌داری(05/0>p) کارآیی انکپسولاسیون آن از
23/1 ± 52/72 درصد تا 56/1 ± 38/91 درصد افزایش یافت. با این وجود افزایش سطح به‌کارگیری ویتامین D3 در فرمولاسیون نانوذرات الکترواسپری شده بر پایه پلیکاپرولاکتون از 10 تا 15 درصد به‌طور معنی‌داری(05/0>p) کارآیی انکپسولاسیون از
56/1 ± 38/91 درصد تا 74/1 ± 23/84 درصد کاهش یافت. دلیل این رفتارهای احتمالاً ناشی از گرادیان غلظت و پوشش مؤثر توسط لایه انکپسوله کننده باشد. با افزایش غلظت ویتامین D3 از 5 تا 10 درصد گرادیان غلظت ویتامین D3 در دسترس برای پوشش توسط لایه انکپسوله کننده افزایش می‌یابد که منجر به افزایش کارآیی انکپسولاسیون خواهد شد. با این وجود افزایش بیش‌ازحد ویتامین D3 سبب می‌شود که پوشش مؤثر اطراف ویتامین D3 در غلظت‌های بالا صورت نگیرد و همین امر سبب ادغام ذرات و کاهش کارآیی انکپسولاسیون خواهد شد(24). در راستای تحقیق حاضر، یافته‌های علی‌عباسی و همکاران (2025) نشان داد که با افزایش نسبت دیواره به هسته از 1:50 به 1:125 در فرمولاسیون نانوذرات حاوی کورکومین، کارآیی انکپسولاسیون به‌طور معنی‌داری افزایش یافت. با این حال، ادامه افزایش این نسبت از 1:125 به 1:250 منجر به کاهش چشمگیر کارآیی انکپسولاسیون شد. محققان تبیین کردند که در نسبت‌های بهینه (مانند 1:125)، غلظت کافی پلیمر دیواره قادر است گرادیان غلظتی لازم برای تشکیل یک پوشش یکنواخت و مؤثر اطراف هسته کورکومین را فراهم آورد. در مقابل، در نسبت‌های بالاتر (مانند 1:250)، علیرغم افزایش مقدار پلیمر، تشکیل لایه‌ای پایدار و یکپارچه اطراف هسته به دلیل رقیق‌تر شدن محلول و کاهش کارایی خودآرایی مولکول‌های دیواره مختل می‌شود. این امر سبب می‌گردد که نانوذرات قادر به حفظ پایداری کلوئیدی خود نباشند و تمایل به ادغام و تشکیل تجمعات بیشتری پیدا کنند. در چنین شرایطی، نشت کورکومین به محیط اطراف افزایش یافته و درنتیجه، کارآیی انکپسولاسیون کاهش می‌یابد. این یافته‌ها بر اهمیت تعیین نسبت بهینه دیواره به هسته در طراحی سامانه‌های نانوحامل مؤثر تأکید دارند و با رویکرد بهینه‌سازی فرمولاسیون در پژوهش حاضر همخوانی دارد (25). نتایج تحلیل واریانس داده‌های مربوط به اندیس پراکسید نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با سطوح صفر (شاهد)، 3، 5 و 10 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 در طی 3 ماه نگهداری نشان داد که اندیس پراکسید نمونه‌های مختلف کره به‌طور معنی‌داری(05/0>p) وابسته به سطح به‌کارگیری نانوذرات و نیز مدت‌زمان نگهداری نمونه‌های کره می‌باشد. بر این اساس نتایج نشان داد که با افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات از 3 تا 10 درصد به‌طور معنی‌داری(05/0>p) اندیس پراکسید نمونه‌های کره در مقایسه با نمونه شاهد کاهش یافت. همچنین مشخص شد که افزایش مدت‌زمان نگهداری از روز اول تا پایان ماه سوم نگهداری به‌طور معنی‌داری(05/0>p) منجر به افزایش اندیس پراکسید نمونه‌های کره شد که در این میان شیب افزایش اندیس پراکسید در نمونه شاهد بیشتر از سایر تیمارها بود. همچنین مشخص شد که افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 شیب افزایش اندیس پراکسید نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با ویتامین D3 را کاهش داد. دلیل این امر ممکن است در ارتباط با افزایش پایداری ویتامین D3 و خاصیت آنتی اکسیدانی آن باشد. تشکیل لایه محافظ پلیکاپرولاکتون اطراف ویتامین D3 از یک طرف آن را در مقابل تاثیرات نامطلوب محیطی محافظت می‌نماید و از طرف دیگر آن را در مقابل اکسیداسیون پایدار می‌سازد. همچنین مشخص شده که ویتامین D3 خاصیت آنتی اکسیدانی دارد و از تشدید واکنش‌های زنجیری اکسیداسیون و استرس‌های اکسیداتیو جلوگیری می نماید(26). بنابراین انتظار می رود که به‌کارگیری ویتامین D3 و افزایش سطح به‌کارگیری آن موجب افزایش ظرفیت آنتی اکسیدانی محصول شود که همراه با افزایش پایداری آن خواهد بود. همچنین در طی نگهداری به دلیل وجود اکسیژن تشکیل هیدروپراکسیدهای ناشی از اکسیداسیون چربی‌ها امری اجتناب‌ناپذیر است بنابراین با افزایش ماندگاری در همه محصولات اندیس پراکسید افزایش می‌یابد. اما وجود ویتامین D3 در محصول و افزایش سطح به‌کارگیری آن به دلیل افزایش محتوی ترکیبات آنتی اکسیدانی موجب کاهش شیب گسترش اندیس پراکسید در محصول می‌شود(27). این یافته‌ها با نتایج سایر محققین از لحاظ افزایش ظرفیت آنتی اکسیدانی و کنترل اندیس پراکسید مطابقت دارد. پژوهشی دیگر (2024) به بررسی اثر اسانس چویر در افزایش پایداری اکسیداتیو و کنترل روند افزایش شاخص پراکسید در روغن کره پرداخته است. یافته‌های این مطالعه نشان داد که اسانس چویر دارای فعالیت آنتی‌اکسیدانی قابل‌توجهی است که از فرآیند اکسیداسیون چربی‌ها در روغن کره جلوگیری می‌کند. محقق مذکور تبیین کرد که این اثر محافظتی عمدتاً ناشی از توانایی ترکیبات فنولی موجود در اسانس چویر در واکنش با محصولات اولیه اکسیداسیون و خنثی‌سازی رادیکال‌های آزاد ناشی از آن است. این مکانیسم منجر به کاهش تشکیل هیدروپراکسیدها - که شاخص اصلی اکسیداسیون اولیه چربی‌ها محسوب می‌شوند – می‌گردد. در نتیجه، افزایش شاخص پراکسید در طول دوره نگهداری به‌طور مؤثری سرکوب شده و پایداری اکسیداتیو روغن کره افزایش می‌یابد. این یافته‌ها همچنین برجسته می‌کنند که استفاده از اسانس‌های گیاهی مانند چویر می‌تواند به‌عنوان یک راهبرد طبیعی و پایدار در بهبود عمر انبارمانی محصولات چرب مطرح شود (28). نتایج مربوط به مقایسه میانگین داده‌های مربوط به عدد اسیدی نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با سطوح صفر (شاهد)،
3، 5 و 10 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 در طی 3 ماه نگهداری بر اساس آزمون چند دامنه‌ای دانکن در جدول 3 نشان داده شده است. بر اساس نتایج تحلیل واریانس داده‌ها مشخص شد که عدد اسیدی نمونه‌های مختلف کره به‌طور معنی‌داری (05/0>p) وابسته به سطح به‌کارگیری نانوذرات و نیز مدت‌زمان نگهداری نمونه‌های کره می‌باشد. همان‌طور که مشاهده شد با افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات از 3 تا 10 درصد به‌طور معنی‌داری (05/0>p) عدد اسیدی نمونه‌های کره در مقایسه با نمونه شاهد کاهش یافت. همچنین مشخص شد که افزایش مدت‌زمان نگهداری از روز اول تا پایان ماه سوم نگهداری به‌طور معنی‌داری(05/0>p) منجر به افزایش اندیس پراکسید نمونه‌های کره شد که در این میان شیب افزایش اندیس پراکسید در نمونه شاهد بیشتر از سایر تیمارها بود. همچنین نتایج نشان داد که افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 شیب افزایش عدد اسیدی نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با ویتامین D3 را کاهش داد. از عدد اسیدی به‌عنوان شاخصی برای تعیین فساد روغن‌ها و خاصیت اسیدی آن‌ها استفاده می‌کنند. این عدد اسیدی رابطه مستقیمی با فعالیت آنتی اکسیدانی محصول و اکسیداسیون آن دارد. در نتیجه هیدرولیز تری آسیل گلیسرول‌ها به گروه‌های کربونیل که ناشی از اکسیداسیون چربی‌ها است عدد اسیدی افزایش می‌یابد. بنابراین با به‌کارگیری ترکیبات آنتی اکسیدانی در روغن و چربی‌ها می‌توان از هیدرولیز و اکسیداسیون تری آسیل گلیسرول‌ها جلوگیری نمود و از این طریق از گسترش عدد اسیدی در محصول نیز جلوگیری کرد(29). استفاده از نانوذرات الکترواسپری شده ویتامین D3 در کره احتمالاً به دلیل افزایش ظرفیت آنتی اکسیدانی آن مانع از اکسیداسیون تری آسیل گلیسرول‌ها می‌شود که این امر نیز باعث کنترل عدد اسیدی کره حاوی نانوذرات در مقایسه با نمونه شاهد می‌شود. این یافته‌ها با نتایج سایر محققین نیز سازگاری داشت. در راستای تحقیق حاضر، محققین دیگری، به ارزیابی فعالیت آنتی اکسیدانی و افزایش پایداری اکسیداتیو مارگارین غنی‌سازی شده با عصاره پوست انار پرداختند. بر اساس نتایج آن‌ها مشخص شد که با به‌کارگیری عصاره پوست انار و افزایش سطح به‌کارگیری آن در فرمولاسیون مارگارین ظرفیت آنتی اکسیدانی مارگارین افزایش می‌یابد که این امر همراه با افزایش پایداری اکسیداتیو و شاخص‌های اکسیداسیون آن بود. آن‌ها بیان کردند که استفاده از عصاره پوست انار به دلیل خاصیت آنتی اکسیدانی که دارد از اکسیداسیون مارگارین در طی دوره نگهداری جلوگیری می‌شود و شیب افزایش شاخص‌های اکسیداتیو نظر عدد اسیدی در مقایسه با نمونه شاهد کاهش می‌یابد(30). نتایج تحلیل واریانس داده‌های مربوط به اندیس تیوباربیتوریک نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با سطوح صفر(شاهد)،
3، 5 و 10 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 در طی 3 ماه نگهداری نشان داد که اندیس تیوباربیتوریک نمونه‌های مختلف کره به‌طور معنی‌داری(05/0>p) وابسته به سطح به‌کارگیری نانوذرات و نیز مدت‌زمان نگهداری نمونه‌های کره می‌باشد. براین اساس نتایج نشان داد که با افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات از 3 تا 10 درصد به‌طور معنی‌داری(05/0>p) اندیس تیوباربیتوریک نمونه‌های کره در مقایسه با نمونه شاهد کاهش یافت. همچنین مشخص شد که افزایش مدت‌زمان نگهداری از روز اول تا پایان ماه سوم نگهداری به‌طور معنی‌داری(05/0>p) منجر به افزایش اندیس تیوباربیتوریک نمونه‌های کره شد که در این میان شیب افزایش اندیس پراکسید در نمونه شاهد بیشتر از سایر تیمارها بود. همچنین مشخص شد که افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 شیب افزایش اندیس تیوباربیتوریک نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با ویتامین D3 را کاهش داد. اندیس تیوباربیتوریک اسید یکی از شاخص‌های اکسیداسیون روغن‌ها و چربی‌ها محسوب می‌شود که به‌عنوان شاخصی برای تشکیل محصولات ثانویه اکسیداسیون و مراحل پیشرفته اکسیداسیون در نظر گرفته می‌شود. با تشکیل هیدروپراکسیدهای ناشی از مراحل اولیه اکسیداسیون و شکستن این ترکیبات مالون دی آلدهید تشکیل می‌شود که عدد تیوباربیتوریک اسید را افزایش می‌دهد. به‌کارگیری ترکیبات آنتی اکسیدانی در روغن‌ها و چربی‌ها نه تنها از اکسیداسیون اسیدهای چرب و شکستن تری آسیل گلیسرول‌ها جلوگیری می‌نماید بلکه در اثر واکنش ترکیبات آنتی اکسیدانی با محصولات اکسیداسیون پایدرای محصولات روغنی را نیز افزایش می‌یابد(32 و31). بنابراین استفاده از نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون بارگذاری شده با ویتامین D3 به دلیل افزایش ظرفیت آنتی اکسیدانی کره موجب افزایش پایداری اکسیداتیو آن در طی دوره نگهداری و در نتیجه کاهش شیب گسترش اندیس تیوباربیتوریک اسید در مقایسه با نمونه شاهد خواهد شد. این یافته‌ها با نتایج سایر محققین از لحاظ افزایش پایداری اکسیداتیو و کنترل اندیس تیوباربیتوریک اسید در نتیجه به‌کارگیری ترکیبات آنتی اکسیدانی در کره مطابقت دارد. پژوهشگران دیگری(2023)، به مطالعه فعالیت آنتی اکسیدانی مارگارین غنی‌سازی شده با عسل و روغن لنستیک1 به‌عنوان ترکیبات آنتی اکسیدان طبیعی پرداختند. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده توسط این محققین مشخص شد که استفاده از این ترکیبات آنتی اکسیدانی به دلیل جلوگیری از واکنش‌های اکسیداتیو در مارگارین موجب افزایش پایداری آن در طی دوره نگهداری می‌شوند. آن‌ها همچنین اظهار نمودند که استفاده از عسل و روغن لنستیک به دلیل فعالیت آنتی اکسیدانی که دارند موجب جلوگیری از تشکیل محصولات اولیه و ثانویه اکسیداسیون می‌شوند و از این طریق پایداری اکسیداتیو مارگارین را افزایش می‌دهند. محققین بیان کردند که اندیس تیوباربیتوریک اسید مارگارین در نمونه‌های با غلظت‌های بالاتر عسل و روغن لنستیک در طی دوره نگهداری پایین‌تر از نمونه شاهد است که دلیل این امر را به فعالیت آنتی اکسیدانی این ترکیبات جهت جلوگیری از تشکیل مالون دی آلدهید نسبت دادند(33). نتایج مقایسه میانگین داده‌های مربوط به خصوصیات رنگی(L*، a و b) نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با سطوح صفر(شاهد)،
3، 5 و 10 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 بر اساس آزمون چند دامنه‌ای دانکن نشان داد که خصوصیات رنگی(L*، a و b) نمونه‌های مختلف کره به‌طور معنی‌داری(05/0>p) وابسته به سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 می‌باشد. براین اساس همان‌طور که در جدول 5 نشان داده شده اختلاف معنی‌داری بین شاخص‌های رنگی(L*، a و b) نمونه شاهد و نمونه‌های حاوی 3 و 5 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 وجود ندارد(05/0<p). با این وجود افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 از 5 تا 10 درصد به‌طور معنی‌داری(05/0>p) منجر به کاهش شاخص L* (روشنایی)، a (قرمزی) و b (زردی) نمونه‌های کره شد. خصوصیات رنگی یکی از پارامترهای مهم مورد ارزیابی در تهیه و فرمولاسیون کره محسوب می‌شود. زیرا خصوصیات رنگی می‌تواند روی خصوصیات ظاهری محصول و امتیازات حسی آن تأثیر مستقیم بگذارد و به‌طورکلی پذیرش محصول را از طرف مصرف کننده تحت تأثیر قرار می‌دهد. پراکندگی ذرات روغن و آب در ساختار کره روی خصوصیات ظاهری و رنگی محصول تأثیر قابل‌توجهی دارد زیرا توزیع یکنواخت این قطرات همراه با انعکاس نور و جذابیت محصول خواهد شد. احتمالاً با به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 تا سطح 5 درصد توزیع یکنواخت نانوذرات در ماتریس کره به خوبی صورت می‌گیرد که بافت محصول را دچار تغییرات جدی نمی‌نماید به همین خاطر روشنایی و شاخص زردی و قرمزی به‌صورت معناداری تغییر نمی‌یابد. با این وجود استفاده از مقادیر بالاتر نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3(بیشتر از 5 و تا 10 درصد) همراه با تشکیل تجمعات نانوذرات و آگلومره شدن این ناوذرات در مقادیر بالاتر می‌شود که مانع از انعکاس موثر نور و ایجاد کدری در محصول خواهد شد که این امر نیز با کاهش شاخص‌های قرمزی و زردی محصول نیز خواهد بود(35و 34). این یافته‌ها با نتایج سایر محققین از لحاظ خصوصیات رنگی سازگاری دارد. پژوهشگران دیگری به مطالعه خصوصیات رنگی مارگارین حاوی نانوذرات TiO2 پرداختند. بر اساس نتایج آن‌ها مشخص شد که استفاده بیش از حد نانوذرات TiO2 به دلیل تشکیل تجمعات نامطلوب در بافت مارگارین موجب کاهش شاخص‌های رنگی روشنایی، قرمزی و زردی محصول نهایی شد(36). نتایج مربوط ارزیابی خصوصیات مختلفی حسی(رنگ، طعم، بافت و پذیرش کلی) نمونه‌های کره غنی‌سازی شده با سطوح صفر(شاهد)،
3، 5 و 10 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 و مقایسه میانگین داده‌ها بر اساس آزمون چند دامنه‌ای دانکن نشان داد که امتیاز تمامی خصوصیات حسی(رنگ، طعم، بافت و پذیرش کلی) نمونه‌های مختلف کره به‌طور معنی‌داری(05/0>p) وابسته به سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 می‌باشد. براین اساس همان‌طور که در جدول 6 نشان داده شده است افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 از 3 تا 5 درصد به‌طور معنی‌داری روی امتیاز خصوصیات حسی رنگ، طعم، بافت و پذیرش کلی تأثیر معنی‌داری نداشت (05/0<p). با این وجود افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات از 5 تا 10 درصد به‌طور معنی‌داری(05/0>p) امتیاز تمامی خصوصیات حسی را کاهش داد. امتیاز خصوصیات حسی از نظر ارزیاب‌ها رابطه مستقیمی با خصوصیات فیزیکوشیمیایی و رنگی محصولات دارد. در طی این مطالعه مشاهده شد که افزایش سطح به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 تا 10 درصد همراه با افزایش پایداری اکسیداتیو کره در طی دوره نگهداری بود. با این وجود استفاده از مقادیر بالای نانوذرات(10 درصد) موجب کاهش افت خصوصیات رنگی(روشنایی، قرمزی و زردی) کره شد که احتمالاً موجب کاهش امتیاز خصوصیات حسی این تیمار در مقایسه با سایر تیمارها و تیمار شاهد شده است. همان‌طور که بیان شد استفاده بیش از حد از نانوذرات در فرمولاسیون کره ممکن است با تشکیل تجمعات موضعی در بافت کره همراه باشد. با تشکیل این تجمعات نه تنها قابلیت انکسار نور و امتیاز خصوصیات حسی رنگی دچار افت می‌شود بلکه همراه با ایجاد احساس دهانی نامطلوب در ارزیاب‌ها خواهد شد که افت امتیاز بافت نیز به همین خاطر است. با تشکیل تجمعات موضعی ممکن است حالت شنی در دهان برای ارزیاب‌ها ایجاد بنماید که امتیاز بافت محصول را دچار افت می‌نماید و طعم آن را تحت تأثیر قرار می‌دهد. عدم ایجاد بافتی یکنواخت در کره ممکن است قابلیت پخش‌پذیری محصول در دهان را تحت تأثیر قرار دهد که این امر نیز همراه با کاهش امتیاز طعم محصول خواهد شد. همچنین برآیند این خصوصیات تحت عنوان قابلیت پذیرش کلی شناخته می‌شود که توسط ارزیاب‌ها برای نمونه حاوی 10 درصد امتیاز مناسبی از لحاظ پذیرش کلی ارائه نداده‌اند. بنابراین باتوجه به خصوصیات فیزیکوشیمیایی و رنگی محصول و همچنین تمامی خصوصیات حسی کره غنی‌سازی شده با سطوح مختلف نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 می‌توان نتیجه گرفت که نمونه کره حاوی 5 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 به‌عنوان نمونه برتر انتخاب می‌شود.
نتیجه‌گیری
امروزه نانوتکنولوژی به دلیل تولید ساختارهای بسیار ریز موجب ایجاد پتانسیل‌ها قابل‌توجهی جهت تحویل ترکیبات زیست‌فعال به بدن و محصولات غذایی می‌شود. یکی از تکنیک‌هایی که اخیراً برای تولید نانوساختارهای حاوی ترکیبات زیست‌فعال در محصولات غذایی رواج پیدا کرده است تکنیک الکترواسپری است. بنابراین در طی این پژوهش از نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 جهت به‌کارگیری و غنی‌سازی کره استفاده شد. بطوریکه استفاده از 10 درصد وزنی/وزنی ویتامین D3 در ساختار نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون موجب بالاترین راندمان انکپسولاسیون شد و با به‌کارگیری نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 در فرمولاسیون کره، پایداری اکسیداتیو کره در مقایسه با نمونه شاهد افزایش و در طی 3 ماه نگهداری بهبود یافت. لیکن استفاده از 5 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 از لحاظ آماری موجب عدم‌تغییر معنی‌دار شاخص‌های L*، a و b و همچنین عدم‌تغییر امتیاز خصوصیات حسی در مقایسه با نمونه شاهد در محصول نهایی شد بطوریکه پذیرش کلی آن در مقایسه با نمونه شاهد تفاوت معنی‌داری نداشت. بنابراین نمونه کره غنی‌سازی شده با 5 درصد نانوذرات الکترواسپری شده پلیکاپرولاکتون حاوی ویتامین D3 به‌عنوان نمونه برتر انتخاب شد.
تعارض منافع
نویسندگان هیچ‌گونه تعارض منافعی ندارند.
[1] Lentisk
References
1. Salehin MN, Khan SI, Kabir MS, Kumar K, Montaha S, Arefuzzaman M, Uddin MB, Ahmed M. Assessment of oxidative and shelf life stability of lycopene enriched butter during storage. Food Chemistry Advances. 2025:101003.
2. Ma Z, & Boye, J. I. Advances in the design and production of reduced-fat and reduced-cholesterol salad dressing and mayonnaise: a review. Food and Bioprocess Technology. 2013; 6(3), 648-670.
3. Holick M. F. The one-hundred-year anniversary of the discovery of the sunshine vitamin D3: historical, personal experience and evidence-based perspectives. Nutrients. 2023; 15(3), 593.
4. Khan W. A, Butt M S, Pasha I, Jamil A. Microencapsulation of vitamin D in protein matrices: In vitro release and storage stability. Journal of food measurement and characterization. 2020; 14, 1172-1182.
5. Winuprasith T, Khomein P, Mitbumrung W, Suphantharika M, Nitithamyong A, McClements DJ. Encapsulation of vitamin D3 in pickering emulsions stabilized by nanofibrillated mangosteen cellulose: Impact on in vitro digestion and bioaccessibility. Food hydrocolloids. 2018; 83:153-64.
6. Ghorani B, Tucker N. Fundamentals of electrospinning as a novel delivery vehicle for bioactive compounds in food nanotechnology. Food Hydrocolloids. 2015; 51, 227-240.
7. Hernández-Rodríguez L, Lobato-Calleros C, Pimentel-González D. J, Vernon-Carter E. J. Lactobacillus plantarum protection by entrapment in whey protein isolate: κ-carrageenan complex coacervates. Food Hydrocolloids. 2014; 36, 181-188.
8. Pérez-Masiá, R, López-Nicolás, R, Periago M. J, Ros G, Lagaron J. M, López-Rubio A. Encapsulation of folic acid in food hydrocolloids through nanospray drying and electrospraying for nutraceutical applications. Food Chemistry. 2015; 168, 124-133.
9. Alehosseini A, Ghorani, B, Sarabi-Jamab, M, Tucker N. Principles of electrospraying: A new approach in protection of bioactive compounds in foods. Critical reviews in food science and nutrition. 2018; 58(14), 2346-2363.
10. Prieto C, Calvo L. Supercritical fluid extraction of emulsions to nanoencapsulate vitamin E in polycaprolactone. The Journal of Supercritical Fluids, 2017; 119, 274-282.
11. Wang J, Jansen J. A, Yang F. Electrospraying: possibilities and challenges of engineering carriers for biomedical applications—a mini review. Frontiers in Chemistry. 2019; 7, 258.
12. Rezaeinia H, Ghorani B, Emadzadeh B, Tucker N. Electrohydrodynamic atomization of Balangu (Lallemantia royleana) seed gum for the fast-release of Mentha longifolia L. essential oil: Characterization of nano-capsules and modelling the kinetics of release. Food hydrocolloids. 2019; 93, 374-385.
13. Rezaeinia H, Ghorani B, Emadzadeh B, Mohebbi M. Prolonged-release of menthol through a superhydrophilic multilayered structure of balangu (Lallemantia royleana)-gelatin nanofibers. Materials Science and Engineering. 2020; C, 111115.
14. Azizkhani, M. Zandi, P. Gaini, A. Safafar, H. Akhavan Attar, Z. (2006). The effect of natural antioxidant mixtures on the oxidative stability of margarine. Iranian Quarterly Journal of Nutritional Sciences and Food Industry.2006: 2: 44-35.
15. National Standards Organization of Iran (2017), First Edition. Vegetable and Animal Oils and Fats: Measurement of Peroxide Content by Iodometry - Determination of Endpoint by Visual Method. Publications of the Iranian Standards and Industrial Research Organization. National Standard Number 4179.
16. National Standards Organization of Iran (1400), First Edition. Vegetable and Animal Oils and Fats - Measurement of Acid Number and Acidity. Publications of the Iranian Standards and Industrial Research Organization. National Standard Number 4178.
17. Ehsani A, Hashemi M, Jazani N. H, Aliakbarlu J, Shokri S, Naghibi S. S. Effect of Echinophora platyloba DC. essential oil and lycopene on the stability of pasteurized cream obtained from cow milk. In Veterinary Research Forum. 2016; Vol. 7, No. 2, p. 139. Faculty of Veterinary Medicine, Urmia University, Urmia, Iran.
18. Abid Y, Azabou S, Jridi M, Khemakhem I, Bouaziz M, Attia H. Storage stability of traditional Tunisian butter enriched with antioxidant extract from tomato processing by-products. Food Chemistry,2017; 233: 476-482.
19. Lawless H. T, Heymann H. Sensory evaluation of food: principles and practices. 2010 Springer Science & Business Media.
20. Janković B, Papović S, Vraneš M, Knežević T, Pržulj S, Zeljković S, Jelić D. Biomineral nanocomposite scaffold (CaCO3/PVA based) carrier for improved stability of vitamin D3: characterization analysis and material properties. Journal of Materials Science. 2023; 58(15), 6580-6601.
21. Al-Bishari A. M, Al-Shaaobi B. A, Al-Bishari A. A, Al-Baadani M. A, Yu L, Shen J, Gao P. Vitamin D and curcumin-loaded PCL nanofibrous for engineering osteogenesis and immunomodulatory scaffold. Frontiers in bioengineering and biotechnology. 2022; 10, 975431.
22. Wsoo M. A, Abd Razak S. I, Bohari S. P. M, Shahir S, Salihu R, Kadir M. R. A, & Nayan, N. H. M. Vitamin D3-loaded electrospun cellulose acetate/polycaprolactone nanofibers: Characterization, in-vitro drug release and cytotoxicity studies. International journal of biological macromolecules. 2021; 181, 82-98.
23. Guler E, Baripoglu Y. E, Alenezi H, Arikan A, Babazade R, Unal, S., Cam M. E. Vitamin D3/vitamin K2/magnesium-loaded polylactic acid/tricalcium phosphate/polycaprolactone composite nanofibers demonstrated osteoinductive effect by increasing Runx2 via Wnt/β-catenin pathway. International Journal of Biological Macromolecules. 2021; 190, 244-258.
24. Heydari-Majd M, Rezaeinia H, Shadan M. R, Ghorani B, Tucker N. Enrichment of zein nanofibre assemblies for therapeutic delivery of Barije (Ferula gummosa Boiss) essential oil. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2019; 54, 101290.
25. Aliabbasi N, Mehrabi S, Kheirandish M, Gashtasbi S, Mokhtarian M, Hosseini-Isfahani M., & Rezaeinia H. The novel nano-electrospray delivery of curcumin via ultrasound assisted Balangu (Lallemantia royleana) hydrocolloid-chickpea protein interaction. Food Chemistry. 2025; 144388.
26. Mokhtari, Z., Hekmatdoost, A., & Nourian, M. Antioxidant efficacy of vitamin D. Journal of Parathyroid Disease, 2016; 5(1), 11-16.
27. Leal L. K. A. M, Lima L. A, de Aquino P. E. A, de Sousa J. A. C, Gadelha C. V. J., Calou, I. B. F, de Barros Viana, G. S. Vitamin D (VD3) antioxidative and anti-inflammatory activities: Peripheral and central effects. European journal of pharmacology. 2020; 879, 173099.
28. Shavisi N. Improving the oxidative stability of butter oil with nanoencapsulated Ferulago angulata essential oil during accelerated shelf-life storage. Journal of Food Science and Technology. 2024; 61(11), 2100-2110.
29. Kreivaitis R, Gumbytė M, Kazancev K, Padgurskas J, Makarevičienė, V. A comparison of pure and natural antioxidant modified rapeseed oil storage properties. Industrial Crops and Products. 2013; 43, 511-516.
30. Aidli-Ouadah A, Rezig L, Chougui N, Beder-Belkhiri W, Hadjal S, Zeroual B, Idoui T. Effect of pomegranate (Punica granatum L.) peel extract on the oxidative stability of soybean oil and margarine. Journal of Food Measurement and Characterization.2025; 1-15.
31. Akça A. E, Kandil M, Özcan M. M. Uses of margarines, consumption rates of margarine, oxidative deterioration and storage conditions, the relationship between spices and antioxidants-A Review. Journal of Agroalimentary Processes & Technologies. 2022; 28(4).
32. Guenaoui, N., Ouchemoukh, S., Amessis-Ouchemoukh, N., Ayad, R., Puşcaş, A., Zeroual, B., Mureşan, V. (2024). Physico-chemical properties and antioxidant activity of five Algerian honeys and margarines formulated with honey as antioxidant and preservative. Journal of Food Safety and Food Quality-Archiv für Lebensmittelhygiene, 75(6), 167-178.
33. Sadou D, Amessis‐Ouchemoukh N, Ouchemoukh S, Ayad R, Guenaoui N, Otmani, A., & Madani, K. Elaboration of enriched margarine with lentisk oil and honey: Formulation, characterization, and monitoring of oxidative stability. European Journal of Lipid Science and Technology. 2023; 125(11), 2300081.
34. Pădureţ, S. The quantification of fatty acids, color, and textural properties of locally produced bakery margarine. Applied Sciences 2022; 12(3), 1731.
35. Fallahasgari M, Barzegar F, Abolghasem D, Nayebzadeh K. An overview focusing on modification of margarine rheological and textural properties for improving physical quality. European Food Research and Technology. 2023; 249(9), 2227-2240.
36. Jassim L, Mahmood K. Study of some physicochemical, microbial and sensory properties of low-fat butter produced by titanium dioxide (TiO2) nano particles. Eurasian Chemical Communications. 2022; 4(3), 241-55.
