فرمولاسیون نانو الیاف پروتئینی کلاژن-سیکلودکسترین حاوی ذرات نانو رس با استفاده از فرآیند الکتروریسی

نویسندگان
فاطمه نوری حسین آبادی 1
شاداب شهسواری 2
علی وزیری یزدی 3
آزاده همتی 4
1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم وتحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 گروه مهندسی شیمی، واحد ورامین-پیشوا،دانشگاه آزاد اسلامی، ورامین، ایران
3 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
4 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران
چکیده
با توجه به آلودگی­های ناشی از پلیمرهای زیست تخریب ناپذیر در بسته بندی مواد غذایی، امروزه نیاز به استفاده از نانوالیاف طبیعی و زیست تخریب­پذیر در صنعت بسته­بندی به­طور چشم­گیری احساس می­شود و یکی از ساده­ترین روش­های تولید نانوالیاف الکتروریسی می­باشد. در این تحقیق، الکتروریسی کلاژن نوع اول (استخراج شده از دم موش) به همراه بتا سیکلودکسترین و نانورس مورد بررسی قرار گرفت و از اسید استیک به­عنوان­ یک حلال بی خطر به لحاظ محیط زیستی استفاده شد. جهت طراحی آزمایش، از نرم افزار طراحی آزمایش (Design Expert 7.0) استفاده شد و تاثیر متغیرهای مستقل شامل نسبت وزنی-وزنی بتاسیکلودکسترین به کلاژن (X1)، نسبت حجمی-وزنی نانورس به کلاژن (X2) و نرخ تغذیه محلول (X3) بر روی متغیر وابسته شامل قطر نانوالیاف (Y1) بررسی شد. فرایند الکتروریسی با شرایط ولتاژ بهینه 12 کیلو ولت، فاصله بین نوک سوزن و جمع کننده 120 میلی­متر، در دما و فشار محیط و بر اساس جدول طراحی صورت پذیرفت. از نانورس به­دلیل داشتن خواص ممانعتی و ضد میکروبی و از بتاسیکلودکسترین به­علت داشتن ساختار خاص که باعث به­وجود آمدن سطوح آب دوست و آب گریز می­شود، استفاده شد. جهت بررسی شکل نانو الیاف از میکروسکوپ الکترونی روبشی، بررسی ساختار از طیف سنجی مادون قرمز، برای بررسی عناصر موجود از طیف‌نگاری فلوئورسانس اشعه ایکس و برای تعیین مقاومت حرارتی آنالیز وزن سنجی حرارتی استفاده شد. نتایج حاصل نشان داد، نانوالیاف بهینه با مشخصات 01/123 نانومتر و دارای ساختاری یکنواخت و بدون نقص و همچنین ویسکوزیته 33/145 میلی پاسکال-ثانیه به­دست آمد.
کلیدواژه‌ها
الکتروریسی
بتاسیکلودکسترین
بسته بندی مواد غذایی
کلاژن
نانورس

موضوعات

عنوان مقاله English

Formulation of Collagen-Cyclodextrin protein nanofibers containing nano clay using electrospinning process

نویسندگان English

Fatemeh Noori Hosseinabadi 1
Shadab Shahsavari 2
Ali Vaziri Yazdi 3
Azadeh Hemmati 4
1 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Science and Research branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Varamin-Pishva branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Science and Research branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
4 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering Islamic Azad University, Science and Research branch, Tehran, Iran
چکیده English

Nowadays the use of natural and biodegradable nanofibers in the packaging industry due to the contamination of non-biodegradable polymers in food packaging is dramatically obvious and electrospinning is one of the easiest ways to produce these nanofibers. In this study, the electrospinning of collagen polymer type I (extracted from the rat-tail) with Beta Cyclodextrin and Nanoclay was investigated and Acetic acid was used as a safe solvent in terms of the environment. After designing the experiments using an experimental design software (Design Expert 7.0), the effects of independent variables such as weight-weight ratio of Beta Cyclodextrin to Collagen (X1), Volume-weight ratio of Nanoclay to Collagen (X2) and solution feed rate (X3) was evaluated on dependent variable, including nanofibers diameter (Y1). Also, electrospinning process was performed with a voltage of 12 Kv and the distance between the needle and the collector 120 mm at ambient temperature and pressure. Nanoclay have been used due to barrier and antimicrobial properties; in addition, Beta cyclodextrin was used for the specificity of the structure that causes hydrophilic and hydrophobic surfaces. Furthermore, to investigate the shape of nanofibers Scanning Electron Microscopy, to investigate the structure Transform Infrared Spectroscopy, to investigate existing elements X-Ray Fluorescence Spectroscopy and to determine thermal resistance Differential scanning calorimetry was applied. The results showed that optimal nanofiber with a average size of 123.01 nm and a flawless structure with a viscosity of 145.33 mpa.s was obtained.

کلیدواژه‌ها English

Electrospinning
Beta cyclodextrin
Food packaging
Collagen
Nanoclay
[1]. Eslah, s. And Noori, M., 1394, A Review on the Applications of Electrospinning Nanofibres in Food Packaging, Journal of Applied Science and Technology, Vol. 6, No. 24.
[2]. Karimi, N., 1390, Introduction and Application of Edible Coatings in Packaging, Journal of Propagating Science and Technology of Packaging, Year 2, No. 5.
[3].Jamil, A., Matthews, Gary, E., Wnek, David, G., Simpson, Gary, L.& Bowlin. ,2002, Electrospinning of Collagen Nanofiber, Biomacromolecules, 3, 232-238.
[4]. Seyfzadeh, N., Bagheri, Z. And Babaie, f. , 1392, Smart and active Food Package, 21st Congress of Food Science & Technology, Shiraz, Shiraz University.
[5]. Hall Barrientos, I.J., Paladino, E., Szabo, P., Brozio, S., Hall, P.J., Oseghale, C.I., Passarelli, M.K., Moug, S.J., Black, R.A., Wilson, C.G., Zelko,R. & Lamprou, A.D., 2017, Electrospun collagen-based nanofibers: A sustainable material for improved antibiotic utilization in tissue engineering applications, International Journal of Pharmaceutics, 531, 67-79.
[6]. Naderi Semiromi, A. And Mohammadian, j. , 1396, Collagen and Collagen production methods, Quarterly Journal of Applied Research in Engineering , Year 1, Number 3.
[7]. Sotirios, I., Marras, Konstantina, P., Kladi, Ioannis, T., Ioannis, Z.& Costas, P. ,2008, Biodegradable polymer nanocomposites: The role of nanoclays on the thermomechanical characteristics and the electrospun fibrous structure, Acta Biomaterialia, 4, 756-765.
[8]. Preliminary feasibility studies of Nanoclay production, Amirkabir University Industrial Development Jihad, Research Deputy, 1390.
[9].Jorda-Beneyto, M., Ortuño N., Devis, A., Aucejo, S., Puerto, M., Gutiérrez-Praena, D., Houtman, J., Pichardo, S., Maisanaba, S.& Jos A., 2014, Use of nanoclay platelets in food packaging materials: technical and cytotoxicity approach, Food Addit Contam Part A Chem Anal Control Expo Risk Assess, 31(3), 354-63.
[10].Yu, L.& Cebe, P., 2009, Crystal polymorphism in electrospun composite nanofibers of poly (vinylidine fluoride) with nanoclay Polymer, 50, 2133-2141.
[11].Agarwal, A., Raheja, A., Natarajan, T.S. & Chandra, T.S. ,2014, Effect of electrospun montmorillonite- nylon6 nanofibrous membrane coated packing on potato chips and bread, Innovative food science & Emerging technologies.
[12]. Gholam Shahbazi, N., Samandanian, S. and Asadi, A. 1395, A review of the use of nanofiber composites in the food packaging industry.
[13].Costoya, A., Concheiro, A.& Alvarez-Lorenzo, C., 2017, Electrospun Fibers of Cyclodextrins and Poly(cyclodextrins), Elsevier Ltd, All rights reserved.
[14]. Pour Khalil, A. And Farrokhzad, H., 1394, Cyclodextrin, a nanoparticle with many uses.
[15]. Yogeshwar Chakrapani, V., Gnanamani, A., Giridev, V.R., Madhusoothanan, M. & Sekaran,G., 2011, Electrospinning of type I Collagen and PCL Nanofibers Using Acetic Acid.
[16]. Bahria,H., 2017, Eletrospinning of collagen: Formation of Biomedical Scaffold.
[17]. Buttafoco, L., Kkolkman, N.G., Engbers-Buijtenhuijs, P., Poot, A.A., Dijkstra, P.J., Vermes, I. & Feijen, J., 2006, Electrospinning of collagen and elastin for tissue engineering applications, Biomaterials, 27, 724-734.
[18]. Ghosal,K., Thomas, S., Kalarikkal, N.& Gnanamani, A, 2014, Collagencoated electrospun polycaprolactone(PCL) with titanium dioxide(TiO2) from an environmentally benign solvent: preliminary physico-chemical studies for skin substitute, J Poly Res, 21, 410.
مجله علوم و صنایع غذایی ایران
دوره 16، شماره 88
خرداد 1398
صفحه 303-313