بررسي ميان‌كنش هاي الكترواستاتيك بتالاكتوگلوبولين و تراگاكانتين: گام نخست به سوي توليد ميكرو و نانو ذرات بيوپليمري

Studies on the electrostatic interactions between B-lactoglobulin and tragacanthin:The first step towards fabrication of biopolymeric micro- and nano-particles

سابقه و هدف: بررسي رفتار كلوييدي سامانه هاي پروتيين- پلي‌ساكاريد، اهميت روزافزوني براي فراهم‌آوري پايه اي مناسب در راستاي دستيابي به كاربرد هاي مختلف آن‌ها (مانند توليد ميكرو و نانو ذرات بيوپليمري، طراحي آنالوگ هاي غذايي و فناوري ريزپوشينه كردن) پيدا كرده است. هدف اين پژوهش، بررسي گذارهاي كليدي ناشي از تغيير pH در جريان جدايش فازي تجمعي بتالاكتوگلوبولين و تراگاكانتين بود. مواد و روشها: تشكيل كمپلكس هاي الكترواستاتيك در پراكنش هاي حاوي مخلوط بتالاكتوگلوبولين و تراگاكانتين (غلضت كل پليمر 3/0 درصد وزني و نسبت پروتيين به پلي-ساكاريد 2 به 1) تابع pH(6-2) با استفاده از طيف‌سنجي و آناليز اندازه ذرات بررسي شد. از ريومتري به موازات اسيدي كردن آرام پراكنش مخلوط، با گلوكونودلتالاكتون، براي پايش گذارهاي ساختاري سامانه استفاده شد. اثر نوع و غلظت نمك روي تشكيل ميكروذرات حاصل تعيين شد. يافتهها: تشكيل كمپلكس هاي محلول در 20/5= pHآغاز شد؛ در 85/4= pH انبوهش كمپلكس هاي درون پليمري رخ داد و به انجام جدايش فازي در 30/4= pHمنتهي شد. پارامترهاي ثبت شده نشان داد كه توده اي شدن مركب در 15/4= pH رخ مي‌دهد. در نهايت، مخلوط به حالت يك سامانه‌ي تك فازي در 50/2= pHبازگشت. آناليز اندازه‌ي ذرات نشان داد كه ساختارهاي مركب نوعي فرايند جمع و فشرده شدن را در جريان كمپلكس شدن تجربه مي كنند. ريومتري دريافت هاي عميق‌تري از رفتار كلوييدي سامانه را فراهم آورد و نتايج در توافق با گذارهاي ناشي از pH، تعيين شده با تيتراسيون با HCl بود. تشكيل ميكروذرات به شدت وابسته به نمك بود. نتيجه گيري: تحت شرايط كنترل شده pH، ميان‌كنش هاي الكترواستاتيك بتالاكتوگلوبولين و تراگاكانتين مي‌تواند براي تشكيل گونه هاي مختلف ذرات بيوپليمري به كار گرفته شود. اين ميكرو و نانو ذرات حاصل مي‌توانند در صنعت غذا به عنوان سامانه‌هاي تحويل دهنده‌ي طبيعي يا جايگزين چربي به كار روند. واژگان كليدي: بتالاكتوگلوبولين، تراگاكانتين، ميان‌كنش هاي پروتيين- پلي ساكاريد، جدايش فازي تجمعي، ميكروذرات بيوپليمري

Background and Objective: Investigation of the colloidal behaviour of protein-polysaccharide systems is becoming increasingly important to provide a foundation for their applications in areas such as production of biopolymer micro-and nano-particles, designing food analogues, and microencapsulation technology. The aim of the present study was to investigate the pH-induced critical transitions during associative phase separation between B-lactoglobulin (BLG) and tragacanthin (T). Materials and Methods: The formation of electrostatic complexes in BLG/T dispersions (0.3wt.% total concentration; BLG:T ratio 2:1) was investigated as a function of pH (2.00-6.00) by spectrophotometry and particle size analysis. In addition, coupling of slow in situ acidification of the blend, with glucono-delta-lacton, and rheometry were used to monitor the structural transitions during the associative phase separation. The influence of salt type and concentration on the formation of micro-particles were also determined. Results: The formation of soluble complexes started at pH ~5.20, and at pH ~4.85 the aggregation of intrapolymeric complexes occurred, followed by a bulk phase separation at pH ~4.30. The data indicated that coacervation occurred at pH 4.15. Finally, the mixture returned to a mono-phasic system at pH 2.5. Particle size analysis showed that the assembled structures experienced a contraction process upon complexation. Rheometry provided deeper insights into the colloidal behaviour of the system and the results were in good agreement with quiescent pH-induced transitions established by HCl titration. The formation of the micro-particles was strongly salt-dependent. Conclusion: Under controlled pH conditions, electrostatic interactions between B-lactoglobulin and tragacanthin can be used to form a variety of biopolymer particles. These biopolymeric micro- and nano-particles may be used in the food industry as natural delivery systems or fat-replacers. Keywords: B-Lactoglobulin, Tragacanthin, Protein-polysaccharide interactions, Associative phase separation, Biopolymer micro-particles