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Le emulsioni sono sistemi eterogenei costituiti da due liquidi immiscibili, dove un liquido è disperso sotto forma di goccioline all'interno dell'altro. Questi sistemi sono onnipresenti in vari settori, tra cui quello alimentare, farmaceutico1, cosmetico e petrolchimico. La stabilità e la funzionalità delle emulsioni dipendono in modo critico dalle interazioni tra le goccioline, che possono essere influenzate da vari fattori come la chimica delle superfici, le condizioni ambientali e la presenza di enzimi2.
In molte applicazioni, in particolare nella scienza dell'alimentazione e nella somministrazione di farmaci, le emulsioni sono esposte ad ambienti enzimatici 3,4. Ad esempio, nell'apparato digerente umano, gli alimenti e i farmaci a base di emulsione ingeriti incontrano vari enzimi che possono alterarne la struttura e la funzione. Comprendere le dinamiche delle interazioni tra le goccioline durante la digestione enzimatica è fondamentale per la progettazione di prodotti stabili ed efficaci a base di emulsioni 5,6.
I metodi tradizionali per lo studio della stabilità dell'emulsione 2,7, come la diffusione della luce o le misure reologiche, forniscono preziose informazioni di massa, ma non possono osservare e quantificare direttamente le interazioni tra le singole goccioline8. Questa limitazione ha ostacolato la comprensione dei processi su microscala che si verificano durante la digestione enzimatica delle emulsioni.
Le pinzette ottiche sono emerse come un potente strumento per manipolare oggetti microscopici e misurare le forze su micro e nanoscala9. Sfruttando lo slancio della luce, le pinzette ottiche possono intrappolare e spostare singole goccioline con una precisione eccezionale. Questa capacità apre nuove possibilità per lo studio delle interazioni gocciolina-gocciolina in ambienti complessi10,11.
Questo protocollo presenta un metodo unico che combina doppie pinzette ottiche con misurazioni della forza in tempo reale per studiare le interazioni tra le goccioline di emulsione durante la digestione enzimatica. Come esempio rappresentativo, il metodo viene dimostrato utilizzando un sistema di emulsione composto da olio di colza o da una gocciolina di grasso stabilizzata da proteine del siero di latte, sottoposte a digestione da parte della tripsina. Questo sistema modello è particolarmente rilevante per la scienza dell'alimentazione e la nutrizione, in quanto imita le comuni emulsioni alimentari e il loro comportamento nel tratto digestivo12.
L'approccio consente l'osservazione diretta e la quantificazione delle forze tra le singole goccioline mentre subiscono la degradazione enzimatica, fornendo informazioni senza precedenti sulle dinamiche della stabilità dell'emulsione in condizioni digestive. Il metodo utilizza il sistema di pinzette ottiche, una configurazione di pinzette ottiche a doppia trappola all'avanguardia, per manipolare le goccioline di emulsione e misurare le forze tra le goccioline con alta precisione13.
Questa tecnica sperimentale colma il divario tra gli studi sulle emulsioni di massa e le indagini a livello molecolare, offrendo una prospettiva unica sul comportamento delle emulsioni durante la digestione enzimatica. Le intuizioni ottenute da questo metodo hanno implicazioni di vasta portata per vari campi, tra cui l'ingegneria alimentare, le formulazioni farmaceutiche e la scienza fondamentale dei colloidi. Mentre come esempio viene utilizzato uno specifico sistema olio-proteina-enzima, la metodologia qui presentata può essere adattata per studiare un'ampia gamma di sistemi di emulsione organica ed enzimi digestivi in vari settori.