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Preparazione del campione
Separazione delle proteine dalla farina di ceci (CF)
I ceci Kabuli (Cicer arietinum L.), raccolti durante la stagione di crescita 2025 e provenienti dal sud-est della Turchia, sono stati lavorati utilizzando un sistema di macinazione a base di pneumatici basato su impatto, in cui le particelle sono state sottoposte a forze centrifughe e ripetuti impatti contro il disco di macinazione e l'anello. Dopo una fase iniziale di pre-macinazione, i grani grossi venivano ulteriormente fresati per produrre fibra di carbonio utilizzando un mulino classificatore ad aria. Durante la fresatura a impulsi, sono stati applicati un flusso d'aria di 40-45m 3/h, una velocità classificatrice di 7.000-8.000 giri/min e una velocità di avanzamento di 200 kg/h, in conformità con le condizioni operative precedentemente riportate e un protocollo di ottimizzazione interno, come descritto nella letteratura8.
Frazioni fini ricche di proteine sono state successivamente ottenute dalla CF tramite classificazione dell'aria a temperatura ambiente, utilizzando lo stesso sistema di classificazione dell'aria. La velocità delle ruote del classificatore era impostata a 10.000 giri/min, mentre la velocità di avanzamento veniva mantenuta a circa 200 kg/h e la portata d'aria a 52 m³/h, come descrittoin precedenza 8. Questo passaggio di separazione arricchiva selettivamente la frazione proteica in base alle differenze di dimensione, densità e proprietà aerodinamiche delle particelle.
Dopo la classificazione dell'aria, la polvere risultante ha mostrato una distribuzione fine delle dimensioni delle particelle (d(0,9) = 20-22 μm); pertanto, non è stato applicato alcun passaggio di setacciatura per evitare perdite di materiale e stress meccanico inutili. La frazione arricchita di proteine veniva confezionata direttamente in sacchi di polietilene da 25 kg con lavaggio gasoso e conservata a 4 °C per minimizzare l'assorbimento di umidità e preservare le proprietà funzionali fino a ulteriori lavorazioni.
Preparazione della nanoemulsione
Il CPC è stato utilizzato come unico agente emulsionante per preparare NE olio in acqua (O/W) con l'obiettivo di raggiungere una concentrazione proteica attiva del 3,0% w/v nella formulazione finale. Questa concentrazione è stata selezionata sulla base di screening preliminari dell'1,0% w/v, 2,0% w/v e 3,0% w/v CPC, che indicavano che il 3,0% forniva la riduzione più efficace della dimensione delle gocce e la più alta stabilità fisica a breve termine. Sulla base del contenuto proteico misurato della polvere CPC (44,8% p/w), la concentrazione richiesta in polvere è stata calcolata al 6,67% w/v. Il CPC ha funzionato come emulsionante nella fase acquosa continua, mentre l'olio di trigliceridi a catena media (MCT) è stato utilizzato esclusivamente come fase oleosa dispersa a una concentrazione fissa del 5,0% v/v, corrispondente a 5,0 mL di olio per formulazione da 100 mL. Non sono stati utilizzati tensioattivi a basso peso molecolare in nessunaformulazione 9.
La dispersione acquosa del CPC è stata preparata sciogliendo la quantità calcolata di polvere di CPC in acqua ultrapura sotto una mescolare magnetica continua a 800 giri/min per 1.800 secondi per garantire completa idratazione e dispersione omogenea delle proteine. L'idratazione completa è stata confermata dall'assenza di particelle visibili o sedimenti.
La fase oleosa è stata poi aggiunta lentamente alla soluzione CPC idratata sotto mescolare continuo, seguita da un'omogeneizzazione ad alta scalatura a 12.000 giri/min per 240 s, producendo un'emulsione grossolana (convenzionale), visivamente identificata da un aspetto uniforme e opaco senza separazione visibile dell'olio. Queste condizioni sono state selezionate per evitare l'aggregazione proteica garantendo al contempo una sufficiente disgregazione delle gocce.
Le NE sono state successivamente ottenute tramite sondazione a sonda dell'emulsione grossolana al 30% di ampiezza per 180 secondi, eseguita in un bagno d'acqua ghiacciata per mantenere la temperatura del campione sotto i 30 °C e prevenire l'aggregazione proteica. La temperatura veniva monitorata intermittentemente durante la sonicazione. Esperimenti preliminari di ottimizzazione (dati non mostrati) hanno valutato tempi di sonicazione di 60 s, 120 s e 180 s, e 180 s è stata selezionata come condizione ottimale basata sulla formazione riproducibile di NE con diametri di gocce inferiori a 200 nm e basso PDI. Pertanto, tutti gli NE riportati in questo studio sono stati preparati utilizzando il tempo di sonicazione ottimizzato di 180 s.
La formazione di successo del NE era supportata dalla comparsa di una dispersione stabile, leggermente opalescente, senza separazione di fase dopo 1.800 secondi di permanenza. I campioni che mostravano crema visibile o separazione di fase sono stati esclusi da ulteriori analisi. Tutti i campioni sono stati bilanciati a temperatura ambiente (25 ± 2 °C) prima della caratterizzazione fisicochimica9.
ATTENZIONE: La maneggevolezza di apparecchiature ad alta energia (omogeneizzatore e sonicatore) è stata condotta in conformità con le procedure di sicurezza del laboratorio istituzionale. Durante la sonicazione venivano utilizzate protezioni acustiche e schermature antischizzo. Durante la preparazione dell'emulsione non venivano utilizzati acidi o basi; Pertanto, non sono stati necessari passaggi di neutralizzazione chimica o smaltimento di rifiuti pericolosi.
Caratterizzazione nutrizionale e fisicochimica della farina di ceci (FC) e del concentrato di proteine di ceci (CPC)
Analisi composizionale
La composizione nutrizionale dei campioni di CF e CPC è stata determinata utilizzando i Metodi Ufficiali di Analisi dell'Association of Official Analytical Chemists (AOAC). La fibra grezza è stata analizzata secondo AOAC 991,43, la cenere totale secondo AOAC 923,03, il grasso greggio secondo AOAC 920,39 e la proteina grezza secondo AOAC 984,13, utilizzando un fattore di conversione azoto-proteina di N × 6,25. Il contenuto totale di carboidrati di tutti i campioni è stato determinato dalla differenza sottraendo la somma delle percentuali di umidità, proteine, grassi e ceneri dal 100%3.
Analisi del colore
I parametri di colore dei campioni sono stati misurati utilizzando un colorimetro da banco che operava in modalità riflettanza. Prima della misurazione, lo strumento era standardizzato utilizzando gli standard di calibrazione in bianco e nero forniti dal produttore. Per garantire misurazioni uniformi e riproducibili, 5,0 g di campione in polvere venivano delicatamente caricati in una cuvetta di vetro rotonda (diametro interno di 64,0 mm) per creare una superficie liscia e omogenea. È stato applicato uno spessore di strato sufficiente (≥ 50,0 mm) per minimizzare l'influenza degli effetti di substrato e di fondo e per rendere la polvere traslucida praticamente opaca in condizioni di riflettenza. Tutte le misurazioni sono state effettuate in modalità riflettanza a temperatura ambiente.
Le coordinate di colore erano espresse nello spazio colore CIELAB, dove L* rappresenta la chiarezza (0 = nero, 100 = bianco), a* rappresenta l'asse rosso-verde e b* rappresenta l'asse giallo-blu. Parametri di colore aggiuntivi, inclusi la differenza totale di colore (ΔE*), la cromaticità (C*), l'angolo di tonalità (H°) e l'indice di colore (CI), sono stati calcolati secondo le equazioni descritte in11 (Eqs. 1–4) come segue:
(Equalizzazione 1)
(Equalizzazione 2)
(Eq. 3)
(Eq. 4)
Analisi del pH
Il pH dei campioni CF e CPC veniva determinato utilizzando un misuratore di pH digitale dotato di un elettrodo di vetro, inserendo direttamente l'elettrodo nella dispersione del campione a 25,0 ± 2,0 °C. Prima della misurazione, il misuratore di pH veniva calibrato utilizzando soluzioni tampone standard (pH 4.0 e 7.0). Tutte le misurazioni sono state effettuate in triplicata (n = 3) per garantire la riproducibilità analitica.
Contenuto di umidità
Il contenuto residuo di umidità dei campioni di CF e CPC è stato determinato utilizzando un analizzatore rapido di umidità operato in condizioni di riscaldamento controllate. Tutte le misurazioni sono state effettuate in triplicata (n = 3) per garantire la riproducibilità analitica.
Caratterizzazione strutturale e funzionale della CPC
Analisi XRD
L'analisi XRD del CPC è stata effettuata utilizzando un diffrattometro a raggi X di laboratorio dotato di radiazione Cu-Kα (λ = 1,5406 Å). I diffrattogrammi sono stati registrati su un intervallo di 2θ da 10°-90° a una velocità di scansione di 2,5° min-1, operando a 40 mA e 45 kV, seguendo una procedura12 precedentemente segnalata.
L'identificazione dei picchi, la sottrazione di fondo e l'adattamento delle curve sono stati effettuati utilizzando software standard di analisi XRD. Il grado di cristallinità è stato calcolato come il rapporto tra l'area integrata delle riflessioni cristalline e l'area totale sotto il diffrattogramma, secondo il metodo descritto da13, come mostrato nell'Eq. (5):
(Equalizzazione 5)
La dimensione apparente del cristallite (D) è stata stimata dai dati XRD utilizzando l'equazione di Scherrer (Eq. 6), applicata ai picchi di diffrazione più intensi:
(Equalizzazione 6)
dove D è la dimensione apparente del cristallito (nm), K è il fattore di forma (presumibilmente 0,9), λ è la lunghezza d'onda dei raggi X, β è la larghezza totale a metà massimo (FWHM, in radiani) del picco di diffrazione selezionato, e θ è l'angolo di Bragg.
Analisi della calorimetria differenziale a scansione (DSC)
L'analisi calorimetrica differenziale a scansione (DSC) di CF e CPC è stata effettuata utilizzando un calorimetro differenziale a scansione di laboratorio. Circa 10,0 ± 0,1 mg di campione sono stati pesati e sigillati con precisione in un crogiolo di alluminio concavo con coperchio forato, mentre un crogiolo vuoto di alluminio è stato utilizzato come riferimento. Le misurazioni sono state effettuate sotto un'atmosfera di azoto (20 mL/min) per minimizzare gli effetti ossidativi. I campioni venivano riscaldati da 0 °C a 400 °C a una velocità costante di 5 °C min-1 in condizioni di scansione dinamica. Prima dell'analisi sono state effettuate calibrazioni di temperatura e sensibilità per garantire accuratezza e riproducibilità delle misurazioni.
Le transizioni termiche sono state caratterizzate determinando la temperatura di inizio (To), la temperatura di picco (Tp), la temperatura di fine (Te) e il cambiamento di entalpia (ΔH) associato a ciascuna transizione. Inoltre, la larghezza di picco endotermica (EPW) e l'indice di altezza di picco (PHI) sono stati calcolati secondo le Eqs. (7) e (8), rispettivamente:
EPW= (Te−Tp) (Eq. 7)
PHI =ΔH/(Tp− To) (Eq. 8)
Capacità di schiuma (FC) e stabilità (FS)
La capacità di schiuma (FC) e la stabilità della schiuma (FS) di una dispersione acquosa CPC (3,0 g/L) sono state valutate al pH 7,0, regolate secondo necessità usando acido cloridrico (HCl) di 0,1 N. Una aliquota di 30 mL di dispersione proteica è stata trasferita in tubi centrifughe di polipropilene da 50 mL e omogeneizzata utilizzando un omogeneizzatore ad alta velocità operato a 11.000 giri/min per 120 secondi per generare schiuma. La formazione di schiuma è stata visivamente confermata dal rapido aumento del volume del campione e dalla formazione di uno strato di schiuma stabile immediatamente dopo l'omogeneizzazione.
La FC è stata calcolata come l'aumento percentuale del volume immediatamente dopo l'omogeneizzazione, mentre la FS è stata determinata in base al volume di schiuma trattenuto dopo 600 s, 1.800 s, 3.600 s e 7.200 s. Tutte le misurazioni sono state effettuate in triplicata (n = 3), e i valori di FC e FS sono stati calcolati secondo le Equalizzazioni. (9) e Equalizzazioni. (10),rispettivamente 14:
(Eq. 9)
(Equalizzazione 10)
ATTENZIONE: L'acido cloridrico diluito è stato maneggiato utilizzando le adeguate precauzioni di sicurezza di laboratorio, inclusi guanti e protezione per gli occhi. Le soluzioni di rifiuto venivano smaltite secondo le linee guida istituzionali sulla sicurezza chimica.
Stabilità fisicochimica dei NEs basati su CPC e CPC
Dimensione media delle particelle e distribuzione delle dimensioni delle particelle
La distribuzione delle dimensioni delle particelle e il diametro idrodinamico medio Z dei campioni sono stati determinati utilizzando la diffusione dinamica della luce (DLS). Il diametro idrodinamico medio Z e l'indice di polidispersione (PDI) sono stati registrati per caratterizzare la dimensione media delle gocce e l'uniformità della distribuzione delle dimensioni,rispettivamente 15,16.
Prima della misurazione, i campioni venivano diluiti con acqua distillata in un rapporto di 1:100 (v/v) per minimizzare gli effetti di diffusione multipla e garantire misurazioni affidabili della diffusione della luce. Le analisi sono state condotte a una temperatura controllata di 25 ± 2 °C. Il PDI veniva utilizzato come indicatore dell'omogeneità della distribuzione delle dimensioni delle gocce, con valori PDI più bassi corrispondenti a distribuzioni di dimensioni più ristrette. Le misurazioni sono state effettuate il giorno 0 (NE appena preparate) e dopo 7 giorni di stoccaggio per valutare la stabilità fisica a breve termine del sistemaNE 16. I campioni che mostravano crema, sedimentazione o separazione di fase visibili prima della misurazione sono stati esclusi dall'analisi DLS.
ζ-potenziale delle particelle
Il potenziale ζ dei campioni è stato determinato per valutare la carica superficiale netta e la stabilità elettrostatica delle gocce utilizzando la diffusione elettroforetica della luce (ELS), seguendo le metodologie precedentementedescritte 15,16. Le misurazioni sono state effettuate a una temperatura controllata di 25,0 ± 2 °C e sono stati utilizzati campioni non diluiti per preservare l'ambiente ionico originale delle NE.
I valori medi del potenziale ζ e le corrispondenti deviazioni standard sono stati calcolati per ciascun campione al fine di valutare le interazioni elettrostatiche e la stabilità colloidale delle emulsioni. Tutte le misurazioni sono state effettuate utilizzando l'acqua come dispersante, in conformità con un stabilimento
Procedura operativa standard interna15. I campioni che mostravano separazione di fase visibile o creaming prima dell'analisi sono stati esclusi dalle misurazioni del potenziale ζ.
Validazione del metodo e risultati attesi
La validazione del metodo è stata ottenuta valutando parametri fisicochimici chiave, tra cui diametro idrodinamico medio Z, PDI, potenziale ζ e stabilità fisica sotto stress. L'esecuzione efficace del protocollo era supportata dalla formazione riproducibile di NE con dimensioni delle goccioline inferiori a 200 nm e dalla PDI ≤0,30. Per validare ulteriormente la stabilità oltre la semplice conservazione, fu eseguito un test di centrifugazione a 4.000 giri/min per 900 secondi. L'assenza di separazione visibile delle fasi o di crematura dopo la centrifugazione, unita a profili costanti di potenziale ζ e pH per 7 giorni di stoccaggio, supporta collettivamente la robusta capacità emulsificante della CPC e la riproducibilità del protocollo proposto.
Analisi statistica
Le misurazioni composizionali e funzionali sono state effettuate in triplicata (n=3), mentre le analisi strutturali (XRD e DSC) sono state effettuate come misurazioni singole, esercizi rappresentativi. I risultati sono presentati come il valore medio ± deviazione standard (SD). Le valutazioni statistiche sono state effettuate utilizzando l'analisi unidirezionale della varianza (ANOVA) tramite software SPSS. Per tutte le analisi, un p-valore di < 0,05 è stato considerato indicativo di significatività statistica. Nei casi in cui sono state identificate differenze significative, è stato utilizzato il test post-hoc Honestly Significant Difference (HSD) di Tukey per confronti multipli. Le lettere di collegamento statistico (ad esempio, a, b, c) presentate nelle tabelle e nelle figure sono state derivate dai risultati del test HSD di Tukey; I mezzi che condividono la stessa lettera non sono significativamente diversi al livello di significatività del 5%.