$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Numune hazırlama
Nohut unundan protein ayrımı (CF)
2025 yetiştirme sezonunda hasat edilen ve Türkiye'nin güneydoğusundan temin edilen Kabuli nohutları (Cicer arietinum L.), darbe tabanlı hava sınıflandırıcı frezeleme sistemi kullanılarak işlendi; bu sistemde parçacıklar santrifüj kuvvetlerine ve öğütme diskine ve halka dişlisine tekrar tekrar darbeler uygulandı. İlk ön frezeleme adımının ardından, kaba gritler hava sınıflandırıcı değirmeni kullanılarak CF üretimi için daha fazla öğütüldü. Darbe frezeleme sırasında, daha önce bildirilen çalışma koşulları ve literatürde tanımlandığı üzere bir kurum içi optimizasyon protokolüne uygun olarak 40-45m 3/h hava akış hızı, 7.000-8.000 rpm sınıflandırıcı hızı ve 200 kg/s besleme hızıuygulanmıştır.
Aynı hava sınıflandırıcı sistemi kullanılarak hava sıcaklığında hava sınıflandırmasıyla CF'den protein açısından zengin ince fraksiyonlar elde edildi. Sınıflandırıcı tekerlek hızı 10.000 rpm'ye ayarlanmış, besleme hızı yaklaşık 200 kg/s, hava akışı ise daha önce tanımlandığı gibi 52 m³/s olaraktutulmuştur. 8. Bu ayırma adımı, parçacık boyutu, yoğunluğu ve aerodinamik özelliklerindeki farklara göre protein fraksiyonunu seçici olarak zenginleştirmiştir.
Hava sınıflandırmasından sonra, ortaya çıkan toz ince bir parçacık boyutu dağılımı gösterdi (d(0.9) = 20-22 μm); bu nedenle, malzeme kaybı ve gereksiz mekanik gerilimi önlemek için herhangi bir elek aşaması uygulanmadı. Proteinle zenginleştirilmiş fraksiyon, doğrudan 25 kg gazla yıkanmış polietilen torbalarda paketlendi ve nem alımını en aza indirmek ve fonksiyonel özellikleri korumak için 4 °C'de saklandı.
Nanoemülsiyon hazırlığı
CPC, nihai formülasyonda %3,0 w/v aktif protein konsantrasyonu hedefleyen yağ içinde su (O/W) NE'leri hazırlamak için tek emülsifikasyon ajan olarak kullanıldı. Bu konsantrasyon, %1,0 w/v, %2,0 w/v ve %3,0 w/v CPC ile ön taramalara dayanarak seçildi ve %3,0'ın en etkili damla boyutu küçümsemesini ve en yüksek kısa vadeli fiziksel stabiliteyi sağladığını gösterdi. CPC tozunun ölçülen protein içeriğine (%44,8 w/w) dayanarak, gerekli toz konsantrasyonu %6,67 w/v olarak hesaplandı. CPC, sürekli sulu fazda emülgatör olarak işlev görürken, orta zincirli trigliserit (MCT) yağı yalnızca %5,0 v/v konsantrasyonda dağıtılmış yağ fazı olarak kullanıldı; bu da 100 mL formülasyon başına 5,0 mL yağa karşılık gelir. Hiçbir formülasyonda düşük moleküler ağırlıklı yüzeyaktif maddekullanılmadı 9.
Sulu CPC dispersyonu, hesaplanan CPC tozu miktarının ultrasaf suda 800 rpm'de sürekli manyetik karıştırma altında 1.800 saniye boyunca çözülerek tam hidrasyon ve homojen protein dağılımı sağlanarak hazırlanmıştır. Tam hidrasyon, görünür parçacık veya tortunun olmamasıyla doğrulandı.
Yağ fazı, hidratlı CPC çözeltisine sürekli karıştırma altında yavaşça eklendi, ardından 12.000 rpm'de 240 saniye boyunca yüksek kesme hızında homojenizasyon yapıldı; bu da yağ ayrımı olmadan tekerer, opak bir görünümle görsel olarak tanımlanan kaba (konvansiyonel) bir emülsiyon elde edildi. Bu koşullar, protein agregasyonunu önlemek ve yeterli damla bozulmasını sağlamak için seçilmiştir.
NE'ler, daha sonra, numune sıcaklığını 30 °C'nin altında tutmak ve protein toplamasını önlemek için buzlu su banyosunda 180 saniye boyunca %30 genlikte kaba emülsiyonun sonikasyonu ile alındı. Sonikasyon sırasında aralıklı olarak sıcaklık izlendi. Ön optimizasyon deneyleri (veri gösterilmemiş) 60 s, 120 s ve 180 s sonikasyon sürelerini değerlendirdi ve damla çapları 200 nm'nin altında ve düşük PDI'ya sahip tekrarlanabilir NE'ler oluşumuna dayanarak optimal koşul olarak seçildi. Bu nedenle, bu çalışmada bildirilen tüm NE'ler optimize edilmiş 180 saniyelik sonikasyon süresi kullanılarak hazırlanmıştır.
Başarılı kuzey oluşumu, 1.800 saniye buruştan sonra faz ayrımı olmayan, stabil, hafif opalesan bir dispersiyanın ortaya çıkmasıyla desteklendi. Görünür kremlenme veya faz ayrımı gösteren örnekler daha fazla analizden çıkarıldı. Tüm örnekler, fizikokimyasal karakterizasyondan önce oda sıcaklığına (25 ± 2 °C)dengelenmiştir 9.
DIKKAT: Yüksek enerjili ekipmanların (homojenizer ve sonikator) kullanımı kurumsal laboratuvar güvenlik prosedürlerine uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Sonikasyon sırasında işitme koruması ve sıçrama kalkanı kullanıldı. Emülsiyon hazırlığı sırasında asit veya baz kullanılmamıştır; bu nedenle kimyasal nötralizasyon veya tehlikeli atık bertaraf etmesine gerek yoktu.
Nohut unu (CF) ve nohut protein konsantresinin (CPC) beslenme ve fizikokimyasal karakterizasyonu
Besteleme Analizi
CF ve CPC örneklerinin besin bileşimi, Resmi Analitik Kimyagerler Derneği'nin (AOAC) Resmi Analiz Yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. Ham lif AOAC 991.43'e göre, toplam kül AOAC 923.03'e, ham yağ AOAC 920.39'a göre ve ham protein AOAC 984.13'e göre analiz edildi; azottan proteine dönüşüm faktörü N × 6.25 kullanıldı. Tüm örneklerdeki toplam karbonhidrat içeriği, nem, protein, yağ ve kül yüzdelerinin toplamı %100'den çıkarılarak farkla belirlendi3.
Renk analizi
Örneklerin renk parametreleri, yansıma modunda çalışan bir tezgah üstü kolorimetre kullanılarak ölçüldü. Ölçümden önce, cihaz üretici tarafından sağlanan siyah-beyaz kalibrasyon standartlarıyla standartlaştırılmıştı. Ölçümlerin düzgün ve tekrarlanabilir olmasını sağlamak için, 5,0 g toz halindeki numune, yuvarlak cam bir küvete (iç çapı 64,0 mm) nazikçe yüklenerek pürüzsüz ve homojen bir yüzey oluşturuldu. Yeterli bir katman kalınlığı (≥ 50,0 mm) uygulanarak substrat ve arka plan etkilerinin etkisini en aza indirmek ve yansıtma koşullarında saydam tozun etkili bir şekilde opak hale getirilmesi. Tüm ölçümler oda sıcaklığında yansıtma modunda yapıldı.
Renk koordinatları CIELAB renk uzayında ifade edilmiştir; burada L* ışıklığı temsil eder (0 = siyah, 100 = beyaz), a* kırmızı-yeşil ekseni, b* ise sarı-mavi eksenini temsil eder. Toplam renk farkı (ΔE*), kroma (C*), ton açısı (H°) ve renk indeksi (CI) gibi ek renk parametreleri,11'de (Eq. 1–4) tanımlanan denklemlere göre aşağıdaki şekilde hesaplandı:
(Eşitlik 1)
(Eq. 2)
(Eşitlik 3)
(Eşitleme 4)
pH analizi
CF ve CPC örneklerinin pH'ı, cam elektrotla donatılmış dijital pH ölçer kullanılarak elektrotun doğrudan numune dispersyonuna 25,0 ± 2,0 °C arasında yerleştirilmesiyle belirlendi. Ölçümden önce, pH ölçer standart tampon çözeltileri (pH 4.0 ve 7.0) kullanılarak kalibre edildi. Tüm ölçümler, analitik tekrarlanabilirliği sağlamak için üçlü (n = 3) olarak gerçekleştirildi.
Nem içeriği
CF ve CPC örneklerindeki kalan nem içeriği, kontrollü ısıtma koşullarında çalışan hızlı nem analizörü kullanılarak belirlendi. Tüm ölçümler, analitik tekrarlanabilirliği sağlamak için üçlü (n = 3) olarak gerçekleştirildi.
CPC'nin yapısal ve fonksiyonel karakterizasyonu
XRD analizi
CPC'nin XRD analizi, Cu-Kα radyasyonu (λ = 1.5406 Å) ile donatılmış bir laboratuvar X-ışını difraktometresi kullanılarak gerçekleştirildi. Daha önce bildirilen bir prosedürün12'sine uygun olarak, 10°-90° arasında 2θ aralıkta, 2,5° min-1 tarama hızında, 40 mA ve 45 kV hızlarda işleyerek difraktografiler kaydedildi.
Zirve tanıma, arka plan çıkarma ve eğri uyumu standart XRD analiz yazılımı kullanılarak gerçekleştirildi. Kristallik derecesi,13'te tanımlanan yönteme göre, kristalin yansımalarının entegre alanının difraktogram altındaki toplam alana oranı olarak hesaplandı; bu yöntem Eq. (5)'te gösterilmiştir:
(Eşitleme 5)
Görünür kristalit boyutu (D), en yoğun kırınım tepelerine uygulanan Scherrer denklemi (Eq. 6) kullanılarak XRD verilerinden tahmin edilmiştir:
(Eq. 6)
burada D, görünür kristalit boyutu (nm), K şekil faktörüdür (0.9 olarak varsayılır), λ X-ışını dalga boyundur, β seçilen kırınım zirvesinin yarı maksimumdaki tam genişliğidir (FWHM, radyanlarda) ve θ Bragg açısıdır.
Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) analizi
CF ve CPC'nin diferansiyel tarama kalorimetri (DSC) analizi, laboratuvar diferansiyel taramalı kalorimetre kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yaklaşık 10,0 ± 0,1 mg örnek, delikli kapaklı içbükey alüminyum potada doğru tartıldı ve mühürlendi; referans olarak ise boş alüminyum pota kullanıldı. Ölçümler, oksidatif etkileri en aza indirmek için azot atmosferi (20 mL/dakika) altında yapıldı. Örnekler, dinamik tarama koşullarında min-1 5 °C sabit ısıtma hızıyla 0 °C'den 400 °C'ye kadar ısıtıldı. Ölçüm doğruluğu ve tekrarlanabilirliği sağlamak için analiz öncesinde sıcaklık ve hassasiyet kalibrasyonları yapıldı.
Termal geçişler, her geçişle ilişkili başlangıç sıcaklığı (To), tepe sıcaklık (Tp), uç sıcaklığı (Te) ve entalpi değişimi (ΔH) belirlenerek karakterize edilmiştir. Ayrıca, endotermik zirve genişliği (EPW) ve zirve yükseklik indeksi (PHI) Eq'lara göre hesaplandı. (7) ve (8), sırasıyla şunlardır:
EPW= (Te−Tp) (Eşitlik 7)
PHI =ΔH/(Tp− To) (Eşitlik 8)
Köpürme kapasitesi (FC) ve stabilite (FS)
CPC sulu dispersyonunun köpürme kapasitesi (FC) ve köpük stabilitesi (FS) pH 7.0'da değerlendirildi ve gerektiğinde 0.1 N hidroklorik asit (HCl) kullanılarak ayarlandı. 30 mL bir protein dispersyonu aliquot 50 mL polipropilen santrifüj tüplerine aktarıldı ve 11.000 rpm'de 120 saniye boyunca çalışan yüksek hızlı bir homojenizatör kullanılarak homojenleştirildi ve köpük üretildi. Köpük oluşumu, numune hacminin hızlı artışı ve homojenleşmeden hemen sonra stabil bir köpük tabakasının oluşmasıyla görsel olarak doğrulandı.
FC, homojenizasyondan hemen sonra hacimdeki yüzde artış olarak hesaplanırken, FS ise 600 s, 1.800, 3.600 ve 7.200 saniye sonra tutulan köpük hacmine göre belirlendi. Tüm ölçümler üçlü olarak (n = 3) yapıldı ve FC ile FS değerleri Eq'lara göre hesaplandı. (9) ve Eqs. (10),sırasıyla 14:
(Eşitlik 9)
(Eşitlik 10)
DIKKAT: Sulandırılmış hidroklorik asit, eldiven ve göz koruma gibi uygun laboratuvar güvenlik önlemleriyle ele alındı. Atık çözeltileri kurumsal kimyasal güvenlik yönergelerine göre bertaraf edildi.
CPC ve CPC tabanlı NE'lerin fizikokimyasal stabilitesi
Ortalama parçacık boyutu ve parçacık boyutu dağılımı
Parçacık boyutu dağılımı ve örneklerin Z-ortalama hidrodinamik çapı, dinamik ışık saçılması (DLS) kullanılarak belirlendi. Ortalama hidrodinamik çapı ve polidispersite indeksi (PDI), ortalama damla boyutunu ve boyut dağılımının tekedüzlüğünü karakterize etmek içinkaydedildi (sırasıyla 15,16).
Ölçümden önce, örnekler birden fazla saçılma etkisini en aza indirmek ve güvenilir ışık saçma ölçümleri sağlamak için 1:100 (v/v) nisbətinde damıtılmış su ile seyreltilmiştir. Analizler 25 ± 2 °C kontrollü sıcaklıkta gerçekleştirildi. PDI, damla boyutu dağılımı homojenliğinin bir göstergesi olarak kullanıldı; daha düşük PDI değerleri daha dar boyut dağılımlarına karşılık gelirdi. Ölçümler, 0. günde (taze hazırlanmış NE'ler) ve 7 günlük depolamadan sonra NE sistem16'nın kısa vadeli fiziksel stabilitesini değerlendirmek için yapıldı. Ölçüm öncesinde görünür kremalanma, tortulma veya faz ayrımı gösteren örnekler DLS analizinden hariç tutuldu.
ζ parçacıkların potansiyeli
Örneklerin ζ potansiyeli, daha önce tanımlanan metodolojiler15,16 izlenerek elektroforetik ışık saçılması (ELS) kullanılarak damlacıkların net yüzey yükü ve elektrostatik stabilitesi değerlendirilmiştir. Ölçümler 25,0 ± 2 °C kontrollü sıcaklıkta yapıldı ve NE'lerin orijinal iyonik ortamını korumak için seyreltilmemiş örnekler kullanıldı.
Her örnek için ortalama ζ-potansiyel değerleri ve buna karşılık gelen standart sapmalar, emülsiyonların elektrostatik etkileşimlerini ve kolloidal stabilitesini değerlendirmek için hesaplandı. Tüm ölçümler, belirlenen bir uygulamaya uygun olarak suyla dağıtıcı olarak yapıldı
Dahili standart işletimprosedürü 15. Analizden önce görünür faz ayrımı veya krema gösteren örnekler ζ potansiyel ölçümlerinden hariç tutuldu.
Yöntem doğrulaması ve beklenen sonuçlar
Yöntem doğrulaması, Z-ortalama hidrodinamik çap, PDI, ζ-potansiyel ve stres altındaki fiziksel kararlılık dahil olmak üzere temel fizikokimyasal parametrelerin değerlendirilmesiyle sağlandı. Başarılı protokol yürütmesi, 200 nm'nin altında damla boyutlarına ve PDI ≤0.30'a sahip tekrarlanabilir NE'lerin oluşumuyla desteklendi. Basit depolamanın ötesinde stabiliteyi daha da doğrulamak için, 4.000 rpm'de 900 saniye boyunca santrifüjleme stres testi yapıldı. Santrifüjleme sonrası görünür faz ayrımı veya kremalanmanın olmaması, 7 günlük depolama boyunca tutarlı ζ potansiyeli ve pH profilleriyle birleşince, CPC'nin sağlam emülsifikasyon kapasitesini ve önerilen protokolün tekrarlanabilirliğini destekliyor.
İstatistiksel analiz
Bileşimsel ve fonksiyonel ölçümler üçlü olarak (n=3) yapılırken, yapısal analizler (XRD ve DSC) tek ölçümler, temsilci çalışmalar olarak gerçekleştirildi. Sonuçlar, ortalama standart sapma ± (SD) olarak sunulur. İstatistiksel değerlendirmeler, SPSS yazılımı aracılığıyla tek yönlü varyans analizi (ANOVA) kullanılarak gerçekleştirildi. Tüm analizler için, < 0.05 p-değeri istatistiksel anlamlılığı göstermek için kabul edilmiştir. Anlamlı farklılıklar tespit edildiğinde, birden fazla karşılaştırma için Tukey'nin Dürüstçe Anlamlı Fark (HSD) sonrası testi kullanıldı. Tablolarda ve şekillerde sunulan istatistiksel bağlayıcı harfler (örneğin, a, b, c) Tukey HSD testinin sonuçlarından türetilmiştir; Aynı harfi paylaşmanın %5 anlamlılık seviyesinde önemli ölçüde farklı olmadığı anlamına gelir.