کپسوله‌سازی ترکیبات زیست‌فعال زعفران در ژلاتین با استفاده از تکنیک‌های الکتروریسی و خشک‌سازی انجمادی

زعفران، کلاله خشک‌شده گیاه کُروکوس ساتیوس لینئوس است که شاید گران‌ترین ادویه در جهان باشد. کیفیت زعفران به رنگ، طعم و عطر آن بستگی دارد. سه جزء اصلی زعفران شامل کروکین (رنگ)، پیکروکروسین (طعم تلخ) و سافرنال (عطر) هستند. این ترکیبات در برابر شرایط محیطی مانند اکسیژن، pH، نور و حرارت بسیار حساس و ناپایدار هستند. بنابراین، حفاظت از ترکیبات بیواکتیو زعفران از طریق فرآیند کپسوله‌سازی برای بهره‌برداری از کاربردهای صنعتی آن اهمیت دارد. هدف اصلی این مطالعه، کپسوله‌سازی پودر عصاره زعفران (۵، ۱۰ و ۱۵٪ وزنی به وزنی) در ژلاتین به عنوان ماده دیواره با استفاده از تکنیک‌های الکترواسپینینگ و خشک‌سازی انجمادی بود. بازده کپسوله‌سازی، خواص حرارتی، پایداری در ذخیره‌سازی، مورفولوژی و توزیع قطر نمونه‌های کپسوله‌شده عصاره زعفران ارزیابی شد.نتایج آزمایش‌ها نشان داد که عصاره‌های زعفران می‌توانند با هر دو تکنیک به‌طور موفقیت‌آمیز در ژلاتین کپسوله شوند و بالاترین بازده کپسوله‌سازی مربوط به غلظت ۱۵٪ عصاره زعفران بود. بازده کپسوله‌سازی سافرنال کمتر از کروکین و پیکروکروسین بود که می‌تواند به دلیل فراریت و ناپایداری آن باشد. تحلیل کالری‌سنجی تفاضلی نشان داد که دمای دناتوراسیون و دمای ذوب نمونه‌های کنترل افزایش یافته است، در حالی که آنتالپی آن‌ها با افزودن عصاره زعفران کاهش یافته است. نتایج همچنین نشان داد که بازده کپسوله‌سازی، پایداری ذخیره‌سازی و خواص حرارتی نمونه‌های کپسوله‌شده با افزایش غلظت عصاره زعفران در درمان‌های مختلف به‌طور قابل‌توجهی (p < 0.05) بهبود یافته است. فساد کروکین از سینتیک واکنش مرتبه اول پیروی می‌کند.محتوای کروچین عصاره زعفران کپسوله شده با افزایش دمای نگهداری از ۴ تا ۳۵ درجه سانتی‌گراد کاهش یافت. به طور کلی، عصاره زعفران کپسوله شده در ژلاتین نسبت به عصاره زعفران بدون کپسوله، ماندگاری بیشتری از کروچین نشان داد. عصاره زعفران کپسوله شده با غلظت‌های یکسان، در طی ۴۲ روز نگهداری در دمای ۴ درجه سانتی‌گراد، ثابت واکنش پایین‌تر (k) و نیمه عمر بالاتری (t1/2) نسبت به ۲۴ و ۳۵ درجه سانتی‌گراد نشان داد. علاوه بر این، با افزایش غلظت عصاره زعفران در ژلاتین، ثابت نرخ واکنش کاهش و نیمه عمر افزایش یافت. بیشترین ماندگاری کروچین کپسوله شده در غلظت ۱۵٪ عصاره زعفران در الیاف ژلاتینی اسپانشده الکتروریسی در دمای نگهداری ۴ درجه سانتی‌گراد مشاهده شد که نیمه عمر (t1/2) آن ۱۳۸ روز و ثابت نرخ واکنش (k) آن ۰.۵*10 -2 دقیقه -1 بود. تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM) تفاوتی بین مورفولوژی الیاف و ذرات کپسوله شده و نمونه‌های کنترل آن‌ها نشان نداد.نتایج این مطالعه نشان داد که کپسوله‌سازی ترکیبات بیواکتیو زعفران روشی مؤثر برای محافظت از آن‌ها در برابر شرایط محیطی سخت است، زیرا حفاظت از ماده دیواره‌ای از طریق فرآیند کپسوله‌سازی فراهم می‌شود. نتایج همچنین نشان داد که عوامل زیادی مانند نوع تکنیک‌های کپسوله‌سازی، غلظت عصاره زعفران، دمای نگهداری و زمان، همگی نقش مهمی در پایداری قدرت رنگ‌دهی زعفران در طول نگهداری ایفا می‌کنند. الکترواسپنینگ به عنوان تکنیک کپسوله‌سازی برتر با کارایی بالاتر، دوره نیمه‌عمر طولانی‌تر و نگهداری بیشتر محتوای کروکین در طول نگهداری نسبت به تکنیک خشک‌کردن با انجماد معرفی شد.

Saffron is the dried stigma of the plant Crocus sativus Linnaeus, which is perhaps the most expensive spice in the world. The quality of saffron depends on its color, taste, and aroma. The three major constituents of saffron are crocin (color), picrocrocin (bitter flavor), and safranal (aroma). These compounds are highly sensitive and unstable to environmental conditions such as oxygen, pH, light, and thermal treatment. Therefore, it is important to protect the bioactive compounds of saffron through the encapsulation process in order to exploit its industrial uses.The main objective of this study was to encapsulate saffron extract powders (5, 10, and 15% w/w) in gelatin as a wall material using electrospinning and freeze-drying techniques. The encapsulation efficiency, thermal properties, storage stability, morphology, and diameter distribution of the encapsulated saffron extract were evaluated.Test results demonstrated that saffron extracts could be successfully encapsulated in gelatin by both techniques and the highest encapsulation efficiency was associated with 15% saffron extract concentration. The encapsulation efficiency of safranal was lower than crocin and picrocrocin, which could be related to its volatility and instability.Differential scanning calorimetry analysis showed that denaturation temperature and melting temperature of control samples increased, while their enthalpy decreased by the addition of saffron extract. The results also revealed that the encapsulation efficiency, storage stability, and thermal properties of encapsulated samples improved significantly (p < 0.05) by increasing the concentration of saffron extract in different treatments.Crocin degradation followed first-order reaction kinetics. Crocin content of encapsulated saffron extract decreased with increasing storage temperature from 4 to 35 °C. Overall, encapsulated saffron extract in gelatin demonstrated superior retention of crocincompared to un-encapsulated one. Encapsulated saffron extract at identical concentrations showed the lower reaction rate constant (k) and higher half-life period (t1/2) during 42 days storage at 4 °C compared to 24 and 35 °C. In addition, by increasing the concentration of saffron extract in gelatin, reaction rate constant decreased and half-life increased. The highest retention of encapsulated crocin was observed at 15% saffron extract concentration in electrospun gelatin fibers at 4 °C storage temperature with a half life (t1/2) of 138 days, and the reaction rate constant (k) of 0.5*10 -2 min -1. Scanning electron microscopy (SEM) images showed no differences between the morphology of the encapsulated fibers and encapsulated particles compared with their controls.
xi Results of this study revealed that the encapsulation of bioactive compounds of saffron is an effective way to protect them against harsh environmental conditions due to the protection from the wall material obtained through the encapsulation process. The results also indicated that many factors such as type of encapsulation techniques, concentration of saffron extract, storage temperature, and time all play important roles on
the stability of the coloring strength of saffron during storage. The electrospinning was found to be the better encapsulation technique with higher encapsulation efficiency, half life period, and retention of crocin content during storage compared to the freeze-drying technique.