Nunticha Limchoowong

1 Centrul de cercetare a chimiei materialelor, Departamentul de chimie și Centrul de excelență pentru inovație în chimie, Facultatea de Științe, Universitatea Khon Kaen, 123 Mittraphab Road, M. 16, T. Ni-Muang, A. Muang, Khon Kaen, 40002 Thailanda

Phitchan Sricharoen

1 Centrul de cercetare a chimiei materialelor, Departamentul de chimie și Centrul de excelență pentru inovație în chimie, Facultatea de Științe, Universitatea Khon Kaen, 123 Mittraphab Road, M. 16, T. Ni-Muang, A. Muang, Khon Kaen, 40002 Thailanda

Mongkol Konkayan

1 Centrul de cercetare a chimiei materialelor, Departamentul de chimie și Centrul de excelență pentru inovație în chimie, Facultatea de Științe, Universitatea Khon Kaen, 123 Mittraphab Road, M. 16, T. Ni-Muang, A. Muang, Khon Kaen, 40002 Thailanda

Suchila Techawongstien

2 Departamentul de Științe ale Plantelor și Resurse Agricole, Facultatea de Agricultură, Universitatea Khon Kaen, Khon Kaen, 40002 Thailanda

Saksit Chanthai

1 Centrul de cercetare a chimiei materialelor, Departamentul de chimie și Centrul de excelență pentru inovație în chimie, Facultatea de Științe, Universitatea Khon Kaen, 123 Mittraphab Road, M. 16, T. Ni-Muang, A. Muang, Khon Kaen, 40002 Thailanda

Abstract

Prezentul studiu a vizat proiectarea unui supliment de iod sub formă de film comestibil realizat din chitosan acoperit cu iod (CS-IO3). Includerea filmelor astfel obținute în dietă poate ajuta la prevenirea cancerului tiroidian, ducând la îmbunătățirea sănătății publice. Ardeiul iute a fost acoperit cu film subțire de iodat (1,5 (m). Filmul bogat în iod este gata de consum și servește substanțe nutritive valoroase. Studiile de stabilitate ale filmului CS-IO3 folosind scufundarea cu apă au arătat că nu a existat nicio levigare a ionului iodat, datorită interacțiunilor puternice dintre gruparea amino cationică a chitosanului și ionul iodat. Filmul nu a arătat nicio modificare a activității sale antioxidante. Concentrația de iodat din film a fost determinată selectiv la 620 nm, pe baza decolorării metodei economice verde de malachit. Conținutul de iodat în fructele acoperite cu 1,5% (g/v) CS-IO3 a fost de 11,5 mg g -1 de probă de film uscat. Probele bogate în iod pot fi depozitate fără prea mult efect asupra prospețimii sale, indicând o durată de valabilitate bună.

Introducere

Iodul este un oligoelement esențial de micronutrienți crucial pentru buna funcționare a glandelor tiroide și necesar pentru sinteza hormonilor tiroidieni (tiroxină și tri-iodotironină) (Judprasong și colab. 2016). În cazul deficitului de iod, glanda tiroidă nu este capabilă să sintetizeze acești hormoni în cantități suficiente. Lipsa unui iod suficient poate duce astfel la tulburări de deficit de iod (IDD) (Ajith et al. 2015). Cel mai cunoscut dintre IDD este „gușa” care implică mărirea glandei tiroide. Un alt IDD important, deși rar întâlnit este cancerul tiroidian (Leufroy și colab. 2015). Acest lucru provoacă o amenințare gravă pentru sănătatea publică care afectează peste 260 de milioane de oameni din întreaga lume (Yang și colab. 2007). Prin urmare, este necesar să se obțină o cantitate suficientă de iod din diferite alimente.

În acest context, învelișurile comestibile au fost utilizate în mod tradițional pentru a modifica produsele alimentare. Astfel de acoperiri comestibile ajută la păstrarea calității și sunt, de asemenea, considerate ecologice. S-a raportat că filmele din materiale vegetale au potențiale utilizări. Singh și colab. (2009a) au studiat efectul iodului asupra proprietăților filmelor de zeină și a precipitațiilor în vederea evaluării sistemului ca un posibil pansament antimicrobian pentru plăgi. De asemenea, au evaluat efectul iodului asupra caracteristicilor structurale (prin spectroscopie în infraroșu și raze X) ale filmelor realizate din amidon de fasole (Singh și colab. 2009b).

Din câte știm, nu există niciun raport referitor la utilizarea chitosanului funcționalizat cu acoperire cu iodat ca supliment nutritiv pentru fructele de ardei iute. Cererea pare să crească în fiecare zi care trece, atât pe piețele locale, cât și pe cele internaționale. În același timp, un studiu al piețelor și al obiceiurilor consumatorilor indică faptul că cererea este în creștere pentru alimentele gata consumate cu nutrienți suplimentari datorită caracteristicilor lor atrăgătoare, cum ar fi comoditatea și valoarea nutritivă. Raportăm aici evaluarea filmului subțire comestibil pe bază de CS-IO3 ca o nouă acoperire alternativă pentru produsele alimentare. O extracție asistată cu ultrasunete a fost utilizată pentru pretratarea probelor și conținutul de iod în filmul CS-IO3 a fost determinat prin spectrofotometrie de absorbție pe bază de verde de malachit.

Materiale și metode

Substanțe chimice și reactivi

Toate substanțele chimice și solvenții utilizați au fost de calitate pentru reactivi analitici și toate soluțiile au fost preparate în apă deionizată (Milli Q Millipore 18,2 MΩ cm -1 de rezistivitate) de la Millipore Corporation (SUA). Chitosanul cu coajă de creveți (> 75% grad de deacetilare) 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH), catehină și verde de malachit (MG) au fost cumpărate de la Sigma-Aldrich (Japonia). Acidul acetic glacial, acidul sulfuric, iodura de potasiu, acetat de sodiu, carbonat de sodiu și iodat de potasiu au fost achiziționate de la QRec ™ (Noua Zeelandă). Reactivul Folin - Ciocalteu a fost obținut de la Merck (SUA). Soluția MG a fost preparată în apă deionizată la o concentrație de 36,5 mg L -1 și diluată până la semn într-un balon volumetric de 50 ml cu apă deionizată.

Material fructifer

Ardeii iute (genul Capsicum) au fost cumpărați de pe piața locală proaspătă din Khon Kaen, Thailanda. Un total de 105 ardei iute au fost selectați pe baza anumitor criterii, cum ar fi uniformitatea dimensiunii (2,48 ± 0,32 g pe fruct), prezența pericarpului roșu, absența leziunilor fizice și infecția fungică. Au fost împărțiți în două grupuri; unul acoperit cu chitosan pur și celălalt cu CS-IO3. Efectele tratamentului au fost verificate o dată pe săptămână. Efectele au fost estimate prin evaluarea probelor pe următorii parametri: pierderea în greutate, textura fructului, activitatea antioxidantă și compușii fenolici totali.

Formulare de film comestibil

Soluția de chitosan a fost preparată prin dizolvarea a 0,5 sau 1,5 g pulbere de chitosan în 100 ml acid acetic 1% (v/v), urmată de omogenizare pe un agitator magnetic timp de 30 min. Amestecurile au fost tratate peste noapte la temperatura camerei pentru a îndepărta bulele de aer. Soluția rezultată de chitosan a fost filtrată pentru a îndepărta orice particule nedizolvate. După filtrare, filmul a fost turnat turnând soluția pe vasele Petri și uscând-o în condiții ambientale până la formarea unui film subțire. Filmele au fost dezlipite din vase pentru analiză. Toate experimentele au fost făcute în trei exemplare.

Soluția de chitosan-iod a fost preparată prin dizolvarea pulberii de chitosan în 100 mL de acid acetic 1% (v/v) cu agitare continuă. Ulterior, s-a adăugat iodat de potasiu (KIO3) (100 mg L -1) sub agitare continuă. Soluția rezultată a fost decantată într-o cutie Petri și lăsată să se usuce în condiții ambientale pentru a produce filmul de chitosan acoperit cu iod (CS-IO3).

Acoperire cu chitosan pe bază de ardei iute bogat în iodat

Fructele de ardei iute au fost distribuite aleatoriu în cinci grupe. Patru grupuri au fost utilizate pentru tratamentul cu iodat de CS și soluție de CS pentru a studia filmarea, în timp ce restul a fost menit să fie netratat ca grup de control. Fiecare dintre tratamente a constat în scufundarea fructelor în soluții cu concentrații variate (aproximativ 1 min) după cum urmează: (a) 0,5% CS; (b) 0,5% CS-IO3; (c) 1,5% CS; și (d) 1,5% CS-IO3. După ce s-au scufundat din nou în fiecare soluție, fructele au fost lăsate să se usuce la aer și au fost așezate pe o tavă la temperatura ambiantă. Pentru analiză, au fost utilizate 75 de fructe din fiecare grup și experimentul a fost realizat în triplicat. Datele au fost înregistrate consecutiv pe o perioadă de următoarele 4 săptămâni.

Extracție asistată cu ultrasunete

Se știe că o extracție asistată cu ultrasunete (EAU) permite eliberarea analiților țintă într-o perioadă scurtă de timp datorită condițiilor sale de funcționare care implică presiunea atmosferică și temperatura camerei (Sricharoen și colab. 2017a). Astfel, Emiratele Arabe Unite au fost selectate pentru extracția cu iod. La început, compozitul iodat-chitosan (0,3 mL soluție și 0,0050 g film) a fost cântărit cu exactitate și extras cu apă deionizată prin ultrasunete timp de 5 minute la 35 kHz (Sonorex Digitec DT 510 H, Bandelin, Germania) pentru a leza analit țintă (Limchoowong și colab. 2017). După sonicare, extractul obținut a fost separat de materialele solide rămase folosind centrifugarea la 5000 rpm timp de 5 min. Trei replici ale fiecărei probe alternative și martor au fost utilizate pentru a optimiza parametrii analitici ai metodei de extracție.

Proceduri analitice

Concentrația de iod a fost determinată prin metoda spectrofotometrică pe baza decolorării soluției de verde de malachit (MG) (Konkayan și colab. 2016). S-a amestecat 1 ml soluție standard sau extractul probei cu 40 mg soluție de iodură de L -1 și 1 ml de 2 mol de acid sulfuric L -1 și apoi amestecul de reacție a fost agitat ușor până la apariția culorii galbene. După aceea, s-au adăugat 1,4 mL de 36,5 mg L-1 verde de malachit, urmat de adăugarea a 2 mL de 2 mol L-1 acetat de sodiu și diluare la 10 mL cu apă deionizată. După aproximativ 5 minute, absorbanța soluției de reacție a fost înregistrată la 620 nm.

Proprietatea fizică a filmului de chitosan acoperit cu iod

Solubilitatea în apă a probei de film

Soluțiile de iodat (100 mg L -1) și chitosan într-un mediu slab acid au fost amestecate împreună cu agitare timp de 30 de minute și au stat la temperatura ambiantă timp de 24 de ore, pentru îndepărtarea bulelor de aer. Apoi, a fost turnat uniform pe o foaie de plastic. Amestecul a fost uscat la temperatura camerei până la formarea filmului și apoi filmul rezultat a fost decojit pentru analiză. Filmele uscate acoperite cu iod (0,3 ml) au fost scufundate în 5 ml de apă distilată la 25 ° C timp de 0,5, 1, 5, 10 și respectiv 30 de minute. Apoi, conținutul de iod din acest extract de apă a fost determinat spectrofotometric la 620 nm așa cum s-a menționat mai sus. După o separare atentă a filmului insolubil, probele de film separate au fost uscate la temperatura camerei. Extracția cu iod a filmului acoperit cu iod uscat a fost, de asemenea, efectuată în 5 ml de apă deionizată cu EAU timp de 5 minute. Extractul de iod a fost, de asemenea, determinat. Toate experimentele au fost efectuate în trei exemplare.

Determinarea pierderii în greutate a ardeiului iute

Toate probele de ardei iute obținute de la fiecare tratament au fost cântărite cu precizie folosind o balanță analitică (Sartorius, Germania) la începutul experimentului, imediat după acoperire și uscare la aer. Aceste probe au fost depozitate la temperatura camerei timp de 4 săptămâni și luate pentru cântărire săptămânal. Rezultatul a fost calculat și exprimat în termeni de pierdere în greutate procentuală în conformitate cu următoarea ecuație. (1):

unde, WL% este procentul de pierdere în greutate, Wi este greutatea inițială a eșantionului în gram și Wf este greutatea finală a eșantionului în gram la momentul indicat.

Stabilitatea soluției de iodat-chitosan și a filmului subțire

Au fost efectuate, de asemenea, studii de stabilitate asupra filmelor de chitosan care conțin iodat. Filmul de chitosan necesar în acest scop a fost preparat după cum urmează. Pudra de chitosan (0,5 sau 1,5 g) a fost dizolvată în 100 ml de acid acetic sub agitare la temperatura camerei. S-a adăugat apoi iodat de potasiu (100 mg L -1) și s-a agitat omogen. Pentru a obține o peliculă, soluția omogenă de chitosan a fost turnată pe o cutie Petri și a fost lăsată să se usuce. Ulterior, soluția de chitosan dopat cu iod și filmul său au fost evaluate pe baza absorbției decolorării MG la 620 nm. Rezultatele au fost colectate pe o perioadă de 4 săptămâni la temperatura ambiantă.

Activitate antioxidantă prin DPPH · test de eliminare a radicalilor și determinarea compușilor fenolici totali

Activitatea de curățare a radicalilor liberi a ardeiului a fost estimată pe baza activității sale de curățare împotriva radicalului liber stabil 2,2-difenil-1-picrililhidrazil (DPPH ·). Activitatea antioxidantă a extractului a fost evaluată utilizând testul radical DPPH (Sricharoen și colab. 2017b). O alicotă de 100 uL a soluției standard sau a extractului centrifugat a fost amestecată cu 900 uL dintr-un DPPH 0,1 mM în etanol. În timp ce etanolul a fost utilizat ca martor, soluția DPPH a fost utilizată ca martor. Amestecul a fost agitat puternic, omogenizat și păstrat timp de 30 de minute în întuneric. Toate măsurătorile s-au făcut sub lumină slabă. Absorbanta a fost masurata la 517 nm. Pentru fiecare probă au fost efectuate trei măsurători independente. Nivelul de absorbanță mai scăzut al amestecului de reacție a indicat o activitate mai mare de eliminare a radicalilor liberi. Activitatea de eliminare a DPPH a fost calculată utilizând următoarea ecuație. (2):

unde, Acontrol este absorbanța reacției de control care conține toți ceilalți reactivi, cu excepția standardului sau a probei, iar Asample este absorbanța în prezența standardului sau a probei.

Conținutul total fenolic al ambelor, extract și standard antioxidant, a fost determinat prin testul Folin - Ciocalteu folosind (+) - catehină ca referință standard (Sricharoen și colab. 2015). O alicotă de 100 pl din extractul probei sau soluția standard de (+) - catehină (20-50 mg L -1) a fost amestecată cu 500 (L de reactiv Folin - Ciocalteu 10%. După 3 min, s-au adăugat 400 uL de Na2CO3 (7,5% g/v) și amestecul a fost incubat în întuneric la temperatura camerei timp de 30 min. Absorbanța împotriva semifabricatului de reactiv a fost măsurată spectrofotometric la 765 nm. Conținutul total de polifenoli a fost exprimat ca miligram de (+) - echivalent catehină pe gram de greutate uscată (mg CTE/g DW).

rezultate si discutii

Morfologia și grosimea filmului de chitosan

Morfologia și grosimea filmelor de chitosan au fost observate la microscopul cu scanare electronică (SEM) (Hitachi S-3000 N, Japonia). Figura 1 a, b prezintă morfologia suprafeței filmelor de chitosan cu și fără iodat de potasiu. Toate filmele de chitosan au fost limpezi și au prezentat o suprafață netedă, fără impurități în fază solidă. Acest lucru confirmă faptul că iodatul a fost distribuit omogen în filmele de chitosan. S-a găsit, de asemenea, că suprafața filmului de chitosan acoperit cu iod este relativ netedă, fără nicio barieră. Acesta poate fi astfel utilizat pentru acoperirea suprafeței probei fără nicio denivelare vizibilă. Studiile de măsurare a grosimii filmului (micrometru) au fost efectuate pe șase filme pe raport de tratament și o medie a măsurătorilor în cinci puncte diferite pentru fiecare film a fost înregistrată folosind imagistica SEM, așa cum se arată în Fig. 1 c. Grosimea medie a filmelor a fost de aproximativ 1,5 μm. Au fost efectuate studii de măsurare a grosimii pe ambele filme CS pure și filme CS care conțin iod.

simplă

Caracterizarea filmului subțire. A Imagini SEM ale filmelor preparate din CS 1,5%, b 1,5% CS-IO3, c grosimea peliculei subțiri și d Spectre FTIR ale filmului subțire CS și CS-IO3

Spectroscopie FTIR

Proprietatea filmului comestibil

Tabelul 1 conține date obținute în timpul experimentelor efectuate pentru a studia gradul pierderii de iod din filmele comestibile. Se poate observa că nu a fost descoperit iodat în soluție la intervalele de timp date. Este astfel evident că în aceste pelicule subțiri comestibile există interacțiuni puternice între polimerul chitosan și iodat. Această concluzie este validată în continuare de faptul că conținutul de iodat din pelicula subțire după 5 minute de extracție s-a dovedit a fi în intervalul de 96,2 ± 1,3-104,0 ± 1,6 mg L -1 .

tabelul 1

Efectul timpului de imersie al filmelor subțiri comestibile bogate în iodat asupra concentrației IO3 după extracție (n = 3)