<figure><img src="image_1.png" /></figure>

<figure><img src="image_2.png" /></figure>

# Encapsulated Limonene based Multi-layer Electrostatic Adsorption and Evaluate Its Release under Simulated Oral Conditions

M. Khalilian-Movahhed<fnref n="1" />, M. Mohebbi ID 2*, Ch. Sinding³

Received: 2021.09.02

Revised: 2021.11.11

Accepted: 2021.12.01

Available Online: 2021.12.01

**How to cite this article:**

Khalilian-Movahhed, M., Mohebi, M., & Sinding, Ch. (2023). Encapsulated limonene based multi-layer electrostatic adsorption and evaluate its release under simulated oral conditions. *Iranian Food Science and Technology Research Journal* 19(1): 43-56. (In Persian with English abstract).

http://doi.org/10.22067/IFSTRJ.2021.72290.1090

**Introduction**

Efforts have always been made to protect valuable compounds of medicine, food and aromatics materials that are highly sensitive to environmental conditions by the encapsulation method. encapsulation of flavors, in addition to its protection, allows the aromatic substance to be released in a long time, and the time and place of its release can be controlled. To design these protection systems requires detailed information on encapsulation and release methods, the nature of walls and aromatic materials (Gunning et al.,1999). For encapsulation of sensitive compounds such as lipophilic materials, it is necessary to produce an emulsion of the desired substance in wall materials such as proteins, polysaccharides or a mixture of them. The important factors in encapsulation are the molecular weight, chemical properties and polarity of the core materials, the properties of the materials of the walls, and finally, the methods used to produce microcapsules. (Jafari et al., 2008).

The aim of this study was to produce and evaluate the properties of two and six layer multilayer microcapsules containing limonene using soy protein isolate and starch modified by spray drying. The release of encapsulated limonene was investigated under artificial oral conditions under different stress conditions. The results of this study can be used to predict the release rate of the encapsulated flavors and their release conditions.

**Materials and Methods**

Solution preparation: The solution of SPI (0-3%) was prepared by methods of Huang *et al.* (2012). The OSA starch stock solution (0-2%) was prepared by methods of Nilsson and Bergens (2007).

Emulsion's preparation: the primary emulsion of the optimum SPI and secondary emulsion of optimum OSA starch concentration prepared by the method of Noshad et al (2015).

Microcapsule production: To prepare the Microcapsules, a laboratory spray dryer was used. 180±5 °C, inlet air temperature, 25 (ml/min) feed rate, and 90±10 °C outlet air temperature were used. Six layer microcapsules was also prepared in the same conditions (Ansarifar et al., 2017)

The micro structure, morphology and release of limonene were evaluated and finally by Zero order, First order, Higuchi, and Korsemeyer- peppas models were used to the fitting of experimental data.

Limonene release: To investigate the release of the encapsulated limonene, the release of these microcapsules (two and six layer) at 37 °C and pH = 6.8, as well as frequent chewing (0, 50 and 100 rpm) were examined. For the apply of shear stress, an oral simulator was designed and developed by the Department of Food Science and Technology of Ferdowsi University of Mashhad was used.

<footnote n="1">1 and 2- Ph.D. Student and Professor, Department of Food Science and Technology, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran, respectively.</footnote>

<footnote>(*- Corresponding Author Email: m-mohebbi@um.ac.ir)</footnote>

<footnote>3- Assistant Professor, Centre des Sciences du Goût et de l'Alimentation, CNRS, INRAE, Institut Agro, Université de Bourgogne Franche-Comté, Dijon, France</footnote>

<footnote>DOI: 10.22067/IFSTRJ.2021.72290.1090</footnote>
## Results and Discussion

The results of particle size changes of the initial emulsion formed with different levels of soy protein isolate showed that the particle size decreased with increasing the concentration of this protein to 1.5% and then it was increased. The results of zeta potential showed that with increasing the concentration of soy protein isolate to 1.5%, the zeta potential of the samples increased and with more than 1.5%, it did not have much effect on the zeta potential of the samples, which indicates that concentrate of 1.5% soy protein isolate has a good ability to cover surface of limonene particles. Similarly, 1.2% of OSA starch was determined for the secondary layer.

SEM images of the microcapsules showed that in the two-layer wall microcapsules have cavities, cracks and shrinkage. In the starting of drying, the rate of moisture lost is high and on the other hand, the wall is not strong enough to withstand the stresses caused by the exit of moisture from the walls, so the microcapsule has cavities. In six-layer microcapsules, a smooth, non-cracked surface was observed, which can be attributed to the wall strength due to the increase in the number of layers. Fourier transform infrared spectroscopic (FTIR) test showed that the outer surface of the microcapsules was covered by OSA starch in two and six layer microcapsules.

The release profile of encapsulated limonene showed that the release rate in two layer samples was faster than six layer samples. Also, with increasing shear rate, the amount of release increased. The results of experimental models fitting showed that the first-order model had the best description for releasing limonene from two- and six-layer samples in different conditions. Calculation of diffusion coefficient showed that six-layer microcapsules have a lower diffusion coefficient than two-layer microcapsules, which leads to a decrease in the release rate of limonene.

## Conclusion

The results of this study showed that the layer-by-layer method could be used to produce limonene microcapsules. Soy protein isolate and modified starch can cover limonene droplets well. SEM images showed that the structure of six-layer microcapsules is free of cracks and cavities and has a more uniform surface than two-layer microcapsules. To investigate the mechanism of limonene release from two- and six-layer microcapsules, different kinetic models were used to fit the experimental release data. The results showed that the release of these microcapsules occurred based on the diffusion mechanism and Fick's law, which is the main mechanism of mass transfer in the release process. Also, the results showed that the six-layer microcapsules had a lower diffusion coefficient than the two-layer microcapsules and the release rate was lower in the two-layer microcapsule; This is due to the repetitive coating of soy protein isolate and modified starch around the microcapsules and the increase in wall thickness.

**Keywords:** Artificial mouth, Limonene, Multilayer microcapsules, Release
مقاله پژوهشی

ریز پوشانی چند لایه لیمونن بر پایه جذب الکترواستاتیک و ارزیابی رهایش آن تحت شرایط
شبیه سازی شده دهان

محمد خلیلیان موحدا¹- محبت محبت²- شارلوت سیندینگ³

تاریخ دریافت: ۱۴۰۰/۰۶/۱۱

تاریخ بازنگری: ۱۴۰۰/۰۸/۲۰

تاریخ پذیرش: ۱۴۰۰/۰۹/۱۰

چکیده

در این پژوهش از روش جذب لایه به لایه پلی الکترولیتهای ایزوله پروتئین سویا و نشاسته اصلاح شده برای تولید میکروکپسول محتوی لیمونن استفاده شد.
ویژگیهای مورفولوژیکی و ساختاری میکروکپسولهای تولیدی بررسی گردید. میزان رهایش لیمونن از میکروکپسولهای تولید شده به صورت دو و شش لایه در
شرایط دهان مصنوعی در شرایط تنش برشی مختلف (۰، ۵۰ و ۱۰۰ دور در دقیقه) مورد ارزیابی قرار گرفت. نمایه رهایش لیمونن از میکروکپسولها نشان داد
لیمونن در میکروکپسولهای دو لایه با شیب بیشتری نسبت به شش لایه، رهایش یافته و سریعتر به حداکثر رهایش می رسد زیرا با افزایش تعداد لایه های دیواره،
رهایش به تأخیر می افتد. نتایج به دست آمده از رهایش لیمونن از میکروکپسولها نشان داد مدل درجه اول بهترین توصیف را از رهایش داشت و بر اساس معادله
کورسمیر-پیاس رهایش لیمونن از میکروکپسولها غالباً از نوع نفوذ بود. همچنین نتایج نشان داد ضریب نفوذ با افزایش تنش برشی، بیشتر شد و ضریب نفوذ در
میکروکپسولهای دو لایه نسبت به شش لایه بیشتر بود.

واژه‌های کلیدی: ریز پوشانی چندلایه، رهایش، دهان مصنوعی، لیمونن

مقدمه

همواره تلاش بر این بوده است تا ترکیبات ارزشمند دارویی،
غذایی و مواد معطر که حساسیت بالایی نسبت به شرایط محیطی
دارند با روش‌های مختلف ریز پوشانی و محافظت شوند. ریز پوشانی
طعم‌ها علاوه بر محافظت آن، این امکان را فراهم می‌کند تا ماده
معطر در زمان طولانی‌تری رهایش داشته باشد و زمان و محل
رهایش آن قابل کنترل باشد. برای طراحی این سامانه‌های پوشش
دهی نیازمند اطلاع دقیق از نحوه ریز پوشانی، رهایش، ماهیت مواد
دیواره و مواد معطر است (Gunning et al., 1999).

در فرایند ریز پوشانی، ترکیبات فعال درون ماده حامل به دام
می‌افتد؛ بدین طریق این ترکیبات فعال به صورت کنترل شده رهایش
یافته و تحویل می‌گردد ( Nedovic, Kalusevic, Manojlovic, Levic, and Bugarski, 2011 ). اهمیت این فرایند در صنعت غذا
به قابلیت خوراکی بودن مواد تشکیل‌دهنده دیواره‌ها، قیمت پایین و در
دسترس بودن آن برای واحدهای تولیدکننده است؛ لذا فرایند ریز
پوشانی به آسانی قابلیت صنعتی شدن را دارد (Sagis et al., 2008).
روش‌های متعددی برای فرایند ریز پوشانی قابل استفاده است که در
این میان دچهر و هونگ در سال ۱۹۹۱ روشی به نام جذب سطحی
لایه به لایه الکترواستاتیک ۲ را معرفی کردند که می‌تواند در صنعت به
کار رود (GJDH Decher and Hong, 1991). این روش به دلیل
فرایند ساده جذب و قابل کنترل بودن آن، یکی از روش‌های محبوب
برای تولید کپسولهای الکترولیت بوده و امکان تولید کپسولهای در
اندازه نانومتر تا میکرو متر را میسر می‌کند ( Peyratout and ; Yow and Routh, Sagsis et al., 2008Daehne, 2004). در این تکنولوژی با تغییر تعداد لایه‌های دیواره‌ها و همچنین تغییر در ویژگی‌های مواد حامل و دیواره می‌توان نفوذ‌پذیری و ویژگی‌های مکانیکی کپسول‌ها را کنترل کرد (Sagsis et al., 2008). در روش جذب سطحی لایه به لایه، مواد تشکیل دهنده دیواره‌ها که دارای ماهیت پلی الکترولیت بوده به‌وسیله پیوندهای الکتروستاتیک روی یکدیگر متصل می‌شود و ایجاد کپسول را ایجاد می‌کنند ( Gero (Decher and Schlenoff, 2006; McClements, 2005).

برای ریز پوشانی ترکیبات حساس ازجمله مواد چربی دوست لازم است امولسیون ماده موردنظر در مواد دیواره مانند پروتئین‌ها، پلی ساکاریدها و یا مخلوطی از آن‌ها تولید شود. از جمله عوامل مؤثر در ریز پوشانی می‌توان وزن مولکولی، ویژگی‌های شیمیایی و قطبیت ماده مورد نظر برای ریز پوشانی و همچنین خصوصیات دیواره مورد استفاده و در نهایت فرایند مورد استفاده برای تولید میکرو کپسول‌ها را نام برد ( Jafari, Assadpoor, He, and ). (Bhandari, 2008

استفاده از پروتئین سویا به دلیل ارزش تغذیه‌ای بالا، ویژگی‌های عملکردی مناسب و هزینه پایین آن گسترش یافته است و یکی از مهم‌ترین منابع پروتئین در مصارف تجاری محسوب می‌شود. ایزوله پروتئین سویا علاوه بر ارزش بیولوژیکی آن به دلیلی ترکیب شیمیایی، انعطاف‌پذیری زنجیره‌های مولکولی و خواص آمفی فیلیکی، برای ایجاد پایداری امولسیون‌های غذایی استفاده می‌شود ( Nesterenko, (Alric, Silvestre, and Durrieu, 2012).

نشاسته اصلاح شده اکتیبل - سوکسینات (OSA¹) با نام تجاری Hi-Cap 100 از استری شدن نشاسته و اسید اکتیبل سوکسنیک بدون آب در شرایط قلیایی تولید شده است که در این فرایند تعدادی زنجیره آب‌گریز به شاخه‌های آب‌دوست نشاسته اضافه شده، باعث خاصیت آب‌گریزی آن می‌شود ( Tesch, Gerhards, and ) خاصیت آب‌گریزی نشاسته اصلاح شده OSA (Schubert, 2002) باعث تضعیف پیوندهای درونی بین گرانول‌های آن می‌شود لذا حلالیت نشاسته در آب سرد افزایش و ویسکوزیته محلول آن کاهش می‌یابد.

ایزوله پروتئین سویا در pH‌های پایین‌تر از نقطه ای‌زوالکتریک (حدود ۴/۶) دارای بار مثبت است و در pH‌های بالاتر از این مقدار Elzoghby, Samy, and Elgindy, 2012; بار منفی دارد (Mendanha et al., Huang, Sun, Xiao, and Yang, 2012; 2009). نشاسته اکتیبل - سوکسینات حاوی بخشی از اسید

کربوکسیلیک با بار منفی است که میتواند به سطوح با بار مثبت جذب شود. علاوه بر این به‌عنوان عاملی برای افزایش ویسکوزیته عمل کند. اما ظرفیت ایجاد قوام آن نسبت به سایر ماکرو مولکول‌هایی که برای افزایش ویسکوزیته استفاده می‌شوند بسیار محدود است. باین‌حال به علت خصوصیات امولسیون کنندگی و ایجاد ویسکوزیته، نشاسته اکتنیل - سوکسینات باعث کاهش هزینه‌ها به دلیل نیاز کمتر به استفاده از ترکیبات پایدار کننده در محصولات مختلف می‌شود (Dokić, Krstonošić, and Nikolić, 2012; ). (Tesch et al., 2002Nilsson and Bergenståhl, 2007

در بین روش‌های خشک‌کردن، فرایند خشک‌کردن افشانه‌ای، مواد فرار بیشتری را در داخل کپسول نگهداری می‌نماید. مایع اولیه تزریق شده در خشک‌کن افشانه‌ای می‌تواند به‌صورت امولسیون، محلول یا سوسپانسیون باشد. روش خشک‌کردن افشانه‌ای یکی از ریاضی‌ترین و متدالو‌ترین روش‌های ریز پوشانی است. به‌طور کلی مواد معطر با فراریت و قطبیت کمتر و وزن مولکولی بالاتر، ماندگاری بیشتری در کپسول‌های حاصل از خشک‌کن افشانه‌ای دارند Gharsallaoui, Roudaut, Chambin, Voilley, and Saurel, (2007).

بررسی ویژگی‌های انتقال جرم و محاسبه ضریب نفوذ ماده ریز پوشانی شده برای پیش‌بینی رهایش و براش داده‌های آزمایشگاهی با مدل‌های ریاضی اهمیت بالایی برای مدل‌سازی رهایش و طراحی سیستم‌های ریز پوشانی دارد که می‌تواند منجر به کنترل رهایش و رسیدن به‌سرت مطلوب آن گردد ( Zuidam and Nedovic, 2010); لذا از جمله اهداف این پژوهش بررسی و براش مدل‌های رهایش برای معرفی بهترین شرایط رهایش نمونه‌های حاوی لیمونن است.

انصاری فر و همکاران (Ansarifar et al., 2017) در مطالعه‌ای از فیبریل استخراجی از پروتئین سویا و پکتین با درجه متوکسیل بالا به‌صورت لایه‌های متناوب و روش درون‌پوشانی چندلایه برای ریز پوشانی لیمونن و دی استیل استفاده کردند. نتایج آن‌ها نشان داد علاوه بر کارایی بالای این روش درون‌پوشانی، با افزایش لایه‌های استفاده شده، ضریب نفوذ کاهش‌یافته و سرعت رهایش طعم‌های مورد استفاده کم می‌شود (Ansarifar, Mohebbi et al., 2017).

نوشاد و همکاران (Noshad et al., 2015) از روش انکسپولاسیون لایه به لایه با استفاده از ایزوله پروتئین سویا، نشاسته و کیتوزان برای درون‌پوشانی وانیلین استفاده کردند. نتایج آن‌ها به‌خوبی نشان داد که این روش درون‌پوشانی به‌خوبی باعث افزایش زمان رهایش کامل وانیلین کپسوله شده می‌شود. همچنین آن‌ها در تحقیق دیگری در مقایسه ضریب نفوذ وانیلین رهایش شده از
کپسولهای یک و دو لایه نشان دادند میکروکپسولهای یک لایه نسبت به میکروکپسولهای دو لایه دارای ضریب نفوذ بیشتری هستند ( Mohebbi, Varidi, Noshad, and Khalilian ). (Noshad et al., 2015; Movahhed, 2019;

سایر پژوهشگران نیز گزارش کردند که در میکروکپسولهای چندلایه آلژینات/کیتوزان (Ye, Wang, Liu, and Tong, 2005) و یا برای میکروکپسولهای چندلایه پلی استایرن سولفات/پلیآلیلامین هیدروکلرید (Qiu, Leporatti, Donath, and Möhwald, 2001) با افزایش تعداد لایه های دیواره ها، ضریب نفوذ ماده ریز پوشانی شده کاهش یافت.

هدف از این تحقیق امکان تولید و ارزیابی ویژگیهای میکروکپسولهای چند لایه ۲ و ۶ لایه ایزوله پروتئین سویا و نشاسته اصلاح شده به کمک خشک کن پاششی و بررسی رهایش لیمونن ریز پوشانی شده در این میکروکپسولها در شرایط دهان مصنوعی تحت شرایط تنشی مختلف است. نتایج این پژوهش می تواند برای پیش بینی میزان رهایش طعمهای درون پوشانی شده و شرایط رهایش آنها استفاده شود.

مواد و روش ها

مواد اولیه

ایزوله پروتئین سویا با ۹۴ درصد پروتئین از شرکت به پارس، نشاسته اصلاح شده (ذرت با استخلاف های اکتنیل سوکسینات) از شرکت National Starch، لیمونن (97% (-) limonene) از شرکت Sigma Aldrich، فسفات دی هیدروژن پتاسیم (KH₂PO₄)، هیدروکسید سدیم، فسفات هیدروژن دی پتاسیم (K₂HPO₄) و آنزیم آلفا-آمیلاز با درجه خلوص حداقل ۹۹ درصد از شرکت Merck آلمان، اسید هیدروکلرید ریک ۳۷ درصد، کلرید سدیم (NaCl)، بیکربنات سدیم (NaHCO₃) و کلرید کلسیم از شرکت Sigma تهیه شدند.

تهيه سوسپانسیون

پروتئین ایزوله سویا (۳-۰ درصد) در بافر استات ۵ میلی مولار به مدت ۵ دقیقه مخلوط شد. سپس در دمای ۵۰ درجه سانتی گراد به مدت ۵ دقیقه تحت تأثیر امواج فراصوت (سیستم حمام Schaper) قرار گرفت. در نهایت دیسپرسیون (model Unique USC 25 kHz حاصل در ۵۰۰۰×g به مدت ۱۰ دقیقه سانتریفیوژ شد. برای ایجاد حداکثر آب پوشی توسط پروتئینها، محلول نهایی در دمای ۴ درجه سانتی گراد به مدت ۲۴ ساعت نگهداری شد (Huang et al., 2012).

برای تهیه نشاسته، ابتدا مقادیر مورد نظر نشاسته اصلاح شده (۲-۰ درصد) در بافر استات ۵ میلی مولار حل شده به مدت ۱۰ دقیقه در حرارت ۸۵ درجه سانتی گراد به هم زده شد، سپس تا دمای اتاق سرد کرده و در یخچال ۴ درجه سانتی گراد به مدت ۲۴ ساعت نگهداری شد تا جذب آب کامل انجام شود ( Nilsson and Bergenståhl, 2007). از آب دیونیزه برای تهیه دیسپرسیون ایزوله پروتئین سویا و نشاسته استفاده شد.

تهيه امولسيون

برای تهیه امولسیون ابتدا ۱ درصد (وزنی/حجمی) لیمونن با سوسپانسیون ایزوله پروتئین سویا آبپوشی شده در pH = ۳/۵ که با محلول اسید کلرید ریک ۰/۱ نرمال و هیدروکسید سدیم ۰/۱ نرمال تنظیم شده بود، مخلوط شد و برای مدت ۲ دقیقه هموژنی اسیون توسط هموژنایزر (IKA-T50، آلمان) با سرعت ۱۸۰۰۰ دور در دقیقه در دمای اتاق انجام شد. برای همگن سازی ثانویه از پروب اولتراسوند (مدل VCX750، شرکت Sonics & Material، امریکا) با بیشینه توان اسمی ۷۵۰ وات و فرکانس ۲۰ کیلوهرتز به مدت ۲ دقیقه استفاده شد. دمای نمونه ها در طول فرایند با چرخش آب سرد در حدود ۲۰ درجه سانتی گراد ثابت نگه داشته شد. جداسازی سرم از ذرات امولسیون توسط سانتریفیوژ کردن در دو مرحله انجام شد: مرحله اول به مدت ۴۵ دقیقه در ۵۰×g و مرحله دوم برای ۱ دقیقه ۷۵۰×g در دمای محیط (۲۰ درجه سانتی گراد) انجام شد. ۲ درصد (وزنی/حجمی) از ذرات امولسیون جدا شده به محلول بعدی، نشاسته آبپوشی شده (لایه زوج) و یا محلول ایزوله پروتئین سویا (لایه فرد) در pH=۳/۵ اضافه شد. برای هر لایه روش فوق تکرار شد ( Ansarifar, 2017). (Mohebbi, et al.,

تهيه ميكروكپسول

برای تهیه میکروکپسول ها از خشک کن پاششی آزمایشگاهی (Mini Spray Dryer, Buchi) سوئیس استفاده شد. شرایط خشک کردن شامل دمای هوای ورودی ۱۸۰±۵ درجه سانتی گراد، سرعت پمپ خواک ورودی ۲۵ میلی لیتر و دمای هوای خروجی ۹۰±۱۰ درجه سانتی گراد طبق روش انصاری فر و همکاران (Ansarifar et al., 2017) در نظر گرفته شد. جهت جلوگیری از جذب رطوبت، پودرهای تولیدی سریعاً در ظرف شیشه ای منتقل شده در دسیکاتور نگهداری شد.

تعیین بار الکتریکی ذرات

اندازه گیری بار الکتریکی ذرات امولسیون بر اساس سنجش
جابجایی الکتروفورتیک ذرات با دستگاه زتا سایزر ( Nano-ZS,

<footnote>1- Polystyrene sulfonate/polyallylamine hydrochloride</footnote>

<footnote>2- Octenyl Succinic Anhydride</footnote>
Malvern انگلیس) انجام شد. برای هر نمونه سه بار اندازه‌گیری انجام شد (Ansarifar et al., 2017).

در پیچی ریخته و به مدت یک دقیقه با شیکر لوله ( velp, ZX3, velp) هم زده شد. سپس ۲۰ میلی‌لیتر هگزان به آن اضافه گردید و مجدد به مدت یک دقیقه با شیکر لوله هم زده شد. لوله آزمایش را در دمای ۴۵ درجه سانتی‌گراد برای مدت ۲۰ دقیقه داخل حمام آب گرم گذاشته و هم می‌زنیم. سپس در دمای اتاق سرد شد و به مدت ۲۰ دقیقه با سرعت ۴۰۰۰ دور در دقیقه سانتریفوژ شد تا حلال جدا گردد. مقدار جذب لیمونن رهایش یافته در طول موج ۲۵۲ نانومتر توسط اسپکتروفوتومتر قرائت و ثبت گردید (Scottitantawat, 2003). منحنی کالیبراسیون با استفاده از لیمونن و هگزان رسم شد و از حلال هگزان به عنوان شاهد بدون لیمونن برای صفر کردن دستگاه استفاده گردید.

## اندازه ذرات

وزیع اندازه ذرات نمونه ها به کمک دستگاه انکسار نور لیزر 22) Fritsch Analysette آلمان) اندازه گیری شد. نمونه امولسیون قطره قطره به درون مخزن آب دستگاه اضافه شد تا ذرات امولسیون به محدوده انسداد نوری قابل قبول توسط دستگاه برسد. پس از آن ذرات به محفظه عبور نور لیزر منتقل شده توزیع اندازه ذرات از روی میزان پراکنش نور بر حسب مدل لور نز می و نظریه فرانهوفر تعیین شد (Ansarifar et al., 2017).

## بررسی رهایش لیمونن

برای ارزیابی نحوه رهایش لیمونن درون پوشانی شده، رهایش میکروکپسولهای دو و شش لایه در دمای ۳۷ درجه سانتی گراد (دمای معادل بدن) و تنش بر شی دهان شامل: ۰، ۵۰ و ۱۰۰ دور در دقیقه و مدت ۷ دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. برای اعمال تنش بر شی از دستگاه شبیه ساز دهان طراحی شده توسط گروه علوم و صنایع غذایی دانشگاه فردوسی مشهد، استفاده شد. تنظیم pH روی ۶/۸ با استفاده از محلولهای ۰/۱ نرمال اسید کلرید ریک و هیدروکسید سدیم صورت گرفت. تولید بزاق با استفاده از روش Zandi و همکاران (2014). انجام گردید.

بررسی رهایش لیمونن درون پوشانی شده از میکروکپسولهای دو و شش لایه تولیدی در شرایط دهانی انجام پذیرفت. میزان رهایش در حضور بزاق مصنوعی تولید شده، در دمای ۳۷ درجه سانتی گراد و در تنش بر شی ۰، ۵۰ و ۱۰۰ معکوس ثانیه انجام شد. نسبت بزاق مصنوعی به میکروکپسول بر اساس پژوهش زندی و همکاران (Zandi et al., 2014) تعیین شد، به نحوی که میکروکپسولها با بزاق به نسبت ۴ به ۱ مخلوط و رهایش بررسی شد (Zandi et al., 2014).

برای رسم پروفایل رهایش لیمونن در بزاق، در بازه های زمانی معین مقدار ۱ میلی‌لیتر از نمونه با استفاده از سرنگ از مخزن دهان مصنوعی برداشته و از کاغذ و اتمن با شماره ۱، صاف شد تا دیواره ها و ذرات میکروکپسول رهایش نیافته از محیط جدا گردند. در نهایت نمونه خارج شده از کاغذ صافی برای اندازه گیری میزان لیمونن موجود در آن از روش طیف سنج مرئی - فر اب نفش و طول موج ۲۵۲ نانومتر (Rodríguez, Wilderjans, Sosa, & Bernik, 2013).

## تصویربرداری میکرو سکوپ الکترونی روبشی

توسط میکرو سکوپ الکترونی روبشی (Axford, S-360، انگلیس) ساختار میکروکپسولهای تولیدی مشاهده شد. نمونه ها با استفاده از چسب نقره روی تیغه آلومینیومی چسبانده و توسط یک لایه نازک جنس طلا پوشانده شد. نمونه ها سپس در اتاقک تحت خلأ قرار گرفتند. الکترون های پرشتاب با ولتاژ بالا (۲۰ کیلوات) به سطح ذرات ثابت شده تابییده شد و بر با توجه شعاع الکترونی برگشتی از سطح، تصاویر به دست آمد.

## آزمون طیف سنجی انتقال فوریه مادون قرمز

گروه های ساختاری ترکیبات مورد استفاده در دیواره ها و برهم کنش های بین آنها با آزمون طیف سنجی انتقال فوریه مادون قرمز (FTIR¹) ارزیابی شد. ۲ میلی گرم از پودر امولسیونهای خشک شده بین ۲۰۰ میلی گرم قرصهای بر مید پتاسیم فشرده شد و طیفهای آنها با دستگاه طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (Shimadzu 6650, Japan) در محدوده ۴۰۰۰-۴۰۰ cm⁻¹ اندازه گیری شدند (Noshad et al., 2015).

## راندمان ریز پوشانی

راندمان ریز پوشانی، با اندازه گیری مقدار لیمونن در پودر تولیدی و مقدار اولیه آن در امولسیون مطابق رابطه ۱ محاسبه شد: ۱۰۰× (لیمونن در امولسیون اولیه (گرم)/مقدار لیمونن در پودر رابطه (۱) (گرم))=راندمان ریز پوشانی برای اندازه گیری لیمونن موجود در میکروکپسولها، یک گرم از پودر تولیدی را با ۲۰ میلی‌لیتر آب دیونیزه به داخل لوله آزمایش با
مدل سازی رهایش لیمونن

برای بررسی رهایش لیمونن از میکروکپسولهای دو و شش لایه و ارزیابی سرعت رهایش آن، از مدلهای مختلفی شامل معادلهٔ درجهٔ صفر (۱ رابطه (۲)، درجه اول (۲ رابطه (۳)، کورسمیر-پپاس (۳ رابطه (۴)) و هیگوچی (۴ رابطه (۵)) استفاده شد ( ). Chowdhury, 2010).

$$
C = K_0 t \qquad \text{(۲ رابطه)}
$$

$$
\ln M_t = \ln M_0 - K_1 \times t \quad \text{(۳ رابطه)}
$$

$$
C = K_{KP} t^n \qquad \text{(۴ رابطه)}
$$

$$
C = K_H t^{0.5} \qquad \text{(۵ رابطه)}
$$

در این روابط C غلظت لیمونن آزادشده در زمان t، n توصیف کننده فرایند رهایش و $K_0$ ثابت کینتیکی برای معادله درجه $K_1$، ثابت معادله درجه اول، $K_{KP}$ ثابت کورسمیر-پپاس و $K_H$ ثابت هیگوچی بوده، پارامتر n مشخص کننده مکانیسمهای مختلف رهایش است.

برای محاسبه ضریب نفوذ از مدل تجربی معرفی شده توسط سیپمان و سیپمان (Siepmann and Siepmann, 2008) که برآمده از قانون فیک است، استفاده شد. این قانون برای ذرات کروی که تحت فرایندهایی با مدت زمان کوتاه قرار می‌گیرند و شرایطی که مقدار رهایش کمتر از ۴۰ درصد باشد، استفاده شد:

$$
\frac{M_t}{M_0} = 6 \left( \frac{D_t}{\pi R^2} \right)^{\frac{1}{2}} - \frac{3D_t}{R^2} \quad \frac{M_t}{M_0} \le 0.4 \qquad \text{(۶ رابطه)}
$$

در رابطه (۶)، t زمان رهایش (ثانیه)، D ضریب نفوذ (متر مربع بر ثانیه)، $M_0$ و $M_t$ به ترتیب مقدار لیمونن آزادشده در زمان t و صفر و R بیانگر شعاع میکروکپسول است که شعاع میکروکپسول دو لایه ۵/۶ میکرون و شعاع میکروکپسول شش لایه ۶/۷ میکرون توسط دستگاه انکسار نور لیزر (مدل SALD-2101، Shimadzu، ساخت ژاپن) اندازه‌گیری شد.

آنالیز آماری و براش نتایج

از طرح فاکتوریل در قالب کاملاً تصادفی برای آنالیز آماری داده‌ها استفاده شد. کلیه آزمون‌ها حداقل در سه تکرار انجام شد. از آزمون دانکن برای تعیین اختلاف بین میانگین اعداد استفاده گردید.

برازش داده‌های آزمایشگاهی حاصل از رهایش لیمونن با استفاده از معادله‌های تجربی و به کمک نرم‌افزار متلب (نسخه a (2016) صورت گرفت و بر اساس بالاترین ضریب همبستگی، بهترین مدل

انتخاب و پیشنهاد شد. از نرم‌افزار Excel نسخه ۲۰۱۹ برای رسم نمودارها استفاده گردید.

نتایج و بحث

تهیه امولسیون اولیه و ثانویه

اندازه ذرات امولسیون از مهم‌ترین ویژگی‌های هر امولسیون بوده که هر چه کوچک‌تر باشد پایداری بیشتری برخوردار است. هر چه پتانسیل زتا امولسیون بیشتر باشد به دلیل افزایش نیروهای دافعه الکتروستاتیک و هیدراسیونی، پایداری امولسیون بیشتر می‌شود (Güzey and McClements, 2006). از متغییرهای اندازه ذرات و پتانسیل زتا برای انتخاب مقدار بهینه ایزوله پروتئین سویا جهت تشکیل امولسیون اولیه پایدار استفاده شد.

نتایج بررسی تغییرات اندازه قطرات در سطوح مختلف غلظت ایزوله پروتئین سویا نشان داد که با افزایش غلظت این پروتئین تا ۱/۵ درصد اندازه ذرات تشکیل شده کاهش یافت. افزایش غلظت ایزوله پروتئین سویا از ۱/۵ تا ۲ درصد تغییر محسوسی بر اندازه ذرات نداشت اما با افزایش غلظت ایزوله پروتئین تا ۳ درصد، اندازه ذرات افزایش یافت (شکل ۱A).

طی فرایند هموژن کردن، ذرات بزرگ امولسیون شکسته و باعث تولید ذرات کوچک‌تر می‌شود لذا سطح و تعداد ذرات امولسیون افزایش می‌یابد. اگر ایزوله پروتئین سویا در این حین به مقدار کافی موجود نیاشد، سطح مشترک بین هسته و آب به صورت کامل پوشش داده نشده لذا ذرات کوچک تولید شده از طریق تشکیل پل عرضی و یا تشکیل خوشه به هم متصل می‌شوند. در نتیجه اندازه ذرات افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش مقدار ایزوله پروتئین سویا در محیط امولسیون، پدیده فلوکوله شدن ناقص و درهم‌آمیختگی ذرات اتفاق افتاده و باعث افزایش اندازه ذرات امولسیون می‌شود. لذا برای ایجاد پایداری مناسب، غلظت ایزوله پروتئین سویا باید به صورت بهینه استفاده شود تا تمام سطح مشترک لیمونن- آب را بیوشاند.

محبی و همکاران (Mohebbi et al., 2019) نشان دادند با افزایش پروتئین سویا تا ۱ درصد، اندازه میانگین ذرات امولسیون کاهش معنی‌داری داشت و بعداز آن با افزایش میزان پروتئین سویا، اندازه ذرات درشت‌تر شدند. کوردیگ و روزج (Corredig and Roesch, 2002) نتایج مشابهی را گزارش دادند؛ آن‌ها نشان دادند که میانگین اندازه قطرات امولسیون‌ها، با افزایش غلظت پروتئین سویا، کاهش معنی‌داری داشت و سپس از یک غلظت مشخص به بعد با افزایش آن، اندازه قطرات امولسیون تقریباً ثابت باقی ماند.

<footnote>1- zero-order</footnote>

<footnote>2- First order model</footnote>

<footnote>3- Korsemeyer-Peppas</footnote>

<footnote>4- Higuchi</footnote>
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>شکل ۱- تأثیر غلظت ایزوله پروتئین سویا بر A: اندازه ذرات امولسیون اولیه و B: پتانسیل زتا امولسیون اولیه
Fig. 1- Effect of soy protein isolate concentration on A: particle size and B: zeta potential of initial emulsion</figcaption></figure>

به وسیله غلظت ۱/۵ درصد ایزوله پروتئین سویا پایدار شده بود، اضافه شد. بهینه یابی غلظت نشاسته اصلاح شده با اندازه گیری اندازه ذرات امولسیون دوم و پتانسیل زتا انجام شد. بررسی تغییرات اندازه ذرات امولسیون ثانویه در مقادیر مختلف نشاسته اصلاح شده نشان داد که با افزایش غلظت نشاسته تا ۱/۲ درصد، کاهش معنی داری در قطر ذرات مشاهده شد؛ همچنین افزایش آن تا ۲ درصد تأثیری بر اندازه ذرات ندارد که این امر به این دلیل است که غلظت ۱/۲ درصد نشاسته اصلاح شده بالاترین توانایی پوشش دهی قطرات ذرات و پایداری آنها بعد از تشکیل امولسیون دوم را دارد (شکل ۲A).

نتایج پتانسیل زتا نشان می‌دهد که سطح قطرات امولسیون اولیه دارای بار الکتریکی مثبت بوده با توجه به pH نمونه‌ها (pH = ۳/۵) و نقطه ایزوالکتریک ایزوله پروتئین سویا (pH = ۴/۶) قابل انتظار است. تغییرات پتانسیل زتای نمونه‌ها با افزایش غلظت ایزوله پروتئین سویا تا ۱/۵ درصد، افزایشی بوده و بعداز آن تغییرات محسوسی مشاهده نشد لذا غلظت ۱/۵ درصد ایزوله پروتئین سویا بیشترین توانایی را در پوشش دهی سطح مشترک ذرات لیمونن- آب را دارد (شکل ۱B). برای تولید امولسیون با لایه دوم، از نشاسته اصلاح شده در غلظت‌های مختلف (۲-۰ درصد) استفاده و به امولسیون اولیه که

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>شکل ۲- تأثیر غلظت نشاسته اصلاح شده بر A: اندازه ذرات و B: پتانسیل زتا امولسیون دوم
Fig. 2- Effect of modified starch concentration on A: particle size and B: zeta potential of the second emulsion</figcaption></figure>

مقدار منفی بزرگتری می‌شود که به علت اثر پوشش دهی زنجیرهای نشاسته است و سطح اطراف مولکول‌های پروتئین سویا (لایه اولیه) را احاطه می‌کند. نوشاد و همکاران (Noshad et al., 2016) برای میکروکپسولاسیون وانیلین، مقادیر ۱ درصد ایزوله پروتئین سویا و ۰/۸ درصد نشاسته را به‌عنوان شرایط بهینه برای پوشش دهی لایه های اولیه و ثانویه، گزارش کردند (Noshad et al., 2016).

مقدار پتانسیل زتا در شرایط استفاده از غلظت‌های مختلف نشاسته اصلاح شده در شکل B، آورده شده است. همان‌طور که مشاهده می‌شود ذرات امولسیون دوم دارای بار الکتریکی منفی بوده که به دلیل نوع استخلاف‌های زنجیره پلی ساکاریدی (بنیان‌های انهیدرو اکتنیل سوکسینات) موجود در مولکول‌های نشاسته است. با افزایش غلظت نشاسته اصلاح شده تا ۱/۲ درصد بار الکتریکی سطح ذرات
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>شکل ۳- تصاویر SEM میکروکپسولهای چند لایه؛ A: دو لایه و B: شش لایه</figcaption></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Fig. 3- SEM images of multilayered microcapsules; A: two layers and B: six layers</figcaption></figure>

## میکروسکوپ الکترونی روبشی

از تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) برای بررسی ویژگی‌های مورفولوژی نظیر شکل ظاهری و اندازه میکروکپسولهای دو و شش لایه تهیه شده با امولسیونهای چند لایه، استفاده شد. تصاویر SEM میکرو کپسولهای با تعداد لایه‌های ۲ و ۶ لایه در شکل ۳ آورده شده است. همان‌طور که در شکل ۳A (مربوط به میکروکپسول با دو لایه) مشاهده می‌شود دیواره دارای حفره، ترک‌خوردگی و چروکیدگی است. در مراحل اولیه خشک‌کردن، سرعت خروج رطوبت بالا بوده و از طرفی دیواره از استحکام کافی برای تحمل تنش‌های ناشی از خروج رطوبت از دیواره‌ها نبوده لذا میکروکپسول دارای حفرات است (Sagis et al., 2008).

همان‌طور که در تصویر مشاهده می‌شود، میکروکپسولهای شکل ۳B (میکروکپسول با دیواره شش لایه) سطحی صاف، فاقد حفرات و ترک‌خوردگی داشت که علت آن استحکام دیواره‌ها به دلیل افزایش تعداد لایه‌ها است. هومبولت هوا و همکاران (Humblet-Hua et al., 2011) و انصاری فر و همکاران (Ansarifar et al., 2017) نشان دادند تمایل به چروکیدگی و ترک‌خوردگی در میکرو کپسولهای با لایه‌های کمتر، بسیار زیاد بوده اما با افزایش تعداد لایه‌های میکرو کپسول‌ها، شکل آن‌ها کروی و ساختار دیواره صاف و یکنواخت‌تر می‌شود.

## آزمون طیف سنجی انتقال فوریه مادون قرمز

جهت تعیین ساختار میکرو کپسولهای تولیدی، آزمون FTIR انجام شد. طیف مادون قرمز میکروکپسولهای دو و شش لایه و مواد

اولیه بکار رفته در دیواره در ناحیه $4000-5000$ cm$^{-1}$ در دمای اتاق ثبت شد (شکل ۴). برای نمونه لیمونن، پیک‌های ناحیه $۲۵^{\circ}\text{C}$، $۱۳۷۵$ cm$^{-1}$، $۱۴۳۷$ cm$^{-1}$، $۱۶۴۴$ cm$^{-1}$ (C= )، $۲۸۳۵$ cm$^{-1}$ تا $۲۹۶۵$ cm$^{-1}$، $۳۰۸۳$ cm$^{-1}$، $۳۴۰۰$ cm$^{-1}$ (C-H) هیبریداسیون ($sp^2$) قابل مشاهده است. پیک محدوده مربوط به گروه‌های آزاد پیوند شده $N-H$ و $O-H$ است. پیک‌های موجود در حدود $۱۶۵۰$، $۱۵۳۷$ و $۱۲۴۰$ به ترتیب متعلق هستند به $N=O$ نوسان کششی (آمید I)، $N-H$ نوسان خمش (آمید II) و $N-H$ در سطح و $C-N$ نوسان کششی (آمید III) (Wang et al., 2011). در طیف نشاسته اصلاح‌شده، عدد مربوط به موج $۲۸۰۰-۳۰۰۰$ cm$^{-1}$ مخصوص پیوندهای $C-H$ گروه‌های متیل است و نوار عریض که مرکز آن حدود $۳۳۸۷$ cm$^{-1}$ بوده، به علت حضور گروه‌های هیدروکسیل است. همچنین پیک‌های متعددی نیز در این ناحیه طیف نشاسته اصلاح‌شده وجود دارند که نشان‌دهنده حضور پیوندهای کششی $C=O$ و $C-N$ است. پیک‌های موجود در ناحیه $۱۲۰۰-۹۰۰$ cm$^{-1}$، ارتعاشات متعدد پیوندهای $C-O-C$ و $C-O-H$ گلیکوزیدی را نشان می‌دهد (Luo, Huang, Fu, Zhang, and Yu, 2009).

سطح خارجی ذرات ریز پوشانی شده دو لایه نشاسته اصلاح‌شده است. همان‌طور که در شکل مشاهده می‌شود پیک محدوده $۱$ cm$^{-1}$ تا $۳۵۰۰$ نسبت به ایزوله پروتئین سویا تیزتر و بزرگ‌تر شده است. تیز شدن پیک در این منطقه نشان‌دهنده تشکیل پیوندهای هیدروژنی را بیان می‌کند. همچنین پیک‌های مربوط به ویژگی‌های پروتئین در نواحی $۱۶۵۴$ cm$^{-1}$ که نشان‌دهنده پیوندهای کششی $C=O$ است، حفظ شده‌اند. بررسی پیک‌ها نشان داد لیمونن باعث کاهش یک واحدی در ناحیه‌های $۱۴۱۸، ۱۶۲۷$ و $۲۹۲۷$ cm$^{-1}$ شده است.
بررسی پیک‌های نمونه‌های با شش لایه نشان داد که تقریباً از همه پیک‌ها و سطح زیر نمودار کاسته شده است که به دلیل افزوده

شدن لایه‌های ایزوله پروتئین سویا بود و تأثیر آن بر پیک‌های لایه ششم است.

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>شکل ۴- طیف‌های FTIR مواد اولیه میکروکپسول (لیمونن، ایزوله پروتئین سویا SPI، نشاسته اصلاح شده OSA) و میکروکپسول‌های دو و شش لایه</figcaption></figure>

<caption>Fig. 4- FTIR spectra of microcapsule raw materials (limonene, soy protein isolate SPI, modified starch OSA) and two- and six-layer microcapsules</caption>

## بررسی رهایش از میکروکپسول‌های دو و شش لایه محتوی لیمونن

میزان رهایش لیمونن از میکروکپسول‌های دو و شش لایه به‌عنوان تابعی از زمان در شکل ۵ نشان داده شده است. همان‌طور که مشاهده می‌شود با افزایش تعداد لایه‌ها، زمان رهایش لیمونن افزایش یافت. در میکروکپسول‌های دو لایه نسبت به شش لایه زمان رهایش حداکثری بیشتر بود که به دلیل افزایش لایه‌ها، حفرات و شکستگی در سطح میکروکپسول‌ها کاهش یافته و پوشش دهی منسجم‌تری اطراف قطرات لیمونن شکل می‌گیرد که منجر به کاهش سرعت انتقال آن به خارج از میکروکپسول می‌شود.

در شکل B و ۵A پروفایل رهایش لیمونن از میکروکپسول‌های دو و شش لایه به صورت تابعی از تنش برشی محیط رهایش در

شرایط دهان مصنوعی نشان داده شده است. این نتایج نشان داد که اعمال تنش برشی، سرعت رهایش لیمونن افزایش می‌یابد. تنش برشی اعمال شده همانند یک نیروی فشاری عمل می‌کند و منجر به خروج لیمونن از منافذ میکروکپسول‌ها می‌شود. همچنین این تنش برشی باعث تخریب برخی از میکروکپسول‌ها شد و میزان انتشار لیمونن به محیط افزایش می‌یابد. انصاری فر و همکاران ( Ansarifar, 2017; Mohebbi et al., 2019) محبی و همکاران (Zandi et al., 2014) و نون راث و روژن (Van Ruth, 2000) گزارش نمودند که با افزایش نیروی برشی دهانی، سبب افزایش سرعت رهایش آروما و مزه از ماتریکس کپسوله کننده می‌گردد.
<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>A</figcaption></figure>

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

شکل ۵- پروفایل رهایش لیمونن از میکروکپسولهای A: دو لایه و B: شش لایه به عنوان تابعی از زمان رهایش تحت تأثیر تنش‌های برشی مختلف

Fig. 5- Limonene release profile from microcapsules A: two layers and B: six layers as a function of release time under the influence of different shear stresses

<table><caption>جدول ۱- پارامترهای حاصل از برازش مدلهای مختلف بر نتایج تجربی برای میکروکپسولهای چند لایه
Table 1- Parameters obtained from fitting different models on experimental results of multilayer microcapsules</caption><thead><tr><th rowspan="2">Layers of microcapsule</th><th colspan="2">Zero-order</th><th colspan="2">First order</th><th colspan="2">Korsemeyer-Peppas</th><th colspan="2">Higuchi</th></tr><tr><th>Chewing rate</th><th>K</th><th>R<sup>2</sup></th><th>K</th><th>R<sup>2</sup></th><th>n</th><th>K</th><th>R<sup>2</sup></th><th>K</th><th>R<sup>2</sup></th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="3">L2</td><td>0</td><td>0.391</td><td>0.92</td><td>0.0345</td><td>0.97</td><td>0.220</td><td>0.687</td><td>0.96</td><td>0.491</td><td>0.92</td></tr><tr><td>50</td><td>0.437</td><td>0.87</td><td>0.0413</td><td>0.96</td><td>0.268</td><td>0.702</td><td>0.92</td><td>0.628</td><td>0.83</td></tr><tr><td>100</td><td>0.461</td><td>0.86</td><td>0.0457</td><td>0.95</td><td>0.313</td><td>0.863</td><td>0.91</td><td>0.712</td><td>0.88</td></tr><tr><td rowspan="3">L6</td><td>0</td><td>0.214</td><td>0.75</td><td>0.0192</td><td>0.92</td><td>0.324</td><td>0.456</td><td>0.92</td><td>0.243</td><td>0.89</td></tr><tr><td>50</td><td>0.253</td><td>0.79</td><td>0.0253</td><td>0.98</td><td>0.359</td><td>0.523</td><td>0.91</td><td>0.312</td><td>0.77</td></tr><tr><td>100</td><td>0.286</td><td>0.81</td><td>0.0302</td><td>0.97</td><td>0.363</td><td>0.571</td><td>0.93</td><td>0.421</td><td>0.86</td></tr></tbody></table>

داده، این نوع رهایش به عنوان مکانیسم اصلی در رهایش لیمونن از میکروکپسولها است (جدول ۱).

همان طور که گفته شد برای محاسبه ضریب نفوذ از مدل ارائه شده توسط سیبمان و همکاران (Siepmann et al., 2013) که برآمده از قانون فیک برای فرایندهایی با مدت زمان کوتاه و شرایطی که رهایش ترکیبات ریز پوشانی شده کمتر از ۴۰ درصد باشد، استفاده شد (معادله ۶). جدول ۲ مقدار ضریب نفوذ را برای فراینده رهایش لیمونن از میکروکپسولهای دو و شش لایه را در شرایط نیروی برشی ۰،۰۰۰ S⁻¹ و ۵۰،۰۰۰ نشان می‌دهد. نتایج نشان داد میکروکپسولهای شش لایه نسبت به میکروکپسولهای دو لایه دارای ضریب نفوذ کمتری می‌باشند در نتیجه باعث سرعت رهایش لیمونن کمتر می‌شود. این امر احتمالاً به دلیل افزایش ضخامت پوسته میکروکپسول شش لایه و همچنین پوشش نشاسته اصلاح شده اطراف پوسته‌ها است که باعث کاهش سرعت انتشار لیمونن از میکروکپسولهای شش لایه می‌شود. با افزایش نیروی برشی، ضریب نفوذ افزایش یافته و در

مدل‌های رهایش و بررسی ضریب نفوذ

برای بررسی مکانیسم رهایش لیمونن از میکروکپسولهای دو و شش لایه، مدل‌های ریاضی سینتیکی مختلفی با داده‌های تجربی رهایش لیمونن از میکروکپسولها، برازش شد. پارامترهای حاصل از مدل‌های تجربی درجه صفر، درجه یک، کورسمیر-پاس و هیگوچی در جدول ۱ آورده شده است. نتایج نشان داد مدل کینتیکی درجه اول بهترین توصیف را برای رهایش لیمونن از کپسولهای دو و شش لایه در شرایط مختلف را داشت.

پارامتر n که توان موجود در رابطه کورسمیر-پاس بوده به عنوان شاخصی از مکانیسم رهایش لیمونن از میکروکپسولهای چند لایه، محاسبه شد. نتایج حاصل از برازش داده‌های رهایش لیمونن نشان داد که این شاخص در محدوده بین ۰/۲۲ تا ۰/۳۶ قرار گرفته که نشان‌دهنده این است که رهایش بر اساس مکانیسم نفوذ فیک رخ
میکروکپسول ها کمک کرده در نتیجه سبب افزایش میزان انتشار
لیمونن به محیط نیز می شود.

نتیجه سرعت رهایش در میکروکپسولهای دو و شش لایه افزوده
می شود. تنش بر شی به عنوان یک نیروی فشاری باعث این افزایش
سرعت رهایش می شود. همچنین این تنش به تخریب

<caption>جدول ۲- ضریب نفوذپذیری برای رهایش لیمونن از میکروکپسول چند لایه در نیروی برشی مختلف</caption>

<table><caption>Table 2- Diffusion coefficient for the release of limonene from multilayered microcapsules at different shear rates</caption><thead><tr><th></th><th>Shear rate (S<sup>-1</sup>)</th><th>Two layers (L<sub>2</sub>)</th><th>Six layers (L<sub>6</sub>)</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="3">Diffusion coefficient (cm<sup>2</sup>/s)</td><td>0</td><td>4.125×10<sup>-9</sup></td><td>8.465×10<sup>-10</sup></td></tr><tr><td>50</td><td>8.995×10<sup>-9</sup></td><td>4.362×10<sup>-9</sup></td></tr><tr><td>100</td><td>2.114×10<sup>-8</sup></td><td>6.682×10<sup>-9</sup></td></tr></tbody></table>

دو لایه دارای ضریب نفوذ کمتری بودند، پس در شرایط یکسان تنش
برشی، سرعت رهایش لیمونن از میکروکپسولهای شش لایه کمتر از
میکروکپسول ها دو لایه بوده که این امر به دلیل تکرار پوشش ایزوله
پروتئین سوبا و نشاسته اصلاح شده اطراف میکروکپسول و افزایش
ضخامت دیواره ها است که باعث کاهش سرعت انتشار لیمونن از
میکروکپسولهای شش لایه می شود.

نتیجه گیری

نتایج این پژوهش نشان داد از روش لایه به لایه می توان برای
تولید میکروکپسولهای لیمونن استفاده کرد. ایزوله پروتئین سویا و
نشاسته اصلاح شده به خوبی توانایی پوشش دهی قطرات لیمونن را
دارند. تصاویر SEM به خوبی نشان داد که ساختار میکروکپسولهای
شش لایه فاقد ترک خوردگی و حفرات بوده و سطح یکنواخت تری
نسبت به میکروکپسولهای دو لایه دارد.

به منظور بررسی مکانیسم رهایش لیمونن از میکروکپسولهای دو
و شش لایه، از مدل های کیبنتیکی مختلف برای براش داده های
تجربی رهایش استفاده شد. نتایج حاصل نشان داد که رهایش از این
میکروکپسول ها بر اساس مکانیسم نفوذ و قانون فیک رخ داده است
که به عنوان اصلی ترین مکانیسم انتقال جرم در فرایند رهایش است.
هم چنین نتایج بررسی رهایش میکروکپسولهای دو و شش لایه
نشان داد که میکروکپسولهای شش لایه نسبت به میکروکپسولهای

سپاسگزاری

مقاله علمی-پژوهشی حاضر مستخرج از طرح پژوهشی با کد
۳/۴۵۰۲۷ مصوب در دانشگاه فردوسی مشهد است. نویسندگان مقاله
بر خود لازم می دانند که از معاونت پژوهش و فناوری دانشگاه
فردوسی مشهد همچنین معاونت پژوهش و فناوری دانشکده
کشاورزی به دلیل مساعدت های مالی جهت اجرای این طرح پژوهشی
صمیمانه تشکر و قدردانی نمایند.

منابع

1. Ansarifar, E., Mohebbi, M., Shahidi, F., Koocheki, A., & Ramezanian, N. (2017). Novel multilayer microcapsules based on soy protein isolate fibrils and high methoxyl pectin: Production, characterization and release modeling. *International Journal of Biological Macromolecules* 97: 761-769. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.01.056.

2. Ansarifar, E., Shahidi, F., Mohebbi, M., Koocheki, A., & Ramazanian, N. (2017). Investigation of multilayer microcapsules based on electrostatic adsorption of soy protein isolated fibrils and high methoxyl pectin containing diacetyl. *Iranian Journal Food Science and Technology Research* 13(4): 553-565.

3. Dash, S., Murthy, P.N., Nath, L., & Chowdhury, P. (2010). Kinetic modeling on drug release from controlled drug delivery systems. *Acta Pol Pharm* 67(3): 217-223.

4. Decher, G., & Hong, J. (1991). Buildup of ultrathin multilayer films by a self-assembly process: II. Consecutive adsorption of anionic and cationic bipolar amphiphiles and polyelectrolytes on charged surfaces. *Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie* 95(11): 1430-1434. https://doi.org/10.1002/bbpc.19910951122.

5. Decher, G., & Schlenoff, J.B. (2006). *Multilayer thin films: sequential assembly of nanocomposite materials*: John Wiley & Sons.

6. Dokić, L., Krstonošić, V., & Nikolić, I. (2012). Physicochemical characteristics and stability of oil-in-water emulsions stabilized by OSA starch. *Food Hydrocolloids* 29(1): 185-192. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2012.02.008.

7. Elzoghby, A.O., Samy, W.M., & Elgindy, N.A. (2012). Albumin-based nanoparticles as potential controlled release drug delivery systems. *Journal of Controlled Release* 157(2): 168-182. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2012.02.008.
8. Gharsallaoui, A., Roudaut, G., Chambin, O., Voilley, A., & Saurel, R. (2007). Applications of spray-drying in microencapsulation of food ingredients: An overview. *Food Research International* 40(9): 1107-1121.
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2007.07.004.

9. Gunning, Y.M., Gunning, P.A., Kemsley, E.K., Parker, R., Ring, S.G., Wilson, R.H., & Blake, A. (1999). Factors affecting the release of flavor encapsulated in carbohydrate matrixes. *Journal of Agricultural and Food Chemistry* 47(12): 5198-5205.
https://doi.org/10.1021/jf990039r.

10. Güzey, D., & McClements, D.J. (2006). Influence of environmental stresses on O/W emulsions stabilized by β-lactoglobulin-pectin and β-lactoglobulin-pectin-chitosan membranes produced by the electrostatic layer-by-layer deposition technique. *Food Biophysics* 1(1): 30-40.
https://doi.org/10.1007/s11483-005-9002-z.

11. Huang, G.-Q, Sun, Y.-T., Xiao, J.-X., & Yang, J. (2012). Complex coacervation of soybean protein isolate and chitosan. *Food Chemistry* 135(2): 534-539.
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.04.140

12. Humblet-Hua, K., Scheltens, G., Van Der Linden, E., & Sagis, L. (2011). Encapsulation systems based on ovalbumin fibrils and high methoxyl pectin. *Food Hydrocolloids* 25(4): 569-576.
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2011.01.003.

13. Jafari, S.M., Assadpoor, E., He, Y., & Bhandari, B. (2008). Encapsulation efficiency of food flavours and oils during spray drying. *Drying technology* 26(7): 816-835.
https://doi.org/10.1080/07373930802135972.

14. Luo, F.-x., Huang, Q., Fu, X., Zhang, L.-x., & Yu, S.-j. (2009). Preparation and characterisation of crosslinked waxy potato starch. *Food Chemistry* 115(2): 563-568.
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.12.052.

15. McClements, D.J. (2005). Theoretical analysis of factors affecting the formation and stability of multilayered colloidal dispersions. *Langmuir* 21(21): 9777-9785.
https://doi.org/10.1021/la0512603.

16. Mendanha, D.V., Ortiz, S.E.M., Favaro-Trindade, C.S., Mauri, A., Monterrey-Quintero, E.S., & Thomazini, M. (2009). Microencapsulation of casein hydrolysate by complex coacervation with SPI/pectin. *Food Research International* 42(8): 1099-1104.
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2009.05.007.

17. Mohebbi, M., Varidi, M., Noshad, M., & Khalilian Movahhed, M. (2019). Evaluation of the Release of Microcapsulated Vanillin under Simulated Oral Conditions. *Research and Innovation in Food Science and Technology* 8(2): 111-124.
https://doi.org/10.22101/JRIFST.2019.07.22.821.

18. Nedovic, V., Kalusevic, A., Manojlovic, V., Levic, S., & Bugarski, B. (2011). An overview of encapsulation technologies for food applications. *Procedia Food Science* 1: 1806-1815.
https://doi.org/10.1016/j.profoo.2011.09.265.

19. Nesterenko, A., Alric, I., Silvestre, F., & Durrieu, V. (2012). Influence of soy protein's structural modifications on their microencapsulation properties: α-Tocopherol microparticle preparation. *Food Research International* 48(2): 387-396.
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2012.04.023.

20. Nilsson, L., & Bergenståhl, B. (2007). Adsorption of hydrophobically modified anionic starch at oppositely charged oil/water interfaces. *Journal of Colloid and Interface Science* 308(2): 508-513.
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2007.01.024.

21. Noshad, M., Mohebbi, M., Koocheki, A., & Shahidi, F. (2016). Influence of interfacial engineering on stability of emulsions stabilized with soy protein isolate. *Journal of Dispersion Science and Technology* 37(1): 56-65.
https://doi.org/10.1080/01932691.2015.1027907.

22. Noshad, M., Mohebbi, M., Shahidi, F., & Koocheki, A. (2015). Effect of layer-by-layer polyelectrolyte method on encapsulation of vanillin. *International Journal of Biological Macromolecules* 81: 803-808.
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2015.09.012.

23. Peyratout, C.S., & Daehne, L. (2004). Tailor-made polyelectrolyte microcapsules: from multilayers to smart containers. *Angewandte Chemie International Edition* 43(29): 3762-3783.
https://doi.org/10.1002/anie.200300568.

24. Qiu, X., Leporatti, S., Donath, E., & Möhwald, H. (2001). Studies on the drug release properties of polysaccharide multilayers encapsulated ibuprofen microparticles. *Langmuir* 17(17): 5375-5380.
https://doi.org/10.1021/la010201w.

25. Rodríguez, S.D., Wilderjans, T., Sosa, N., & Bernik, D.L. (2013). Image texture analysis and gas sensor array studies applied to vanilla encapsulation by octenyl succinic anhydride starches. *Journal of Food Research* 2(2): 36-48.
https://doi.org/10.5539/jfr.v2n2p36.

26. Roesch, R., & Corredig, M. (2002). Characterization of oil-in-water emulsions prepared with commercial soy protein concentrate. *Journal of Food Science* 67(8): 2837-2842.
https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2002.tb08825.x.

27. Sagis, L.M., de Ruiter, R., Miranda, F.J.R., de Ruiter, J., Schroën, K., van Aelst, A. C., van der Linden, E. (2008). Polymer microcapsules with a fiber-reinforced nanocomposite shell. *Langmuir* 24(5): 1608-1612.
https://doi.org/10.1021/la7032115.
28. Siepmann, J., Siegel, R.A., & Siepmann, F. (2012). *Diffusion controlled drug delivery systems*. In *Fundamentals and applications of controlled release drug delivery* (pp. 127-152): Springer. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2011.10.006.

29. Siepmann, J., & Siepmann, F. (2008). Mathematical modeling of drug delivery. *International Journal of Pharmaceutics* **364**(2): 328-343. https://doi.org/j.ijpharm.2008.09.004.

30. Soottitantawat, A., Yoshii, H., Furuta, T., Ohkawara, M., & Linko, P. (2003). Microencapsulation by spray drying: influence of emulsion size on the retention of volatile compounds. *Journal of Food Science* **68**(7): 2256-2262. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2003.tb05756.x.

31. Tesch, S., Gerhards, C., & Schubert, H. (2002). Stabilization of emulsions by OSA starches. *Journal of Food Engineering* **54**(2): 167-174. https://doi.org/10.1016/S0260-8774(01)00206-0.

32. Van Ruth, S., & Roozen, J. (2000). Influence of mastication and saliva on aroma release in a model mouth system. *Food Chemistry* **71**(3): 339-345. https://doi.org/10.1016/S0308-8146(00)00186-2.

33. Wang, J.-M., Yang, X.-Q., Yin, S.-W., Yuan, D.-B., Xia, N., & Qi, J.-R. (2011). Growth kinetics of amyloid-like fibrils derived from individual subunits of soy β-conglycinin. *Journal of Agricultural and Food Chemistry* **59**(20): 11270-11277. https://doi.org/10.1021/jf202541m.

34. Ye, S., Wang, C., Liu, X., & Tong, Z. (2005). Multilayer nanocapsules of polysaccharide chitosan and alginate through layer-by-layer assembly directly on PS nanoparticles for release. *Journal of Biomaterials Science Polymer Edition* **16**(7): 909-923. https://doi.org/10.1163/1568562054255691.

35. Yow, H.N., & Routh, A.F. (2006). Formation of liquid core–polymer shell microcapsules. *Soft Matter* **2**(11): 940-949. https://doi.org/10.1039/B606965G.

36. Zandi, M., Mohebbi, M., Varidi, M., & Ramezanian, N. (2014). Evaluation of diacetyl encapsulated alginate–whey protein microspheres release kinetics and mechanism at simulated mouth conditions. *Food Research International* **56**: 211-217. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2013.11.035.

37. Zuidam, N.J., & Nedovic, V. (2010). *Encapsulation technologies for active food ingredients and food processing*. Springer New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-1008-0.