Granuli za kiini cha yai ni miundo ya asili inayoundwa na vipengele vya protini-lipidi kama high-density lipoproteins, low-density lipoproteins na phosvitin. Kwa kuwa zina protini nyingi na kiwango cha cholesterol kilicho chini kuliko kiini kizima cha yai, granuli hizi zinavutia kama emulsifiers za kiwango cha chakula na mifumo ya kubeba virutubishi. Hata hivyo, muundo wao mnene uliounganishwa kwa nguvu na madaraja ya calcium-phosphate pamoja na mwingiliano kati ya molekuli hupunguza uwezo wao wa kutawanyika katika maji na kuyeyuka kwa protini zao.

Katika utafiti huu, watafiti walitibu granuli za kiini cha yai kwa high-intensity ultrasound katika viwango vya nguvu vya 90, 180, 270, 360 na 450 W. Matibabu hayo hayo yalitumika pia kwa mifumo ya granuli za kiini cha yai-lesitini yenye yüzde 0,30 lesitini. Lengo lilikuwa kubaini jinsi muundo wa granuli, konformasheni ya protini na uwezo wa kutengeneza emulsion hubadilika pale athari za kimitambo za ultrasound zinapotumiwa pamoja na sifa za surfactant za lesitini.

Matokeo yalionyesha kwamba nguvu ya juu zaidi ya ultrasound si kila mara hutoa matokeo bora zaidi. Kwa ujumla, matumizi ya ultrasound ya kiwango cha kati katika 270-360 W yalipunguza granuli, kuongeza protein solubility, kuimarisha surface charge na kusaidia kutengeneza emulsion thabiti zaidi za mafuta-maji. Katika sampuli zenye lesitini, athari hizi zilikuwa wazi zaidi kwa vipimo vingi. Lesitini iliingiliana na protini zilizofunguka kwa kiasi kutokana na ultrasound, ikaunda miundo iliyopangika zaidi ya protein-phospholipid na kuchangia kutengeneza tabaka mnene zaidi la interface kuzunguka matone ya mafuta.

Hata hivyo, matumizi ya 450 W yaligeuza baadhi ya faida hizi. Cavitation iliyozidi inaweza kuongeza ukubwa wa chembe kupitia michakato kama protein reaggregation, kufichwa tena kwa maeneo ya hydrophobic na mabadiliko ya oxidation; pia inaweza kupunguza solubility, kiasi cha free sulfhydryl groups na emulsion stability. Ujumbe mkuu wa utafiti ni kwamba sifa za kiutendaji za granuli za kiini cha yai haziboreshwi kwa kutumia ultrasound tu, bali kwa kudhibiti kwa uangalifu kiwango kinachofaa cha nguvu pamoja na lesitini.

Granuli ya kiini cha yai ni nini?

Kiini cha yai si kioevu cha aina moja na homogeneous. Kiini cha yai kilichopunguzwa kwa maji kinapocentrifugwa, sehemu ya plasma yenye majimaji zaidi hupatikana juu na sehemu ya granuli inayotulia hupatikana chini. Granuli za kiini cha yai zilizochunguzwa katika utafiti ni sehemu hii ya precipitate.

Vipengele vikuu vya granuli ni:

• High-density lipoproteins (HDL): Ni miundo mikubwa ya molekuli inayobeba protini na lipidi pamoja.
• Low-density lipoproteins (LDL): Ni complexes za protein-lipid zilizo na lipidi nyingi zaidi.
• Phosvitin (Pv): Ni protini ya kiini cha yai yenye utajiri wa phosphate groups.
• Madaraja ya calcium-phosphate: Ni mwingiliano unaosaidia kudumisha miunganiko ya kimuundo kati ya phosvitin na vipengele vingine vya granuli.

Kushikiliwa kwa nguvu kwa miundo hii huipa granuli uthabiti wa kimwili, lakini pia huleta tatizo muhimu la kiutendaji: molekuli za maji haziwezi kufikia sehemu za ndani za granuli na nyuso za protini kwa urahisi. Kwa hiyo, katika hali ya asili granuli zina protein solubility ndogo na huwa na mwelekeo wa kuwepo kama aggregates kubwa.

Ili emulsifier iwe na ufanisi, mara nyingi lazima iweze kuhusiana na mazingira mawili tofauti kwa wakati mmoja. Sehemu ya molekuli au chembe lazima iingiliane na maji, na sehemu nyingine iingiliane na mafuta. Aidha, inapaswa kujiweka haraka kuzunguka matone ya mafuta na kuunda tabaka la interface linalozuia matone kuungana tena. Granuli za kiini cha yai zina uwezo huu, lakini muundo wao mnene na usioyeyuka vizuri unaweza kuzuia matumizi kamili ya protini na phospholipid zake katika interface.

Tatizo kuu la utafiti

Tatizo kuu la utafiti ni mgongano kati ya uwezo wa asili wa granuli za kiini cha yai kufanya emulsification na solubility yao ndogo katika maji katika matumizi ya kawaida. Granuli zina complexes za protein-lipid zenye thamani kwa mifumo ya emulsion, lakini muundo wao mkubwa, mnene na wenye mwelekeo wa kuaggregate hufanya iwe vigumu kutawanyika sawasawa katika maji.

Hapo awali, mechanical treatments, pH adjustment, chemical modification, enzymatic hydrolysis na additives mbalimbali zimechunguzwa ili kuboresha kazi za granuli. High-intensity ultrasound pia imetumika kuvunja granuli na kuongeza solubility. Lakini nguvu ya ultrasound ni kigezo muhimu. Nishati ndogo sana inaweza kushindwa kuvunja granuli vya kutosha; nishati nyingi sana inaweza kusababisha protein oxidation, reaggregation au kuvuruga muundo wa interface.

Lesitini ni amphiphilic compound ya asili yenye sehemu zinazopenda maji na sehemu zinazopenda mafuta. Inaweza kuadsorb kwenye interface ya mafuta-maji, kupunguza interfacial tension na kuzuia matone kuungana. Lakini lesitini ikitumiwa kwa kiwango kisichofaa inaweza pia kushindana na protini kwa nafasi katika interface na kudhoofisha emulsifying performance.

Kwa hiyo utafiti haukuuliza tu “je, ultrasound inafanya kazi?”. Uliuliza kwa undani zaidi:

• Ukubwa wa granuli, surface charge na protein solubility hubadilika vipi nguvu ya ultrasound inapoongezeka?
• Lesitini hubadilishaje kuvunjika na kuungana tena kwa granuli inapokuwa pamoja na ultrasound?
• Ni mabadiliko gani hutokea katika secondary na tertiary structure ya protini?
• Mabadiliko haya ya kimuundo yanaathirije ukubwa na uthabiti wa emulsion droplets?
• Je, emulsion zinazotengenezwa zinaweza kustahimili processing conditions kama joto la juu na mkusanyiko mkubwa wa chumvi?
• Je, kuna kiwango bora cha kiutendaji kati ya nguvu ndogo, za kati na zilizozidi za ultrasound?

High-intensity ultrasound hubadilishaje granuli?

High-intensity ultrasound husababisha mabadiliko ya haraka ya shinikizo ndani ya kioevu. Mabadiliko haya husababisha viputo vidogo sana kutokea, kukua na kuanguka ghafla. Jambo hili huitwa acoustic cavitation.

Viputo vinapoanguka hutengeneza local shear forces kali, microjets, microcurrents na turbulence. Kwa aggregates kubwa za protein-lipid kama granuli, hii ina maana ya kutikiswa kimitambo kwa muundo uliopangika kwa ukaribu na kuvunjika kuwa sehemu ndogo.

Kulingana na mechanism iliyopendekezwa katika utafiti, ultrasound:

• Huvunja complexes za HDL-phosvitin na baadhi ya protein-lipid aggregates.
• Hudhoofisha baadhi ya madaraja ya calcium-phosphate na hydrophobic interactions.
• Hufichua hydrophilic, hydrophobic na reactive protein groups zilizokuwa zimefichwa ndani ya granuli.
• Hupunguza particle size na kuongeza jumla ya surface area inayogusana na maji.
• Husababisha partial unfolding na rearrangement katika folded protein structure.

Athari hizi zikiwa katika kiwango kinachofaa, solubility na emulsifying activity huongezeka. Lakini nishati inapozidi, maeneo ya hydrophobic yaliyofichuliwa yanaweza kuingiliana tena, protini kuaggregate upya, na reactive species zinazotengenezwa na ultrasound zinaweza kuoxidize sensitive groups. Kupungua kwa performance kulikoonekana katika 450 W kulielezwa kwa athari hii ya pande mbili.

Jukumu la lesitini

Katika utafiti, lesitini iliongezwa kwenye dispersion ya granuli za kiini cha yai kwa yüzde 0,30 weight/volume. Molekuli za lesitini ni amphiphilic; yaani, ndani ya molekuli moja zina maeneo yanayoweza kuingiliana na maji na mafuta.

Ultrasound inapolegeza muundo wa granuli na kufungua nyuso za protini, lesitini inaweza kuingiliana na nyuso hizo kupitia hydrogen bonds na hydrophobic interactions. Kulingana na model ya watafiti, protini na lesitini huunda pamoja protein-phospholipid composite micelles au miundo inayofanana.

Mchanganyiko huu una matokeo matatu muhimu:

1. Granuli huwa vigumu zaidi kushikana tena.
2. Protein solubility na dispersion katika maji huboreka.
3. Protini na lesitini hujiweka pamoja katika interface ya mafuta-maji na kutengeneza protective layer iliyo mnene na iliyopangika zaidi.

Hata hivyo, lesitini haikuboresha kila sifa kwa mwelekeo mmoja. Oil-binding capacity ya sampuli zenye lesitini ilikuwa chini kuliko ya sampuli zenye granuli pekee. Watafiti walieleza hili kwa uwezekano kwamba lesitini hufunika kwa kiasi hydrophobic amino-acid regions kwenye surface ya protini. Kwa hiyo, lesitini inaweza kupunguza uwezo wa granuli kushikilia free oil moja kwa moja huku ikitengeneza mfumo uliopangika na thabiti zaidi katika interface ya oil droplet.

Sampuli za majaribio ziliandaliwaje?

Viini vya mayai mapya vilitenganishwa bila kuchanganywa na ute wa yai. Membrane ya kiini ilitobolewa na yaliyomo kuhamishiwa kwenye beaker; kiini cha yai kilipunguzwa kwa deionized water kwa uwiano wa volume 1:1,5. pH ya mchanganyiko iliwekwa 7,0 kwa kutumia 1 M NaOH na kuchanganywa kwa magnetic stirring ya kasi ndogo kwa saa mbili.

Mchanganyiko ulihifadhiwa usiku mmoja katika 4 °C, kisha ukacentrifugwa katika 4 °C kwa relative centrifugal force ya 8.000 g kwa dakika 45. Plasma fraction ya juu ilitenganishwa, precipitated granule fraction ikafanyiwa freeze-drying na kutumika kama EYGs.

Kwa mfumo wenye lesitini, granuli zilipunguzwa kwa deionized water hadi protein concentration ya 6 mg/mL. Lesitini iliongezwa hadi final concentration ya yüzde 0,30 weight/volume na mchanganyiko ukakorogwa kwa saa mbili katika room temperature. Baada ya pH kurekebishwa hadi 8,0, ilikorogwa kwa saa mbili zaidi na pH ikarudishwa tena 8,0.

Kwa kila mfumo, 50 mL ya sampuli ilitibiwa katika beaker ya 100 mL kwa ultrasound probe yenye kipenyo cha 6 mm. Probe iliwekwa takribani 15 mm chini ya surface ya kioevu, na ice-water bath ilitumika kuzuia kupanda kwa joto kupita kiasi.

Masharti ya ultrasound yaliyotumika yalikuwa:

• Viwango vya nguvu: 90, 180, 270, 360 na 450 W
• Jumla ya processing time: dakika 8
• Pulsed operation: sekunde 3 on, sekunde 2 off
• Sample volume: 50 mL

Ili kutengeneza emulsion, sampuli za aqueous zilizotibiwa kwa ultrasound zilichanganywa na soybean oil kwa volume ratio ya 9:1. Mchanganyiko ulifanyiwa high-shear homogenization kwa 12.000 revolutions/minute kwa dakika mbili. Hii ilitengeneza emulsion ambazo mafuta yalitawanywa ndani ya maji.

Particle size na zeta potential zilionyesha nini?

Particle size ni kiashiria muhimu cha kama granuli zipo mmoja mmoja katika maji au kama aggregates kubwa. Chembe kubwa huwa na mwelekeo wa kutulia haraka na kutawanyika bila usawa. Chembe ndogo kwa kawaida humaanisha total surface area kubwa na dispersion iliyo homogeneous zaidi.

Ultrasound ilipunguza average particle size katika sampuli zenye granuli pekee na katika granule-lecithin complexes. Kwa ultrasound power ileile, mifumo yenye lesitini ilikuwa na particle size ndogo kila mara.

Katika granule-lecithin system, particle size ndogo zaidi ilionekana katika 270 W. Nguvu ilipoongezeka hadi 360 na 450 W, particle size iliongezeka kidogo tena. Pattern hii inaashiria kwamba optimum cavitation level inayovunja granuli inapozidiwa, protein reaggregation inaweza kuanza.

Zeta potential huonyesha electrical charge ya surface ya chembe. Thamani katika utafiti ni negative. Kuongezeka kwa absolute magnitude ya negative value kuna maana electrostatic repulsion kati ya chembe imeongezeka. Kwa maneno mengine, -35 mV huwakilisha surface charge yenye nguvu na kwa kawaida colloidal stability kubwa kuliko -15 mV.

Absolute zeta potential ya mfumo wenye lesitini ilikuwa kubwa kuliko mfumo usio na lesitini katika nguvu ileile. Absolute zeta potential kubwa zaidi ilipatikana katika 360 W, kisha ikapungua tena katika 450 W. Katika graph, zeta potential ya granuli zenye lesitini katika 360 W inaonekana kufikia takribani -35 mV, huku ya granuli zisizo na lesitini ikiwa karibu -19 mV. Kwa kuwa graph haikutoa table ya raw numerical data, thamani hizi ni estimates kutoka visual reading.

Watafiti walihusisha kuongezeka kwa surface charge na kufichuliwa kwa charged groups zaidi baada ya granuli kuvunjika, kuachiliwa kwa phosvitin na rearrangement ya surface kutokana na lesitini.

Water-binding na oil-binding capacity

Water-binding capacity huonyesha kiasi cha maji ambacho dried granule sample inaweza kuhifadhi kulingana na mass yake. Equation iliyotumiwa katika utafiti ni:

\[ \mathrm{WBC} = \frac{m_1-m_0}{m_0} \]

Hapa:

• WBC ni water-binding capacity.
• m₀ ni initial dry sample mass.
• m₁ ni sample mass baada ya contact with water, centrifugation na kuondoa free water.

Matokeo yanafasiriwa kama g maji/g granuli. Thamani kubwa inaonyesha granuli inaweza kushikilia maji zaidi.

Kwa oil-binding capacity, relation hiyo hiyo ya mass ilitumika:

\[ \mathrm{OBC} = \frac{m_1-m_0}{m_0} \]

Hapa OBC ni oil-binding capacity, m₀ ni initial sample mass, na m₁ ni mass baada ya free oil kuondolewa. Matokeo yanatathminiwa kama g mafuta/g granuli.

Granuli zenye lesitini zilionyesha water-binding capacity ya juu kuliko granuli pekee katika nguvu zote za ultrasound. Thamani za juu zaidi zilionekana karibu 270 na 360 W. Kupungua kwa particle size, kulegea kwa dense HDL-phosvitin structure na kuongezeka kwa surface area inayoweza kugusana na maji vinaeleza matokeo haya.

Katika 450 W, water-binding capacity ya samples zenye lesitini ilipungua, hali iliyohusishwa na reaggregation baada ya excessive sonication.

Kwa oil-binding capacity, pattern ilikuwa tofauti. Samples zenye granuli pekee zilikuwa na oil-binding capacity kubwa kuliko samples zenye lesitini katika nguvu zote. Katika mfumo usio na lesitini, oil-binding value kubwa zaidi ilipatikana katika 360 W. Watafiti walieleza kwamba moderate ultrasound hufungua protini kwa kiasi na kufanya internal hydrophobic regions zipatikane.

Kwa sababu lesitini inaweza kufunika sehemu za hydrophobic za protini, uwezo wa granuli kushikilia free oil moja kwa moja unaweza kupungua. Matokeo haya yanaonyesha kwamba tafsiri rahisi ya “lesitini iliongeza kila kipimo” si sahihi.

Protein solubility

Protein solubility ilihesabiwa kama uwiano wa protein inayobaki katika upper liquid phase baada ya centrifugation kwa total protein amount.

Katika granuli za asili, calcium-phosphate bridges na mwingiliano mwingine wa intermolecular hupunguza kufikia kwa molekuli za maji kwenye protini. Nguvu ya ultrasound ilipoongezeka hadi 270 na 360 W, protein solubility iliongezeka wazi katika samples zisizo na lesitini na zenye lesitini.

Kutokana na graph, protein solubility ya mfumo wenye lesitini katika 270-360 W ilifikia takribani yüzde 12-13, wakati samples zenye granuli pekee zilikaa karibu yüzde 9. Thamani hizi ni approximate readings kutoka graph; study haikutoa raw value ya kila bar katika table tofauti.

Samples zenye lesitini zilikuwa na solubility kubwa katika nguvu zote. Watafiti walihusisha hili na lesitini kutengeneza micelle-like structures katika maji, kuungana na protein surfaces na kuzuia granuli kuaggregate tena.

Katika 450 W, solubility ya mifumo yote miwili ilipungua. Excessive cavitation inaweza kufichua hydrophobic regions nyingi zaidi, kuongeza hydrophobic na electrostatic interactions kati ya chembe na kusaidia reaggregation.

Free sulfhydryl groups na muhimu formula inconsistency

Free sulfhydryl groups katika protini kwa kawaida humaanisha -SH groups za cysteine residues. Kuonekana kwa groups hizi kwa kipimo kunaweza kuonyesha kwamba maeneo yaliyokuwa yamefichwa ndani ya protein structure yamefunuliwa. Katika ultrasound power kubwa zaidi, groups hizi zinaweza kuoxidize kuwa disulfide bonds au kufichwa tena ndani ya proteins zinazoaggregate upya.

Equation iliyotolewa katika utafiti kwa free sulfhydryl content ni:

\[ \text{Serbest sülfhidril içeriği} = \frac{75.53 \times A_{412} \times D}{C} \]

Hapa:

• A₄₁₂ ni absorbance katika 412 nm baada ya treatment na Ellman reagent.
• D ni dilution factor.
• C ni protein concentration ya sample katika mg/mL.
• Matokeo yameonyeshwa kwenye graph kama μmol/g.

Kuna internal inconsistency muhimu katika preprint: equation ina coefficient 75,53; lakini maelezo mara baada ya equation yana 73,53 = 10⁶/(1,36 × 10⁴). Katika makala hii study imewasilishwa bila kurekebishwa. Hili ni inconsistency ya uandishi au hesabu inayohitaji kufafanuliwa na waandishi kabla ya peer review.

Free sulfhydryl amount ilifikia kiwango cha juu katika 270 W kwa mifumo yote miwili. Samples zenye lesitini zilionyesha values kubwa zaidi kuliko samples zisizo na lesitini katika nguvu ileile. Values zilipungua nguvu ilipopanda hadi 360 na 450 W. Utafiti unaeleza kupungua huku kwa free-radical-induced oxidation na protein reaggregation.

Majaribio ya transmittance yalionyeshaje nguvu kati ya molekuli?

Light transmittance ya protein dispersion huathiriwa na particle size, solubility, rangi, aggregation na mwingiliano kati ya chembe. Chembe ndogo na zilizotawanyika vizuri kwa kawaida huruhusu mwanga kupita zaidi, wakati aggregates kubwa husambaza mwanga kwa kiasi kikubwa.

Ili kutathmini nguvu gani zilikuwa muhimu katika protein-lecithin interactions, watafiti walichunguza samples katika solutions tofauti:

• NaCl ilitumika kutathmini athari ya electrostatic interactions.
• Urea ilitumika kutathmini athari ya hydrogen bonds.
• SDS ilitumika kutathmini athari ya hydrophobic interactions.

Samples zenye lesitini kwa ujumla zilionyesha transmittance kubwa zaidi. Matokeo yaliyovutia zaidi yalikuwa kwamba katika mazingira yenye SDS, transmittance ya samples zote mbili ilikaribia kiwango kamili. Kwa kuwa SDS huvuruga hydrophobic interactions na kusaidia aggregates kutawanyika, matokeo haya yanaonyesha kwamba hydrophobic forces zina jukumu muhimu katika granule aggregation.

Transmittance katika mazingira ya NaCl pia ilikuwa kubwa kuliko katika deionized water na urea. Watafiti walihitimisha kwa ujumla kwamba hydrophobic na electrostatic interactions ndizo nguvu kuu katika aggregation ya granuli, huku hydrophobic interactions zikionekana kutawala zaidi.

Hapa kuna tofauti nyingine ya kiutaratibu katika source text. Methods section inataja concentrations za NaCl na urea kuwa 0,1 mol/L, wakati caption ya Kielelezo 2 inaandika yüzde 0,1. SDS imeandikwa yüzde 0,1 katika sehemu zote mbili. Kwa NaCl na urea, preprint haifafanui ni unit ipi iliyotumika kwa uhakika.

Fluorescence measurements zilionyeshaje tertiary structure ya protini?

Fluorescence spectroscopy ilitumika kufuatilia mabadiliko ya mazingira ya maeneo ndani ya protini yanayoweza kutoa fluorescence. Samples ziliexcite katika 395 nm na emission ikarekodiwa katika 415-700 nm.

Fluorescence intensity ya samples zenye lesitini ilikuwa chini kuliko ya samples zenye granuli pekee katika nguvu zote za ultrasound. Utafiti ulihusisha kupungua huku na lesitini kuingiliana na hydrophobic amino-acid residues kupitia hydrogen bonds na hydrophobic interactions. Mwingiliano huu unaweza kusababisha quenching inayopunguza uwezekano wa groups zinazofluoresce kutoa mwanga.

Katika 270 W, partial unfolding ya protini na kupatikana kwa hydrophobic residues kulisababisha relatively high fluorescence intensity katika mifumo yote miwili. Nguvu ilipofika 360 W na zaidi, fluorescence intensity ilipungua kwa sababu ya collisional quenching, oxidative changes na reaggregation.

Pattern hii ililingana na mabadiliko ya particle size, protein solubility na free sulfhydryl amount. Hivyo, mbinu tofauti za kipimo ziliunga mkono mechanism moja: moderate power hulegeza protein structure kwa udhibiti, wakati excessive power hurejesha nyuma baadhi ya faida za kimuundo.

Secondary structure ya protini katika FTIR analysis

Fourier-transform infrared spectroscopy hutoa taarifa kuhusu mabadiliko ya protein structure kwa kufuatilia vibration za molecular bonds. Utafiti uliscan range ya 400-4.000 cm^-1, na kwa secondary structure ya protini ulizingatia hasa amide I region kati ya 1.600-1.700 cm^-1.

Amide I peaks za samples zenye lesitini zilisogea kwenda wavenumber ndogo kwa kiasi cha 2,28 hadi 6,88 cm^-1 ikilinganishwa na sample isiyo na lesitini katika nguvu ileile. Red shift hii ilihusishwa na hydrogen bonds kati ya polar phosphate groups za lesitini na protein carbonyl groups.

Secondary-structure analyses kwa ujumla zilionyesha:

• β-sheet fraction inayohusishwa na aggregation ilipungua katika moderate powers.
• β-turn fraction iliongezeka.
• α-helix fraction iliongezeka.
• Partial unfolding na rearrangement ilitokea katika protein structure.

Kulingana na interpretation ya study, lesitini na moderate ultrasound zilisogeza granuli kutoka kwenye tightly packed, aggregation-prone structure kwenda structure iliyo flexible na hydrateable zaidi. Nguvu ilipopanda hadi 360 na 450 W, baadhi ya faida za α-helix zilianza kugeuka sambamba na kupungua kwa free sulfhydryl amount na β-sheet fraction ikaongezeka tena.

Matokeo haya hayamaanishi kwamba protini zilivunjika kabisa au kupoteza sifa zao zote za asili. Lugha na findings za utafiti zinaonyesha zaidi partial unfolding, conformational relaxation na rearrangement.

Granule morphology katika SEM images

Scanning electron microscopy images zilionyesha surface morphology ya freeze-dried granuli. Katika 270 na 360 W, samples zisizo na lesitini na zenye lesitini zilionekana kuvunjika kuwa structures ndogo zaidi. Muonekano huu wa microscopic uliendana na particle-size results zilizopimwa kwa dynamic light scattering.

Katika 450 W, structures kubwa na zilizoungana tena zilionekana. Observation hii inaunga mkono kwamba excessive ultrasound inaweza kuchochea reaggregation pamoja na fragmentation.

Kulikuwa na morphological differences kati ya samples mbili:

• Samples zenye granuli pekee ziliunda zaidi flaky, irregular na layer-like structures.
• Granuli zenye lesitini zilionekana rounder, zenye smoother surfaces na homogeneous particles zaidi.

Watafiti walihusisha tofauti hii na mwingiliano wa lesitini na functional groups kwenye granule surface. Hata hivyo, walieleza wazi kwamba mechanism ya kutokea kwa morphology hii bado haijaelezwa kikamilifu.

SDS-PAGE protein bands zilionyesha nini?

SDS-PAGE ilitumika kutenganisha protini kulingana na apparent molecular weights. High-molecular-weight bands karibu 97-116 kDa zilitafsiriwa katika study kama structures zinazohusishwa na HDL.

Baada ya ultrasound, bands hizi zilidhoofika na kupungua kulikuwa wazi zaidi katika samples zenye lesitini. Hali hii ilihusishwa na dense protein-lipid aggregates kuvunjika kuwa substructures ndogo zaidi.

Band karibu 35 kDa inayohusishwa na phosvitin ilionekana dhaifu zaidi katika samples zenye lesitini. Watafiti walipendekeza kwamba lesitini inaweza kuungana na phosvitin iliyofichuliwa na kubadilisha electrophoretic mobility ya protini.

Katika samples zenye lesitini zilizotibiwa kwa 180-270 W, bands mpya au zilizoonekana zaidi katika 44,3-66,4 kDa zilionekana. Study ilipendekeza kwamba hizi zinaweza kuwa dissociated LDL subunits au partially fragmented HDL-phosvitin complexes. Hii si definitive protein identification; kwa kuwa proteomic analysis haikufanywa, inapaswa kuonekana kama interpretation ya mechanism inayowezekana.

Mechanism ya molekuli iliyopendekezwa

Mechanism schematic ya study inaonyesha granuli za kiini cha yai kama dense cluster ya HDL, LDL, phosvitin na calcium-phosphate bridges.

Ultrasound pekee inapotumika:

• Granule clusters huvunjika kuwa sehemu ndogo.
• Baadhi ya calcium-phosphate bridges na hydrophobic interactions hudhoofika.
• Protini hupata partial unfolding.
• Solubility na surface charge huongezeka.

Ultrasound inapotumika pamoja na lesitini, molecules za lesitini huungana na maeneo ya protini yaliyofunguka. Protein-phospholipid composite structures zinazotokea huadsorb pamoja katika oil-water interface. Watafiti wanapendekeza kwamba structures hizi huunda membrane iliyo dense na evenly distributed zaidi kuzunguka oil droplets.

Mechanism hii haitegemei kipimo kimoja. Imejengwa kutokana na trends zinazoendana za particle size, zeta potential, solubility, free sulfhydryl groups, fluorescence, FTIR, SEM, SDS-PAGE na confocal microscopy.

Sifa za emulsion zilizotengenezwa

Emulsion zilitengenezwa kwa kuchanganya aqueous granule phase iliyotibiwa kwa ultrasound na soybean oil kwa volume ratio ya 9:1. Katika dilution test, emulsion zilipotolewa ndani ya maji zilitawanyika haraka, lakini zilipotolewa ndani ya mafuta zilibaki kama spherical droplets. Matokeo haya yanaonyesha kwamba mifumo yote miwili ilikuwa oil-in-water emulsion, si water-in-oil emulsion.

Kwa maneno mengine, soybean oil ilitawanywa kama small droplets ndani ya continuous water phase. Kwa mfano wa kila siku, mpangilio wa kimwili unaendana na mantiki ya kutawanyika katika oil-water systems kama mayonnaise; hata hivyo, study haikutengeneza wala kupima mayonnaise halisi au bidhaa nyingine ya biashara.

Emulsion droplet size na surface charge

Tofauti na granuli zenyewe, size inayopimwa hapa ni average hydrodynamic diameter ya oil droplets katika emulsion iliyotengenezwa.

Katika emulsion systems zote mbili, average droplet size ndogo zaidi ilipatikana katika 360 W. Granule-lecithin emulsion droplets zilikuwa ndogo kuliko droplets za emulsion zisizo na lesitini katika nguvu ileile.

Kutokana na approximate graph reading, katika 360 W emulsion yenye granuli pekee ilikuwa na droplet size karibu 950 nm, wakati emulsion yenye lesitini ilikuwa karibu 850 nm. Katika 450 W, droplet size iliongezeka tena katika mifumo yote miwili.

Absolute zeta potentials za emulsion ziliongezeka katika 270 na 360 W. Emulsion zenye lesitini zilionyesha absolute surface charge kubwa zaidi. Small droplets pamoja na strong electrostatic repulsion hufanya matone kushindwa kugongana na kuungana kwa urahisi.

Emulsifying activity na stability

Emulsifying performance ilitathminiwa kwa indices mbili:

\[ \mathrm{EAI}\,(m^2/g) = \frac{T \times A_0 \times DF}{c \times \Phi \times 10^4} \]

Hapa:

• EAI ni emulsifying activity index.
• T ni conversion factor iliyotumika kama 2,303.
• A₀ ni absorbance katika 500 nm mara tu baada ya emulsion kutengenezwa na diluted.
• DF ni dilution factor.
• c ni protein concentration katika initial sample; unit imetolewa kama g/mL.
• Φ ni oil volume fraction katika emulsion.

EAI inawakilisha kiasi cha oil-water interface ambacho gram moja ya protein inaweza kutengeneza na kufunika. EAI kubwa inaonyesha protein yenye ufanisi zaidi katika hatua ya kutengeneza emulsion.

Emulsifying stability index ilihesabiwa kama:

\[ \mathrm{ESI}\,(\mathrm{dakika}) = \frac{A_0 \times 10}{A_0-A_{10}} \]

Hapa A₁₀ ni absorbance ya emulsion baada ya dakika 10. Tofauti ndogo kati ya A₀ na A₁₀ ina maana absorbance ilibadilika polepole zaidi na ESI ikawa kubwa zaidi.

Emulsion zenye lesitini zilionyesha EAI na ESI kubwa katika nguvu zote. Improvement kubwa ilionekana katika 180-360 W, na stability kubwa zaidi ikarekodiwa katika 360 W.

Kutokana na graphs, EAI ya mfumo wenye lesitini katika 180-360 W ilikuwa karibu 86-89 m²/g, wakati mfumo usio na lesitini ulikuwa karibu 70-74 m²/g. Tofauti kubwa zaidi ilionekana katika ESI: mfumo wenye lesitini ulifikia karibu dakika 44 katika 270 W na karibu dakika 46-47 katika 360 W, wakati mfumo usio na lesitini ulikuwa karibu dakika 25-27 katika nguvu hizo. Thamani hizi ni approximate readings kutoka graphs za study; raw-data table haikutolewa.

Kiasi cha protein kilichoadsorb kwenye interface

Interfacial protein adsorption ratio ilihesabiwa kwa formula hii:

\[ \mathrm{AP}(\%) = \frac{C_S-C_O}{C_S} \times 100 \]

Hapa:

• C_S ni total protein amount katika emulsion.
• C_O ni protein amount inayobaki katika aqueous phase baada ya emulsion kucentrifugwa.
• Tofauti kati ya total protein na aqueous-phase protein ilichukuliwa kuwa protein amount iliyoadsorb kwenye interface.

Ultrasound power haikubadilisha protein adsorption ratio kwa kiwango cha statistical significance katika emulsion zenye granuli pekee wala zenye lesitini. Watafiti walieleza hili kwa granuli kuwa partially solubilized katika pH 8,0 na interfacial adsorption kubaki relatively balanced.

Matokeo haya ni muhimu. Improvement ya emulsion stability haiwezi kuelezwa kwa kuongeza tu idadi ya protein molecules zilizofika kwenye interface. Tukitazama findings zote pamoja, structure ya protein-lecithin layer kwenye interface, droplet size na surface charge vinaonekana kuwa muhimu zaidi kuliko total adsorbed protein amount.

Confocal microscopy ilionyeshaje oil droplets?

Katika confocal laser scanning microscopy, oil na protein phases ziliwekewa dyes tofauti. Nile Red ilionyesha oil phase, na Nile Blue ilionyesha distribution inayohusiana na protein au aqueous phase. Katika merged images, yellow overlap ilitafsiriwa kama common distribution ya protein na phospholipid structures kuzunguka oil droplets.

Katika low ultrasound powers, emulsion zisizo na lesitini zilionyesha droplets kubwa za sizes tofauti na sparse protein coatings. Katika 270 na 360 W, droplets zilikuwa ndogo, zilisambazwa kwa size inayofanana zaidi na continuous protein layers ziliundwa kuzunguka.

Katika 450 W, large, irregular na coalescence-prone droplets zilionekana tena. Hii inaendana na particle size kuongezeka tena na ESI kupungua.

Katika mifumo yenye lesitini, droplets zilikuwa ndogo na homogeneous zaidi katika nguvu zilezile. Yellow overlap iliyokuwa wazi hasa katika 270 na 360 W ilitafsiriwa na watafiti kama ushahidi wa dense protein-phospholipid composite layer kuzunguka oil droplet.

Thermal stability

Emulsion zilitunzwa katika 0, 60 na 90 °C kwa dakika 30, kisha zikapozwa hadi room temperature na particle size, zeta potential na visual phase separation zikachunguzwa.

Temperature ilipoongezeka, average droplet size iliongezeka na absolute zeta potential ikapungua katika emulsion zote. Hii inaonyesha kwamba heat inaweza kupanga upya protein layer, kudhoofisha electrostatic repulsion na kufanya droplets ziwe prone zaidi kuungana.

Katika 0 °C, hakuna obvious phase separation katika mifumo yote miwili. Katika 60 na 90 °C, emulsion zenye granuli pekee zilionyesha separation ya wazi. Emulsion zenye lesitini zilibaki comparatively stable zaidi kwa kudumisha smaller particles na higher absolute zeta potential katika temperatures hizo.

Hii haimaanishi kwamba emulsion zenye lesitini hazikuathiriwa na heat. Graphs zinaonyesha kwamba droplet size pia iliongezeka na surface charge ikapungua katika lecithin systems temperature ilipoongezeka. Tafsiri sahihi ni kwamba lesitini haiondoi thermal deterioration kabisa, bali inaipunguza ikilinganishwa na granule emulsion zisizo na lesitini.

Salt stability

Emulsion zilitunzwa katika 0, 50 na 100 mmol/L NaCl kwa saa tatu. Salt concentration ilipoongezeka, droplet size iliongezeka na absolute zeta potential ikapungua katika samples zote.

Salt ions zinaweza kuscreen electrical charges kwenye droplet surface. Surface-charge effect inapodhoofika, electrostatic repulsion kati ya droplets hupungua na droplets zinaweza kukaribiana na kuaggregate.

Emulsion zenye granuli za kiini cha yai pekee zilionyesha phase separation ya wazi katika 50 na 100 mmol/L NaCl. Mifumo yenye lesitini ilionyesha resistance kubwa zaidi kwa salt-induced stratification.

Chini ya 100 mmol/L NaCl, particles za lecithin systems pia ziliongezeka na absolute surface charge ikapungua. Kwa hiyo, study inaonyesha comparative resistance kubwa zaidi, si absolute immunity dhidi ya chumvi.

Utafiti ulijibu pengo gani katika fasihi?

Tafiti za awali zilionyesha kwamba high-intensity ultrasound inaweza kuvunja granuli za kiini cha yai na kuboresha protein solubility na baadhi ya functional properties. Pia ilijulikana kwamba lesitini inaweza kuingiliana na protini na kubadilisha emulsion properties.

Mchango wa study hii ni kuchunguza approaches mbili pamoja katika mlolongo wa nguvu za 90-450 W badala ya kuangalia kila moja kivyake. Aidha, findings hazikutegemea performance metric moja; ziliunganisha particle size, surface charge, solubility, binding capacity, sulfhydryl groups, transmittance, fluorescence, FTIR, electron microscopy, electrophoresis, confocal microscopy, thermal stability na salt stability.

Kwa multi-scale approach hii, macroscopic emulsion behavior iliunganishwa na structural changes katika protein level. Ilipendekezwa kwamba small droplets na high ESI hazikutokana na mechanical fragmentation pekee, bali pia protein unfolding, interaction na lesitini na rebuilding ya interfacial layer.

Umuhimu wa zamani, sasa na siku zijazo

Kwa mtazamo wa zamani, study ni mwendelezo wa tafiti za ultrasound, pH, enzymes na additives zilizolenga low-solubility problem ya egg-yolk granules. Tafiti zilizopita zilionyesha kwamba ultrasound inaweza kuvunja granuli; study hii ilichunguza jinsi lesitini inaweza kuwa complementary katika mchakato huo.

Kwa sasa, utafiti unatoa laboratory model ya physical modification ya natural protein-lipid complexes katika food formulations. Kutumia physical processing kama ultrasound badala ya chemical modification kumetathminiwa na study kama approach yenye ufanisi na inayoweza kuwa rafiki zaidi kwa mazingira.

Kwa siku zijazo, findings zinaweza kuwa msingi wa utafiti wa low-cholesterol foods, functional nutrient-delivery systems na emulsion formulations zinazopitia heat au salt conditions. Hata hivyo, study haijaonyesha industrial product halisi, shelf life, consumer acceptance au large-scale production performance.

Maana inayowezekana kwa maisha ya kila siku na food technology

Bidhaa nyingi za chakula hutegemea mafuta na maji, ambavyo kwa asili havichanganyiki, kubaki pamoja kama small droplets. Droplets zikikua na kuungana, product inaweza kutengana kwa layers, texture kubadilika au kuwa unstable wakati wa matumizi.

Approach ya study inalenga kufanya natural egg-yolk granules kuwa smaller, more soluble na zenye higher surface charge ili ziunde protective layer yenye ufanisi zaidi kuzunguka oil droplets. Interface yenye resistance kubwa kwa heat na salt inaweza kuwa useful kwa food systems zinazopitia temperature processing au zenye ionic ingredients.

Hata hivyo, potential hii haipaswi kuchukuliwa kama commercial-product success ya moja kwa moja. Study haikufanya:

• Formulation ya complex real-food matrix.
• Sensory analysis.
• Long-term shelf-life assessment.
• Digestion, nutrient bioavailability au health-effect measurement.
• Industrial-scale ultrasound system test.
• Energy-use au economic-cost analysis.

Nguvu za utafiti

• Ultrasound power ilichunguzwa kwa hatua tano katika 90-450 W badala ya kiwango kimoja.
• Mifumo yenye na isiyo na lesitini ililinganishwa katika power levels zilezile.
• Granule properties na final emulsion properties zilitathminiwa tofauti.
• Protein structure ilichunguzwa kwa complementary methods kama fluorescence, FTIR na SDS-PAGE.
• Particle morphology iliwekwa picha kwa SEM na emulsion droplets kwa CLSM.
• Si fresh emulsion performance tu, bali resistance katika 60-90 °C na 50-100 mmol/L NaCl ilitathminiwa.
• Majaribio yalirudiwa angalau mara tatu na matokeo yakaonyeshwa kama mean ± standard deviation.
• One-way ANOVA na Tukey multiple comparison test zilitumika kwa significance level ya P < 0,05.

Mapungufu ya utafiti

Moja ya limitations kuu zilizotajwa wazi na watafiti ni kwamba lecithin concentration moja tu ilitumika. Matokeo yaliyopatikana kwa yüzde 0,30 lesitini yanaweza yasijirudie kwa kiwango cha chini au cha juu zaidi.

Limit nyingine ni kwamba majaribio yalifanywa katika simplified laboratory dispersions na soybean-oil emulsion. Katika real foods, sugars, salts, acids, polysaccharides, other proteins na different oils zinaweza kuwepo pamoja. Vipengele hivi vinaweza kubadilisha protein-lecithin interactions.

Tatu, molecular interactions za lesitini na specific egg-yolk protein fractions hazikutambuliwa kwa uhakika. Watafiti walipendekeza advanced spectroscopic au proteomic methods zitumike kuchunguza interactions hizi kwa undani.

Zaidi ya hayo, study:

• Haitoi long-term storage stability.
• Hailinganishi systematically different pH conditions.
• Hailinganishi different ultrasound durations au pulse ratios.
• Haipimi possible oxidation katika 450 W kwa direct oxidation markers.
• Haithibitishi identity ya new SDS-PAGE bands kwa mass spectrometry.
• Haina industrial scale-up experiment.

Neno “synergy” katika study linategemea samples zenye lesitini kufanya vizuri zaidi katika metrics nyingi kuliko samples zisizo na lesitini katika ultrasound power ileile, na structural analyses nyingi kuonyesha trends zinazolingana. Hata hivyo, methods section haikuripoti two-way ANOVA ya factorial interaction kati ya ultrasound power na presence ya lesitini wala independent synergy coefficient.

Utafiti unasema nini na hausemi nini?

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti:

• Moderate high-intensity ultrasound inaweza kupunguza particle size ya egg-yolk granules.
• 270-360 W inaonekana kuwa range inayofaa zaidi kwa functional measurements nyingi.
• Lesitini inaweza kusaidia granule disruption na protein solubility.
• Emulsion zenye lesitini zilionyesha smaller droplets, higher absolute zeta potential na higher EAI/ESI.
• Partial unfolding na rearrangement vilitokea katika secondary na tertiary protein structure.
• Emulsion zenye lesitini zilibaki stable zaidi kuliko emulsion zisizo na lesitini katika 60-90 °C na 50-100 mmol/L NaCl.
• 450 W ilihusishwa na reaggregation au oxidative changes zinazopunguza baadhi ya beneficial effects.

Matokeo ambayo utafiti hauonyeshi:

• Haijathibitishwa kwamba technology itafanya sawa katika food products zote.
• Haijaonyeshwa kwamba 270 au 360 W ni universal optimum kwa ultrasound devices na production scales zote.
• Haijaonyeshwa kwamba lecithin systems zina unlimited heat au salt stability.
• Hakuna health, therapeutic au clinical benefit iliyoonyeshwa.
• Hakuna final low-cholesterol product iliyotengenezwa na kujaribiwa nutritionally au sensorily.
• Industrial feasibility, cost, energy efficiency au commercial success havijathibitishwa.
• Utafiti haujapitiwa na peer review.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mtiririko wa kiufundi wa jaribio

Mbinu za kipimo na imaging

Formulas kuu

\[ \mathrm{WBC} = \frac{m_1-m_0}{m_0} \]

Hutoa water-binding capacity. m₀ ni dry sample mass na m₁ ni mass baada ya free water kuondolewa.

\[ \mathrm{OBC} = \frac{m_1-m_0}{m_0} \]

Hutoa oil-binding capacity. Mass relation hiyo hiyo hutumika; soybean oil inatumika kama liquid phase.

\[ \text{Serbest sülfhidril içeriği} = \frac{75.53 \times A_{412} \times D}{C} \]

A₄₁₂ ni absorbance, D dilution factor na C protein concentration. Kuna 75,53/73,53 inconsistency kati ya equation coefficient na explanatory text.

\[ \mathrm{EAI}\,(m^2/g) = \frac{2.303 \times A_0 \times DF}{c \times \Phi \times 10^4} \]

Huwakilisha efficiency ya protein katika kutengeneza oil-water interface.

\[ \mathrm{ESI}\,(\mathrm{dakika}) = \frac{A_0 \times 10}{A_0-A_{10}} \]

Huonyesha kiwango ambacho emulsion absorbance inadumishwa ndani ya dakika 10 za kwanza.

\[ \mathrm{AP}(\%) = \frac{C_S-C_O}{C_S} \times 100 \]

Huhesabu interfacial adsorbed-protein ratio kutoka tofauti kati ya total protein na protein inayobaki katika aqueous phase.

Muhtasari wa kiufundi wa findings

Matokeo ya pamoja ya figures

Kielelezo 1 kinaonyesha kwamba granule size, zeta potential, water na oil binding, solubility na sulfhydryl results zinaelekeza kwenye optimum power window moja. Lesitini iliboresha sifa nyingi lakini ilipunguza oil-binding capacity.

Kielelezo 2 kinaunga mkono dominant role ya hydrophobic interactions katika granule aggregation kupitia high transmittance hasa katika uwepo wa SDS.

Fluorescence, FTIR, secondary structure, SEM na SDS-PAGE results katika Kielelezo 3 zinaonyesha kwamba protini hufunguka kwa kiasi katika moderate power, aggregates huvunjika na structure mpya hutokea pamoja na lesitini. Reaggregation signs hujitokeza katika 450 W.

Kielelezo 4 kinafupisha mechanism iliyopendekezwa: ultrasound hudhoofisha granule bonds, huku lesitini ikiungana na exposed proteins na kutengeneza protein-phospholipid composite structures.

Kielelezo 5 kinaonyesha jinsi molecular changes hizi zinavyoonekana katika emulsion performance. Droplet size ni ndogo zaidi katika 360 W, na EAI na ESI ni kubwa zaidi katika lecithin system. Kutobadilika kwa protein adsorption ratio kunaashiria kwamba interfacial quality inaweza kuwa muhimu zaidi kuliko total protein amount.

Confocal images katika Kielelezo 6 zinaonyesha small, homogeneous droplets na denser common protein-phospholipid interface katika lecithin systems za 270-360 W.

Kielelezo 7 na Kielelezo 8 vinaonyesha kwamba lecithin systems zina comparative stability kubwa zaidi dhidi ya 60-90 °C heat na 50-100 mmol/L NaCl stress, mtawalia. Hata hivyo, stress conditions zote mbili ziliongeza particle size na kupunguza absolute zeta potential.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Maudhui haya yanategemea utafiti wa Xincheng Meng, Zeyu Gong, Xiyu Zhang, Huaicheng Yu, Yuemeng Wang, Jing Li na Xin Li wenye kichwa “Synergistic remodeling of egg yolk granules by high-intensity ultrasound and lecithin: Towards high-stability emulsification systems”.

Utafiti ni preprint iliyowasilishwa kupitia SSRN. Maandishi yana onyo la wazi “This preprint research paper has not been peer reviewed”. Kwa hiyo utafiti haujapitiwa na peer review. Maandishi yaliyowasilishwa hayatoi DOI au taarifa ya kukubaliwa katika scientific journal.

Utafiti si clinical study. Hauchunguzi therapeutic effects kwa afya ya binadamu au wanyama. Ni laboratory-scale food chemistry na emulsion experiment inayotumia egg-yolk granules, lesitini na soybean oil.

Maelezo yote katika makala hii yanategemea methods, graphs, figures na interpretations za waandishi katika utafiti uliopakiwa. Hakuna madai ya clinical benefit, health guarantee, commercial success, industrial applicability, sensory quality au exact shelf life ambayo hayapo katika study yaliyoongezwa.

Utafiti unaonyesha kuwa moderate ultrasound na lesitini kwa pamoja ni promising; lakini concentration moja tu ya yüzde 0,30 lesitini, probe type maalum, sample volume ya 50 mL na processing condition ya dakika 8 vilichunguzwa. Validation zaidi inahitajika kabla ya kuhamisha matokeo moja kwa moja kwenye vifaa tofauti, large production volumes au complex food products.

Katika preprint, inconsistency ya 75,53/73,53 coefficient katika free-sulfhydryl equation na uandishi wa NaCl na urea solutions kama 0,1 mol/L katika methods section lakini yüzde 0,1 katika figure caption vinapaswa kutathminiwa kwa uangalifu. Inconsistencies hizi zimewasilishwa bila kubadilishwa au kurekebishwa.

Neno “synergistic effect” linalotumiwa na waandishi linategemea samples zenye lesitini kuonyesha performance ya juu kuliko samples zisizo na lesitini katika ultrasound power ileile pamoja na concordance ya multiple structural analyses. Separate factorial interaction test au numerical synergy index haikuripotiwa.