Nanonyuzi za zein zilizotengenezwa kwa electrospinning ni nyenzo za nanonyuzi zinazotegemea protini, zinazoundwa kwa kubadilisha zein—mojawapo ya protini kuu za akiba katika mahindi—kuwa nyuzi nyembamba sana na endelevu chini ya uga mkubwa wa umeme. Utafiti huu wa majaribio ulichunguza athari za mkusanyiko wa protini na kasi ya ulishaji, pamoja na dutu amilifu za uso za kationi triethyl benzyl ammonium chloride (TEBAC), anioni sodium dodecyl sulfate (SDS), na isiyo ya ioni Span-80, katika miyeyusho ya zein iliyoandaliwa kwa asidi asetiki glacial, kwenye kipenyo cha nyuzi, mofolojia, sifa za kimitambo, uwezo wa kulowana, uthabiti majini, tabia ya joto na muundo wa molekuli. Kwa kubadilisha vigezo vya mchakato, kipenyo cha wastani cha nyuzi kilibadilika kati ya 208,22–1001,90 nm, huku nyongeza ya %2 ya dutu amilifu ya uso ikipunguza kipenyo hadi takriban 100 nm. SDS ilitoa kipenyo kidogo zaidi cha wastani cha nyuzi; TEBAC ilitoa uwiano bora zaidi kati ya unyembamba, uimara wa kimitambo na uhifadhi wa vipimo katika mazingira ya maji. Kizuizi kikuu cha utafiti ni kwamba utendaji halisi wa bidhaa wa nanonyuzi zilizopatikana katika ufungashaji hai wa chakula au kama kibebaji kinachodhibitiwa bado haujathibitishwa.

Kipenyo cha wastani cha sampuli ZNF_200 iliyotengenezwa kutoka kwa myeyusho wa zein wa 30% (w/v) kwa kasi ya ulishaji ya 0,5 mL/h kilikuwa 208,22 ± 46,93 nm. TEBAC, SDS na Span-80 zilipoongezwa kwenye myeyusho huohuo wa msingi kwa %2 (w/w) kulingana na zein, vipenyo vya wastani vya nyuzi vilikuwa, kwa mtiririko huo, 106,10 ± 18,58 nm, 98,92 ± 15,20 nm na 106,11 ± 17,98 nm. Kupungua kwa unene wa nyuzi kulihusishwa na dutu amilifu za uso kupunguza mvutano wa uso wa myeyusho na kuongeza upitishaji umeme, hali iliyosababisha jet ya electrospinning kunyoshwa zaidi na nguvu za kielektrastatiki.

Aina ya dutu amilifu ya uso haikubadilisha kipenyo cha nyuzi pekee, bali pia tabia ya makroskopiki ya mtandao wa protini ulioundwa. Uimara wa mvutano wa TEBAC/ZNF uliongezeka hadi 63,26 MPa, ilhali SDS/ZNF na Span-80/ZNF zilionyesha urefukaji mkubwa zaidi wakati wa kuvunjika lakini uimara mdogo wa mvutano na moduli ndogo ya Young. Dutu zote tatu amilifu za uso zilipunguza pembe ya mgusano wa maji na hivyo kuongeza uwezo wa kulowana; wakati huohuo, joto la mpito wa kioo na matokeo ya thermogravimetric yalionyesha kupungua kwa uthabiti wa joto.

Kwa hiyo, ujumbe mkuu wa utafiti si kwamba “nyuzi nyembamba zaidi daima ni nyuzi bora zaidi”. Uchaguzi wa dutu amilifu ya uso huunda uwiano wa sifa kati ya kupunguza kipenyo, uimara wa kimitambo, unyumbufu, uthabiti majini, uwezo wa kulowana na uthabiti wa joto.

Tatizo kuu la utafiti

Electrospinning hutegemea kubadilisha myeyusho wa polima au protini kuwa jet nyembamba chini ya uga mkubwa wa umeme na kuunda nyuzi za kiwango cha mikromita au nanomita wakati kiyeyushi kinapoondoka. Eneo kubwa mahsusi la uso na muundo wa vinyweleo vilivyounganishwa wa nanonyuzi ni muhimu kwa matumizi kama upakiaji wa dutu hai, utoaji unaodhibitiwa, uchujaji na ufungashaji wa chakula.

Hata hivyo, kipenyo cha nanonyuzi hakiamuliwi na volteji iliyowekwa pekee. Mkusanyiko wa polima, msongamano wa minyororo ya molekuli, mnato wa myeyusho, upitishaji umeme, mvutano wa uso, kasi ya ulishaji, umbali wa sindano–kikusanyaji na hali za mazingira huathiri tabia ya jet kwa wakati mmoja.

Katika biopolima za protini kama zein, mkusanyiko mdogo sana unaweza kupunguza kipenyo cha nyuzi; lakini msongamano wa minyororo unapokuwa hautoshi, badala ya nyuzi endelevu kunaweza kuonekana muundo wenye shanga au chembe kutokana na electrospraying. Mkusanyiko mkubwa sana unaweza kuongeza mnato, kufanya nyuzi ziwe nene na, katika hali kali, kusababisha nozeli kuziba.

Dutu Amilifu ya Uso Hupunguzaje Unene wa Nyuzi za Zein Wakati wa Electrospinning?

Katika utafiti huu, dutu amilifu za uso zilisaidia uga wa umeme kunyoosha jet ya kioevu kwa nguvu zaidi kwa kupunguza mvutano wa uso wa myeyusho wa zein na kuongeza upitishaji wake wa umeme; hivyo nyuzi zisizo na dutu amilifu ya uso zenye kipenyo cha takriban 200 nm zilipungua hadi takriban 100 nm; aidha, mwingiliano wa zein–surfactant ulibadilisha pia mpangilio wa molekuli wa minyororo ya protini.

Mfumo wa zein na asidi asetiki glacial

Zein ni protini ya mimea inayotumiwa katika matumizi ya chakula na biomaterial kwa sababu ya sifa kama uwezo wa kuoza kibiolojia na utangamano wa kibiolojia. Katika utafiti huu, %100 asidi asetiki glacial ilitumika kama kiyeyushi. Waandishi walichagua mfumo huu wa kiyeyushi kwa sababu unafaa kwa mchakato endelevu wa electrospinning wa zein na unaweza kutumika katika matumizi ya chakula.

Miyeyusho ya zein iliandaliwa katika mikusanyiko ya 30%, 35% na 40% (w/v). Zein ya unga iliongezwa kwenye asidi asetiki glacial, ikakorogwa kwa sumaku usiku kucha katika joto la kawaida la 25 ± 2 °C na ikaachwa kwa 10 dakika kabla ya electrospinning ili viputo vya hewa viondoke.

Athari za vigezo vya mchakato kwenye kipenyo cha nyuzi

Mkusanyiko wa zein ulipoongezeka kutoka 30% hadi 40%, mnato uliongezeka kutoka 0,32 Pa·s hadi 1,06 Pa·s. Mnato mkubwa husaidia msongamano mkubwa zaidi wa minyororo ya protini na huweka upinzani mkubwa zaidi dhidi ya kupungua kwa jet chini ya uga wa umeme. Katika mkusanyiko huohuo wa 40% zein, kuongeza kasi ya ulishaji kutoka 1,0 mL/h hadi 3,0 mL/h kuliongeza kipenyo cha wastani kutoka 602,28 nm hadi 1001,90 nm.

Hali za msingi za electrospinning

Athari za dutu tatu amilifu za uso kwenye sifa za myeyusho

TEBAC ilitoa upitishaji wa juu zaidi wa umeme na mvutano wa chini zaidi wa uso. Ukweli kwamba kipenyo cha nyuzi cha SDS kilikuwa kidogo kidogo kuliko cha TEBAC unaonyesha kuwa kipenyo cha nyuzi si kazi rahisi ya vigezo hivi viwili vya myeyusho pekee; mnato, mwingiliano wa kielektrastatiki na upangaji wa molekuli hufanya kazi pamoja.

Je, TEBAC, SDS na Span-80 Hutoa Matokeo Sawa?

Hapana; ingawa zote tatu zilipunguza nyuzi za zein hadi kiwango cha takriban 100 nm, TEBAC iliimarisha uimara wa kimitambo na uhifadhi wa vipimo katika maji, wakati SDS na Span-80 ziliongeza urefukaji wakati wa kuvunjika lakini zikapunguza uimara wa mvutano na ukakamavu; kwa hiyo aina ya dutu amilifu ya uso haikufanya kazi kama msaidizi wa mchakato pekee, bali kama kigezo cha nyenzo kinachoelekeza muundo wa mwisho wa nanonyuzi.

Utaratibu wa kuundwa kwa jet ya electrospinning

Myeyusho safi wa zein unapofika kwenye ncha ya kapilari huunda tone linaloning’inia. Uga wa umeme unapowekwa, tone hunyoshwa na nguvu za kielektrastatiki na jet huundwa. Jet inapoelekea kwenye kikusanyaji, asidi asetiki glacial huvukiza, minyororo ya protini hukakamaa na nyuzi huundwa.

Dutu amilifu ya uso inapoongezwa, mabadiliko matatu sambamba yanaweza kutokea:

1. Adsorption kwenye kiolesura cha gesi–kioevu hupunguza mvutano wa uso.
2. Aina za ioni au molekuli ndani ya myeyusho hubadilisha upitishaji umeme.
3. Molekuli za surfactant zinaweza kuunda miungano ya molekuli au miundo ya micelle pamoja na minyororo ya zein na zenyewe.

Mvutano mdogo wa uso hurahisisha uga wa umeme kugeuza umbo la tone na jet, huku msongamano mkubwa wa chaji unaweza kuongeza mkazo wa kielektrastatiki. Athari hizi mbili huchangia jet kunyoshwa zaidi na kubadilika kuwa nyuzi nyembamba zaidi.

Umuhimu wa chaji ya dutu amilifu ya uso

Zein katika mazingira ya asidi asetiki glacial ina chaji chanya. Kwa hiyo SDS ya anioni, TEBAC ya kationi na Span-80 isiyo na chaji haziingiliani na protini hiyo kwa namna sawa.

Ingawa TEBAC ni kationi, iliongeza upitishaji wa myeyusho hadi 225,67 µS/cm na kupunguza mvutano wa uso hadi 36,72 mN/m. Kikundi hasi cha kichwa cha SDS kinaweza kuonyesha mwingiliano wa kielektrastatiki na zein yenye chaji chanya. Kwa kuwa Span-80 haina chaji ya ioni, athari zake zimetafsiriwa kuwa zinatokea zaidi kupitia mwingiliano usio wa ioni.

Kipimo cha %2 cha dutu amilifu ya uso kilichotumika katika utafiti kilichukuliwa na waandishi kuwa juu ya viwango husika vya critical micelle concentration. Kwa hiyo ilidhaniwa kuwa katika myeyusho kunaweza kuwepo, pamoja na molekuli huru, micelle au miungano ya protini–surfactant.

Picha za SEM zilionyesha nini katika mtandao wa nyuzi?

Katika uchanganuzi wa SEM, nyuzi 200 zilizochaguliwa bila mpangilio zilipimwa kwa kila sampuli. Mkusanyiko wa zein na kasi ya ulishaji vilipobadilishwa, nyuzi zilikuwa na vipenyo tofauti lakini kwa ujumla ziliendelea kuwa na mofolojia laini, yenye umbo la vijiti.

Kuongezwa kwa dutu amilifu za uso kulipunguza kipenyo cha wastani na pia kulifanya usambazaji wa vipenyo kuwa mwembamba zaidi na kuunda mtandao wa nanonyuzi wenye msongamano zaidi. SDS/ZNF iliripotiwa kuwa sampuli yenye kipenyo kidogo zaidi cha wastani na usambazaji mwembamba zaidi, ikiwa na 98,92 ± 15,20 nm.

Majaribio ya kimitambo yalipima nini?

Mikeka ya nanonyuzi ilikatwa kuwa sampuli za 30 mm × 3 mm na kujaribiwa kwa universal testing machine kwa kasi ya crosshead ya 5 mm/min na 5 mm gauge length. Vipande vitano vya majaribio vilitumika kutoka kila sampuli ya nanonyuzi.

Uimara wa mvutano:

\[ TS=\frac{F_m}{S} \]

Hapa \(TS\) ni uimara wa mvutano, \(F_m\) ni nguvu ya juu iliyorekodiwa na \(S\) ni eneo la sehemu ya msalaba ya sampuli ya nanonyuzi. Nguvu ikitumika kwa N na eneo kwa mm², matokeo huwa katika MPa.

Urefukaji wakati wa kuvunjika:

\[ EB=\frac{(L_b-L_0)}{L_0}\times100\% \]

Hapa \(L_b\) ni urefu wakati wa kuvunjika na \(L_0\) ni urefu wa awali. \(EB\) ni thamani ya asilimia isiyo na kipimo inayoonyesha kiasi ambacho nyenzo inaweza kurefuka kabla ya kuvunjika.

Usemi uliotolewa kwenye chanzo kwa moduli ya Young ni:

\[ YM=\frac{F_m\times L_g}{S\times L_m} \]

Katika usemi huu \(L_g\) ni gauge length na \(L_m\) imefafanuliwa kama urefu wa sampuli katika mzigo wa juu. Moduli ya Young huwakilisha ukakamavu elastiki wa nyenzo; thamani kubwa ina maana ya tabia ngumu zaidi ya kimitambo.

Athari ya kipenyo cha nyuzi kwenye sifa za kimitambo

Kwa ZNF_200, uimara wa mvutano ulikuwa 11,08 MPa, urefukaji wakati wa kuvunjika %4,21 na moduli ya Young 0,97 GPa. Kadiri kipenyo cha nyuzi kilivyoongezeka, uimara wa mvutano kwanza uliongezeka kisha ukapungua; uimara wa juu zaidi wa mvutano ulikuwa 35,55 MPa katika ZNF_600.

Moduli ya Young iliongezeka pamoja na kipenyo cha nyuzi kutoka 0,97 GPa hadi 6,77 GPa, huku urefukaji wakati wa kuvunjika ukipungua. Sampuli ZNF_1000 ilionyesha urefukaji mdogo zaidi wakati wa kuvunjika, %1,86.

Dutu amilifu za uso zilibadilishaje tabia ya kimitambo?

Athari ya TEBAC haikuwa kupunguza unene wa nyuzi pekee; upangaji wa minyororo ya protini na mtandao wa nyuzi pia ulibadilika. Kinyume chake, SDS na Span-80 ziliunda mitandao inayokubali deformation zaidi lakini hubeba mzigo mdogo.

Onyo la kitengo ndani ya chanzo: Kwa TEBAC/ZNF, moduli ya Young imetolewa kama “2,86 MPa” katika maandishi makuu. Katika sehemu hiyohiyo, thamani nyingine za moduli ya Young zimeripotiwa kwa GPa na mhimili wa moduli ya Young wa Kielelezo 2 pia uko kwenye skeli ya GPa. Kitengo hiki katika chanzo hakijabadilishwa kimya kimya na Verianla.

Uwezo wa uso kulowana

Pembe ya mgusano wa maji ilitumika kutathmini kiasi ambacho uso hulowana na maji. Kipenyo cha nyuzi kilipoongezeka kutoka takriban 200 nm hadi 1000 nm, pembe ya mgusano ilipungua kutoka 120,88° hadi 80,65°. Chanzo kinahusisha hili na vinyweleo vikubwa zaidi katika nyuzi nene kuruhusu maji kupenya.

Dutu zote tatu amilifu za uso zilipunguza pembe ya mgusano ikilinganishwa na nyuzi za takriban 200 nm zisizo na dutu amilifu ya uso. Chanzo kinatafsiri hili kama hydrophilicity/uwezo mkubwa zaidi wa kulowana.

Kwa Nini TEBAC Inajitokeza Kwa Ustahimilivu wa Maji?

Katika jaribio la kuzamisha kwa saa 24 katika maji yaliyodeionishwa, TEBAC/ZNF ilihifadhi %31,43 ya eneo la awali, huku ZNF_200 isiyo na dutu amilifu ya uso ikihifadhi %20,60, Span-80/ZNF %23,63 na SDS/ZNF %2,07 pekee; kwa hiyo TEBAC ilitoa uthabiti bora zaidi wa vipimo majini pamoja na unyembamba wa nyuzi kati ya surfactant zilizojaribiwa.

Jaribio la kuzamisha majini kwa saa 24

Kila mkao wa nanonyuzi uliandaliwa kwa ukubwa wa 2,5 cm × 2,5 cm na kuzamishwa katika 35 mL za maji yaliyodeionishwa kwa saa 24. Baada ya kuzamishwa, sampuli zilipitia freeze-drying na mofolojia zake zikachunguzwa kwa SEM.

Iliripotiwa kuwa sampuli zisizo na dutu amilifu ya uso ZNF_200, ZNF_400 na ZNF_600 zilihifadhi, kwa mtiririko huo, %20,60, %15,00 na %29,68 ya eneo lao la awali baada ya saa 24. ZNF_1000 ilivimba mwanzoni; baada ya saa 6 eneo lake lilikuwa %93,60 ya awali, na baada ya mgusano mrefu zaidi ilipoteza uadilifu wake.

Katika baadhi ya sentensi za sehemu hii, maandishi ya chanzo yanatumia neno “volume”. Hata hivyo, maelezo ya jaribio, kichwa cha Kielelezo 4 na mhimili wa y wa grafu hupima mabadiliko ya eneo. Kwa hiyo hapa kiasi hiki kimeelezwa kama “eneo lililohifadhiwa”.

Tabia ya joto: DSC

Katika majaribio ya DSC, sampuli ya takriban 5,0 ± 0,1 mg ilitumika. Sampuli kwanza zilipashwa kutoka 25–200 °C kwa kasi ya 10 °C/min, kisha zikapozwa kutoka 200 °C hadi −10 °C na kupashwa tena kutoka −10–200 °C kwa kasi hiyohiyo. Uchambuzi ulifanywa katika angahewa ya nitrojeni na joto la mpito wa kioo \(T_g\) likaamuliwa kutoka skani ya pili ya kupasha.

Mabadiliko ya kipenyo cha nyuzi katika masafa ya 200–1000 nm yalibadilisha \(T_g\) kwa kiwango kidogo tu, huku dutu amilifu za uso zikishusha joto la mpito wa kioo kwa kiasi kikubwa. Upungufu mkubwa zaidi ulionekana katika TEBAC/ZNF.

Tabia ya thermogravimetric

Katika uchanganuzi wa TGA, sampuli ya takriban 5 mg ilipashwa kutoka 25 °C hadi 600 °C kwa kasi ya 10 °C/min. Chanzo kinaeleza hatua tatu za jumla za kupotea kwa wingi: kupotea kwa maji chini ya 100 °C, kuvunjika kwa peptidi zenye uzito mdogo wa molekuli kati ya 100–225 °C, na uharibifu mkuu wa joto wa zein kati ya 225–600 °C.

DSC na TGA zikizingatiwa pamoja, inaonekana kuwa kuongezwa kwa dutu amilifu ya uso huongeza unyembamba wa nyuzi na uwezo wa kulowana, lakini huleta gharama katika uthabiti wa joto.

Uchunguzi wa mwingiliano wa molekuli kwa ATR–FTIR

Spektra za ATR–FTIR zilirekodiwa katika masafa ya 4000–400 cm⁻¹, kwa azimio la 4 cm⁻¹ na skani 32 kwa kila sampuli. Muundo wa pili wa protini ulichambuliwa katika eneo la amide I la 1600–1700 cm⁻¹.

Chanzo kilifuatilia bendi bainifu za amide I, amide II na amide III za zein, pamoja na mitetemo ya N–H na C–H. Kuongezwa kwa TEBAC, SDS na Span-80 kulibadilisha nguvu na nafasi za vilele mbalimbali, hali iliyoashiria kuwepo kwa mwingiliano wa molekuli kati ya zein na dutu amilifu ya uso.

Katika TEBAC/ZNF, bendi za 3296 na 2966 cm⁻¹ ziliripotiwa kuhamia 3311 na 2988 cm⁻¹, kwa mtiririko huo. Kuongezwa kwa SDS kulibadilisha bendi karibu na 2966, 1541 na 1243 cm⁻¹ na kusababisha uhamaji mdogo katika bendi ya amide I kutoka 1654 hadi 1652 cm⁻¹. Kwa Span-80 pia mabadiliko yalionekana katika nguvu na nafasi za baadhi ya bendi; chanzo kiliuhusisha mfumo huu hasa na mwingiliano usio wa kielektrastatiki.

Muundo wa pili wa protini

Kadiri kipenyo cha nyuzi kilivyoongezeka, sehemu za β-sheet na α-helix ziliongezeka huku sehemu ya β-turn ikipungua kwa kiasi kikubwa. Kati ya sampuli zenye dutu amilifu ya uso, SDS/ZNF ilionyesha mabadiliko makubwa zaidi katika muundo wa pili, na TEBAC/ZNF mabadiliko madogo zaidi.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Vifaa

Zein ilipatikana kutoka Sigma–Aldrich; %100 asidi asetiki glacial kutoka Aladdin Inc.; na SDS, Span-80 na TEBAC kutoka Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd.

Utayarishaji wa sampuli

Miyeyusho ya zein ya 30%, 35% na 40% (w/v) iliandaliwa kwa kukorogwa kwa sumaku usiku kucha katika 25 ± 2 °C. Kwa kila jaribio la electrospinning, 2 mL ya myeyusho iliwekwa kwenye sindano ya 10 mL. Katika majaribio yenye dutu amilifu za uso, %2 (w/w) TEBAC, SDS au Span-80 kulingana na zein iliongezwa kwenye myeyusho wa 30% zein na kukorogwa kwa saa 2 zaidi katika joto la kawaida kabla ya electrospinning.

Uainishaji wa myeyusho

Upitishaji umeme ulipimwa kwa Starter 300 conductivity meter, mnato kwa DHR rotational rheometer na mvutano wa uso kwa ADVance surface tensiometer. Mnato ulirekodiwa katika shear rate ya 100 s⁻¹. Majaribio haya yalifanywa kwa marudio matatu kwa kila myeyusho katika 25 ± 1 °C.

SEM na upimaji wa kipenyo cha nyuzi

Mofolojia ya nanonyuzi ilichunguzwa kwa scanning electron microscopy, na kabla ya kupigwa picha sampuli ziliwekwa dhahabu kwa sputter-coated. Vipenyo vya nyuzi vilihesabiwa kwa ImageJ 1.8.0 na nyuzi 200 zilizochaguliwa bila mpangilio zilipimwa kutoka kila sampuli.

Uainishaji wa kimitambo

Sampuli za 30 mm × 3 mm zilijaribiwa kwenye universal testing machine kwa 5 mm/min crosshead speed na 5 mm gauge length. Sampuli tano za majaribio zilitumika kwa kila kundi la nanonyuzi. Uimara wa mvutano, urefukaji wakati wa kuvunjika na moduli ya Young zilihesabiwa.

Pembe ya mgusano wa maji

Mikeka ya nanonyuzi ilifungwa bapa kwenye slaidi ya kioo, 3 µL ya maji yaliyodistiliwa ikadondoshwa kwenye uso na picha zikachukuliwa ndani ya sekunde 5. Vipimo vitano huru vilifanywa kwa kila sampuli.

Uthabiti majini

Sampuli za nanonyuzi za 2,5 cm × 2,5 cm ziliwekwa katika 35 mL za maji yaliyodeionishwa kwa saa 24. Baada ya kuzamishwa, sampuli zilifanyiwa freeze-drying, na mabadiliko ya eneo la makroskopiki pamoja na mofolojia za SEM zikachunguzwa.

DSC na TGA

Katika DSC, sampuli ya 5,0 ± 0,1 mg ilitumika; upashaji wa kwanza ulifanyika 25–200 °C, kupoza 200 hadi −10 °C na upashaji wa pili −10–200 °C, zote kwa 10 °C/min. Katika TGA, sampuli ya takriban 5 mg ilipashwa katika 25–600 °C kwa 10 °C/min.

ATR–FTIR na uchanganuzi wa muundo wa pili

Katika kifaa cha Nicolet 6700 ATR–FTIR, skani 32 zilichukuliwa katika 4000–400 cm⁻¹ kwa azimio la 4 cm⁻¹. Vipengele vya spektra vya 1600–1700 cm⁻¹ katika eneo la amide I vilitathminiwa kwa kutumia PeakFit 4.12 na OMNIC 9.2.

Uchambuzi wa takwimu

Uchambuzi wa takwimu ulifanywa kwa SPSS Statistics 20.0. Chanzo kinaeleza kuwa data za jumla ziliripotiwa kama wastani ± mkengeuko wa kawaida kwa \(n=3\). Tofauti kati ya makundi zilitathminiwa kwa one-way ANOVA na Duncan multiple range test; kiwango cha umuhimu wa kitakwimu kilichukuliwa kuwa \(p<0.05\).

Idadi ya marudio inaweza kutofautiana katika taratibu maalum za majaribio: katika sehemu ya majaribio ya kimitambo, sampuli tano kwa kila kundi zimeelezwa wazi, na katika pembe ya mgusano wa maji vipimo vitano huru vimeelezwa. Kwa hiyo, kauli ya jumla ya \(n=3\) katika chanzo haipaswi kufasiriwa kuwa idadi moja ya marudio kwa aina zote za vipimo.

Uhusiano wa mchakato–muundo–sifa

Matokeo ya utafiti yanaonyesha utaratibu uliounganishwa wa mchakato–muundo–sifa badala ya mlolongo wa kigezo kimoja:

Mkusanyiko wa zein / kasi ya ulishaji / aina ya surfactant → mnato, mvutano wa uso na upitishaji umeme → kunyoshwa kwa jet na upangaji wa minyororo → kipenyo cha nyuzi na mofolojia ya mtandao wa nyuzi → sifa za kimitambo, uwezo wa kulowana, uthabiti majini na tabia ya joto.

Katika mlolongo huu, si lazima matokeo tofauti yabadilike katika mwelekeo mmoja. SDS iliunda nyuzi nyembamba zaidi lakini ilipunguza sana uimara wa kimitambo. TEBAC ilitengeneza nyuzi zilizo nene kidogo tu, lakini ikatoa uimara mkubwa zaidi wa mvutano na uhifadhi bora wa vipimo katika maji.

Matokeo yanayoungwa mkono moja kwa moja na utafiti

• Katika hali za mchakato zilizojaribiwa, kuongeza mkusanyiko wa zein na kasi ya ulishaji kuliongeza kipenyo cha nyuzi.
• Kuongezwa kwa %2 TEBAC, SDS na Span-80, zote tatu, kulipunguza kipenyo cha nyuzi hadi takriban 100 nm katika mfumo wa 30% zein.
• SDS/ZNF ilitoa kipenyo kidogo zaidi cha wastani cha nyuzi, 98,92 ± 15,20 nm.
• TEBAC iliongeza upitishaji wa myeyusho kwa kiwango kikubwa zaidi na kupunguza mvutano wa uso kwa kiwango kikubwa zaidi.
• TEBAC/ZNF iliongeza uimara wa mvutano kutoka 11,08 MPa hadi 63,26 MPa.
• SDS na Span-80 ziliongeza urefukaji wakati wa kuvunjika lakini zikapunguza uimara wa mvutano na ukakamavu.
• Dutu zote tatu amilifu za uso zilipunguza pembe ya mgusano wa maji.
• TEBAC/ZNF ilionyesha uhifadhi mkubwa zaidi wa eneo baada ya saa 24 ikilinganishwa na ZNF_200.
• Dutu zote tatu amilifu za uso zilihusishwa na mabadiliko yanayopunguza uthabiti wa joto katika tathmini ya DSC/TGA.
• FTIR na uchanganuzi wa muundo wa pili uliunga mkono mwingiliano tofauti wa zein–surfactant unaotegemea aina ya surfactant.

Matokeo ambayo utafiti hauungi mkono moja kwa moja

• Uwezo wa kutengeneza nyuzi za takriban 100 nm hauthibitishi kuwa maisha ya rafu yameongezeka katika ufungashaji halisi wa chakula.
• Utafiti haukupima moja kwa moja mzigo wa vijidudu au oksidesheni ya lipidi katika vyakula vilivyofungwa kwa nanonyuzi hizi.
• Upakiaji wa mawakala hai wa antimikrobia au antioxidant na utendaji wa utoaji unaodhibitiwa haujathibitishwa katika seti hii ya majaribio.
• Hali za maabara za electrospinning hazimaanishi kuwa uzalishaji wa mfululizo katika kiwango cha viwanda umethibitishwa.
• Kwamba TEBAC ilitoa utendaji wa nyenzo uliosawazika zaidi hapa haimaanishi kuwa itatoa matokeo sawa katika mifumo yote ya protini, kiyeyushi au dutu amilifu za uso.
• Kwamba SDS ilitoa kipenyo kidogo zaidi cha nyuzi hakufanyi iwe chaguo bora kwa matumizi yote.

Nguvu na mapungufu ya utafiti

Nguvu muhimu ya utafiti ni kwamba haukupima kipenyo cha nyuzi pekee; ulitathmini pamoja fizikia ya myeyusho, mofolojia ya SEM, sifa za kimitambo, uwezo wa uso kulowana, uthabiti majini, uchanganuzi wa joto na spectroscopy ya molekuli katika mfumo mmoja. Hivyo, matokeo ya vigezo vya mchakato si tu kwenye kipenyo cha mikroskopiki, bali pia kwenye utendaji wa makroskopiki wa nyenzo yaliweza kulinganishwa.

Hata hivyo, utafiti ni wa kiwango cha maabara. Waandishi wanaeleza kuwa kuongeza kiwango na urudiwaji wa mchakato wa electrospinning unaosaidiwa na surfactant vinahitaji kuchunguzwa kando. Utendaji wa ufungashaji hai na ubebaji unaodhibitiwa katika mifumo halisi ya chakula haujathibitishwa.

Hasa, matumizi kama tabaka la mipako tendaji linalobeba mawakala wa antioxidant au antimikrobia katika bidhaa safi na zilizosindikwa za kondoo si matokeo ya majaribio ya utafiti huu, bali ni eneo la matumizi linalopendekezwa kuthibitishwa baadaye.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Utafiti asilia: Formation and Properties of Electrospun Zein Nanofibers from Glacial Acetic Acid Solutions: Effects of Process Variables and Surfactants

Waandishi: Shumin Wang; Xiaolin Liang; Hanyu Chai; Shaohua Lin; Yankun Fu; Xiaofei Liu; Hongyu Li; Pengjie Wang.

Waandishi wanaowajibika: Hongyu Li na Pengjie Wang.

Taasisi: College of Food and Bio-Engineering, Beijing Vocational College of Agriculture, Beijing, China; Department of Nutrition and Health, China Agricultural University, Beijing, China; Liaocheng Academy of Agricultural Sciences, Liaocheng, China.

Jarida: Foods.

Mchapishaji: MDPI.

Rekodi ya kibibliografia: Foods 2026, 15(17), 3156.

DOI: 10.3390/foods15173156

Aina ya chanzo: Makala ya utafiti wa majaribio iliyopitiwa na wataalamu.

Mhariri wa kitaaluma: Rui M. S. Cruz.

Imepokelewa: 3 Agosti 2026.

Marekebisho: 28 Agosti 2026.

Imekubaliwa: 1 Septemba 2026.

Imechapishwa: 5 Septemba 2026.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Ufadhili: Mradi “Research on Key Common Technologies for Mutton Sheep Processing and High-Value Utilization of Its By-Products” chini ya Key Special Project of “Technology Promotes Mongolia” Action, NMKJXM202204; pamoja na China Dairy Industry Association Dairy Science and Technology Innovation Fund–Tetra Pak Special Project, CDIAKCJJ-TP-2025-002.

Kamati ya maadili: Haitumiki.

Ridhaa yenye taarifa: Haitumiki.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kuwa michango asilia ya utafiti inapatikana ndani ya makala na Supplementary Materials; maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa corresponding authors.

Mgongano wa maslahi: Waandishi waliripoti kuwa hakuna mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana Pengjie Wang na Hongyu Li; mbinu Shumin Wang na Xiaofei Liu; programu Shaohua Lin; uthibitishaji Hanyu Chai na Shaohua Lin; uchambuzi rasmi Yankun Fu; uchunguzi Hongyu Li; rasilimali Shumin Wang na Pengjie Wang; usimamizi wa data Hanyu Chai na Hongyu Li; rasimu ya kwanza Shumin Wang; mapitio na uhariri Xiaolin Liang; uoneshaji Xiaolin Liang; usimamizi Pengjie Wang; usimamizi wa mradi Hongyu Li; upatikanaji wa ufadhili Pengjie Wang na Shumin Wang.

Dokezo la kiufundi ndani ya chanzo: Moduli ya Young ya TEBAC/ZNF imeandikwa kama 2,86 MPa katika maandishi makuu, lakini skeli ya moduli ya Young katika kielelezo hicho na sampuli nyingine iko katika GPa. Aidha, baadhi ya sentensi katika sehemu ya kuzamisha majini hutumia neno “volume”, ilhali jaribio na Kielelezo 4 hupima uwiano wa eneo. Kutolingana huku hakukusahihishwa kimya kimya.

Kizuizi kikuu cha kimetodolojia: Utafiti ni wa electrospinning na uainishaji wa nyenzo katika kiwango cha maabara. Kuongeza kiwango hadi viwandani, urudiwaji wa muda mrefu wa uzalishaji, maisha ya rafu katika ufungashaji halisi wa chakula, ufanisi wa antimikrobia/antioxidant na utoaji unaodhibitiwa wa dutu hai havikujaribiwa moja kwa moja.