این پژوهش به بررسی تولید نانوذرات ایزوله پروتئین کنجد (SPIN) حاصل از کنجاله دانه کنجد، یک فرآورده جانبی کشاورزی، از طریق فرآیند حرارتی و ژل زایی القایی با نمک، به منظور فرموله سازی امولسیون های پیکرینگ با فاز داخلی بالا (HIPPE) و سپس مدلسازی پایداری آن به روش سریهای زمانی با هدف ارتقای مدیریت پایدار ضایعات غذایی، میپردازد. نانوذرات از نظر ویژگی های فیزیکوشیمیایی، حرارتی، ساختاری و مورفولوژیکی مورد بررسی قرار گرفتند. اندازه نانوذرات SPIN در بازه 172 تا 318 نانومتر بود و سطح آن ها نسبت به ایزوله پروتئین کنجد (SPI)، آب گریزتر شد. اثر SPI و SPIN بر خواص بین سطحی، حلالیت، ظرفیت امولسیفایری، پایداری امولسیون و ویژگی های کف بررسی شد. نتایج نشان داد که کشش بین سطحی با افزایش غلظت پروتئین کاهش یافته و SPIN نسبت به SPI عملکرد بهتری دارد. حلالیت SPI و SPIN وابسته به غلظت و pH بود و کمترین حلالیت در نزدیکی نقطه ایزوالکتریک (5pH) مشاهده شد. ظرفیت امولسیفایری و شاخص پایداری امولسیون با افزایش غلظت پروتئین و دوری از نقطه ایزوالکتریک افزایش یافت. همچنین، ظرفیت و پایداری کف با ویژگی های بین سطحی، آب گریزی و بار سطحی پروتئین ها مرتبط بود و SPIN به دلیل فعالیت سطحی بیشتر و آب گریزی بالاتر، کف پایدارتر ایجاد کرد. طیف سنجی FTIR نشان داد که فرآیند تهیه نانوذره منجر به بازچینی ساختاری پروتئین، تشکیل پیوندهای هیدروژنی و تعاملات یونی جدید و تغییر در ساختار سطح نانوذرات شد. آنالیز گرماوزنی و مشتق آن بیانگر دو مرحله کاهش وزن برای SPI و SPIN بود که کاهش وزن در SPIN با شروع زودتر و شیب تندتر مشاهده شد، که ناشی از نسبت سطح به حجم بالاتر و افزایش تماس با محیط حرارتی بود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دادند که SPIN دارای مورفولوژی نسبتا کروی و دارای زوایا و فضای خالی بین ذره ای است، در حالی که SPI ساختاری نامنظم و توده ای با سطح زبر از خود نشان داد. امولسیون های HIPPE با سه غلظت SPIN (5/0، 1 و 2%w/v ) تهیه شدند. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت SPIN، اندازه قطرات کاهش و یکنواختی توزیع افزایش یافت. میانگین اندازه قطرات مولسیون در روز صفر از 1/4 9/7 میکرومتر در غلظت 5/0% به 52/2 8/3 میکرومتر در غلظت 2% کاهش یافت و پس از 28 روز، نمونه 2% با میانگین قطر 2/1 8/37 میکرومتر، مورفولوژی یکنواخت خود را حفظ کرد. در حالی که نمونه 5/0% غیر یکنواخت با قطرات 8/1 6/129 میکرومتر مشاهده شد. شاخص خامه ای شدن نشان داد که با افزایش غلظت SPIN از 5/0% به 2%، پایداری در برابر خامه ای شدن به طور معنی داری (05/0 p <) افزایش یافت. تمامی نمونه های HIPPE در هر سه غلظت SPIN رفتار غیرنیوتنی رقیق شونده داشتند و ویسکوزیته با افزایش غلظت افزایش یافت. تحلیل رئولوژیکی نشان داد که مدول ذخیره ای (G) در تمام نمونه ها از مدول افت (G) پیشی گرفت و بیشترین مقدار G در نمونه 2% ثبت شد، که نشان دهنده رفتار شبه جامد آنها است. تصاویر TEM و CLSM نشان دادند که قطرات روغن توسط SPIN گرفتار شده و نانوذرات به عنوان لایه محافظ دور قطرات عمل کرده و شبکه در شبکه سه بعدی تثبیت شده ایجاد می کنند. برای بررسی رفتار دینامیکی پایداری، داده های سری زمانی HIPPE در بازه چهار هفته ای ثبت شد. آزمون دیکی-فولر مقدار آماره98130/1- و 295/0 p=را گزارش کرد که حاکی از نایستایی سری اولیه بود. پس از یک مرتبه تفاضل گیری، داده ها ایستا شدند (آماره آزمون دیکی فولر 82586/7-، 001/0p<) و بر اساس تحلیل نمودارهای ACF ، PACF و برازش چندین مدل،ARIMA(0,1,2) به عنوان مدل بهینه انتخاب گردید. ضرایب مؤلفه های میانگین متحرک در این مدل معنادار بودند (05/0 p <). تحلیل باقیمانده ها از طریق نمودار پراکندگی، احتمال نرمال و آزمون Ljung-Box نشان داد که خطاها دارای توزیع نرمال، مستقل و فاقد خودهمبستگی معنادار هستند. همچنین، داده های واقعی در محدوده باندهای پیش بینی با سطح اطمینان 95% قرار گرفتند که بیانگر دقت بالای مدل در برازش داده ها و پیش بینی رفتار پایداری امولسیون ها است.
کلمات کلیدی: نانوذرات پروتئین کنجد، امولسیون های پیکرینگ با فاز داخلی بالا، پایداری امولسیون، مدلسازی سری زمانی