توصيفگر ها :
كروموكلوريس زوفينجنسيس (كلرلا زوفينجنسيس) , كاروتنوئيد , آستازانتين , ميكروفلوئيديك , ريزكپسولاسيون , آلژينات سديم
چكيده فارسي :
ريزجلبكها بعنوان ميكروارگانيسمهاي فتوسنتزكننده، داراي محتواي غني از تركيبات زيست فعال نظير پروتئينها، ليپيدها، كربوهيدراتها، ويتامينها و آنتياكسيدانها است. اين ويژگيها، باعث رشد چشمگير كاربرد ريزجلبكها در صنايع مختلف شدهاست. با اين حال، حساسيت سلولهاي ريزجلبك به عوامل محيطي مانند دما، pH و نور شديد چالشهاي قابلتوجهي را در حفظ زيستي و فعاليت بيولوژيكي آنها در فرايندهاي صنعتي و كاربردهاي نهايي ايجاد ميكند. بمنظور غلبه بر اين چالشها، روش ريزكپسولاسيون بعنوان يك راهحل مؤثر مورد توجه قرار گرفتهاست. از طرفي، فناوري ميكروفلوئيديك به دليل قابليتهاي منحصربهفرد آن، روشي كارآمد براي انجام فرايند ريزكپسولاسيون است. اين ويژگيها منجر به بهبود بازدهي ريزكپسولاسيون، كاهش مصرف مواد اوليه و ايجاد ريزكپسولهايي با توزيع اندازه باريك و پايداري بالا ميشود. هدف اين پژوهش، ريزكپسولاسيون سلولهاي ريزجلبك درون ريزكپسولهاي آلژينات با استفاده از فناوري ميكروفلوئيديك بهمنظور حفظ خواص آنهاست. محلول آبي آلژينات سديم حاوي ريزجلبكها (فاز آبي) در يك تراشه ميكروفلوئيديك جريان متمركز با ديوارههاي آبگريز، در تماس با روغن معدني حاوي ماده فعال سطحي Span-80 (فاز آلي) قرار گرفت تا ميكروقطرات آلژينات حامل ريزجلبكها در اين تراشه شكل گيرد. مايع دو فازي در خروجي تراشه درون يك ظرف حامل محلول آبي كلسيم كلرايد جمعآوري ميگرديد تا در اين حين، آلژينات در تماس با كلسيم كلرايد ژل شده و ريزكپسولها شكل گيرد. اندازه ريزكپسولها در اين كار در بازه µm 97 تا µm 205 قرار داشت. نتايج نشان داد دبي حجمي فازها، نسبت دبي حجمي فازها و غلظت آلژينات تاثير قابل توجهي بر اندازه ريزكپسولها دارند. غلظت ريزجلبكها نيز بر اندازه ريزكپسول تاثير معناداري داشت اما قدرت تاثير آن خفيفتر از سه پارامتر ذكر شده بود. بمنظور بررسي پايداري ريزجلبكهاي پوشش داده شده، فازهاي آبي با غلظت cell/ml 106 × 8 از ريزجلبك و غلظتهاي متفاوت از آلژينات استفاده گرديد. سلولهاي ريزجلبك پوشش داده شده و آزاد در معرض نور شديد 40000 لوكس به مدت 20 روز قرار داده شدند. نتايج اندازهگيري كاروتنوئيد كل و تصاوير گرفته شده نشان داد كه در غلظتهاي (wt/v) %5/1 و (wt/v) %5/2 از آلژينات، به ترتيب %69/48 و %38/59 از كاروتنوئيد ريزجلبكهاي پوشش داده شده حفظ گرديد در حالي كه ريزجلبكهاي آزاد تقريباً تمام كاروتنوئيد خود را از دست دادند و بيرنگ شدند. يافتههاي اين پژوهش نهتنها پتانسيل بالاي فناوري ميكروفلوئيديك در توسعه سيستمهاي ريزكپسولاسيون ريزجلبكها را تأكيد ميكند، بلكه نشان ميدهد ريزكپسولاسيون ريزجلبكها در آلژينات ميتواند به ميزان قابلتوجهي منجر به حفظ مواد مورد نظر در آنها گردد.
چكيده انگليسي :
Microalgae, as photosynthetic microorganisms, contain a rich composition of bioactive compounds such as proteins, lipids, carbohydrates, vitamins, and antioxidants. These characteristics have led to the remarkable expansion of microalgae applications in various industries. However, the sensitivity of microalgal cells to environmental factors such as temperature, pH, and intense light creates significant challenges in maintaining their viability and biological activity in industrial processes and end-use applications. To address these challenges, microencapsulation has been considered an effective solution. Moreover, microfluidic technology, due to its unique capabilities, provides an efficient approach for performing microencapsulation processes. These advantages lead to improved encapsulation efficiency, reduced raw material consumption, and the production of microcapsules with narrow size distribution and high stability. The aim of this study was the microencapsulation of microalgal cells within alginate microcapsules using microfluidic technology in order to preserve their properties. An aqueous sodium alginate solution containing microalgae (aqueous phase) was injected into a hydrophobic-walled flow-focusing microfluidic chip, where it came into contact with mineral oil containing the surfactant Span-80 (oil phase). This resulted in the formation of alginate microdroplets carrying microalgae inside the chip. The biphasic fluid exiting the chip was collected in a container filled with aqueous calcium chloride solution, during which the alginate gelled upon contact with calcium chloride and microcapsules were formed. The size of the microcapsules in this study ranged from 97 to 205 µm. The results showed that the flow rates of the phases, the volumetric flow rate ratio of the phases, and the alginate concentration had a significant effect on the microcapsule size. In addition, the concentration of microalgae also had a meaningful effect on microcapsule size, although its influence was weaker compared to the three aforementioned parameters. To evaluate the stability of encapsulated microalgae, aqueous phases with a microalgal concentration of 8 × 10^6 cells/ml and different alginate concentrations were used. Free and encapsulated microalgal cells were exposed to intense light (40,000 lux) for 20 days. Measurements of total carotenoids and microscopic imaging showed that at alginate concentrations of 1.5% (wt/v) and 2.5% (wt/v), 48,69% and 59.38% of the carotenoids of encapsulated microalgae were preserved, respectively, while free microalgae lost nearly all their carotenoids and became decolorized. The findings of this study not only emphasize the great potential of microfluidic technology in the development of microalgae encapsulation systems, but also demonstrate that encapsulating microalgae in alginate can significantly contribute to the preservation of their valuable compounds.