تحقیقات مهندسی صنایع غذایی

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اطلاعات آماری نشریه

اخبار و اعلانات

بهینه سازی شرایط عملیاتی تولید نانوامولسیون اسانس روغنی زیره سیاه تحت شرایط آب مادون بحرانی با روش پاسخ سطح و بررسی خاصیت آنتی اکسیدانی و ضد باکتریایی آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشگاه کردستان، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی شیمی

10.22092/fooder.2026.371342.1436

چکیده

اسانس زیره سیاه با دارا بودن ترکیبات آنتی‌اکسیدانی کارآمد و خواص ضدباکتریایی قوی، به‌عنوان یک منبع طبیعی با پتانسیل بالای کاربرد در صنایع غذایی معرفی می‌شود. بهینه‌سازی شرایط عملیاتی تولید نانوامولسیون این اسانس تحت شرایط آب مادون بحرانی با روش پاسخ‌سطح، با توزیع یکنواخت، پایداری بالا و افزایش دسترسی زیستی ترکیبات فعال است. در تحقیق حاضر فرمولاسیون سه ماده فاز روغنی (اسانس زیره سیاه)، فاز آبی (آب‌مقطر) و امولسیفایر (توئین 80) به ترتیب با مقادیر حجمی 0.62، 21.63 و 2.75 میلی‌لیتر مخلوط گردیده و جهت بهینه‌سازی شرایط عملیاتی (دما و زمان) تولید نانوامولسیون با استفاده از روش آب مادونبحرانی طراحی آزمایش با روش پاسخ‌سطح در بازه دمایی 190-110 درجه سانتی‌گراد با مدت زمان حرارت دهی در آون در بازه 120-60 دقیقه انجام گرفت. پس از بهینه‌سازی انجام‌گرفته نتایج نشان داد که دمای 161 درجه سلسیوس و مدت‌زمان 97 دقیقه مناسب‌ترین حالت جهت تولید نانوامولسیون بوده که در این حالت کمترین میانگین اندازه ذرات (141 نانومتر) و کمترین شاخص پراکندگی 0.183 بدست آمد. خواص نانوامولسیون اسانس روغنی زیره سیاه تولیدشده در شرایط بهینه مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج حاصل از خاصیت آنتی‌اکسیدانی 53.63% و خاصیت ضد باکتریایی (قطر هاله ایجاد شده جهت جلوگیری از رشد باکتری) در مقابل دو باکتری گرم مثبت استافیلوکوکوس ارورئوس و گرم منفی اشرشیا کولی به ترتیب 1.8 و 1.6 سانتی متر بدست آمد، در نهایت نتایج حاصل از پایداری محصول تولید شده توسط آنالیز پتانسیل زتا مقدار 25.87- میلی ولت را نشان داد که نشان دهنده پایداری بالایی از محصول تولید شده می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimization of operating conditions for the production of Carum Carvi essential oil nanoemulsion under subcritical water conditions using the RSM method and investigation of its antioxidant and antibacterial properties

نویسنده [English]

  • Omid Ahmadi

Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran

چکیده [English]

Carum Carvi essential oil, possessing effective antioxidant compounds and strong antibacterial properties, is introduced as a natural source with high potential for applications in the food and healthcare industries. Optimizing the operational conditions for producing the nanoemulsion of this essential oil under subcritical water conditions using a response surface methodology provides uniform distribution, improved stability, and enhanced bioavailability of the active constituents. In this study, the oil phase (Carum Carvi essential oil), the aqueous phase (distilled water), and the emulsifier (Tween 80) were mixed in volume ratios of 0.62, 21.63, 2.75 mL, respectively, to optimize the operating conditions (temperature and time) for nanoemulsion production via subcritical water method. A design of experiments with a response surface approach was conducted in the temperature range of 110–190 °C and heating times of 60–120 minutes. Following optimization, the results indicated that a temperature of 161 °C and duration of 97 minutes were the most suitable conditions for nanoemulsion production, yielding the smallest average particle size (141 nm) and the lowest polydispersity index of 0.183. The properties of the nanoemulsion produced under the optimal conditions were evaluated: antioxidant activity of 63.53 %, and antibacterial activity (zone diameter indicating inhibition of growth) against both the Gram-positive Staphylococcus aureus and the Gram-negative Escherichia coli, measured at 1.8 cm and 1.6 cm respectively. Finally, the product stability, assessed by zeta potential analysis, showed −25.87 mV, indicating high stability of the produced product.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Subcritical water
  • Carum Carvi essential oil
  • antioxidant
  • antibacterial
  • nanoemulsion
مراجع
Ahmadi, O. (2024). Nanoemulsion of cinnamon essential oil: production by subcritical water method and evaluation of its antifungal and antioxidant properties. Green chemistry and sustainable technologies, 19(3), 1-12.
Ahmadi, O. (2025). Optimizing the operating conditions of temperature and time of whey desalination process using cationic resins by response surface method. Food Engineering Research, 24(1), 1-14.
Ahmadi, O., & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2020a). Effectiveness of soluble oxygen in preparation of thyme oil nanoemulsion-simulation and characterization. Iranian Chemical Engineering Journal, 19(110), 42-53.
Ahmadi, O., & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2020b). Mass Transfer Modeling in the Process of Thyme Essential Oil Extraction and Evaluation of Physico-Chemical Properties. Iranian Chemical Engineering Journal, 19(109), 27-36.
Ahmadi, O., & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2021). Simulation of the Preparation of Thyme Essential Oil Nanoemulsion Process Using Sub-critical Water and Evaluation of Its Properties. Iranian Journal of Biosystems Engineering, 51(4), 705-714.
Alqarni, M. H., Foudah, A. I., Aodah, A. H., Alkholifi, F. K., Salkini, M. A., & Alam, A. (2023). Caraway Nanoemulsion gel: a potential antibacterial treatment against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Gels, 9(3), 193.
Beigzadeh, R., & Ahmadi, O. (2025). Comparison of modeling with fuzzy logic method and mixture design in predicting the formulation of ziziphora essential oil nanoemulsion production. Innovative Food Technologies, 12(2), 114-135.
Esmaili, S., Zinsaz, P., Ahmadi, O., Najian, Y., Vaghari, H., & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2022). Screening of four accelerated synthesized techniques in green fabrication of ZnO nanoparticles using Willow leaf extract. Zeitschrift für Physikalische Chemie, 236(11-12), 1567-1581.
Ghavidel, F., Javadi, A., Anarjan, N., & Jafarizadeh-Malmiri, H. (2021). New approach in process intensification based on subcritical water, as green solvent, in propolis oil in water nanoemulsion preparation. Green Processing Synthesis, 10(1), 208-218.
Haro-González, J. N., Martínez-Velázquez, M., Castillo-Herrera, G. A., & Espinosa-Andrews, H. (2025). Clove essential oil nanoemulsions: development, physical characterization, and anticancer activity evaluation. Journal of Dispersion Science Technology, 46(5), 842-850.
Kaur, G., Panigrahi, C., Agarwal, S., Khuntia, A., & Sahoo, M. (2024). Recent trends and advancements in nanoemulsions: Production methods, functional properties, applications in food sector, safety and toxicological effects. Food Physics, 1, 100024.
Mahmud, J., Muranyi, P., Shankar, S., Sarmast, E., Salmieri, S., Lacroix, M. J. C., . . . Aspects, E. (2024). Physiological and antimicrobial properties of a novel nanoemulsion formulation containing mixed surfactant and essential oils: Optimization modeling by response surface methodology. 686, 133405.
Memarzadeh, E., Jafarizadeh-Malmiri, H., Khoshfetrat, A. B., & Ahmadi, O. (2025). Green lycopene extraction from tomato peels based on enzymatically and ultrasonication pre-treatments, and lyophilization post-treatment: preparation, optimization and characterization. Journal of Food Measurement Characterization, 19(10), 7903-7916.
Mirzakhani, L., Jafarizadeh-Malmiri, H., & Ahmadi, O. (2024). Three accelerated methods based on microwave, hydrothermal and conventional heating in the green synthesis of selenium nanoparticles using garlic aqueous extract: Screening and characterization. Nano-Structures Nano-Objects, 38, 101162.
Pillai, P., Saw, R. K., & Mandal, A. (2024). Formulation and characterization of ionic liquid-based nanoemulsion for enhanced oil recovery applications. Journal of Molecular Liquids, 397, 124189.
Sati, A., Ranade, T. N., Mali, S. N., Ahmad Yasin, H. K., & Pratap, A. (2025). Silver nanoparticles (AgNPs): comprehensive insights into bio/synthesis, key influencing factors, multifaceted applications, and toxicity─ a 2024 update. ACS omega, 10(8), 7549-7582.
Shayan, S., Hajihajikolai, D., Ghazale, F., Gharahdaghigharahtappeh, F., Faghih, A., Ahmadi, O., & Behbudi, G. (2024). Optimization of green synthesis formulation of selenium nanoparticles (SeNPs) using Peach tree leaf extract and investigating its properties and stability. Iranian Journal of Biotechnology, 22(3), e3786.
Shin, S.-B., Lee, J.-K., & Ko, M.-J. (2023). Enhanced extraction of bioactive compounds from propolis (Apis mellifera L.) using subcritical water. Scientific Reports, 13(1), 15038.
Vojvodić, S., Gladikostić, N., Ikonić, B., Teslić, N., Sknepnek, A., Mirković, M., . . . Putnik, P. (2025). Innovative Extraction of Caraway (Carum carvi) Essential Oil: Comparing Hydrodistillation and Microwave‐Assisted Techniques for Chemical Profiling, Kinetic Modeling, Enhanced Yield, Antioxidant, and Antimicrobial Properties. Chemistry biodiversity, e202500461.
Xiong, H., Duan, J., Cao, W., Su, Y., Chen, H., Zhao, P., . . . Yu, K. (2025). Nanoemulsion as the pioneer carrier for future green nanopesticides. Langmuir, 41(30), 19625-19641.
Zhang, M., Cao, Q., Yuan, Y., Guo, X., Pan, D., Xie, R., . . . Chu, L. (2024). Functional nanoemulsions: Controllable low-energy nanoemulsification and advanced biomedical application. Chinese Chemical Letters, 35(2), 108710.
 
تحقیقات مهندسی صنایع غذایی
دوره 25، شماره 1 - شماره پیاپی 80
بهار و تابستان
فروردین 1405
صفحه 99-116
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار