Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Surface activity of biosurfactant – protein mixtures

Joanna Lewandowska

Abstract

Introduction Biosurfactants are amphiphilic products possessing the hydrophobic and hydrophilic groups, giving a molecule the capacity to mix two immiscible liquid phases. The popularity of saponin from the bark of Quillaja saponaria Molina tree, mainly growing in Chile, is increasing among many commercially available biosurfactants. Currently, saponins are of particular use in the food industry because of their emulsifying properties, foamability and wetting ability as well as the properties of solubilisation antiadhesive and anti-bacterial lubricants. Milk proteins are one of the major groups of proteins found in natural products. β-casein is about 80% of the total protein present in milk. In milk, casein occurs mainly in the form of calcium caseinate, so it is perfectly absorbed during digestion, and is used as an ingredient in dairy products, meat and beverages. The main functions of β-casein are associated with its ability to bind water, emulsification, gelation and foam formation. Proteins and surfactants have quite different mechanisms of stabilization of dispersed systems, and therefore the understanding of effects occurring between the two different components is the key to start reflecting on the stability of colloidal systems containing both components. Results and Discussion Decrease of dynamic surface tension of the mixture QBS/β-casein and solutions of QBS at three interfaces (water/olive oil, water/tetradecane, water/air) was measured by the method of pendant drop in time of 3-3600 s. The surface tension decays were extrapolated to the time converging to infinity to make the surface tension isotherms. For all of the interfaces, an addition of small quantities of QBS didn’t make a significant effect on the surface activity of the solution. Upon increasing the concentration of QBS, the surface activity first increased and then decreased. This is manifested in the isotherms of surface tension on each of the three interfaces as a local maximum, which is the result of changes in the stoichiometry of the QBS/β-casein complex. Dynamic surface tension more rapidly reaches equilibrium in the case of solutions containing a mixture of proteins and biosurfactant than in solutions not containing protein, which suggests that the adsorption barrier of QBS decreases in the presence of β-casein. 73 The size of the olive oil droplets dispersed in a solution containing the mixture of QBS/β-casein was measured by the method of DLS (dynamic light scattering), which allows us to determine the diffusion coefficient, which is the base to calculate the diameter of the dispersed phase droplets. The ability to form a solid-like “skin” at the fluid-fluid interface was studied by visual analysis of the aqueous saponin solution drop’s surface. The "skin" formed only at interfaces between two liquids. The most clearly visible and most stable texture was observed at the water/olive oil interface. The "skin" at the tetradecane/water interface was similar in appearance, but it disappeared after about 2 minutes. In the presence of palmitic acid dissolved in tetradecane (0,5 % w/w), the skin was more stable, and lasted for 4 minutes under similar conditions. As part of this study, the surface activity of two saponins, obtained from two different sources (Supersap, Desert King, Chile and QBS, Fluka) was also compared. Conclusions The surface activity of the QBS/β-casein mixture is higher than the surface activity of pure saponin solution at each of the studied interfaces. When the molar ratio of QBS/β-casein is about 1:1, a complex of higher surface activity than the activity of the individual components is formed. The "skin" formed at the water/olive oil interface may be the result of chemical reactions between the saponin and fatty acids contained in olive oil. Comparison of two saponins from different sources showed that the surface activity of saponin QBS (Fluka) is higher than the surface activity of Supersap (Desert King Chile). The observations on the emulsion formation and stability in the oil-in-water system by DLS analysis did not confirm the conclusions from the studies of the surface tension of the mixture QBS/β-casein.
Record ID
WUTb66c207d8d794b2c9570d9e99c08c045
Diploma type
Master of Science
Author
Joanna Lewandowska (FC/CMB) Joanna Lewandowska,, Chair of Medical Biotechnology (FC/CMB)Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Aktywnośd powierzchniowa mieszanin biosurfaktantu z białkiem
Supervisor
Kamil Wojciechowski (FC/CMB) Kamil Wojciechowski,, Chair of Medical Biotechnology (FC/CMB)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Department Of Microbioanalytics (FC/CMB)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
24-09-2012
Issue date (year)
2012
Keywords in Polish
-
Keywords in English
-
Abstract in Polish
Wprowadzenie Biosurfaktanty są amfifilowymi produktami łączącymi w sobie hydrofobowe i hydrofilowe ugrupowania, nadające cząsteczce zdolność łączenia dwóch niemieszających się ze sobą faz ciekłych. Pośród wielu komercyjnie dostępnych biosurfaktantów rosnącą popularnością cieszy się saponina z kory drzewa Quillaja saponaria Molina rosnącego głównie w Chile. Obecnie saponiny znajdują szczególne zastosowanie w przemyśle spożywczym, ze względu na swoje właściwości emulsyfikujące, pianotwórcze i zwilżające oraz rozpuszczające środki antyadhezyjne i antybakteryjne. Białka mleka są jedną z ważniejszych grup białek występujących w produktach naturalnych. β-kazeina stanowi około 80% zawartości wszystkich białek występujących w mleku. W mleku kazeina występuje głównie w postaci kazeinianu wapnia, dzięki czemu jest doskonale przyswajalna podczas trawienia, a to sprawia, że wykorzystuje się ją jako składnik produktów mlecznych, mięsnych i napojów. Najważniejsze funkcjonalne wartości β-kazeiny związane są z jej zdolnością wiązania wody, emulsyfikacją, pianotwórczością i żelowaniem. Proteiny i surfaktanty wykazują całkiem odmienne mechanizmy stabilizowania układów zdyspergowanych, dlatego też zrozumienie oddziaływań występujących pomiędzy tymi dwoma różnymi składnikami jest kluczem do rozpoczęcia rozważań na temat stabilności układów koloidalnych, zawierających oba wymienione składniki. Wyniki i dyskusja Spadek dynamicznego napięcia powierzchniowego mieszaniny QBS/β-kazeina oraz roztworów QBS na trzech granicach międzyfazowych (woda/oliwa z oliwek, woda/tetradekan, woda/powietrze) mierzony był za pomocą metody wiszącej kropli w średniej skali czasu (3-3600 s). W celu opracowania izotermy napięcia powierzchniowego krzywe spadku napięcia powierzchniowego były ekstrapolowane do czasu dążącego do nieskończoności. Na wszystkich wymienionych granicach międzyfazowych dodatek minimalnej ilości QBS nie wpływał znacząco na aktywność powierzchniową roztworu. W miarę zwiększania stężenia QBS aktywność powierzchniowa kompleksu najpierw rosła, a następnie malała, co widać na izotermach napięcia powierzchniowego, na każdej z badanych granic międzyfazowych jako lokalne maksimum, które jest wynikiem zmian stechiometrii kompleksu QBS/β-kazeina 71 prowadzących do obniżenia jego aktywności powierzchniowej. Dynamiczne napięcie powierzchniowe osiąga stan równowagi szybciej w przypadku roztworów zawierających mieszaninę biosurfaktantu i białka niż w roztworach bez zawartości białka, co sugeruje, że bariera adsorpcyjna QBS zmniejsza się w obecności β-kazeiny. Głównym czynnikiem decydującym o adsorpcji białka na granicach międzyfazowych ciecz/ciecz jest możliwość orientowania jego hydrofobowych części w kierunku fazy organicznej. Rozmiar wielkości kropli oliwy z oliwek rozproszonych w roztworze mieszaniny QBS/β-kazeina zbadano za pomocą metody DLS (Dynamic light scattering), która pozwala na wyznaczenie współczynnika dyfuzji, na podstawie którego oblicza się średnicę zastępczą kropel zdyspergowanej fazy. W ramach niniejszej pracy wykonano również doświadczenia, w których obserwowano zdolność roztworów saponiny do tworzenia na powierzchni kropli tzw. „skórki” – tekstury o charakterze ciała stałego. W warunkach prowadzenia badań „skórki” tworzyły się tylko na granicach międzyfazowych ciecz/ciecz. Najbardziej wyrazista i najtrwalsza tekstura utworzyła się na granicy faz woda/oliwa z oliwek. „Skórka” na pozostałych granicach faz woda/faza organiczna miała podobny wygląd, jednak tekstura na powierzchni kropli na granicy woda/tetradekan zanikała po około 2 minutach, zaś na granicy woda/tetradekan z dodatkiem kwasy palmitynowego powierzchnia wygładzała się po 4 minutach. W ramach niniejszej pracy porównano również aktywność powierzchniową badanej saponiny z saponiną uzyskaną z innego źródła (Supersap, Desert King, Chile). Wnioski Aktywność powierzchniowa mieszaniny znacznie przewyższa aktywność powierzchniową roztworu czystej saponiny na każdej z wybranych granic międzyfazowych. Przy stosunku molowym QBS/β-kazeina około 1:1 tworzy się kompleks o aktywności powierzchniowej wyższej niż aktywność pojedynczych składników. „Skórka” utworzona na granicy faz oliwa z oliwek może być wynikiem zachodzenia reakcji chemicznych pomiędzy saponiną, a kwasami tłuszczowymi zawartymi w oliwie z oliwek. Porównanie dwóch saponin pochodzących z różnych źródeł dowiodło, że aktywność powierzchniowa saponiny QBS (Fluka) jest wyższa od aktywności powierzchniowej saponiny Supersap (Desert King, Chile). Wyniki dotyczące rozmiaru kropel uzyskanych w emulsjach typu „olej w wodzie” nie potwierdziły wniosków z poprzednich badań napięcia powierzchniowego mieszaniny QBS/β-kazeina.
File
  • File: 1
    Praca Magisterska Joanna Lewandowska.pdf
Request a WCAG compliant version

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/master/WUTb66c207d8d794b2c9570d9e99c08c045/
URN
urn:pw-repo:WUTb66c207d8d794b2c9570d9e99c08c045

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page