Unique nanoparticle via regulated assembly pattern in Zein, acetylated oligosaccharide and tannic acid tertiary system and controlled release function

खाद्य विज्ञान की दुनिया में, सबसे पुरानी चुनौतियों में से एक यह है कि उन सामग्रियों को कैसे पहुँचाया जाए जो पानी के साथ अच्छी तरह नहीं मिल पाती हैं। प्रकृति में पाए जाने वाले कई लाभकारी यौगिक, जैसे कि हल्दी में पाया जाने वाला चमकीला पीला मसाला करक्यूमिन (curcumin), हाइड्रोफोबिक (hydrophobic) होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे पानी को प्रतिकर्षित करते हैं और मानव शरीर में घुलने में संघर्ष करते हैं। पाचन तंत्र के जलीय वातावरण के माध्यम से उन्हें ले जाने का कोई तरीका न होने के कारण, ये शक्तिशाली पदार्थ अक्सर बिना अवशोषित हुए शरीर से बाहर निकल जाते हैं। इसे हल करने के लिए, वैज्ञानिक लंबे समय से प्राकृतिक वाहकों के रूप में प्रोटीन की ओर देखते रहे हैं। ऐसा ही एक प्रोटीन, जिसे ज़ीन (zein) कहा जाता है, मक्का से निकाला जाता है। इसमें पानी के प्रति प्रतिरोधी सूक्ष्म गोले बनाने की एक अनूठी क्षमता है जो तैलीय पदार्थों को अपने भीतर कैद कर सकते हैं, जिससे वे एक सुरक्षात्मक कवच की तरह कार्य करते हैं। हालाँकि, ये प्रोटीन गोले नाजुक होते हैं; पेट और आंतों की बदलती परिस्थितियों के संपर्क में आने पर वे आसानी से टूट सकते हैं या आपस में जुड़ सकते हैं, जिससे उनका सामान (cargo) समय से पहले ही बाहर निकल जाता है या पूरी तरह से नष्ट हो जाता है।

शोधकर्ता इन प्रोटीन कवचों को अन्य प्राकृतिक सामग्रियों को जोड़कर मजबूत बनाने के लिए काम कर रहे हैं ताकि उन्हें अधिक कठोर और स्थिर बनाया जा सके। एक हालिया अध्ययन में, चीन और ऑस्ट्रेलिया के संस्थानों के वैज्ञानिकों ने इन मक्का-प्रोटीन वाहकों को मजबूत करने के लिए एक नए दृष्टिकोण की खोज की। उन्होंने इस प्रोटीन को दो विशिष्ट योजकों (additives) के साथ मिलाया: एक संशोधित चीनी और एक पादप-आधारित टैनिन (tannin)। लक्ष्य यह देखना था कि क्या यह तिकड़ी एक अधिक मजबूत वितरण प्रणाली बना सकती है जो न केवल करक्यूमिन की रक्षा करे बल्कि इसे धीरे-धीरे और निरंतर भी छोड़े, जिससे यह सुनिश्चित हो सके कि यह शरीर के उस हिस्से तक पहुँचे जहाँ इसकी सबसे अधिक आवश्यकता है। इन घटकों को सावधानीपूर्वक मिलाकर, टीम का उद्देश्य एक सूक्ष्म पात्र बनाना था जो पाचन तंत्र की कठिन यात्रा को झेल सके।

शोधकर्ताओं ने मक्का प्रोटीन, एक संशोधित मैनोस शुगर जिसे एसिटिलेटेड ओलिगोसैकेराइड (acetylated oligosaccharide) कहा जाता है, और टैनिक एसिड (tannic acid), जो चाय और ओक की छाल में पाया जाने वाला एक यौगिक है, का मिश्रण तैयार करके शुरुआत की। उन्होंने इन सामग्रियों को नैनोकणों (nanoparticles) में व्यवस्थित करने के लिए एक सरल pH-संचालित विधि का उपयोग किया, जो इतने छोटे कण होते हैं जिन्हें केवल शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी से देखा जा सकता है। इस प्रक्रिया में, टीम ने पहले घटकों को एक क्षारीय घोल में घोला और फिर धीरे-धीरे अम्लता को तटस्थता की ओर समायोजित किया, जिससे अणु स्वतः ही गोलाकार संरचनाओं में व्यवस्थित हो गए। उन्होंने तीन अलग-अलग संस्करणों का परीक्षण किया: एक केवल प्रोटीन के साथ, एक प्रोटीन और चीनी के साथ, एक प्रोटीन और टैनिक एसिड के साथ, और अंत में, पूर्ण तीन-भाग वाली प्रणाली। फिर उन्होंने यह देखने के लिए प्रत्येक संस्करण में करक्यूमिन लोड किया कि विभिन्न संरचनाएं इस मसाले को कितनी अच्छी तरह थामे रख सकती हैं।

परिणामों ने दिखाया कि तीन-भाग वाली प्रणाली अन्यों की तुलना में कहीं अधिक श्रेष्ठ थी। जबकि साधारण प्रोटीन गोले लगभग 67 प्रतिशत करक्यूमिन को पकड़ने में सफल रहे, प्रोटीन, चीनी और टैनिक एसिड के पूर्ण मिश्रण ने इससे अधिक 90 प्रतिशत को कैप्चर किया। यह नाटकीय सुधार इसलिए हुआ क्योंकि चीनी और टैनिक एसिड ने प्रोटीन के कवच को कसने के लिए मिलकर काम किया। चीनी ने एक स्टेबलाइजर (stabilizer) के रूप में कार्य किया, जिससे कणों को अलग रखने और उन्हें आपस में जुड़ने से रोकने में मदद मिली, जबकि टैनिक एसिड ने एक क्रॉस-लिंकर (cross-linker) के रूप में कार्य किया, जिसने प्रोटीन अणुओं को एक साथ अधिक मजबूती से बांध दिया। इसने एक सघन, अधिक एकसमान गोला बनाया जो करक्यूमिन को अंदर बंद रखने में बेहतर था। जब टीम ने ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के नीचे इन कणों को देखा, तो उन्होंने पाया कि तीन-भाग वाली प्रणाली ने चिकने, पूरी तरह से गोल गोले बनाए, जबकि सरल संस्करण अधिक खुरदरे और आकार में कम सुसंगत थे।

यह समझने के लिए कि ये सामग्रियां एक साथ कैसे जुड़ी हुई हैं, वैज्ञानिकों ने कणों के भीतर आणविक अंतःक्रियाओं (molecular interactions) की जांच की। उन्होंने पाया कि चीनी और टैनिक एसिड प्रोटीन अणुओं के विशिष्ट हिस्सों से, मुख्य रूप से हाइड्रोजन बॉन्ड और हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन के माध्यम से जुड़े हुए हैं। ये वे ही बल हैं जो पानी को खुद से चिपकाने या तेल को उसे प्रतिकर्षित करने की अनुमति देते हैं। टैनिक एसिड ने, विशेष रूप से, प्रोटीन के साथ बंधों का एक मजबूत नेटवर्क बनाया, जो प्रभावी रूप से एक रासायनिक गोंद की तरह कार्य करता है जिसने पूरी संरचना को अधिक कठोर बना दिया। चीनी के अणुओं ने प्रोटीन की सतह को कवर करने में मदद की, जिससे यह पानी के साथ अधिक अनुकूल हो गया और कणों को एक-दूसरे से चिपकने से रोका। एक सख्त आंतरिक कोर और एक स्थिर बाहरी परत के इस संयोजन का अर्थ था कि कणों के नमक, अम्लता में परिवर्तन या समय बीतने के संपर्क में आने पर टूटने की संभावना बहुत कम थी।

अध्ययन में यह भी परीक्षण किया गया कि ये कण एक सिम्युलेटेड पाचन वातावरण में कैसा व्यवहार करते हैं। पेट और आंतों की नकल करने वाली स्थितियों में रखे जाने पर, तीन-भाग वाली प्रणाली से बने कण उल्लेखनीय रूप से टिके रहे। वे सरल संस्करणों की तुलना में पाचन एंजाइमों द्वारा अधिक समय तक तोड़े जाने का विरोध कर सके, जिसका अर्थ था कि वे शरीर के माध्यम से यात्रा करते समय करक्यूमिन की रक्षा कर सकते थे। जब शोधकर्ताओं ने यह मापा कि करक्यूम किन कणों से कितनी तेजी से मुक्त होता है, तो उन्होंने पाया कि तीन-भाग वाली प्रणाली इसे सबसे धीमी और निरंतर दर से छोड़ती है। मुक्त करक्यूमिन के विपरीत, जो तेजी से घुल जाता है और गायब हो जाता है, तीन-भाग वाले नैनोकणों में फंसा हुआ करक्यूमिन समय के साथ धीरे-धीरे बाहर निकलता है। शोधकर्ताओं ने इस रिलीज पैटर्न का वर्णन करने के लिए एक गणितीय मॉडल का उपयोग किया और पाया कि यह एक विशिष्ट वक्र (curve) के अनुरूप था जिसे वीबल मॉडल (Weibull model) के रूप में जाना जाता है, जिसका उपयोग अक्सर जटिल रिलीज व्यवहारों का वर्णन करने के लिए किया जाता है। इसने पुष्टि की कि कण केवल करक्यूमिन को थाम नहीं रहे थे, बल्कि वे इसके वितरण को सक्रिय रूप से नियंत्रित भी कर रहे थे।

केवल करक्यूमिन को ले जाने के अलावा, नए कणों को अपने घटकों से अतिरिक्त लाभ भी प्राप्त हुए। टैनिक एसिड और स्वयं करक्यूमिन दोनों ही शरीर में हानिकारक फ्री रेडिकल्स (free radicals) से लड़ने की अपनी क्षमता के लिए जाने जाते हैं। नैनो-पार्टिकल सिस्टम में संयोजित होने पर, मिश्रण ने अकेले प्रोटीन की तुलना में इन रेडिकल्स को बेअसर करने की अधिक क्षमता दिखाई। यह सुझाव देता है कि वितरण प्रणाली स्वयं पूरक (supplement) के स्वास्थ्य लाभों में योगदान दे सकती है। शोधकर्ताओं ने चार सप्ताह की अवधि में कणों की स्थिरता की भी जांच की। साधारण प्रोटीन कण एक सप्ताह के भीतर आपस में जुड़ने लगे और अपना आकार खोने लगे, लेकिन तीन-भाग वाली प्रणाली पूरे महीने तक स्थिर और एकसमान बनी रही। यह दीर्घकालिक स्थिरता किसी भी खाद्य उत्पाद के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह सुनिश्चित करती है कि पैकेज कारखाने से उपभोक्ता की शेल्फ तक सुरक्षित रहे।

इस अध्ययन के निष्कर्ष इस बात पर प्रकाश डालते हैं कि स्वास्थ्यवर्धक यौगिकों के बेहतर वितरण तंत्र बनाने के लिए प्राकृतिक, पादप-आधारित सामग्रियों का उपयोग करने की कितनी क्षमता है। मक्का प्रोटीन को एक संशोधित चीनी और टैनिक एसिड के साथ मिलाकर, शोधकर्ताओं ने एक नैनोकण बनाया जो अधिक स्थिर है, अपने भार को अधिक प्रभावी ढंग से थामे रखता है, और नियंत्रित तरीके से इसे मुक्त करता है। यह दृष्टिकोण कठोर रासायनिक सॉल्वैंट्स के उपयोग से बचता है, और इसके बजाय कणों को व्यवस्थित करने के लिए सरल अम्लता परिवर्तनों पर निर्भर करता है। हालांकि यह अध्ययन प्रयोगशाला सेटिंग में किया गया था, लेकिन इसके परिणाम कार्यात्मक खाद्य पदार्थों (functional foods) को हाइड्रोफोबिक पोषक तत्वों को अधिक कुशलता से पहुंचाने के लिए एक आशाजनक मार्ग का सुझाव देते हैं। यह कार्य प्रदर्शित करता है कि कैसे आणविक अंतःक्रियाओं को समझकर, वैज्ञानिक ऐसे सूक्ष्म संरचनाओं को इंजीनियर कर सकते हैं जो मजबूत और प्रभावी दोनों हों, जो मानव स्वास्थ्य के लिए प्राकृतिक यौगिकों की शक्ति का उपयोग करने का एक नया तरीका प्रदान करते हैं।