Effects of electrospinning parameters on peanut protein isolate nanofibers diameter

• Fei Yao ^[1] ; Yu-hang Gao ^[1] ; Fu-sheng Chen ^[1] ; Yi-miao Xia ^[1]
  1. [1] Henan University of Technology

     Henan University of Technology

     China

     
• Localización: CyTA: Journal of food, ISSN 1947-6337, ISSN-e 1947-6345, Vol. 19, Nº. 1, 2021, págs. 729-738
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Efectos de los parámetros de electrohilado en el diámetro de las nanofibras de aislado de proteína de cacahuate [maní]
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  • español

    La tecnología de electrohilado es un método habitual para preparar fibras ultrafinas y nanofibras. Utilizando polímeros naturales o sintéticos como materia prima, pueden prepararse fibras con diámetros que van desde decenas de nanómetros hasta varias micras. En este sentido, y empleando como disolvente hexafluoroisopropanol, se aplicó el electrohilado a la proteína de cacahuate. La morfología de la fibra resultante se observó mediante microscopía electrónica de barrido. Usando el diseño Box-Behnken para el método de superficie de respuesta, se seleccionaron los tres principales factores de influencia: la concentración de la solución, el voltaje y la velocidad de hilatura. El objeto de investigación fue el diámetro de la fibra de aislado de proteína de cacahuate (PPI), estableciéndose el modelo de regresión múltiple de segundo orden por medio del análisis de regresión. Los resultados permitieron constatar que la fracción de masa de la solución tuvo el efecto más significativo sobre el diámetro de la fibra, seguido por el voltaje y la velocidad de hilado. Mediante el algoritmo de recocido simulado se obtuvieron las condiciones óptimas, a saber: fracción de masa de la solución, 10%; voltaje, 16 kV; velocidad de hilado, 0.6 mL/h. El diámetro previsto para la fibra fue de 151 nm y el diámetro real de la misma obtenido experimentalmente fue de 164 nm. En otras palabras, el diámetro de la fibra previsto por el modelo está en buena concordancia con el valor real, lo que indica que el modelo predijo efectivamente el diámetro de la fibra PPI electrohilada. En conclusión, el uso de la metodología de superficie de respuesta para diseñar experimentos resulta de gran importancia en la preparación de nanofibras empleando la tecnología de electrohilado.

  • English

    Electrospinning technology is a common method for preparing ultrafine fibers and nanofibers. Using natural or synthetic polymers as raw materials, fibers with diameters ranging from tens of nanometers to several microns can be prepared. Using hexafluoroisopropanol as solvent, electrospinning was applied to peanut protein, and the resulting fiber morphology was observed by scanning electron microscopy. Using the Box–Behnken design for the response surface method, the solution concentration, voltage, and spinning speed were selected as the three main influencing factors, the peanut protein isolate(PPI) fiber diameter was the object of investigation, and the second-order multiple regression model was established through regression analysis. The results showed that solution mass fraction had the most significant effect on fiber diameter, followed by voltage and spinning speed. The optimal conditions obtained by the simulated annealing algorithm were, as follows: Solution mass fraction, 10%; voltage, 16 kV; spinning speed, 0.6 mL/h. The predicted fiber diameter was 151 nm and the actual fiber diameter obtained experimentally was 164 nm. The fiber diameter predicted by the model was in good agreement with the real value, indicating that the model effectively predicted the diameter of electrospun PPI fiber. The use of response surface methodology to design experiments is of great significance for nanofiber preparation by electrospinning technology.