Βελτιστοποίηση ενθυλάκωσης φαινολικού εκχυλίσματος φλοιών ροδιού με συγκρυστάλλωση
Creators: name: Χεζάνογλου, Ευάγγελος Ευθυμίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Εκχύλισμα φλοιών ροδιού
Συγκρυστάλλωση
Σύγκριση πειραματικών σχεδιασμών
Pomegranate peel extract
Co-crystallization
Comparison of three experimental designs

description: Πολλοί ερευνητές έχουν στρέψει την προσοχή τους στο φαινολικό περιεχόμενο των φλοιών του ροδιού. Ωστόσο, οι πολυφαινόλες είναι ασταθείς ενώσεις και αυτό είναι ο μεγαλύτερος αποτρεπτικός παράγοντας για τη χρήση τους στη βιομηχανία τροφίμων. Ο στόχος αυτής της μελέτης ήταν η αποτελεσματική ενθυλάκωση του φαινολικού εκχυλίσματος φλοιών ροδιού σε μήτρα σουκρόζης με την τεχνική της συγκρυστάλλωσης, χρησιμοποιώντας τρεις πειραματικούς σχεδιασμούς, τον παραγοντικό σχεδιασμό δύο επιπέδων (F), τον κεντρικά συνδυασμένο σχεδιασμό (CCP) και τον Box-Behnken σχεδιασμό (ΒΒ). Οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν η θερμοκρασία στην οποία το εκχύλισμα ενσωματώνεται στη μήτρα σουκρόζης (125-140°C), η συγκέντρωση στερεών του φαινολικού εκχυλίσματος (30-60 °Brix), καθώς και η αναλογία ξηρού εκχυλίσματος-σουκρόζης (0,1-0,7 g/g). Από την πειραματική διαδικασία προέκυψε ότι η αποτελεσματικότητα της ενθυλάκωσης κυμάνθηκε μεταξύ 33,68 και 113,02%. Αναφορικά με τις φυσικοχημικές ιδιότητες της σκόνης, βρέθηκαν χαμηλές τιμές υγρασίας και υγροσκοπικότητας, καθώς οι τιμές τους κυμάνθηκαν μεταξύ 0,099 και 3,95% και -1,64 και 2,72%, αντίστοιχα. Επίσης, η φαινόμενη πυκνότητα της σκόνης ήταν 0,68 – 0,89 g/cm3, η διαλυτότητα κυμάνθηκε μεταξύ 43 και 73 s, ενώ η αντιοξειδωτική δράση του προϊόντος φαίνεται πως διατηρήθηκε σε υψηλό ποσοστό με το πέρας της ενθυλάκωσης, μεταξύ 70,36 και 95,8%. Επιπλέον, προσδιορίστηκαν και στους τρεις σχεδιασμούς, τόσο οι βέλτιστες συνθήκες για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης όσο και οι σύνθετες βέλτιστες συνθήκες για την ταυτόχρονη μεγιστοποίηση της απόδοσης και ελαχιστοποίηση της περιεκτικότητας της σκόνης σε υγρασία. Από τους εξεταζόμενους σχεδιασμούς, ο CCP σχεδιασμός ήταν αυτός με την καλύτερη προβλεπτική ικανότητα. Η σκόνη που προέκυψε στις βέλτιστες συνθήκες χαρακτηρίστηκε ως προς τη θερμική σταθερότητά της, τη διατήρηση του βαθμού κρυσταλλικότητας, τα μορφολογικά χαρακτηριστικά και τη σταθερότητά της κατά τη διατήρηση στους 60 οC για 40 ημέρες. Διαπιστώθηκε πως το ενεργό συστατικό ενθυλακώθηκε αποτελεσματικά στη μήτρα σουκρόζης, της οποίας ο βαθμός κρυσταλλικότητας διατηρήθηκε, ενώ η δομή της παρουσίασε διάκενα και έντονο πορώδες, όπου ενθυλακώθηκε το ενεργό συστατικό, το οποίο παρέμεινε σε άμορφη κατάσταση. Τέλος, κατά τη διατήρηση, το φαινολικό περιεχόμενο του ενθυλακωμένου εκχυλίσματος διατηρήθηκε στα αρχικά επίπεδα, ενώ στο υγρό εκχύλισμα, παρατηρήθηκε μία μείωση της τάξης του 10%. Σχετικά με την αντιοξειδωτική δράση, στο ενθυλακωμένο εκχύλισμα διατηρήθηκε σε επίπεδα πάνω του 84%, με πολύ μικρές μεταβολές, ενώ στο υγρό εκχύλισμα παρουσιάστηκε μείωση κατά περίπου 8%.
description: Many researchers have turned their attention to the phenolic content of pomegranate peels. However, polyphenols are unstable compounds and this is the biggest deterrent to their use in the food industry. The aim of this study was the effective encapsulation of pomegranate peel phenolic extract in sucrose matrix by co-crystallization utilizing three different experimental designs, the two-level factorial design (F), the Central Composite design (CCP), and the Box-Behnken design (ΒΒ), from which the one with the higher predictive ability was selected. The examined parameters were the temperature (125-140 °C) at which the extract is incorporated into the sucrose matrix, the extract solids concentration extract (30-60 °Brix), as well as the dry extract to sucrose ratio (0.1-0.7 g/g). From the experimental procedure, it emerged that the encapsulation efficiency ranged between 33.68 and 113.02%. Regarding the physicochemical properties of the powder, low values of moisture content and hygroscopicity were presented, as their values ranged between 0.099 and 3.95% and -1.64 and 2.72%, respectively. Also, the bulk density of the powder was calculated at 0.68 – 0.89 g/cm3, the solubility ranged between 43 and 73 s, while the antioxidant activity of the phenolic extract seems to have been maintained at a high level after encapsulation, 70.36 – 95.8%. Both the individual optimum conditions for maximizing encapsulation efficiency and the composite optimum conditions for simultaneously maximizing efficiency and minimizing moisture content of the powder across all three different experimental designs were determined. Of the studied designs, the CCP was the one with the better predictive ability, as it presented the smallest deviations between experimental and predicted efficiency values in both optimum and randomized experiments. The powder obtained under the optimal conditions was characterized for its thermal stability, retention of degree of crystallinity, morphological characteristics and storage stability at 60°C for 40 days. It was demonstrated that the active ingredient was effectively encapsulated into the sucrose matrix, whose degree of crystallinity was preserved, while its structure showed voids and intense porosity, where the active ingredient was encapsulated and remained in an amorphous state. Finally, during storage, the phenolic content of the encapsulated extract was maintained at the initial levels, while in the liquid extract, a decrease of 10% was observed. Regarding the antioxidant activity, in the encapsulated extract it was maintained at levels above 84%, with very little changes, while in the liquid extract there was a decrease of about 8%.