بهینه سازی ریزپوشانی و بررسی پایداری عصاره پوسته میگو غنی از آستاگزانتین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیأت علمی موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات آموزش و منابع طبیعی جهاد کشاورزی خراسان رضوی

2 استادیار بخش تحقیقات فنی و مهندسی مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خراسان رضوی مشهد، ایران.

3 دانشیار پژوهش بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان غربی، سازمان تحقیقات،

4 موسسه تحقیقات کشاورزی خراسان

چکیده

پژوهش حاضر با هدف‌ استفادة بهینه از پوسته میگو به عنوان پسماند کشاورزی در محل‌های فرآوری میگو و منبع غنی از آستاگزانتین اجرا شد. بدین منظور ابتدا عصاره پو سته میگو با ‌کمک فرآیند فراصوت استخراج شد. سپس با استفاده از دیواره‌های مختلف (نشاسته اصـلاح شـده و مالتودکسترین با درجات هیدرولیز 7 و 20) و روش خشک‌کردن پاششی ریزپوشانی شد. طراحی ترکیب دیواره‌های با استفاده از نرم‌افزار سطح پاسخ و طراحی شبکه یک‌طرفه با نقاط محوری ارتقاء یافته در طرح مخلوط (14 ترکیب دیواره) انجام شد. ارزیابی خصوصیات فیزیکوشیمیایی ریزکپسول‌ها (میزان رطوبت، راندمان ریزپوشانی، میزان آستاگزانتین و قدرت آنتی‌اکسیدانی) نشان داد که استفاده از مخلوط دیواره‌های مالتودکسترین و نشاسته اصلاح شده تا نقطه مرکزی طرح مثلثی (33/33 درصد)، باعث بهبود خصوصیات فیزیکوشیمیایی نسبت به استفاده از دیواره‌ها به تنهایی می‌شود. بهینه‌یابی غلظت دیواره‌های مختلف برای ریزپوشانی عصاره پوسته میگو حاوی آستاگزانتین با استفاده از بهینه‌یابی عددی و نموداری مشخص نمود که ترکیب دیوارة بهینه حاوی 40/18درصد دیوارة مالتودکسترین با درجه هیدرولیز 7، 78/41 درصد دیوارة نشاسته اصلاح شده و 81/39 درصد دیوارة مالتودکسترین با درجه هیدرولیز 20 می‌باشد. هم‌چنین بررسی پایداری آستاگزانتین ریزکپسول‌ها طی 42 روز نگهداری در شرایط مختلف دمایی (4 و 25 درجة سلسیوس) و رطوبتی (52 و 75 درصد) نشان داد که میزان آستاگزانتین در تمامی نمونه‌ها به صورت خطی کاهش یافت (ضریب تبین بیش از 98 درصد)، اما میزان آستاگزانتین نهایی نمونه‌های مختلف با یکدیگر اختلاف معنی‌داری داشت (5/0/<p).کاهش دما و رطوبت نسبی محیط نگهداری باعث حفظ بهتر آستاگزانتین در ریزکپسول‌ها شد و ریزکپسول‌های حاوی ترکیب دیواره بهینه و ترکیب مساوی از هر یک از دیواره‌ها در دمای 4 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 52 درصد به ترتیب با نیمه‌عمر 93/94 و 42/92روز، بالاترین پایداری آستاگزانتین را در مقایسه با سایر ریزکپسول‌ها داشتند.

چکیده تصویری

بهینه سازی ریزپوشانی و بررسی پایداری عصاره پوسته میگو غنی از آستاگزانتین

تازه های تحقیق

  • استفاده از مخلوط دیواره­های مالتودکسترین و نشاسته اصلاح شده تا نقطه مرکزی طرح مثلثی (33/33 درصد)، باعث بهبود خصوصیات فیزیکوشیمیایی نسبت به استفاده از دیواره­ها به تنهایی می­شود.
  • بهینه­یابی غلظت دیواره­های مختلف برای ریزپوشانی عصاره پوسته میگو حاوی آستاگزانتین با استفاده از بهینه­یابی عددی و نموداری مشخص نمود که ترکیب دیوارة بهینه حاوی 40/18درصد دیوارة مالتودکسترین با درجه هیدرولیز 7، 78/41 درصد دیوارة نشاسته اصلاح شده و 81/39 درصد دیوارة مالتودکسترین با درجه هیدرولیز 20 می­باشد.
  • کاهش دما و رطوبت نسبی محیط نگهداری باعث حفظ بهتر آستاگزانتین در ریزکپسول­ها شد.
  • ریزکپسول­های حاوی ترکیب دیواره بهینه و ترکیب مساوی از هر یک از دیواره­ها در دمای 4 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 52 درصد به ترتیب با نیمه­عمر 93/94 و 42/92روز، بالاترین پایداری آستاگزانتین را در مقایسه با سایر ریزکپسول­ها داشتند. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of microencapsulation and stability evaluation of astaxanthin-rich shrimp shell extract

نویسندگان [English]

  • Parvin Sharayei 1
  • Elham Azarpazhooh 2
  • Shahin zomorodi 3
  • soodabeh eynafshar 4
1 AREEO
2 Agricultural Engineering Research Department, Khorasan Razavi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Mashhad
3 Agricultural Engineering Research Department, West Azerbaijan Agricultural Research Center, AREEO, Urmia,
4 Agricultural Engineering Research Department, Khorasan Razavi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Mashhad, Iran.
چکیده [English]

The goal of this research was to find the best way to use shrimp shell as a source of astaxanthin and as an agricultural waste in shrimp processing site. For this purpose, first shrimp shell extract was extracted with the assisting ultrasonic . Then it was encapsulated using different walls (modified starch and maltodextrin with hydrolysis degree of 7 and 20) and spray drying method. Wall composition design was performed using response surface method and simplex lattice design with augmented axial points in mixture design (14 wall compositions). Evaluation of physicochemical properties of microcapsules (moisture content, microencapsulating efficiency, astaxanthin content and antioxidant power) showed that the use of a mixture of maltodextrin and modified starch walls up to the center point of the triangular design (33.33%) improved the physicochemical properties compared to using of walls alone. Optimization of different wall concentrations for microencapsulation of shrimp shell extract containing astaxanthin using numerical and graphical optimization showed that the optimal wall composition containing 18.40% of maltodextrin with a hydrolysis degree7, 41.78% of modified starch and 39.81% of maltodextrin with a hydrolysis degree 20. Also, the stability of astaxanthin in microcapsules during 42 days of storage in different conditions of temperature (4 and 25ͦ C) and humidity (52 and 75%) showed that the amount of astaxanthin decreased linear in all samples (linear coefficient more than 98%), but the amount of final astaxanthin in different samples was significantly different from each other (p <0.5). Reducing the temperature and relative humidity of the storage environment resulted in better preservation of astaxanthin in microcapsules and microcapsules containing optimal wall composition and equal composition of each walls at 4 ° C and relative humidity of 52% had the highest stability of astaxanthin with half-life 94.93 and 92.42 days, respectively compared to other microcapsules.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Astaxanthin
  • Maltodextrin
  • Modified starch
  • Mixture design
  • Half-life
[1] Norshazila, S., Irwandi, J., Othman, R., & Yumi Zuhanis, H. H. (2012). Scheme of obtaining β-carotene standard from pumpkin (Cucurbita moschata) flesh. Int. Food Res. J., 19(2), 531–535.
[2] Astaxanthin market sources technologies and applications- to- 2023. 2018. URL https://www. globenewswire.com/news release.  Accessed 2018/08/27/1556723/0/en/global.
[3] Panis, G., & Rosales Carreon, J. (2016). Commercial astaxanthin production derived by green alga Haematococcus pluvialis: A microalgae process model and a techno-economic assessment all through production line. Algal Res., 18, 175–190.
[4] Pérez-López, P., González-García, S., Jeffryes, C., Agathos, S.N., McHugh, E., Walsh, D., & Moreira, M.T. (2014(. Life cycle assessment of the production of the red antioxidant carotenoid astaxanthin by microalgae: from lab to pilot scale. J. Clean. Prod., 64, 332–344.
[5] Delgado-Vargas, F., & Paredes-Lopez, O.)2003(. Natural colorants for food and nutraceutical uses. Boca Raton, FL: CRC Press.
[6] Statistical yearbook of Iran fisheries organization. (2019). Iran fisheries organization, Deputy of planning and resource management, Planning and budget office, Planning and statistics department. [In Persian]
[7] Yoon, S.O., & Hee-Sook, J.) 2014(. Role of bioactive food components in diabetes prevention: effects on beta-cell function and preservation. Nutr. Metab. Insights, 7, 51–59.
[8] Mendes-Pinto, M., Raposo, M., Bowen, J., Young,
A.J., & Morais, R. (2001).Evaluation of different cell disruption process on encysted cells of Haematococcus pluvialis: effects on astaxanthin recovery and implications for bioavailability. J Appl Phycol., 13, 19–24.
[9] Zhou, Q., Yang, L., Xu, J., Qiao, X., Li, Z., Wang, Y., & Xue, C. (2018). Evaluation of the physicochemical stability and digestibility of microencapsulated esterified astaxanthins using in vitro and in vivo models. Food Chem., 260, 73–81.
[10] Soukoulis, C., & Bohn, T. (2018). A comprehensive overview on the micro-and nano-technological encapsulation advances for enhancing the chemical stability and bioavailability of carotenoids. Crit Rev Food Sci Nutr., 58(1), 1–36.
[11] Madene, A., Jacquot, M., Scher, J. & Desobry, S. (2006). Flavour encapsulation and controlled release- a review. Int. J. Food Sci. Technol., 41, 1-21.
[12] Apintanapong, M., & Noomhorm, A. (2003). The use of spray-drying to microencapsulated 2-acetyl-1-pyroline, a major flavour component of aromatic rice. Food Sci. Technol., 38, 95-102.
[13] Tesch, S., Gerhards C., & Schubert H. (2002). Stabilization of emulsions by OSA starches. J. Food Eng., 54(2), 167–174.
[14] Jafari, S. M., He Y., & Bhandari B. (2007). Effectiveness of encapsulating biopolymers to produce sub-micron emulsions by high energy emulsification techniques. Food Res. Int., 40, 862–873.
[15] Beristain, C.I., Vazquez, A., Garcia, H.S., & Vernon-Carter, E.J. (1996). Encapsulation of orange peel oil by co-crystallization. Lebensm. Wiss. Technol., 29, 645-647.
[16]Baranauskiene, R., Bylaite, E., Zukauskaite, J., & Venskutonis, P. (2007). Flavour retention of peppermint essential oil spray-dried in modified starches during encapsulation and storage. J. Agric. Food Chem., 55 (8), 3027-3036.
[17] Silva, V.M., Vieira, G.S., & Hubinger, M.D. (2014). Influence of different combinations of wall materials and homogenization pressure on the microencapsulation of green coffee oil by spray drying, Food Res. Int., 61, 132–143.
[18] Krishnan, S., Bhosale, R., & Singhal, R. S. (2005). Microencapsulation of cardamom oleoresin: Evaluation of blends of gum arabic, maltodextrin and a modified starch as wall materials. Carbohydr. Polym., 61, 95, 102. 13.
[19] Yolmeh, M., Habibi Najafi, M.B., & Farhoosh, R. (2014). Optimization of ultrasound-assisted extraction of natural pigment from annatto seeds by response surface methodology (RSM). Food Chem., 155,319–324.
[20] Bas, D., & Boyac, I. (2007). Modeling and optimization II: Comparison of estimation capabilities of response surface methodology with artificial neural networks in a biochemical reaction. J. Food Eng., 78, 846-854.
[21] Badee, A., Amal, E., El- Kader, A., & Hanan, M. A. (2012). Microencapsulation of peppermint oil by spray drying. Aust. j. basic appl. sci., 6(12), 499-504.
[22] Brand-Williams, W., Cuvelier, M.E., & Berset, C. (1995). Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. Lebensm. Wiss. Technol., 28, 25–30.
[23] Najaf Najafi, M., Kadkhodaee, R. & Mortazavi, S. A. (2011). Effect of drying process and wall material on the properties of encapsulated cardamom oil. Food Biophys., 6, 68–76.
[24] Sachindra, N.M. & Mahendrakar, N.S. (2005). Process optimization for extraction of carotenoids from shrimp waste with vegetable oils. Bioresour. Technol., 96, 1195–1200.
[25]Barbosa, M.I., Borsarelli, C.D., & Mercadante, A.Z. (2005). Light stability of spray-dried bixin encapsulated with different edible polysaccharide preparations. Food Res. Int., 38, 989–94.
[26] Ahmed, M., Sorifa Akter, M.S.T., Jin-Cheol, L., & Jong-Bang Eun, C. (2010). Encapsulation by spray drying of bioactive components, physicochemical and morphological properties from purple sweet potato.  LWT - Food Sci Technol., 43, 1307-1312.
[27] Gradinarua, G., Biliaderisb, C. G., Kallithrakac, S., Kefalasa, P., & Garcia-Viguerad, C. (2003). Thermal stability of Hibiscus sabdariffa L. anthocyanins in solution and in solid state: effects of copigmentation and glass transition. Food Chem., 83(3), 423–436.
[28] Ezbilarasi, p. N., Iena, B. S., & Anandharamakrishnan, C. (2014). Microencapsulation of Garcinia Fruit extract by spray drying and its effect on bread quality. J. Sci. Food Agric., 94(6), 1116-1123.
[29] Krishnaiah, D., Sarbatly, R., & Nithyanandam, R. (2012). Microencapsulation of Morinda citrifolia L. extract by spray-drying. Chem Eng Res Des., 90(5), 622-632.
[30] Tuyen, C. K., Nguyen. M. H., & Roach, P. D.)2010(. Effects of spray drying conditions on the physicochermical and antioxidant properties of the Gac (Momordica cochinensis) fruit aril powder. J. Food Eng., 98(3), 385-392.
[31] Jafari, s. M., Assadpoor, E., He, Y., & Bhandari, B. (2008). Encapsulation efficiency of food flavours and oils during spray drying. Dry. Technol., 26(7), 816-835.
[32] Wanasundara, P.K., & Shahidi, F. (2005). Antioxidants: science, technology, and applications. In Bailey’s industrial oil and fat products. Shahidi, F. (Eds). John Wiley & Sons, Inc. New Jersey.
[33] Nikmaram, P., Mousavi, S. M., Emam-Djomeh, Z., Kiani, H., & Razavi, S. H. (2015). Evaluation and prediction of metabolite production, antioxidant activities, and survival of Lactobacillus casei 431 in a pomegranate juice supplemented yogurt drink using support vector regression. Food Sci. Biotechnol., 24(6), 2105-2112.
[34] Kishimoto, Y., Tani, M., Uto-Kondo, H., Iizuka, M., Saita, E., Sone, H., Kurata, H., & Kondo, K. (2010). Astaxanthin suppresses scavenger receptor expression and matrix metalloproteinase activity in macrophages. Eur. J. Nutr., 49, 119–126.
[35] Goto, S. Kogure, K., Abe, K., Kimata, Y., Kitahama, K., Yamashita, E., & Terada, H. (2001). Efficient radical trapping at the surface and inside the phospholipid membrane is responsible for highly potent antiperoxidative activity of the carotenoid astaxanthin. Biochim. Biophys Acta., 1512, 251–258.
[36] Tonon, R. V., Brabet, C., & Hubinger, M. D. (2010). Anthocyanin stability and antioxidant activity of spray dried acai (Euterpe oleraeea Mart) juice produced with different carrier agents. Food Res. Int., 43(3), 907-914.
[37] Desobry, S.A., Netto, F.M., & Labuza, T.P. (1997). Comparison of spray-drying, drum drying and freeze-drying for β-carotene encapsulation and preservation. Food Sci., 6, 1158-1162.
[38] Matioli, G., & Rodriguez- Amaya, D. (2003). Lycopene encapsulated with gum Arabic and maltodextrin: stability study. Braz. J. Food Technol., 5, 197-203.