DOI: https://doi.org/10.1007/s12649-025-03463-1
تاريخ النشر: 2026-01-06
المؤلف: Merve Özdemir وآخرون
الموضوع الرئيسي: التغليف الدقيق وعمليات التجفيف
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة استخدام مستخلص قشر البندق الميكروكبسول كمواد مضادة للأكسدة طبيعية لتعزيز الاستقرار الأكسيدي للمايونيز، مما يوفر نهجًا مستدامًا لتقدير المنتجات الثانوية لصناعة المواد الغذائية. تم إنتاج الميكروكبسولات عبر التجفيف بالرش باستخدام بروتين البازلاء، المالتوديكسترين، وصمغ العربي كمواد جدارية. أظهر التحسين من خلال منهجية سطح الاستجابة أن صمغ العربي حقق أعلى كفاءة في التغطية بنسبة 97%، تلاه المالتوديكسترين بنسبة 90% وبروتين البازلاء بنسبة 72%. أظهرت الخصائص أن الميكروكبسولات القائمة على صمغ العربي عرضت شكل كروي متفوق وحماية أكسيد، بينما أظهرت الكبسولات القائمة على المالتوديكسترين تدفقًا أفضل.
تم تقييم الاستقرار الأكسيدي لعينات المايونيز المخصبة بهذه الميكروكبسولات باستخدام قيمة البيروكسيد (PV)، وقيمة البار-أنيسيدين (p-AV)، وتحليل رانكيمات على مدى 30 يومًا عند درجات حرارة مختلفة. عند 25 درجة مئوية، لوحظت أدنى قيم PV في العينات التي تحتوي على EDTA (3.88 meq O2/kg)، TBHQ (4.34 meq O2/kg)، وميكروكبسولات صمغ العربي (8.73 meq O2/kg). ومن الجدير بالذكر أن TBHQ قدم أعلى استقرار أكسيدي بفترة تحريض قدرها 2.64 ساعة، تلاه EDTA وميكروكبسولات صمغ العربي. أظهرت التقييمات الحسية أن المايونيز مع ميكروكبسولات صمغ العربي حصل على درجات قبول مقارنة بتلك التي تحتوي على مضادات أكسدة صناعية، متجاوزة 7 على مقياس من 9 نقاط. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن مستخلص قشر البندق الميكروكبسول، خاصة عند دمجه مع صمغ العربي، يمكن أن يعمل كمضاد أكسدة طبيعي فعال في المنتجات الغذائية المستحلبة، مما يوفر بديلاً قابلاً للتطبيق عن الإضافات الصناعية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث تكوين وخصائص المايونيز، الذي هو أساسًا مستحلب زيت في ماء (O/W) يتكون من 70-80% زيت، صفار البيض، الخل، والتوابل. نظرًا لمحتواه العالي من الدهون ووجود أيونات الحديد من صفار البيض، فإن المايونيز عرضة للأكسدة الدهنية، مما يؤثر سلبًا على خصائصه الحسية ويمكن أن ينتج مركبات ضارة. بينما تم استخدام مضادات الأكسدة الصناعية مثل بيوتيلات هيدروكسي أنيسول (BHA) وبيوتيلات هيدروكسي تولوين (BHT) تقليديًا لمنع الأكسدة، هناك تفضيل متزايد لمضادات الأكسدة الطبيعية المستمدة من المواد النباتية الغنية بالمركبات الفينولية، خاصة مع تزايد القلق بشأن الاستدامة.
من بين المصادر الطبيعية المختلفة، يتم تسليط الضوء على قشر البندق (Corylus avellana L.) لمحتواه العالي من الفينولات وقدرته الكبيرة على مكافحة الأكسدة، حيث يُقال إنه يتجاوز ذلك من القرفة، الشوكولاتة الداكنة، والتوت الأزرق. على الرغم من إمكاناته، تواجه إدماج قشر البندق في أنظمة الغذاء تحديات مثل الذوبانية والاستقرار. تقترح الدراسة استخدام تقنيات التغطية، وتحديدًا التجفيف بالرش مع مواد حاملة مثل المالتوديكسترين، صمغ العربي، وبروتين البازلاء، لتعزيز الأداء الوظيفي لمستخلص قشر البندق في تركيبات المايونيز. الهدف هو تحسين عملية التغطية وتقييم تأثير هذه الميكروكبسولات على الاستقرار الأكسيدي للمايونيز أثناء التخزين، مما يساهم في تقدير قشر البندق في التطبيقات الغذائية.
طرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على قشور البندق (Corylus avellana L.) من مصنع معالجة في أوردو، تركيا، بعد عملية تحميص عند درجات حرارة 115 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة و140 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة. تم استخدام أنواع مختلفة من البندق، بما في ذلك بالاز، تومبول، كارا، وتشاكيلداك. تم طحن القشور ونخلها عبر مصافي 500 ميكرومتر و1 ملليمتر، وتم استخدام الماء المقطر كالمذيب للاستخراج خلال عملية التغطية. تم الحصول على مواد الجدار مثل المالتوديكسترين (DE10)، بروتين البازلاء، وصمغ العربي من ألفاسول، بينما تم الحصول على المكونات الأخرى لإنتاج المايونيز محليًا.
شمل التصميم التجريبي تحسين ظروف التجفيف بالرش باستخدام تصميم مركزي مركب (CCD)، حيث كانت نسبة مادة الجدار (20%-50% بناءً على محتوى المادة الجافة) ودرجة حرارة المدخل (140°C-180°C) هي المتغيرات المستقلة، مع كفاءة التغطية (%) كمتغير تابع. تم استخدام حجم ثابت قدره 40 مل من مستخلص قشر البندق لتحديد كمية مادة الجدار المناسبة. تم تجانس المستخلص ومواد الجدار باستخدام جهاز تجانس أولترا تيركس T25 بسرعة 19,000 دورة في الدقيقة لمدة 15 دقيقة، وتم معالجة الخليط في مجفف رش على نطاق المختبر (Buchi B290) بمعدل شفط 80% ومعدل تغذية من 30-35%.
نتائج
قامت الدراسة بتحسين كفاءة التغطية لمستخلص قشر البندق باستخدام منهجية سطح الاستجابة (RSM)، تحديدًا من خلال تصميم مركزي مركب (CCD) الذي قيم تأثيرات تركيز مادة الجدار ودرجة حرارة المدخل على القدرة المضادة للأكسدة، التي تم قياسها عبر نشاط التقاط الجذور الحرة DPPH. اختلفت كفاءات التغطية بشكل كبير عبر مواد الجدار المختلفة: حقق صمغ العربي أعلى كفاءة (95.26% إلى 98.68%)، تلاه المالتوديكسترين (87.33% إلى 94.92%) وبروتين البازلاء (76.92% إلى 89.09%). أظهرت التحليلات الإحصائية أن النماذج كانت قوية، مع قيم عدم الملاءمة غير المهمة (p > 0.05) وقيم دقة كافية تتجاوز العتبة الموصى بها 4.
كشفت النتائج أن التركيزات الأعلى من المالتوديكسترين عززت بشكل كبير كفاءة التغطية (p < 0.01)، وذلك بسبب ذوبانيته المواتية وقدرته على تشكيل الأفلام. على العكس، أثرت درجات الحرارة المرتفعة سلبًا على كفاءة التغطية عند استخدام بروتين البازلاء، حيث أدت درجات الحرارة الأعلى إلى تدهور المركبات الحساسة للحرارة. كانت الظروف المثلى المحددة هي 140 درجة مئوية و20% تركيز مادة الجدار لبروتين البازلاء، و154 درجة مئوية و50% للمالتوديكسترين، و180 درجة مئوية و50% لصمغ العربي، مع كفاءات تغطية متوقعة بنسبة 72% و90% و97%، على التوالي. تؤكد هذه النتائج أداء صمغ العربي المتفوق في تغليف المركبات المضادة للأكسدة، مما يبرز إمكاناته في تعزيز استقرار المكونات النشطة حيويًا في التطبيقات الغذائية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم استخدام الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية للحصول على مستخلصات قشر البندق، والتي تم تصنيفها ثم دمجها في تركيبات المايونيز لتعزيز الخصائص المضادة للأكسدة. استخدمت عملية الاستخراج الماء المقطر عند 50 درجة مئوية لمدة 27 دقيقة، مما أسفر عن مستخلص مركز تم تجفيفه بالتجميد لمنع التأثيرات السلبية على قوام المايونيز. تم تقييم كفاءة التغطية للمستخلصات باستخدام طرق القدرة المضادة للأكسدة الكلية (TAC) ومحتوى مضادات الأكسدة السطحية (SAC). كشفت المجهرية الإلكترونية الماسحة (SEM) أن المساحيق المجففة بالتجميد عرضت هياكل غير منتظمة، مسامية، بينما كانت الميكروكبسولات المجففة بالرش أكثر تجانسًا وكروية، مع كثافات كتلة وكثافات مضغوطة متفاوتة أثرت على تدفقها واستقرارها الأكسيدي.
تم تقييم الاستقرار الأكسيدي لعينات المايونيز من خلال قياسات قيمة البيروكسيد (PV) وقيمة البار-أنيسيدين (p-AV)، جنبًا إلى جنب مع تحليل رانكيمات. أظهرت النتائج أن كل من مستخلصات قشر البندق المجففة بالتجميد والمغلفة قللت بشكل فعال من العمليات الأكسيدية مقارنة بعينة التحكم، خاصة عند درجات حرارة مرتفعة. أظهرت مضادات الأكسدة الصناعية (TBHQ وEDTA) استقرارًا متفوقًا، بينما أظهرت العينات التي تحتوي على ميكروكبسولات المالتوديكسترين حماية أكسيد ملحوظة. كشفت التقييمات الحسية أنه بينما كانت المايونيز التحكم مفضلة من حيث اللون والقبول العام، كانت التركيبات التي تحتوي على مستخلصات قشر البندق قابلة للمقارنة من حيث الطعم والقوام، على الرغم من بعض التأثيرات السلبية على استقرار المستحلب المنسوبة إلى الطبيعة المحبة للماء للمالتوديكسترين. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على إمكانات مستخلصات قشر البندق كمضادات أكسدة طبيعية في التطبيقات الغذائية، خاصة في تركيبات المايونيز.
DOI: https://doi.org/10.1007/s12649-025-03463-1
Publication Date: 2026-01-06
Author(s): Merve Özdemir et al.
Primary Topic: Microencapsulation and Drying Processes
Overview
This study investigates the use of microencapsulated hazelnut skin extract as a natural antioxidant to enhance the oxidative stability of mayonnaise, thereby providing a sustainable approach to valorizing food industry by-products. Microcapsules were produced via spray drying using pea protein, maltodextrin, and gum arabic as wall materials. Optimization through Response Surface Methodology revealed that gum arabic achieved the highest encapsulation efficiency at 97%, followed by maltodextrin at 90% and pea protein at 72%. Characterization indicated that gum arabic-based microcapsules exhibited superior spherical morphology and oxidative protection, while maltodextrin-based capsules demonstrated better flowability.
The oxidative stability of mayonnaise samples enriched with these microcapsules was assessed using peroxide value (PV), p-anisidine value (p-AV), and Rancimat analysis over 30 days at varying temperatures. At 25 °C, the lowest PVs were observed in samples containing EDTA (3.88 meq O2/kg), TBHQ (4.34 meq O2/kg), and gum arabic microcapsules (8.73 meq O2/kg). Notably, TBHQ provided the highest oxidative stability with an induction period of 2.64 hours, followed by EDTA and gum arabic microcapsules. Sensory evaluations indicated that mayonnaise with gum arabic microcapsules received acceptability scores comparable to those with synthetic antioxidants, exceeding 7 on a 9-point scale. Overall, the findings suggest that microencapsulated hazelnut skin extract, particularly when combined with gum arabic, can serve as an effective natural antioxidant in emulsified food products, offering a viable alternative to synthetic additives.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the composition and properties of mayonnaise, which is primarily an oil-in-water (O/W) emulsion consisting of 70-80% oil, egg yolk, vinegar, and spices. Due to its high-fat content and the presence of iron ions from egg yolk, mayonnaise is prone to lipid oxidation, which adversely affects its sensory qualities and can produce harmful compounds. While synthetic antioxidants like butylated hydroxyanisole (BHA) and butylated hydroxytoluene (BHT) have been traditionally used to inhibit oxidation, there is a growing preference for natural antioxidants derived from plant materials rich in phenolic compounds, particularly as sustainability concerns rise.
Among various natural sources, hazelnut (Corylus avellana L.) skin is highlighted for its high phenolic content and significant antioxidant capacity, reportedly surpassing that of cinnamon, dark chocolate, and blueberries. Despite its potential, the incorporation of hazelnut skin into food systems faces challenges such as solubility and stability. The study proposes using encapsulation techniques, specifically spray drying with carrier materials like maltodextrin, gum arabic, and pea protein, to enhance the functional performance of hazelnut skin extract in mayonnaise formulations. The objective is to optimize the encapsulation process and evaluate the impact of these microcapsules on the oxidative stability of mayonnaise during storage, thereby contributing to the valorization of hazelnut skin in food applications.
Methods
In this study, hazelnut (Corylus avellana L.) skins were sourced from a processing plant in Ordu, Türkiye, following a roasting process at temperatures of 115 °C for 30 minutes and 140 °C for 15 minutes. Various hazelnut varieties, including Palaz, Tombul, Kara, and Çakıldak, were utilized. The skins were ground and sieved through 500 µm and 1 mm meshes, and distilled water was employed as the solvent for the extraction during the encapsulation process. Wall materials such as maltodextrin (DE10), pea protein, and gum arabic were procured from Alfasol, while other ingredients for mayonnaise production were sourced locally.
The experimental design involved optimizing spray drying conditions using Central Composite Design (CCD), where wall material percentage (20%-50% based on dry matter content) and inlet temperature (140°C-180°C) were the independent variables, with microencapsulation efficiency (%) as the dependent variable. A fixed volume of 40 mL of hazelnut skin extract was used to determine the appropriate wall material amount. The extract and wall materials were homogenized with an Ultraturrax T25 homogenizer at 19,000 rpm for 15 minutes, and the mixture was processed in a laboratory-scale spray dryer (Buchi B290) with an aspiration rate of 80% and a feeding rate of 30-35%.
Results
The study optimized the encapsulation efficiency of hazelnut skin extract using Response Surface Methodology (RSM), specifically through a Central Composite Design (CCD) that evaluated the effects of wall material concentration and inlet temperature on antioxidant capacity, measured via DPPH radical scavenging activity. The encapsulation efficiencies varied significantly across different wall materials: gum arabic achieved the highest efficiency (95.26% to 98.68%), followed by maltodextrin (87.33% to 94.92%) and pea protein (76.92% to 89.09%). Statistical analysis indicated that the models were robust, with insignificant lack of fit values (p > 0.05) and adequate precision values exceeding the recommended threshold of 4.
The findings revealed that higher concentrations of maltodextrin significantly enhanced encapsulation efficiency (p < 0.01), attributed to its favorable solubility and film-forming capabilities. Conversely, increased inlet temperatures negatively impacted encapsulation efficiency when using pea protein, as higher temperatures led to the degradation of thermolabile compounds. The optimal conditions identified were 140°C and 20% wall material concentration for pea protein, 154°C and 50% for maltodextrin, and 180°C and 50% for gum arabic, with predicted encapsulation efficiencies of 72%, 90%, and 97%, respectively. These results underscore gum arabic's superior performance in encapsulating antioxidant compounds, highlighting its potential for enhancing the stability of bioactive components in food applications.
Discussion
In this study, ultrasound-assisted extraction was employed to obtain hazelnut skin extracts, which were then characterized and incorporated into mayonnaise formulations to enhance antioxidant properties. The extraction process utilized distilled water at 50 °C for 27 minutes, yielding a concentrated extract that was freeze-dried to prevent adverse effects on mayonnaise texture. The encapsulation efficiency of the extracts was assessed using the total antioxidant capacity (TAC) and surface antioxidant content (SAC) methods. Scanning electron microscopy (SEM) revealed that freeze-dried powders exhibited irregular, porous structures, while spray-dried microcapsules were more homogeneous and spherical, with varying bulk and tapped densities that influenced their flowability and oxidative stability.
The oxidative stability of mayonnaise samples was evaluated through peroxide value (PV) and p-anisidine value (p-AV) measurements, alongside Rancimat analysis. Results indicated that both freeze-dried and encapsulated hazelnut skin extracts effectively reduced oxidative processes compared to a control sample, particularly at elevated temperatures. Synthetic antioxidants (TBHQ and EDTA) demonstrated superior stability, while samples with maltodextrin microcapsules showed notable oxidative protection. Sensory evaluations revealed that while the control mayonnaise was preferred for color and overall acceptability, formulations containing hazelnut skin extracts were comparable in taste and texture, albeit with some negative impacts on emulsion stability attributed to the hydrophilic nature of maltodextrin. Overall, the study highlights the potential of hazelnut skin extracts as natural antioxidants in food applications, particularly in mayonnaise formulations.