DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-026-00716-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41547990
تاريخ النشر: 2026-01-17
المؤلف: Seungtak Jeon وآخرون
الموضوع الرئيسي: البروتينات في نظم الغذاء
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تأثير دمج مضادات الأكسدة الوظيفية وتوزيعها المكاني على الخصائص الفيزيائية والكيميائية والثبات الأكسيدي لمستحلبات الماء في الزيت في الماء (W1/O/W2). تبحث الأبحاث بشكل خاص في صبغة الفلفل الحلو (PO)، وهي مضاد أكسدة محب للدهون، في المرحلة الزيتية، وحمض الغاليك (GA)، وهو مضاد أكسدة محب للماء، في المراحل الداخلية (W1) والخارجية (W2) والمائية. تم تقييم المعلمات الرئيسية مثل حجم القطرات، اللزوجة، جهد ζ، كفاءة التضمين، والثبات الأكسيدي على مدى فترة تخزين مدتها أربعة أسابيع.
تشير النتائج إلى أن PO قللت بشكل كبير من التوتر السطحي بحوالي 10%، مما أدى إلى أحجام قطرات أصغر (2.6-2.5 مN/m) وزيادة في الثبات الأكسيدي. على العكس، فإن وجود GA في المرحلة W2 حسن من نشاط التقاط الجذور الحرة بأكثر من 30% مقارنة بالتحكم، على الرغم من أنه أدى أيضًا إلى انخفاض في جهد ζ (من -32 إلى -26 مV) واللزوجة، مما ساهم في زيادة التكتل (حتى 19%). من الجدير بالذكر أن الدمج المزدوج لـ GA في كل من مراحل W1 و W2 أسفر عن أعلى قدرة مضادة للأكسدة ولكنه أيضًا تسارع في انخفاض pH وتدهور الهيكل. تؤكد هذه النتائج على أهمية توزيع مضادات الأكسدة في التأثير على آليات عدم الاستقرار داخل المستحلبات المعقدة، مما يبرز ضرورة التصميم السطحي الموجه نحو المرحلة لتحقيق توازن بين الحماية الأكسيدية وسلامة الهيكل في أنظمة الغذاء متعددة المراحل.
مقدمة
تناقش المقدمة أهمية مستحلبات الماء في الزيت في الماء (W1/O/W2) كنظم توصيل متعددة الاستخدامات للمركبات النشطة بيولوجيًا، حيث تقدم فوائد مثل الإطلاق المنضبط، وحماية المكونات الحساسة، وتغطية النكهات. ومع ذلك، تواجه هذه المستحلبات تحديات تتعلق بعدم الاستقرار الكيميائي، وخاصة أكسدة الدهون، التي تتفاقم بسبب مساحتها السطحية العالية. للتخفيف من التدهور الأكسيدي، يُقترح دمج مضادات الأكسدة مثل حمض الغاليك (GA) وصبغة الفلفل الحلو (PO)، حيث يمكن أن تلتقط الجذور الحرة وتربط أيونات المعادن المؤكسدة. ومع ذلك، قد يؤدي إضافة هذه المضادات إلى المساس بالاستقرار الفيزيائي، مما يؤدي إلى مشكلات مثل تكتل القطرات وانتشار الجزيئات.
تسلط الورقة الضوء على الحاجة إلى فهم شامل لكيفية تأثير توطين مضادات الأكسدة على الخصائص السطحية والثبات في المستحلبات المزدوجة. بينما تم استكشاف استراتيجيات مختلفة لتعزيز الاستقرار الفيزيائي والكيميائي لهذه الأنظمة، بما في ذلك استخدام مركبات قائمة على البروتينات والمعالجات الفيزيائية، لا يزال التأثير المحدد لمكان مضادات الأكسدة قيد البحث. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات توطين GA في مراحل مائية مختلفة وإضافة PO على الثبات والمقاومة الأكسيدية لمستحلبات W1/O/W2 ذات المرحلة الداخلية العالية. تفترض الفرضية أن توطين GA سيؤثر على التنظيم السطحي وتوزيع مضادات الأكسدة، مما يؤثر في النهاية على استقرار المستحلبات الهيكلي ومقاومتها للأكسدة، مع تداعيات على منتجات الغذاء ذات اللزوجة العالية.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والمواد الكيميائية المستخدمة في طرقهم التجريبية. تم الحصول على حمض الغاليك (GA) من Sigma-Aldrich، بينما شملت المستحلبات المستخدمة في المستحلبات المزدوجة PGPR من PT. MusimMas و Tween® 80 من Daejung. تم استخدام زيت الكانولا، الذي تم الحصول عليه محليًا، كمرحلة زيتية، وتم دمج صبغة الفلفل الحلو (PO) بتركيز 0.5% (w/w) لتعزيز التركيبة. تم استخدام التارترازين كعلامة لتقييم كفاءة التضمين.
لقياسات أكسدة الدهون، استخدمت الدراسة حمض ثلاثي كلورو الأسيتيك، وحمض الهيدروكلوريك (HCl)، وحمض الثيوباربيتيوريك (TBA)، جميعها من Daejung وSigma-Aldrich. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام سترات الصوديوم و n-هكسان لتحديد محتوى الكاروتينويد الكلي. تدعم هذه المجموعة الشاملة من المواد والمواد الكيميائية الإطار التجريبي الذي يهدف إلى تقييم الخصائص وكفاءة المستحلبات المزدوجة المطورة.
نتائج
يقدم قسم النتائج النتائج المستخلصة من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد الفرضية الصفرية. علاوة على ذلك، تُظهر أحجام التأثير المحسوبة دلالة عملية، مما يعزز من أهمية العلاقات الملاحظة.
بالإضافة إلى النتائج الرئيسية، تتناول المناقشة تداعيات هذه النتائج ضمن السياق الأوسع للمجال. يؤكد المؤلفون على التطبيقات المحتملة لنتائجهم، مشيرين إلى أن العلاقات المحددة يمكن أن توجه اتجاهات البحث المستقبلية والتدخلات العملية. يتم الاعتراف بحدود الدراسة، بما في ذلك حجم العينة والقيود المنهجية، التي قد تؤثر على إمكانية تعميم النتائج. بشكل عام، تختتم القسم بتوصيات لمزيد من التحقيق لاستكشاف الآليات الأساسية التي تحرك الظواهر الملاحظة.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة تأثيرات الإضافات المختلفة على التوتر السطحي، والشكل، وحجم القطرات، وثبات مستحلبات W1/O/W2. أدى إدخال 0.5% من حمض الغاليك (GA) إلى تقليل التوتر السطحي بشكل كبير، مما عزز من الاستحلاب والثبات بفضل خصائصه المحبة للماء والدهون. بالمثل، أدى إضافة زيت النخيل (PO) أيضًا إلى خفض التوتر السطحي، مع انخفاضات ملحوظة عند واجهات W1/O و O/W2. يساهم وجود الكاروتينويدات في PO، مثل الكابسانثين، في تحسين استقرار المستحلب من خلال تشكيل غشاء سطحي مضغوط. تشير النتائج إلى أن التأثيرات التآزرية لـ GA و PO يمكن استخدامها بشكل استراتيجي لتخصيص الخصائص السطحية، وبالتالي تعزيز استقرار المستحلب في أنظمة الغذاء المعقدة.
كشفت تحليل الشكل وحجم القطرات أن المستحلبات التي تحتوي على PO أظهرت أحجام قطرات أصغر مقارنة بتلك التي تحتوي على زيت الكانولا، وهو ما يُعزى إلى انخفاض التوتر السطحي. ومع ذلك، بينما تعزز أحجام القطرات الأصغر عمومًا الاستقرار، قد تزيد أيضًا من القابلية للتطور الأوسطي. كما لاحظت الدراسة أن إضافة GA أثرت على حجم القطرات والثبات، مع تأثيرات متباينة اعتمادًا على موقعه داخل المستحلب. علاوة على ذلك، انخفضت كفاءة التضمين للمركبات القابلة للذوبان في الماء مع مرور الوقت، خاصة في مستحلبات PO، مما يشير إلى وجود علاقة بين حجم القطرات، واللزوجة، واستقرار المستحلب. بشكل عام، تبرز الأبحاث التفاعل المعقد بين الخصائص السطحية، وشكل القطرات، وتوطين مضادات الأكسدة في تحديد استقرار ووظائف المستحلبات المزدوجة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-026-00716-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41547990
Publication Date: 2026-01-17
Author(s): Seungtak Jeon et al.
Primary Topic: Proteins in Food Systems
Overview
This study explores the impact of incorporating functional antioxidants and their spatial localization on the physicochemical properties and oxidative stability of water-in-oil-in-water (W1/O/W2) double emulsions. The research specifically examines paprika oleoresin (PO), a lipophilic antioxidant, in the oil phase, and gallic acid (GA), a hydrophilic antioxidant, in the inner (W1), outer (W2), and aqueous phases. Key parameters such as droplet size, viscosity, ζ-potential, encapsulation efficiency, and oxidative stability were assessed over a four-week storage period.
The findings indicate that PO significantly reduced interfacial tension by approximately 10%, resulting in smaller droplet sizes (2.6-2.5 mN/m) and enhanced oxidative stability. Conversely, GA’s presence in the W2 phase improved radical-scavenging activity by over 30% compared to the control, although it also led to a decrease in ζ-potential (from -32 to -26 mV) and viscosity, which contributed to increased creaming (up to 19%). Notably, dual incorporation of GA in both W1 and W2 phases yielded the highest antioxidant capacity but also accelerated pH decline and structural deterioration. These results underscore the importance of antioxidant distribution in influencing destabilization mechanisms within complex emulsions, highlighting the necessity for phase-oriented interfacial design to achieve a balance between oxidative protection and structural integrity in multiphase food systems.
Introduction
The introduction discusses the significance of water-in-oil-in-water (W1/O/W2) double emulsions as versatile delivery systems for bioactive compounds, offering benefits such as controlled release, protection of sensitive ingredients, and flavor masking. However, these emulsions face challenges related to chemical instability, particularly lipid oxidation, exacerbated by their high specific surface area. To mitigate oxidative deterioration, the incorporation of antioxidants like gallic acid (GA) and paprika oleoresin (PO) is suggested, as they can scavenge free radicals and chelate prooxidant metal ions. Nonetheless, the addition of these antioxidants may compromise physical stability, leading to issues such as droplet coalescence and molecular diffusion.
The paper highlights the need for a comprehensive understanding of how antioxidant phase localization affects interfacial characteristics and stability in double emulsions. While various strategies have been explored to enhance the physicochemical stability of these systems, including the use of protein-based complexes and physical treatments, the specific impact of antioxidant placement remains under-researched. This study aims to investigate the effects of GA localization in different aqueous phases and the addition of PO on the stability and oxidative resistance of high internal phase W1/O/W2 double emulsions. The hypothesis posits that the localization of GA will influence interfacial organization and antioxidant distribution, ultimately affecting the emulsions’ structural stability and oxidative resistance, with implications for high-viscosity food products.
Methods
In this section, the authors detail the materials and reagents utilized in their experimental methods. Gallic acid (GA) was sourced from Sigma-Aldrich, while the emulsifiers used for the double emulsions included PGPR from PT. MusimMas and Tween® 80 from Daejung. Canola oil, obtained locally, served as the oil phase, and paprika oleoresin (PO) was incorporated at a concentration of 0.5% (w/w) to enhance the formulation. Tartrazine was employed as a marker for assessing encapsulation efficiency.
For lipid oxidation measurements, the study utilized trichloroacetic acid, hydrochloric acid (HCl), and thiobarbituric acid (TBA), all sourced from Daejung and Sigma-Aldrich. Additionally, sodium citrate and n-hexane were used to quantify total carotenoid content. This comprehensive selection of materials and reagents underpins the experimental framework aimed at evaluating the properties and efficiency of the developed double emulsions.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis. Furthermore, the effect sizes calculated demonstrate practical significance, reinforcing the relevance of the observed relationships.
In addition to the primary findings, the discussion elaborates on the implications of these results within the broader context of the field. The authors emphasize the potential applications of their findings, suggesting that the identified correlations could inform future research directions and practical interventions. Limitations of the study are acknowledged, including sample size and methodological constraints, which may impact the generalizability of the results. Overall, the section concludes with recommendations for further investigation to explore the underlying mechanisms driving the observed phenomena.
Discussion
In this section, the study discusses the effects of various additives on the interfacial tension, morphology, droplet size, and stability of W1/O/W2 double emulsions. The introduction of 0.5% gallic acid (GA) significantly reduced interfacial tension, enhancing emulsification and stability due to its amphiphilic properties. Similarly, the addition of palm oil (PO) also lowered interfacial tension, with notable reductions at both the W1/O and O/W2 interfaces. The presence of carotenoids in PO, such as capsanthin, contributes to improved emulsion stability by forming a compact interfacial membrane. The findings suggest that the synergistic effects of GA and PO can be strategically utilized to tailor interfacial characteristics, thereby enhancing emulsion stability in complex food systems.
The morphology and droplet size analysis revealed that emulsions containing PO exhibited smaller droplet sizes compared to those with canola oil, attributed to the reduced interfacial tension. However, while smaller droplet sizes generally enhance stability, they may also increase susceptibility to Ostwald ripening. The study also noted that the addition of GA influenced droplet size and stability, with varying effects depending on its location within the emulsion. Furthermore, the encapsulation efficiency of water-soluble compounds decreased over time, particularly in PO emulsions, indicating a relationship between droplet size, viscosity, and emulsion stability. Overall, the research highlights the complex interplay of interfacial properties, droplet morphology, and antioxidant localization in determining the stability and functionality of double emulsions.