DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-89792-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40000724
تاريخ النشر: 2025-02-25
المؤلف: Azza M. Abdel‐Aty وآخرون
الموضوع الرئيسي: التغليف الدقيق وعمليات التجفيف
نظرة عامة
تبحث الدراسة في الميكروكبسولة لمستخلص بذور/قشور التمر الهندي (Tamarindus indica) (TSP) المركبات الفينولية، التي تحتوي على مواد مضادة للأكسدة غنية بالمواد الفينولية النشطة بيولوجيًا ولكن تواجه تحديات تتعلق بالاستقرار والذوبانية. باستخدام طريقة التجفيف بالتجميد، تم إنشاء ثلاث تركيبات ميكروكبسولة باستخدام صمغ الشيا (CG)، المالتوديكسترين (M)، ومزيج من كلاهما (M/CG) كمواد تغليف. أظهرت الميكروكبسولات كفاءات تغليف عالية بلغت 88.0%، 90.0%، و95.0%، على التوالي، مع الحفاظ على جزء كبير من محتوى TSP-الفينولي (87.5-96.3%) ونشاط مضادات الأكسدة (86.0-98.8%). من الجدير بالذكر أن الميكروكبسولات أظهرت قابلية هضم محسنة في وسط الأمعاء مقارنة بالوسط المعدي، خاصة تلك المغلفة بـ CG.
لم يحسن عملية التغليف فقط من الاستقرار والتوافر البيولوجي لمركبات TSP-الفينولية، بل منح أيضًا خصائص مضادة للبكتيريا ملحوظة، مع تركيزات بكتيرية قاتلة دنيا تتراوح من 0.61 إلى 1.4 ملغ/مل ضد سلالات بكتيرية مختلفة. حافظت الميكروكبسولات على خصائصها الوظيفية وسلامتها الهيكلية عند 40 درجة مئوية لمدة شهرين، مما يظهر خصائص مورفولوجية ملائمة وتفاعلات قوية بين مواد التغليف والمركبات الفينولية. بشكل عام، تستنتج الدراسة أن الميكروكبسولة لمركبات TSP-الفينولية تعزز بشكل كبير من إمكانياتها للاستخدام في الأطعمة الوظيفية، والأدوية، ومستحضرات التجميل، مما يبرز فعالية CG، M، ومزيجها في هذا التطبيق.
طرق
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون بذور وقشور التمر الهندي (Tamarindus indica) المأخوذة من الأسواق المحلية في مصر، تحديدًا من الصنف الحامض. شملت المواد مجموعة متنوعة من الكواشف والمركبات مثل المالتوديكسترين (DE 8-15)، كاشف فولين-سيكالتي، 1،1-ثنائي الفينيل-2-بيكريل هيدرازيل (DPPH)، و(2،2′-أزينو-بيس-3-إيثيل بنزوتيازولين-6-حمض السلفونيك) (ABTS)، بالإضافة إلى حمض الغاليك، تروكس، بيبسين، وبانكرياتين، جميعها تم الحصول عليها من شركة سيغما-ألدريتش.
اتبعت الإجراءات التجريبية الإرشادات المؤسسية والوطنية والدولية المعمول بها، مما يضمن الامتثال للوائح ذات الصلة طوال فترة الدراسة. تدعم هذه الدقة المنهجية صحة النتائج المستمدة من تحليل مواد التمر الهندي.
نتائج
تشير النتائج إلى أن مستخلص قشور بذور التمر الهندي (TSPE) يحتوي على مجموعة متنوعة من المركبات الفينولية، مثل حمض الغاليك، كاتيشين، وكيرسيتين، التي تساهم في نشاطه المضاد للأكسدة والفوائد الصحية المحتملة. وُجد أن المحتوى الكلي للفينولات (TPC) للميكروكبسولات المنتجة باستخدام مواد جدار مختلفة—M، M/CG، وCG—كان أقل قليلاً من ذلك الخاص بـ TSPE غير المغلف، بقيم بلغت 35.0، 37.5، و38.5 ملغ GAE، على التوالي، مقارنة بـ 40.0 ملغ GAE لـ TSPE. يُعزى هذا الانخفاض إلى عملية التجفيف بالتجميد، التي، على الرغم من فعاليتها في الحفاظ على المركبات النشطة بيولوجيًا، يمكن أن تؤدي إلى تدهور أكسيدي وتغيرات هيكلية في الفينولات.
بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل النشاط الكلي لمضادات الأكسدة (TAA) للميكروكبسولات أيضًا، مع قياسات بلغت 27.5، 29.1، و30.7 ميكرومول TE باستخدام DPPH، و45.2، 48.4، و50.6 ميكرومول TE باستخدام ABTS، مقارنةً بالنشاط الأولي لـ TSPE (32.0 ميكرومول TE باستخدام DPPH و51.2 ميكرومول TE باستخدام ABTS). كانت نسب الاحتفاظ بنشاط مضادات الأكسدة 86%، 91%، و96% لـ DPPH، و88.2%، 94.5%، و98.8% لـ ABTS، مما يشير إلى أن عملية التغليف حافظت على جزء كبير من الخصائص المضادة للأكسدة. من الجدير بالذكر أن استخدام صمغ الشيا (CG) كمواد جدار أدى إلى احتفاظ أفضل بالمركبات الفينولية المضادة للأكسدة مقارنةً بالبوليمر متعدد السكاريد M، على الأرجح بسبب الخصائص الفريدة لـ CG التي تعزز قدراته على الاستحلاب.
مناقشة
تتناول قسم المناقشة في ورقة البحث إعداد وتوصيف الميكروكبسولات التي تحتوي على مستخلص قشور بذور التمر الهندي (TSPE) باستخدام المالتوديكسترين (M) وصمغ الشيا (CG) كمواد تغليف. كانت كفاءة التغليف (EE) مرتفعة بشكل ملحوظ، حيث حققت ميكروكبسولات CG كفاءة تغليف بلغت 95%، مما يشير إلى حماية متفوقة للمركبات الفينولية مقارنةً بميكروكبسولات M وM/CG. وهذا يشير إلى أن الخصائص الممتازة لتشكيل الأفلام والاستحلاب لـ CG تعزز من استقرار وتوافر المركبات الفينولية المغلفة. تبرز الدراسة أيضًا تأثير الهضم المعوي المحاكي على إطلاق المركبات الفينولية، مع ملاحظة قابلية هضم أعلى في السائل المعوي المحاكي (SIF) مقارنةً بالسائل المعدي المحاكي (SGF)، خاصةً بالنسبة للميكروكبسولات المغلفة بـ CG.
علاوة على ذلك، تم تقييم استقرار الميكروكبسولات أثناء التخزين في درجات حرارة مرتفعة، مما كشف أن التغليف حافظ بشكل كبير على المحتوى الكلي للبوليفينولات (TPC) ونشاط مضادات الأكسدة (TAA) مع مرور الوقت. أظهرت الميكروكبسولات محتوى رطوبة، وذوبانية، وخصائص انتفاخ ملائمة للحفاظ على الاستقرار، حيث أظهرت ميكروكبسولات CG أفضل أداء. أشارت الخصائص الحرارية إلى تحسين الاستقرار الحراري بعد التغليف، وهو أمر حاسم للتطبيقات في معالجة الطعام. أخيرًا، تم تعزيز النشاط المضاد للبكتيريا للميكروكبسولات مقارنةً بـ TSPE غير المغلف، مما يشير إلى أن CG لا تحمي فقط المركبات النشطة بيولوجيًا بل تساهم أيضًا في فعاليتها المضادة للميكروبات ضد البكتيريا الممرضة. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانيات CG كمواد تغليف فعالة لتعزيز الخصائص الوظيفية لـ TSPE في التطبيقات الغذائية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-89792-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40000724
Publication Date: 2025-02-25
Author(s): Azza M. Abdel‐Aty et al.
Primary Topic: Microencapsulation and Drying Processes
Overview
The research investigates the microencapsulation of Tamarindus indica seeds/seed peels (TSP) phenolic compounds, which are rich in bioactive antioxidant-phenolic substances but face challenges related to stability and solubility. Utilizing the freeze-drying method, three microcapsule formulations were created using chia gum (CG), maltodextrin (M), and a combination of both (M/CG) as coating materials. The microcapsules demonstrated high encapsulation efficiencies of 88.0%, 90.0%, and 95.0%, respectively, while preserving a significant portion of the TSP-phenolic content (87.5-96.3%) and antioxidant activity (86.0-98.8%). Notably, the microcapsules exhibited enhanced digestibility in intestinal media compared to gastric media, particularly those coated with CG.
The encapsulation process not only improved the stability and bioavailability of TSP-phenolic compounds but also conferred notable antibacterial properties, with minimum bactericidal concentrations ranging from 0.61 to 1.4 mg/mL against various bacterial strains. The microcapsules maintained their functional properties and structural integrity at 40 °C for two months, showcasing favorable morphological characteristics and strong interactions between the coating materials and the phenolic compounds. Overall, the study concludes that the microencapsulation of TSP-phenolic compounds significantly enhances their potential for use in functional foods, pharmaceuticals, and cosmetics, highlighting the effectiveness of CG, M, and their mixture in this application.
Methods
In this study, the researchers utilized tamarind (Tamarindus indica) seeds and peels sourced from local markets in Egypt, specifically from the sour cultivar. The materials included various reagents and compounds such as maltodextrin (DE 8-15), Folin-Ciocalteu reagent, 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH), and (2,2′-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS), along with gallic acid, Trolox, pepsin, and pancreatin, all procured from Sigma-Aldrich Co.
The experimental procedures adhered to established institutional, national, and international guidelines, ensuring compliance with relevant regulations throughout the study. This methodological rigor supports the validity of the findings derived from the analysis of the tamarind materials.
Results
The results indicate that tamarind seed peel extract (TSPE) contains a variety of phenolic compounds, such as gallic acid, catechin, and quercetin, which contribute to its antioxidant activity and potential health benefits. The total phenolic content (TPC) of the microcapsules produced using different wall materials—M, M/CG, and CG—was found to be slightly lower than that of the non-encapsulated TSPE, with values of 35.0, 37.5, and 38.5 mg GAE, respectively, compared to 40.0 mg GAE for TSPE. This reduction is attributed to the freeze-drying process, which, while effective in preserving bioactive compounds, can lead to oxidative degradation and structural changes in phenolics.
Additionally, the total antioxidant activity (TAA) of the microcapsules was also reduced, with measurements of 27.5, 29.1, and 30.7 µmol TE using DPPH, and 45.2, 48.4, and 50.6 µmol TE using ABTS, compared to the initial TAA of TSPE (32.0 µmol TE using DPPH and 51.2 µmol TE using ABTS). The retention percentages of antioxidant activity were 86%, 91%, and 96% for DPPH, and 88.2%, 94.5%, and 98.8% for ABTS, indicating that the encapsulation process preserved a significant portion of the antioxidant properties. Notably, the use of chia gum (CG) as a wall material resulted in better retention of antioxidant-phenolic compounds compared to the polysaccharide polymer M, likely due to CG’s unique hydrophobic and hydrophilic properties that enhance its emulsifying capabilities.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the preparation and characterization of microcapsules containing tamarind seed peel extract (TSPE) using maltodextrin (M) and chia gum (CG) as coating materials. The encapsulation efficiency (EE) was notably high, with CG microcapsules achieving an EE of 95%, indicating superior protection of phenolic compounds compared to M and M/CG microcapsules. This suggests that CG’s excellent film-forming and emulsifying properties enhance the stability and bioavailability of the encapsulated TSPE-phenolic compounds. The study also highlights the impact of simulated gastrointestinal digestion on the release of phenolic compounds, with higher digestibility observed in simulated intestinal fluid (SIF) compared to simulated gastric fluid (SGF), particularly for CG-coated microcapsules.
Furthermore, the stability of the microcapsules during storage at elevated temperatures was assessed, revealing that encapsulation significantly preserved the total polyphenolic content (TPC) and antioxidant activity (TAA) over time. The microcapsules demonstrated moisture content, solubility, and swelling properties conducive to maintaining stability, with CG microcapsules exhibiting the best performance. The thermal properties indicated improved thermal stability post-encapsulation, which is crucial for applications in food processing. Lastly, the antibacterial activity of the microcapsules was enhanced compared to unencapsulated TSPE, suggesting that CG not only protects the bioactive compounds but also contributes to their antimicrobial efficacy against pathogenic bacteria. Overall, the findings underscore the potential of CG as an effective coating material for enhancing the functional properties of TSPE in food applications.