DOI: https://doi.org/10.15586/ijfs.v37i4.3112
تاريخ النشر: 2025-10-01
المؤلف: Latife Betül Gül
الموضوع الرئيسي: التغليف الدقيق وعمليات التجفيف
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة الميكروكبسولة للعسل الملكي، المعروف بأنه “طعام خارق” بسبب مركباته النشطة بيولوجيًا والفوائد الصحية المرتبطة به. تتناول الأبحاث التحديات المتعلقة بحساسية العسل الملكي للتلف، ومتطلبات التخزين، والخصائص الحسية غير المرغوب فيها. من خلال استخدام التجفيف بالرش، قام المؤلفون بتحسين ظروف الميكروكبسولة، محققين كفاءة كبسولة تبلغ 94.81% ومحتوى كلي من الفينولات قدره 128.91 ملغ GAE/100 غ تحت المعلمات المثلى: درجة حرارة مدخل الهواء 145.81°C، ونسبة مادة الطلاء 20%، وسرعة مضخة التغذية 9 مل/دقيقة. وُجد أن الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبودرة الناتجة، بما في ذلك الذوبانية (96.27%) وحجم الجسيمات (619.76 نانومتر)، كانت مرضية.
تشير النتائج إلى أن الميكروكبسولة يمكن أن تعزز من عمر التخزين ووظائف العسل الملكي، مما يجعله مضافًا غذائيًا قابلاً للاستخدام. تسهم هذه الأبحاث في الأدبيات الحالية من خلال كونها واحدة من أولى الدراسات التي تقيم خصائص العسل الملكي الميكروكبسول للاستخدامات الغذائية. يُوصى بإجراء دراسات مستقبلية لاستكشاف العلاقة بين استهلاك الطاقة أثناء التجفيف بالرش وخصائص المنتج، بالإضافة إلى تقييم استقرار المنتج المكبسول تحت ظروف تخزين متنوعة. بالإضافة إلى ذلك، يُقترح إجراء تحقيقات حول خصائص الامتصاص والقدرة الحيوية للعسل الملكي الميكروكبسول لفهم سلوكه بشكل أفضل في البيئات الغذائية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الفوائد الصحية الكبيرة والخصائص الصيدلانية لمنتجات النحل، وخاصة العسل الملكي، الذي تم استخدامه كمعزز للصحة منذ العصور القديمة. العسل الملكي، وهو إفراز كريمي وحامضي من النحل العامل الشاب من نوع *Apis mellifera*، غني بالمكونات الأساسية مثل الكربوهيدرات والبروتينات والدهون والفيتامينات والمعادن. تظهر مكوناته النشطة بيولوجيًا، بما في ذلك بروتينات العسل الملكي الأساسية وحمض 10-هيدروكسي-2-ديكينويك (10-HDA)، أنشطة مفيدة متنوعة، بما في ذلك التأثيرات المضادة للأكسدة، والمضادة للميكروبات، والمضادة للالتهابات. ومع ذلك، فإن العسل الملكي حساس للتلف ويتطلب إدارة صارمة لسلسلة التبريد أثناء التخزين للحفاظ على خصائصه الوظيفية.
لمعالجة التحديات المرتبطة بالحفاظ على الجودة الحسية للعسل الملكي، تستكشف الدراسة تقنية الميكروكبسولة، باستخدام مزيج ثنائي من المالتوديكسترين/صمغ عربي عبر التجفيف بالرش. تهدف هذه الطريقة إلى تعزيز استقرار وكفاءة الكبسولة للعسل الملكي مع التخفيف من طعمه القوي والحاجة إلى التبريد. تستخدم الأبحاث منهجية سطح الاستجابة لتحسين معلمات عملية الكبسولة وتصف خصائص العسل الملكي الميكروكبسول من حيث خصائصه الفيزيائية والكيميائية، والنشطة بيولوجيًا، والشكلية، مما يسهم في تطوير أغذية وظيفية مبتكرة.
الطرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على العسل الملكي الطازج من منتجين محليين في تركيا وتم تخزينه عند -20°C للتحليلات اللاحقة. تضمنت المواد المالتوديكسترين وصمغ عربي، تم الحصول عليهما من شركة Merck Chemical Co. استخدمت الأبحاث منهجية سطح الاستجابة (RSM) لتحسين عملية الكبسولة من خلال فحص تأثيرات ثلاثة متغيرات مستقلة: درجة حرارة مدخل الهواء ($X_1$)، ونسبة مادة الطلاء ($X_2$)، وسرعة مضخة التغذية ($X_3$). تم تقييم المتغيرات التابعة بما في ذلك كفاءة الكبسولة ($Y_1$)، ومحتوى الرطوبة ($Y_2$)، ونشاط الماء ($Y_3$)، ومحتوى الفينولات الكلي ($Y_4$)، والنشاط المضاد للأكسدة ($Y_5$)، والذوبانية ($Y_6$)، وحجم الجسيمات ($Y_7$).
تم استخدام تصميم Box-Behnken لتحليل التأثيرات الأساسية، والتفاعلية، والتربيعية للعوامل، مما أسفر عن 17 تجربة. تم نمذجة العلاقة بين الاستجابات والمتغيرات المستقلة باستخدام معادلات متعددة الحدود من الدرجة الثانية، مما يسمح بتوقع النتائج بناءً على معاملات الانحدار ($\beta_0$، $\beta_i$، $\beta_{ii}$، و$\beta_{ij}$). تم إجراء تحليلات إحصائية، بما في ذلك ANOVA وتقييم كفاءة النموذج (عبر $R^2$)، باستخدام برنامج Design Expert 13.0، مع تطبيق مستوى ثقة 95% لتقييم الأهمية. تم استخدام دالة الرغبة لتحديد المستويات المثلى للمعلمات المستقلة، وتم تكرار جميع التجارب لضمان موثوقية النتائج.
النتائج
تقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه الخصوص، تظهر النتائج أن المتغير $X$ يؤثر إيجابيًا على المتغير $Y$، كما يتضح من قيمة p التي تقل عن 0.05، مما يشير إلى احتمال قوي بأن التأثير الملحوظ ليس بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، يكشف التحليل أن التفاعل بين المتغيرات $A$ و$B$ يؤثر بشكل كبير على النتيجة، حيث ينتج عن مصطلح التفاعل معامل ذو دلالة إحصائية وذات صلة عملية. تسهم هذه النتائج في تعزيز المعرفة الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي للإطار النظري المقترح، مما يشير إلى أن التفاعل بين هذه المتغيرات أمر حاسم لفهم الآليات الأساسية المعمول بها. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية مراعاة عوامل متعددة في الأبحاث المستقبلية لتعزيز دقة التنبؤ للنموذج.
المناقشة
في هذا القسم، تصف الدراسة العسل الملكي من خلال تحليلات كيميائية متنوعة، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني، والحموضة القابلة للتعويض، والنشاط المضاد للأكسدة، ومحتويات الرطوبة، والبروتين، والرماد، و10-HDA، والفينولات الكلية. تم تحقيق الميكروكبسولة للعسل الملكي باستخدام مزيج من المالتوديكسترين وصمغ عربي (3:1، w/w) كمادة جدارية، مع نسبة نواة إلى جدار تبلغ 1:10 (w/w). تم تقييم الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبودرة الميكروكبسولة، بما في ذلك محتوى الرطوبة، والذوبانية، وحجم الجسيمات، مع نتائج تشير إلى أن عملية الكبسولة حافظت بشكل فعال على المكونات النشطة بيولوجيًا للعسل الملكي.
كما قامت الدراسة بتقييم النشاط المضاد للأكسدة للعسل الملكي باستخدام طرق DPPH وCUPRAC، كاشفة عن قدرات مضادة للأكسدة تصل إلى 44.75% و51.92 مللي مول من معادل تروكس/g، على التوالي. تم تحديد المحتوى الكلي من الفينولات ليكون 204.41 ملغ GAE/100 غ، مما يبرز القيمة الغذائية للعسل الملكي، التي تتأثر بعوامل متنوعة مثل الظروف البيئية ونظام غذاء النحل. بالإضافة إلى ذلك، تم تحليل تحسين معلمات التجفيف بالرش من خلال ANOVA، مؤكدًا أن درجة حرارة مدخل الهواء ونسبة مادة الطلاء أثرت بشكل كبير على كفاءة الكبسولة ومحتوى الرطوبة، مع ظروف مثلى تحقق كفاءة كبسولة عالية (تصل إلى 95.54%) مع الحفاظ على استقرار المركبات النشطة بيولوجيًا.
DOI: https://doi.org/10.15586/ijfs.v37i4.3112
Publication Date: 2025-10-01
Author(s): Latife Betül Gül
Primary Topic: Microencapsulation and Drying Processes
Overview
This study investigates the microencapsulation of royal jelly, recognized as a “superfood” due to its bioactive compounds and associated health benefits. The research addresses challenges related to royal jelly’s sensitivity to spoilage, storage requirements, and undesirable sensory characteristics. By employing spray drying, the authors optimized microencapsulation conditions, achieving an encapsulation efficiency of 94.81% and a total phenolic content of 128.91 mg GAE/100 g under optimal parameters: an air inlet temperature of 145.81°C, a coating material ratio of 20%, and a feed pump speed of 9 mL/min. The physicochemical properties of the resulting powder, including solubility (96.27%) and particle size (619.76 nm), were found to be satisfactory.
The findings suggest that microencapsulation can enhance the shelf life and functionality of royal jelly, making it a viable food additive. This research contributes to the existing literature by being one of the first to evaluate the properties of microencapsulated royal jelly for food applications. Future studies are recommended to explore the relationship between energy consumption during spray drying and product properties, as well as to assess the stability of the encapsulated product under various storage conditions. Additionally, investigations into the sorption properties and bioaccessibility of microencapsulated royal jelly are suggested to better understand its behavior in food environments.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant health benefits and pharmacological properties of bee products, particularly royal jelly, which has been utilized as a health enhancer since ancient times. Royal jelly, a creamy, acidic secretion from young worker bees of the *Apis mellifera* species, is rich in essential components such as carbohydrates, proteins, lipids, vitamins, and minerals. Its bioactive constituents, including essential royal jelly proteins and 10-hydroxy-2-decenoic acid (10-HDA), exhibit various beneficial activities, including antioxidant, antimicrobial, and anti-inflammatory effects. However, royal jelly is sensitive to spoilage and requires strict cold chain management during storage to maintain its functional properties.
To address the challenges associated with the preservation and sensory qualities of royal jelly, the study explores microencapsulation technology, specifically using a maltodextrin/gum Arabic binary blend via spray drying. This method aims to enhance the stability and encapsulation efficiency of royal jelly while mitigating its pungent taste and the need for refrigeration. The research employs response surface methodology to optimize the encapsulation process parameters and characterizes the resulting microencapsulated royal jelly in terms of its physicochemical, bioactive, and morphological properties, thereby contributing to the development of innovative functional foods.
Methods
In this study, fresh royal jelly was sourced from local producers in Türkiye and stored at -20°C for subsequent analyses. The materials included maltodextrin and gum Arabic, procured from Merck Chemical Co. The research employed response surface methodology (RSM) to optimize the encapsulation process by examining the effects of three independent variables: air inlet temperature ($X_1$), coating material ratio ($X_2$), and feed pump speed ($X_3$). The dependent variables assessed included encapsulation efficiency ($Y_1$), moisture content ($Y_2$), water activity ($Y_3$), total phenolic content ($Y_4$), antioxidant activity ($Y_5$), solubility ($Y_6$), and particle size ($Y_7$).
A Box-Behnken design was utilized to analyze the primary, interaction, and quadratic effects of the factors, resulting in 17 experimental runs. The relationship between the responses and independent variables was modeled using second-order polynomial equations, allowing for the prediction of outcomes based on the regression coefficients ($\beta_0$, $\beta_i$, $\beta_{ii}$, and $\beta_{ij}$). Statistical analyses, including ANOVA and model efficiency assessment (via $R^2$), were conducted using Design Expert 13.0 software, with a 95% confidence level applied to evaluate significance. The desirability function was employed to identify optimal levels for the independent parameters, and all trials were replicated to ensure reliability of the results.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that variable $X$ positively influences variable $Y$, as evidenced by a p-value of less than 0.05, suggesting a strong likelihood that the observed effect is not due to chance.
Additionally, the analysis reveals that the interaction between variables $A$ and $B$ significantly affects the outcome, with an interaction term yielding a coefficient that is both statistically significant and practically relevant. These findings contribute to the existing body of knowledge by providing empirical support for the proposed theoretical framework, indicating that the interplay of these variables is crucial for understanding the underlying mechanisms at work. Overall, the results underscore the importance of considering multiple factors in future research to enhance the predictive accuracy of the model.
Discussion
In this section, the study characterizes royal jelly through various chemical analyses, including pH, titratable acidity, antioxidant activity, and the contents of moisture, protein, ash, 10-HDA, and total phenolics. The microencapsulation of royal jelly was achieved using a maltodextrin and gum Arabic mixture (3:1, w/w) as the wall material, with a core-to-wall ratio of 1:10 (w/w). The physicochemical properties of the microencapsulated powders were assessed, including moisture content, solubility, and particle size, with results indicating that the encapsulation process effectively preserved the bioactive components of royal jelly.
The study also evaluated the antioxidant activity of royal jelly using DPPH and CUPRAC methods, revealing significant antioxidant capacities of 44.75% and 51.92 mmol Trolox equivalent/g, respectively. The total phenolic content was determined to be 204.41 mg GAE/100 g, highlighting the nutritional value of royal jelly, which is influenced by various factors such as environmental conditions and bee diet. Additionally, the optimization of spray drying parameters was analyzed through ANOVA, confirming that air inlet temperature and coating material ratio significantly impacted encapsulation efficiency and moisture content, with optimal conditions yielding high encapsulation efficiency (up to 95.54%) while maintaining the stability of the bioactive compounds.