Preview

Хранение и переработка сельхозсырья

Расширенный поиск

Эмульсии Пикеринга на основе модифицированных полисахаридов бурых водорослей для получения пищевых систем нового поколения

https://doi.org/10.36107/spfp.2023.417

Аннотация

Введение. Формирование сегмента продуктов питания нового поколения, обладающих устойчивыми функциональными свойствами связано с рядом проблем, обусловленными значительной вариативностью качества исходного сырья. Одним из путей реализации данного направления может стать использование эмульсии Пикеринга как матрицы для доставки пищевых биоактивных ингредиентов. В качестве стабилизирующих частиц перспективным является использование микроструктурированых растительных полисахаридов, что обусловливает актуальность представленных исследований.


Цель исследования — исследование применимости нетепловых эффектов ультразвука для модификации растительных полисахаридов, которые будут использоваться в качестве стабилизирующих частиц в технологии эмульсий, используемых при получении пищевых систем.


Материалы и методы. В качестве объектов исследования выступали образцы эмульсий Пикеринга с липидной фракцией на основе льняного масла холодного отжима из семян сорта селекции «Уральский», стабилизированные микроструктурированными Фукоиданом и альгинатом натрия (Alg—Na). Для микроструктурирования применены эффекты кавитации с параметрами: 22 ± 1,65 кГц и интенсивностью излучения не менее 10 Вт/см2.


Результаты. В ходе исследования оценивали антиоксидантную активность, дисперсные характеристики и морфологические изменения структуры частиц, а также характер встраивания их в эмульсии Пикеринга. Установлены рациональные режимы микроструктурирования. Отмечено увеличение антирадикальной активности для Фукоидана — в 5,2 раза (630 Вт/л; 30 мин), для Alg—Na – в 7,4 раза (630 Вт/л; 18 мин). После сонохимического микроструктурирования микрочастицы полисахаридов по-разному укладываются в системе эмульсии Пикеринга, что влияет на их вязкость и устойчивость.


Выводы. Представленные исследования подтверждают эффективность микроструктурирования полисахаридов бурых водорослей для стабилизирования эмульсий Пикеринга, что обеспечивает возможность их применения в технологии пищевых систем нового поколения. 

Об авторах

Ирина Юрьевна Потороко
Южно-Уральский государственный университет (НИУ)
Россия

доктор технических наук, профессор, и.о. директора высшей медико-биологической школы, зав. кафедрой пищевых и биотехнологий, Южно-Уральский государственный университет (НИУ)



Аммар Мохаммад Кади
Южно-Уральский государственный университет (НИУ)
Россия

аспирант кафедры пищевых и биотехнологий, Южно-Уральский государственный университет (НИУ)



Анастасия Валерияновна Паймулина
Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук
Россия

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела пищевых систем и биотехнологий СФНЦА РАН
Младший научный сотрудник управления научной и инновационной деятельности, Южно-Уральский государственный университет (НИУ)



Наталья Владимировна Науменко
Южно-Уральский государственный университет (НИУ)
Россия


Список литературы

1. Ashokkumar, M. Applications of ultrasound in food and bioprocessing. Ultrasonics Sonochemistry 2015, 25, 17–23. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2014.08.012

2. Atashrazm F., Lowenthal R. M., Woods G. M., Holloway A. F., Dickinson J. L. (2015). Fucoidan and cancer: A multifunctional molecule with anti-tumor potential. Marine drugs, 13(4), 2327-2346. https://doi.org/10.3390/md13042327

3. Benslima, A., Sellimi, S., Hamdi, M., Nasri, R., Jridi, M., Cot, D., ... & Zouari, N. (2021). The brown seaweed Cystoseira schiffneri as a source of sodium alginate: Chemical and structural characterization, and antioxidant activities. Food Bioscience, 40, 100873. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2020.100873

4. Cen, S., Li, Z., Guo, Z., Li, H., Shi, J., Huang, X., ... & Holmes, M. (2022). 4D printing of a citrus pectin/β-CD Pickering emulsion: a study on temperature induced color transformation. Additive Manufacturing, 102925. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102925

5. Chen, Q. H., Zheng, J., Xu, Y. T., Yin, S. W., Liu, F., & Tang, C. H. (2018). Surface modification improves fabrication of pickering high internal phase emulsions stabilized by cellulose nanocrystals. Food Hydrocolloids, 75, 125-130. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2017.09.005

6. Córdova, B. M., Jacinto, C. R., Alarcón, H., Mejía, I. M., López, R. C., de Oliveira Silva, D., Valderrama, A. C. (2018). Chemical modification of sodium alginate with thiosemicarbazide for the removal of Pb (II) and Cd (II) from aqueous solutions. International journal of biological macromolecules, 120, 2259-2270. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.08.095

7. Cui, K., Tai, W., Shan, X., Hao, J., Li, G., & Yu, G. (2018). Structural characterization and anti-thrombotic properties of fucoidan from Nemacystus decipiens. International journal of biological macromolecules, 120, 1817-1822. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.09.079

8. Dhiman, A., & Prabhakar, P. K. (2021). Micronization in food processing: A comprehensive review of mechanistic approach, physicochemical, functional properties and self-stability of micronized food materials. Journal of Food Engineering, 292, 110248. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2020.110248

9. Gong, J., Wang, S., Wang, J., Feng, W., Peng, H., Tang, J., & Yu, P. S. (2020, July). Attentional graph convolutional networks for knowledge concept recommendation in moocs in a heterogeneous view. In Proceedings of the 43rd International ACM SIGIR Conference on Research and Development in Information Retrieval (pp. 79-88). https://doi.org/10.1145/3397271.3401057

10. Heenu Sharma, Swati Sharma, Jasveen Bajwa, Riya Chugh, Deepak Kumar (2023) Polymeric carriers in probiotic delivery system Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, 100301, https://doi.org/10.1016/j.carpta.2023.100301.

11. Hmelkov A.B. Zvyagintseva T.N., Shevchenko N.M. (2018) Ultrasound-assisted extraction of polysaccharides from brown alga Fucus evanescens. Structure and biological activity of the new fucoidan fractions Journal of Applied Phycology, 30(3), 2039–2046.

12. Huang, M., Wang, J., & Tan, C. (2021). Tunable high internal phase emulsions stabilized by cross-linking/electrostatic deposition of polysaccharides for delivery of hydrophobic bioactives. Food Hydrocolloids, 118, 106742. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106742

13. Imbs, T. I., Ermakova, S. P. (2021). Can Fucoidans of Brown Algae Be Considered as Antioxidants?. Russian Journal of Marine Biology, 47(3), 157-161. https://doi.org/10.1134/S1063074021030056

14. Jiao, B., Shi, A., Wang, Q., & Binks, B. P. (2018). High‐internal‐phase pickering emulsions stabilized solely by peanut‐protein‐isolate microgel particles with multiple potential applications. Angewandte Chemie, 130(30), 9418-9422. https://doi.org/10.1002/ange.201801350

15. Kiani, H., Zhang, Z., Delgado, A., & Sun, D. W. (2011). Ultrasound assisted nucleation of some liquid and solid model foods during freezing. Food Research International, 44(9), 2915-2921. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2011.06.051

16. Koh H. S. A., Lu J., Zhou W. (2019). Structure characterization and antioxidant activity of fucoidan isolated from Undaria pinnatifida grown in New Zealand. Carbohydrate polymers, 212, 178-185. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.02.040

17. Kolodyńska D., Gęca M., Skwarek E., Goncharuk O. (2018). Titania-coated silica alone and modified by sodium alginate as sorbents for heavy metal ions. Nanoscale Research Letters, 13(1), 1-12. https://doi.org/10.1186/s11671-018-2512-7

18. Krylova N. V., Ermakova S. P., Lavrov V. F., Leneva I. A., Kompanets G. G., Iunikhina O. V., Zaporozhets T. S. (2020). The comparative analysis of antiviral activity of native and modified fucoidans from brown algae Fucus evanescens in vitro and in vivo. Marine drugs, 18(4), 224. https://doi.org/10.3390/md18040224

19. Lee J., Kim J., Moon C., Kim S. H., Hyun J. W., Park J. W., Shin T. (2008). Radioprotective effects of fucoidan in mice treated with total body irradiation. Phytotherapy Research: An International Journal Devoted to Pharmacological and Toxicological Evaluation of Natural Product Derivatives, 22(12), 1677-1681. https://doi.org/10.1002/ptr.2562

20. Li Q., Wu Y., Fang R., Lei C., Li Y., Li B., Luo X. (2021). Application of Nanocellulose as particle stabilizer in food Pickering emulsion: Scope, Merits and challenges. Trends in Food Science & Technology, 110, 573-583. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.02.027

21. Lin P., Chen S., Liao M., Wang W. (2022). Physicochemical Characterization of Fucoidans from Sargassum henslowianum C. Agardh and Their Antithrombotic Activity In Vitro. Marine Drugs, 20(5), 300. https://doi.org/10.3390/md20050300

22. Marefati A., Sjöö M., Timgren A., Dejmek P., Rayner M. (2015). Fabrication of encapsulated oil powders from starch granule stabilized W/O/W Pickering emulsions by freeze-drying. Food Hydrocolloids, 51, 261-271. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.04.022

23. Mok T. S., Wu Y. L., Kudaba I., Kowalski D. M., Cho B. C., Turna H. Z., Lu S. (2019). Pembrolizumab versus chemotherapy for previously untreated, PD-L1-expressing, locally advanced or metastatic non-small-cell lung cancer (KEYNOTE-042): a randomised, open-label, controlled, phase 3 trial. The Lancet, 393(10183), 1819-1830. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(18)32409-7

24. Peng Y., Song Y., Wang Q., Hu Y., He Y., Ren D., Zhou H. (2019). In vitro and in vivo immunomodulatory effects of fucoidan compound agents. International journal of biological macromolecules, 127, 48-56. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.12.197

25. Perrin E., Bizot H., Cathala B., Capron I. (2014). Chitin nanocrystals for Pickering high internal phase emulsions. Biomacromolecules, 15(10), 3766-3771. https://doi.org/10.1021/bm5010417

26. Ribeiro E. F., Morell P., Nicoletti V. R., Quiles A., Hernando I. (2021). Protein-and polysaccharide-based particles used for Pickering emulsion stabilisation. Food Hydrocolloids, 119, 106839. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106839

27. Potoroko I.Yu., Kalinina I.V., Naumenko N.V., Fatkullin R.I., Nenasheva A.V., Uskova D.G., Sonawane S.H., Ivanova D.G., &Velyamov M.T. (2018). Sonochemical Micronization of Taxifolin Aimed at Improving Its Bioavailability in Drinks for Athletes, Human. Sport. Medicine, 18(3), 90–100. DOI: 10.14529/hsm180309

28. Rui X., Tan H., Yan Q. (2014). Nanostructured metal sulfides for energy storage. Nanoscale, 6(17), 9889-9924. https://doi.org/10.1039/C4NR03057E

29. Sano Y. (1999). Antiviral activity of alginate against infection by tobacco mosaic virus. Carbohydrate polymers, 38(2), 183-186. https://doi.org/10.1016/S0144-8617(98)00119-2

30. Sellimi S., Younes I., Ayed H. B., Maalej H., Montero V., Rinaudo M., Nasri M. (2015). Structural, physicochemical and antioxidant properties of sodium alginate isolated from a Tunisian brown seaweed. International Journal of Biological Macromolecules, 72, 1358-1367. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2014.10.016

31. Serrano-Aroca A., Ferrandis-Montesinos M., Wang R. (2021). Antiviral properties of alginate-based biomaterials: promising antiviral agents against SARS-CoV-2. ACS Applied Bio Materials, 4(8), 5897-5907. https://doi.org/10.1021/acsabm.1c00523

32. Sun Q. L., Li Y., Ni L. Q., Li Y. X., Cui Y. S., Jiang S. L., Dong C. X. (2020a). Structural characterization and antiviral activity of two fucoidans from the brown algae Sargassum henslowianum. Carbohydrate polymers, 229, 115487. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.115487

33. Sun S. H., Chen Q., Gu H. J., Yang G., Wang Y. X., Huang X. Y., Wang Y. C. (2020b). A mouse model of SARS-CoV-2 infection and pathogenesis. Cell host & microbe, 28(1), 124-133. https://doi.org/10.1016/j.chom.2020.05.020

34. Sun T., Zhang X., Miao Y., Zhou Y., Shi J., Yan M., Chen A. (2018). Studies on antiviral and immuno-regulation activity of low molecular weight fucoidan from Laminaria japonica. Journal of Ocean University of China, 17(3), 705-711. https://doi.org/10.1007/s11802-018-3794-1

35. Tang C. H. (2020). Globular proteins as soft particles for stabilizing emulsions: Concepts and strategies. Food Hydrocolloids, 103, 105664. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.105664

36. Tomori M., Nagamine T., Miyamoto T., Iha M. (2019). Evaluation of the immunomodulatory effects of fucoidan derived from Cladosiphon okamuranus Tokida in mice. Marine drugs, 17(10), 547. https://doi.org/10.3390/md17100547

37. Torabi P., Hamdami N., Keramat J. (2022). Investigation on total phenolic content, antioxidant activity, and emulsifying capacity of sodium alginate from Nizimuddinia zanardini during microwave-assisted extraction; optimization and statistical modeling. Journal of Food Measurement and Characterization, 16(2), 1549-1558. https://doi.org/10.1007/s11694-021-01255-4

38. Wang Y., Xing M., Cao Q., Ji A., Liang H., Song S. (2019). Biological activities of fucoidan and the factors mediating its therapeutic effects: A review of recent studies. Marine Drugs, 17(3), 183. https://doi.org/10.3390/md17030183

39. WangZ., Huang Y., Wang M., Wu G., Geng T., Zhao Y., Wu A. (2016). Macroporous calcium alginate aerogel as sorbent for Pb2+ removal from water media. Journal of environmental chemical engineering, 4(3), 3185-3192. https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.06.032

40. Wani T. A., Masoodi F. A., Akhter R., Akram T., Gani A., Shabir N. (2022). Nanoencapsulation of hydroxytyrosol in chitosan crosslinked with sodium bisulfate tandem ultrasonication: Techno-characterization, release and antiproliferative properties. Ultrasonics Sonochemistry, 82, 105900. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105900

41. Wu S. Y., Parasuraman V., Arunagiri V., Gunaseelan S., Chou H. Y., Anbazhagan R., Prasad, R. (2020). Radioprotective effect of self-assembled low molecular weight Fucoidan–Chitosan nanoparticles. International Journal of Pharmaceutics, 579, 119161. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2020.119161

42. Xu Y. T., Yang T., Liu L. L., Tang, C. H. (2020). One-step fabrication of multifunctional high internal phase pickering emulsion gels solely stabilized by a softer globular protein nanoparticle: S-Ovalbumin. Journal of Colloid and Interface Science, 580, 515-527. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.07.054

43. Zamani S., Malchione N., Selig M. J., Abbaspourrad A. (2018). Formation of shelf stable Pickering high internal phase emulsions (HIPE) through the inclusion of whey protein microgels. Food & function, 9(2), 982-990. https://doi.org/10.1039/C7FO01800B

44. Zhang H., Ling M. X., Liu Y. L., Tu X. L., Wang F. Y., Li C. Y., Sun W. D. (2013). High oxygen fugacity and slab melting linked to Cu mineralization: evidence from Dexing porphyry copper deposits, southeastern China. The Journal of Geology, 121(3), 289-305. https://doi.org/10.1086/669975

45. Zhao X., Guo F., Hu J., Zhang L., Xue C., Zhang Z., Li B. (2016). Antithrombotic activity of oral administered low molecular weight fucoidan from Laminaria Japonica. Thrombosis research, 144, 46-52. https://doi.org/10.1016/j.thromres.2016.03.008

46. Zou Y., Guo J., Yin S. W., Wang J. M., Yang X. Q. (2015). Pickering emulsion gels prepared by hydrogen-bonded zein/tannic acid complex colloidal particles. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 63(33), 7405-7414. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b03113

47. Zvyagintseva T. N., Usoltseva R. V., Shevchenko N. M., Surits V. V., Imbs T. I., Malyarenko O. S., Ermakova S. P. (2021). Structural diversity of fucoidans and their radioprotective effect. Carbohydrate Polymers, 273, 118551. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118551


Рецензия

Для цитирования:


Потороко И.Ю., Кади А.М., Паймулина А.В., Науменко Н.В. Эмульсии Пикеринга на основе модифицированных полисахаридов бурых водорослей для получения пищевых систем нового поколения. Хранение и переработка сельхозсырья. 2023;(1):136-149. https://doi.org/10.36107/spfp.2023.417

For citation:


Potoroko I.Yu., Kadi A.M., Paymulina A.V., Naumenko N.V. Pickering Emulsions Based on Modified Brown Algae Polysaccharides for the Production of New Generation Food Systems. Storage and Processing of Farm Products. 2023;(1):136-149. (In Russ.) https://doi.org/10.36107/spfp.2023.417

Просмотров: 284


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2072-9669 (Print)
ISSN 2658-767X (Online)