Influence of spray drying conditions on beetroot pigments retention after microencapsulation process

• Autorzy: Janiszewska E. , Wlodarczyk J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ parametrów suszenia rozpyłowego na stopień zamknięcia barwników buraka ćwikłowego po procesie mikrokapsułkowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In food colorants microencapsulation process, apart from appropriate carrier selection, the determination of the spray drying parameters which can affect the retention of active ingredients is essential. The aim of this study was to investigate the effect of drying parameters on beetroot pigments retention after microencapsulation. Raw material used in the study was the 100% beetroot juice. Low-crystallised maltodextrin DE=11 (MD) was used as the carrier. To obtain 30% dry matter concentration in the solution, the proper amount of maltodextrin was added to beet root juice with 15% of dry matter. Drying was carried out in a spray-drier at disc speed of 39,000 rpm and solution flux rate of 0.3·10-6 and 0.8·10-6 m3 s-1. The inlet air temperature was 120, 140 and 160oC, at a constant air flow rate of 0.0055 m3 s-1. Before drying, viscosity and density of the solutions were measured. Dry matter content, apparent density, loose bulk density of the powder, and porosity were determined. The particle morphology was tested as well. Pigment content was measured by Nillson (1970) and Von Elbe (2001) methods to determine the efficiency of encapsulation. The viscosity and density of solutions of beet juice with maltodextrin was 3.86 mPa s and 1100 kg m-3, respectively. In both cases, the values of viscosity and density were higher compared to the raw juice. Increase of solution flux rate caused a decrease of dry matter content, apparent particle density and loose bulk density. Increase of inlet air temperature caused an increase of dry matter content, average diameter and a decrease of both densities. It was observed that the increase of inlet air temperature caused a decrease in the yellow pigment to a higher degree (47%) than in the violet pigment (17%). However, no clear correlation was observed for violet pigment. There were no changes in porosity and shape factor. The obtained microcapsules were sphere-like in shape, with numerous deep cavities. In the whole experiment the retention of beet root pigments was in the range of 26.7-29.3%.

PL

W procesie mikrokapsułkowania barwników, poza dobraniem odpowiedniego nośnika, istotne jest ustalenie parametrów suszenia rozpyłowego, mających wpływ na stopień zatrzymania rdzenia. Celem pracy było zbadanie wpływu zmiennych parametrów suszenia na stopień zatrzymania barwników buraka ćwikłowego po procesie mikrokapsułkowania. Surowiec do badań stanowił 100%-owy sok z buraka ćwikłowego. Jako nośnik używano maltodekstryny niskoscukrzonej DE=11 (MD). Do soku o 15% zawartości suchej substancji dodawano proszek maltodekstryny w celu uzyskania roztworu o 30% stężeniu suchej masy. Suszenie sporządzonych roztworów prowadzono w suszarce rozpyłowej LAB S1 firmy Anhydro, przy prędkości dysku rozpyłowego 39000 obr·min-1 i strumieniu surowca 0,3·10-6 oraz 0,8·10-6 m3·s-1. Suszenie odbywało się współprądowo, a temperatura powietrza wlotowego wynosiła 120, 140 i 160oC, Natężenie przepływu powietrza było stałe i wynosiło 0,0055 m3∙s-1. Przed suszeniem oznaczano lepkość i gęstość roztworów. W otrzymanych proszkach oznaczano zawartość suchej substancji, gęstość pozorną proszku, gęstość luźną złoża proszku, porowatość złoża, określano morfologię cząstek oraz zawartość barwników metodą Nillson’a (1970) i Von Elbe (2001) w celu wyznaczenia efektywności procesu kapsułkowania. Lepkość roztworów soku buraczanego z maltodekstryną wynosiła 3,86 mPa∙s, gęstość natomiast 1100 kg·m-3, w obu przypadkach uzyskane wartości były wyższe w porównaniu do surowego soku. Wzrost prędkości podawania surowca spowodował spadek zawartości suchej substancji w proszku, gęstości pozornej, gęstości luźnej złoża proszku. Wzrost temperatury powietrza wlotowego spowodował wzrost zawartości suchej substancji i średniej średnicy cząstek oraz spadek obu badanych gęstości. Zaobserwowano, iż wzrost temperatury powietrza wlotowego spowodował większy spadek zawartości barwnika żółtego (ok. 47%) w porównaniu do obniżenia zawartości barwnika czerwonego (ok. 17%). Nie zaobserwowano zmian w wartościach porowatości oraz współczynnika kształtu. Otrzymane mikrokapsułki były zbliżone kształtem do kuli z licznymi głębokimi wklęśnięciami. W całym eksperymencie efektywności kapsułkowania mieściły się w zakresie od 26,7 do 29,3%.

Słowa kluczowe

EN

red beet; beetroot; beet juice; maltodextrin; microencapsulation; microcapsule; particle density; apparent density; loose density; dry matter content; porosity; betalain pigment; spray drying; drying parameter; powdered food product

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Agrophysica
• Rocznik: 2013
• Tom: 20
• Numer: 2
• Opis fizyczny: p.343-356,fig.,ref.

Twórcy

autor

Janiszewska E.

• Department of Food Engineering and Process Management, Faculty of Food Sciences, Warsaw University of Life Sciences, Nowoursynowska 159c, 02-776 Warszawa, Poland

autor

Wlodarczyk J.

• Department of Food Engineering and Process Management, Faculty of Food Sciences, Warsaw University of Life Sciences, Nowoursynowska 159c, 02-776 Warszawa, Poland

Bibliografia

• Azeredo H.M.C., Pereira A.C., Rodrigues de Souza A.C., Gouveia S.T., Barbosa Mende K.C., 2009.
• Study on efficiency of betacyanin extraction from red beetroots. Int. J. Food Sci. Technol., 44, 2464-2469.
• Cai I.Z., Corke H., 2000. Production and properties of spray-dried Amaranthus betacyanin pigments. J. Food Sci., 65(6), 1248-1252.
• Chegini G.R., Ghobadian B., 2005. Effect of spray-drying condition on physical properties of orange juice powder. Dry. Technol., 23, 657-668.
• Chegini G.R., Ghobadian B., 2007. Spray dryer parameters for fruit juice drying. World J. Agri. Sci., 3(2), 230-236.
• Dajnowiec F., Kubiak A., Zander L. Banaszczyk P., 2011. The structure of microcapsules of ethyl esters of vegetable oil (in Polish). Acta Agrophysica, 17(1), 33-41.
• Desai K.G.H., Park H J., 2005. Recent development in microencapsulation of food ingredients. Dry. Technol., 23, 1361-1394.
• Domian E., Bialik E., 2006. Selected physical properties of apple juice powder (in Polish). Acta Agrophysica, 8(4), 803-814.
• Ersus S., Yurdagel U., 2007. Microencapsulation of anthocyanin pigments of black carrot (Daucus carota L.) by spray dryer. J. Food Eng., 80, 805-812.
• Fazaeli M., Emam-Djomeh Z., Kalbasi Ashtari A., Omid M., 2012. Effect of spray drying conditions and feed composition on the physical properties of black mulberry juice powder. FoodBioprod. Process, 90(4), 667-675.
• Finney J., Buffo R., Reineccius G.A., 2002. Effects of type of atomization and processing temperatures on the physical properties and stability of spray-dried flavors. J. Food Sci., 67(3), 1108-1114.
• Gaertner V.L., Goldman I.L., 2005. Pigment distribution and total dissolved solids of selected cycle of table beet from recurrent selection program for increased pigment., J. American Soc. Hort.Sci., 130 (3), 422-433.
• Georgiev V.G., Weber J., Kneschke E.M., Nedyalkov Denev P., Bley T., Pavlov A.I., 2010. Antioxidant activity and phenolic content of betalain extracts from intact plants and hairy root culturesof the red beetroot Beta vulgaris cv. Detroit dark red. Plant Foods for Human Nutrit., 65,105-111.
• Gokhale S.V. Lele S.S., 2011. Dehydration of red beet root (Beta vulgaris) by hot air drying: process optimization and mathematical modeling. Food Sci. Biotechnol., 20(4), 955-964.
• Grabowski J.A., Truong V., Daubert C.R., 2008. Nutritional and rheological characterization of spray dried sweet potato powder. Lebensm. Wiss. Technol., 41, 206-216.
• Henry B S., 1995. Natural food colors. In G. F. Hendry, J.D. Houghton (Eds.), Natural food colorants (pp. 40-79). (2nd edition). London: Springer.
• Janiszewska E., Krupa K., Witrowa-Rajchert D., 2011. Influence of homogenisation on physical properties of lemon aroma microcapsules obtained by spray drying method (in Polish). ActaAgrophysica, 18(2), 287-296.
• Janiszewska E., Śliwińska D., Witrowa-Rajchert D., 2010. Effect of lemon aroma content on selected physical properties of microcapsules (in Polish). Acta Agrophysica, 16(1), 59-68.
• Jimenez-Aguilar D.M., Ortega-Regules A.E., Lozada-Ramirez J.D., Perez-Perez M.C.I, Vernon- Carter E.J., Welti-Chanes J., 2011. Color and chemical stability of spray-dried blueberry extractusing mesquite gum as wall material. J. Food Compos. Anal., 24, 889-894.
• Kha T.C., Nguyen M.H., Roach P.D., 2010. Effects of spray drying conditions on the physicochemical and antioxidant properties of the Gac (Momordicaco chinchinensis) fruit aril powder.J. Food Eng., 98, 385-392.
• Khalil K.E., Mostafa M.F., Saleh Y.G., Nagib A.I., 2002. Production of mango powder by foamdrying of the juice. Egyptian J. Food Sci., 30(1), 23-41.
• Komes D., Lovrić T., Kovacevic Ganić K., 2007. Aroma of dehydrated pear products. Lebensm. Wiss. Technol., 40, 1578-1586.
• Loksuwan J., 2007. Characteristics of microencapsulated b-carotene formed by spray drying with modified tapioca starch, native tapioca starch and maltodextrin. Food Hydrocolloids, 21, 928-935.
• Neelwarne B., Halagur S.B., 2013. Red Beet: An overview. In Bhagyalakshmi Neelwarne (Ed). Red Beet Biotechnology: Food and Pharmaceutical Applications (pp 1-43)., London: Springer.
• Nemzer B., Pietrzkowski Z., Sporna A., Stalica P., Thresher W., Michałowski T., Wybraniec S., 2011. Betalainic and nutritional profiles of pigment-enriched red beet root (Beta vulgaris L.)dried extracts. Food Chem., 127, 42-53.
• Nillson T., 1970. Studies into the pigments in beetroot (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris var. rubra L.). Lantbrukshoegsk. Ann., 179-218.
• Nowak D., Syta M., 2009. Identify the impact of the degree of fragmentation, pre-treatment and drying method on the betalain pigment contents from dried beet (in Polish). Inżynieria Rolnicza,2(111), 131-137.
• Obón J.M., Castellar M.R., Alacid M., Fernández-López J.A., 2009. Production of a red-purple food colorant from Opuntiastricta fruits by spray drying and its application in food model systems. J.Food Eng., 90 471–479.
• Pitalua E., Jimenez M., Vernon-Carter E.J., Beristain C.I., 2010. Antioxidative activity of microcapsules with beet root juice using gum Arabic as wall material. Food Bioprod. Process, 88, 253-258.
• PN-A-79011/3:1998. Food Concentrates - research methods - water (in Polish).
• Quek S.Y., Chok N.K., Swedlund P., 2007. The physicochemical properties of spray-dried watermelon powders. Chem. Eng. Proces., 46, 386-392.
• Ravichandran K., Thaw Saw N.M.M., Mohdaly A.A.A., Gabr A.M.M., Kastell A., Riedel H., Cai Z., Knorr D., Smetanska I., 2011. Impact of processing of red beet on betalain content and antioxidant activity. Food Res. Int., in press, doi:10.1016/j.foodres.2011.07.002.
• Robert P., Gorena T., Romero N., Sepulveda E., Chavez J., Saenz C., 2010. Encapsulation of polyphenols and anthocyanins from pomegranate (Punicagranatum) by spray drying. Int. J. FoodSci. Technol., 45, 1386-1394.
• Roy K, Gullapalli S, Chaudhuri U.R, Chakraborty R., 2004. The use of a natural colorant based on betalain in the manufacture of sweet products in India. Int. J. Food Sci. Tech., 39, 1087-1091.
• Saénz C., Tapia S., Chávez J., Robert P., 2009. Microencapsulation by spray drying of bioactive compounds from cactus pear (Opuntiaficus-indica). Food Chem., 114, 616-622.
• Solval K.M., Sundararajan S., Alfaro L., Sathivel S., 2012. Development of cantaloupe (Cucumismelo) juice powders using spray drying technology. LWT – Food Sci. Technol., 46, 287-293.
• Von Elbe J.H., 2001. Betalains, Curr. Protoc. Food Analyt. Chem, F3.1.1-F3.1.7.

Uwagi

PL

Rekord w opracowaniu