Innovative Materials and Techniques for Flavor Encapsulation

Abstract

Questa tesi tratta lo studio di tecniche e materiali innovativi per la produzione industriale di aromi incapsulati. È stato valutato l’utilizzo di un amido poroso per l’incapsulazione di aromi, in termini di interazione con solventi di diversa polarità, comportamento in applicazione durante un periodo di shelf life reale e protezione dall’ossidazione data all’olio di semi di girasole, tramite le tecniche di Calorimetria a Scansione Differenziale (DSC), Risonanza Magnetica Nucleare (NMR), analisi chimiche (SPME/GC-FID, numero di perossidi e dieni coniugati) e analisi sensoriali. È stato riscontrato che l’amido poroso interagisce maggiormente con solventi polari; che la ritenzione di molecole aromatiche all’interno dell’amido poroso aumenta con l’aumentare dell’affinità polare tra molecola aromatica e solvente; che la ritenzione aromatica nell’amido poroso, in presenza del solvente corretto, è pari o superiore alla ritenzione aromatica di un aroma atomizzato; che i livelli di ossidazione raggiunti dall’olio di girasole su amido poroso sono simili o inferiori ai livelli raggiunti dall’olio atomizzato. L’utilizzo dell’amido poroso può essere un’alternativa all’atomizzazione per l’incapsulazione di aromi liquidi. Sono state studiate diverse matrici per l’atomizzazione (maltodestrine da pisello e patata, sciroppo di glucosio, amidi modificati, gomma arabica e β-glucani da lievito) e loro combinazioni, in termini di ritenzione della molecola diacetile nel tempo, usando un metodo unificato di analisi per avere un confronto diretto di risultati anche a distanza di tempo. I β-glucani sono risultati inadatti all’utilizzo per atomizzazione; maltodestrine da pisello hanno mostrato contenuti di diacetile maggiori delle maltodestrine da patata ma con variabilità maggiore dei dati; lo sciroppo di glucosio ha mostrato un effetto peggiorativo in ogni combinazione dove ha sostituito le maltodestrine da patata; il prodotto migliore è risultato un amido modificato. Sono stati infine effettuati degli studi preliminari per l’industrializzazione della reazione di coniugazione tra proteine e carboidrati per produrre stabilizzanti per emulsioni aromatiche, studiando: l’effetto di diversi tamponi e forze ioniche sulla reazione mediante tecniche di Cromatografia Liquida (HP-SEC) ed elettroforesi su gel (SDS-PAGE); la produzione, mediante “Needleless Electrospinning”, di nanofibre contenenti proteine e carboidrati come substrato per la reazione di coniugazione a secco. Queste attività costituiscono una base necessaria per la realizzazione di studi futuri.

In this PhD thesis the topic of innovative technologies and materials for the industrial production of encapsulated flavors was addressed. A commercially available porous starch was evaluated for use as a carrier for liquid flavors in terms of interaction with solvents of different polarity, performance in a finished food product application and protection from oxidation offered to High Oleic Sunflower Oil, using Differential Scanning Calorimetry (DSC), Nuclear Magnetic Resonance (NMR), chemical analyses (SPME/GC-FID, Peroxide Value and Conjugated Dienes value) and sensory analysis. It was found that porous starch has a stronger physical interaction with polar solvents; that flavor retention by porous starch increases with increasing polar affinity between flavor molecule and solvent; that flavor retention in porous starch, in presence of the correct solvent, is equal or higher than flavor retention in a spray dried flavor; that levels of oxidation reached by sunflower oil carried on porous starch is equal or lower to those reached by spray dried oil. The use of porous starch can be an alternative to spray drying for the conversion of liquid flavors to powders. Different wall materials for spray drying (pea and potato maltodextrins, glucose syrup, gum Arabic, modified starches and yeast β-glucans) and their combinations were studied in terms of retention of diacetyl over time, using a unified method of analysis for direct comparison of data even if produced in different times. Yeast β-glucans were inadequate wall materials for spray drying; pea maltodextrins performed better than potato maltodextrins, but showed a high variability between batches of the same product; glucose syrup caused lower diacetyl retention in all products where it was used in substitution to potato maltodextrin; a commercial modified starch had the highest retention of diacetyl. Finally, preliminary studies were made for the industrialization of the conjugation reaction between proteins and carbohydrates to produce emulsifiers for flavor emulsion stabilization, exploring: the effect of buffers and ionic strength on the reaction, through Size Exclusion Chromatography (HP-SEC) and Gel Electrophoresis (SDS-PAGE); the production, through needleless electrospinning, of nanofibers containing proteins and carbohydrates as substrate for the dry state conjugation reaction. These activities are the basis for future work.