Phenolic residues in spruce galactoglucomannans improve stabilization of oil-in-water emulsions

Hypothesis: Amphiphilic character of surfactants drives them at the interface of dispersed systems, such as emulsions. Hemicellulose-rich wood extracts contain assemblies (lignin-carbohydrate complexes, LCC) with natural amphiphilicity, which is expected to depend on their chemical composition resulting from the isolation method. Lignin-derived phenolic residues associated with hemicelluloses are hypothesized to contribute to emulsions' interfacial properties and stability. Experiments: We investigated the role of phenolic residues in spruce hemicellulose extracts in the stabilization of oil-in-water emulsions by physical and chemical approach. Distribution and changes occurring in the phenolic residues at the droplet interface and in the continuous phase were studied during an accelerated storage test. Meanwhile, the physical stability and lipid oxidation in emulsions were monitored. Findings: Naturally associated lignin residues in GGM act as vehicles for anchoring these hemicelluloses into the oil droplet interface and further enable superior stabilization of emulsions. By adjusting the isolation method of GGM regarding their phenolic profile, their functionalities, especially interfacial behavior, can be altered. Retaining the native interactions of GGM and phenolic residues is suggested for efficient physical stabilization and extended protection against lipid oxidation. The results can be widely applied as guidelines in tailoring natural or synthetic amphiphilic compounds for interfacial stabilization. (C) 2017 Elsevier Inc. All rights reserved.Peer reviewe

Fenolisten yhdisteiden vaikutus kuusesta eristetyillä galaktoglukomannaaneilla stabiloitujen o/w-emulsioiden pysyvyyteen

Elintarvike-emulsioiden lipidifaasin hapettuminen voi merkittävästi heikentää elintarvikkeen laatua. Stabilointiaineella on vaikutusta emulsion kemialliseen ja fysikaaliseen pysyvyyteen. Kuusesta eristetty hemiselluloosa, galaktoglukomannaanin (GGM), stabiloi hyvin öljy vedessä -emulsioita sekä fysikaalisesti että kemiallisesti. Tutkielman kirjallisuusosiossa tarkasteltiin hemiselluloosien eristysmenetelmien vaikutusta hemiselluloosan rakenteeseen ja fenolisten yhdisteiden pitoisuuteen sekä hemiselluloosien mahdollisia käyttösovelluksia elintarvikkeissa. Lisäksi tarkasteltiin fenolisten yhdisteiden vaikutusta o/w-emulsioiden kemialliseen pysyvyyteen. Työn kokeellisessa osassa selvitettiin eri menetelmillä kuusesta eristettyjen hemiselluloosien sisältämien fenolisten yhdisteiden vaikutusta emulsion lipidifaasin hapettumiseen ja emulsion fysikaaliseen pysyvyyteen. Emulsioiden stabilointiin käytetyt hemiselluloosat olivat kuusen termomekaanisesta massasta eristetyt GGM:t, jotka oli kuivattu joko sumutuskuivauksen (tTMP-GGM) tai etanolisaostuksen (eTMP-GGM) avulla, kuusen sahajauhosta paineistetulla kuumavesiuutolla eristetty GGM (PHWE-GGM) ja alipaineessa kuumalla vedellä eristetty BLN-GGM. Lisäksi tutkittiin, lisäsikö kuusen fenoliuute GGM:lla stabiloidun emulsion pysyvyyttä. Emulsioiden valmistuksessa käytettiin antioksidanteista puhdistettua rypsiöljyä ja emulsioita säilytettiin 40 C:ssa valolta suojattuna. Emulsioiden lipidifaasin hapettumista seurattiin kahden viikon ajan määrittämällä peroksidiluku spektrofotometrisesti, heksanaalipitoisuus head space -kaasukromatografisesti ja jatkoreaktiotuotteiden pitoisuus kokoekskluusiokromatografisesti. Emulsioiden rakennetta ja pisarakokojakaumaa tarkasteltiin optisella mikroskoopilla ja partikkelikokoanalysaattorilla. Fenolisten yhdisteiden pitoisuuksien muutokset kahden viikon aikana määritettiin emulsion jatkuvasta faasista ja rajapinnoilta erikseen erittäin suuren erotuskyvyn nestekromotografisella menetelmällä. Emulsioiden hapettumiskestävyys pysyvimmästä epäpysyvimpään oli seuraava: tTMP > PHWE > eTMPF > eTMP. tTMP-emulsion lipidifaasi ei hapettunut lainkaan. Kaikissa emulsioissa havaittiin fenolisten yhdisteiden pitoisuuden pienenemistä jatkuvassa faasissa tai rajapinnalla. Useammin fenolisten yhdisteiden pitoisuus pieneni rajapinnalla. Fenoliuutteen lisääminen vähensi eTMP-emulsion hapettumista. Kaikilla hemiselluloosilla stabiloidut emulsiot BLN-GGM:a lukuun ottamatta olivat fysikaalisesti pysyviä kahden viikon ajan. PHWE-emulsion keskimääräinen pisarakoko oli pienin. Emulsioiden kemialliseen ja fysikaaliseen pysyvyyteen arvioitiin vaikuttavan sekä pisarakokojakauma että fenolisten yhdisteiden antioksidatiivisuus. Tulevaisuudessa olisi mielenkiintoista selvittää, miksi pienimolekyylinen PHWE-GGM muodostaa pienempiä lipidipisaroita kuin suurimolekyyliset tTMP- ja eTMP-GGM:t