Analiza układów emulsyjnych z olejem z konopi jako suplementów witaminy K

• Autorzy: Maciej Jarzębski , Shalome Niyobuhungiro , Wojciech Smułek , Grzegorz Fiutak , Magda Filipczak-Fiutak , Marek Sady

Warianty tytułu

Analysis of Emulsion Systems with Hemp Oil as Vitamin K Supplements

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

Wprowadzenie. Witamina K odgrywa ważną rolę w procesie krzepnięcia krwi, poprawy stanu kości, zmniejszaniu zwapnień naczyń i ryzyka sercowo-naczyniowego oraz wykazuje właściwości przeciwzapalne. Słaba rozpuszczalność witaminy K w wodzie stanowić może ograniczenie we wprowadzeniu jej do żywności specjalnego przeznaczenia. Rodzi to konieczność opracowywania innowacyjnych postaci suplementów diety zawierających witaminę K, które będą oparte na układach emulsyjnych. Emulsje, których krople fazy rozproszonej mają rozmiar submikronowy, wykazują większą stabilność w porównaniu z emulsjami makroskopowymi. Kolejnym wyzwaniem w technologii żywności jest poszukiwanie alternatyw dla sztucznych surfaktantów. Alternatywą mogą być preparaty roślinne zawierające w swojej strukturze saponiny, takie jak zastosowany w niniejszej pracy ekstrakt z orzechów piorących.
Wyniki i wnioski. W badaniach skupiono się na 3 optymalnych składach emulsji bazujących na oleju z konopi siewnej (Cannabis sativa L.), stabilizowanych ekstraktem z orzecha piorącego w ilości 0,025, 0,250 i 0,500 cm3 na 25 cm3 całej kompozycji. Jako składnik prozdrowotny zastosowano witaminę K w ilości 0,2 mg. Po wytworzeniu przebadano układy w kontekście rozmiarów cząstek/kropel techniką dynamicznego rozpraszania światła oraz oceniono ich homogeniczność przy użyciu mikroskopu optycznego. Przy użyciu reometru rotacyjnego wyznaczono lepkość dynamiczną emulsji. Przeprowadzono również analizy spektrofotometryczne FTIR z ATR oraz analizę koloru i pH emulsji. Wszystkie trzy badane emulsje wykazały się dużym stopniem stabilności po upływie miesiąca. Emulsje na bazie oleju z konopi, których rozmiar kropel jest poniżej 1 mikrometra mogą stanowić alternatywę dla obecnie stosowanych nośników witamin. natomiast ekstrakt z orzechów piorących może stać się skutecznym stabilizatorem/surfaktantem stosowanym w technologii żywności. (abstrakt oryginalny)

EN

Introduction. Vitamin K plays an important role in the blood clotting process, improving bone health, reducing vascular calcification and cardiovascular risk, and has anti-inflammatory properties. The poor water solubility of vitamin K is a barrier to its introduction into functional foods. This makes it necessary to develop innovative forms of vitamin K supplements based on emulsion systems. Emulsions with submicron-sized droplets shows greater stability compared to macroscopic emulsions. Another challenge for the food technology is the need for alternatives to artificial surfactants. Plant extracts containing saponins in their structure, such as the soap nut extract used in this work, can be considered an alternative.
Results and conclusions. This study shows three optimal compositions of emulsions based on hemp oil (from Cannabis sativa L. seeds), stabilized with a soap nut extract in the amount of 0.025, 0.250 and 0.500 cm3 per 25 cm3 of the entire composition. Vitamin K was used as a health-promoting ingredient in an amount of 0.2 mg. After the emulsion systems were produced, they were examined in terms of particle/droplet sizes using dynamic light scattering. Their homogeneity was evaluated using an optical microscope. The dynamic viscosity was determined with a rotational rheometer. An ATR-FTIR analysis, as well color and pH measurements, of the emulsion were also carried out. All three emulsions tested were charac- terized by a high degree of stability after one month. The emulsions based on hemp oil whose droplet size is below 1 micrometer can provide an alternative to vitamin carriers. Whereas the soap nut extract may become an effective stabilizer/surfactant used in the food technology. (original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Zdrowa żywność; Suplement diety; Witaminy; Oleje roślinne

EN

Health food; Diet supplement; Vitamins; Vegetable oils

• Czasopismo: Żywność: nauka - technologia - jakość
• Rocznik: 30 (2023)
• Numer: nr 3 (136)
• Strony: 209--223

Twórcy

autor

Maciej Jarzębski

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

autor

Shalome Niyobuhungiro

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

autor

Wojciech Smułek

• Politechnika Poznańska

autor

Grzegorz Fiutak

• Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

autor

Magda Filipczak-Fiutak

• Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

autor

Marek Sady

• Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

Bibliografia

• [1] Zhang J., Reineccius G.A.: Factors controlling the turbidity of submicron emulsions stabilized by food biopolymers and natural surfactant. LWT - Food Sci. Technol. 2016, 71, 162-168,
• [2] Teh S.-S., Birch J. Physicochemical and quality characteristics of cold-pressed hemp, flax and canola seed oils. J. Food Compos. Anal. 2013, 30, 26-31.
• [3] Siger A., Nogala-Kalucka M., Lampart-Szczapa E.: The Content And Antioxidant Activity Of Phenolic Compounds In Cold-Pressed Plant Oils. J. Food Lipids 2008, 15, 137-149.
• [4] Hwang H., Kim S., Winkler- Moser J.K., Lee S., Liu S.X.: Feasibility of hemp seed oil oleogels structured with natural wax as solid fat replacement in margarine. J. Am. Oil Chem. Soc. 2022, 99, 1055-1070.
• [5] Leizer C., Ribnicky D., Poulev A., Dushenkov S., Raskin I.: The Composition of Hemp Seed Oil and Its Potential as an Important Source of Nutrition. J. Nutraceuticals, Funct. Med. Foods, 2000, 2, 35- 53.
• [6] Vitorović J., Joković N., Radulović N., Mihajilov-Krstev T., Cvetković V.J., Jovanović N., Mitrović T., Aleksić A., Stanković N., Bernstein N.: Antioxidant Activity of Hemp (Cannabis sativa L.) Seed Oil in Drosophila melanogaster Larvae under Non-Stress and H2O2-Induced Oxidative Stress Conditions. Antioxidants, 2021, 10, 830.
• [7] Burton R.A., Andres M., Cole M., Cowley J.M., Augustin M.A.: Industrial hemp seed: from the field to value-added food ingredients. J. Cannabis Res. 2022, 4, 45.
• [8] Jarzębski M., Smułek W., Siejak P., Rezler R., Pawlicz J., Trzeciak T., Jarzębska M., Majchrzak O., Kaczorek E., Kazemian P.: Aesculus hippocastanum L. as a Stabilizer in Hemp Seed Oil Nanoemulsions for Potential Biomedical and Food Applications. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 887.
• [9] Mondal M.H., Malik S., Garain A., Mandal S., Saha B.: Extraction of Natural Surfactant Saponin from Soapnut (Sapindus mukorossi) and its Utilization in the Remediation of Hexavalent Chromium from Contaminated Water. Tenside Surfactants Deterg. 2017, 54, 519-529.
• [10] Smułek W., Jarzębski M.: Hemp seed oil nanoemulsion with Sapindus saponins as a potential carrier for iron supplement and vitamin D. Rev. Adv. Mater. Sci. 2023, 62, 20220317.
• [11] Cockayne S., Adamson J., Lanham-New S., Shearer M.J., Gilbody S., Torgerson D.J.: Vitamin K and the Prevention of Fractures. Arch. Intern. Med. 2006, 166, 1256.
• [12] Beulens J.W.J., Booth S.L., van den Heuvel E.G.H.M., Stoecklin E., Baka A., Vermeer C.: The role of menaquinones (vitamin K 2 ) in human health. Br. J. Nutr. 2013, 110, 1357-1368.
• [13] Geleijnse J.M., Vermeer C., Grobbee D.E., Schurgers L.J., Knapen M.H.J., van der Meer I.M., Hofman A., Witteman J.C.M.: Dietary Intake of Menaquinone Is Associated with a Reduced Risk of Coronary Heart Disease: The Rotterdam Study. J. Nutr. 2004, 134, 3100-3105.
• [14] Shearer M.J., Bach A., Kohlmeier M.: Chemistry, Nutritional Sources, Tissue Distribution and Metabolism of Vitamin K with Special Reference to Bone Health. J. Nutr. 1996, 126, 1181S-1186S.
• [15] Schurgers L.J., Geleijnse J.M., Grobbee D.E., Pols H.A.P., Hofman A., Witteman J.C.M., Vermeer C.: Nutritional Intake of Vitamins K1 (Phylloquinone) and K2 (Menaquinone) in The Netherlands. J. Nutr. Environ. Med. 1999, 9, 115-122.
• [16] Weber, P. Vitamin K and bone health. Nutrition 2001, 17, 880-887.
• [17] DiNicolantonio, J.J.; Bhutani, J.; O'Keefe, J.H. The health benefits of vitamin K. Open Hear, 2015, 2, e000300.
• [18] Smułek W., Zdarta A., Łuczak M., Krawczyk P., Jesionowski T., Kaczorek E.: Sapindus saponins' impact on hydrocarbon biodegradation by bacteria strains after short- and long-term contact with pollutant. Coll. Surf. B Biointerface. 2016, 142, 207-213.
• [19] Pratap-Singh A., Guo Y., Lara Ochoa S., Fathordoobady F., Singh A.: Optimal ultrasonication process time remains constant for a specific nanoemulsion size reduction system. Sci. Rep. 2021, 11, 1-13.
• [20] Niyobuhungiro S.: Emulsion based on hemp seed oil stabilized by soap nuts as a possible vitamin K food supplement, Poznań University of Life Sciences, 2023.
• [21] McClements D.J.: Nanoemulsions versus microemulsions: Terminology, differences, and similarities. Soft Matter, 2012, 8, 1719-1729.
• [22] Fathordoobady F., Sannikova N., Guo Y., Singh A., Kitts D.D., Pratap-Singh A.: Comparing microfluidics and ultrasonication as formulation methods for developing hempseed oil nanoemulsions for oral delivery applications. Sci. Rep. 2021, 11, 72.
• [23] Jarzębski M., Fathordoobady F., Guo Y., Xu M., Singh A., Kitts D.D., Kowalczewski P.Ł., Jeżowski P., Pratap Singh A.: Pea Protein for Hempseed Oil Nanoemulsion Stabilization. Molecules 2019, 24.
• [24] Kieronska-Rudek A., Kij A., Kaczara P., Tworzydlo A., Napiorkowski M., Sidoryk K., Chlopicki S.: Exogenous Vitamins K Exert Anti-Inflammatory Effects Dissociated from Their Role as Substrates for Synthesis of Endogenous MK-4 in Murine Macrophages Cell Line. Cells, 2021, 10, 1571.
• [25] Barnes H.A. Rheology of emulsions - a review. Coll. Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 1994, 91, 89- 95.
• [26] Akhtar M., Murray B.S., Dickinson E.: Perception of creaminess of model oil-in-water dairy emulsions: Influence of the shear-thinning nature of a viscosity-controlling hydrocolloid. Food Hydrocoll. 2006, 20, 839-847.
• [27] Rosti, M.E.; Takagi, S. Shear-thinning and shear-thickening emulsions in shear flows. Phys. Fluids 2021, 33.
• [28] Pal R. Rheology of simple and multiple emulsions. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2011, 16, 41- 60.
• [29] Jović O., Jović A.: FTIR- ATR adulteration study of hempseed oil of different geographic origins. J. Chemom. 2017, 31.
• [30] Kowalska M., Turek P., Żbikowska A., Babut M., Szakiel J.: The Quality of Emulsions with New Synthetized Lipids Stabilized by Xanthan Gum. Biomolecules 2021, 11, 213.

Identyfikatory

DOI

10.15193/zntj/2023/136/463