Optimalizace enkapsulace chmelového extraktu pomocí sprejového sušení

Bc. Jakub Mazur

Master's thesis

Optimization of the spray-drying process to encapsulate hop extract

Abstract:

Chmelový extrakt se díky svým vlastnostem využívá v mnoha odvětvích. Je znám pro své pozitivní vlastnosti, a především pro použití v pivovarnictví. Díky špatné rozpustnosti je však jeho použití omezené. Ke zlepšení této vlastnosti by se dalo docílit pomocí sprejového sušení. Extrakt je pro správné sušení nutné navázat na správný nosič a následně přijít taktéž na vhodné parametry samotného sušení. V předkládané literární rešerší byly shrnuty základní poznatky o chmelu a následně i chmelovém extraktu. Následně byly popsány základní enkapsulační techniky, vybrané nosiče a podrobně popsáno sprejové sušení. Experimentální část práce byla zaměřena především na navázání chmelového extraktu na vhodný nosič. Při práci byly jako nosiče využity arabská guma, karboxymethylcelulóza, maltodextrin, želatina a xantan. Roztoky nosičů byly smíchány s chmelovým extraktem, který se připravil v kombinaci s ethanolem nebo olejem. Po smíchání vzorků byla díky špatným vlastnostem roztoku nebo jeho nepodařenému sprejovému sušení většina vyzkoušených variant zamítnuta. Pro následné hodnocení parametrů byly vybrány pouze dvě varianty, které jako nosiče obsahovaly z arabské gumy a karboxymethylcelulózy. K hodnocení nasušených variant byly vybrány čtyři parametry. Velikost částic se mezi jednotlivými vzorky lišila. Oba vzorky nebyly homogenní a skládaly se z různě velikých částic v poměrně širokém rozpětí. Smáčivost vzorků byla horší, jelikož se čas potřebný k ponoření všech částic pohyboval od 30 minut až do 70 minut. Rozpustnost se oproti samotnému extraktu zlepšila, avšak ve srovnání s ostatními rostlinnými extrakty je stále nižší. Mezi vzorky byl nalezen zhruba pětiprocentní rozdíl v obsahu sušiny (91,66 ± 1,22 % a 86,63 ± 4,77 %), ovšem oba se pohybovaly v rozmezí zmiňovaném v jiných studiích. Průměrná výtěžnost byla jednoznačně lepší u varianty, kde byl extrakt smíchaný s nosičem arabskou gumou (1,21 ± 0,35 g). U varianty, kde byla jako nosič použita kombinace arabské gumy a karboxymethylcelulózy byla průměrná výtěžnost stanovena na 0,55 ± 0,20 g. Při hodnocení parametrů však neměl ani jeden vzorek jednoznačně lepší výsledky. V budoucnu se bude potřeba více zaměřit především na to, zda lze navázat chmelový extrakt na jiný vhodný nosič nebo upravit poměry kombinací extraktu a nosičů zmiňovaných v této práci, což následně umožní lepší a podrobnější prozkoumání parametrů prášku.

Abstract:

Thanks to its properties, hop extract is used in many industries. It is known for its positive properties, and especially for its use in brewing. However, its use is limited due to poor solubility. This property could be improved using spray drying. For proper drying, the extract must be attached to the correct carrier and then also find suitable parameters for the drying itself. The presented literature review summarized the basic knowledge about hops and subsequently hop extract. Furthermore, basic encapsulation techniques, selected carriers and spray drying were described in detail. The experimental part of the work was mainly focused on binding the hop extract to a suitable carrier. Arabic gum, carboxymethyl cellulose, maltodextrin, gelatin and xanthan were used as carriers. Carrier solutions were mixed with hop extract, which was prepared in combination with ethanol or oil. After mixing the samples, most of the tested variants were rejected due to the poor properties of the solution or its unsuccessful spray drying. For the subsequent evaluation of the parameters, only two variants were selected, which contained Arabic gum and carboxymethyl cellulose as carriers. Four parameters were selected to evaluate the dried variants. Particle size varied between samples. Both samples were not homogeneous and consisted of particles of different sizes in a relatively wide range. The wettability of the samples was worse, as the time required to immerse all the particles varied from 30 minutes up to 70 minutes. Solubility has improved compared to the extract alone but was still lower compared to other plant extracts. A roughly five percent difference in dry matter content was found between the samples (91.66 ± 1.22% and 86.63 ± 4.77%), but both were within the range mentioned in other studies. The average yield was clearly better for the variant where the extract was mixed with the arabic gum used as carrier (1.21 ± 0.35 g). For the variant, where a combination of arabic gum and carboxymethylcellulose was used as a carrier, the average yield was set at 0.55 ± 0.20 g. However, when evaluating the parameters, not a single sample had clearly better results. In the future, it will be necessary to focus more on whether it is possible to bind the hop extract to another suitable carrier or adjust the ratios with the combinations of extract and carriers mentioned in this work, which will subsequently allow a better and more detailed investigation of the powder parameters.

Keywords

sprejové sušení, enkapsulace, chmelový extrakt

Keywords

hop extract, spray-drying, encapsulation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 22. 5. 2024
• Supervisor: doc. Ing. Adéla Fraňková, Ph.D.
• Reader: Iveta Klojdová, Ing.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food Quality and Processing of Agricultural Products