The effect of storage temperature on the properties of encapsulated catechin in pea protein/alginate beads

Phenolic compounds are natural antioxidants present in many fruits and vegetables. They hold many health-promoting properties such as antimutagenic, anti-obesity, anti-inflammatory, and antiviral properties. However, their stability is affected by many environmental factors, such as oxygen, light, high temperature, and pH. Encapsulation of phenolic compounds can protect them from degradation during storage. Because of their biocompatibility, non-toxicity, and renewability, biopolymers like proteins and polysaccharides have been of interest and investigated as starting materials in the design of encapsulation matrices. There are many methods to encapsulate phenolic compounds, such as emulsion, spray drying, extrusion, electrospinning, coacervation etc. Among these methods, extrusion is one of the most common methods used to encapsulate bioactive components, due to its mild process and suitability for encapsulating both hydrophilic and hydrophobic compounds.In this thesis, pea protein/alginate beads were synthesized by extrusion. To study the changes in the properties of the beads during storage, the freeze dried beads were stored at three temperatures (room temperature, 50 oC, and 100 oC) for 12 days. The chemical composition and the thermal stability of the beads were studied by the Fourier transform infrared spectrometer (FTIR) and thermogravimetric analysis (TGA), respectively. The results showed that these properties did not change during storage for all temperatures tested. The morphology of the beads was investigated by scanning electron microscopy (SEM). The images generated by SEM showed that there were different shapes and surface characteristics of the beads after freeze drying treatment. These surface characteristics were retained during storage. The mechanical properties of the beads including the hardness and the resilience were measured by a texture analyzer. The average hardness values of the beads stored at 100 oC showed a decreasing trend over storage time while their average resilience values remained relatively stable during storage for all temperatures tested. The hardness and the resilience of the beads stored at all temperatures was not significantly different (P>0.05) during the storage period.To evaluate the protective effect of pea protein/alginate beads on phenolic compounds, (+)-catechin hydrate was encapsulated within the composite beads, referred to as encapsulated catechin beads. The encapsulated catechin beads were stored at three temperatures (room temperature, 50 oC, and 100 oC) for 12 days. The chemical composition, the thermal stability, the morphology, and the mechanical properties of the encapsulated catechin beads showed similar results as the blank beads. In addition, the antioxidant activity of the encapsulated catechin beads during storage was measured by the ferric reducing ability of plasma (FRAP) assay. The antioxidant activity values of encapsulated catechin beads showed a decreasing trend during storage for all temperatures tested. However, and surprisingly, the antioxidant activity values of non-encapsulated (+)-catechin hydrate powder showed lower decrease in the percentage of the antioxidant activity than the encapsulated catechin beads for all storage temperatures tested. The antioxidant activity of the encapsulated catechin beads stored at room temperature was not significantly different (P>0.05) during the storage period, while for those stored at 50 oC and 100 oC was significantly different (P<0.05). Since the physical properties of beads were relatively stable for all temperatures tested, the beads could serve as encapsulating matrices. However, the beads were not effective in maintaining the antioxidant activity of (+)-catechin hydrate as compared to the un-encapsulated catechin powder. This could be due because catechin could have bind to the encapsulating matrices. This hypothesis should be verified in future work.Les composés phénoliques sont des antioxydants naturels présents dans de nombreux fruits et légumes. Ils possèdent de nombreuses propriétés favorisant la santé telles que les propriétés antimutagènes, anti-obésité, anti-inflammatoires et antivirales. Cependant, leur stabilité dépend de nombreux facteurs environnementaux, tels que l'oxygène, la lumière, les températures élevées et le pH. L'encapsulation des composés phénoliques peut protéger contre la dégradation pendant l'entreposage. En raison de leur biocompatibilité et leur caractère non-toxiques, les biopolymères tels les protéines et les polysaccharides sont étudiés comme matières premières dans la conception des matrices d'encapsulation. Il existe de nombreuses méthodes pour encapsuler des composés phénoliques, tels que l'émulsion, le séchage, l'extrusion, l'électrofilage, ainsi que la coacervation et la pulvérisation. Parmi ces méthodes, l'extrusion est une des méthodes plus courantes utilisées pour encapsuler les composants bioactifs.Dans le cadre de cette étude, des hydrogels micro-sphériques réticulés physiquement à base d'isolats de protéines de pois et d'alginate furent synthétisés par la méthode d'extrusion dans le but d'encapsuler des composés phénoliques. Afin d'étudier les changements dans les propriétés des hydrogels pendant l'entreposage, les hydrogels furent entreposés à trois températures (température ambiante, 50 °C et 100 °C) pendant une période de 12 jours. La composition chimique et la stabilité thermique des hydrogels ont été étudiés par le spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et l'analyse thermogravimétrique (TGA), de façon respective. Les résultats ont montré que ces propriétés n'ont pas changées au cours de l'entreposage pour toutes les températures testées. La morphologie des hydrogels a été étudiée par microscopie électronique (SEM). Les valeurs de dureté moyenne des hydrogels stockés à 100 °C ont montré une tendance à la baisse au fil du temps de stockage alors que leurs valeurs de résilience moyenne sont demeurées relativement stables au cours du stockage pour toutes les températures testées. Il n'y avait pas de différence significative (P> 0,05) pour les résultats des tests de dureté et de résilience des hydrogels au cours de l'entreposage.Afin d'évaluer l'effet protecteur des hydrogels sur les composés phénoliques, de la catéchine fut encapsulée dans les hydrogels. La catéchine encapsulée fut entreposée à trois températures (température ambiante, 50 °C et 100 °C) pendant 12 jours. Les résultats de la composition chimique, la stabilité thermique, la morphologie et des propriétés mécaniques de la catéchine encapsulée étaient similaires aux hydrogels ne contenant pas de catéchine. De plus, l'activité antioxydante de la catéchine encapsulée au cours de la période d'entreposage fut mesurée par la capacité de réduction ferrique de dosage plasmatique (FRAP). Les valeurs de l'activité antioxydante de la catéchine encapsulée ont montré une tendance à la baisse au cours de l'entreposage pour toutes les températures testées. Étonnamment, les valeurs de l'activité antioxydante de la catéchine non-encapsulée ont montré une diminution plus faible de l'activité antioxydante que la catéchine encapsulé pour toutes les températures testées. L'activité antioxydante de la catéchine encapsulée stockée à température ambiante n'a pas été significativement différente (P> 0,05) au cours de l'entreposage, alors que des températures de stockage de 50 oC et de 100 oC, les résultats étaient significativement différents (P <0,05).Comme les propriétés physiques des hydrogels étaient relativement stables pour toutes les températures testées, les hydrogels pourraient servir de matrices d'encapsulation. Cependant, les hydrogels n'étaient pas efficaces pour maintenir l'activité antioxydante de l'hydrate de (+)- catéchine par rapport à la poudre de catéchine non encapsulée