بهینه‌سازی استخراج رنگدانه‌های کروسین زعفران با استفاده از روشولوژی سطح پاسخ و تعیین پایداری ریزکپسول‌های کروسین

این مطالعه با هدف تعیین پارامترهای بهینه استخراج با استفاده از روش سطح پاسخ، بررسی اثر میکروکپسوله‌سازی بر حفظ کروسین و ارزیابی پایداری حرارتی و pH میکروکپسول‌های کروسین انجام شد. اثر متغیرهای فرآیند بر بازده کروسین با استفاده از مدل‌های درجه دوم موفقیت‌آمیز مشخص شد (R2 > 0.99 و adj R2 > 0.98). تمامی متغیرها تأثیر قابل توجهی بر بازده کروسین داشتند (P < 0.1). پارامترهای فرآیند، شامل زمان استخراج (4.40 دقیقه)، دما (55 درجه سانتی‌گراد)، سطح دامنه (94%) و نسبت مایع به جامد (L/S) (1000) به‌عنوان نقاط بهینه استخراج تعیین شدند. نشان داده شد که سافرنال یک ترکیب با ولتیاپذیری بالاست که در هر دو عصاره زعفران و میکروکپسول مشاهده شد. سافرانال، 2,4,4-تری‌متیل-3-کاربوسالدهید-5-هیدروکسی-2,5-سیکلوهگزادی‌ان-1-اون، 4-هیدروکسی-2,6,6-تری‌متیل-1-سیکلوهکسن-1-کاربوسالدهید (HTCC) و ایزو فورون از جمله دیگر ترکیبات فرار اصلی در عصاره زعفران بودند.فرآیند کپسوله‌سازی توزیع درصد ترکیبات فرّار را به‌طور معناداری تحت تأثیر قرار نداد (P > 0.05). پایداری حرارتی و pH کروکین در دماهای مختلف (60، 70، 80 و 90 درجه سانتی‌گراد) و سطوح pH مختلف (2، 4.5 و 6) تعیین شد. تجزیه کروسین نشان‌دهنده سینتیک مرتبه اول بود و ثابت نرخ تجزیه (k) به‌طور قابل‌توجهی تحت تأثیر pH و دما قرار گرفت (P < 0.05). دمای بالا و pH پایین باعث افزایش تجزیه (k) در محتوای کروسین شد. این مطالعه پیشنهاد کرد که کروسین موجود در کلاله‌های زعفران باید با روش کپسوله‌سازی به‌صورت اسپری خشک نگهداری شود و تنها به عنوان رنگ‌دهنده طبیعی غذا در غذاهای با اسید کم یا متوسط استفاده شود.

This study aimed to determine optimal extraction parameters by using response surface methodology, examining the effect of microencapsulation on crocin retention, and evaluating the temperature and pH stability of crocin microcapsules. The effect of process variables on the crocin yield was successfully determined by quadratic models (R2 > 0.99 and adj R2 > 0.98). All variables significantly affected the crocin yield (P < 0.1). The process parameters, namely extraction time (4.40 min), temperature (55 °C), amplitude level (94%), and liquid to solid ratio (L/S) (1000) were determined as optimum extraction points. Safranal was shown to be a compound with major volatility in both the saffron and microcapsule extracts. Safranal, 2,4,4-trimethyl-3-carboxaldehyde-5-hydroxy-2,5-cyclohexadiene-1-one, 4-hydroxy-2,6,6-trimethyl-1-cyclohexene-1-carboxaldehyde (HTCC), and isophorone were other major volatile compounds of saffron extract. The encapsulation process affected volatile percentage distribution insignificantly (P > 0.05). The thermal and pH stability of the crocin was determined at different temperatures (60, 70, 80, and 90 °C) and pH levels (2, 4.5, and 6). The crocin degradation showed first order kinetic, and degradation rate constant (k) were significantly affected by pH and temperature (P < 0.05). A high temperature and low pH showed higher degradation (k) in crocin content. This study suggested that crocin from saffron stigmas should be preserved by spray drying encapsulation and should only be used as a natural food colorant in low or moderate acid food.