Exploring tannic acid-whey protein isolate microgels as Pickering stabilizers: from microscale studies to conventional homogenization techniques - Silva, Jessica Thaís do Prado [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2021)
Emulsões de Pickering têm recebido crescente atenção devido à sua alta estabilidade contra coalescência. Contrastando com emulsificantes convencionais, partículas sólidas adsorvem irreversivelmente na interface óleo-água. O conhecimento fundamental sobre estabilização de Pickering se concentra no comportamento de adsorção de partículas de origem inorgânica, de modo que mais entendimento a respeito de emulsões de Pickering de grau alimentício se faz necessário a fim de explorar a aplicação desse sistema vantajoso em alimentos. Em vista disso, nós propomos microgéis de proteínas do soro de leite (WPI) obtidas a partir da reticulação com ácido tânico como uma nova partícula de grau alimentício a ser utilizada para estabilizar emulsões de Pickering. Nossos resultados mostram que a etapa de reticulação pôde ajustar as propriedades físicas dos microgéis de WPI, conferindo-lhes menos polidispersidade, menor tamanho de partícula e maior ângulo de contato, o que refletiu em emulsões de Pickering mais estáveis. Em seguida, exploramos o comportamento de adsorção dos microgéis de WPI reticulados com ácido tânico por meio de experimentos de Langmuir trough. Monocamadas formadas pelos microgéis e WPI nativo foram comparadas, fornecendo entendimentos sobre a atividade de superfície dos microgéis e a respectiva elasticidade da monocamada. Esses entendimentos foram combinados com a estabilidade física de emulsões de Pickering produzidas por dispositivos de microfluídica, o que permitiu determinar os principais parâmetros para a produção de gotas de emulsão estáveis utilizando esses microgéis. Tendo em mente a composição complexa de produtos alimentícios, a influência de surfactantes de baixa massa molar nas propriedades físicas de emulsões de Pickering também foi avaliada. Microgéis de WPI reticulados por ácido tânico demonstraram ser melhores estabilizantes que o WPI nativo, principalmente pela supressão de coalescência causada pela floculação em ponte. Ao contrário de partículas de Pickering convencionais, onde somente a força de cisalhamento aplicada é relevante para a adsorção de partículas na interface, observamos que um determinado intervalo de tempo é requerido pelos microgéis para promover a cobertura completa das gotas, devido à sua atividade superficial. A presença de surfactantes de baixa massa molar não comprometeu a estabilidade física de emulsões de Pickering ou removeu quantidade considerável de microgéis da interface ao longo do tempo. Sendo assim, nós oferecemos uma nova partícula de origem biológica com oportunidade de ser aplicada como estabilizante de Pickering em sistemas alimentícios.

Pickering emulsions have received increased attention due to their high stability against coalescence. Contrasting to conventional stabilizers, solid particles adsorb irreversibly at the oil-water interface. The fundamental knowledge about Pickering stabilization is concentrated on the adsorption behaviour of particles from inorganic origin. More understanding about food-grade Pickering emulsions is needed in order to explore the application of such advantageous system into foodstuff. In view of that, we propose whey protein (WPI) microgels obtained from crosslinking with tannic acid as a novel food-grade particle for stabilizing Pickering emulsions. Our results showed that the crosslinking step was able to tune physical properties of WPI microgels, conferring to them small polydispersity, smaller particle size and increased contact angle, which reflected to more stable Pickering emulsions. Later, we explored the adsorption behaviour of tannic acid-crosslinked WPI microgels by means of Langmuir trough experiments. Monolayers formed by microgels and native WPI were compared, giving insights about the surface activity of microgel particles and the elasticity of the formed monolayer. Those understandings were combined with the physical stability of Pickering emulsions produced through a microfluidic device, enabling to determine the main parameters for producing stable droplets using those microgels. Keeping in mind the complex composition of foodstuff, the influence of low molecular weight surfactant on the physical properties of Pickering emulsions was also addressed. Tannic acid-crosslinked WPI microgels showed to be a better stabilizer than native WPI mainly by supressing droplet coalescence by bridging flocculation. Due to their surface-active character, enough adsorption time is required to promote completely coverage of emulsion’s droplets, as opposed to conventional Pickering particles, in which only the shear force plays a role on particle adsorption. The presence of low molecular weight surfactants did not impair the physical stability of Pickering emulsions nor desorbed considerable amounts of microgels from the interface over time. Thus, we offered here a new food-grade particle as opportunity to be applied as Pickering stabilizer into food systems.
Explorando microgéis de ácido tânico-proteína de soro de leite como estabilizadores de Pickering: de estudos em microescala a técnicas convencionais de homogeneização
Keywords: Microgéis de WPI; Comportamento de adsorção; Microfluídica; Floculação; Estabilização sinergística; WPI microgels; Adsorption behaviour; Microfluidics; Bridging flocculation; Synergistic stabilization