Research Article

Multivariate data analysis for the development of multiple emulsions based on cold plasma treated sunflower oil

Analyse de données multivariées pour le développement d’émulsions multiples à base d’huile de tournesol prétraitée sous plasma

Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (LCA), Université de Toulouse, INRAE, Toulouse INP, Cedex 4, 31030 Toulouse, France

^* Corresponding author: pascale.decaro@ensiacet.fr

Received: 28 September 2024
Accepted: 13 March 2025

Abstract

The properties of vegetable oils can be improved by initiating their polymerization, in order to increase their viscosity, their thermal stability and their drying capacity. A process based on cold plasma treatment represents mild and ecofriendly conditions to get pre-polymerized vegetable oils. A pre-polymerized sunflower vegetable oil was chosen to prepare water-in-oil-in-water emulsions, using an association of biobased surfactants. Emulsification conditions were optimized using central composite design (CCD) and principal component analysis (PCA) based on temperature (25–50 °C), casein content (1.5–3.5% w/w), and alkylpolyglucoside (APG) concentration (1.5–3.5% w/w). Evaluated responses were the onset of destabilization (OOD), creaming index (CI), and droplet sizes. CCD results suggest an optimum at temperature of 35 °C using 3.0% of APG and 1.8–3.9% of casein, yielding lower water droplet diameters ensuring emulsion stability. Furthermore, PCA results highlighted a positive correlation between ODD and the total amount of surfactant (Pearson correlation coefficient = 0.67), and a negative correlation between CI and the total amount of surfactant (Pearson correlation coefficient = -0.62). Casein rate and temperature of emulsification are the factors which control the inner water droplet sizes of the studied system, while total amount of surfactant impacts the ODD and CI.

Résumé

Les propriétés des huiles végétales peuvent être améliorées en initiant leur polymérisation, afin d'augmenter leur viscosité, leur stabilité thermique et leur capacité de séchage. Un processus basé sur le traitement par plasma froid représente des conditions douces et écologiques pour obtenir des huiles végétales pré-polymérisées. Une huile végétale de tournesol pré-polymérisée a été choisie pour préparer des émulsions eau-dans-huile-dans-eau, en utilisant une association de tensioactifs biosourcés. Les conditions d'émulsification ont été optimisées à l'aide d'un plan composite centré et d'une analyse en composantes principales (ACP) basée sur la température (25–50 °C), la teneur en caséine (1,5–3,5% m/m) et la concentration en alkylpolyglucoside (APG) (1,5–3,5% m/m). Les réponses évaluées étaient le début de la déstabilisation (OOD), l'indice de crémage (IC) et la taille des gouttes. Les résultats du plan suggèrent un optimum à la température de 35 °C en utilisant 3,0% d'APG et 1,8-3,9% de caséine, correspondant à des diamètres de gouttelettes d'eau plus faibles assurant la stabilité de l'émulsion. En outre, les résultats de l'ACP ont mis en évidence une corrélation positive entre l'ODD et la quantité totale de tensioactif (coefficient de corrélation de Pearson = 0,67), et une corrélation négative entre l'IC et la quantité totale de tensioactif (coefficient de corrélation de Pearson = -0.62). Le taux de caséine et la température d'émulsification sont les facteurs qui contrôlent la taille des gouttelettes d'eau internes du système étudié, tandis que la quantité totale de tensioactif a un impact sur l'ODD et l'IC.