Master's Thesis

Coacervation of herbal extracts and their application in the food industry

Final Thesis 3.68 MB

Author of thesis: Bc. Magda Kameníková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on optimization of simple and complex coacervation of Calendula officinalis extract and its use in model agar confectionery. As part of the coacervation optimization, the influence of pH, polymer concentration, the amount of added extract, and the ratio of polymers on encapsulation efficiency was evaluated; this efficiency was determined by measuring antioxidant activity (ABTS) and the spectrum of volatile compounds.
    In simple coacervation, the encapsulation efficiency reached a maximum value of 47 % at a gelatin concentration of 6% and approximately 60 % at pH 3.5. With higher gelatin concentrations (10 %), the encapsulation efficiency decreased to 15 %. In the case of complex coacervation using a gelatin–gum arabic system, significantly higher efficiencies were achieved, ranging from 5–74 % (ABTS) and 66–92 % (GC-MS). The highest values were recorded at pH 4.2–4.6, a polymer concentration of 5 %, and a higher ratio of gelatin to gum arabic (approx. 1.6–2 : 1).
    The final coacervate was then incorporated into model agar-based confectionery. 21 volatile compounds were identified in the confectionery samples, with sesquiterpenes being the dominant group, primarily ledene (up to 16 %), β-cadinene (up to 13 %), and guaiol (up to 14 %). The antioxidant activity of the samples ranged widely from 69.74 to 731.66 µgTEAC·g⁻¹ (7–78 % radical scavenging), with the highest values observed in the sample where the coacervate was prepared at lower pH (3.8), medium polymer concentration (3 %), and an extract addition of 5 mL. In contrast, samples with the highest encapsulation efficiency showed lower antioxidant activity. No antimicrobial activity against the tested microorganisms (Escherichia coli, Bacillus cereus, Candida glabrata) was demonstrated for any of the samples, likely due to limited release of active substances from the coacervate and poor diffusion into the medium. Texture profile analysis showed that the addition of coacervate had no significant effect on the texture of the confectionery; hardness ranged from 214 to 218 N, gumminess from 34 to 48 N, and cohesiveness from 0.16 to 0.22.
    The results generally confirm that complex coacervation is a suitable and effective method for the encapsulation of bioactive compounds from Calendula officinalis, and the prepared coacervate is suitable for use in food products.

Keywords:

Calendula officinalis, complex coacervation, microencapsulation, encapsulation efficiency, bioactive compounds, antioxidant activity, ABTS, SPME, GC-MS, agar confectionery, texture profile

Date of defence

28.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Jaký byl postup přípravy cukrovinek? Kdy byl extrakt měsíčku přidáván? Byl míchám s želatinou? Bylo by možné přidávat extrakt přímo? Z čeho byly vyráběny cukrovinky? Byl použit agar? Jakou očekáváte trvanlivost cukrovinek? prof. RNDr. Iva Burešová, Ph.D. Používala jste klasickou výrobu žele? Na jakou teplotu jste cukro-sirupový roztok zahřívala? Bylo by možné enkapsulovat nějaké aktivní látky, které by mohly mít pozitivní vliv na zdraví člověka? Jaká je maximální velikost sousta, kdyby byly produkt určen pouze ke spolknutí? prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. Stanovovali jste množství, které bylo enkapsulováno? Zmínila jste, že se tam nacházelo nevíce látky leden, můžete to objasnit? O jakou látku se jedná? Studentka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi studentka prokázala výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomantka prokázala nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry of Natural Products (NPCP_CHPL)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Iva Burešová, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D.

Tato práce je součástí rozsáhlé studie, která se zabývá získáváním extraktů biologicky aktivních látek z různých rostlinných materiálů a jejich aplikací do nečokoládových cukrovinek. V práci byly konkrétně vyrobeny a analyzovány vzorky agarových cukrovinek s přídavkem extraktu z měsíčku lékařského (Calendula officinalis). Pro větší stabilitu byl přidaný extrakt enkapsulován, přičemž výběr a optimalizace použité metody (koacervace) tvoří podstatnou část experimentální práce.

Hlavním cílem bylo zjistit, zda a jakým způsobem přídavek enkapsulovaného extraktu ovlivní kvalitu cukrovinek. Vyrobené vzorky byly charakterizovány z hlediska senzorického (textura instrumentálně pomocí texturometru), obsahu těkavých látek (metodou HS-SPME-GC-MS), antioxidační (spektrofotometricky) a antimikrobiální (difúzní jamková metoda) aktivity.

Studentka začala pracovat na této problematice už v rámci své bakalářské práce, tuto práci prohloubila a rozšířila o aplikaci dalších metod. Používala analytické instrumentální i mikrobiologické metody, kde prokázala velkou pečlivost, přesnost a experimentální zručnost. K řešení práce přistupovala s invencí a s vysokým pracovním nasazením. Celkově provedla velké množství experimentů, jejich výsledky dokázala výborným způsobem zpracovat a vyhodnotit. Pracovala systematicky a svědomitě, prokázala schopnost samostatně řešit zadané úkoly. Velmi účinně využívala teoretické znalosti získané v průběhu studia na FCH VUT, které vhodně kombinovala se studiem doporučené domácí i zahraniční literatury.

Celkovým výstupem je zajímavá komplexní studie s originálními výsledky, která je plánována jako součást publikace v impaktovaném časopise.
Na základě provedené kontroly plagiátu byla zjištěna míra podobnosti s jinými pracemi 4,7 %, lze ji tedy považovat za plně originální. Výsledky potvrzují enkapsulaci jako účinnou možnost obohacení cukrovinek o bioaktivní látky bez negativního vlivu na senzorické (texturní) vlastnosti.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Magdy Kameníkové se zabývá optimalizací jednoduché a komplexní koacervace extraktu z měsíčku lékařského a jeho aplikací do modelových agarových cukrovinek. Práce je tematicky aktuální a velmi dobře odpovídá současným trendům ve vývoji funkčních potravin s využitím přírodních bioaktivních látek a moderních enkapsulačních technik. Zadání práce bylo splněno ve všech bodech. Teoretická část je zpracována přehledně a ve vhodném rozsahu. Oceňuji zejména propojení literárních poznatků s praktickou aplikací v potravinářství a zařazení aktuálních studií zaměřených na obohacování cukrovinek rostlinnými extrakty. Experimentální část práce je poměrně rozsáhlá a odpovídající typu závěrečné práce. Výsledková část je logicky členěna a obsahuje velké množství experimentálních dat. Míru diskuse výsledků hodnotím celkově pozitivně. Autorka výsledky vhodně komentuje a porovnává s literárními údaji. V některých částech popisující výsledky by bylo přínosné uvést přesnější informace o počtu opakování experimentů a variabilitě dat. U antimikrobiálních testů by bylo vhodné detailněji diskutovat vhodnost použité difuzní metody pro koacervované systémy. Po formální stránce je práce zpracována pečlivě, text je stylisticky na velmi dobré úrovni a obsahuje pouze minimum překlepů. Grafická úprava práce je přehledná a tabulky i obrázky vhodně doplňují text. Práci doporučuji k obhajobě s hodnocením A-výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Na základě získaných výsledků – jaké hlavní výhody a případná omezení vidíte při praktickém využití komplexní koacervace měsíčkového extraktu v reálných potravinářských výrobcích?
  2. Vasvětlete výběr metod ABTS a GCMS pro hodnocení enkapsulační účinnosti. Čím si vysvětlujete poměrně výrazné rozdíly mezi výsledky získanými těmito metodami?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová