معرفی میکروانکپسولاسیون

[Mahdi Eng 22940]

چکیده

در سال های اخیر تکنولوژی هایی در عرصه صنایع غذایی ظهور یافته است، که منجر به ایجاد محصولاتی با کیفیت و عمر نگهداری بالا می شود. از جمله این تکنولوژی ها میکروانکپسولاسیون یا ریز پوشانی است.

میکروانکپسولاسیون تکنولوژی است که در آن ترکیبات هدف، توسط ترکیبات دیواره پوشش داده می شود تا ذرات میکروکپسول به وجود آید. در این تکنیک انواع طعم ها، اسانس ها، روغن ها ، آنزیم ها، میکرو ارگانیسم ها و... می توانند توسط ترکیبات بیوپلیمر مانند کربوهیدرات ها، پروتئین ها، چربی ها پوشش داده شوند.ریزپوشانی با خشک کن پاششی فرایند تجاری ساده، پیوسته و کم هزینه ای است که به طور گسترده ای در مورد مواد حساس به حرارت همچون اسانس ها، طعم ها و مواد دارویی به کار می رود. بیش از 90% طعم های پوشینه دار شده با این روش تهیه می شود.

اکستروژن روشی دیگر برای ریزپوشانی است که روش شامل دیسپرسیون کردن مواد هسته در داخل کربو هیدرات ذوب شده است.

در مقاله حاضر سعی بر ان است که این تکنیک معرفی گردد.

 

 

مقدمه

متخصصان اروپایی رهایش یا آزادسازی کنترل شده را اصطلاح سرعت رهایش مواد فعال تعریف می کنند. چنین اصلاحی را می توان با استفاده از مواد با خصوصیات تراوایی خاص جهت تغییر رهایش مواد فعال و ایجاد فواید عملکردی و حسی فراهم آورد.

برای مثال افزودن مقادیر کم مواد مغذی به سیستم غذایی خصوصیات عملکردی و حسی آن را تحت تاثیر قرار نمی دهد و افزودن آن باعث ناپایداری و کاهش مطبوعیت آن می شود. از این نوع مواد مغذی می توان به غنی سازی با کلسیم، ویتامین، اسیدهای چرب غیر اشباع اشاره کرد که به ترتیب باعث ایجاد حالت شنی، مزه دارویی و مزه تندی می شود. برای غلبه بر چنین مشکلاتی سیستم های رهایش هوشمند مدون شده است(1).

دو نوع مهم رهایش، رهایش تاخیری و رهایش ثابت است.

رهایش ثابت، مکانیسمی است که برای ثابت نگه داشتن غلظت ماده فعال در محل نهایی اش طراحی شده است. مثل رهایش شیرین کننده های پوشش دار در آدامس.

رهایش تاخیری مکانیسمی است که رهایش مواد فعال از یک فاز تاخیری محدود تا وقتی یا جایی که رهایش مطلوب است به تاخیر انداخته می شود. مانند ریزپوشانی باکتری های پروبیوتیک در برابر اسید معده و رهایش در روده .

 

میکرو انکپسولاسیون

رایج ترین روش آزادسازی کنترل شده در صنعت غذا میکروانکپسولاسیون یا ریزپوشانی است. ریزپوشانی به عنوان تکنیک بسته بندی مواد جامد، ما یع یا گاز در کپسول های ریز تعریف می شود که می تواند تحت شرایط خاص با یک سرعت کنترل شده محتوایشان را آزاد کند.

در سیستم های غذایی دامنه وسیعی از مواد هسته ای ( انکپسولانت)، مواد تشکیل دهنده دیواره( مواد انکپسوله کننده) و تکنولوژی های مرتبط وجود دارد که امکان تولید ریزکپسول های با اندازه ها و اشکال و خصوصیات مورفولوژیکی مختلف را امکان پذیر می سازد(2).

[Mahdi Eng 22940]

مواد تشکیل دهنده دیواره:

1-واکس ها و چربی ها مانند واکس زنبور عسل، واکس کارنوبا، گلیسرول دی استئارات، چربی های طبیعی و اصلاح شده.

2-کربوهیدرات ها مانند نشاسته ، مالتودکسترین، کیتوزان، ساکارز، گلوکز، اتیل استر، استات سلولز، الژینات،کاراگینان.

3-پروتئین ها مانند ژلاتین، پروتئین آب پنیر، زئین، پروتئین سویا، گلوتن.

4-پلیمرهایی که در صنعت غذا پذیرفته شده اند مانند پلی پروپیلن، پلی وینیل استات، پلی استیرن، پلی بوتادین.

کربوهیدرات ها به دلیل دارا بودن خصوصیات فیزیکوشیمیایی مطلوبی چون حلالیت و ذوب شدن، اندازه های مختلف، قیمت پایین بهترین انتخاب جهت کاربردهای ریزپوشانی هستند. همچنین جزء اصلی بسیاری از سیستم های غذایی را تشکیل می دهند

به طور مثال صمغ عربی دارای قدرت امولسیون کنندگی بسیار خوبی است و باعث حفظ بهتر طعم ها می شود اما در برابر اکسیداسیون ضعیف است. مالتو دکسترین و شربت گلوکز جامد دارای مقاومت بالایی در برابر اکسیداسیون هستند اما نمی توانند به خوبی از مواد فرار حفاظت کنند.

 

مواد تشکیل دهنده هسته

موادی که به عنوان هسته یا قسمت داخلی در ریزپوشانی محافظت می شوند، می توانند در فرم جامد، مایع یا گاز باشند که اغلب به شکل محلول دیسپرسیون و یا امولسیون هستند . از جمله موادی که ریزپوشانی می شوند می توان به موارد زیر اشاره کرد: مواد ضد میکروبی، ویتامین ها، مواد معدنی، آنتی اکسیدان ها، رنگ ها، بافر هاف شیرین کننده ها، موادمغذی، آنزیم ها، اسیدها، مخمرها.

 

مورفولوژی میکروکپسول ها

بستگی به مواد هسته و پوسته دارد که می تواند دارای اشکال منظم یا غیر منظم باشد.

در یک تقسیم بندی به سه دسته تک هسته ای، چند هسته ای و نوع ماتریکس طبقه بندی می شوند. میکروکپسول های تک هسته ای دارای پوسته ای در اطراف هسته می باشندف در حال که چند هسته ای ها دارای تعداد زیادی هسته در داخا پوسته می باشند. در نوع ماتریکس مواد هسته در داخل مواد پوسته به طور یکنواختی پخش شده اند. در تقسیم بندی دیگر، میکرو کپسول ها می توانند تک هسته ای با چندین پوسته، تک هسته ای با شکل غیر منظم و یا دسته ای از مواد مختلف در یک پوسته باشد(3).

 

مزایای ریزپوشانی

از مزایای این تکنیک می توان به موارد زیر اشاره کرد:

حفاظت موادحساس و ناپایدار در برابر شرایط محیطی و جلوگیری از فراریت طی دوران انبارداری، بهتر شدن قابلیت فرایند( بهبود حلالیت، جریان پذیری، پخش پذیری)، مقاومت در برابر واکنش های مخرب همچون اکسیداسیون، دهیدراسیون، بررسی آسان و بدون خطر مواد سمی، حفاظت طعم یا مزه، تثبیت آنزیم و میکرو ارگانیسم، رهایش کننترل شده و هدف دار داروها، جابه جایی مواد مایع به صورت جامد، کاربرد آسان و استحکام محصول در حین و بعد از تولید و ....

[Mahdi Eng 22940]

مکانیسم هایرهایش

مکانیسم های رها سازی توسط Brannan-Peppas به صورت زیر طبقه بندی شده است (4):

• Diffusion – Contrelled release:

جزء فعال به طریقه انتشار از میان پلیمر یا خلل و فرج موجود در آن آزاد می شود.

• Barrier - Contrelled release

رهایش جزء فعال بستگی به تفاوت غلظت میکرو کپسول با بیرون، ضخامت دیواره، نفوذ پذیری از میان دیواره و ضریب انتشار جزء فعال در محیط پیرامون دارد.

• Pressure - Activated release

جزء فعال در اثر اعمال فشار بر روی دیواره میکرو کپسول آزاد می شود.

• Osmotically - Contrelled release

جزء فعال به علت فشار اسمزی بالای به وجود آمده در درون میکروکپسول ها آزاد می شود.

• Solvent - Activated release

جزء فعال در اثر تماس ماده غذایی با یک حلال آزاد می شود. حلال موجب تورم میکروکپسول می شود.

• pH - Contrelled release

جزء فعال (مانند یک آنزیم) در یک pH ویژه آزاد می شود. این سیستم به تنهایی یا با ترکیبی از سیستم Osmotically - Contrelled release یا Solvent - Activated release انجام می شود.

• Temperature – Sensitive release

جزء فعال به علت تغییر در جه حرارت آزاد می شود.

• Melting - Activated release

در اثر حرارت دادن محصول، چربی یا موم استفاده شده به عنوان ماده پوشش دهنده ذوب می شود و جزء فعال آزاد می گردد.

• Combined systems

جزء فعال در نتیجه ترکیب مکانیسم های مختلف آزاد می گردد.

 

تکنیک های ریز پوشانی

در صنایع غذایی بر اساس اهداف انکپسولاسیون از دو سیستم انکپسولاسیون شیشه ای و آزاد شدن کنترل شده استفاده می کنند(5).

سیستم پوشینه دار کردن شیشه ای شامل خشک کردن پاششی، وکیوم، انجمادی، بستر سیال و اکستروژن است.که روش خشک کردن پاششی و اکستروژن مورد اشاره قرار می گیرد.

سیستم آزاد شدن کنترل شده متشکل از روش هایی است که هدف، افزایش طعم طی مصرف می باشد و با استفاده از تکنیک های رهایش طعم ها از طریق حفظ ماتریکس غذایی کنترل می شود. از روش های متداول که دارای این سیستم می باشد می توان به کواسرواسیون، انکپسولاسیون ژل، کمپلکس تلفیقی، کمپلکس سیال، بستر سیال و اکستروژن اشاره کرد.

 

ریز پوشانی طعم ها با خشک کن پاششی

ریز پوشانی با این روش فرایند تجاری ساده، پیوسته و کم هزینه ای است که به طور گسترده ای در مورد مواد حساس به حرارت به کار می رود . علت کاربر زیاد آن این است که تبخیر حلال از قطرات سریع صورت می گیرد.

فاکتورهایی که پوشینه دار کردن مواد را تحت تاثیر قرار می دهد عبارتند از خصوصیات مواد دیواره و هسته، امولسیون و پارامترهای خشک کردن.

در این روش ابتدا امولسیونی از مواد طعم دهنده در یک ماتریکس و آب تهیه می شود. امولسیون هموزن شده و به داخل محفظه خشک کن اسپری می شود و توسط هوای داغ ورودی خشک می شود. مهمترین فاکتور برای فرایند پمپ کردن و اتمیزه کردن پیوسته، مواد ورودی است که تحت تاثیر دو فاکتور ویسکوزیته کم و غلظت بالای مواد جامد می باشد. ماتریکس باید در آب محلول بوده و نباید در دمای بالا غلیظ شود و بعد از تولید نیز نبایستی هیگروسکوپپیک باشد (6).

 

ریز پو شانی طعم ها بااکستروژن

این فرایند در مقایسه با خشک کن پاششی روش جدیدتری است. این روش شامل دیسپرسیون کردن مواد هسته در داخل کربو هیدرات ذوب شده است که از یک سری قالب به داخل حمام مایع دهیدراته کننده صورت می گیرد. فشار در psi100 و دما درc ∙ 115 ثابت نگه داشته می شود. ماده پوشش دهنده در تماس با مایع، ذوب شده و ماده هسته را به دام می اندازد. جهت دهیدراسیون و سخت کردن پوسته نیز ایزوپروپیل به کار می برند (6).

[Mahdi Eng 22940]

کاربردهای رهایش کنترل شده در غذاها

ریزپوشانی کاربردهای زیادی دارد از جمله می توان افزودنی های غذایی، اسیدها و بازها (اسید لاکتیک)، عوامل طعم دهنده (شیرین کننده ها، ادویه ها، اسانس ها) رنگ دهنده ها، چربی ها (چربی شیر، روغن ماهی، روغن زیتون) ویتامین ها و پیش ساز آن، آنتی اکسیدان ها، موادمعدنی، آنزیم ها، میکرو ارگانیسم ها (پروبایوتیک ها) و گازهایی مثل دی اکسید کربن را به شکل پوشینه دار در صنعت غذا به کار برد.

 

نتیجه گیری

تکنیک ریز پوشانی ازجمله روش ها ی پرکاربرد ، موثر و کارآمدی است که استفاده از آن در سال های اخیر رشد چشمگیری داشته است. با توجه به مزایای زیادی که به آن ها اشاره شد، می توان بیان داشت، که تحول جدیدی در صنعت غذا به وجود آمده است. منتها باید جهت شناسایی مواد تشکیل دهنده دیواره و شرایط انجام این تکنیک تحقیقات زیادی صورت گیرد. به طور مثال استفاده از صمغ ها ی بومی به عنوان ترکیب دیواره می تواند مورد بررسی قرار گیرد.

 

منابع

1- Lakkis, J, M. 2007. Encapsulation and controlled release technologies in food systems. Blakwell Publishing, 1-11.

 

2- Cho, Y, H. Shin, D. S. & Park, J. 2000. Optimization of emulsification and spray drying processes for the microencapsulation of flavor compounds. Korean Jornal of Food Science and Technology, 32, 132-139.

 

3- Barbosa-Canovas, G, V. Ortega- Rivas, E, Juliano, P. & Yan, H. 2005. Food Powders: Physical properties, processing and functionality, New York, pp. 199-218.

 

4- Potakamory, U, R. & Barbosa-Canovas, G,V. 1995. Fundamental aspects of controlled release in foods. Trends in Food Science and Technology, 1 (6), 397—406.

 

5- Yuliani, S. Bhandari, B. Rutgers, R.& Darcy, B. 2004. Application of microencapsulation of flavor to extrusion product. Food Reviews International 20, 163-185.

 

6- Nussinovitch, A, 2003. Hydrocolloids in flavor encapsulation. In Water Soluble Polymer Application in Food, edited by Blakwell Science Publishing. 93- 113.