بخشی از مقاله
انکپسولاسیون و کاربرد آن در صنایع غذایی
چکیده
انکپسولاسیون یک تکنوژی برای قراردادن مواد مختلف مایعات، جامدات و گازها درون یک پوشش هموژن یا هتروژن یا قرار دادن آن در یک ماده زمینه ای پیوسته برای حفاظت، تثبیت و کند کردن رهاسازی ترکیبات هسته می باشد. در صنعت غذا این تکنیک تقریبا موارد مصرف زیادی پیدا کرده است. محافظت و نگهداری مواد مغذی و تحویل آنها در ارگانهای مورد نظر در بدن عاملی است که این روش را پرطرفدار نموده است. معمولا از کربوهیدراتها، چربیها و پروتئینها برای دیواره یا کپسول استفاده میشود. هسته میتواند اسید، قلیا، بافر، طعم دهندهها، روغنها، آنزیمها، احیا کنندهها، نگهدارندهها، رنگدانه ها، شیرین کنندهها، آمینواسیدها، مواد معدنی و ویتامینها باشد. از امولسیفیکاسیون، کواسرواسیون، خشک کردن پاششی، سرد کردن پاششی، خشک کردن انجمادی، پوشش دادن به روش بستر سیال و اکستروژن از روشهای کپسوله کردن مواد غذایی هستند. این مقاله روشهای کپسولهکردن، مکانیزمهای رها سازی و ترکیبات کپسولهشده در دسترس را بررسی میکند.
واژه های کلیدی: انکپسولاسیون، آزاد سازی کنترل شده، هسته، پوشش دهنده، صنایع غذایی
-1 مقدمه
انکپسولاسیون به معنای قرار دادن مواد مختلف درون یک پوشش پوسته و یا قرار دادن آن ها در یک ماده زمینه ای پیوسته میباشد. به این ترتیب خواص آنها در حین نگهداری حفظ میگردد. انکپسولاسیون تکنیکی بسیار موثر برای کنترل رهایش ترکیبات حساس محسوب میشود(Champagneو Fustier، (2007 و قابلیت جداسازی تمام مواد واکنش پذیر را در ترکیب ماده غذایی دارد. در طی این فرآیند ذرات کوچک جامد قطرات مایع و حباب های گازی درون یک پوشش نازک قرار میگیرد و کپسولی را تولید میکنند. بهطور کلی انکپسولاسیون باید امکان یک بسته بندی مؤثر را بدهد که در آن ترکیبات هسته به طور کامل توسط یک ماتریس احاطه شدهاند. ایموبیلیزاسیون در اصل یک تکنولوژی متفاوت است که در آن ترکیبات هسته پوشانده شدهاند املزوماً توسط ماتریس احاطه نشدهاند. در مواد ایموبیلیزه شده بعضی مواد در سطح ممکن است بدون حفاظ باشند در حالی که در انکپسولاسیون این گونه نیست. همچنین ایموبیلیزاسیون همیشه برای حفظ سلول ها در برابر مواد مضر موجود در محیط کافی نخواهد بود کپسول در ساده ترین شکل ممکن به صورت یک کره با دیواره یکنواخت و پیوسته که اطراف آن را احاطه کرده است، میباشد. مواد درون کپسول تحت عناوین هسته، بخش مرکزی و بخش درونی و پوشش اطراف آن تحت عناوین پوسته، غشا و مواد دیواره ای نامیده می شوند. همه کپسولها به یک شکل کره ساده نیستند، در واقع اندازه و شکل کپسول تولید شده بستگی به مواد و روش های مورد استفاده برای تولید آنها دارد. دیواره کپسول ممکن است به صورت مونومر، پلیمر یا مخلوط باشد. کپسول می تواند به اشکال منظم کروی، استوانه ای و یا نامنظم و چندوجهی باشد. پوشش کپسول ممکن است یک یا چند لایه باشد. بقا و ماندگاری مواد مرکز کپسول بستگی به فعالیت شیمیایی، حلالیت، قطبیت و فراریت آنها دارد. ذرات کپسوله شده وقتی اندازه های آنها در حدود 5000 - 0.2 میکرومتر باشد را میکروکپسول و زیر 0.2 میکرومتر را نانوکپسول می نامند. اجزا گسترده ای از مواد غذایی مانند اسیدها، قلیاها، بافرها، اسانسهای روغنی، طعم دهنده ها، روغنها، احیاکننده ها (سفیدکننده ها و عمل آورندهها)، آنزیمها، میکروارگانیسمها، نگهدارندهها، رنگدانه ها، شیرین کنندههای مصنوعی، اسیدهای آمینه، ویتامینها، موادمعدنی و موادی با عطر و طعم نامناسب را می توان کپسوله کرد. اجزا کپسول شده تحت شرایطی مانند تغییرات pH، تنش برشی، دما، فعالیت آنزیم، زمان و فشار اسمزی محتویات داخل خود را رها میسازند.
هدف از این تحقیق بررسی دلایل، مراحل و روشهای انکپسولاسیون در صنعت غذا و همچنین مکانیسمهای آزاد شدن مواد هسته و ترکیبات کپسوله شده در صنایع غذایی میباشد.
1
-2 دلایل انکپسولاسیون در صنعت غذا
- کاهش واکنش هسته در ارتباط با عوامل محیطی (مث نور، اکسیژن و آب).
- کاهش سرعت تبخیر یا انتقال مواد هسته به محیط خارج.
- کنترل رهاسازی مواد هسته به منظور دستیابی به تاخیر مناسب تا زمان ایجاد تاثیر مناسب تا زمان ایجاد تاثیر به موقع (توزیع یکنواخت ماده اصلی زمانی که مقدار این ماده ناچیز باشد
- حفظ طعم و مزه هسته
- جابجایی آسانتر
Shahidi) و Haan، (1993
-3 مراحل انکپسولاسیون
- تشکیل دیواره یا پوسته اطراف هسته.
- نگهداری مواد هسته داخل پوسته به طوری که این مواد از پوسته خارج نشوند و جلوگیری از ورود مواد ناخواسته.
- آزاد شدن به موقع و تحت کنترل مواد هسته در زمان معین و در یک نسبت کنترل شده.
-4 انواع ترکیبات مورد استفاده در تولید کپسول
مواد گوناگونی در صنایع غذایی به عنوان ماده پوشش دهنده در فرآیند کپسولاسیون استفاده می شوند که می توان آنها را در سه دسته تقسیم بندی کرد:
- کربوهیدراتها شامل نشاسته های اصلاح شده، مالتودکسترین ها، پودرهای شربت ذرت، سیکلودکسترینها، سلولز، ساکارز، کیتوزان(DeZan و
Kenyon، (1995
- وصمغها(عصاره گیاهان دریایی،آگار، کاراگینان، عربی، پکتین و آلژینات و صمغ های تراوشی).
- چربیها و موم ها شامل روغنهای گیاهی هیدروژنه شده، موم زنبور.
- پروتئینها شامل ژلاتین (نوعAو (B، پروتئین آب پنیر و سدیم کازئینات و پروتئین سبوس برنج و سویا(Rosenberg و Sheu، .(1996
-5 انواع روش های انکپسولاسیون
روش های زیادی برای انکپسولاسیون پیشنهاد می شود اما هیچ کدام از آن ها به عنوان یک روش جامع نیست،زیراهر کدام از ترکیبات هسته ساختار مولکولی ویژه ای دارند و تفاوت های زیادی در وزن مولکولی،قطبیت،حلالیت و ... نشان می دهند.
-1-5 امولسیفیکاسیون :
امولسیفیکاسیون به صورت فرآیند پراکنده کردن یک مایع در مایع غیرقابل اختلاط دیگر تعریف می شود.
-2-5 کواسرواسیون:
در واقع امولسیفیکاسیون اصلاح شده است. این روش بر اساس برهمکنش های الکترواستاتیکی و نیز برهمکنش های هیدروفوبیکی می باشد(Augustin و Hamer، 2009، Girard،2004 و Laneuville، .(2006 این روش بیشتر یک ایموبیلیزاسیون است تا انکپسولاسیون همچنین برای مواد عطر و طعمی،روغن ها وبعضی از مولکول های بیواکتیو محلول در آب نیز به کار می رود و کمتر برای پروبیوتیکها استفاده میشود.
-3-5 خشک کردن پاششی:
یکی از تکنولوژی هایی است که به طور متداول در صنعت برای انکپسولاسیون مورد استفاده قرار می گیرد. این روش یک روش سریع و آسان است.اصول خشک کردن پاششی حل کردن هسته در دیسپرسیون ماتریس انتخابی می باشد. سپس دیسپرسیون در هوای داغ تبدیل به پودر می شود. با این عمل حلال یعنی آب حذف می شود. سپس ذرات پودری از هوای خشک کن در سیکلون، در دمای پایین تر، حذف می شود. این روش با کاربرد گسترده دارای محدودیت هایی است از جمله اینکه این روش در واقع ایموبیلیزاسیون است تا انکپسولاسیون همچنین در خشک کردن پاششی تنها دیسپرسیون های بر پایه آب استفاده می شود. بنابراین ماتریس باید حلالیت بالا در آب داشته باشد. در بسیاری از موارد کربوهیدرات های آب دوست استفاده می شوند. این کربوهیدرات ها هنگام تبخیر دیسپرسیون به صورت شیشه ای در می آیند. محصول حاصل پایدار بوده و باعث افزایش عمر
2
نگهداری می شود. این که ماتریس هیدروفیل است به این معنا نیست که این روش فقط برای مولکول های هیدروفیل قابل استفاده است، بلکه هم مولکول های هیدروفیل وهم هیدروفوب می توانند به عنوان هسته استفاده شوند.
شکل-1 شماتیکی از عملکرد خشک کن پاششی
-4-5 سرد کردن پاششی :
اصول آن عکس خشک کردن پاششی است. در این روش به جای اواپراسیون دیسپرسیون، آن را به منظور ایموبیلیزاسیون سرد میکنیم. معمولاً چربی های با نقطه ذوب بالا در این روش به کار می روند. این روش یک ایموبیلیزاسیون است تا انکپسولاسیون. این روش فقط در محصولات خشک به منظور حفاظت آنزیم ها،عطر و طعم،مواد معدنی و پروتئین ها به کار می رود.
-5-5 خشک کردن انجمادی :
خشک کردن انجمادی برای باکتری هایی که حساس به حرارت هستند ،به کار می رود(Augustin و Hemar، .(2009 هرچند در کل به عنوان روش مؤثر برای حفظ فعالیت زیستی سلول های زنده نمی باشد.
-6-5 پوشش دادن به روش بستر سیال :
این روش در واقع خشک کردن پاششی اصلاح شده است. در این روش انتخاب مولکول های ماتریس گسترده تر از خشک کردن پاششی است. مولکول های ماتریس می تواند چربی ها، پروتئین ها، کربوهیدرات ها و امولسیفایر ها باشد. این روش ممکن است برای انکپسولاسیون ترکیبات حساس و یا در محصولات خشک شده به روش پاششی به عنوان پوشش دوم به کار رود.
شکل -2 شماتیکی از سیستم بستر سیال
-7-5 اکستروژن :
تکنولوژی تولید قطره کوچک ماده انکپسولاسیون، توسط عبور دادن محلول از میان نازل ها و یا منافذ کوچک می باشد. هر چه قطر داخلی نازل و یا منافذ کوچک تر باشد،کپسول ها کوچکتر خواهند بود. این روش یک روش انکپسولاسیون صحیح به جای ایموبیلیزاسیون است. دو روش معمول اکستروژن به کار می رود :
-1-7-5 اتمایزر صفحه ای چرخشی: در این روش با افزایش سرعت چرخش صفحه می توان کپسول های کوچک تولید کرد.
