مقاله مروری بر روشهای ریزپوشانی و کاربرد آن در حفظ ترکیبات فنلی

بخشی از مقاله

مروري بر روشهاي ریزپوشانی و کاربرد آن در حفظ ترکیبات فنلی

چکیده

ریزپوشانی یک تکنولوژي مناسب جهت گنجاندن عوامل فعال در داخل یک حامل میباشد. پلیفنلها یکی از فراوانترین متابولیتهاي گیاهی ه ستند که داراي خ صو صیات بیولوژیکی مفید میبا شند. تاثیر پلیفنلها به حفظ پایداري و زیستدسترسی اجزاي فعال بستگی دارد. مزه ناخوشایند بیشتر ترکیبات فنلی، کاربرد آن ها را محدود کرده ا ست. از اهداف ریزپو شانی میتوان به حفاظت از ترکیبات مغذي، کنترل رهایش و تولید غذاهاي فراسودمند با خصوصیات مطلوب اشاره کرد. طیف گستردهاي از پروتئینها، پلیساکاریدها و پلیمرها به منظور ریزپوشــانی مورد اســتفاده قرار میگیرند. تکنیکهاي مختلفی مانند خشــک کردن پاشــشــی، خشــک کردن انجمادي، خنک کردن و سرد کردن پاششی، تبلور همزمان، کمپلکس الحاقی، کوآسرواسیون و محبوسسازي لیپوزومی به منظور ریزپوشانی ترکیبات فنلی مورد استفاده قرار گیرند. خشککردن پاششی یکی از قدیمیترین و شناخته شدهترین روشهاي ریزپوشانی میباشد که در صنعت طعمها و افزودنیهاي خشک مورد استفاده قرار میگیرد. خشککردن انجمادي عمدتا براي تولید مواد با کیفیت بالا که داراي ترکیبات حساس به حرارت میباشند مورد استفاده قرار میگیرد. تبلورهمزمان یکی از فرایندها ریزپوشانی میباشد که با استفاده از ساکارز به عنوان ماده زمینه براي گنجاندن مواد هسته انجام میگیرد. ریزپوشانی کواسرواسیونی، جداسازي فاز یک یا تعداد بیشتري از هیدروکلوئیدها از محلول اولیه و به دنبال آن ته نشین شدن فاز تودهاي تشکیل شده اطراف عوامل فعال معلق یا امولســـیونی در محیط واکنش می باشـــد. کمپلکس الحاقی به طور کلی با اســـتفاده از سیکلودک سترین ها به عنوان مواد ریزپو شانی انجام می شود. ریزپو شانی کوا سروا سیونی میتواند در رهایش آنتیاکسیدانهاي یربا مته 1موثر واقع شوند. در تکنیک محبوسسازي لیپوزومی با توجه به داشتن فاز چربی و فاز آبی، لیپوزوم میتواند در به دام انداختن، تحویل و رهایش مواد محلول در آب، محلول در چربی و مواد آمفیفیلیک مورد استفاده قرار گیرد که این تکنیکهاي ذکرشده میتواند به گونه موفقیت آمیز در ریزپوشانی پلیفنلها مورد استفاده قرار گیرند.

کلمات کلیدي: ریزپوشانی، پلیفنلها، پایداري

.1مقدمه

از نظر تاریخی توســعهي فرایند ریزپوشــانی به ســال 1950 برمیگردد (گرین و چیچر، .(1995 ریزپوشــانی یک تکنولوژي جهت بســتهبندي جامدات، مایعات یا مواد گازي در داخل یک حامل میباشــد که، محتویاتشــان را در نرخی کنترل شــده تحت شــرایط خاص رها میسازند (دسیا و همکاران، 2005؛ ویلاستراپ، .(2001 مواد هسته ممکن است تنها از یک جزء یا اجراي متعدد تشکیل شده باشد که تحت عناوین، مواد پوشش داده شده، مواد فعال یا به دام افتاده، پرکننده، بار مفید، یا فاز داخلی نامگذاري میگردد، از طرف دیگر مواد دیواره نیز ممکن است از یک ترکیب یا مخلوطی از ترکیبات تشکیل شده باشد که این نیز تحت عناوین عامل ریزپوشانی، مواد پوشش دهنده، حامل، غشا، مادهي زمینه و پوسته نامگذاري میگردد (ریچ، 1995؛ قارسالایی و همکاران، .(2007 ترکیبات دیواره میتواند شامل قندها، صمغها، پروتئینها، پلیساکاریدهاي طبیعی یا اصلاح شده، لیپیدها و پلیمرهاي سنتزي باشد (گیبس و همکاران، 1999؛ مظفري، .(2006 کپسولها ذرات کوچکی هستند که ممکن است از نظر اندازه در محدودهي میکرومتر تا چند میلیمتر باشد (دزیزاك، .(1998 از اهداف ریزپوشانی میتوان به، حفاظت از ترکیبات مغذي در برابر آسیب و تجذیه، افزودن مواد مغذي کپسوله شده به محصولات غذایی پس از فرایند، پوشاندن عطر و طعم نامطلوب برخی از اجزاي تشکیلدهنده غذا، در نتیجه امکان تولید غذاهاي فراســودمند با خواص حســی مطلوب (لابل، (1999، حفاظت از ترکیبات حســاس مواد غذایی در برابر فعلوانفعالات نامطلوب با دیگر اجزا در طول ذخیره سازي (رینسیوس، (1991، حفاظت در برابر واکنشهاي اکسیداسیون ناشی از نور و سایر واکنشهاي اکسیداسیون، رهایش کنترل شدهي مواد (تاري و سینقال، (2002 اشاره کرد. فرایند ریزپوشانی به طور معمول شامل دو مرحلهس اساسی میباشد. نخست ایجاد یک سوسپانسیون یا امولسیون از مواد هسته و دیواره و پس از آن باید ترکیب بدست آمده را با استفاده از یک تکنیک رایج خشککردن یا یک روش ریزپوشانی جایگرین خشک نمود. در چنین فرایندي حفظ مواد تشکیل دهنده هسته توسط عامل ریزپوشانی با ماهیت شیمیایی مواد تشکیل دهندهي هسته (وزن مولکولی، عملکرد شــیمیایی، حلالیت، قطبیت و ثبات)، خصــوصــیات فیزیکوشــیمیایی مواد دیواره (حلالیت، ثبات، وزن مولکولی، ســاختار و حالت فیزیکی) و همچنین ماهیت و پارامترهاي موثر در روش ریزپوشـــانی به کارگرفته شـــده مرتبط اســـت (مادنه و همکاران، .(2006 تکنیکهاي ریزپوشانی شامل : خشککردن پاششی، خشککردن انجمادي، سردکردن / خنککردن پاششی، پوششدهی بستر سیال، اکستروژن، تبلور همزمان، کوآسرواسیون (تفکیک فاز)، محبوسسازي لیپوزومی، پلیمریزاسیون درجا میباشند (وارزاکاس و تزیا، .(2015

.2پلیفنلها

پلیفنلها یکی از فراوانترین متابولیتهاي گیاهی هســتند که از اجزاء جداییناپذیر در رژیم غذایی انســانها و حیوانات محســوب میشوند. در چند دهه اخیر، ترکیبات پلیفنلی جایگاه ویژهاي در صنایع غذایی و داروسازي پیدا کردهاند (ماناچ و همکاران، 2004؛ اسکالبرت و همکاران، .(2005 پلیفنلها داراي خصوصیات بیولوژیکی مفید مانند اثرات ضدمیکروبی، ضدویروسی، آنتیاکسیدانی و ضدالتهابی میباشند (بنیک، 2002؛ هاسلام، .(1996 متاسفانه، به نظر میرسد که غلظت پلیفنلها در شرایط آزمایشگاهی از سطح اندازهگیري شده در بدن بیشتر میباشد. کارایی این ترکیبات در جلوگیري از بیماريها به حفظ زیستدسترسی عوامل فعال بستگی دارد. به علت زمان اقامت ناکافی در معده، ناپایداري آنها تحت شرایط فرآوري و نگهداري مواد غذایی (دما، اکسیژن، نور) یا در شـــرایط معدهاي- رودهاي pH)، آنزیمها، حضـــور ترکیبات مغذي دیگر) همه اینها فعالیت و فواید ســـلامتیبخش بالقوه ترکیبات پلیفنلی را محدود میسازد (بل، .(2001 انتقال این ترکیبات به گونهاي موثر نیازمند آن است که تولیدکنندگان

مکانیسمهاي حفاظتی که بتوانند این مولکولهاي فعال را تا زمان مصرف حفظ کنند، فراهم کنند تا نقشهاي فیزیولوژیکی خود را در بدن موجود زنده ایفا کنند (چن و همکاران، .(2006

.3مواد دیواره در ریزپوشانی

مواد مورد استفاده براي زیرپوشانی در صنایع غذایی با محدودیتهایی مواجه است. این محدودیت ها شامل مجاز بودن استفاده از این مواد در غذا میباشــد (گوانکار و همکاران، .(2014 مقررات براي افزودنیهاي غذایی بســیار ســخت گیرانهتر از مواد دارویی میباشد. ترکیبات متفاوت، به طور گستردهاي براي ریزپوشانی در صنایع داروسازي مورد استفاده قرار گرفتهاند، در حالی که براي استفاده در صنعت موادغذایی مناسب نیستند زیرا بسیاري از این مواد براي کاربردهاي غذایی به عنوان مواد (GRAS) یا به طور کلی ایمن شناخته نشدهاند.( واندري و همکاران، (2009 مهم ترین معیار براي انتخاب مادهي دیواره، عملکرد ریزپوشانی میباشد. (واندري و همکاران، .(2009 به طور کلی شکلگیري فرایند ریزپوشانی مستلزم ناسازگاري بین مواد پوسته و عوامل فعال میباشد به طوري که یک پوشش در سطح ماده فعال وجود خواهد داشت. به منظور ریزپوشانی ترکیبات فعال آبگریز، ترکیبات آبدوست به عنوان مواد دیواره باید مورد اســـتفاده قرار گیرد، روغن یا چربی خوراکی مثالی از یک ترکیب آبگریز اســـت. بنابراین طیف گستردهاي از پروتئینها، پلیساکاریدها و پلیمرها به منظور ریزپوشانی مورد استفاده قرار میگیرند(گوانکار و همکاران، .(2014

.1,3 خصوصیات مواد دیواره

(1 داراي خصوصیات رئولوژیکی مناسب در غلظتهاي بالا باشد به این معنی که داراي ویسکوزیتهي پایین در غلظتهاي بالا و جاذبالرطوبه بودن پایین باشد.

(2 کار کردن با آن در طول فرایند ریزپوشانی ساده باشد.
(3 قابلیت پراکنش مواد فعال و در نتیجه ایجاد ثبات و پایداري در امولسیون را دارا باشد. (4 با مواد ریزپوشانی شده طی فرایند و شرایط نگهداري طولانی وارد واکنش نشود. (5 قابلیت نگهداري مواد فعال در ساختار خود طی فرایند و ذخیره سازي را دارا باشد.
(6 بتواند بیشترین حفاظت را براي ترکیبات فعال محصور شده در آن، در برابر شرایط محیطی از قبیل اکسیژن، نور، گرما و رطوبت ارائه دهد.

(7 قابلیت حلالیت در حلالهاي پذیرفته شده در صنایع غذایی به عنان مثال آب و اتانول را داشته باشد. (8حلالیت کپسولها و آزادسازي ترکیبات فعال را در شزایط تعیین شده و مورد انتظار دارا باشد.

(9 طعم و مزهي مطلوب و مناسب داشته باشد (10 ارزان قیمت باشد (بالسا و فانگر، 1971؛ بنگس، 1985؛ مادنه و همکاران، 2006؛ رینسیوس، .(1994

.4روشهاي ریزپوشانی

روشهاي ارائه شده براي ریزپوشانی را میتوان در سه گروه فیزیکی (خشک کردن پاششی، خشک کردن انجمادي، خنک کردن و ســرد کردن پاشــشــی، پوشــشدهی بســتر ســیال، تبلور همزمان)، شــیمیایی (کمپلکس الحاقی و پلیمریزاســیون درجا)، تلفیقی از روشهاي فیزیکی و شیمیایی (کوآسرواسیون و محبوسسازي لیپوزومی) جاي داد (وارزاکاس و تزیا، .(2015

.1,4 خشککردن پاششی

خشککردن پاششی براي اکثر مواد ریزپوشانی شده به صورت تجاري مورد استفاده قرار میگیرد (شفر و شفر، .(2003 این روش یکی از قدیمیترین و شناخته شدهترین روشهاي ریزپوشانی میباشد (مرملستین، .(2001 ریزپوشانی با استفاده از خشککن پاششی در صنعت مواد غذایی از دهه 1950 مورد استفاده قرار میگرفت. خشککردن پاششی روشی اقتصادي، انعطافپذیر و مداوم میباشــد که ذراتی با کیفیت مناســب تولید میکند. این تکنیک به طور گســترده در صــنعت مواد غذایی در ربزپوشــانی طعم ها و افزودنیهاي خ شک و پایدار مورد ا ستفاده قرار میگیرد (دی ساي و پارك، .(2005 در طی ریزپو شانی مواد ه سته با مواد دیواره مخلوط و هموژن میگردند سپس مخلوط حاصل به خشککن پاششی وارد میشود و با یک نازل یا چرخ در حال چرخش اتمیزه (ریز ریز) میشــود. در اثر تماس هواي گرم با ذرات آب موجود در آن تبخیر میگردد، ســپس کپســولها بعد از افتادن در قســمت زیري خ شککن، جمعآوري می شوند (گیبس و همکاران، .(1999 یکی از محدودیتهاي این تکنولوژي تعداد محدود مواد پو سته (دیواره) در دســترس میباشــد. به این دلیل که مواد پوســتهاي باید در ســطح قابل قبولی محلول در آب باشــند (دیســاي و پارك، .(2005 مالتودکسترینها که به طور گسترده براي ریزپوشانی طعمها مورد استفاده قرار میگیرد (بهانداري،( 2007± براي ریزپوشانی پلیفنلها نیز به کار میروند. عصاره اتانولی هویج سیاه که حاوي سطح بالایی از آنتوسیانینها 125 17/22)میلیگرم در 100 گرم) میباشند که با استفاده از مالتودکسترینها به عنوان ناقل و عامل پوششدهنده تحت عمل خشککردن پاششی قرار میگیرند (ارسوس و یورداجل ،.(2007 دماي بالاي هواي ورودي (بالاتر از 160-180 درجه سانتیگراد) موجب افت و از دست رفتن بیشتر آنتو سـیانین میشـود درحالی که مالتودکسـترین با 20-21DE پودري با محتوي آنتوسـیانین بالاتر در پایان فرآیند خشـککردن ایجاد میکند (ارسوس و یورداجل، .( .(2007 ماده دیوارهاي که به گونهاي موفقیتآمیزي براي ریزپوشانی پلیفنلها استفاده شد امولسیون پروتئین- لیپید (سدیم کازئینات- لکتین سویا) می باشد که در خشک کردن پاششی عصاره دانه انگور، عصاره پلیفنل سیب و عصاره برگ زیتون مورد استفاده قرار گرفت(کوساراجو و همکاران، .(2008 اگرچه این تکنولوژي بیشتر به عنوان یک فرایند خشک کردن در نظر گرفته میشود و براي آماده سازي مواد خشک شده مورد استفاده قرار میگیرد با این وجود میتواند به عنوان یک فرایند ریزپوشانی براي یسیاري از ترکیبات غذایی مورد استفاده قرار گیرد. خشککنهاي پاششی در صنایع غذایی کاربرد گ ستردهاي دارند، اما از معایب این روش میتوان به پیچیدگی د ستگاه و شرایط غیر یکنواختی که در اتاق خ شک کن وجود دارد اشاره کرد که موجب می شود اندازه ذرات همیشه یکنواخت نباشد. حدود 90-80 درصد کپسول ها با خشککن پاششی تولید میشوند (میلانویس و همکاران، 2010؛ پوریزو، .(2007

.2,4 خشک کردن انجمادي

تکنیک خشککردن انجمادي یا لیوفیلیزه کردن، یکی از مفیدترین روشهاي خشککردن ترکیبات حساس به حرارت است که در محلولهاي آبی، ناپایدار میباشــند. این روش عمدتا براي تولید مواد خشــک با کیفیت بالا که داراي ترکیبات حســاس به حرارت مانند آروما، ویتامینها، آنتیبیوتیکها و کشتهاي میکروبی میباشند مورد استفاده قرار میگیرد (ر.ˆ‰ن و „ررا، ٢٠٠٧). به غیر از خشککردن ترکیبات حساس به حرارت، خشککردن انجمادي به منظور ریزپوشانی اسانسهاي محلول در آب و همینطور مواد معطر طبیعی (کوپلمن و همکاران، (1977 و همچنین مواد دارویی (کرباي و جرگوریادیس، (1984 مورد استفاده قرار میگیرد. این فرایند از طریق انجماد مواد و پس از آن کاهش فشار محیط و بالا بردن مقادیر کافی درجه حرارت، اجازه میدهد تا آب یخ زده در مواد به طور مسـتقیم از فاز جامد به فاز گاز تبدیل شـود (اتجن و هاسـلی، .(2004 با این حال خشـککردن انجمادي کند و گران قیمت اســت. مدت زمان خشــککردن در این فرایند بســیار طولانی (معمولا 20 تا24 ســاعت) میباشــد. زمان طولانی این فرایند موجب میگردد تا انرژي بی شتري براي کار کمپر سور و واحد تبرید مورد نیاز با شد در نتیجه این یک فرایند گران قیمت به منظور استفاده تجاري میباشد. هزینههاي این فرایند میتواند تا 50 برابر بیشتر از فرایند خشککردن پاششی باشد (دسوبري و همکاران، (1977 و همچنین نگهداري و حمل و نقل ذرات تولید شــده نیازمند هزینهي بالایی میباشــد (جاکوت و پرنتی، (2003 در نتیجه این روش عمدتا براي مواد بسیار گران قیمت مورد استفاده قرار میگیرد (کوهن و یانگ، . .(1995 نمونههاي خشک شده به روش

انجمادي از تفاله حاوي آنتوســیانین و مالتودکســترین DE20 در 50 درجه ســانتی گراد/ فعالیت آبی 0/5 پایداري خوبی در طی نگهداري تا دو ماه از خود نشــان داد (دلگادو و همکاران، 2000اخیراً). لاین و همکاران (2008) عصــاره تمشــک غنی از ترکیبات فنلی را با استفاده از خشککردن انجمادي، با مالتودکسترین DE5-8 و DE 18,5 به عنوان مواد دیواره ریزپوشانی کردند. عصاره تمشک ریزپوشانی شده، حفاظت بهتري براي ترکیبات فنلی در طول ذخیره سازي از خود نشان دادند، در حالی که همان میزان فعالیت آنتی اک سیدانی حفظ شده و یا حتی کمی بهبود یافته ا ست. با این حال، برخی از شواهد دربارهي خ شککردن انجمادي وجود دارد که بیان می کند که ریزپوشانی قادر به بهبود پایداري نبودهاست.

.3,4خنککردن/ سردکردن پاششی

سردکردن /خنککردن پاششی یک فرایند ریزپوشانی کم هزینه میباشد و به طور معمول براي ریزپوشانی نعدادي از نمکهاي آلی و غیر آلی و همچنین ترکیبات تشکیل دهنده بافت، آنزیمها، طعمها و سایر مواد عملکردي به منظور بهبود پایداري حرارتی، تاخیر رهایش در محیطهاي مرطوب و یا تبدیل ترکیبات مایع آبدوست به پودري جریانپذیر مورد استفاده قرار میگیرد ( گوین، .(2004 معمولا موادي که به عنوان پوشــش در این دو تکنیک (ســردکردن/خنککردن پاشــشــی) مورد اســتفاده قرار میگیرند لیپیدها میباشند. در روش سردکردن و خنککردن پاششی مواد هسته در یک مایع پوششدهنده پراکنده شده و از یک نازل حرارت داده شده به یک محفظه کنترل شده اسپري میگردد (باکان و اندرسون، .(1970 تصور میشود آزدسازي ترکیبات فعال پس از ذوب ترکیب مورد استفاده براي ریزپوشانی (ماتریس لیپید) اتفاق میافتد. به طور کلی سردکردن / خنککردن پاششی شامل برهمکنش بین لیپیدها و مواد فعال، تبخیر مواد محلول در چربی در طول زمان و از دست دادن مواد فرار در طول فرایند میباشد (شفر و شفر، .(2003

.4,4تبلور همزمان

تبلورهمزمان یکی از فرایندها ریزپوشــانی میباشــد که با اســتفاده از ســاکارز به عنوان ماده زمینه براي گنجاندن مواد هســته انجام میگیرد. این فرایند شامل تبلور خودبهخود ساکارز در دماي بالاي 120 درجهي سانتیگراد میباشد، که منجر به تولید تجمعاتی از بلورهاي بسیار ریز ساکارز در رنج 3 تا 30 میکرومتر میگردد که مواد هسته در اثر گنجاندن یا بهدامانداختن در ساختار بلورها قرار میگیرد (چن و همکاران، 1998؛ مولین، .(1972 طی این فرایند میتوان بســیاري از ترکیبات غذایی را به صــورت مجزا یا ترکیبی در بلورها جاي داد (شهیدي و هان، .(1993 بنابراین به منظور ریزپوشانی، ساختارهاي ساکارز باید اصلاح گردند و از شکل بلورهاي تک، جامد، متراکم با ناحیه ســطحی محدود بلورهایی با اندازههاي میکرومتري، نامنظم به فرم تودهاي تبدیل میگردد تا فضــاهاي خالی و ناحیهي سطحی افزایش پیدا کند، بنابراین میتواند به عنوان یک ترکیب ریزپوشانی مناسب براي گنجاندن مواد هسته مورد استفاده قرار گیرد (چن، 1998؛ آواد و چن، .(1993 از مزیتهاي اصلی ریزپوشانی به روش تبلور همزمان بهبود حلالیت، قابلیت مرطوب شوندگی، همگنشدن،قابلیت پراکنش ،جذب آب ، ضدکلوخهاي شدن، ثبات و جریانپذیري مواد ریزپوشانیشده میباشد (بری ستین و همکاران، (1996 از دیگر مزایلی آن این ا ست که مواد ه سته در شکل مایع میتوانند بدون خ شک کردن ا ضافی به شکل پودر خشک تبدیل شوند و محصولات به دلیل ساختار فشردهشان، ویژگیهاي قرص را نشان میدهند و در نتیجه مزایاي قابل توجهی را براي آبنبات ســـازي و صـــنایع دارویی از خود نشـــان می دهند (دســـاي و پارك، .(2005 دلادینو و همکاران (2007) انکپسولاسیون عصاره یربا مته شامل مشتقات کافئول و فلاونوئیدها را با استفاده از تبلور همزمان در محلول ساکارز فوق اشباع گزارش کردند. فرآورده ریزپوشانیشده یک ساختار آگلومره شده خوشهاي با فضاهاي خالی داشت و اندازه کریستال ساکارز بین 2 و 30 میکرون بود. ساختارهاي میکروسکوپی با گرماسنج روبشی افتراقی، تفرق اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی تایید شدند (دلادیون و همکاران، .(2010