مقاله مروری بر کاربرد امولسیونهای چندگانه در صنعت غذا

word قابل ویرایش
13 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

مروری بر کاربرد امولسیونهای چندگانه در صنعت غذا
چکیده: امولسیونهای چندگانه ، یا به طور اختصاصیتر امولسیونهای دوگانه (دوبل )، سیستم های پخش بسیار پیچیدهای هستند که پایداری ترمودینامیکی پایینی دارند. این سیستم ها به عنوان امولسیونهای امولسیون نیز شناخته میشوند؛ زیرا قطرات فاز پخش شده شامل قطرات پخش شدهی دیگری نیز هستند. به عنوان مثال قطرات آب در قطرات روغن در آب (W/O/W)، یا قطرات روغن در قطرات آب در روغن (O/W.O). امولسیونهای دوبل حامل های مایعی برای به دام انداختن و آزادسازی مولکولهای فعال هستند که در صنایع غذایی، دارویی و غیره کاربرد دارند. در صنعت غذا میتوان از امولسیونهای دوبل برای تولید اسپریدها (جایگزین های مارگارین )، مایونزهای کم کالری، کنترل آزادسازی عطر و طعم و انکپسوله کردن یا حفظ ترکیبات حساس و فعال (مثل پروبیوتیک ها و آنتیاکسیدانها) در محیط استفاده کرد. در این مقاله ماهیت این امولسیونها، کاربردها و روشهای مختلف تولید آنها که تاکنون مورد استفاده قرار گرفته است ، مسائل مربوط به بی ثباتی امولسیونها و روشهای پایداری آنها مرور میشود.
واژههای کلیدی: امولسیون دوبل ، امولسیون چندگانه ، پایداری امولسیون، انکپسولاسیون، تولید امولسیون

مقدمه
امولسیونهای چندگانه (امولسیونهای دوبل ) سیستم های پخش بسیار پیچیدهای هستند که پایداری ترمودینامیکی پایینی دارند. آنها “امولسیون امولسیون” یا “امولسیون بین امولسیون ” هستند. هر دو امولسیون آب در روغن (W.O) و روغن در آب (O/W) در طبقه ی امولسیونهای یگانه قرار میگیرند. سورفاکتانت های چربی دوست و آب دوست ، برای پایداری این دو امولسیون استفاده میشوند؛ اما امولسیونهای چندگانه به عنوان امولسیونهای امولسیون شناخته میشوند؛ زیرا قطرات فاز پخش شده شامل قطرات پخش شدهی دیگری نیز هستند(٣و۵و٨). در امولسیون دوبل قطرات پخش شدهی داخلی از مایع خارجی به وسیله ی لایه ای از جنس فاز دیگر جداشدهاند. به عنوان مثال قطرات آب در قطرات روغن در آب (W/O/W)، یا قطرات روغن در قطرات آب در روغن ٢ (O/W.O). متداولترین امولسیون چندگانه ، W/O/W است که در واقع شامل قطرات کوچک آب پخش شده در گویچه های بزرگتر چربی است که خودشان در یک فاز آبی پیوسته پخش شدهاند (۶).

شکل ١: امولسیونهای ساده و دوبل (١۴).
برای تولید امولسیون W/O/W یک سورفاکتانت آبگریز، مثلا سورفاکتانتی باارزش تعادل هیدروفیلی لیپوفیلی پایین (١٠ ≥ HLB) برای حل در روغن اولیه نیاز است . سپس آب اضافه شده و امولسیون W.O شکل میگیرد. سپس سیستم دوباره در محلول فاز پیوسته ای حاوی سورفاکتانتی باارزش تعادل هیدروفیلی لیپوفیلی بالا (١٠ ≤ HLB) برای تولید امولسیون دوبل W/O/W امولسیفاید میشود (١٠). در مورد امولسیونهای O/W.O ابتدا نیاز است یک امولیسون O/W اولیه شکل گیرد و به دنبال آن در فاز روغنی ثانویه پخش شود. برای تولید امولسیون اولیه ی O/W معمولا از سورفاکتانت های هیدروفیل باارزش تعادل هیدروفیلی لیپوفیلی بالا (١٢ ≤ HLB) استفاده میشود درحالیکه در مرحله ی دوم امولسیون اولیه با فاز خارجی با سورفاکتانت های لیپوفیل باارزش تعادل هیدروفیلی لیپوفیلی پایین (معمولا ٨ ≥ HLB) استفاده میشود (١١).
امولسیونهای دوبل برای کنترل آزادسازی اجزای شیمیایی به دام افتاده در قطرات داخلی، پتانسیل کاربرد بالایی دارند. همین دلیل آنها را در پزشکی، داروسازی، صنایع آرایشی- بهداشتی و کاربردهای صنعتی مورد توجه قرار داده است (۴). در صنایع غذایی هم آنها پتانسیل کاربرد بالایی نسبت به امولسیونهای مرسوم دارند؛ مانند انکپسوله کردن یا حفظ ترکیبات حساس و فعال (پروبیوتیک ها و آنتیاکسیدان ها) در محیط ، تولید غذاهای با محتوای چربی کمتر و یا کنترل آزادسازی عطر و طعم . (۶)
تولید امولسیون دوبل ساده است و نیاز به دو فرآیند امولسیفیکاسیون پی در پی دارد (١۴). هنوز تولید امولسیون دوبل پایدار با کنترل کافی از آزادسازی ترکیبات داخلی آسان نیست و مشکلات بسیاری برای تولید این نوع امولسیون با پایداری کافی برای مصرف در صنعت غذا وجود دارد. در این مقاله در مورد تولید این امولسیونها، کاربرد و پایداری آنها به صورت مروری اطلاعاتی به خوانندگان داده میشود.
تاریخچه :
سیفریز٣ در سال ١٩٢۵ اولین توصیف از مشاهدات میکروسکوپی سادهی خود را در مورد وجود امولسیون در بین امولسیون ارائه کرد. جالب است بدانید مشاهدات سیفریز در طی تحقیقات در مرحله ی وارونگی امولسیونهای روغن در آب موجود در نفت که با پروتئین غذایی کازئین پایدار شده بودند، رخ داده است . تحقیقات بعدی نیز تمایل به شکل گیری تصادفی امولسیونهای دوبل را در طول فاز وارونگی، مخصوصا در سیستم های شامل مخلوط متعادل از امولسیفایرهای آب دوست – روغن دوست را نشان دادهاند(٣).
بسیاری از مقالات به سرعت مشاهدات توصیفی از امولسیونهای دوبل پایدار شده با مخلوطی از امولسیفایرهای متنوع (اغلب غیر یونی) و روغن های مختلف را ارائه کردند. بسیاری از جستجوهای علمی، نشانگرها، داروها و افزودنیهایی درون فاز داخلی قراردادند و ظرفیت ها و الگوهای جداسازی و اصول پایداری را آزمایش کردند.
کاربردهای بالقوه:
امولسیونهای دوبل حامل های مایعی برای به دام انداختن و آزادسازی مولکولهای فعال واکنش دهنده هستند که در صنایع غذایی، دارویی و صنعتی کاربرد دارند. از کاربردهای آنها میتوان به درمان سرطان، استفاده در داروهای گیاهی، واکسن و واکسن های کمک دارو، جابجا کردن اکسیژن (هموگلوبین )، درمان دیابت ، تیمارهای دارویی دارای دوز بالا و کاربرد در صنعت غذا اشاره کرد (۵). بعضی از کاربردهای بالقوهی آنها در صنعت غذا عبارتاند از: تولید اسپریدها (جایگزین های مارگارین )، مایونزهای کم کالری و سس های ویژه؛ و همچنین کاربرد در صنعت انکپسوله کردن طعم که امولسیونهای دوبل به عنوان مخزن به دام اندازی برای پوشاندن طعم و بوهای نامطلوب استفاده میشود. به دام انداختن طعم ، عمر نگهداری را نیز طولانی میکند. بهبود سرعت انحلال مواد فعال مشخص یا حل شوندگی مواد روغنی غیر محلول نیز مورد اشاره هست . بخشی از ترکیبات فعال در فاز داخلی و بخش دیگر در فضای بینابین درونی و گهگاه در فضای بینابین بیرونی محلول میباشند. امولسیون دوبل همچنین به عنوان مخزن مایع ، برای مولکولهای حساس و حفاظت آنها از واکنش های محیطی خارجی مثل اکسیداسیون، نور و آنزیم ها کاربرد دارند. امولسیون دوبل روغن در آب در روغن (O/W/O) برای به دام انداختن روغن پرتقال در خشک کن پاششی امولسیونهای دوبل استفاده شده است . انکپسوله کردن ثانوی اجازه ی حفاظت و کنترل آزادسازی بهتری برای مواد فعال از درون فاز داخلی میدهد (۴).
آماده سازی امولسیونهای دوبل
امولسیونها یکی از اجزای اصلی در بسیاری از غذاها هستند، هنوز فرآیند امولسیفیکاسیون در سالهای اخیر تغییری نداشته است و سیستم های تفکیک قطرات در فرآیند غذایی هنوز جلودار هستند. در روش دو مرحله ای دو نوع سورفاکتانت استفاده میشود. یکی آبگریز برای پایداری فضای بین W/O داخلی و یکی هیدروفیل برای فضای خارجی گویچه های روغن . (برای امولسیونهای W/O/W). امولسیونهای W/O اولیه تحت شرایط تنش بالا برای رسیدن به قطرات کوچک تولید میشوند درحالیکه در مرحله ی دوم امولسیفیکاسیون برای گسیختگی قطرات داخلی تنش کمتری ایجاد میشود (٨). معمولا برای تولید امولسیون دوبل دو نوع امولسیفایر مختلف مورد نیاز است . امولسیفایر محلول در چربی برای قطرات آبی داخلی و امولسیفایر محلول در آب برای قطرات روغن خارجی (٧).
فرآیندهای امولسیفیکاسیون مرسوم مانند مخلوطکن های روتور.استاتور برش بالا و هموژنایزرهای فشار بالا، یک امولسیون تودهای به وسیله ی خرد کردن فاز پخش شونده.داخلی ایجاد میکنند. با وجود استفادهی وسیع از این روش، اشکالاتی نیز دارد. به عنوان مثال اندازهی ذرات و توزیع اندازه به خوبی کنترل نمیشود. علاوه بر این روشهای مکانیکی نیاز به منابع انرژی بالایی دارند و امولسیون را در معرض تنش های گرمایی و تنش برشی بالا قرار میدهند که ممکن است اثرات نامطلوب روی اجزای حساس مثل ریزمغذیها، پروتئین ها و نشاسته بگذارند.
برای کاربردهای غذایی رسیدن به پایداری ١٠٠% فاز آبی داخلی، در طول آماده سازی امولسیون از بخش های مورد توجه است . برای مثال برای محصولات غنیسازی شده با ریزمغذیهای حساس در فاز داخلی، پوشاندن طعم نامطلوب ترکیبات زیست فعال یا برای رسیدن به یک آزادسازی کنترل شده از ترکیبات مختلف ، مثل طعم دهندهها. همچنین میتوان از امولسیونهای دوبل برای محصولات با محتوای چربی کاهش یافته به وسیله ی ترکیب کردن آب پخش شده در قطرات چربی استفاده کرد. بسته به روش امولسیونسازی و ترکیبات امولسیون، امولسیونهای چندگانه ی غذایی (W/O/W) میتوانند برای مدت طولانی تری پایدار بمانند. (بیشتر از ٨ ماه) (٣).
١. غشای امولسیفیکاسیون:
غشای امولسیفیکاسیون به سیستم های تفکیک قطرات به طور متناوب اشاره دارد که قطرات امولسیون در این مورد به صورت جداگانه و همزمان شکل میگیرند. از مزایایی که این سیستم دارد میتوان به کاهش زیاد انرژی ورودی مورد نیاز برای فرآیند، کمتر در معرض تنش برشی قرار گرفتن و همچنین کنترل بسیار بیشتر روی ریز ساختار امولسیون شکل گرفته اشاره کرد (١٣).
تولید امولسیونهای چندگانه با تمرکز روی منافذ ریز، در عناوین زیر دنبال میشود:
– بهینه سازی وضعیت آماده سازی برای رسیدن به قطرات خیلی کوچک
– افزایش جریان فاز پخش شونده برای رسیدن به محصول بیشتر
– کنترل درجه ی پر شدن فاز داخلی به وسیله ی آنالیز تصاویر.
– رسیدن به ترکیب منافذ تعریف شده و بهینه برای ساخت قطرات تنها یا چندتایی.
– آماده سازی W/O/W به وسیله ی فاز معکوس (٨).
هدف از اولین مرحله ی آماده سازی امولسیونهای دوبل (تولید امولسیونهای آب در روغن یا روغن در آب)، ساخت قطرات خیلی کوچک (کمتر از ١) است . طبق تحقیقات، در اثر نیروهای برشی بالا فعالیت ترکیبات زیست فعال سنگین مولکول میتواند کاهش یابد. فشار بالا و اولتراسونیک نیز میتوانند اثری مشابه داشته باشند. در بسیاری از موارد، فاز داخلی امولسیونهای چندگانه (قطرات تقریبا ١ و کمتر) تحت شرایط با انرژی درونی بالا (فشار بالا، ذرات فوق تراکس ۴ (اولتراسونیک ) تولید میشوند. در امولسیفیکاسیون غشایی دو روش مورد استفاده قرار میگیرد. یکی امولسیفیکاسیون غشایی با جریان عرضی ۵ و دوم امولسفیکاسیون غشایی به روش پیش مخلوط – ش سازی ۶ (٨و١۴).
امولسیفیکاسیون غشایی با جریان عرضی:
در این روش فاز پخش شونده از یک غشای ریز منفذ عبور داده میشود که فاز مداوم در سطح غشای آن جریان دارد. قطرات در منفذ رشد میکنند و وقتی به سایز مشخصی رسیدند در اثر تعادل نیروهای وارد بر قطره جدا میشوند.
نیروهای اصلی، نیروی کششی و نیروی تنش بینابینی میباشند. وقتی منفذ استوانه ای نباشد نیروهای دیگری اهمیت دارند و حتی در بعضی موارد غالب میشوند. این نیرو در نتیجه تغییر شکل فاز پخش شونده در منفذ است . نفوذ فاز مداوم به منفذ این تغییر شکل را تسهیل میکند. قطرات از یک منفذ غیر استوانه ای به یک قطره با شعایی بزرگتر از شعاع داخلی منفذ رشد میکنند.
این در نتیجه ی اختلاف فشار منفی فشار لاپلاس بین فاز پخش شونده در منفذ و قطرات شکل گرفته میباشد که میتواند منجر به گسیختگی خودبه خود قطرات شود. اگر یک امولسیون منفرد (مثلا W/O) به عنوان فاز پخش شونده استفاده شود، میتوان با این روش امولسیون دوبل تولید کرد (١۴). شکل ٢.
امولسفیکاسیون غشایی به روش پیش مخلوط سازی:
در این روش مخلوط اولیه دانه درشت ساخته شده و از یک غشا عبور داده میشوند. قطرات در طول عبور از غشا به قطرات ریز تر شکسته میشوند. در نتیجه توزیع اندازهی ذرات اندکی وسیع تر از امولسیفیکاسیون از طریق جریان ع عرضی است . ولی هنوز با فرآیندهای مرسوم توزیع اندازهی محدودتر و شار (جریان) بالاتری به دست میآید؛ بنابراین تمرکز روی امولسیفیکاسیون با جریان عرضی است (١۴). شکل ٣.

٢. امولسیفیکاسیون با استفاده از میکرو کانال
امولسیفیکاسیون به وسیله ی میکرو کانال به وسیله ی انتخاب عمدی برای کانالی با هندسه ی ویژه که دارای انتهایی با هندسه ای کاملا غیر استوانه ای هستند، از امولسیفیکاسیون غشایی تمیز داده میشود. این نیروها به قطره بین دو قالب دیسک مانند کاملا مسطح وارد میشود. یک اختلاف فشار بین بخش دیواره و بخش تراس ایجاد میشود وقتی که نوک سیال به انتهای تراس میرسد به بالای دیوار جهش میکند (٩).
نمونه لوله ی موئین به تقلید از غشای امولسیفیکاسیون استفاده شد و اطلاعات بیشتری در مورد شکل قطرات و فرآیند جداسازی به ما میدهد. با استفاده از این روش تنها با یک لوله ی موئین به قطر ۴۵.۶، به اثر تنش سطحی، ویسکوزیته فاز و دانسیته رسیده شد. همچنین مطالعاتی با سیستم انشعاب T انجام شد که در آن لوله ی کانالی شامل فاز پخش شونده (روغن ) عمود بر یک لوله ی بزرگتر حاوی فاز مداوم (آب) قرار دارد. سرعت جریان روغن در طول گردنه در سایز نهایی قطره اثر میگذارد. نتایج مطالعات نشان داد که آماده سازی قطرات بسیار کوچک به شار (سرعت جریان) فاز پخش شونده، سرعت جذب سورفاکتانت و سرعت جریان فاز مداوم بستگی دارد (٨).
ابزار میکرو کانال
تولید قطرات همسان و مناسب برای کاربردهای غذایی و تنظیم سینتیک آزادسازی با دقت بیشتر و برای کاربردهای خاص که نیاز به اندازه ذرات استاندارد دارد (تولید کپسول) اهمیت زیادی دارد.
انواع مختلفی از ابزار میکرو کانال برای ساخت قطرات ریز پخش شونده و افزایش سرعت تولید وجود دارد.
بسته به توپولوژی، جریان عرضی میتواند نیاز باشد یا نباشد (٨).
روشهای دیگر:
– میکرو لوله های موئین متحدالمرکز: شکل ٢: سه نوع ابزار میکروکانال. A) انشعاب T؛ B) جریان موازی؛ C) جریان متمرکز
شامل سه نوع Ι،II و III (١۵).
میکرو لوله های موئینی هستند که ذرات جدا با قطرات درونی جدا برای ما تولید میکند که شامل لوله های موئین شیشه ای استوانه ای است که بین لوله های موئین مربع شکل جای گرفته اند. جریان درونی در طول لوله های استوانه ای محصورشده پمپ میشود و جریان میانی در منطقه ی هم مرکز خارجی پمپ میشود. این وسیله میتواند امولسیونهای دوبل منتشر در جریان هیدروفیل یا آبگریز را ایجاد کند.
– جت الکتروسکوپی متحدالمرکز:
امولسیونهای چندگانه ی O/W.O با قطرات ریز پخش شونده میتوانند توسط این فن تولید شوند. این روش برای کاربردهای غیر غذایی شرح داده میشود که اگر از مایعات عایق و هادی استفاده شود، قادر است به مقیاسهای زیر میکرون برسد. یک مثال برای روغن های سیلیکون و هگزان به عنوان مایع دی الکتریک یا عایق (O) و گلیسرول به عنوان مایع هادی (W) داده شده است . مایع هادی (فاز W) در طول یک شکاف حلقه ای بین دو میله درحالیکه مایع عایق داخلی در میله ی داخلی تزریق میشود. اعمال تنش کشش الکتریکی در فضای داخلی مایع هادی به داخل میکشد. تغییر شکل مایع هادی با ویسکوزیته ی آن افزایش مییابد؛ بنابراین مایع هادی با ویسکوزیته ی بالا برای پخش در مایع عایق خارجی (فاز روغنی) نیاز است . این تکنیک قابلیت تشکیل قطرات با قطر زیر رنج میکرومتری را دارد که بستگی به هدایت مایع دارد؛ بنابراین یک آزمون با ترکیبات وابسته به غذا در تولید نانو ذرات روغنی میتواند جالب باشد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 13 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد