ΜΙΚΡΟΕΓΚΛΕΙΣΜΟΣ ΑΡΩΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΒΙΟΔΡΑΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Χ. Χρανιώτη, Κ.Τζιά Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων, Σχολή Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ Ηρώων Πολυτεχνείου 5, Πολυτεχνειούπολη, Ζωγράφου, Αθήνα, 15780 ΠΕΡIΛΗΨΗ Η τεχνική του μικροεγκλεισμού εφαρμόζεται σήμερα στη βιομηχανία τροφίμων για προϊόντα υψηλής ποιότητας. Πρόκειται για το μικροεγλεισμό κάποιας ουσίας, στη συγκεκριμένη περίπτωση ενός αρωματικού/ βιοδραστικού συστατικού τροφίμου, σε ένα επικαλυπτικό υλικό βρώσιμο και τη δημιουργία μιας κάψουλας μικροσκοπικών διαστάσεων που ελευθερώνει το περιεχόμενό της υπό ελεγχόμενο ρυθμό και υπό ορισμένες συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας. Οι κύριοι στόχοι του μικροεγκλεισμού είναι η διατήρηση των συστατικών σε ένα τρόφιμο κατά την αποθήκευση, η προστασία από ανεπιθύμητες αντιδράσεις με το τρόφιμο, η ελαχιστοποίηση των αντιδράσεων με άλλα αρωματικά συστατικά που πιθανόν να περιέχονται στο τρόφιμο, η προστασία από την οξείδωση καθώς και ο έλεγχος της έναρξης και του ρυθμού απελευθέρωσης αυτών μέσα στο τρόφιμο κατά την κατανάλωσή του. Η τεχνολογική μέθοδος που εφαρμόζεται για το σχηματισμό της μικροκάψουλας-εγκλεισμένο προϊόν είναι η βάση της διεργασίας και καθορίζει τα χαρακτηριστικά και την ποιότητα του παραγόμενου προϊόντος. Οι βασικές τεχνολογικές μέθοδοι που εφαρμόζονται στη βιομηχανία τροφίμων σε αρωματικά και βιοδραστικά συστατικά περιλαμβάνουν τη ξήρανση με ψεκασμό και τη λυοφιλίωση. Στη συγκεκριμένη μελέτη πραγματοποιήθηκαν πειράματα που αφορούσαν στον εγκλεισμό αρωματικών συστατικών σε υδατικά διαλύματα εδώδιμων πολυμερών. Ειδικότερα, το αρωματικό συστατικό που μελετήθηκε ήταν ελαιορητίνη μάραθου, ενώ τα υδροκολλοειδή που χρησιμοποιήθηκαν ήταν τα εξής: τροποποιημένο άμυλο, μαλτοδεξτρίνη και χιτοζάνη, καθώς και μίγματα αυτών με χρήση της λυοφιλίωσης ως μέθοδο μικροεγκλεισμού. Εξετάσθηκαν οι ιδιότητες των αρχικών σχηματιζόμενων γαλακτωμάτων (μέση διάμετρος γαλακτώματος, σταθερότητα και ιξώδες) και των τελικών λυοφιλιωμένων προϊόντων (περιεχόμενη υγρασία, ανασύσταση και μορφολογία-μικροσκοπική ανάλυση δομής). Επίσης, τα διάφορα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν ως φορείς μικροεγκλεισμού (μεμονομένα ή σε μίγματα) αξιολογήθηκαν βάσει της απόδοσης μικροεγκλεισμού σε σχέση με τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες. Από τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης προέκυψε ότι το μίγμα τροποποιημένο άμυλοχιτοζάνη (MS-CΗ) παρουσίασε τις καλύτερες δυνατές φυσικοχημικές ιδιότητες τόσο σε μορφή γαλάκτωματος όσο και σκόνης, προσφέροντας τη μέγιστη απόδοση μικροεγκλεισμού ελαιορητίνης μάραθου.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο μάραθος (Foeniculum vulgare), γνωστό μεσογειακό αρωματικό φυτό το οποίο καλλιεργείται ευρέως στην Ελλάδα, θεωρείται ως ένα φαρμακευτικό βότανο και μπαχαρικό. Όπως όλα τα βότανα μπορεί να ενσωματωθεί στα τρόφιμα είτε ως αιθέριο έλαιο είτε υπό τη μορφή της ελαιορητίνης [1]. Ωστόσο, οι ελαιορητίνες, όντας ευαίσθητες στο φως, τη θερμότητα και το οξυγόνο, παρουσιάζουν μικρή διάρκεια ζωής, γεγονός που μπορεί να αποφευχθεί με τη βοήθεια της τεχνικής του μικροεγκλεισμού. Πρόκειται για το μικροεγλεισμό μιας ουσίας (αρωματική-βιοδραστική) σε ένα επικαλυπτικό βρώσιμο υλικό (φορέας), με σκοπό τη δημιουργία μιας κάψουλας μικροσκοπικών διαστάσεων [2]. Η τεχνική περιλαμβάνει δύο κύρια στάδια: το σχηματισμό αρχικά ενός γαλακτώματος που περιέχει το προς εγλεισμό συσταστικό σε υδατικό διάλυμα του φορέα και την ξήρανση μετέπειτα αυτού μέσω ψεκασμού ή λυοφιλίωσης [3]. Αν και η ξήρανση με ψεκασμό είναι η πιο συνήθης λόγω του χαμηλού κόστους λειτουργίας [4], η απαίτηση για χρήση διαλύματος φορέα χαμηλού ιξώδους και η εφαρμογή υψηλών θερμοκρασιών ξήρανσης θέτει περιορισμούς που μπορούν να αντιμετωπιστούν με χρήση της τεχνικής της λυοφιλίωσης [5]. Ο περιορισμένος αριθμός ερευνητικών εγρασιών σχετικά με την εφαρμογή της λυοφιλίωσης κατά το μικροεγκλεισμό αρωματικών συστατικών [6-9] την καθιστά αντικείμενο περαιτέρω μελέτης. Η επιλογή του φορέα είναι πολύ σημαντική παράμετρος για την αποτελεσματικότητα του μικροεγκλεισμού και τη σταθερότητα του τελικού προϊόντος. Τα κριτήρια επιλογής βασίζονται κυρίως στις φυσικοχημικές ιδιότητες (διαλυτότητα, μοριακό βάρος, κρυσταλλικότητα, γαλακτοματοποιητική ικανότητα) καθώς και στις ιδιότητες ξήρανσης [10]. Πολυμερή υδατανθρακικής φύσης, πρωτεΐνες και λιπίδια είναι οι κύριες κατηγορίες των διαθέσιμων φορέων εγκλεισμού [11]. Μεταξύ αυτών, το άμυλο και τα προϊόντα που προέρχονται από αυτό, όπως μαλτοδεξτρίνες και τροποποιημένα άμυλα, χρησιμοποιούνται ευρέως ως φορείς εγκλεισμού, λόγω της αποτελεσματικότητάς τους και του χαμηλού τους κόστους. Ωστόσο, κύριο μειονέκτημα των μαλτοδεξτρινών αποτελεί η χαμηλή γαλακτωματοποιητική τους ικανότητα [12], ενώ τα τροποποιημένα άμυλα, παρά την καλή διαλυτότητα [10] και τη σταθεροποιητική ικανότητα, παρουσιάζουν μερικά μειονεκτήματα όπως ο σχηματισμός ανεπιθύμητων γεύσεων και η χαμηλή προστασία έναντι της οξείδωσης [13]. Τέλος, ιδιαίτερη προσοχή έχει προσελκύσει η χιτοζάνη (παράγωγο της χιτίνης) λόγω των αντιβακτηριακών και αντιοξειδωτικών ιδιοτήτων [14], της μη τοξικότητας και βιοδιασπασιμότητας καθώς και της γαλακτωματοποιητικής της ικανότητας [15], αποτελώντας μια ενδιαφέρουσα επιλογή φορέα μικροεγκλεισμού. Δεδομένου όμως ότι κανένα υλικό εγκλεισμού δεν διαθέτει όλες τα χαρακτηριστικά που απαιτούνται, οι ερευνητικές προσεγγίσεις έχουν επικεντρωθεί σε μίγματα αυτών, αξιοποιώντας τις επιμέρους ιδιότητες του κάθε υλικού [6]. Στην παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκαν πειράματα που αφορούσαν στο μικροεγκλεισμό ελαιορητίνης μάραθου σε υδατικά διαλύματα τροποποιημένου αμύλου, μαλτοδεξτρίνης και χιτοζάνης καθώς και μίγματα αυτών με χρήση της λυοφιλίωσης ως μέθοδο μικροεγκλεισμού. Οι ιδιότητες που μελετήθηκαν αφορούσαν τόσο στο γαλάκτωμα όσο και στο παραγόμενο προϊόν σε μορφή σκόνης. Στόχος ήταν η εκτίμηση της απόδοσης μικροεγκλεισμού των διαφόρων υλικών (μεμονομένα ή σε συνδυασμό) σε σχέση με τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες.
ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΥΛΙΚΑ Οι φορείς εγκλεισμού: τροποποιημένο άμυλο (Cleargum CO-01) και μαλτοδεξτρίνη (Waxy Maize-21DE) ελήφθησαν από Chemicotechnica Α.Ε., ενώ η χιτοζάνη ελήφθη από την Sigma- Aldrich Chemical Co. Η ελαιορητίνη μάραθου προσφέρθηκε από Biotrek SA, Ελλάδα και ο γαλακτωματοποιητής (Tween 80) από την Acros Organics. Οι πρότυπες ουσίες: φενχόνη (98%), εστραγόλη (98%), trans-ανηθόλης (99%) και λιμονένιο ελήφθησαν από τη Sigma Aldrich Chemical Co. ΜΕΘΟΔΟΙ Παρασκευή μικροκαψουλών με χρήση της λυοφυλίωσης ως μέθοδο ξήρανσης Ποσότητα 15 g τροποποιημένου αμύλου (MS) ή μαλτοδεξτρίνης (MD) διαλύεται σε απεσταγμένο νερό μέχρι τελικού όγκου 100 ml, ενώ το διάλυμα χιτοζάνης (CH) παρασκευάζεται σε συγκέντρωση 2% σε 1% κορεσμένο οξικό οξύ. Σε όλα τα δείγματα η συνολική περιεκτικότητα σε στερεά ήταν 15%, ενώ η αναλογία των φορεών εγκλεισμού στα μίγματα διατηρήθηκε σταθερή (1:1 και 1:1:1, για δυαδικά και τριαδικά μίγματα, αντιστοίχως). Τα διαλύματα παρέμειναν για 24 h σε θερμοκρασία δωματίου, ώστε να διασφαλιστεί η πλήρης διασπορά τους [16], στη συνέχεια προστίθεται ελαιορητίνη μάραθου σε σταθερή αναλογία αρωματικού/φορέα = 0.33 [17, 18]. Ακολούθησε γαλακτωματοποίηση των διαλυμάτων σε ομογενοποιητή υψηλής ταχύτητας (Unidrive Χ 1000, CAT) για 5 min στις 10.000 rpm [7] μέχρι την πλήρη διασπορά της ελαιορητίνης. Στην περίπτωση του διαλύματος της χιτοζάνης, εφαρμόστηκε ένα στάδιο προ-ομογενοποίησης με χρήση αναμίκτη για 2 min. Τέλος, σε όλα τα δείγματα προστίθεται ποσότητα 1 ml Tween 80 για ενίσχυση της ομογενοποίησης. Τα γαλακτώματα που προέκυψαν καταψύχθηκαν για 24 h στους -30 ºC [19] και οδηγήθηκαν στον ξηραντήρα λυοφιλίωσης (Christ Alpha 1-4 LD Plus) όπου παρέμειναν για 48 h σε ανοικτά τριβλία Petri (διάμετρος 60 mm, 10 ml γαλακτώματος) σε συνθήκες Ρ = 0.017 mbar και Τ = -57 ºC. Τα τελικά λυοφιλιωμένα προϊόντα μικροεγκλεισμού ελαιορητίνης μάραθου είτε αναλύονταν αμέσως είτε αποθηκεύονταν σε περιέκτες με silica gel στους -25 ºC μέχρι περαιτέρω εξέτασης. Προσδιορισμός σταθερότητας γαλακτώματος Η σταθερότητα των γαλακτωμάτων προσδιορίστηκε βάσει του διαχωρισμού φάσης λόγω διαφοράς ειδικού βάρους [20]. Συγκεκριμένα, 20 ml του παρασκευαζόμενου γαλακτώματος μεταφέρονται σε γυάλινους βαθμονομημένους σωλήνες και αποθηκεύονται για 24 h. Η αποκορύφωση των λιπαρών και η δημιουργία ιζήματος προσδιορίζεται από την αναλογία του όγκου της κορυφής και του ιζήματος επί του συνολικού όγκου του γαλακτώματος. Ο δείκτης σταθερότητας γαλακτώματος (ESI) υπολογίζεται από το ύψος της κορυφής (HC) και το ύψος του ιζήματος (HS) και εκφράζεται ως ποσοστό του αρχικού ύψους γαλακτώματος (ΗΕ): ESI (%) = 100 [HE-(HS + HC)] / HE. Προσδιορισμός μέσης διαμέτρου των σταγονιδίων του γαλακτώματος Η μέση διάμετρος των σταγονιδίων του γαλακτώματος (D 4,3 ) προσδιορίστηκε με χρήση αναλυτή κατανομής μεγέθους σωματιδίων Malvern MasterSizer με σκέδαση φωτός και εύρος 0.3-300 μm. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και τα δεδομένα διορθώθηκαν μέσω των τιμών του δείκτη διάθλασης και της διηλεκτρικής σταθεράς των δειγμάτων [9].
Προσδιορισμός φαινόμενου ιξώδους Το φαινόμενο ιξώδες των γαλακτωμάτων προσδιορίσθηκε με χρήση ιξωδόμετρου (Brookfield DV-II + Pro) στις 100 rpm σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και σε όγκο δείγματος 50 ml [21]. Ανάλυση περιεχόμενης ελαιορητίνης μάραθου Η μέγιστη απορρόφηση UV (λ max ) της ελαιορητίνης μάραθου διερευνήθηκε σε εύρος 200-500 nm με χρήση φασματοφωτόμετρου, παρουσιάζοντας λ max στα 225 nm. Η περιεχόμενη ελαιορητίνη μάραθου στα δείγματα υπολογίζεται μέσω πρότυπης καμπύλης ελαιορητίνης μάραθου σε εξάνιο [22]. Απόδοση μικροεγκλεισμού (MEE) Για τον προσδιορισμό της απόδοσης εγκλεισμού χρησιμοποιήθηκε η σχέση: CActual % MEE = 100 CAdded όπου C Actual είναι το περιεχόμενο σε ελαιορητίνη μάραθου στα τελικά λυοφιλιωμένα προϊόντα και C Added είναι το περιεχόμενο σε ελαιορητίνη μάραθου στα γαλακτώματα προτού αυτά οδηγηθούν σε ξήρανση. Περιοχόμενη υγρασία Για τον προσδιορισμό της περιεχόμενης υγρασίας των τελικών λυοφιλιωμένων προϊόντων μικροεγκλεισμού ελαιορητίνης μάραθου ακολουθήθηκε η σταθμική μέθοδος [23], με ξήρανση των δειγμάτων σε κλίβανο με αέρα στους 100 o C μέχρι σταθερού βάρους. Μετά την ξήρανση ακολουθεί εισαγωγή των δειγμάτων σε ξηραντήρα με silica gel, προκειμένου να αποκτήσουν θερμοκρασία περιβάλλοντος χωρίς να απορροφήσουν υγρασία, και ζύγιση σε ζυγό ακριβείας. Από την απώλεια βάρους τους υπολογίζεται η περιεχόμενη υγρασία τους και εκφράζεται % σε ξηρή βάση. Ανασύσταση Η ανασύσταση (D 4,3 ) των τελικών λυοφιλιωμένων προϊόντων προσδιορίστηκε με χρήση αναλυτή κατανομής μεγέθους σωματιδίων Malvern MasterSizer [9]. Εξέταση μικροδομής με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) Προκειμένου να διερευνηθεί η μικροδομή των τελικών λυοφιλιωμένων προϊόντων, τα δείγματα τοποθετούνται σε ειδικά στελέχη, επιχρυσώνονται (sputter coater Polaron 5100) και εισάγονται στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (Quanta 200, FEI with LFD-Detector, Czech Republic), όπου και παρατηρούνται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. Το επίπεδο μεγέθυνσης που χρησιμοποιήθηκε ήταν 100x-800x και το δυναμικό 15 kv. Στατιστική επεξεργασία αποτελεσμάτων Τα δεδομένα των μετρήσεων προέκυψαν ως μέσος όρος τριών επαναλήψεων, ενώ η επεξεργασία τους έγινε με ανάλυση διακύμανσης (ANOVA), με χρήση του κριτηρίου διαφοράς Duncan's test με το λογισμικό STATISTICA v. 7.0 (Statsoft Inc,, Tulsa, USA). ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Ιδιότητες γαλακτωμάτων ελαιορητίνης μάραθου Όσον αφορά τις ιδιότητες των γαλακτωμάτων, έχει αποδειχθεί ότι τα σταθερά και μικρού μεγέθους σταγονιδίων γαλακτώματα [24] οδηγούν σε υψηλές τιμές απόδοσης
μικροεγκλεισμού [22, 25, 26]. Για το λόγο αυτό, οι καλές γαλακτωματοποιητές ιδιότητες (σταθερότητα και μέση διάμετρος σταγονιδίων) αποτελούν βασική προϋπόθεση που πρέπει να πληρείται σε ένα σύστημα μικροεγκλεισμού. Μέση διάμετρος σταγονιδίων γαλακτώματος Η σημασία του μεγέθους των σταγονιδίων του γαλακτώματος έχει διερευνηθεί σε αρκετές μελέτες [6], τα αποτελέσματα των οποίων υποδεικνύουν ότι η απόδοση του μικροεγκλεισμού θα μπορούσε να ενισχυθεί με μείωση της μέσης διαμέτρου των σταγονιδίων του γαλακτώματος. Τα αποτελέσματά μας είναι σύμφωνα με την παραπάνω διαπίστωση. Η μέση διάμετρος των σταγονιδίων των δειγμάτων παρουσιάζεται στον Πίνακα 1 και κυμαίνεται από 1.77 έως 2.34 μm, με τα δείγματα CH και CH-MS να παρουσιάζουν στατιστικά τις χαμηλότερες (Ρ<0.05) τιμές. Πίνακας 1. Ιδιότητες (μέση διάμετρος σταγονιδίων, φαινόμενο ιξώδες και δείκτης σταθερότητας γαλακτώματος, ESI) των γαλακτωμάτων παρασκευασμένων με διάφορους φορείς μικροεγκλεισμού. Κωδικοί Δειγμάτων Μέση Διάμετρος Σταγονιδίων D 4,3 (μm) Φαινόμενο Ιξώδες (mpa.s) Δείκτης Σταθερότητας Γαλακτώματος, ESI (%) MS 2.38 ± 1.99 f 13.73 ± 0.06 b 93 ± 0.00 a MD 2.03 ± 1.22 d 6.68 ± 0.03 a 92.7 ± 0.26 a CH 1.85 ± 0.79 c 4,323.67 ± 1.15 f 100 ± 0.00 d MS-CH 1.77 ± 1.08 b 451.5 ± 0.69d e 98 ± 0.00 c MD-CH 2.34 ± 1.03 a 339.10 ± 5.00 d 94.5 ± 0.50 b MS-MD 2.33 ± 1.71 a 7.14 ± 0.12 a 93 ± 0.00 a MS-MD-CH 2.12 ± 1.18 e 192.27 ± 2.44 c 94.4 ± 0.51 b Μέσες τιμές ± τυπική απόκλιση - με διαφορετικό γράμμα στην ίδια στήλη διαφέρουν σημαντικά στατιστικά (P<0.05) Δείκτης σταθερότητας γαλακτώματος (ESI) Όπως φαίνεται από τις τιμές του δείκτη σταθερότητας των γαλακτωμάτων ESI (Πίνακας 1), τα μεμονομένα δείγματα MS και MD καθώς και ο συνδυασμός τους, MS-MD, αποδείχθηκαν τα λιγότερο σταθερά (P<0.05) γαλακτώματα με παρόμοιες τιμές ESI (93, 92.7 και 93, αντίστοιχα). Παρατηρήθηκε, επίσης, ότι όταν το μοριακό βάρος του φορέα μικροεγκλεισμού αυξάνεται, όπως συμβαίνει στην περίπτωση της χιτοζάνης (μοριακό βάρος 310-375 kda), οδηγεί σε αντίστοιχη αύξηση του δείκτη σταθερότητας του παραγόμενου γαλακτώματος. Συγκεκριμένα, το γαλάκτωμα της χιτοζάνης παρουσίασε την υψηλότερη τιμή (P<0.05) ESI, ακολουθούμενο από το δυαδικό MS-CH γαλάκτωμα. Αυτή η σταθεροποιητική δράση μπορεί να αποδοθεί στην αύξηση του ιξώδους της συνεχούς φάσης σύμφωνα με το νόμο του Stokes- Einstein [20]. Φαινόμενο ιξώδες γαλακτώματος Οι τιμές φαινόμενου ιξώδους (Πίνακας 1) των γαλακτωμάτων επηρεάζονται από τις αντίστοιχες τιμές των μεμονομένων υλικών που περιέχονται στα μίγματα. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι η προσθήκη χιτοζάνης κατά την παραγωγή των δυαδικών και του τριαδικού γαλακτώματος οδήγησε σε αύξηση των τιμών του φαινόμενου ιξώδους των μιγμάτων. Οι τιμές φαινόμενου ιξώδους των δυαδικών μιγμάτων κυμαίνονται από 7.14 έως 451.5 mpa.s, με
το MS-MD γαλάκτωμα να παρουσιάζει στατιστικά τη χαμηλότερη τιμή (Ρ<0.05) των 7.14 mpa.s ενώ η παρουσία της CH στα μίγματα οδήγησε σε περισσότερο ιξώδη γαλακτώματα (192.27, 339.10 και 451.5 mpa.s για MS-MD-CΗ, MD-CΗ και MS-CΗ, αντίστοιχα). Ιδιότητες λυοφιλιωμένων προϊόντων μικροεγκλεισμού ελαιορητίνης μάραθου Τα τελικά λυοφιλιωμένα προϊόντα μικροεγκλεισμού ελαιορητίνης μάραθου αναλύθηκαν ως προς την περιεχόμενη υγρασία, την ανασύσταση και τη μορφολογία (μικροσκοπική ανάλυση δομής). Επιπλέον, προσδιορίσθηκε η απόδοση μικροεγκλεισμού των φορέων-υλικών που χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή τους. Περιεχόμενη υγρασία Η περιεχόμενη υγρασία αποτελεί μια κρίσιμη παράμετρο, δεδομένου ότι υψηλή τιμή της μπορεί να προκαλέσει την παραγωγή ανεπιθύμητων ουσιών, ως αποτέλεσμα της οξείδωσης των λιπιδίων [3]. Η περιεχόμενη υγρασία των τελικών λυοφιλιωμένων προϊόντων διέφερε σημαντικά (Ρ<0.05), κυμαινόμενη από 3.40 έως 6.74 % (Πίνακας 2). Το MS-CH μίγμα παρουσίασε στατιστικά τη χαμηλότερη τιμή σε περιεχόμενη υγρασία (3.4 %), ενώ το MS-MD την υψηλότερη (6.74%). Πίνακας 2. Ιδιότητες (περιεχόμενη υγρασία, ανασύσταση και απόδοση μικροεγκλεισμού) των λυοφιλιωμένων τελικών προϊόντων παρασκευασμένων με διάφορους φορείς μικροεγκλεισμού. Κωδικοί Δειγμάτων Περιεχόμενη Υγρασία (%) Ανασύσταση D 4,3 (μm) Απόδοση Μικροεγκλεισμού MEE (%) MS 4.30 ± 0,20 c 2.59 ± 0.01 b 61.07 ± 0,06 d MD 6.35 ± 0.04 f 2.68 ± 0.01 c 53.80 ± 0.26 b CH 3.92 ± 0.06 b 3.37 ± 0.00 d 48.14 ± 0.32 a MS-CH 3.40 ± 0.02 a 1.72 ± 0.01 a 84.90 ± 0.86 g MD-CH 5.94 ± 0.02 e 4.70 ± 0.01 g 64.88 ± 0.08 e MS-MD 6.74 ± 0.02 g 4.65 ± 0.00 f 56.50 ± 0.08 c MS-MD-CH 5.40 ± 0.17 d 3.95 ± 0.01 e 69.19 ± 1.87 f Μέσες τιμές ± τυπική απόκλιση - με διαφορετικό γράμμα στην ίδια στήλη διαφέρουν σημαντικά στατιστικά (P<0.05) Ανασύσταση Όπως φαίνεται στον Πίνακα 2, η μέση διάμετρος των σωματιδίων στα ανασυσταμένα προϊόντα κυμαίνεται από 1.72 έως 4.70 μm, με το μίγμα MS-CH να παρουσιάζει στατιστικά τη χαμηλότερη (Ρ<0.05) μέση διάμετρο (D 4,3 = 1.72 μm). Οι τιμές της μέσης διαμέτρου των σωματιδίων διαφέρουν σημαντικά (Ρ<0.05), επιβεβαιώνοντας ότι ο τύπος του φορέα μικροεγκλεισμού που θα χρησιμοποιηθεί έχει μεγάλη επίδραση στο τελικο προϊόν. Μορφολογία - Μικροσκοπική ανάλυση δομής Η μορφολογία των τελικών λυοφιλιωμένων προϊόντων καθορίστηκε μέσω της τεχνικής SEM (Σχήμα 1). Όλα τα προϊόντα που μελετήθηκαν παρουσίασαν μια άμορφη δομή με φυλλώδη εμφάνιση, χαρακτηριστική λυοφυλιωμένου προϊόντος [6, 9]. Η εν λόγω παραγόμενη μορφολογία είναι επιθυμητή μιας και έχει αποδειχθεί ότι προστατεύει τα μικροεγκλεισμένα συστατικά από την έκθεσή τους σε θερμότητα και οξυγόνο [6, 27, 28].
Σχήμα 1. Ενδεικτικό σχήμα μορφολογίας λυοφιλιωμένου προϊόντος (μίγμα MS-CH σε μεγέθυνση 100x και 800x, εικόνα α και b, αντίστοιχα). Απόδοση μικροεγκλεισμού (MEE) Γενικά, υψηλή απόδοση μικροεγκλεισμού (MEE) σημαίνει ότι το υλικό που χρησιμοποιείται ως φορέας μικροεγκλεισμού έχει τη δυνατότητα να προσφέρει υψηλή προστασία στο προς εγκλεισμό συστατικό. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 2, το μίγμα MS-CH εμφάνισε στατιστικά την υψηλότερη απόδοση μικροεγκλεισμού (Ρ<0.05), ακολουθούμενο από το τριαδικό μίγμα MS-MD-CΗ. Αξίζει να σημειωθεί ότι η χρήση ενός κατιονικού πολυμερούς όπως είναι η χιτοζάνη με χαμηλή απόδοση μικροεγκλεισμού (ΜΕΕ = 48.14 %), σε συνδυασμό με ένα ανιονικό πολυμερές όπως είναι το τροποποιημένο άμυλο (ΜΕΕ = 61.07 %) μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό ενός ηλεκτροστατικού σύμπλοκου (CH-MS), ικανού να εγκλείσει αποτελεσματικά την ελαιορητίνη μάραθου (MEE = 84.90 %). ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τα αποτελέσματα της μελέτης (Πίνακας 1 και 2) προέκυψε ότι η απόδοση του μικροεγκλεισμού σχετίζεται αρνητικά με το μέγεθος των σταγονιδίων του γαλακτώματος, καθώς και με την περιεχόμενη υγρασία και τη μέση διάμετρο του ανασυσταμένου τελικού προϊόντος. Ωστόσο, σχετίζεται θετικά με το δείκτη σταθερότητας του γαλακτώματος (ESI), ενώ ως προς το φαινόμενο ιξώδες του γαλακτώματος δεν παρατηρήθηκε κάποια τάση. Αναφορικά με τους φορείς μικροεγκλεισμού, το μίγμα MS-CH αποδείχθηκε το πιο αποτελεσματικό τόσο ως προς την απόδοση μικροεγκλεισμού που παρείχε όσο και ως προς τις καλύτερες φυσικοχημικές ιδιότητες που παρουσιάσε σε μορφή γαλακτώματος, αλλά και ως προϊόν σε μορφή σκόνης. Επομένως, η σταθεροποίηση των γαλακτωμάτων με χρήση αντιθέτως φορτισμένων φορέων μικροεγκλεισμού μπορεί να αποτελέσει μια βιώσιμη και εναλλακτική διαδικασία κατά την εφαρμογή της λυοφιλίωσης στο μικροεγκλεισμό αρωματικών συστατικών. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρούσα εργασία χρηματοδοτήθηκε με υποτροφία (2009-2012) από το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ). ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] Parejo I., Viladomat F., Bastida J., Codina C., Analyt. Chimica Acta, 512:271 280 (2004). [2] Madene A., Jacquot M., Scher J., Desobry, S., Int. J. Food Sci. Technol. 41:1 21 (2006). [3] Lim H.K., Tan C.P., Bakar J., Ng, S.P., Food Biopr. Technol. (2011).
[4] Dzondo-Gadet J.M., Nzikou A., Etoumongo M.L., Desobry S., Process Bioch. 40: 265 271 (2005). [5] Byun M.H., Choi M.J., Lee S., Min S.G., Korean J. Food Sci. Animal Res.18:176 184 (1998). [6] Kaushik V. and Roos Y. H., LWT-Food Sci. Technol. 40:1381 1391 (2007). [7] Tobitsuka K., Miura M., Kobayashi S., J. Agric. Food Chem. 54:5069-76 (2006). [8] Lee S.W., Kang S.Y., Han S.H., Rhee C., Eur. Food Res. Technol. 228:449 455 (2009). [9] Kaasgaard T. and Keller D., J. Agric. Food Chem. 58:2446 2454 (2010). [10] Gharsallaoui A., Roudaut G., Chambin O., Voilley A., Saurel R., Food Res. Int. 40:1107 1121 (2007). [11] Murugesan R. and Orsat V., Food Bioproc. Technol. 5:3 14 (2012). [12] Apintanapong M. and Noomhorm A., Int. J. Food Sci. Technol. 38:95-02 (2003). [13] Qi, Z. H. and Xu A., Cereal Food World, 44:460 465 (1999). [14] Shahidi F., Arachchi J.K.V., Jeon Y.J., Trends Food Sci. Technol. 10:37-51 (1999). [15] Rodríguez M.S., Albertengo L., Agulló E., Carbοhydr. Polymers. 48:271-276 (2002). [16] Moschakis T., Murray B.S., Biliaderis C.G., Food Hydrocolloids. 24:8 17 (2010). [17] Ahn J. H., Kim Y. P., Lee Y. M., Seo E. M., Lee K.M., Kim, H.S., Food Chem., 107: 98 105 (2008). [18] Hogan S.A., McNamee B.F., O Riordan E.D., O Sullivan M., J. Agric. Food Chem. 49:1934 1938 (2001). [19] Shimada Y., Roos Y., Karel M., J. Agric. Food Chem. 39:637-641 (1991). [20] McClements D.J., Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 47:611 649 (2007). [21] Kshirsagar A.C., Yenge V.B., Sarkar A., Singhal R.S., Food Chem. 113:1139 1145 (2009). [22] Soottitantawat A., Yoshii H., Furuta T., Ohgawara M., Linko, P., J. Food Sci. 68:2256 2262 (2003). [23] AOAC, Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists (1973). [24] Liu X.D., Atarashi T., Furuta T., Yoshii H., Aishima S., Ohkawara M., et al., Drying Technol. 19: 1361 1374 (2001). [25] Mongenot N., Charrier S., Chalier P., J. Agric. Food Chem. 48: 861 867 (2000). [26] Re M. I., Drying Technol. 16:1195 1236 (1998). [27] Goubet I., Le Quere J.L., Voiley A.J., J. Agric. Food Chem. 46:1981-1990 (1998). [28] Porzio M., Food Technol.58:40-47 (2004).