EGE ÜNİVERSİTESİ,MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, GIDA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ, BORNOVA/İZMİR

MİKROENKAPSÜLASYON AMAÇLI KLASİK VE ULTRASONİK

YÖNTEMLERLE EMÜLSİFİKASYON: EMÜLSİYON STABİLİTESİ, REOLOJİK ÖZELLİKLER VE DAMLACIK BOYUTU

Özlühan GÜNGÖR, Aslı ZUNGUR, Mehmet KOÇ, Figen KAYMAK-ERTEKİN

Emülsiyonlar, karışmayan iki sıvının birbiri içinde dağılmasından oluşmuş, homojen görünüşlü heterojen sistemlerdir.

Termodinamik olarak dayanıklı değildirler.

Emülsiyon içerisindeki dağılmış damlacıklar(globüller) karışımın iç fazını, diğeri ise, dış fazını(sürekli faz) oluşturmaktadır.

Emülsiyonlar farmasötik, kozmetik, tarım ve gıdaendüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

Emülsiyonun Kalitesi

Hammadde

Su

Yağ

Emülgatör

Koyulaştırıcı Ajanlar

Aromalar

İşleme Koşulları

Karıştırma

Homojenizasyon

Pastörizasyon

Gelişen yaşam şartlarına bağlı olaraktüketiciler hazırlanması hızlı ve kolayhazır ürünlere yönelmektedir. Gıdaendüstrisi ise tüketicilerin bu isteklerinibirçok bileşeni bir arada barındıran tozkarışımlarla karşılamaktadır.

Aroma ve yağların toz formadönüştürülmesinde ise yapısında farklıprosesleri bir arada barındıranmikroenkapsülasyon teknolojisikullanılmaktadır.

Mikroenkapsülasyon, aktif bir maddenin

çevresinin bir veya daha fazla kaplamamaddesi ile sarılıp kaplanmasını sağlayan birteknolojidir. Gıda ürünleri içerisindeçoğunlukla katı ve sıvı yağlar, aromabileşenleri, vitaminler, mineraller, renkbileşenleri ve enzimler mikroenkapsüleedilmektedir.

Mikrokapsül içerisinde yer alan madde veya karışım çekirdek, iç faz veya dolgu olarak

ifade edilirken dış kısımda yer alan duvar isekabuk, kaplama, duvar materyali veya membranolarak isimlendirilmektedir (Gharsallaoui ve ark.,2007).

Püskürtmeli kurutma yöntemi,

Büyük miktarlarda kapsül üretiminingerçekleştirilebilmesine olanak sağlaması,

Gıda bileşenleri için uygun olan kaplamamateryallerinin kullanımına elverişli olmasıaçılarından avantajlıdır (Benita, 1996).

Emülsiyon Hazırlama

Homojenizasyon

Atomizasyon

Kurutma

Hazırlanan emülsiyonun özellikleri, enkapsüle tozürünün yüzeyindeki yağ içeriğinin veya aromanınkapsül içerisinde tutulmasının belirlenmesindeönemli rol oynamaktadır.

Emülsiyonun karakteristik özellikleri ileenkapsülasyon verimliliği arasında önemli birbağıntı bulunmaktadır.

Stabilite Viskozite

Partikül Büyüklüğü

EmülsifikasyonMetodu

Emülsiyon Stabilitesi

Emülsiyon stabilitesi, emülsiyon özelliğininzamanla meydana gelen değişimlere karşıgösterdiği dayanıklılıktır. Stabilitesi yüksekemülsiyonların karakteristik özelliklerinin dışortam koşullarına göre değişim hızı oldukçayavaştır.

Fiziksel İnstabilite

• Kremleşme

• Flokülasyon

• Koalesans

• Faz Ayrımı

• Oswalt Olgunlaşması

Kimyasal İnstabilite

• Oksidasyon

• Hidroliz

Stabil

Emülsiyon

Kremleşme Koalesans

veya

Oswalt

Olgunlaşması

Faz Ayrımı

Flokülasyon

Yağların ve aromaların enkapsülasyon etkinliği

emülsiyonun stabilitesinden etkilenmektedir.Stabilite iyi olduğunda mikroenkapsülasyonverimliliği artmaktadır .

Emülsiyonların Reolojisi

Başlangıç emülsiyonunun kurumadde

içeriğinin artmasıyla artan viskozite,

damlacığın içerisindeki sirkülasyonun

azalması ve hızlı yarı-geçirgen membranın

oluşumu ile uçucu bileşenlerin kapsül

içerisinde kalmasını sağlamaktadır.

Optimum noktaya kadaremülsiyonun viskozitesi arttıkçakapsül içerisindeki sirkülasyonyavaşlamakta ve difüzyonyavaşlayarak kapsül içerisindetutulma gelişmektedir.

Optimum sınırın üzerindeartan emülsiyon viskozitesiatomizasyon sırasındaparçalanma sebebiyle,alıkonmanın azalmasına sebepolmakta ve damlacık oluşumuzorlaşmaktadır.

Yoğun viskoziteli besleme çözeltisi ile

damlacık boyutu büyük partiküller vedüzensiz yapıda partiküller oluşacaktır.

Emülsiyonun Damlacık Boyutu

Gıda emülsiyonlarının fizikokimyasal özellikleriiçerdikleri damlacıkların özelliklerinden önemliderecede etkilenmektedir (Friberg ve Larsson,1997 ; Dickinson, 1992 ; McClements, 1999).

Damlacık boyutunun emülsiyonların; stabilitesi,optik özellikleri, reolojisi ve duyusal özellikleriüzerinde önemli bir etkisi vardır (McClements,1999).

Bundan dolayı damlacık boyutunun ölçümü vebelirlenmesi emülsiyonlar için önemlidir.

Kaplama materyalinin enkapsülasyon etkinliği,

emülsiyon damlacık boyutunun azalmasıylaartmaktadır. Küçük boyutlara (<1.0 μm) sahipemülsiyon eldesi, uygun emülsifikasyon metoduile yüzey aktif biopolimerler ile elde edilebilir.Emülsiyon damlacık boyutunun küçük olmasınındiğer bir avantajı ise yüksek stabilitesağlamasıdır. Emülsiyon damlacık boyutu, sonuçenkapsüle toz ürünün karakteristik özelliklerinide etkilemektedir.

EMÜLSİFİKASYON METODU

Emülsifikasyon işlemi basitçe bir karıştırmaişlemidir.Emülsiyonun reolojik özellikleri vedamlacık boyutu mikroenkapsüllerinkarakteristik yapısını etkileyen önemli faktörolmakla birlikte, bu parametreler emülsifikasyonmetodu ile birleştirildiğinde emülsiyonstabilitesinin geliştirilmesi, raf ömrününuzatılması ve aromanın kapsül içerisindekitutulmasının arttırılması sağlanabilmektedir(McClements, 2005).

• Enkapsülasyon çalışmalarında en önemliaşamalardan biri olan emülsiyon hazırlamada temelamaç, stabil ve damlacık boyutu küçükemülsiyonlar hazırlamaktır.

• Emülsiyon hazırlamada homojenizasyon işlemi, önhomojenizasyon ve esas homojenizasyon olarak ikiaşamada yapılmaktadır.

• Emülsiyon hacmi, emülsiyonun viskozitesi, istenilendamlacık boyutu gibi faktörler homojenizasyonişlemi için uygun olan ekipman seçimini etkiler.

Yüksek Hızlı Karıştırıcılar

Rotor –Stator Yapıdaki Homojenizatörler

Yüksek Basınçlı Homojenizatörler

Kolloit Değirmenleri

Ultrasonik Karıştırıcılar

Mikroakışkanlaştırıcılar(Microfludizer)

Rotor–Stator Sistemleri

Yüksek Basınçlı Vana Sistemleri

Ultrasonik Homojenizatörler

Yüksek hızlı karıştırıcılar yerine ultrasonik

karıştırıcı kullanmanın, kaplama materyalininemülsiyon oluşturma özelliği düşük olsa bile(maltodekstrin gibi), emülsiyon kalitesi vestabilitesini artırdığı bulgulanmıştır.

Ultrasonik sistem ile daha ince emülsiyondamlacık boyutu ve daha yüksekenkapsülasyon verimi elde edildiği debelirtilmektedir (Van der Graaf ve ark. 2005).

Emülsiyon damlacık boyutu ne kadar küçükse,

hem toz kapsül verimi artmakta hem de toz ürünyüzeyinde daha az ekstrakte edilebilir yağkalmakta, dolayısıyla mikrokapsülün oksidatifstabilitesi artmaktadır.

Benzer özellikler (ince damlacık boyutu, stabil biremülsiyon ve yüksek enkapsülasyon verimi)klasik homojenizasyon sistemindehomojenizasyon basıncı ve süre artırılarak eldeedilebilir.

SONUÇ

Püskürtmeli kurutma ile yağlarınenkapsülasyonunda, en önemli basamaklardanbiri beslemenin emülsiye edilmesidir.Emülsiyon hazırlama işlemi, sonuç enkapsüle tozürünün yüzeyindeki serbest yağ içeriğimiktarının belirlenmesini yani enkapsülasyonunverimliliğini etkileyen en önemli faktörlerdenbirisidir

Enkapsülasyon çalışmalarında en önemliaşamalardan biri olan emülsiyon hazırlamadatemel amaç, stabil ve damlacık boyutu küçükemülsiyonlar hazırlamaktır.

Emülsiyon damlacık boyutunu düşürmek daha iyi

bir enkapsülasyonun gerçekleştirilmesine olanak verir.

Emülsiyon damlacık boyutunu düşürüp, daha stabil

bir emülsiyon elde edilebilmektedir.

Emülsiyonun yüksek KM içeriğinin enkapsülasyon

verimini artırdığını belirtilmektedir.

Ancak yüksek KM içeriği emülsiyon viskozitesini

artırmakta, yoğun viskoziteli besleme çözeltisi ile

damlacık boyutu büyük ve düzensiz yapıda partiküller

oluşacaktır.

Hazırlanan emülsiyonun olabilecek en yüksek KM

içeriğinde kurutucuya beslenmesi gerekmekte, ancak bu

değerin olabilecek en düşük viskozite ile optimize

edilmesi gereklidir.

Kaynaklar

• Friberg, S., Larsson, K., 1997. Food Emulsions, 3rd ed., Marcel Dekker, New York.

• Dickinson, E., Stainsby, G., 1982. Colloids in Foods. Applied Science Publishers, London.

• Dickinson, E., 1992. Introduction to Food Colloids. Oxford University Press, Oxford.

• McClements, D.J., 1999. Food Emulsions; Principles, Practice, and Techniques. 2nd Ed, CRC Press.

• Taylor, P., 1995. Ostwald ripening in emulsions. Colloids and Surfaces 99: 175.

• Hogan, S.A., McNamee, B.F., O’Riordan, E.D., O’Sullivan, M., 2001. Microencapsulating properties of sodiumcaseinate. Journal of Agricultural and Food Chemistry 49 (4): 1934–1938.

• Sankarikutty, B., Sreekumar, M.M., Narayanan, C.S., Mathew, A.G., 1988. Studies on microencapsulation of cardamon oil by spray drying technique. International Journal of Food Science and Technology 25(6): 352–356.

• Rosenberg, M., Kopelman, I.J., Talmon, Y., 1990. Factors affecting retention in spray-dryingmicroencapsulation of volatile materials. Journal of Agricultural and Food Chemistry 38 (5):1288–1294.

• Silva, D.P., Re,M.I., 1996. In Effect of the Emulsion Viscosity on the Volatiles Retention during Spray DryingMicroencapsulation. Proc. 24th Brazilian Congress on Porous Mater, Brazil, Book of proceedings, 196–201p.

• Walstra, P., 1983. Formation of emulsions. Encyclopedia of emulsion technology, Vol. 1 New York, USA, 57–128p.

• Risch, S.J., Reineccius, G.A., 1988. Spray-dried orange oil – effect of emulsion size on flavor retention andshelf stability. ACS Symposium Series 370: 67–77.

• Minemoto, Y., Fang, X., Hakamata, K., Watanabe, Y., Adachi, S., Kometani, T., Matsuno, R., 2002. Oxidationof linoleic acid encapsulated with soluble soybean polysaccharide by spray-drying. Bioscience Biotechnologyand Biochemistry 66 (9): 1829–1834.

• Jafari S. H., Assadpoor E., He Y., Bhandari B., 2008. Re-coalescence of emulsion droplets during high-energyemulsification. Food Hydrocolloids 22:1191–1202

• Mcclements, D.J., 2009. Critical Review of Techniques and Methodologies for Characterization of Emulsion Stability. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 47(7): 611 — 649.

• Jafari S. H., Assadpoor E., He Y., Bhandari B., 2010. Encapsulation Efficiency of Food Flavours and Oilsduring Spray Drying. Drying Technology, 26: 7, 816 - 835

• Mongenot, N., Charrier, S., Chalier, P., 2000. Effect of ultrasound emulsification on cheese aroma encapsulation by carbohydrates. Journal of Agricultural and Food Chemistry 48 (3):861–867.

• Canselier, J.R., Delmas, H., Wilhelm, A.M., Abismail, B., 2002. Ultrasound emulsification—An overview. Journal of Dispersion Science and Techology 23: 333–349.

• Charcosset, C., Fessi, H., 2005. Membrane emulsification and microchannel emulsification processes. Reviews in Chemical Engineering 21: 1–32.v