Procesy mikrokapsułkowania są stosowane w przemyśle

Transkrypt

1 Mikrokapsułkowanie dodatków do żywności ELŻBIETA DŁUŻEWSKA Procesy mikrokapsułkowania są stosowane w przemyśle spożywczym w celu stabilizacji i kontrolowanego uwalniania się mikrokapsułkowanej substancji oraz rozdzielenia składników recepturowych, które mogą reagować ze sobą lub w inny sposób negatywnie na siebie oddziaływać [2, 14, 18, 36, 51]. W procesie tym reaktywne, wrażliwe lub lotne dodatki do żywności mogą być przekształcane w stabilne składniki żywności. Kontrolowane pod względem czasu i miejsca uwalnianie się substancji rdzenia poprawia efektywność działania dodatków do żywności, rozszerza zakres ich stosowania oraz gwarantuje optymalną dawkę dodatku [17, 35]. Mikrokapsułkowaniu często towarzyszy przekształcenie materiału płynnego w proszek, co niewątpliwie ułatwia dozowanie wielu dodatków do żywności. Z kolei dodatki w formie proszku po procesie mikrokapsułkowania wykazują mniejszą higroskopijność i pylistość. Aromaty Mikrokapsułkowanie jest definiowane jako proces, który polega na tworzeniu otoczki (ścianki, powłoki) Substancje aromatyczne wokół cząstek określonego związku (rdzenia, są to mało stabilne, lotne substancji aktywnej) w taki sposób, aby zawartość związki organiczne, które kapsułki uwalniała się w sposób kontrolowany, łatwo ulegają odparowaniu w określonych warunkach. Kapsułki średnicy i degradacji podczas procesów technologicznych [30]. od kilku mikrometrów do kilku milimetrów są nazywane mikrokapsułkami [26]. Mogą one mieć Celem mikrokapsułkowania kształt kulisty lub nieregularny, mogą być utworzone aromatów jest ich retencja z pojedynczej lub wielowarstwowej powłoki. w produktach żywnościowych w czasie przechowywa- Liczne cząstki rdzenia mogą być zamknięte w wytworzonej matrycy polimeru [17]. Mikrokapsułki nia, ochrona aromatu przed mogą być tworzone przez cukry, gumy, białka, niepożądanymi interakcjami naturalne i modyfikowane polisacharydy, tłuszcze z innymi składnikami żywności (np. płynny aromat do- i syntetyczne polimery [10, 42]. dany do gumy do żucia tylko w 5-40% będzie uwolniony podczas żucia, pozostała część zostanie nieodwracalnie związana z bazą gumy), ograniczenie interakcji między dwoma różnymi aromatami, ochrona przed reakcjami indukowanymi przez światło oraz przed utlenianiem, a także kontrolowane ich uwalnianie [9, 35, 56]. Najczęściej aromaty mikrokapsułkowane otrzymuje się metodą suszenia rozpyłowego, ekstruzji lub inkluzji w cyklodekstrynach. W ostatnich latach prowadzone są prace nad możliwością wykorzystania materiałów biologicznych o strukturach komórkowych jako naturalnych mikrokapsułek dla wielu dodatków do żywności. Stosunkowo łatwe wnikanie olejków eterycznych do komórek drożdży może być wykorzystane do mikrokapsułkowania naturalnych aromatów w komórkach drożdży piekarskich lub piwowarskich. 30 Streszczenie. W procesie mikrokapsułkowania reaktywne, wrażliwe lub lotne dodatki do żywności mogą być przekształcane w stabilne składniki żywności. Proces ten poprawia efektywność działania dodatków. W artykule omówiono zalety mikrokapsułkowanych aromatów, barwników, enzymów, środków słodzących, środków spulchniających, witamin oraz przeciwutleniaczy i konserwantów. Przedstawiono wady i zalety najczęściej wykorzystywanych nośników. Omówiono metody mikrokapsułkowania stosowane w przemyśle spożywczym. Summary. Reactive, sensitive or volatile food additives can be turned into stable ingredients through microencapsulation. This process can improve the effectiveness of food additives, broaden the application range of food ingredients and ensure optimal dosage. In the paper the advantages of microencapsulated flavours, colorants, enzymes, sweeteners, leavening agents, vitamins, antioxidants and preservatives are discussed. The advantages and disadvantages of various carrier materials are also analyzed. Methods of microencapsulation in the food industry are presented. Słowa kluczowe: mikrokapsułkowanie, nośnik, dodatki do żywności Key words: microencapsulation, carrier materials, food additives Po utrwaleniu tak mikrokapsułkowane olejki zapachowe mogą być stosowane jako dodatki do ciast, nadzień cukierniczych lub deserów [58]. Barwniki Naturalne barwniki, takie jak β-karoten, są substancjami, które łatwo ulegają degradacji pod wpływem utleniania, są słabo rozpuszczalne, a w formie krystalicznej są proszkami łatwo zbrylającymi się i pylistymi. Korzyściami wynikającymi z zamknięcia barwników w mikrokapsułki są m.in.: znaczne przedłużenie ich trwałości, łatwiejsze dozowanie oraz poprawa ich rozpuszczalności [6, 12, 48, 50, 57]. W ostatnich latach ukazało się wiele prac na temat mikrokapsułkowania barwników. Barbosa i in. [4] wykazali, że annatto mikrokapsułkowane metodą suszenia rozpyłowego w otoczkach z gumy arabskiej i sacharozy było 10-krotnie odporniejsze na fotodegradację niż barwniki niezamknięte w mikrokapsułkach. Z kolei dla likopenu i β-karotenu dobrą ochroną są mikrokapsułki zbudowane z żelatyny i sacharozy [59]. Naturalne antocyjany są barwnikami wykazującymi większą stabilność w formie krystalicznej niż płynnej [31], mogą być dodawane do żywności w postaci proszku po uprzednim mikrokapsułkowaniu. Ersus i in. [15] badali możliwość przedłużenia stabilności antocyjanów przez ich mikrokapsułkowanie metodą suszenia rozpyłowego w otoczkach z maltodekstryn. Wykazali, że na stabilność antocyjanów duży wpływ miał rodzaj maltodekstryn. Stwierdzili również, że wraz ze wzrostem równoważnika glukozowego DE barwa

2 antocyjanów stawała się jaśniejsza. Inne metody mikrokapsułkowania barwników również mogą modyfikować ich kolor. Karotenoidy, kompleksowane z cyklodekstrynami po rozpuszczeniu, wykazują zmiany intensywności i odcienia barwy, co można wykorzystać do modyfikacji barwy produktu [22]. Środki słodzące Sztuczne środki słodzące mogą rozkładać się pod wpływem działania wysokiej temperatury i wilgoci. Aspartam jest mało odporny na działanie podwyższonej temperatury i środowiska kwaśnego (ph <4,5). Pod wpływem długotrwałego ogrzewania może rozłożyć się do kwasu asparaginowego oraz fenyloalaniny i stracić słodkość. Aspartam zamknięty w mikrokapsułkach nie rozkłada się podczas wypieku produktów piekarskich [17]. Cukier oraz syntetyczne słodziki w mikrokapsułkach tłuszczowych można dodawać do gumy do żucia. Pozwala to na przedłużenie odczuwania słodkiego smaku podczas żucia [36]. W napojach bezalkoholowych słodziki łatwo wytrącają się, zwłaszcza podczas chłodzenia. Można temu zapobiec dodając do napojów mikrokapsułkowane słodziki z β-cyklodekstryną jako nośnikiem [37]. ul. Inwalidów Bydgoszcz tel.: 052 / fax: 052 / info@awe.com.pl Enzymy Enzymy najczęściej są mikrokapsułkowane w liposomach. Liposomy są kulistymi cząstkami, zbudowanymi z podwójnej warstwy cząsteczek fosfolipidowych, otaczającej mikrokropelkę roztworu wodnego. Substancje hydrofilowe mogą być kapsułkowane w rdzeniu liposomu, natomiast hydrofobowe w podwójnej warstwie fosfolipidowej. Przepuszczalność, stabilność, aktywność powierzchniowa liposomów zależą od wielkości pęcherzyków liposomowych oraz składu frakcji tłuszczowej. Z kolei wydajność mikrokapsułkowania jest proporcjonalna do stężenia tej frakcji [20]. Enzymy mikrokapsułkowane w liposomach mogą być stosowane w celu kontrolowanego ich uwalniania oraz jako enzymatyczne reaktory w celu unieruchomienia i poprawy stabilności enzymów i jednoczesnego umożliwienia substratom i produktom wchodzenie i wychodzenie z liposomów [17]. Zastosowanie mikrokapsułkowanej w liposomach neutrazy pozwala na 100-krotne zmniejszenie wymaganej ilości enzymu oraz skrócenie o połowę czasu dojrzewania sera cheddar w porównaniu z tradycyjnym procesem dojrzewania. W tradycyjnych technologiach dodatek enzymu przed utworzeniem skrzepu powoduje przedwczesny rozpad kazeiny do aminokwasów oraz straty enzymu, aminokwasów i białek wraz z serwatką. Z kolei dodatek enzymu w fazie tworzenia skrzepu niekorzystnie wpływa na teksturę sera. Dodatek mikrokapsułkowanych enzymów do mleka zapobiega przedwczesnemu rozpadowi kazeiny, stratom enzymu oraz korzystnie wpływa na teksturę sera. Uwalnianie enzymów z liposomów następuje pod wpływem zmian ph, temperatury oraz stężenia soli. Stopniowe uwalnianie się enzymu pozwala na regulowanie szybkości hydrolizy kazeiny, co umożliwia uzyskanie właściwych cech smakowo-zapachowych sera [35]. Przeciwutleniacze i konserwanty Naturalny, rozpuszczalny w tłuszczach α-tokoferol (witamina E) jest często dodawany jako przeciwutleniacz do produktów zawierających Przechodnia myjka podeszew i cholewek butów niskich 5523 automatyczny pobór płynu myjącego sterowanie ręczne lub fotokomórką Stanowisko mycia butów niskich, rąk oraz dezynfekcji rąk COMBI 5524 mycie podeszew oraz cholewek butów niskich automatyczny pobór płynu myjącego mycie rąk w umywalce z automatycznym wypływem wody dezynfekcja rąk płynem szybkoschnącym Wyroby chronione! ZAMÓW BEZPŁATNY AKTUALNY KATALOG WYROBÓW AWE

3 NovaLipid nowa generacja olejów i tłuszczów Firma Archer Daniels Midland Company (ADM) wprowadziła na rynek innowacyjne produkty z zakresu olejów i tłuszczów NovaLipid. Jest to szeroka gama składników, wzbogacona o niskonasycone tłuszcze lub występująca w wersji wolnej od dodatków, umożliwiająca producentom oferowanie preferowanej przez konsumentów żywności o zrównoważonej wartości odżywczej. NovaLipid jest odpowiedzią na zapotrzebowanie na zdrowsze oleje i tłuszcze o wymaganych właściwościach odżywczych i posiadające dobry smak. Oleje i tłuszcze NovaLipid zostały opracowane z zastosowaniem złożonych procesów technologicznych i wykorzystaniem światowych źródeł surowcowych, którymi dysponuje firma ADM. Doświadczenie firmy oraz ścisła współpraca z klientami powodują, że każdy produkt z linii NovaLipid spełnia wymagania klientów. Linia NovaLipid oferuje pożądany smak, funkcjonalność i korzyści dla zdrowia, spełnia oczekiwania konsumentów i zwiększa zakres stosowania produktów. Producenci mogą więc rozwijać i opracowywać lepszą żywność o cechach pożądanych przez konsumentów. Linia NovaLipid obejmuje wiele produktów zarówno oleje, jak i tłuszcze tak opracowane, aby mogły znaleźć zastosowanie w różnych branżach spożywczych. Należy do niej tłuszcz do pieczenia NovaLipid Shortening o mniejszej zawartości tłuszczów nasyconych. Natomiast tłuszcz do pieczenia NovaLipid nie zawiera dodatków oraz ma te same właściwości funkcjonalne co zestalone tłuszcze do pieczenia. NovaLipid Pastry zaś to niskonasycone Archer Daniels Midland Company (ADM) jest światowym liderem w dziedzinie energii odnawialnej i zajmuje pierwsze miejsce w przetwórstwie produktów rolnych. ADM jest jednym z największych światowych przetwórców soi, kukurydzy, pszenicy i kakao. Jest także czołowym producentem biopaliw, etanolu, oleju i żywności z soi, słodzików z kukurydzy, mąki i innych składników poprawiających jakość żywności i pasz. Centrala w Decatur, Illinois, ADM zatrudnia ponad 27 tys. pracowników, dysponuje ponad 240 zakładami przetwórczymi, a sprzedaż netto w roku podatkowym zakończonym 30 czerwca 2007 r. wyniosła 44 mld USD. Dodatkowe informacje o ADM można znaleźć na stronie tłuszcze do ciast, dzięki ich zastosowaniu można zmniejszyć zawartość tłuszczu ogółem w produkcie. NovaLipid jest znakiem firmowym Archer Daniels Midland Company. W celu uzyskania dalszych informacji prosimy o kontakt: ADM Europe B.V., Stationsstraat 76, 1541 LJ Koog aan de Zaan, Netherlands. Tel.: +31 (0) Faks: +31 (0) pressinfoeu@admworld.com nienasycone tłuszcze. Z kolei kwas askorbinowy wzmacnia działanie α-tokoferolu, gdyż bierze udział w regeneracji utlenionych form witaminy E. Jednak fakt, że kwas askorbinowy jest rozpuszczalny nie w fazie tłuszczowej, lecz w wodnej utrudnia wzajemne reagowanie obu tych składników. Rozwiązaniem tego problemu może być mikrokapsułkowanie naturalnego α-tokoferolu i kwasu askorbinowego w liposomach. Kwas askorbinowy jest kapsułkowany w rdzeniu liposomu, natomiast α-tokoferol w podwójnej warstwie fosfolipidowej. Liposomy działają podobnie jak emulgatory, gdyż gromadzą się na powierzchni międzyfazowej. Zapewnia to bezpośredni kontakt przeciwutleniacza z fazą tłuszczową i jednocześnie zapobiega reakcjom kwasu askorbinowego z innymi składnikami żywności. Lizozym mikrokapsułkowany w liposomach, dodany do serów np. gouda, edamski, ementaler, zapobiega ich zepsuciu hamuje rozwój bakterii, które powodują niepożądane zmiany zapachu i tekstury serów w wyniku fermentacji kwasu masłowego. Zastosowanie wolnego lizozymu ogranicza jego efektywność, ponieważ łączy się on z kazeiną mleka [35]. Środki spulchniające Kwaśny węglan sodu zamknięty w mikrokapsułkach tłuszczowych jest zabezpieczony przed działaniem wody i kwasów do osiągnięcia optymalnej temperatury w czasie wypieku. Dzięki 32 mikrokapsułkowaniu można stosować mniej środków spulchniających bez pogorszenia struktury ciasta [14]. Witaminy i składniki mineralne Witaminy i składniki mineralne zazwyczaj są dodawane do płatków śniadaniowych, produktów mlecznych, żywności dla dzieci. Mikrokapsułkując te dodatki unika się wprowadzania do żywności niepożądanego smaku i zapachu, poprawia się ich stabilność oraz ułatwia dozowanie [17, 18]. Materiał ścian mikrokapsułek Niezmiernie ważnym zagadnieniem w projektowaniu procesu mikrokapsułkowania jest dobór materiału ścian mikrokapsułek (nośnika). Materiał ścian mikrokapsułek nie powinien reagować ani z substancją mikrokapsułkowaną, ani ze składnikami żywności, powinien być neutralny pod względem smaku i zapachu oraz umożliwiać uwalnianie rdzenia mikrokapsułki w określonym miejscu, czasie i z określoną prędkością. Powinien być to materiał, który w zadowalającym stopniu chroni rdzeń przed oddziaływaniem czynników środowiska, takich jak tlen, światło, wilgotność, zmiany temperatury, kwasowość oraz mikroorganizmy. Ponieważ materiał ścian mikrokapsułek może stanowić nawet powyżej 90% masy mikrokapsułki, ważnym kryterium jego doboru jest cena. Ponadto wybierając

4 materiał otoczek mikrokapsułek należy uwzględnić metodę mikrokapsułkowania materiał musi nadawać się do wybranej metody [30]. Metody mikrokapsułkowania Dodatki do żywności mogą być mikrokapsułkowane metodą suszenia rozpyłowego, chłodzenia rozpyłowego, ekstruzji, fluidyzacji, koacerwacji, współkrystalizacji, a także przez zamknięcie w liposomach lub cyklodekstrynach. Suszenie rozpyłowe Suszenie rozpyłowe jest najlepiej poznaną, najczęściej stosowaną i jedną z najstarszych metod mikrokapsułkowania. Jest to proces oszczędny i elastyczny, w którym wykorzystuje się urządzenia dostępne w przemyśle spożywczym, a produkowane tą metodą mikrokapsułki są dobrej jakości [5, 45]. Mikrokapsułkowanie metodą suszenia rozpyłowego polega na emulgowaniu substancji aktywnej w roztworze substancji powlekającej i rozpyleniu powstałej dyspersji w gorącej komorze suszarki rozpyłowej. W wyniku gwałtownego odparowania wody wokół cząstek rdzenia tworzą się otoczki z materiału powlekającego [38]. Materiałami ścian mikrokapsułek, stosowanymi w suszeniu rozpyłowym, są maltodekstryny, guma arabska, hydrofobowo modyfikowana skrobia oraz białka, np. serwatkowe. Nieprawidłowo dobrany materiał otoczek może powodować duże straty substancji mikrokapsułkowanej, zwłaszcza gdy są to lotne składniki aromatów, a także niekorzystne zmiany zapachu substancji aromatycznych, może tez niedostatecznie chronić rdzeń mikrokapsułki przed utlenianiem. Materiały stosowane w suszeniu rozpyłowym powinny charakteryzować się wysoką rozpuszczalnością w wodzie, dobrymi właściwościami emulgującymi, zdolnością formowania filmu i wysoką barierowością zarówno w stosunku do substancji lotnych, jak i tlenu, a także powinny tworzyć roztwory o niskiej lepkości przy dużym stężeniu materiału [34]. Maltodekstryny mają łagodny smak i zapach, bardzo dobrze rozpuszczają się w zimnej wodzie, a ich roztwory wykazują niską lepkość. Wadami maltodekstryn są bardzo słabe właściwości emulgujące i niewielka retencja składników lotnych, natomiast zaletą duża barierowość w stosunku do tlenu [24]. Ich zdolność ochrony mikrokapsułek przed utlenianiem jest zmienna i zależy od stopnia zhydrolizowania skrobi. Anandamaran i Reineccius [1] udowodnili, że absorpcja tlenu przez maltodekstryny zmniejsza się ze wzrostem DE. Skrobię stosowaną w procesie mikrokapsułkowania otrzymuje się w wyniku modyfikacji polegającej na wprowadzeniu do bocznych jej łańcuchów grup hydrofobowych w reakcji z bezwodnikiem kwasu 1- oktenylobursztynowego. Hydrofobowo modyfikowana skrobia jest bardzo dobrze rozpuszczalna w zimnej wodzie, tworzy roztwór o małej lepkości, stąd można zastosować ją w większym stężeniu niż gumę arabską, ma dobre właściwości emulgujące, sprzyja bardzo dobrej retencji aromatów w czasie suszenia rozpyłowego, ale nie zapewnia wystarczającej ochrony przed utlenianiem [11, 37]. Guma arabska jest rozgałęzionym heteropolisacharydem. Zawiera ona niewielkie ilości białka (ok. 2%), kowalencyjnie przyłączonego do łańcuchów węglowodanowych. Guma arabska jest dobrze rozpuszczalna w wodzie, tworzy roztwory o niższej lepkości w porównaniu z innymi gumami, np. gumą guar, gumą ksantanową lub tragakantową, które przy znacznie niższych stężeniach tworzą roztwory o większej lepkości. Ma bardzo dobre właściwości emulgujące i umożliwia wysoką retencję substancji lotnych w czasie suszenia i przechowywania mikrokapsułek [10, 25, 32, 55]. W ostatnich latach ukazuje się wiele prac mających na celu wskazanie nośnika, który najlepiej chroniłby mikrokapsułkowane substancje podczas suszenia rozpyłowego i później podczas przechowywania. Wielu autorów wykazało, że takie cechy ma guma arabska [23, 26]. Jednocześnie wykazano, że mieszanina maltodekstryn, gumy arabskiej i skrobi modyfikowanej jest efektywniejszym nośnikiem niż sama guma arabska [10, 13, 23, 27, 47]. Wiele prac badawczych dotyczących mikrokapsułkowania metodą suszenia rozpyłowego jest poświęconych aromatom. W pracach tych analizowany jest wpływ różnych czynników na retencję aromatów w czasie suszenia i przechowywania. Reineccius [39] do tych czynników zalicza: rodzaj i stężenie nośnika, wielkość cząstek emulsji, rodzaj aparatu rozpylającego, temperaturę powietrza wlotowego i wylotowego, rodzaj rozpuszczalnika aromatu. Największe straty substancji lotnych są obserwowane w pierwszym okresie suszenia do momentu uformowania selektywnej membrany wokół suszonych cząstek [8]. Zatem wszystkie czynniki powodujące skrócenie tego okresu będą jednocześnie zwiększać retencję aromatów w czasie suszenia [28, 29, 40]. Większe stężenie materiału ścian mikrokapsułek powoduje przyspieszenie selektywnej dyfuzji i poprawę retencji aromatów [3, 49]. Wysoka temperatura powietrza wlotowego skraca czas formowania się membrany, może jednak powodować powstawanie pęcherzy powietrza wewnątrz suszonej kropli, co z kolei skutkuje powstawaniem szczelin 33

5 w mikrokapsułkach. Także wyższa temperatura powietrza wylotowego powoduje zwiększenie retencji substancji lotnych, ale wysoka temperatura powietrza wylotowego może mieć wpływ na chemiczne zmiany aromatów indukowane ciepłem. Retencja substancji lotnych podczas suszenia rozpyłowego zależy również od składu mikrokapsułkowanego aromatu. Najważniejszymi czynnikami, które determinują straty substancji lotnych są: masa cząsteczkowa, obecność różnych grup funkcyjnych, polarność oraz względna lotność [7, 19]. Nowością w technologii mikrokapsułkowania metodą suszenia rozpyłowego jest zastosowanie kolejnego etapu aglomeracji w celu uzyskania lepszej rozpuszczalności mikrokapsułek i zapobiegania segregacji otrzymanego proszku [5, 11]. Chłodzenie rozpyłowe Chłodzenie rozpyłowe jest najtańszą metodą mikrokapsułkowania. Najczęściej jest ona stosowana do kapsułkowania organicznych i nieorganicznych soli, m.in. siarczanu żelaza, witamin, enzymów, środków zakwaszających, substancji płynnych, np. aromatów, ale po uprzednim przekształceniu ich w formę stałą (po zamrożeniu lub suszeniu rozpyłowym) [20]. Materiałami ścian mogą być tłuszcze lub stearyniany o temperaturze topnienia w zakresie od 45 do 122 C oraz frakcjonowane lub uwodornione tłuszcze o temperaturze topnienia od 32 do 42 C. Materiał rdzenia jest mieszany z materiałem ścian i rozpylany w komorze, w której styka się z zimnym powietrzem, co powoduje zestalenie się ścian mikrokapsułek [17]. W wyniku tego procesu powstają agregaty cząstek substancji aktywnej w tłuszczowej matrycy. Stosunkowo duże ilości substancji stanowiącej rdzeń pozostają na powierzchni matryc i mają bezpośredni kontakt z otoczeniem. Powoduje to obniżenie stabilności mikrokapsułkowanych substancji. Mikrokapsułki otrzymane metodą chłodzenia rozpyłowego są nierozpuszczalne w wodzie, ich rdzeń jest uwalniany, gdy temperatura przekroczy punkt topnienia materiału ścian, np. w czasie pieczenia lub gotowania [51]. Dodatki do żywności mikrokapsułkowane przez chłodzenie rozpyłowe są najczęściej wprowadzane do koncentratów zup w proszku, produktów piekarskich oraz żywności o wysokiej zawartości tłuszczu. Ich wadą jest konieczność przechowywania w temperaturze poniżej punktu topnienia materiału ścian [14]. Mikrokapsułkowanie metodą ekstruzji Metodą ekstruzji mogą być mikrokapsułkowane termolabilne dodatki do żywności, takie jak aromaty, witamina C oraz barwniki. Jednak jest ona prawie wyłącznie stosowana do mikrokapsułkowania lotnych i niestabilnych składników aromatów w szkliste węglowodanowe matryce [14, 20]. Największą zaletą tej metody jest zapewnienie wysokiej stabilności łatwo ulegającym utlenianiu składnikom aromatów, m.in. olejkom cytrusowym, ponieważ tlen bardzo powoli dyfunduje przez hydrofilową szklistą matrycę. Uwalnianie aromatu następuje dopiero w temperaturze powyżej temperatury zeszklenia [21]. Okres stabilności dla aromatów ekstrudowanych wynosi pięć lat, gdy tymczasem dla aromatów mikrokapsułkowanych metodą suszenia rozpyłowego około jednego roku [20]. Metoda ekstruzji polega na tym, że do masy cukrowej o zawartości wody poniżej 10%, otrzymanej w wyniku gotowania wodnego roztworu węglowodanów (sacharoza, syrop skrobiowy, 34 maltodekstryny), dodawany jest emulgator. Z kolei w komorze ekstrudera (temperatura w ekstruderze wynosi C) do masy cukrowej dyspergowany jest aromat. Następnie zhomogenizowana masa jest ekstrudowana do zimnego alkoholu izopropylowego. W zbiorniku z alkoholem, zaopatrzonym w mieszadło, następuje schłodzenie, utwardzenie i łamanie na małe kawałki (poniżej 1 mm) włókien zawierających aromat. Następuje również usunięcie olejków z powierzchni włókien i redukcja zawartości wody. W końcowym etapie produkcji mikrokapsułki są wirowane i suszone próżniowo [33]. Optymalizując proces ekstrudowania Mutka i Nelson [33] stwierdzili, że na efektywność kapsułkowania aromatów metodą ekstruzji ma wpływ: zawartość emulgatora, ciśnienie i temperatura wewnątrz ekstrudera oraz wielkość dodatku aromatu. Niska zawartość rdzenia (zazwyczaj poniżej 10%) w ekstrudowanych mikrokapsułkach jest jedną z najczęściej wymienianych wad procesu ekstruzji. Powoduje ona znaczne zwiększenie kosztów produkcji, konieczność uwzględnienia w recepturach dodatku cukrów wprowadzonych z mikrokapsułkami, a także ogranicza zakres stosowania takich mikrokapsułek (nie powinny być dodawane do produktów niezawierających cukru). Inną wadą ekstruzji jest ograniczona możliwość wyboru nośnika. W tej metodzie mogą być wykorzystywane jedynie węglowodany o różnym równoważniku glukozowym, skrobia i mieszaniny tych materiałów [20]. W przeciwieństwie do mikrokapsułek otrzymanych metodą suszenia rozpyłowego, mikrokapsułki ekstrudowane nie mają na powierzchni substancji rdzenia (alkohol zmywa aromat z powierzchni mikrokapsułek) i w związku z tym nie ma konieczności dodawania do nich przeciwutleniaczy [33]. Aromaty mikrokapsułkowane metodą ekstruzji są rozpuszczalne w zimnej i gorącej wodzie, dlatego mogą być dodawane do różnego rodzaju koncentratów spożywczych, takich jak koncentraty napojów, ciast, deserów żelujących i koktajli [17]. Tworzenie kompleksów inkluzyjnych przez cyklodekstryny Cyklodekstryny (CyDs) są cyklicznymi polimerami glukozy. Otrzymuje się je z częściowo zhydrolizowanej skrobi na drodze modyfikacji enzymatycznej przy użyciu enzymu cykloglikozyltransferazy (CGTase) pozyskiwanego z Bacillus circulans [16]. Są to cząsteczki o kształcie ściętego stożka z wgłębieniem, którego wewnętrzna średnica wynosi od 5 do 8 A, zdolne do zatrzymania w swoim wnętrzu od 6 do 17 cząsteczek wody. W zależności od ilości jednostek glukopiranozy, połączonych wiązaniami α-(1-4)-glikozydowymi, które tworzą cząsteczkę cyklodekstryn, można wyróżnić: α-cyklodekstryny (sześć jednostek), β-cyklodekstryny (siedem jednostek) i γ-cyklodekstryny (osiem jednostek) [37]. Tylko β- i γ-cyklodekstryny są umieszczone na liście GRAS (generally recognized as safe). W Unii Europejskiej β-cyklodekstryny są zatwierdzone jako dodatek do żywności (E 459) [36]. Mikrokapsułkowanie przy użyciu cyklodekstryn znacznie różni się od suszenia rozpyłowego lub ekstruzji. W procesach tych substancja aktywna jest zamykana w powłoce na drodze przemian fizycznych. W przypadku tworzenia przez cyklodekstryny kompleksów inkluzyjnych proces zachodzi na poziomie molekularnym. Polega on na zatrzymaniu we wgłębieniu cząsteczki cyklodekstryn substancji aktywnej za pomocą wiązań wodorowych, siłami van der Waalsa lub przez hydrofobowe interakcje [41]. Cząsteczki cyklodekstryn przyjmują konformację, w której powierzchnia cząsteczek

6 w mikrokapsułkach. Także wyższa temperatura powietrza wylotowego powoduje zwiększenie retencji substancji lotnych, ale wysoka temperatura powietrza wylotowego może mieć wpływ na chemiczne zmiany aromatów indukowane ciepłem. Retencja substancji lotnych podczas suszenia rozpyłowego zależy również od składu mikrokapsułkowanego aromatu. Najważniejszymi czynnikami, które determinują straty substancji lotnych są: masa cząsteczkowa, obecność różnych grup funkcyjnych, polarność oraz względna lotność [7, 19]. Nowością w technologii mikrokapsułkowania metodą suszenia rozpyłowego jest zastosowanie kolejnego etapu aglomeracji w celu uzyskania lepszej rozpuszczalności mikrokapsułek i zapobiegania segregacji otrzymanego proszku [5, 11]. Chłodzenie rozpyłowe Chłodzenie rozpyłowe jest najtańszą metodą mikrokapsułkowania. Najczęściej jest ona stosowana do kapsułkowania organicznych i nieorganicznych soli, m.in. siarczanu żelaza, witamin, enzymów, środków zakwaszających, substancji płynnych, np. aromatów, ale po uprzednim przekształceniu ich w formę stałą (po zamrożeniu lub suszeniu rozpyłowym) [20]. Materiałami ścian mogą być tłuszcze lub stearyniany o temperaturze topnienia w zakresie od 45 do 122 C oraz frakcjonowane lub uwodornione tłuszcze o temperaturze topnienia od 32 do 42 C. Materiał rdzenia jest mieszany z materiałem ścian i rozpylany w komorze, w której styka się z zimnym powietrzem, co powoduje zestalenie się ścian mikrokapsułek [17]. W wyniku tego procesu powstają agregaty cząstek substancji aktywnej w tłuszczowej matrycy. Stosunkowo duże ilości substancji stanowiącej rdzeń pozostają na powierzchni matryc i mają bezpośredni kontakt z otoczeniem. Powoduje to obniżenie stabilności mikrokapsułkowanych substancji. Mikrokapsułki otrzymane metodą chłodzenia rozpyłowego są nierozpuszczalne w wodzie, ich rdzeń jest uwalniany, gdy temperatura przekroczy punkt topnienia materiału ścian, np. w czasie pieczenia lub gotowania [51]. Dodatki do żywności mikrokapsułkowane przez chłodzenie rozpyłowe są najczęściej wprowadzane do koncentratów zup w proszku, produktów piekarskich oraz żywności o wysokiej zawartości tłuszczu. Ich wadą jest konieczność przechowywania w temperaturze poniżej punktu topnienia materiału ścian [14]. Mikrokapsułkowanie metodą ekstruzji Metodą ekstruzji mogą być mikrokapsułkowane termolabilne dodatki do żywności, takie jak aromaty, witamina C oraz barwniki. Jednak jest ona prawie wyłącznie stosowana do mikrokapsułkowania lotnych i niestabilnych składników aromatów w szkliste węglowodanowe matryce [14, 20]. Największą zaletą tej metody jest zapewnienie wysokiej stabilności łatwo ulegającym utlenianiu składnikom aromatów, m.in. olejkom cytrusowym, ponieważ tlen bardzo powoli dyfunduje przez hydrofilową szklistą matrycę. Uwalnianie aromatu następuje dopiero w temperaturze powyżej temperatury zeszklenia [21]. Okres stabilności dla aromatów ekstrudowanych wynosi pięć lat, gdy tymczasem dla aromatów mikrokapsułkowanych metodą suszenia rozpyłowego około jednego roku [20]. Metoda ekstruzji polega na tym, że do masy cukrowej o zawartości wody poniżej 10%, otrzymanej w wyniku gotowania wodnego roztworu węglowodanów (sacharoza, syrop skrobiowy, 34 maltodekstryny), dodawany jest emulgator. Z kolei w komorze ekstrudera (temperatura w ekstruderze wynosi C) do masy cukrowej dyspergowany jest aromat. Następnie zhomogenizowana masa jest ekstrudowana do zimnego alkoholu izopropylowego. W zbiorniku z alkoholem, zaopatrzonym w mieszadło, następuje schłodzenie, utwardzenie i łamanie na małe kawałki (poniżej 1 mm) włókien zawierających aromat. Następuje również usunięcie olejków z powierzchni włókien i redukcja zawartości wody. W końcowym etapie produkcji mikrokapsułki są wirowane i suszone próżniowo [33]. Optymalizując proces ekstrudowania Mutka i Nelson [33] stwierdzili, że na efektywność kapsułkowania aromatów metodą ekstruzji ma wpływ: zawartość emulgatora, ciśnienie i temperatura wewnątrz ekstrudera oraz wielkość dodatku aromatu. Niska zawartość rdzenia (zazwyczaj poniżej 10%) w ekstrudowanych mikrokapsułkach jest jedną z najczęściej wymienianych wad procesu ekstruzji. Powoduje ona znaczne zwiększenie kosztów produkcji, konieczność uwzględnienia w recepturach dodatku cukrów wprowadzonych z mikrokapsułkami, a także ogranicza zakres stosowania takich mikrokapsułek (nie powinny być dodawane do produktów niezawierających cukru). Inną wadą ekstruzji jest ograniczona możliwość wyboru nośnika. W tej metodzie mogą być wykorzystywane jedynie węglowodany o różnym równoważniku glukozowym, skrobia i mieszaniny tych materiałów [20]. W przeciwieństwie do mikrokapsułek otrzymanych metodą suszenia rozpyłowego, mikrokapsułki ekstrudowane nie mają na powierzchni substancji rdzenia (alkohol zmywa aromat z powierzchni mikrokapsułek) i w związku z tym nie ma konieczności dodawania do nich przeciwutleniaczy [33]. Aromaty mikrokapsułkowane metodą ekstruzji są rozpuszczalne w zimnej i gorącej wodzie, dlatego mogą być dodawane do różnego rodzaju koncentratów spożywczych, takich jak koncentraty napojów, ciast, deserów żelujących i koktajli [17]. Tworzenie kompleksów inkluzyjnych przez cyklodekstryny Cyklodekstryny (CyDs) są cyklicznymi polimerami glukozy. Otrzymuje się je z częściowo zhydrolizowanej skrobi na drodze modyfikacji enzymatycznej przy użyciu enzymu cykloglikozyltransferazy (CGTase) pozyskiwanego z Bacillus circulans [16]. Są to cząsteczki o kształcie ściętego stożka z wgłębieniem, którego wewnętrzna średnica wynosi od 5 do 8 A, zdolne do zatrzymania w swoim wnętrzu od 6 do 17 cząsteczek wody. W zależności od ilości jednostek glukopiranozy, połączonych wiązaniami α-(1-4)-glikozydowymi, które tworzą cząsteczkę cyklodekstryn, można wyróżnić: α-cyklodekstryny (sześć jednostek), β-cyklodekstryny (siedem jednostek) i γ-cyklodekstryny (osiem jednostek) [37]. Tylko β- i γ-cyklodekstryny są umieszczone na liście GRAS (generally recognized as safe). W Unii Europejskiej β-cyklodekstryny są zatwierdzone jako dodatek do żywności (E 459) [36]. Mikrokapsułkowanie przy użyciu cyklodekstryn znacznie różni się od suszenia rozpyłowego lub ekstruzji. W procesach tych substancja aktywna jest zamykana w powłoce na drodze przemian fizycznych. W przypadku tworzenia przez cyklodekstryny kompleksów inkluzyjnych proces zachodzi na poziomie molekularnym. Polega on na zatrzymaniu we wgłębieniu cząsteczki cyklodekstryn substancji aktywnej za pomocą wiązań wodorowych, siłami van der Waalsa lub przez hydrofobowe interakcje [41]. Cząsteczki cyklodekstryn przyjmują konformację, w której powierzchnia cząsteczek