تعیین اندازه ذرات امولسیون های طعم دهنده در صنایع غذایی و نوشیدنی برای نظارت بر طعم، بافت و پایداری امولسیون ها بسیار مهم است.
اهمیت تعیین اندازه ذرات
امولسیون های طعم دهنده امولسیون های آب و روغن هستند که معمولاً به صورت کنسانتره تهیه می شوند و می توانند در طول تشکیل محصول نهایی رقیق شوند. دو نوع امولسیون طعم دهنده عمدتاً در صنایع غذایی استفاده می شود، شامل یک امولسیون طعم دهنده با امولسیون روغنی با غلظت بالا، که اسانس با استفاده از مواد افزودنی با استفاده از تثبیت کننده ها و امولسیفایرها تثبیت می شود، و یک امولسیون روغن طعم دار با روغن نباتی افزوده فرموله شده برای ارائه ظاهری کدر.
امولسیون های طعم دهنده با افزودن هیدروکلوئیدهایی مانند کاراگینان ها، آلژینات ها، صمغ عربی و صمغ زانتان تثبیت می شوند. هیدروکلوئیدها می توانند هم پایداری فضایی – الکتروستاتیک و هم پایداری الکترواستاتیکی را برای امولسیون فراهم کنند.
اطلاع از اندازه ذرات امولسیون های طعم دهنده برای نظارت بر پایداری آنها در هر دو شکل رقیق و غلیظ در طول زمان با ردیابی تغییرات در توزیع و اندازه قطرات انجام می شود. به طور خاص باید از خامه شدن روغن و ته نشین شدن مواد لخته شده به ترتیب در بالای ظرف و در ته ظرف جلوگیری شود.
اندازه ذرات بهینه امولسیون های طعم دهنده کمتر از سه میکرون است. روش‌های آنالیز اندازه ذرات، مانند پراش لیزر، می‌تواند برای نظارت بر تغییرات اندازه ذرات پس از رقیق‌سازی- ذخیره‌سازی، شناسایی و برای مردود کردن فرمول‌های ناپایدار و اطمینان از اندازه بهینه قطرات استفاده شود.
تبلور قند در امولسیون های طعم دهنده نیز می تواند از یک بچ به بچ دیگر، مشکلاتی ایجاد کرده و بر پایداری سیستم تأثیر بگذارد. آنالیز اندازه ذرات را می توان برای شناسایی ذرات بزرگ مانند بلورهای قند و قطرات روغن انجام داد.
روش های تعیین اندازه ذرات
پراکندگی دینامیک نور (DLS: Dynamic Light Scattering )
پراکندگی دینامیک نور (DLS) روشی شبه الاستیک پراکندگی نور- طیف‌سنجی همبستگی فوتون است و تکنیکی غیرمخرب- غیر تهاجمی برای اندازه‌گیری اندازه ذرات از زیر میکرون تا ناحیه میکرومتر است. در این روش، درشت مولکول ها و ذرات موجود در یک محلول تحت حرکت براونی ناشی از برخورد بین مولکول های حلال و ذرات قرار می گیرند.
نور پراکنده شده از مجموعه ذرات به واسطه حرکت براونی با زمان در نوسان است. یک همبسته کننده دیجیتالی در DLS این نوسانات مقیاس کوتاه مدت را به طور مداوم در شدت پراکندگی اندازه گیری شده برای تولید تابع همبستگی اضافه و ضرب می کند. این تابع برای به دست آوردن ضرایب انتشار و سپس اطلاعات اندازه ذرات آنالیز می شود.
در اکثر دستگاههای پارتیکل سایز انالایزر از نوع DLS، از لیزر هلیوم – نئون تک رنگ همدوس با طول موج ۶۳۳ نانومتر به عنوان منبع نور استفاده می شود. منبع نور توسط یک لنز کانونی کننده به یک نقطه در نمونه همگرا می شود. اگرچه نور در تمام زوایا توسط ذرات موجود در امولسیون طعم دهنده ها پراکنده می شود، ولی دستگاه DLS معمولاً نور پراکنده شده در زاویه ۹۰ درجه را آشکارسازی می کند.
روش DLS یک تکنیک آنالیز اندازه ذرات همه کاره و سریع است که می تواند برای تعیین توزیع اندازه ذرات امولسیون برای نظارت بر پایداری امولسیون استفاده شود. به عنوان مثال، آنالیز اندازه ذرات یک امولسیون نوشیدنی طعم‌دار را می‌توان با رقیق کردن نمونه با استفاده از محلول کلرید سدیم و سپس با استفاده از یک سیستم نانو Zetasizer با لیزر هلیوم- نئون چهار میلی‌واتی در طول موج ۶۳۳ نانومتر، در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد انجام داد.
در گزارش پژوهشی مجله Bioactive Carbohydrates and Dietary Fiber، محققان از DLS برای تعیین موفقیت آمیز توزیع اندازه ذرات امولسیون های طعم دار هل و وانیل تهیه شده با استفاده از اگزوپلی ساکارید گالاکتان (EPS) استفاده کردند. امولسیون های طعم دار گالاکتان (GFE) با استفاده از آب مقطر قبل از تعیین اندازه ذرات رقیق شدند.
اگرچه دستگاه دقیق DLS معمولی نیاز به رقیق شدن نمونه به طور قابل توجهی دارد تا اثرات پراکندگی متعدد را کاهش دهد و اجازه حرکت آزادانه ذرات را بدهد، ولی رقیق سازی نمونه‌ها می‌تواند مورفولوژی آنها را نیز تغییر دهد، که چالش اصلی استفاده از این تکنیک است.
پراش لیزری
پراش لیزر به طور گسترده برای آنالیز اندازه ذرات در صنایع غذایی و نوشیدنی، از جمله برای آنالیز اندازه ذرات امولسیون های طعم استفاده می شود. در این روش، ذراتی که از پرتو لیزر عبور می کنند، نور را با زاویه ای که مستقیماً با اندازه آنها مرتبط است، پراکنده می کنند. زاویه پراکندگی مشاهده شده به صورت لگاریتمی با کاهش اندازه ذرات افزایش می یابد.
شدت پراکندگی نیز به اندازه ذرات بستگی دارد زیرا با حجم ذرات کاهش می یابد. بنابراین، ذرات بزرگ نور را با شدت بالا در زوایای باریک پراکنده می کنند، در حالی که ذرات کوچک نور را با شدت کم در زوایای بازتر پراکنده می کنند. این پدیده برای تعیین اندازه ذرات مورد استفاده قرار می گیرد.
یک سیستم پراش لیزری از یک لیزر – یک نور شدید و همدوس با طول موج ثابت، یک سری آشکارساز و یک نوع سیستم نمایش نمونه تشکیل شده است. توزیع اندازه ذرات در پراش لیزر با مقایسه الگوی پراکندگی نمونه با یک مدل نوری مناسب تعیین می شود.
این روش برای آنالیز اندازه ذرات امولسیون طعم دار مناسب است، زیرا غیرمخرب، قابل اعتماد، سریع و همه کاره است، دارای تکرارپذیری و انعطاف پذیری بالا است، نیازی به کالیبراسیون ندارد، می تواند توزیع اندازه ذرات براساس حجم ایجاد کند، و می تواند هر دو نوع ذرات آگلومره شده و ذرات به خوبی پراکنده شده را آشکارسازی کند.
به طور خاص، دامنه دینامیکی گسترده این روش از ۰٫۰۲ میکرون تا چند میلی‌متر امکان شناسایی قطرات ادغام‌شده- لخته‌شده بزرگتر و قطرات ریز امولسیون در امولسیون‌های طعم‌دهنده را برای نظارت بر پایداری امولسیون فراهم می‌کند.
در گزارش منتشر شده مجله Food Science and Biotechnology، محققان از یک آنالایزر اندازه ذرات پراش لیزری برای تعیین موفقیت آمیز توزیع اندازه ذرات و میانگین اندازه ذرات نمونه های سس مایونز دوبار امولسیون شده استفاده کردند.
آنالیز تصویر
روش آنالیز تصویر برای تعیین شکل و اندازه ذرات مناسب است، زیرا با گرفتن تصاویر مستقیم از هر ذره با وضوح و حساسیت بالا داده تولید می کند. تصاویر تک تک ذرات امکان تشخیص پدیده های حیاتی مانند شکستگی، ذرات خارجی و تجمع را فراهم می کند.
در تکنیک های مبتنی بر حجم، ذرات بزرگتر وزن بیشتری نسبت به ذرات کوچکتر دارند. با این حال، وضوح اضافی ارائه شده توسط روش آنالیز تصویر، وزن هر ذره را به یک اندازه تضمین می کند، که منجر به شناسایی موثرتر ذرات کوچکتر می شود.
به طور خلاصه، DLS، پراش لیزر، و روش آنالیز تصویر در حال حاضر نقش مهمی در بررسی اندازه ذرات امولسیون های طعم دار دارند. با این حال، آنالیز اندازه ذرات را می توان با استفاده از دستگاه دقیق تر و توسعه روش های جدید و موثرتر بهبود بخشید.
References and Further Reading
- Kavitake, D., Kalahasti, K. K., Devi, P. B., Ravi, R., Shetty, P. H. (2020). Galactan exopolysaccharide-based flavour emulsions and their application in improving the texture and sensorial properties of muffin. Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre, 24, 100248. https://doi.org/10.1016/j.bcdf.2020.100248
- Bancarz, D., Huck-Jones, D., Kaszuba, M., Pugh, D., Ward-Smith, S. (2008). Particle Sizing in the Food and Beverage Industry. Nondestructive Testing of Food Quality, 165–۱۹۶٫ https://doi.org/10.1002/9780470388310.ch7
- Yildirim, M., Sumnu, G. Sahin, S. (2016). Rheology, particle-size distribution, and stability of low-fat mayonnaise produced via double emulsions. Food Science and Biotechnology, 25, 1613–۱۶۱۸٫ https://doi.org/10.1007/s10068-016-0248-7