Λειτουργικά Τρόφιμα και Μικροενθυλάκωση – Σημασία και Μέθοδοι της Μικροενθυλάκωσης

ΘΩΜΑΣ Π. ΖΑΦΕΙΡΙΑΔΗΣ Τεχνολόγος Τροφίμων MSc – Κτηνίατρος

Διευθυντής ESTIA – LAB ΙΚΕ Καθηγητής Ειδικότητας Τεχνικών Μαγειρικής Τέχνης

ΔΙΕΚ Κατερίνης

Λειτουργικά Τρόφιμα – Ορισμός

Με τον όρο “λειτουργικά τρόφιμα” χαρακτηρίζουμε όλα τα τρόφιμα εκείνα, φυσικά ή εμπλουτισμένα (σαφώς και δεν εννοούμε εκείνα που προέρχονται από Γενετικώς Τροποποιημένους Οργανισμούς), τα οποία με βάση διεθνείς επιστημονικές μελέτες έχουν ευεργετικές επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου. Είναι τρόφιμα που μπορούν να προμηθευτούν όλοι οι καταναλωτές και περιέχουν ένα ή περισσότερα θρεπτικά συστατικά που να επιδρούν θετικά στη λειτουργία του οργανισμού. Τέτοια θρεπτικά συστατικά είναι τα ω-3 λιπαρά οξέα, βιταμίνες, όπως η βιταμίνη Α, το φολικό ή φυλλικό οξύ, στερόλες, δηλ. ουσίες που μειώνουν τα επίπεδα της LDL και της ολικής χοληστερόλης στον οργανισμό, προβιοτικά, ήτοι μικροοργανισμοί που συμβάλλουν θετικά στην καλή λειτουργία του εντέρου, πρεβιοτικά, δηλ. χημικές ουσίες που προάγουν την ανάπτυξη της “καλής” μικροβιακής χλωρίδας του εντέρου, κ.α.

Λειτουργικά Τρόφιμα – ΤαξινόμησηΤα λειτουργικά τρόφιμα ταξινομούνται σε:

Αυτά που έχουν υποστεί τροποποίηση, ώστε να αυξηθεί η περιεκτικότητά τους σε κάποιο συστατικό που βοηθάει στην καλύτερη λειτουργία του οργανισμού (αυγά με ω-3 λιπαρά οξέα).

Αυτά που έχουν υποβληθεί σε εμπλουτισμό με κάποιο συστατικό (εμπλουτισμός γαλακτοκομικών με βιταμίνες A & D ή/και σίδηρο).

Αυτά που έχουν υποβληθεί σε αντικατάσταση ή πλήρη αφαίρεση ενός βλαβερού συστατικού από ένα άλλο που δεν είναι επιζήμιο για την υγεία του ανθρώπου (αλλαντικά και κρεατοσκευάσματα, όπου τα κεκορεσμένα λιπαρά του χοιρινού λίπους [λαρδιού] έχουν αντικατασταθεί μερικώς από τα ωφέλιμα μονακόρεστα του ελαιολάδου).

Αυτά που έχουν υποβληθεί σε εμπλουτισμό με κάποιο συστατικό που ήδη υπάρχει σε αυτά, αλλά καταστρέφεται λόγω της επεξεργασίας, την οποία υφίσταται το τρόφιμο.

Λειτουργικά Τρόφιμα – Ταξινόμηση (Συνέχεια)

Λειτουργικά Τρόφιμα – Πλεονεκτήματα

Πλεονεκτήματα των λειτουργικών

τροφίμων

1. Μετριάζουν πληθώρα ασθενειών

2. Μειώνουν το κόστος της

ιατροφαρμακευτικής περίθαλψης

3. Προάγουν την υγεία και βελτιώνουν

την ποιότητα ζωής

Λειτουργικά Τρόφιμα – Εξέλιξη

Η ρ

αγδα

ία ε

ξέλι

ξη τ

ων

λειτ

ουργ

ικώ

ν τρ

οφίμ

ων

οφεί

λετα

ι σε:

Α) Εύρεση πολλών μεθόδων παραγωγής λειτουργικών τροφίμων.

Β) Αύξηση του κόστους της παρεχόμενης στους πολίτες των χωρών ιατροφαρμακευτικής περίθαλψης.

Γ) Ψήφιση διατάξεων και νόμων που επιτρέπουν την εύκολη είσοδο και ανεμπόδιστη εμπορία τους στην αγορά.

Μικροενθυλάκωση – Γενικά

Η μικροενθυλάκωση είναι μία ταχέως αναπτυσσόμενη τεχνολογία που επιτρέπει την ενσωμάτωση βιοδραστικών και βιοενεργών ουσιών με τη μορφή μικρο- και νανοσωματιδίων˙ βρίσκει εφαρμογή στη βιομηχανία τροφίμων, χημικών και φαρμακευτικών προϊόντων. Κατά την τεχνική αυτή, οι βιοενεργές – βιοδραστικές ουσίες “συσκευάζονται” σε ένα μέσο ενθυλάκωσης (δηλ. το δραστικό συστατικό που συνιστά τον “πυρήνα” περιβάλλεται από ένα δευτερογενές συστατικό που συνιστά το “τοίχωμα”. Με τη μέθοδο αυτή μπορούμε να ενσωματώνουμε σε ένα τρόφιμο, βιταμίνες, ένζυμα, αρωματικές ουσίες, οι οποίες είναι ευαίσθητες σε χαμηλές τιμές pH, όπως αυτές που επικρατούν στο στόμαχο.

Μικροενθυλάκωση – Γενικά (Συνέχεια)

Μικροενθυλάκωση – Τεχνολογίες

Μικροενθυλάκωση

Ξήρανση Ψύξη Συνεξώθηση Εξώθηση Ρευστοποιημένη Ενθυλάκωση RESS με με με στιβάδα με εκνέφωση εκνέφωση περιστρ. δίσκο έγκλειστα

Μικροενθυλάκωση – Τάσεις

Ξήρανση με εκνέφωση (Spray Drying)

Η ενθυλάκωση μέσω ξήρανσης με εκνέφωση χρησιμοποιείται ήδη από τα μέσα της δεκαετίας του ’50, με κυριότερες εφαρμογές την προστασία των αρωματικών ελαίων από την οξείδωση / καταστροφή και τη μετατροπή υγρών σε στερεά.

Ψύξη με εκνέφωση (Spray Cooling/Chilling)

Είναι η πιο φθηνή μέθοδος και χρησιμοποιείται για την ενθυλάκωση ανόργανων και οργανικών αλάτων, καθώς και ουσιών που επηρεάζουν τη δομαισθησία και το άρωμα, ενζύμων, και άλλων λειτουργικών συστατικών που βελτιώνουν τη σταθερότητα, τη βραδεία αποδέσμευση ουσιών σε υγρό περιβάλλον και τη μετατροπή υδρόφιλων ουσιών σε σκόνη. Περιγράφεται βιβλιογραφικά, ως “ενθυλάκωση υποστρώματος”, αφού τα σωματίδια είναι αδρομερή. Σωματίδια που παράγονται με την τεχνική αυτή απελευθερώνουν λόγω της δομής “πυρήνα” και “τοιχώματος” τις βιοδραστικές ουσίες μέσα σε λίγα λεπτά.

Συνεξώθηση με περιστροφικό δίσκο ή φυγόκεντρο (Spinning Disc / Centrifugal

Co Extrusion)Πρόκειται για παρόμοιες διαδικασίες από την άποψη ότι περιλαμβάνουν διαδικασίες ατομοποίησης. Η τεχνική του περιστρεφόμενου δίσκου περιλαμβάνει το σχηματισμό εναιωρήματος σωματιδίων “πυρήνα” μέσα σε υγρό επικάλυψης και τη διέλευση του εναιωρήματος μέσα από περιστρεφόμενο δίσκο, υπό συνθήκες που ευνοούν το σχηματισμό μεμβράνης επικάλυψης, μικρότερης σε πάχος από το υλικό “πυρήνα”. Αντίθετα, η συνεξώθηση με φυγόκεντρο στηρίζεται σε ένα τροποποιημένο σύστημα εξώθησης, όπου η βιοδραστική ουσία ωθείται στην εσωτερική επιφάνεια ενός ακροφύσιου, ενώ το υλικό επικάλυψης ωθείται στην εξωτερική επιφάνεια του. Στο στόμιο του ακροφύσιου ελευθερώνονται στρογγυλά σταγονίδια με πάχος μεγαλύτερο από τη διάμετρο του στομίου, των οποίων ο πυρήνας αποτελείται από το ενεργό συστατικό, ενώ το εξωτερικό στρώμα από το υλικό επικάλυψης.

Συνεξώθηση με περιστροφικό δίσκο ή φυγόκεντρο (Spinning Disc / Centrifugal

Co Extrusion) (Συνέχεια)

Ο εξοπλισμός μπορεί να τοποθετηθεί σε κανονικούς εκνεφωτήρες. Το πλεονέκτημα της τεχνικής βρίσκεται στις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά των παραγόμενων προϊόντων. Η τεχνική της συνεξώθησης με περιστροφικό δίσκο ή φυγόκεντρο είναι πολλά υποσχόμενη, αφού η απόδοσή της είναι παρόμοια ή και μεγαλύτερη τόσο σε σχέση με εκείνη της ξήρανσης με εκνέφωση όσο και με εκείνη της ψύξης με εκνέφωση, ενώ και το κόστος εφαρμογής είναι παρόμοιο. Ο απαιτούμενος εξοπλισμός είναι πολύ απλός και μπορεί να τοποθετηθεί στην κορυφή οποιουδήποτε ξηραντήρα εκνέφωσης. Από την άλλη πλευρά, η αύξηση της απόδοσης με την εφαρμογή της τεχνικής συνεξώθησης με φυγόκεντρο για την παραγωγή ενθυλακωμένων συστατικών τροφίμων σε μεγάλες ποσότητες είναι πιο απαιτητική, από τη στιγμή που απαιτείται η κατασκευή ακροφύσιων με πολλές κεφαλές, τα οποία να κρέμονται από την κορυφή του ξηραντήρα εκνέφωσης. Στην περίπτωση αυτή, ένα μειονέκτημα θα ήταν η έμφραξη του μικρού στομίου του ακροφύσιου.

Μικροενθυλάκωση με Εξώθηση (Extrusion Microencapsulation)

Η τεχνική χρησιμοποιείται αποκλειστικά για την ενθυλάκωση ασταθών και πτητικών αρωμάτων σε υαλώδη υποστρώματα υδατανθρακικής φύσης. Το κύριο πλεονέκτημα της τεχνικής αυτής είναι η επιμήκυνση του χρόνου συντήρησης των ευαίσθητων στην οξείδωση αρωμάτων, όπως των αιθέριων ελαίων των εσπεριδοειδών, γιατί τα αέρια της ατμόσφαιρας διαχέονται με πολύ βραδύ ρυθμό μέσω των υδρόφιλων, υαλωδών υποστρωμάτων, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός τείχους αδιαπέραστου στο οξυγόνο. Ειδικότερα, στην περίπτωση των αιθέριων ελαίων η επιμήκυνση του χρόνου συντήρησης μπορεί να φθάσει τα 5 χρόνια, σε σύγκριση με εκείνα που έχουν προκύψει με ξήρανση με εκνέφωση (διάρκεια ζωής 1 έτος) ή με τα ξηραινόμενα χωρίς την εφαρμογή μικροενθυλάκωσης έλαια (διάρκεια ζωής 6 μήνες).

Ρευστοποιημένη Στιβάδα (Fluidized Bed)Η τεχνική είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική στην εφαρμογή ενός ομοιόμορφου υλικού επικάλυψης πάνω σε στερεά σωματίδια. Είναι ενδιαφέρον να αναφερθεί ότι η τεχνική της ρευστοποιημένης στιβάδας είναι από τις λίγες τεχνικές μικροενθυλάκωσης που εξελίχθηκαν σε βάθος χρόνου, επιτρέποντας την επικάλυψη στερεών σωματιδίων με παντός είδους υλικά (πολυσακχαρίτες, γαλακτωματοποιητές, λίπη, πρωτεΐνες, πολύπλοκες ουσίες, εκχύλισμα ζυμομυκήτων, ουσίες που υπάρχουν στο εντερικό περιεχόμενο, κ.λπ.). Για αυτό και η ελεγχόμενη αποδέσμευση των βιοενεργών ουσιών είναι πιο επιτυχής, όταν για την ενθυλάκωσή τους χρησιμοποιείται η τεχνική αυτή. Ουσίες που ενθυλακώνονται με την τεχνική της ρευστοποιημένης στιβάδας είναι το ασκορβικό οξύ και διάφορα μέσα οξίνισης που χρησιμοποιούνται στα αλλαντικά και κρεατοσκευάσματα. Τέλος, σωματίδια που έχουν προκύψει μετά από ξήρανση με εκνέφωση μπορούν εκ νέου να καλυφθούν με εφαρμογή της τεχνικής αυτής, προκειμένου να αυξήσουμε την ανθεκτικότητά τους και να επιμηκύνουμε το χρόνο ζωής τους.

Μικροενθυλάκωση με Συγκατακρήμνιση (Coacervation Microencapsulation)

Η τεχνική αυτή είναι μοναδική και πολλά υποσχόμενη, χάρις στα πολύ υψηλά φορτία (άνω του 99%) που επιτυγχάνονται, αλλά και στην επίτευξη της ελεγχόμενης υπό συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας και μηχανικής πίεσης αποδέσμευση των βιοενεργών ουσιών. Η συγκατακρήμνιση εφαρμόζεται στην ενθυλάκωση αρωμάτων, μπορεί όμως να τροποποιηθεί κατάλληλα, ώστε να χρησιμοποιείται για την ενθυλάκωση συστατικών των ιχθυελαίων, ενζύμων, βιταμινών, συντηρητικών, κ.λπ. Ο σχεδιασμός της τεχνικής (απλής ή περίπλοκης) περιλαμβάνει την απομόνωση ενός ή περισσοτέρων υδροκολλοειδών από το αρχικό διάλυμα και την εν συνεχεία εναπόθεση των κατακρημνισμάτων υπό μορφή μεμβράνης γύρω από τη βιοδραστική ουσία που βρίσκεται υπό τη μορφή εναιωρήματος ή γαλακτώματος στο ίδιο μέσο. Το πιο σημαντικό από τα υδροκολλοειδή συστήματα που χρησιμοποιούνται στην τεχνική αυτή είναι το σύστημα ζελατίνης/τραγακανθικού κόμμεος. Υπάρχουν, όμως, και άλλα συστήματα υδροκολλοειδών με εξαιρετικές ιδιότητες, όπως η γλοιαδίνη, ο συνδυασμός ζελατίνης/ηπαρίνης, οι καραγεννάνες, η χιτοζάνη, η πρωτεΐνη της σόγιας, ο συνδυασμός ζελατίνης/καρβοξυμεθυλοκυτταρίνης, κ.λπ.

Μικροενθυλάκωση με Συγκατακρήμνιση (Coacervation Microencapsulation)

(Συνέχεια)

Μικροενθυλάκωση με Χρήση Υπερκρίσιμων Διαλυτών (RESS

Microencapsulation)

Η τεχνική αυτή στηρίζεται στην χρησιμοποίηση ενός υπερκρίσιμου διαλύτη που περιέχει και το υλικό επικάλυψης και το βιοενεργό συστατικό˙ στη συνέχεια, το διάλυμα διέρχεται μέσα από ένα μικρό στόμιο με την εφαρμογή κατάλληλης πίεσης. Η απότομη πτώση της πίεσης μετά την έξοδο του διαλύματος από το στόμιο οδηγεί σε μείωση της διαλυτότητας του υλικού επικάλυψης και στο σχηματισμό μεμβράνης από το υλικό επικάλυψης γύρω από το βιοενεργό συστατικό.

Χρησιμοποίηση της ΜικροενθυλάκωσηςΗ μικροενθυλάκωση χρησιμοποιείται στην προστασία και ενσωμάτωση στα τρόφιμα: φαινολικών ουσιών με αντιοξειδωτική και αντικαρκινική

δράση, όπως οι ελλαγιταννίνες και οι ανθοκυάνες που περιέχονται στα βατόμουρα και στα σταφύλια, αντίστοιχα,

ενζύμων και πρωτεϊνικών μορίων με θεραπευτική δράση που αποδομούνται εύκολα στον στόμαχο και στο λεπτό έντερο,

βιταμινών και πρόσθετων ουσιών τροφίμων, όπως οι αρωματικές ουσίες, που καταστρέφονται λόγω της επεξεργασίας των τροφίμων,

προβιοτικών, όπως ο Lactobacillus acidophilus, τα Bifidobacterium longum και Bifidobacterium pseudolongum, και το Bifidobacterium breve,

πρεβιοτικών ουσιών, δηλ. ουσιών που συμβάλλουν στην ανάπτυξη των προβιοτικών βακτηρίων,

διαιτητικών ινών, και φυτοχημικών ουσιών.

Πλεονεκτήματα της Μικροενθυλάκωσης

Η μικροενθυλάκωση βοηθάει στην επίλυση τεχνικών προβλημάτων στη βιομηχανία τροφίμων, μεταξύ των οποίων: Της απώλειας της λειτουργικότητας ενός τρόφιμου κατά την επεξεργασία, την

αποθήκευση και τη διακίνηση. Της έλλειψης συμβατότητας μεταξύ του λειτουργικού συστατικού και του

υποστρώματος, κάτι σύνηθες στην περίπτωση ενσωμάτωσης λιποδιαλυτών βιταμινών σε τρόφιμα με υψηλή περιεκτικότητα σε νερό.

Της ανάπτυξης ανεπιθύμητων ή παράξενων οσμών λόγω της διάσπασης του βιοενεργού συστατικού, όπως συμβαίνει στην περίπτωση των ευαίσθητων στην τάγγιση ιχθυελαίων.

Του ελέγχου της τροποποίησης της δομής του τρόφιμου, ως συνέπεια του προστιθέμενου συστατικού, προκειμένου να επιτευχθεί η παρασκευή του προϊόντος από εμπορική άποψη.

Της ανάγκης προσαρμογής της γραμμής παραγωγής για την ενσωμάτωση ενός νέου συστατικού, κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε πλήρη μεταβολή των παραμέτρων που εμπλέκονται στη διαδικασία.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ1. Champagne, P.C., and Fustier, P. (2007), Microencapsulation for the improved delivery of bioactive compounds into foods.

Current Opinion in Biotechnology 18, 184 – 190.2. Gouin S. (2004), Microencapsulation: industrial appraisal of existing technologies. Trends in Food Science and Technology

15, 330 - 347.3. Hambleton, A., Debeaufort F., Beney, L., Karbowiak, T., and Voilley, A. (2008), Protection of active aroma compound against

moisture and oxygen by encapsulation in biopolymeric emulsion based edible films. Biomacromolecules 9, 1058 – 1063.4. Hsieh, W.C., Lu, W.C., Hsieh, C.W., Huang, P.Y, Lai, H.C, and Ko, C.W. (2009), Improvement of the stability of nattokinase

using γ – polyglutamic acid as a coating material for microencapsulation. LWT – Food Science and Technology 42, 144 – 149.5. Jafari, M.S., Assadpoor, E., He, Y., and Bandari, B. (2008), Encapsulation efficiency of food flavors and oils during spray

drying. Drying Technology 26, 816 – 835.6. Kim, S., Cho, Y.S., Kim, H.S., Song, O., Shin, I., Cha, S.D., and Park, J.H. (2008), Effect of microencapsulation on viability and

other characteristics of Lactobacillus acidophilus ATCC 43121. LWT 41, 493 – 500. 7. Laine, P., Kylli, P., Heinoven, M., and Jouppila K. (2008), Storage stability of microencapsulated cloudberry (Rubus

chamaemorus) phenolics. Journal of Agricultural and Food Chemistry 58, 11251 – 11261.8. Lambert, M.J, Weinbreck, F., and Kleerebezem, M. (2008), In vitro analysis of protection of the enzyme bile salt hydrolase

against enteric conditions by whey protein – gum arabic microencapsulation. Journal of Agricultural and Food Chemistry 56, 8360 – 8364.

9. Lopez – Rubio, A., Gavara, R., Lagaron, M.J. (2006), Bioactive packaging: turning foods into healthier foods. Trends in Food Science and Technology 17, 567 – 575.

ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ!!!