Aromaların ve Bileşenlerin Enkapsülasyonu

Giriş

Aromalar ilaç, kimya, kozmetik ve gıda gibi farklı endüstrilerde kullanılan hassas ve pahalı katkı maddeleridir. Son yıllarda, bu aromalar ve aktif bileşenler oksidasyona karşı koruma, lezzet kaybı, tat maskeleme, kontrollü salım veya daha iyi ürün kullanımı gibi çeşitli amaçlarla polimerik bir matris içinde kapsüllenmiştir.

Olası matris polimerleri arasında nişasta, farklı şekerler, selüloz türevleri, lipidler, proteinler ve özel kauçuklar bulunmaktadır. En büyük paylar tabii ki nişasta ve şekerlere aittir. Aromaları kapsüllemenin geleneksel yöntemi kesikli prosese dayanır, ancak çift vidalı eriyik ekstrüzyon ile geliştirilebilir.

Geleneksel Süreç

Polimerler su ilavesiyle eritilir. Daha sonra aromalar veya aktif bileşenler eklenir ve kuvvetli yoğurma ile karıştırılır. Formülasyona bağlı olarak, fazla suyun vakum altında uzaklaştırılması gerekebilir. Daha sonra, eriyik bir plaka olarak dökülür ve soğutulur.

Bu işlem çok zahmetli ve zaman alıcıdır. Ayrıca, gerekli malzeme miktarı esnek değildir çünkü parti mikserinin boyutuna göre önceden belirlenir. Aromaların enkapsülasyonu için kullanılan bir diğer popüler geleneksel yöntem de sprey kurutmadır. Bu karmaşık ve sürekli prosesin bir dezavantajı, yüksek proses sıcaklıkları nedeniyle aromaların ve aktif bileşenlerin kaybolmasıdır. Malzemeler oksitlenebilir, daha kısa raf ömrüne sahip olabilir ve hatta bazı malzemeler için patlamaya karşı koruma önlemlerinin alınması gerekebilir. Bu proseste kurutma için yüksek enerji tüketimi de prosesi ekonomik açıdan daha az elverişli hale getirmektedir.

Şekil 1: Thermo Scientific Process 11 “Hijyenik” Paralel Çift Vidalı Ekstrüder.

Çift vidalı eriyik ekstrüzyon kullanarak enkapsülleme

Polimerler sıklıkla ekstrüderlerle işlenir, bu nedenle bu teknolojiyi aromaların kapsüllenmesi için genişletmek bariz bir seçimdir. Çift vidalı bir ekstrüderde dağıtıcı ve dispersif karıştırmanın esnek kombinasyonu, aromaların sürekli kapsüllenmesi için mükemmel şekilde uygundur.

Çift vidalı ekstrüder, sıcaklığın varil bölgeleri boyunca değiştirilmesine izin verir ve sadece kapsülleme işlemi için gereken miktarda kesme ve termal enerjiyi indüklemek için modüler bir vida tasarımına sahiptir. Bu, hassas malzemelerin istenmeyen şekilde bozulmasını önler.

Ekstrüderin besleme bölümünde (bkz. Şekil 2; malzeme sağdan sola doğru akar) polimer matris malzemesi ölçülür ve ilk karıştırma bölgesine iletilir. Isı ve kesme nedeniyle polimer homojen bir eriyik haline dönüşür. İkincil besleme bölgesinde, aroma bir sıvı besleme pompası kullanılarak eklenir.

Bir başka karıştırma bölgesinde, aroma artık polimer matrisine dağılır ve eşit olarak dağıtılır. Ekstrüderin sonunda numune basıncı arttırılarak bileşik bir kalıptan geçirilir ve çok sayıda küçük iplikçikler halinde şekillendirilir, bunlar daha sonra bir yüz kesim peletleyicinin döner bıçağı tarafından doğrudan ince peletler halinde kesilir. Diğer bir seçenek ise eriyiği doğrudan donduran ve malzemeyi pullar halinde şekillendiren soğuk rulolara ekstrüde etmektir.

Thermo Scientific Process 11 “Hijyenik” Ekstrüder, kapsülleme prosesini laboratuvar ölçeğinde test etmek için ideal bir cihazdır, çünkü aşağıdaki avantajları bir araya getirir
tam işlevselliğine sahip kompakt bir tezgâh üstü ekstrüder bir üretim kurulumu. Modüler tasarımı, ekstrüder kovanının ve vidaların uygulama ve ürün ihtiyaçlarına göre en uygun şekilde ayarlanmasını sağlar. Ürünle temas eden tüm parçalar paslanmaz, hijyenik sınıf çelikten yapılmıştır.

Gıda ürünleri genellikle su bazlı deterjanlarla temizlendiğinden, yüksek kaliteli çelik, normalde polimer proseslerinde kullanılan normal ekstrüderlere göre bir avantaj sağlar.

Test ekipmanları

• Ekstrüzyon sistemi: Process 11 “Hijyenik” Ekstrüder
• Soğutma sirkülatörü: Polar Serisi Accel 500 LC
  Devridaim Soğutucular
• Ön karışım için besleyici: Process 11 Ekstrüder için Gravimetrik MiniTwin MT0
• Sıvı için besleyici: Masterflex® P/S Pompa Sistemleri
• Aşağı akış sistemi: Yüz kesim peletleyici

Bir aromanın şeker matrisi içinde kapsüllenmesi için Process 11 “Hijyenik” ekipman kurulumu, şekerin gravimetrik çift vidalı besleyici ile ekstrüderin soğutulmuş ilk besleme bölgesine ölçüleceği şekilde tasarlanmıştır. Şeker daha sonra ekstrüder vidası tarafından ilk karıştırma bölgesine taşınmıştır. Burada şeker, yoğurma elemanları tarafından üretilen kesme ve ısı nedeniyle erimiştir. Bu yoğurma elemanlarını taşıma vidası elemanları takip ediyordu. Birlikte dönen çift vidalı ekstrüderde taşıma elemanları tamamen dolu değildir ve eriyik basınçlı değildir. Sonuç olarak ekstrüder tekrar açılabilir ve Masterflex P/S peristaltik pompa ile erimiş şekere aroma eklenebilir.

Taşıma helezonu elemanları daha sonra karışımı, aromanın şeker matrisinde dağıldığı ve eşit olarak dağıtıldığı iki müteakip karıştırma bölümüne taşıdı. Ekstrüderin sonunda basınç arttırılmış ve nihai bileşik kalıp kafasından yüz kesim peletleyiciye doğru preslenmiştir. Nihai ürünün tasarlanması Şekil 3, yüzü kesilmiş peletleyicinin siklonunda soğutulduktan sonra toplanan nihai ürünü göstermektedir.

Nihai ürünün tasarlanması

Şekil 3, yüz kesim peletleyicinin siklonunda soğutulduktan sonra toplanan nihai ürünü göstermektedir. Proses ekstrüder üzerinde geliştirildikten sonra, çok farklı şekilli malzeme elde etmek için aşağı akış aksesuarlarının değiştirilmesi kolaydır. Şekil 4’te aynı proseste yüz kesme peletleyici yerine bir soğutma silindiri (bkz. Şekil 5) kullanılarak üretilen pullar gösterilmektedir. Ekstrüderden çıkan erimiş malzeme sıkıştırılır ve sıcaklık kontrollü iki merdane arasında soğutularak ince bir tabaka haline getirilir. Soğutulan tabaka daha sonra chill-roll’un ucundaki bir kibbler cihazı tarafından pullara ayrılır.

Şekil 2: Çift vidalı ekstrüzyon şeması.

Şekil 3: Enkapsüle ürün – peletlenmiş.

Şekil 4: Enkapsüle ürün – pul pul.

Sonuç

Aromaların ve bileşenlerin bir şeker veya polimerik matris içine enkapsülasyonu için çift vidalı ekstrüderlerin kullanılması geleneksel proseslere göre çeşitli avantajlar sunmaktadır. Ekstrüder doğası gereği sürekli çalışan bir araçtır, bu nedenle son ürün miktarı çalışma süresine göre belirlenir ve geleneksel kesikli işlemde olduğu gibi farklı boyutlarda üretim ekipmanı ile adaptasyon gerektirmez. Enerjiye aç sprey kurutma prosesi ile karşılaştırıldığında, ekstrüzyon daha ılımlı proses koşullarına sahiptir ve ürünün denatürasyon riskini azaltır. Son olarak, aşağı akış ekipmanının seçimi (yüz kesim peletleme veya soğuk rulo), uygulamaya özel son ürünlerin gerektiği gibi üretilmesine yardımcı olabilir.

Şekil 5: Chill-rollü kibble

Kaynak: https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/MSD/Application-Notes/LR76-encapsulation-flavors-ingredient-using-twin-screw-extruder.pdf