چکیده

امولسیون هاي چندگانه یک نوع سیستم پیچیده چند فازي هستند که در آن هر دو امولسیون روغن در آب و آب در روغن به طور همزمان وجود دارند، از این رو این سیستم ها به عنوان امولسیونهاي دوگانه (DES) هم نامیده می شوند. امولسیون هاي چندگانه عبارتند از: (۱ روغن در آب در روغن (O/W/O) که ازگویچه هاي پراکنده آب حاوي قطرات کوچکتر روغن تشکیل شده اند که در یک فاز روغن پراکنده شده اند.(۲ آب در روغن در آب (W/O/W) شامل امولسیون آب در روغن (W/O) است که به صورت قطراتی در یک فاز آبی پراکنده شده اند. براي تشکیل این امولسیون ها حضور حداقل دو سورفکتانت مورد نیاز است.روش هاي مختلف تولید امولسیون هاي چندگانه شامل: روش دومرحله اي، روش فاز معکوس و روش غشایی می باشند. از امولسیون هاي دوگانه می توان در انکپسولاسیون ویتامین ها و مواد معدنی، رها سازي عطر و طعم و تولید غذاهاي کم کالري به عنوان مثال سس کم چرب استفاده کرد. در این مقاله ساختار و روشهاي آماده سازي و کاربرد امولسیون هاي چندگانه در صنایع غذایی مورد بررسی قرار می گیرد.

واژه هاي کلیدي: امولسیون چندگانه، روشها، کاربردها

مقدمه

امولسیون هاي چندگانه اولین بار در سال ۱۹۲۴ توسط سیفریز (Seifriz) مطرح شدند.[۱] امولسیون هاي چندگانه سیستم هاي چند فازي هستند که در آن امولسیون روغن در آب (O/W) و آب در روغن (W/O) هردو وجود داشته باشند، به طوري که در آن گویچه هاي فاز پراکنده خود حاوي قطرات کوچکتر پراکنده باشند۲]،.[۳ این کار به وسیله دوبار امولسیون کردن انجام می گیرد از این رو این سیستم ها به عنوان امولسیون دوگانه یا امولسیون در امولسیون هم نامیده می شوند، همچنین سیستم هاي غشاء مایع یا فیلم مایع هم نامیده می شوند که فازهاي مایع را جدا می کنند و همانند یک فیلم نازك نیمه تراوا عمل می کنند که از طریق آن محلول باید در جهت عرضی از یک فاز به فاز دیگر انتشار یابد. امولسیون هاي آب در روغن در آب شامل ذرات کوچک پراکنده آب (W) داخل گویچه هاي چربی (O) هستند که خود در یک فاز آبی پیوسته (W) پراکنده شده اند. بنابراین یک سیستم W/O/W شامل سه فاز : دوفاز آبییکی( داخلی و دیگري خارجی و عموماً با ترکیبات مختلف) و
یک فاز چربی که بین آنها قرار گرفته است و به وسیله سورفکتانت هاي (Surfactants) چربی دوست (Lipophilic) و آب دوست (Hydrophilic) تثبیت می شوند. یکی از آنها عمدتاً براي تثبیت امولسیون اولیه W/O، چربی دوست است و دیگري براي تثبیت امولسیون ثانویهO/W، آبدوست است. امولسیون چندگانه روغن در آب در روغن (O/W/O) حاوي یک فازداخلی روغن در یک فاز آبی و یک فاز خارجی روغن است (شکل .(۱ ابتدا فاز داخلی روغن در آب براي تشکیل یک امولسیون روغن در آب (O/W) پراکنده می شود، سپس امولسیون O/W در فاز خارجی روغن به صورت امولسیون چندگانه O/W/O پراکنده می شود. متداولترین نوع آن، امولسیون W/O/W می باشد، اما امولسیون O/W/O نیز می تواند براي کاربردهاي خاصی مورد استفاده قرار گیرد۵]،۴،.[۳

شکل-۱ طرح شماتیک امولسیون هاي چندگانه

امولسیون هاي چندگانه از لحاظ ترمودینامیکی ناپایدارند، براي تشکیل چنین امولسیونهایی حضور حداقل دو سورفکتانت مورد نیاز است، آنها اغلب با استفاده از ترکیبی از سورفاکتانت هاي آبدوست و آبگریز تثبیت شده اند که نسبت این سورفکتانت ها در دستیابی به امولسیونهاي چندگانه پایدار مهم است. به وسیله میکروسکوپ نوري، امولسیون هاي چندگانه به سه دسته تقسیم می شوند:.۱درشت (قطر بیش از۳ میکرومتر)، .۲متوسط (قطر۱-۳ میکرومتر)، .۳میکروامولسیون هاي چندگانه (قطر کمتر از ۱میکرومتر.

خواص ساختاري امولسیون هاي چندگانه منجر به آزادسازي کنترل شده یک جزء از فاز داخلی به فاز خارجی می شود که زمینه کاربردهاي پزشکی، داروسازي، آرایشی، صنعتی و غذایی را فراهم می کند.کاربردهاي امولسیونهاي W/O/W برپایه غذایی شامل: بهبود میزان چربی، انکپسولاسیون ترکیبات زیست فعال مانند مواد معدنی، کاروتنوئیدها، ویتامین ها ، میکروارگانیسم ها، لاکتوفرین ، ترکیبات فنلی ، اسیدهاي آمینه و روغن ها و کاهش میزان سدیم است ۶]،.[۳

آماده سازي امولسیون هاي چندگانه

روش هاي مختلف مورد استفاده براي تهیه امولسیون هاي چندگانه شامل : روش دومرحله اي، روش فاز معکوس و روش غشایی می باشند:
روش دومرحله اي

امولسیون هاي چندگانه W/O/W یا O/W/O،عموماً با استفاده از روش دو مرحله اي تهیه می شوند، که به وسیله ماتسوموتو (Matsumoto) و همکارانش براي امولسیون W/O/W گزارش شد. این روش شامل امولسیون کردن مجدد امولسیون اولیه W/O یا O/W با استفاده از یک عامل امولسیفایر مناسب است. ابتدا امولسیون اولیه W/O با استفاده از آب و محلول سورفاکتانت HLB پایین در روغن آماده می شود. در مرحله دوم، امولسیون اولیه W/O دوباره در یک محلول آبی با سورفاکتانت HLB بالا براي تولید یک امولسیون چندگانه W/O/W امولسیفیه می شود (شکل.(۲ شرایط همگن سازي در مورد امولسیون اولیه W/O انرژي بیشتري نیاز دارد، در حالی که مرحله دوم با نیروي برش کمتري، به منظور جلوگیري از هم پاشیدگی قطرات داخلی W/O انجام می شود۸]،.[۷

نوع و غلظت سورفاکتانت ها بر ویژگی هاي امولسیون اولیه و چندگانه تاثیر می گذارند. امولسیفایر چربی دوست مختلفی براي تشکیل امولسیون اولیه W/O استفاده می شوند، اما پلی گلیسرول- پلی ریسینولئات E476)،(PGPR به مراتب بیشتر مورد

شکل-۲روش دومرحله اي تهیه امولسیون چندگانهW/O/W

استفاده قرار می گیرد. اگر چه PGPR ظاهراً مؤثرترین امولسیفایر آب دوست است، استفاده از آن براي بسیاري از کاربردهاي غذایی باید تنظیم شده و محدود باشد. از آنجایی که اگر بیش از ۵٪ اضافه شود باعث یک طعم و مزه ناخوشایند می گردد، تمایل به کاهش استفاده از آن و جایگزینی PGPR با دیگر مواد برپایه غذایی است که دو گزینه براي این منظور ارزیابی شده اند: استفاده از ماکرومولکولی هاي مختلف ( پروتئین ها و یا پلی ساکاریدها ) در فاز آبی داخلی براي جایگزینی نسبی PGPR، یا جایگزینی PGPR توسط امولسیوفایرهاي طبیعی (مانند لسیتین ۱](،۸،[۹

ماهیت و غلظت امولسیفایرها بر خواص امولسیون W/O/W اثر می گذارند، انواع مختلفی از پروتئین هاي غذایی امولسیون کننده براي این منظور به کار می روند از قبیل: پروتئین هاي آب پنیر، کازئینات سدیم و همچنین برخی از امولسیون هاي هیدروکلوئیدي مانند صمغ عربی، صمغ زانتان، نشاسته اصلاح شده، پلی ساکارید هاي محلول مختلف ( پکتین، آلژینات، ژلان ، و غیره ) که به عنوان عوامل تثبیت کننده در فاز آبی خارجی اضافه شده اند باعث غلبه بر مشکل ناپایداري در امولسیون چندگانه می شوند.[۱] ترکیبات پروتئین-پلی ساکارید ( تهیه شده توسط حرارت کنترل شده ) مانند کازئینات-دکستران نیز به عنوان عوامل امولسیون کننده آب دوست ثانویه استفاده شده اند۱۱]،.[۱۰

روش فاز معکوس

اساس این روش آماده سازي امولسیون دوگانه W/O/W شامل همزدن شدید مکانیکی فاز آبی حاوي امولسیون هیدروفیلیک و فاز روغن حاوي مقدار زیادي سورفکتانت هیدروفوبیک است که افزایش غلظت حجم فاز پراکنده سرانجام منجر به تشکیل امولسیون چندگانه می شود . این روش به طور معمول شامل اضافه کردن یک فاز آبی حاوي امولسیفایر هیدروفیل به یک فاز روغن حاوي امولسیفایر چربی دوست است. حجم مناسبی از فاز روغن، در ظرف مخلوط کن قرار می گیرد. سپس در حالی که مخلوط کن به طور پیوسته در ۸۸ دور در دقیقه در دماي اتاق می چرخد یک محلول آبی از امولسیفایر به صورت پی در پی به میزان ۵ میلی لیتر در دقیقه به فاز روغن اضافه می گردد، هنگامی که کسر حجمی محلول آبی داراي امولسیفایر آبدوست به بیش از ۰٫۷ برسد، فاز پیوسته روغن به وسیله فاز آبی داراي تعدادي از گویچه هاي وزیکولی در میان قطرات ساده روغن جایگزین می شود که منجر به فاز معکوس و تشکیل امولسیون چندگانه W/O/W می گردد( شکل۱۲](۳،.[۱۳
روش غشائی

در این روش ، یک امولسیون ) W/O فاز پراکنده ) به داخل فاز آبی خارجی ( فاز پیوسته ) با فشار ثابت از میان یک غشاء متخلخل شیشه اي ، که باید منافذش یکنواخت و کنترل شده باشد عبور داده می شود. در این روش از نیروهاي برشی کم براي تولید امولسیون ها استفاده می کنند. اندازه ذرات امولسیون W/O/W را می توان با انتخاب مناسب از غشاء شیشه اي متخلخل کنترل کرد. اساس این روش استفاده از غشاء شیشه اي با منافذ بسیار ریز باریک است، فازپخش شونده از میان منافذ غشاء عبور داده می شود (شکل۶](۴،۱۴،. [۱۵