BÁO CÁO CÁC ỨNG DỤNG CỦA SẤY PHUN TRONG VI BAO CÁC THÀNH PHẦN THỰC PHẨM

Tài liệu tham khảo...28TỔNG QUAN: CÁC ỨNG DỤNG CỦA SẤY PHUN TRONG VI BAO CÁC THÀNH PHẦN THỰC PHẨM Adem Gharsallaoui *, Gae ¨ lle Roudaut, Odile Chambin, Andre 'e Voilley, Re'mi SaurelEau

NHÓM 3:

1 Nguy n H ng Giang ễn Hồng Giang ồng Giang 11116019

2 Phan Th Cao Nguyên ị Cao Nguyên 11116046

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

MỤC LỤC

1 Giới thiệu: 2

2 Sấy phun: tóm tắt một số đặc điểm kỹ thuật 5

2.1 Sương 5

2.2 Sự tiếp xúc giữa giọt và không khí nóng 6

2.3 Sự bốc hơi của giọt nước: 6

2.4 Sấy sản phẩm ẩm bằng cách tách không khí 7

3 Sấy phun một quy trình cho vi bao 9

3.1 Các bước trong kĩ thuật vi bao 9

3.2 Điều kiện họat động 10

4 Kĩ thuật vi bao sử dụng phương pháp sấy phun: Vật liệu bao được sử dụng? 13

4.1 Những đòi hỏi về tính chất của vật liệu bao 14

4.2 Lựa chọn vật liệu bao 15

4.3 Vật liệu bao thông dụng nhất 17

4.3.1 Carbohydrate 17

4.3.2 Gums 19

4.3.3 Proteins 21

4.4 Một số ví dụ về các thành phần thực phẩm vi bao của sấy phun 23

4.4.1 Hương liệu 23

4.4.2 Chất béo và dầu 24

4.4.3 Thành phần thực phẩm khác 26

5 Kết luận 27

Lời cảm ơn 27

Tài liệu tham khảo 28

TỔNG QUAN: CÁC ỨNG DỤNG CỦA SẤY PHUN TRONG VI BAO CÁC

THÀNH PHẦN THỰC PHẨM

Adem Gharsallaoui *, Gae ¨ lle Roudaut, Odile Chambin, Andre 'e Voilley, Re'mi SaurelEau, Mole'cules Actives, Macromole'cules, Activite (EMMA), ENSBANA, Trường Đạihọc 'de Bourgogne, 1 Esplanade Erasme, 21000 Dijon, Pháp đã nhận vào ngày 02 tháng 3

năm 2007, chấp nhận ngày 21 tháng 7 năm 2007

Tóm tắt

Quá trình sấy phun đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ để đóng gói các thành phầnthực phẩm như hương liệu, chất béo và carotenoid Trong suốt quá trình sấy khô, sự bay hơicủa dung môi, nhiều nhất là nước, nhanh và ngậm hợp chất liên quan xảy ra gần như ngaylập tức Với đặc tính này đặt ra yêu cầu kiểm tra nghiêm ngặt các vật liệu đóng gói được sửdụng để tối ưu hóa các điều kiện hoạt động Tương tự như vậy, nếu các hợp chất đóng gói cótính chất kỵ nước, sự ổn định của nhũ tương thức ăn trước khi sấy khô cũng cần được xemxét Như vậy quá trình sấy phun vi bao được coi là một nghệ thuật hơn là một khoa học vìnhiều yếu tố để tối ưu hóa và sự phức tạp của nhiệt và hiện tượng chuyển khối lượng xảy ratrong quá trình hình thành vi bao Bài viết này báo cáo xử lý thông tin kỹ thuật chính đượccoi là hữu ích cho sự thành công của một hoạt động vi bao bằng sấy phun Bên cạnh đó, mộtbản tóm tắt của các vật liệu làm màng được sử dụng phổ biến nhất và các hợp chất thựcphẩm đóng gói chính được trình bày

1 Giới thiệu:

Nhờ các thành phần của vi bao, nhiều sản phẩm hiện nay có thể được coi là kỹ thuậtkhông khả thi Thành phần như vậy là hoàn toàn được bao bọc trong một vật liệu bao, qua đótrao đổi hữu ích hoặc loại bỏ các thứ không cần thiết đến hoặc từ thành phần ban đầu Vi baođược định nghĩa là một quá trình trong đó các hạt nhỏ hoặc giọt nước được bao quanh bởimột lớp phủ hoặc nhúng trong một chất nền đồng nhất hoặc không đồng nhất, cung cấp chocác vi nang với nhiều đặc tính hữu ích Vi bao có thể là rào cản vật lý giữa hợp chất lõi vàcác thành phần khác của sản phẩm Đặc biệt hơn là trong lĩnh vực thực phẩm, vi bao là một

kỹ thuật mà giọt chất lỏng, các hạt rắn hoặc các hợp chất khí đại diện cho một loại thựcphẩm được đặt vào màng mỏng của vi bao Hợp chất lõi có thể được bao gồm chỉ một hoặcmột số thành phần và màng có thể là một hoặc hai lớp Việc lưu giữ các lõi đã được điềuchỉnh chức năng hóa học của chúng, phân cực hòa tan và bay hơi của chúng Shahidi và Han(1993) đã đề xuất sáu lý do để vi bao áp dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm để giảmphản ứng chính với các yếu tố môi trường, giảm tốc độ truyền tải của vật liệu lõi với môitrường bên ngoài, để thúc đẩy xử lý dễ dàng hơn, để giảm tố lõi vật chất, mặt nạ hương liệulõi, và cuối cùng là pha loãng vật liệu lõi khi nó cần phải được sử dụng trong lượng rất nhỏ.Trong hình thức đơn giản là một quả cầu nhỏ thống nhất với một bức màng đồng xungquanh nó Các vật liệu bên trong vi nang được gọi như hạt nhân, giai đoạn nội bộ, hoặc lắpđầy, đôi khi màng được gọi là vỏ, sơn, màngvật liệu, hoặc màng Thực tế, lõi có thể đượcmột loại vật liệu tinh thể, một hạt hấp phụ ghồ ghề, một nhũ tương, hệ thống treo của chấtrắn, hoặc hệ thống treo trong một vi nang nhỏ hơn Vi bao thậm chí có thể có nhiều màng.Trong đánh giá này, chỉ có “lõi” và "màng" sẽ được sử dụng để tham khảo thành phần đónggói và đại lý đóng gói tương ứng

Hầu hết các vi nang là những quả cầu nhỏ với đường kính bao gồm giữa một vàimicromet và một vài milimet Tuy nhiên nhiều vi nang trùng với những quả cầu đơn giản.Trong thực tế cả kích thước và hình dạng của vi hạt được hình thành phụ thuộc vào vật liệu

và phương pháp được sử dụng để chuẩn bị cho chúng Các loại khác nhau của nang siêu nhỏđược sản xuất từ một hàng loạt các vật liệu làm màng(monome và / hoặc các polyme) và một

số lượng lớn các quy trình vi bao khác nhau như: phun khô, phun làm mát, xịt lạnh, lớp phủđình chỉ không khí, phun ra, ly tâm đùn, đông khô, coacervation, quay treo tách, đồng kết

tinh, ngậm liposome, tiếp giáp trùng hợp, bao gồm phân tử, (Desai & Park, Năm 2005;Gibbs, Kermasha, Alli & Mulligan, năm 1999; Gouin,2004; King, năm 1995; Shahidi &Han, 1993)

Tùy thuộc vào các tính chất lý hóa của lõi, thành phần màng và vi bao kỹ thuật được sửdụng, các loại hạt khác nhau thu được (Hình 1): vùng đơn giản được bao quanh bởi một lớpphủ có độ dày đồng nhất; hạt có chứa một lõi hình dạng không đều, một số hạt lõi nhúng vàotrong một ma trận liên tục của vật liệu bao; một số khác biệt lõi trong các viên nang và vinang có màng bao quanh

Hình 1 Hình thái của các loại viên nang siêu nhỏ (Gibbs et al., 1999).

Mặc dù được là một quá trình mất nước, phun khô có thể được sử dụng để đóng gói cáctài liệu đang hoạt động trong một chất nền bảo vệ được hình thành từ một loại polymer tanchảy (Dziezak, 1988) Mặc dù đã có nhiều kỹ thuật phát triển trong vi bao thành phần thựcphẩm, sấy phun là công nghệ phổ biến nhất được sử dụng trong ngành công nghiệp thựcphẩm do chi phí thấp và thiết bị có sẵn Vi bao phun khô đã được sử dụng thành công trongngành công nghiệp thực phẩm trong nhiều thập kỷ (Gouin, 2004) và quá trình này là mộttrong những phương pháp đóng gói lâu đời nhất được sử dụng kể từ năm 1930 để chuẩn bị

những hương liệu đóng gói đầu tiên sử dụng kẹo cao su và keo làm vật liệu bao (Shahidi &Han, 1993).

Mục tiêu của bài này là để xem xét trạng thái của nghệ thuật của vi bao thành phần thựcphẩm bằng cách sấy phun và trình bày thông tin về lý thuyết và thực hành cần thiết về quátrình này hiện nay Do đó văn bản này thảo luận về việc sử dụng phun khô cho kết thúc vibao từ bốn khía cạnh Đầu tiên nó tập trung vào một số khía cạnh lý thuyết của quá trình sấyphun Tiếp theo văn bản thảo luận về việc áp dụng phun khô vi bao thành phần thực phẩm.Phần thứ ba trình bày các tiêu chí cần thiết cho các đại lý đóng gói và mô tả một số vật liệulàm màng đã chứng minh hiệu quả đóng gói tốt Phần cuối cùng tóm tắt các ứng dụng quantrọng gần đây liên quan đến việc vi bao thành phần thực phẩm bằng cách sấy phun

2 Sấy phun: tóm tắt một số đặc điểm kỹ thuật

Sấy phun là một thao tác đơn vị mà trong đó một sản phẩm lỏng được phun khí nóng

để thu một loại bột ngay lập tức Khí thường được sử dụng là không khí hoặc hiếm hơn làmột khí trơ như nitơ Chất lỏng ban đầu cho vào bình phun có thể là một giải pháp, nhũtương hoặc tạm đình chỉ Sản xuất sấy phun phụ thuộc vào các nguyên liệu đầu vào và điềukiện hoạt động một loại bột rất mịn (10-50μm) m) hoặc các hạt có kích thước lớn (2-3 mm)

Giải pháp sấy phun loại bỏ nước là một kỹ thuật thực hành phổ biến Bằng cách giảmhàm lượng nước và hoạt độ nước, sấy phun thường được sử dụng trong ngành công nghiệpthực phẩm để đảm bảo sự ổn định vi sinh của sản phẩm, tránh nguy cơ giảm sút hóa chấthoặc sinh học, giảm việc lưu trữ và chi phí vận chuyển và cuối cùng có được một sản phẩmvới những đặc tính cụ thể như độ hòa tan ngay lập tức Quá trình sấy phun đã được phát triển

và kết nối với việc sản xuất sữa khô Tuy nhiên khi sữa được sấy phun, quá trình này có thểđược xem như là kĩ thuật vi bao, chất béo trong sữa được bảo vệ để chống lại quá trình oxyhóa bởi một vật liệu bao kết hợp giữa lactose và protein sữa Trong hỗn hợp này cáccarbohydrate cung cấp cấu trúc thông qua hình thành thủy tinh trong khi các protein cungcấp nhũ tương hóa và hình thành màng chất

Chúng tôi trình bày trong phần này một số thông tin cơ bản liên quan đến quá trìnhsấy phun và đặc biệt chúng tôi nghĩ rằng kiến thức của những nhận xét này là rất quan trọng

để thực hiện quá trình vi bao sấy phun

và khối lượng Sự lựa chọn theo cấu hình phun phụ thuộc vào tính chất, độ nhớt của thức ăn

và các đặc tính mong muốn của sản phẩm khô Năng lượng cung cấp là cao hơn, các giọtnước được hình thành mịn hơn Đối với các nguồn năng lượng như nhau, kích thước của cáchạt được hình thành tăng lên cùng với tốc độ cấp nguyên liệu.Tuy nhiên kích thước của cáchạt tăng lên khi cả độ nhớt và sức căng bề mặt của chất lỏng ban đầu cao Một số loại máyphun như hơi nước, ly tâm và những chất đồng nhất đã được mô tả bởi Bowen (1938)

4 Sự tiếp xúc giữa giọt và không khí nóng

Tiếp xúc này diễn ra trong sương và bắt đầu giai đoạn sấy khô Theo “người đặt vàochế tạo nguyên tử” so với rải khí nóng, người ta có thể phân biệt được sấy xuôi dòng và quátrình ngược dòng Trong quá trình sấy xuôi dòng, chất lỏng được phun trong cùng mộthướng như dòng chảy của không khí nóng qua bộ máy, không khí nóng đầu vào có nhiệt độthường 150-220C thì bốc hơi xảy ra ngay lập tức (Fleming, 1921) và bột khô sẽ được tiếp xúcđến nhiệt độ trung bình (thường là 50-80oC) mà hạn chế sự giảm sút nhiệt Trong khi đótrong quá trình sấy khô ngược, chất lỏng được phun ngược lại hướng của dòng chảy củakhông khí nóng và cho sản phẩm khô này tiếp xúc với nhiệt độ cao làm hạn chế các ứngdụng của quá trình này cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt Tuy nhiên lợi thế chính củaquá trình ngược dòng là nó được coi là kinh tế về năng lượng tiêu thụ

5 Sự bốc hơi của giọt nước:

Vào thời điểm các giọt tiếp xúc với không khí nóng cân bằng nhiệt và áp xuất hơiđược thiết lập giữa pha lỏng và khí Vì vậy đối với các sản phẩm truyền nhiệt được thực hiện

từ trên không như là một kết quả của sự khác biệt nhiệt độ trong khi sự chuyển nước đượcthực hiện theo hướng ngược lại do chênh lệch áp suất hơi

Dựa trên lý thuyết cơ bản của quá trình sấy ba bước kế tiếp có thể phân biệt được Chỉ saukhi chất lỏng tiếp xúc không khí nóng, truyền nhiệt gây ra sự gia tăng nhiệt độ của giọt lên

đến một giá trị không đổi Giá trị này được định nghĩa là không khí làm khô ẩm nhiệt kế Sau

đó sự bay hơi của các giọt nước thực hiện ở nhiệt độ liên tục và áp suất hơi nước Tỷ lệkhuếch tán nước từ các giọt lõi đến bề mặt của nó thường được coi là liên tục và bằng với tỷ

lệ bốc hơi bề mặt Cuối cùng khi hàm lượng nước của các giọt đạt đến một giá trị giới hạn,một lớp vỏ khô được hình thành ở bề mặt giọt nước và tốc độ sấy nhanh chóng giảm theotiến trình trước sấy khô và trở nên phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán nước thông qua lớp vỏnày Quá trình sấy về mặt lý thuyết được kết thúc khi nhiệt độ hạt tương đương với nhiệt độkhông khí

Ba bước sau đây có thời lượng khác nhau tùy thuộc vào cả bản chất sản phẩm và nhiệt

độ không khí đầu vào Trong thực tế nếu nhiệt độ không khí đầu vào cao, lớp vỏ khô nhanhchóng tạo thành do mức độ bay hơi nước cao Do với bề mặt lớn tỷ lệ với bề mặt của các giọtnước phun mù nên việc sấy khô các giọt nước hình thành trong bầu không khí nóng là mộtquá trình rất nhanh chóng

Trong giai đoạn đầu khí nóng làm tăng nhiệt độ của giọt, thúc đẩy sự bay hơi của chấtlỏng trên bề mặt giọt nước và co rút tương ứng của giọt Sự di chuyển nhanh của nước trên

bề mặt giọt duy trì mức độ bốc hơi liên tục Tại một số điểm hạt lơ lửng tạo thành một mạngliên tục Ban đầu việc sử dụng sấy phun được ủng hộ như một phương pháp nhanh chóng đểsấy khô các hợp chất, cho thấy mức độ không thể chấp nhận được sự sua thoái khi sấy khôchậm hơn quá trình sấy khô cổ điển Thông thường thời gian sấy khô có thứ tự từ 5-100s(Corrigan, 1995) Tuy nhiên trong một hệ thống được thiết kế tốt trong 15-30s là thời gianhợp lí cho việc thông qua phun hạt trong vùng khô (Fogler & Kleinschmidt, 1938) Việc mô

tả cơ chế quá trình sấy phun tổng quát được đề xuất bởi Fleming (1921) vẫn còn giá trị.Trong thực tế tại thời điểm sự pha trộn của không khí với chất lỏng phun sương, quá trìnhsấy diễn ra gần như ngay lập tức và bay hơi với cường độ mạnh đang diễn ra trên bề mặt củamỗi giọt Sự bay hơi quá nhanh mà những giọt nhỏ vẫn được giữ mát cho đến khi đạt đượctrạng thái khô, điều này là do sự hấp thụ nhiệt trong quá trình bốc hơi chất lỏng Sau khi quátrình bay hơi đã ngừng, nhiệt độ của hạt tăng lên đến nhiệt độ chung của buồng sấy(Papadakis & King, 1988a)

6 Sấy sản phẩm ẩm bằng cách tách không khí

Sự tách biệt này thường được thực hiện thông qua một cyclone đặt bên ngoài máy sấy

để làm giảm thiệt hại sản phẩm trong không khí: các hạt dày đặc nhất được thu hồi tại các cơ

sở của buồng sấy trong khi những cái tốt nhất đi qua cyclon được tách ra từ ẩm không khí.Ngoài các cyclone máy sấy phun thường được trang bị cả bộ lọc, gọi là ''nhà túi” được sửdụng để lấy các bột tốt nhất và lọc khí hóa học để loại bỏ các bột còn lại hoặc bất kì chất gây

ô nhiễm bay hơi (ví dụ hương liệu) Bột thu được hình thành từ các hạt có nguồn gốc từ giọthình cầu sau thu hẹp lại Tùy thuộc vào thành phần nước và hàm lượng khí của giọt, các hạtnày có thể đặc hoặc rỗng (Bimbenet, Bonazzi, và Dumoulin, 2002) Việc sử dụng nhiều giaiđoạn máy sấy phun làm cho nó có thể tăng thời gian cư trú và làm giảm hạn chế nhiệt độsấyvì vậy dẫn đến biến tính nhiệt và cải thiện hiệu quả nhiệt (kJ cần thiết cho mỗi kg sảnphẩm khô) (Schuck, 2002) Hơn nữa việc kết hợp của một tầng sôi ở phía đầu ra máy sấylàm cho nó có thể kiểm soát tốt kích thước hạt hơn và để sản xuất bột có hàm lượng nước rấtthấp (Turchiuli et al., 2005) Khối lượng và nhiệt độ cân đối của một máy sấy phun đa tầngđược thực nghiệm, thành lập và tiêu thụ năng lượng cụ thể đã được nghiên cứu (Bimbenet etal., 2002)

Các thay đổi hình thái của hạt trong quá trình sấy phun được mô tả bởi Beltran, Chano-na-Pe'rez, Jime'nez-Aparicio, và Guite'rrez-Lopez (2005) Thay đổi kíchthước hạt và hình thái trong quá trình sấy phun có liên quan đến độ ẩm và nhiệt độ sấy.Những thay đổi này thường được mô tả bởi lý thuyết cổ điển của quá trình sấy Tuy nhiênmột phương pháp dựa trên phân tích hình ảnh của hạt maltodextrin ở những khoảng cáchkhác nhau theo chiều dọc từ các vòi phun đã được đề xuất (Alamilla-Beltran et al., 2005).Tính năng kỹ thuật sấy phun viên nang siêu nhỏ phụ thuộc chủ yếu vào sự tương tác hạt, hạtcho độ linh động và tương tác hạt lỏng cho khả năng thẩm ướt và tái phân tán

Alamilla-Do sự phức tạp của các bước sấy phun khác nhau , thiết kế máy sấy phun truyềnthống được dựa trên kinh nghiệm, thử nghiệm và báo lỗi, thí điểm quy mô công việc Tuynhiên sự phát triển mới trong Computational Fluid Dynamics (CFD) và đo kích thước giọt

có tác dụng quan trọng về thiết kế thiết bị cũng như nơi cư trú thời gian phân phối chức năngphương pháp (Paris, Ross, Dastur, và Morris, 1971) CFD được áp dụng trong sấy phun

thành phần thực phẩm (Langrish & Fletcher, 2001; Straatsma, Van Houwelingen, gen, và De Jong, 1999) để dự đoán giảm nhiệt, mất mùi, lắng đọng màng, và dính hạt Hơnnữa mô hình hóa hình thái các giọt (Lin & Gentry, 1999), sự hình thành hạt (Lin & Gentrynăm 1997; Teunou & Poncelet, 2005), vỏ hình giọt (Lin, Zhang, và Gentry, 2000), cũng nhưnhiệt độ không khí và độ ẩm tương đối (Papadakis & King, 1988b) trong quá trình sấy phunđược báo cáo Mô hình hóa các quá trình sấy phun là khó khăn vì số lượng lớn các thông sốcan thiệp trong quá trình chẳng hạn như biểu hiện của những giọt bay hơi, va chạm, tan vỡ,tích tụ nhiệt và khối lượng giữa các giọt nước và môi trường khô, trong số các yếu tố khác(Negiz, Lagergren, & C ¸ inar, 1995).

Steenber-7 Sấy phun như là một quy trình cho vi bao.

Sấy phun là kỹ thuật phổ biến nhất và rẻ nhất để sản xuất nguyên liệu thực phẩm được

vi bao Thiết bị luôn sẵn có và chi phí sản xuất thấp hơn so với hầu hết các phương phápkhác So với đóng băng khô, chi phí của phương pháp sấy phun rẻ hơn 30-50 lần (Desobry,Netto, và Labuza, 1997) Sấy phun được coi như một giải pháp cho các vấn đề sấy thôngthường bởi vì quá trình này thường được chứng minh không chỉ hiệu quả mà còn kinh tế(Thạc sĩ, 1968) Kinh tế của sấy phun đã được thảo luận bởi Quinn (1965) Tuy nhiên sấyphun được coi là một sự hao mòn dần năng lượng bởi vì nó là không thể sử dụng tất cả cácnhiệt đi qua buồng

8 Các bước trong kĩ thuật vi bao

Việc áp dụng quá trình sấy phun trong kĩ thuật vi bao bao gồm ba bước cơ bản(Dziezak, 1988): chuẩn bị phân tán hoặc nhũ tương để xử lý; đồng nhất sự phân tán và pháttán khối luợng các chất vào buồng sấy Tuy nhiên quan trọng nhất là giai đoạn thứ ba củaquá trình Shahidi và Han (1993) cho rằng kĩ thuật vi bao bằng phương pháp sấy phun baogồm bốn giai đoạn: chuẩn bị phân tán hoặc nhũ tương; đồng nhất sự phân tán; phát tán cácchất nhũ tương không đều và sự mất nước của các hạt mịn (sương mù)

Giai đoạn đầu tiên là sự hình thành nhũ tương mịn và bền vững của chất nền trong cácdung dịch huyền phù Hỗn hợp trước khi phun phải được chuẩn bị bằng cách phân tán chấtnền, thường có tính chất kỵ nước, với lớp vỏ mỏng là tác nhân giúp phân tán chất nền vàodung dịch Hệ phân tán phải được đun nóng và đồng nhất, có hoặc không việc bổ sung chất

tạo nhũ tùy thuộc vào chất nhũ hóa, đặc tính của vật liệu bao bởi vì một số chất hoạt động bềmặt có trong hệ Trong quá trình sấy phun, các giọt nhũ tương ban đầu theo thứ tự đườngkính 1-100 µm Trước khi sấy phun, các nhũ tương được hình thành phải ổn định trong mộtthời gian nhất định (Liu et al., 2001), giọt dầu phải rất nhỏ và độ nhớt đủ thấp để ngăn chặnkhông khí vào trong các hạt (Drusch, 2006) Việc sấy phun đối với nhũ tương có độ nhớt và

sự phân bố kích thước của các hạt có tác động lớn trong kĩ thuật vi bao Độ nhớt cao làm cảntrở quá trình phun, dẫn đến sự hình thành giọt kéo dài và lớn gây ảnh hưởng đến tốc độ sấy(Rosenberg, Kopelman, & Tanh, 1990) Việc giữ chất nền trong kĩ thuật vi bao bằng phươngpháp sấy phun bị ảnh hưởng bởi các thành phần, tính chất của nhũ tương và các điều kiệnsấy

Việc thu được nhũ tương dầu trong nước sau đó phun thành một luồng, không khí nóngcung cấp cho buồng sấy và sự bay hơi của dung môi, thường là nước, do đó dẫn đến sự hìnhthành của vi nang Như các hạt được phun rơi thông qua các môi trường khí, họ giả địnhhình dạng hình cầu với dầu được bọc trong dung dịch nước (Dziezak, 1988) Giải trình thờigian ngắn và sự bay hơi nhanh chóng của nước giữ cho nhiệt độ chất nền dưới 40oC, mặc dùnhiệt độ cao thường được sử dụng trong các quá trình (Dubernet & Benoit, 1986)

9 Điều kiện họat động

Để kĩ thuật vi bao đạt được hiệu quả tốt và ngay cả khi chất nền là thích hợp thì phải sửdụng phương pháp sấy phun ở điều kiện tối ưu Các yếu tố chính trong phương pháp sấyphun phải được tối ưu hóa Nghĩa là nhiệt độ chất nền, nhiệt độ khí vào và nhiệt độ đầu rakhông khí phải đạt tối ưu (Liu, Zhou, Zeng, & Âu) Trong thực tế nhiệt độ chất nền làm thayđổi độ nhớt của nhũ tương, tính lưu biến của nó do đó, hàm lượng của nó được đồng nhấtmột cách tương đối sau khi phun Khi nhiệt độ chất nền tăng, độ nhớt và kích thước giọtgiảm nhưng nhiệt độ cao có thể gây ra sự bay hơi hoặc biến tính của một số nguyên liệu nhạynhiệt Tỷ lệ chất nền giao cho người chế nguyên tử được điều chỉnh để đảm bảo rằng mỗigiọt sau khi phun đạt đến mức độ khô mong muốn trước khi nó tiếp xúc với bề mặt củabuồng sấy Hơn nữa việc điều chỉnh nhiệt độ không khí đầu vào và tốc độ dòng chảy thíchhợp là yếu tố rất quan trọng (Zbicinski, Delag, Strumillo, & Adamiec, 2002) Trong thực tếnhiệt độ không khí đầu vào tỷ lệ thuận với tốc độ sấy và vi nang và hàm lượng nước cuối

cùng Khi nhiệt độ không khí đầu vào thấp, tốc độ bay hơi chậm gây ra sự hình thành của vinang với màng mật độ cao, hàm lượng nước cao, tính lưu biến giảm dẫn đến tích tụ hơinước Tuy nhiên nhiệt độ không khí đầu vào cao gây ra hiện tượng bay hơi đột ngột, kết quả

là các vết nứt gây ra trên màng bao sớm bi phá hủy, cùng với đó là sự tổn thất của các cấu tử

dễ bay hơi (Zakarian & King, 1982) Nhiệt độ không khí đầu vào thường được xác định bởihai yếu tố: nhiệt độ được sử dụng mà không làm hỏng sản phẩm hoặc vận hành tạo ra cácmối nguy hiểm và sự so sánh chi phí của các nguồn nhiệt (Fogler & Kleinschmidt, 1938).Nhiệt độ ở cuối vùng sấy còn được gọi là nhiệt độ bốc hơi hoặc nhiệt độ đầu ra khôngkhí thu được trong điều kiện nhất định có thể được xem như các thông số kiểm soát của máysấy Nó rất khó để dự đoán nhiệt độ đầu ra đối với sản phẩm cho trước vì nó phụ thuộc vàođặc điểm sấy của chất nền Khác với nhiệt độ đầu vào, nhiệt độ đầu ra không thể kiểm soáttrực tiếp vì nó phụ thuộc vào nhiệt độ khi vào buồng sấy và nhiệt độ đầu ra khỏi buồng Đốivới các thành phần thực phẩm chứa cấu tử hương sử dụng kĩ thuật vi bao nhiệt độ sấy đượcghi nhận là 50-80oC Bảng 1 tóm tắt điều kiện thí nghiệm gần đây đã được tối ưu hóa choviệc đóng gói các thành phần thực phẩm khác nhau bằng phương pháp sấy phun Các điềukiện sấy phun tốt nhất là một sự kết hợp giữa nhiệt độ không khí và nồng độ dung dịch cao,

và dễ dàng phát tán khi sấy mà không gây ra các vết nứt đến các hạt cuối cùng (Bimbenet etal., 2002)

Reineccius (1988) cho rằng sự mất mát lớn nhất của cấu tử dễ bay hơi trong kĩ thuật vibao bằng phương pháp sấy phun có thể diễn ra ở giai đoạn đầu của quá trình sấy, trước khi

sự hình thành của lớp vỏ trên bề mặt của các hạt đang sấy Tuy nhiên việc sử dụng của một

số hợp đặc biệt có thể làm thay đổi tính chất của vi nang trong quá trình sấy Thật vậy, việc

bổ sung lactose với hệ thống sản xuất protein-based để tăng cường lớp vỏ hình thành bằngcách cải thiện các tính chất sấy của lớp vỏ Điều này cho thấy việc tác động tích cực củalactose đã làm cho sự hình thành của một giai đoạn glass liên tục trong đó các chuỗi proteinđược phân tán (Rosenberg & Sheu, 1996)

Ngoài ra giai đoạn ly lactose làm tăng tính háo nước của bề mặt vật liệu bao và giới hạn sựkhuếch tán của dung môi thông qua lớp vỏ (Moreau & Rosenberg, 1996) Nó được dự kiếnrằng, sự biến tính nhiệt của protein sữa có ảnh hưởng đến các đặc tính nhũ hóa và các đặc

tính vi bao (Rosenberg & Sheu, 1996) Hiệu quả kĩ thuật vi bao có thể được tăng lên bằng

cách tăng màng giải pháp tập trung chất rắn có thể được liên quan ảnh hưởng của nồng độ

chất rắn màng trên sự hình thành lõi bề mặt trước khi sự hình thành của lớp vỏ xung quanh

giọt sấy (Young, Sarda, và Rosenberg, 1993) Hạn chế chính của kỹ thuật sấy phun trong kĩ

thuật vi bao là số lượng vật liệu bao của chất nền thường không có sẵn và khả năng hòa tan

tốt trong nước

Bảng 1: Điều kiện thí nghiệm tối ưu cho việc đóng gói của một số nguyên liệu thực phẩm

khác nhau bằng cách sấy phun

Nguyên liệu đóng gói Vật liệu bao Tchấtnền

(oC)

Tvào (oC) Tra (oC) Tài liệu tham khảo

Anhydrous milk fat Whey proteins/lactose 50 160 80 Young et al (1993)Ethyl butyrate ethyl

caprylate

Whey proteins/lactose 5 160 80 Rosenberg and

Sheu(1996)Oregano, citronella and

marjoram flavors

Whey proteins/milk proteins NR 185-195 85-95 Baranauskiene´ et

al.(2006)Soya oil Sodium caseinate/carbohydrates NR 180 95 Hogan et al (2001)Calcium citrate calcium

(2006)Cardamom essential oi Mesquite gum Room

T

195-205 105-115 Beristain et al

(2001)ArachidonylL-

ascorbate

Maltodextrin/gum arabic/soybeanpolysaccharides

NR 200 100-110 Watanabe et al

(2004)Cardamom oleoresin Gum arabic/modified starch/ NR 176-180 115-125 Krishnan et al

maltodextrin (2005)Bixin Gum arabic/maltodextrin/sucrose Room

T

180 130 Barbosa et al

(2005)D-Limonene Gum arabic/

maltodextrin/modifiedstarch

NR 200 100-120 Soottitantawat et

al (2005a)

L-Menthol Gum arabic/modified starch NR 180 95-105 Soottitantawat et

al (2005b)Black pepper oleoresin Gum arabic/modified starch NR 176-180 105-115 Shaikh et al (2006)

Cumin oleoresin Gum

arabic/maltodextrin/modifiedstarch

NR 158-162 115-125 Kanakdande et al

(2007)

Fish oil Sugar beet pectin/glucose syrup NR 170 70 Drusch (2006)

Caraway essential oil Milk proteins/whey proteins/

maltodextrin

NR 175-185 85-95 Bylaite´ et al

(2001)Short chain fatty acid Maltodextrin/gum arabic NR 180 90 Teixeira et al

(2004)

10 Kĩ thuật vi bao sử dụng phương pháp sấy phun: Mà vật liệu bao được sử dụng?

Việc lựa chọn một chất làm vật liệu bao đối với kĩ thuật vi bao bằng phương pháp sấy

phun là rất quan trọng đối với hiệu quả đóng gói và ổn định vi nang Tiêu chuẩn để chọn chất

làm vật liệu bao chủ yếu dựa trên các tính chất hóa lý chẳng hạn như khả năng hòa tan, trọng

lượng phân tử, quá trình tan giá, khả năng kết tinh; khả năng phân tán, hình thành màng và

tính nhũ hoá Hơn nữa cũng nên xem xét chi phí Vì vậy sự lựa chọn đúng đắn của nguyên

liệu vỏ bao tùy theo ứng dụng mong muốn là một nhiệm vụ quan trọng

11 Những đòi hỏi về tính chất của vật liệu bao

Hệ thống vật liệu bao được hình thành để bảo vệ vật liệu lõi từ các nhân tố có khả nănglàm suy giảm tính chất của nó, ngăn chặn sự tương tác sớm giữa vật liệu lõi và các thànhphần khác, hạn chế mất mát cấu tử dễ bay hơi và cho phép điều khiển hoặc duy trì sự phântán trong điều kiện mong muốn (Shahidi & Han, 1993) Tùy thuộc vào vật liệu lõi và các đặctính mong muốn trong sản phẩm cuối cùng, chất làm vỏ bao có thể được lựa chọn từ một loạtcác polyme tự nhiên và tổng hợp Hầu như tất cả các quá trình sấy phun trong ngành công

nghiệp thực phẩm được ứng dụng đối với các chất tan trong dung môi nước, chất làm vỏ bao

khi hòa tan trong nước phải đạt mức chấp nhận được (Gouin, 2004) Ngoài khả năng hòa tancao, chất làm vỏ bao trong kĩ thuật vi bao bằng phương pháp sấy phun cũng có đặc tính khácnhư nhũ tương hóa, khả năng tạo màng, sấy khô và các giải pháp cô đặc vật liệu bao nên có

độ nhớt thấp (Reineccius, 1988) Nhiều loại có sẵn vật liệu bao cũng có các đặc tính nàynhưng số lượng vật liệu bao được chấp thuận cho việc sử dụng với các loại thực phẩm cònhạn chế (Dziezak, 1988) Nhiều polime sinh học đã được dùng với các thành phần thực phẩmkhác nhau trong kĩ thuật vi bao bằng phương pháp sấy phun Quá trình vi bao các thành phầnthực phẩm thường đạt được với những polyme sinh học từ các nguồn khác nhau, chẳng hạnnhư kẹo gôm tự nhiên (gum arabic, alginate, carragenans, vv), protein (sữa hoặc sữa protein,gelatin, vv), maltodextrins với sự khác biệt tương đương dextrose, sáp và hỗn hợp của nó.Tuy nhiên điển hình chất làm vỏ bao trong kĩ thuật vi bao bằng phương pháp sấy phun thìtrọng lượng phân tử carbohydrate, sữa hoặc protein đậu nành, gelatin và hydrocolloid nhưnhựa cây keo là rất thấp (Reineccius, Phường, Whorten, và Andon năm 1995; Thevenet,1995) và gần đây nhất là vật liệu bao có sẵn, chẳng hạn như cây bụi kẹo cao su (Beristain &Vernon-Carter năm 1994; Beristain, Garcıa, và Vernon Carter, 2001) đã được dùng để khắcphục chi phí của một số vật liệu bao khác thường được sử dụng Một số tài liệu khác chorằng hương pháp vi bao dựa trên kỹ thuật công nghệ tiếp giáp gần đây đã được phát triển đểnâng cao chất lượng của bột trong sản xuất Trong phương pháp này một quá trình tĩnh điệnlắng đọng lớp theo lớp đã được phát triển thành công để chuẩn bị cho quá trình sấy phun nênnang siêu nhỏ có chứa dầu cá ngừ (Klinkesorn, Sophanodora, Chinachoti, Decker, và

McClements, 2006) Những viên nang siêu nhỏ đã được cho biết là bị ảnh hưởng bởi nhiệt

độ khí vào có lẽ vì độ bền vững hàng rào vật liệu bao

12 Lựa chọn vật liệu bao

Một bước quan trọng trong vi nang đang phát triển là việc lựa chọn một loại vật liệubao đáp ứng các tiêu chuẩn (độ bền cơ học, khả năng tương thích với các sản phẩm thựcphẩm, phát nhiệt, giải thể phù hợp, kích thước hạt phù hợp, vv (Brazel, 1999) Việc lựa chọncác vật liệu bao để vi bao bởi sấy phun có truyền thống liên quan đến quy trình thử nghiệm

và báo lỗi, trong đó vi nang được hình thành Sau đó hiệu quả đóng gói sẽ được đánh giá, ổnđịnh trong các điều kiện lưu trữ khác nhau, mức độ bảo vệ cung cấp cho nguyên liệu lõi,quan sát bề mặt bằng cách quét kính hiển vi, các đánh giá khác (Pe'rez-Alonso, Baez-Gonzalez, Beristain, Vernon-Carter, & Vizcarra-Mendoza, 2003)

Một phương pháp quan trọng có thể hữu dụng để xác định thành phần thích hợp cho vậtliệu pha trộn vật liệu bao để đóng gói lipid đã được đề xuất bởi Matsuno & Adachi (1993).Loại vật liệu phù hợp có thể được sử dụng trong phương pháp này cần hoạt động nhũ hóacao, sự ổn định cao, có xu hướng để tạo thành một mạng lưới tốt, dày đặc trong quá trình sấy

và không nên tách lipid từ nhũ tương trong quá trình mất nước Phương pháp này dựa trênphép đo tốc độ sấy nhũ tương là một hàm của độ ẩm Vì tỷ lệ sấy đẳng nhiệt được điều chỉnhbởi tốc độ khuếch tán nước trong quá trình sấy, tốc độ sấy có thể phản ánh các đặc tính củachất nền mẫu: tốt hơn và dày đặc hơn chất nền, tỷ lệ sấy thấp hơn (Imagi, Yamanouchi,Okada, Tanimoto, & mat-Suno, 1992) Một đường cong đặc trưng của tốc độ sấy đã đượctrình bày như là một chức năng của độ ẩm cho bốn nhóm vật liệu bao (Hình 2) (Matsuno &Adachi, 1993) Con số này có được giải thích giới hạn về khả năng của vật liệu bao để tạothành một mạng lưới dày đặc Trong thực tế, tốc độ sấy nguyên liệu cung cấp cho các đườngcong loại 1 giảm nhanh như giảm hàm lượng nước, có nghĩa là hình thành nhanh chóng của

một lớp phủ dày đặc và bảo vệ tốt thành phần lõi chống lại chuyển giao oxy và có thể hưhỏng Đường cong như vậy tương ứng với maltodextrin, pullulan, gum arabic và gelatin.

Hình 2 Sơ đồ đường cong quá trình sấy đẳng nhiệt của vật liệu bao khác nhau Xem văn

bản để biết chi tiết (Matsuno & Adachi, 1993)

Như vậy các tài liệu này được coi là thích hợp nhất cho cách vi bao sử dụng quá trình sấy.Đặc điểm vật liệu loại 2 là những chất có phân tử lượng cao và có cấu trúc ba chiều nhưnatri caseinat và albumin, vật liệu loại 3 là sacarit phân tử lượng thấp như đường, và vật liệuloại 4 là những chất dễ kết tinh khi mất nước như mannitol (Matsuno & Ada-chi, 1993).Theo giải thích này, loại 2, 3, và 4 vật liệu không bảo vệ hiệu quả chất béo đóng gói bởi vì

chúng không tạo thành một lớp phủ dày đặc ở giai đoạn đầu của quá trình sấy, và do đókhông thích hợp cho mục đích này Phương pháp này đã bị chỉ trích là thiếu chính xác vàkhông thể phân biệt các vật liệu khi thấy đường cong sấy khô có hình dạng tương tự (Pe'rez-Alonso và cộng sự., 2003) Hơn nữa, để sàng lọc các màng materail thích hợp nhất cho đónggói lipid, các tác giả đã đề xuất một phương pháp định lượng dựa trên ước tính năng lượngkích hoạt polyme carbohydrate hỗn hợp sấy isothermally Phương pháp này cho thấy tham sốphân biệt về số lượng và kiến thức về khối lượng có thể thất thoát khi pha trộn

13 Vật liệu bao thông dụng nhất

Rõ ràng các chức năng hóa học, độ hòa tan và khuếch tán thông qua việc hình thànhchất nền xác định mức độ duy trì các hợp chất lõi trong quá trình chuẩn bị của vi nang bằngcách sấy phun Vì vậy hiệu quả vi bao và ổn định vi nang trong thời gian lưu trữ phụ thuộcrất lớn vào thành phần vật liệu bao Carbohydrate như tinh bột, maltodextrins và chất rắnsyrup ngô thường được sử dụng trong vi bao của các thành phần thực phẩm Tuy nhiên vậtliệu dựa trên các hợp chất có đặc tính tiếp xúc kém và những biến đổi hóa học để cải thiệnhoạt động bề mặt của chúng Ngược lại các protein có đặc tính amphiphilic cung cấp các tínhchất hóa lý và chức năng cần thiết để đóng gói vật liệu kỵ nước Hơn nữa các hợp chấtprotein như natri caseinat, phân lập protein đậu nành và protein sữa cô đặc và cô lập, được

dự kiến sẽ có đặc tính tốt khi vi bao

Carbohydrate chẳng hạn như tinh bột, chất rắn syrup ngô và maltodextrins thường được

sử dụng như chất đóng gói (DeZarn năm 1995; Kenyon, 1995) Những vật liệu này đượcxem là chất đóng gói tốt vì chúng chứa chất rắn có độ dính thấp và khả năng hòa tan tốt,nhưng hầu hết trong số chúng thiếu tính tương tác cần thiết cho hiệu quả vi bao cao vàthường kết hợp với các vật liệu đóng gói khác như protein hoặc gums Polysaccharide hòatan trong đậu nành cũng đã được tìm thấy là một chất chuyển thể sữa cao hơn gum arabic đểduy trì vi bao ethyl butyrate trong quá trình sấy phun (Yoshii et al., 2001) Ngoài ra chúng tabiết rằng polysaccharides có đặc tính tạo gel có thể ổn định nhũ tương và sự hợp nhất đối vớikeo tụ (Dalgleish, 2006) Một phương pháp mới để cải thiện việc đóng gói các thuộc tính củavật liệu chung gồm biến đổi hóa học của carbohydrate Ví dụ một số tinh bột biến tính cótính chất hoạt động bề mặt và được sử dụng rộng rãi trong quá trình vi bao bằng cách sấyphun Sản phẩm thủy phân tinh bột là các hợp chất ưa nước, do đó có rất ít ái lực với mùi vị

kỵ nước (Shaikh, Bhosale, và Singhal, 2006) Bản chất ưa nước của chúng có thể được sửađổi bằng cách liên kết mạch nhánh kỵ nước như những octenyl (Drusch & Schwarz, 2006).Maltodextrins cung cấp để ổn định quá trình oxy hóa cho đóng gói dầu nhưng nó cókhả năng nhũ hóa kém, ổn định nhũ tương và giữ dầu thấp (Kenyon, 1995) Tuy nhiên việclưu giữ butyrate ethyl nhũ tương trong quá trình sấy phun phụ thuộc vào nồng độmaltodextrin và các loại chất chuyển thể sữa (Yoshii et al., 2001) Một nghiên cứu về đặc

tính maltodextrins được công bố bởi Raja, Sankarikutty, Sreekumar, Jayalekshmy, vàNarayanan (1989) cho thấy maltodextrins với dextrose tính tương đương từ 10 đến 20 phùhợp trong sử dụng như vật liệu bao Những mẫu maltodextrin cho thấy mùi vị được lưu giữlâu nhất bởi vì chúng có thể được phân tán trong nước lên tới 35,5% các giải pháp khônghình thành sương mù.

Sucrose, glucose và tinh bột đã được báo cáo là không phù hợp cho sấy phun mùi vị câysumac do đặc tính caramen của chúng, dính chặt bề mặt của máy sấy phun và sự không đồngnhất gây ra tắc nghẽn của các vòi phun (Bayram, Bayram, & Tekin, 2005) Như chotrehalose, trong trạng thái thủy tinh của nó disaccharide làm giảm quá trình oxy hóa lipid và

do đó là một vật liệu bao phù hợp với mục đích vi bao Tuy nhiên quá trình oxy hóa nhanhchóng của đầu cá trong vi bao được quan sát thấy trên kết tinh của trehalose, trong đó giớihạn phạm vi ứng dụng các sản phẩm được bảo quản ở độ ẩm thấp (Drusch, Serfert, Van DenHeuvel, & Schwarz, 2006) Các tác giả cùng đề xuất sử dụng polyme, hỗn hợp của cáccarbohydrate và lượng muối, thay đổi động lực học đường tinh thể lization để cải thiện sự ổnđịnh vi bao của các loại dầu

Pectin là một loại polymer có thể sản xuất nhũ tương bền ở nồng độ thấp Các tính chấtnhũ hóa của pectin là do dư lượng protein hiện diện trong chuỗi pectin và thành phần hóahọc của nó đặc trưng bởi hàm lượng cao các nhóm acetyl (Leroux, Langendorff, Schick,Vaishnav, và Mazoyer, 2003) Một chất chứa 1-2% pectin được coi là đủ cho việc ổn đinhnhũ tương để sấy phun (Drusch, 2006) Trong củ cải đường pectin có thể được coi như mộtloại vật liệu bao phù hợp để vi bao các thành phần thực phẩm tan trong dầu bằng cách sấyphun Dầu cá đã được đóng gói thành công trong một hệ thống màng có chứa pectin từ củ cảiđường như tác nhân phủ và một lượng lớn syrup glucose (Drusch, 2006) Nó cũng chỉ rarằng sấy phun không có tác dụng trên phần lớn các tính chất chức năng của pectin (Monsoor,2005)

Tương tự như vậy nhũ tương bền của dầu phân tán trong dung dịch hydroxypropylmethyl-cellulose (HPMC) được chuẩn bị bằng cách sấy phun (Christensen, Pedersen, vàKris-tensen, 2001a) Các loại bột thu được đã gắn kết chặt chẽ nhưng các tính chất dòngchảy đã được cải thiện bằng cách thêm sucrose (Christensen, Pedersen & Kristensen, 2001b)