نکات کاربردی در آماده‌سازی و کاربرد هیدروکلوئیدها

هیدروکلوئیدها مواداولیه‌ای با انععطاف‌پذیری بالا و کاربردهای بیشمار هستند که عمدتا از منابع طبیعی بوده و تولیدکنندگان را قادر می‌سازند تا با الگوبرداری از فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی موجود در طبیعت محصولی با کیفیت بالا،‌ سالم و همراه با کمترین تغییرات در طی زنجیره تولید و توزیع را در اختیار مصرف‌کنندگان قرار دهند.

این گروه مهم‌ از مواد اولیه پلیمرهای آبدوست با وزن مولکولی بالا هستند که حاوی گروه های عاملی قطبی یا باردار هستند و آنها را در آب محلول می کند.

هیدروکلوئیدها از منابع مختلف گیاهی (مانند صمغ لوبیای لوکاست، کاراگینان، پکتین، نشاسته)، حیوانی (مانند کیتوزان)، میکروبی (مانند صمغ زانتان)، یا اصلاح شیمیایی پلی ساکاریدهای طبیعی ( کربوکسی متیل سلولز) به‌دست می‌آیند.  هیدروکلوئیدها عمدتاً برای کنترل رئولوژی و ساختار بافت در فرمولاسیون مواد غذایی گنجانده می شوند.  در محیط های آبی، هیدروکلوئیدها متورم می شوند و حجم هیدرودینامیکی آنها افزایش می یابد و در نتیجه ویسکوزیته سیستم افزایش می یابد.  علاوه بر این، اگر هیدروکلوئیدها به دلیل غلظت خود، آب کافی را به درون خود وارد کنند، زنجیره‌های آن‌ها برهم کنش می‌کنند و یک شبکه ژله‌ای ایجاد می‌کنند.

بیشتر آنها ویژگی‌های مشابهی دارند اما تفاوت‌های کوچکی، عملکرد آنها را متمایز می‌کند.

در این مقاله تلاش داریم به چند نکته کلیدی و کلی در استفاده از هیدروکلوئیدها یا صمغ‌ها درمراحل فرآوری بپردازیم.

هر چند عوامل بسیار متعددی، از جمله کیفیت مواد اولیه، تعامل با سایر مواد اولیه، مراحل فرآیند و تجهیزات می‌توانند تاثیر قابل ملاحظه‌ای در عملکرد نهایی داشته باشند.

هیدر کلوئیدها ممکن است محلول در آب سرد یا گرم باشند.

هیدراسیون، هیدراسیون، هیدراسیون

اجرای درست این مرحله، در به دست آوردن نتیجه مطلوب بسیار اهمیت دارد.

هیدروکلوئیدهای محلول در آب سرد، پس از هم‌زدن‌ کافی در دماهای پایین‌تر (آب سرد)، کاملا هیدارته می‌شوند.

هیدروکلوئیدهای محلول در آب گرم فقط در آب داغ هیدراته می شوند و برای هیدراسیون کامل به عملیات حرارتی  (۸۰ تا ۹۰ درجه سانتیگراد) نیاز دارند.  هرچه آب بیشتری در سیستم موجود باشد، هیدراسیون هیدروکلوئید سریعتر و کارآمدتر می شود.

اگر از محلول پیش‌حل‌شده استفاده نمی شود، توصیه می شود که هیدروکلوئید در مراحل اولیه فرآیند، به خصوص قبل از افزودن اسید و مقادیر زیادی مواد جامد مانند شکر، اضافه شود. اگر هیدروکلوئیدی به یون‌ها حساس باشد، این یون‌ها نباید در محیط هیدراسیون موجود باشد (یا وجود نداشته باشد یا جدا شده باشد).

روش‌های پیشنهادی مختلف برای پراکندگی و هیدراسیون بهینه (مخصوصا قابل استفاده در کارخانه‌های نوشیدنی) در زیر توضیح داده شده است.

به طور کلی و‌خلاصه:

صمغ‌ها باید ابتدا کاملا پراکنده و سپس هیدراته شوند.

•  هیدروکلوئیدها (صمغ‌ها) را می توان مستقیماً به تانک مخلوط‌ سازی اضافه کرد.
•  یا به عنوان یک پیش محلول در یک مخزن کوچکتر ( مخصوصا برای نوشیدنی‌های آبمیوه‌ای) آماده کرد.

نکته: در حالت ایده آل باید از مخلوط کن  با برش بالا استفاده شود.

نیروی برشی اعمال شده، باید متناسب با نوع صمغ و میزان آن باشد. گاهی این خطر وجود دارد که با برش‌های بیش از اندازه، شبکه ژل تشکیل شده ، دوباره بشکند و غلظت مورد نظر از دست برود.

•  یا به صورت پیش محلول، با شکر مخلوط شوند.

افزودن هیدروکلوئیدها به سیستم های نوشیدنی

➢ هیدروکلوئید به آرامی به ورتکس (دستگاهی برای مخلوط کردن مداوم به شکل گرداب) اضافه می شود.

➢ پس از افزودن، سرعت اختلاط باید برای کاهش/جلوگیری از ادغام هوا کاهش یابد.

توضیح: میکسرهای پر سرعت توربو میکسر یا میکسرهای پروانه ای سیلورسون یا پر سرعت اضافه مستقیم با برش بالا هستند.

مخلوط شدن‌‌ با شکر از قبل

•  هیدروکلوئید خشک با ۵-۱۰ قسمت شکر مخلوط می شود تا به طور فیزیکی پراکنده شود. با این روش پراکندگی بهبود می یابد بنابراین یک میکسر برشی با نیروی کمتر کافی است.
•   مقادیر بالای قند (بیش از ۲۰٪) با هیدروکلوئید برای آب رقابت می کند، بنابراین ترجیحاً هیدروکلوئید را قبل از اضافه کردن مقادیر بالای شکر اضافه کنید.
•  هنگامی که هیدروکلوئید به طور کامل پراکنده شد و هیدراته شد، باقیمانده قندها را می توان اضافه کرد
•  هنگامی که هیدروکلوئید به طور کامل پراکنده شد و هیدراته شد، باقیمانده قندها را می توان اضافه کرد
•  اسیدها باید در آخر اضافه شوند! pH پایین یا اسیدیته بالا می تواند بر هیدراسیون هیدروکلوئید تأثیر بگذارد و ممکن است منجر به عدم رسیدن هیدروکلوئید به عملکرد مطلوب شود.

هیدراسیون در پیش‌محلول ها

‌محلول‌های پیش محلول یا محلول‌های غلیظ این تثبیت کننده ها نیز می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند (مخصوصاً در مواردی که فرآیند تولید عمدتاً مایع است مانند نوشیدنی های آبمیوه).

 می توان یک بچ (در مخزن جدا)  تهیه کرد و سپس در صورت نیاز استفاده کرد. این روش برای اطمینان از پراکندگی و هیدراسیون کامل هم بسیار کارآمد است.

 حداکثر غلظت این محلول از پیش تهیه شده، بسته به هیدروکلوئید (ها) و میزان آنها و‌همین‌طور تجهیزات تولیدی متفاوت است.

 اما به عنوان یک قاعده کلی؛

 > برای پکتین معمولاً از پیش محلول ۴ درصد استفاده می شود

 > برای زانتان ۱ درصد اغلب حداکثر است

 > برای صمغ سلولزی، بستگی به درجه آن دارد و می تواند حداکثر ۲ -۳ درصد باشد

 > برای ترکیبات صمغ‌های مختلف، این میزان متغیر می‌باشد اما معمولاً ۱ – ۲ درصد است.

از اشکالات رایج در استفاده از هیدرکلوئیدها و راه‌های پیشگیری پیشنهادی:

پری‌ژل شدن یا تشکیل بدوی ژل قبل از پراکندگی کامل هیدروکلوئید:

در مورد هیدروکلوئیدهایی که تشکیل ژل می‌دهند، اهمیت دارد که ما در زمان پراکندگی (دیسپرسیون) شرایط تشکیل ژل را فراهم نکرده یا کند کنیم.

به عنوان مثال،‌ ما می‌دانیم که کاراگینان که در دمای ۸۰ درجه تشکیل ژل می‌دهد، بنابراین نباید کاراگینان را در دمای بالاتر از ۶۰ درجه سانتی‌گراد اضافه کنیم چرا که بلافاصله تشکیل ژل می‌دهد و ما با مشکل ایجاد لامپ (گوله گوله شدن) مواجه خواهیم شد.

مثال دیگر هیدروکلوئیدهایی هستند که در حضور کاتیون‌ها تشکیل ژل می‌دهند، این کاتیون‌ها باید در مراحل بعدی (بعد از دیسپرسیون) اضافه شوند.

۱ – معمولا در دمای بالای ۸۵ درجه سانتیگراد.

۲-  در حضور این کاتیونها ژل تشکیل میشود.

۳ –  به حرارت نیاز دارد، به جز نوع لامبدا که در آب سرد هم محلول میباشد.

۴  -برای فعال شدن نیاز به هموژناسیون دارد.

۵  – پکتین میتواند در آب سرد هم محلول باشد، اما نیاز به زمان بیشتری دارد، هیدراسیون در دمای ۸۰ درجه ساتگراد، به مدت ۵ تا ۱۰ دقیقه پیشنهاد میشود.

انجام فرآیند مخلوط کردن و هیدراسیون نیاز به دقت و زمان دارد و در صورت یکپارچگی مراحل،  به دریافت بافت یا غلظت یکسان در تولید دست خواهیم یافت.

سرویس خبری: اخبار فناوری غذا و بخش صنعت