بهينه‌سازي فرآيند توليد امولسيون‌هاي ليكوپن در صمغ عربي و مالتودكسترين با استفاده از روش سطح پاسخ

Optimization of Emulsion possessing of lycopene in Arabic Gum and Maltodexterin by Response Surface Methodology

سابقه و هدف: ليكوپن رنگدانه ‌كاروتنوئيدي با تاثيرات مثبت بر سلامتي انسان است و تحقيقات حاكي از آن بوده‌اند كه در پيشگيري برخي بيماري‌ها مانند سرطان مي‌تواند مثمر ثمر باشد. با اين حال، به دليل وجود چندين پيوند دوگانه در ساختارش، بسيار حساس به شرايط محيطي است. تخريب سريع آن در در طي فرآيند، يكي از موانع استفاده از اين تركيب مفيد در صنايع غذايي بوده است. يكي از روش‌هاي كنترل تخريب آن، ريزپوشاني و احاطه كردن توسط مواد بيوپليمري درون ميكروكپسول‌هاست. از آنجا كه ليكوپن تركيبي غيرقطبي است، گام اول در اين راستا، توليد امولسيون‌هايي با حداكثر پايداري است. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش از بيوپليمر صمغ عربي (AG) به همراه مالتودكسترين به عنوان مواد جامد با قابليت انحلال در آب، استفاده شد تا همراه با ليكوپن وارد فرآيند امولسيون سازي گردند. بدين منظور، ابتدا ليكوپن در روغن حل شد تا ماده روغني ليكوپن 5% توليد شود. سپس صمغ عربي و مالتودكسترين بطور جداگانه در آب مقطر حل شدند و يك شب ماندند تا از انحلال كامل آن‌ها اطمينان حاصل شود. سپس مواد آماده شده وارد فرآيند امولسيون‌سازي شدند. براي توليد امولسيون‌ها، دور هموژنايزر، مقدار مواد جامد و ليكوپن به‌عنوان متغيرهاي مستقل در نظر گرفته شده و با استفاده از روش سطح پاسخ و طرح مركب مركزي، نتايج بهينه‌سازي شدند. همچنين مقدار آلفا بر اساس انتخاب گزينه وجهه مركزي، معادل يك گرفته شد. به منظور انجان فرآيند بهينه سازي، از نرم افزار ديزاين اكسپرت نسخه 6.0.2 استفاده شد. بر اساس چيدمان طرح روش سطح پاسخ، اثر سه متغير مستقل شامل سرعت دور هموژنايزر (14000-18000 دور در دقيقه)، مقدار ماده جامد (صمـغ عربي+ مالتودكسترين، 30-40% وزني/وزني) و مقدار ليكوپن (10-20% وزني/وزني) بر سه متغير وابسته شامل اندازه قطرات امولسيون، انديس كرمي شدن وويسكوزيته به عنوان پاسخ‌ها، مورد بررسي قرار گرفت. يافته‌ها: بر اساس نتايج بدست آمده، تاثير افزايش دور هموژنايزر، مقدار مواد جامد و ليكوپن بر هر سه متغير وابسته، معني دار بود (05/0> p). بدين ترتيب كه با افزايش دور هموژنايزر، اندازه قطرات، انديس كرمي شدن كاهش يافتند اما ويسكوزيته تا حدودي افزايش يافت. با افزايش مقدار مواد جامد در سيستم، ويسكوزيته افزايش يافت اما انديس كرمي شدن و اندازه قطرات كاهش يافتند. از طرفي ديگر، با افزايش مقدار ليكوپن، ويسكوزيته، اندازه قطرات و انديس كرمي شدن افزايش يافتند. در پايان، با اعمال فرآيندهاي بهينه‌سازي، بهترين شرايط براي توليد پايدارترين امولسيون عبارت بود از 02/37% مواد جامد، 52/19% ليكوپن و سرعت 18000 دور در دقيقه براي هموژنايزر. استنتاج: با توجه به نتايج به‌دست آمده، براي اينكه بتوانيم به پايداري مطلوب در امولسيون‌هاي ليكوپن برسيم، لازم است دور هموژنايزر و مقدار مواد جامد را افزايش دهيم اما اين عمل نبايد منجر به افزايش بيش از حد ويسكوزيته و يا احتمال برخورد مجدد قطرات فاز گسسته و نهايتا ناپايداري كل سيستم گردد.

Background and objectives: Lycopene is a carotenoid pigment with positive effects on human health. It has been proved that lycopene can prevent some severe diseases such as cancer but because of multi unsaturated bonds, it is very sensitive to environmental conditions. Its fast deterioration during processing, always was a reason for not being used commonly in food industry. A method for controlling its deterioration is encapsulation and covering it by biopolymers in capsules. Due to lycopene is not a polar agent, the first step is producing emulsions with high stability. Material and Methods: In this investigation, Arabic gum and Maltodexterin were used as water soluble solid materials in lycopene emulsions. In order to prepare emulsions, lycopene was solved in edible oil to make a 5% oily lycopene, then Arabic gum and Maltodextrin were solved in distilled water separately and stayed over a night to be sure of complete solvation, then prepared materials were used for emulsion production step. During emulsion processing, speed of homogenizer rotation (rpm), percentage of solid materials (w/w) and lycopene (w/w) were considered as independent variables and results were optimized by using Response Surface Methodology (RSM) method and Central Composite Design (CCD). Alpha was “1” because face center option was chosen. The software which was used to optimize the process was “design expert version 6.0.2. According to RSM worksheet, effect of three independent variable including speed of homogenizer (14000-18000 rpm), percentage of solid materials (Arabic gum+ Maltodexterin, 30-40% w/w) and percentage of lycopene (10-20% w/w)on three dependent variable including droplet size, creaming index and viscosity as response was investigated. Results and Discussions: Results showed that, homogenizer speed and percentage of solid materials and lycopene, had significant effect (p< 0.05) on all dependent variables. Higher speeds of homogenizer resulted to smaller droplet size and less creaming index but viscosity raised dramatically. Inversely, Increasing of solid materials in system, resulted to lowering droplet size and creaming index but increased viscosity. On the other hand, with increasing lycopene content, droplet size, creaming index and viscosity were increased. Finally, by optimizing the process by RSM, best conditions for producing a stable emulsion could be achieved by using 37.025 w/w solid materials, 19.52% w/w lycopene and at speed of 18000 rpm. Conclusion: Results showed that in order to produce a proper and stable emulsion, it is necessary to increase speed of homogenizer and amount of solid materials but this should not cause very high viscosity and re-coalescence of droplets due to over processing which can effect emulsion stability.