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Un certo numero di metodi sono utilizzati per la microincapsulazione di prodotti, ma tra le tecniche efficienti la più economica impiegata nel settore è l’essiccazione a spruzzo (SPRAY-DRIED). La tecnica Spray-dried, viene utilizzata per la microincapsulazione di moltissimi prodotti, come gli aromi alimentari, i coloranti, i succhi, i lipidi, i probiotici (microrganismi), inchiostri incapsulati, enzimi fitochimici, antimicrobici, profumi, polifenoli, antiossidanti ecc.. Inoltre l’essiccazione a spruzzo è stata considerata un mezzo eccellente per la conservazione del valore nutrizionale di tutti i gruppi vitaminici. Si tratta di un processo di disidratazione, per
l’incapsulamento di ingredienti alimentari sensibili al calore. Inizialmente il processo di essiccazione a spruzzo è stato sviluppato in connessione con la produzione di latte in polvere. L’essiccazione a spruzzo viene generalmente utilizzata nell’industria alimentare per garantire la stabilità microbica dei prodotti diminuendo il contenuto di acqua e l’attività dell’acqua, evitando così il rischio di degradazione chimica e biologica. Le microcapsule hanno dimensioni millimetriche (0,2-5000 μm) e presentano forme diverse a seconda del metodo e del materiale di preparazione usato.
Economicità
Migliora la stabilità e aumenta la shelf-life.
Buone caratteristiche di ricostituzione
il numero limitato di supporti disponibili.
La microincapsulazione Spray-dried, comporta quattro fasi: preparazione, omogeneizzazione, atomizzazione, disidratazione. I supporti vengono dapprima idratati e viene aggiunto il prodotto da incapsulare. La miscela viene omogeneizzata per creare piccole goccioline e immessa nella camera calda dell’atomizzatore dove viene nebulizzata tramite un ugello. L’aria calda entra in contatto con le goccioline nebulizzate, il materiale del guscio si deposita‑sulle particelle del nucleo mentre l’acqua evapora. Le polveri essicate vengono raccolte dal separatore.
Lo scopo principale del processo di atomizzazione è quello di creare una superficie di trasferimento del calore massima tra il liquido e l’aria secca. La dimensione delle goccioline nebulizzate dipende dalla tensione superficiale e dalla viscosità del liquido, oltre che dalla caduta di pressione attraverso l’ugello. La dimensione delle goccioline nebulizzanti determina anche il tempo di essiccazione e la dimensione delle particelle essicate.
Durante il processo di atomizzazione, le temperature di ingresso e di uscita variano tra 140-220°C e 50-80°C, condizioni che limitano il più possibile la degradazione termica del prodotto da sprayizzare.
Per ottenere una buona efficienza di atomizzazione devono essere valutati e controllati molti parametri, i più importanti includono:
⊃ la portata di alimentazione,
⊃ la temperatura di ingresso/uscita dell’aria,
⊃ la temperatura di alimentazione.
La temperatura di alimentazione è responsabile della viscosità dell’emulsione. Quando la temperatura di alimentazione viene aumentata, la viscosità e la dimensione delle gocce devono essere ridotte.
Una giusta regolazione della portata di alimentazione è fondamentale per garantire che ogni goccia spruzzata venga asciugata al livello desiderato prima che arrivi alla camera di separazione.
Mentre, la temperatura di ingresso dell’aria determina la velocità di essiccazione e il contenuto di umidità finale del prodotto. La rapida evaporazione dell’umidità in un breve lasso di tempo assicura la temperatura del materiale interno al di sotto dei 40°C.
Gli atomizzati sono molto adatti per la produzoine continua di solidi secchi in polvere, granuli agglomerati di prodotti in forma liquida. Le microcapsule ottenute sono di tipo polinucleare o a matrice.
Il materiale per la costruzione della parete è un aspetto importante e determina l’efficienza della microincapsulazione e la stabilità delle microcapsule. I materiali utilizzati sono carboidrati a basso peso molecolare, proteine del siero di latte, gelatine e gomma arabica. Ogni micro particella è una piccola sfera con una parete uniforme intorno ad essa. La più semplice delle micro capsule può consistere in un nucleo circondato da una parete di spessore uniforme o non. Il materiale della parete utilizzato può essere singolo o multistrato.
Le proprietà fisico-chimiche che determinano la selezione del supporto includono, solubilità, peso molecolare, transizione vetro/fusione, cristallinità, diffusibilità e proprietà di emulsione.
Un materiale che può essere utilizzato per l’incapsulamento dovrebbe possedere un’elevata attività emulsionante e un’elevata stabilità.
I carboidrati ad alto peso molecolare come maltodestrine, amido e le sue forme modificate sono solitamente utilizzati per l’incapsulamento dei colori. Presentano varie proprietà come viscosità inferiori, alto contenuto solido e buona solubilità. Le maltodestrine sono idrolizzati con un’equivalenza di destrosio (DE) inferiore a 20. Sono polveri polisaccaridiche igroscopiche bianco crema, che sono quasi insapori e incolori o solo moderatamente dolci e facilmente digeribili. Alcune delle loro proprietà è che sono altamente solubili in acqua, hanno una bassa viscosità e un sapore blando. Le maltodestrine proteggono gli ingredienti incapsulati dall’ossidazione e aumentano la stabilità del prodotto. I carboidrati a basso peso molecolare come saccarosio, glucosio e fruttosio non vengono utilizzati a causa delle loro proprietà di agglomerare collassare e ricristallizzare.
Le proteine sono macromolecole composte da catene lineari di amminoacidi. A causa delle proprietà funzionali e delle proprietà leganti delle proteine, agiscono come un buon materiale di rivestimento per la microincapsulazione. Le due proteine più comunemente utilizzate, per esempio per l’incapsulamento dei coloranti mediante spray-dried includono, le proteine del siero di latte e la gelatina. Le prime sono proteine globulari, quasi indipendenti dal pH. Ma diventano insolubili nel loro punto isoelettrico (pH circa 5) a bassissima forza ionica. L’efficienza della microincapsulazione può essere migliorata dalla parziale sostituzione della proteina del siero di latte con il lattosio. Durante l’essiccazione a spruzzo, la temperatura delle gocce di essiccazione aumenta mentre il contenuto di acqua diminuisce. La denaturazione delle proteine avviene a temperature e a un contenuto di umidità più elevato.
Tra le varie gomme, la gomma d’acacia chiamata anche gomma Arabica è per lo più preferita per l’incapsulamento grazie alle sue eccellenti proprietà emulsionanti. La gomma arabica è il primo supporto utilizzato per incapsulare colori e aromi. Questo polimero sembra essere costituito da acido D-glucuronico, L-raminosio, D-galattosio e L-arabinosio con il 2% della composizione proteica. È preferito perché produce un emulsione stabile con olio in un ampio intervallo di pH e forma un film visibile all’interfaccia dell’olio. La gomma arabica è inodore, incolore, insapore e non influisce sulle caratteristiche del prodotto da incapsulare. È altamente solubile in acqua e si dissolve sia in acqua fredda che calda con concentrazioni fino al 50% in peso. La gomma Arabica è il supporto utilizzato anche per l’incapsulamento delle oleoresine, risultando migliore rispetto alle maltodestrine e all’amido modificato.
L’obiettivo principale dell’incapsulamento dei coloranti, oltre a renderli applicabili in prodotti in polvere, è proteggere e aumentare la loro stabilità. I supporti usati, vengono determinati allo scopo di proteggere il colorante incapsulato da vari fattori che possono causare la sua degradazione. Alcuni coloranti naturali incapsulati mediante essiccazione a spruzzo sono:
I carotenoidi a causa delle loro strutture chimiche insature, sono molto sensibili al calore, all’ossidazione e alla luce, oltre ad essere insolubili in acqua .
Il β-carotene con attività provitaminica A è il più diffuso di tutti i carotenoidi. Polisaccaridi, come gomma arabica, pectina, cellulosa e suoi derivati sono alcuni esempi di materiali usati per la costruzione delle microcapsule contenenti i carotenoidi .
Gli antociani sono pigmenti solubili in acqua che corrispondono al colore blu-viola-rosso arancio di fiori e frutti. Alcune delle fonti di antociani includono vinacce d’uva, cavolo rosso, sambuco, carota nera, patata dolce e ravanello rosso. Per la sprayzzazione degli antociani sembra che le maltodestrine (10 DE) hanno un’emivita più elevata (stabilità), seguita dalla gomma arabica. È stato riscontrato che la temperatura e l’attività dell’acqua influenzano negativamente la stabilità degli antociani è consigliabile conservare la polvere al di sotto di 25°C, lontano dall’umidità (attività dell’acqua < 0,33)
Le betalaine sono pigmenti solubili in acqua che vengono sintetizzati dall’amminoacido tirosina in due gruppi strutturali: le betacianine viola rosse e le betaxantine arancio giallo. Alcune delle fonti commestibili conosciute di betalaine sono la barbabietola rossa (beta vulgaris), la bietola colorata (beta cicla) e il frutto del cactus (generi Opontia e hylocereus). Studi sull’essiccazione a spruzzo di barbabietola con gomma Arabica come agente vettore a 30 °C con diverse attività idriche hanno mostrato che non sono stati riscontrati cambiamenti di colore significativi a intervalli di attività dell’acqua inferiori a 0,52.