KE 6/2010, s. 38: Kauran komponenteilla emulsioita mikrokapselointia varten

Modifioidusta kauraleseestä on mahdollista valmistaa optimoinnin avulla stabiileja, partikkelikooltaan ja viskositeetiltaan pieniä öljy vedessä -emulsioita.

Insinöörityöni tarkoituksena oli tutkia, voidaanko muokatusta kauraleseestä valmistaa optimoinnin avulla öljy vedessä -emulsioita, jotka voisivat teoreettisesti soveltua mikrokapselointiin. Lisäksi haluttiin selvittää, vaikuttavatko emulsion valmistusolosuhteet ja muokatun kauraleseen määrä emulsion ominaisuuksiin.

Kokeilla etsittiin sellaiset homogenointiolosuhteet (homogenointipaine ja -aika) ja kuivatun muokatun kauraleseuutteen pitoisuus, jolla emulsio olisi stabiili 26 tuntia valmistamisen jälkeen ja viskositeetti ja keskimääräinen partikkelikoko olisivat mahdollisimman pieniä. Optimointi suoritettiin matemaattisia malleja hyödyntäen.

Tutkimus tehtiin osana ETM Pia Laineen (HY, elintarvike- ja ympäristötieteiden laitos) väitöskirjatutkimusta. Insinöörityön ohjaajina toimivat Laineen lisäksi yliopettajat Riitta Lehtinen ja Veli-Matti Taavitsainen (Metropolia, bio- ja elintarviketekniikan koulutusohjelma). Lisäksi ohjausryhmään kuuluivat Reetta Kivelä, Jussi Loponen ja Kirsi Jouppila (HY, elintarvike- ja ympäristötieteiden laitos).

Kauraleseen pitoisuudella selkeä vaikutus

Insinöörityön tulokset osoittivat, että muokatulla kauraleseuutteella on mahdollista valmistaa stabiileja, partikkelikooltaan ja viskositeetiltaan pieniä öljy vedessä -emulsioita. Mikrokapselointia varten teoreettisesti optimaalisin emulsio saatiin aikaan kauraleseuutteen pitoisuudella 1,55 %, 600 baarin homogenointipaineella ja 10 minuutin homogenointiajalla.

Kauraleseuutteen pitoisuudella oli selkeästi voimakkaampi vaikutus emulsion ominaisuuksiin (stabiilisuus, viskositeetti, partikkelikoko) kuin homogenointiajalla ja -paineella, ja pienet muutokset emulsion kauraleseuutteen pitoisuudessa saivat aikaan partikkelikooltaan ja viskositeetiltaan hyvin erilaisia emulsioita.

Matemaattisten mallien mukaan kauraleseuutteen pitoisuus oli ainoa tilastollisesti merkitsevä muuttuja. Emulsiot erottuivat, mikäli kauraleseuutteen pitoisuus oli liian pieni tai suuri. Jatkokokeiden tulosten perusteella homogenointipaineen nosto näyttäisi laskevan emulsion viskositeettia.

Kauran käyttömahdollisuuksia selvitetään

Tutkimus osoitti, että muokatulla kauraleseellä on mahdollista valmistaa stabiileja ja viskositeetiltaan erilaisia elintarvike-emulsioita, joita voitaisiin mikrokapseloinnin lisäksi mahdollisesti hyödyntää myös muissa elintarvikesovelluksissa.

Mikrokapselointitutkimusta muokatulla kauraleseellä jatketaan, ja kauramateriaalin käyttömahdollisuuksia selvitellään Helsingin yliopiston elintarvike- ja ympäristötieteiden laitoksella. Muokatun kauraleseen ja emulsion valmistusprosessin optimointi, jossa otettaisiin huomioon taloudelliset näkökulmat, tarjoaisi mahdollisuuden lisätutkimuksille.

Työstä on lähetetty artikkelikäsikirjoitus Journal of Food Engineering -lehteen (Laine P., Toppinen E., Kivelä R., Taavitsainen V-M., Knuutila O., Sontag-Strohm T., Jouppila K., Loponen J. (2010).

Emulsion stabilization with modified oat bran: Optimization of the emulsification process for microencapsulation).

Eija Toppinen
bio- ja elintarviketekniikan insinööri (AMK)
Metropolia Ammattikorkeakoulu

**************************************

Sumutuskuivaus yleinen kapselointitekniikka

Mikrokapselit ovat mikrometrikokoisia partikkeleita, jotka koostuvat kapseloitavasta yhdisteestä (esim. aromi) ja kapselimatriisista (esim. proteiini/polysakkaridi). Mikrokapseloinnin avulla voidaan parantaa herkästi reagoivan aineen säilyvyyttä ja ehkäistä sen reaktioita elintarvikkeen muiden ainesosien kanssa, säädellä sen vapauttamista, muuttaa nesteitä helposti käsiteltäviksi kiinteiksi aineiksi ja peittää kapseloitavan materiaalin makua.

Sumutuskuivaus on elintarviketeollisuudessa yleisimmin käytetty kapselointitekniikka. Kun kapseloitava yhdiste on rasvaliukoinen, kapseloitavasta yhdisteestä ja kapselimateriaalista valmistetaan emulsio, joka sumutetaan pieninä pisaroina kuumaan ilmavirtaan. Sumutuskuivauksessa suurin osa emulsion sisältämästä vedestä haihtuu ja kapselimateriaali muodostaa suojaavan kerroksen kapseloitavan materiaalin ympärille eli muodostuu mikrokapseleita.

Mikrokapselointia varten optimaalisen emulsion tulee olla stabiili, eli sen ominaisuudet eivät saa muuttua merkittävästi ajan kuluessa, ja sen viskositeetin tulee olla pieni emulsion pumppaamisen ja sumuttamisen onnistumiseksi. Emulsion pisaroiden tulee olla pieniä ja tasakokoisia ja kuiva-ainepitoisuuden tulee olla riittävän korkea suojaavan matriisin muodostumiseksi öljypisaroiden ympärille.

Sumutuskuivauksessa käytetyn kapselointimateriaalin pitää olla vesiliukoinen ja viskositeetiltaan matala korkeillakin konsentraatiolla. Sumutuskuivauksessa käytettävien kapselointimateriaalien valikoima on vielä rajoitettu, eikä kauralesettä ole ennen käytetty