artikel

Micro-encapsulering op maat

Algemeen

Micro-encapsulering kan de werking van ingrediënten verbeteren als de gebruikte technologie precies is afgestemd op een specifiek ingrediënt in een bepaalde toepassing. Een kwestie van de juiste encapsuleringtechniek kiezen dus, maar welke factoren spelen daarbij een rol?

Het zijn vooral gezondheidsingrediënten waarmee fabrikanten hun voedingsmiddelen verrijken. Maar helaas heeft het toevoegen van probiotica, vitaminen en gezonde oliën vaak negatieve gevolgen voor de kwaliteit, stabiliteit of smaak van een product. Encapsulering van de ingrediënten kan een oplossing bieden. Door encapsulering kunnen ingrediënten aan voedingsmiddelen worden toegevoegd die in traditionele processen gewoonlijk niet worden gebruikt. Encapsulering kan een ongewenste bijsmaak camoufleren, een gevoelig ingrediënt afschermen van zijn milieu, de afgifte van de stof verbeteren door gecontroleerd vrijkomen en het bereidingsproces vereenvoudigen.. Encapsulering kan zelfs kostenbesparend werken als het gaat om gevoelige ingrediënten die zonder encapsulering vaak in grotere hoeveelheden moeten worden toegevoegd om ook aan het einde van de houdbaarheidtermijn het vereiste niveau te kunnen garanderen.

Geen standaardoplossing
De vraag is welke van de vele verschillende technologieën en coatings het beste geschikt is voor het doel. Die keuze hangt af van een groot aantal parameters, zoals:
Welk ingrediënt moet worden geëncapsuleerd?
Is het wateroplosbaar of niet?
Is het een poeder of een vloeistof?
Met welk doel moet het ingrediënt worden geëncapsuleerd: bescherming tegen oxidatie bijvoorbeeld, of hydrolyse?
Is de coating die voor een bepaalde toepassing kan worden gebruikt onderhevig aan beperkingen?
Aan welk product wordt het toegevoegd: drankje, yoghurt, babyvoeding?
Wat zijn de eigenschappen van het product: pH, wateractiviteit, eiwit- en vetsamenstelling?
Van welke procesomstandigheden is sprake?
Wat zijn de gewenste houdbaarheidstermijn en -condities?
Wanneer moet het ingrediënt vrijkomen?
Welke kosten zijn haalbaar?
Wat is de gewenste nuttige last van het geëncapsuleerde ingrediënt?
Er bestaat dus geen standaard encapsuleringtechniek. In plaats daarvan moet de oplossing worden toegesneden op specifieke producten en toepassingen. Ingrediënten kunnen op verschillende manieren worden geëncapsuleerd, bijvoorbeeld door een coating om de stof aan te brengen (kern/schilcapsules) of door het ingrediënt te dispergeren in een matrix (matrixcapsules). De coating en de matrix kunnen water- of vetoplosbaar zijn. De tabel geeft een overzicht van verschillende technieken en hun toepassing. Hieronder volgen een aantal voorbeelden van geslaagde encapsulering van gezondheidsingrediënten.

Complexe coacervatie van hydrolyseerbaar molecuul
In dit voorbeeld gaat het om het encapsuleren van een wateronoplosbaar gezondheidsingrediënt dat onder zure condities snel hydrolyseert. Het product waaraan het ingrediënt wordt toegevoegd is een zure vruchtensap. Encapsulering voorkomt dat de zure vloeistof de activiteit van het ingrediënt vermindert.
Als encapsuleringtechniek is gekozen voor complexe coacervatie om het gezondheidsingrediënt te beschermen tegen het toepassingsmilieu. Voor de complexe coacervatie zijn biopolymeren (een eiwit en een polysaccharide) gebruikt onder zure condities. De tegengesteld geladen biopolymeren reageren en vormen een complex dat het niet in water oplosbare ingrediënt vasthoudt. Deze technologie is door de wateronoplosbaarheid van het ingrediënt en het zure eindproduct zeer geschikt voor deze toepassing. Verder was het voordeel van complexe coacervatie dat kleine capsules werden gevormd die niet waarneembaar waren in de drank en dus ook geen zanderig mondgevoel gaven.
De gebruikte coating bestond uit wei-eiwitten en Arabische gom. Traditioneel wordt een combinatie van gelatine en Arabische gom gebruikt. Maar in dit door NIZO food research ontwikkelde encapsuleringsysteem is de gelatine vervangen door wei-eiwit om het product een beter gezondheidsimago te geven. Fabrikanten zoeken immers steeds vaker naar vervangers.
Het gezondheidsingrediënt hoort pas in het darmkanaal vrij te komen door een toename van de pH. In dit geval werden de capsules niet gecrosslinked om het vrijkomen van het gezondheidsingrediënt bij hogere pH-waarden (boven pH 5) mogelijk te maken.
Qua productkwaliteit bleek het geëncapsuleerde molecuul na drie weken versneld houdbaarheidsonderzoek twee keer zo stabiel te zijn als het niet-geëncapsuleerde molecuul (figuur 1).

Sproeidrogen van sinaasappelolie
Het tweede voorbeeld is de encapsulering van sinaasappelolie – die bij kamertemperatuur en normale druk snel oxideert – bedoeld voor toevoeging aan een droog poeder. Encapsulering zorgt er voor dat de sinaasappelolie minder snel oxideert. Zo blijft de smaak van het eindproduct beter behouden. Bovendien kon de sinaasappelolie in vloeibare vorm niet aan het poederige eindproduct toegevoegd worden, dus encapsulering was ook nodig om de vloeistof om te zetten in een droog poeder. De meest geschikte techniek daarvoor was sproeidrogen. De sinaasappelolie werd eerst geëmulgeerd en vervolgens gesproeidroogd tot een vrij stromend poeder. Dit is een eenvoudige, tamelijk goedkope en gemakkelijk op te schalen technologie.
Door het sproeidrogen ontstonden matrixcapsules. NIZO food research had daarvoor een matrix ontwikkeld dat goede emulgatie-eigenschappen combineert met een zeer sterke oxidatiebescherming (met plantaardige polysacchariden) en deze vergeleken met drie traditionele matrixen. Door toevoeging van water loste het poederproduct op en kwamen de oliedruppeltjes uit de voedselmatrix vrij (figuur 2).
Een versnelde houdbaarheidstest werd uitgevoerd bij 37°C. Het oxidatieproduct van sinaasappelolie (limonene 1,2-epoxide) werd met behulp van gaschromatografie gemeten. Uit figuur 3 blijkt dat de NIZO-matrix goed stabiel bleef gedurende de houdbaarheidstermijn, d.w.z. van de vier geteste matrices na vier weken het minste geoxideerd product bevatte (figuur 3).

Probiotica in poeder
Probiotica – levende micro-organismen met een gezondheidseffect – worden geëncapsuleerd en toegevoegd aan poeders. Om effectief te zijn moeten deze probiotica in grote aantallen tot in het maagdarmkanaal actief blijven. Het zijn echter fragiele ingrediënten die de procescondities (hitte, druk) of de houdbaarheidstermijn (bijvoorbeeld in een natte omgeving) vaak niet overleven. Encapsulering is dan een goede methode om de overlevingskans van probiotica te vergroten, doordat meer bescherming wordt geboden tegen vocht, hitte, druk en maagzuur. In dit specifieke voorbeeld werd gekeken naar het effect van encapsulering op de zuurstofbestendigheid van de micro-organismen.
Het probioticapoeder werd eerst verwerkt in een op hydrocolloïden en vet gebaseerd kernmateriaal. Dit werd vervolgens verder geëncapsuleerd met behulp van een gefluïdiseerd-bed-coater (figuur 4). Hiervoor had NIZO food research een meerlagige coating ontwikkeld, waarbij elke laag een specifieke bescherming biedt, bijvoorbeeld een vetlaag als bescherming tegen vocht en hitte (pasteurisatie) en een eiwitlaag tegen oxidatie (figuur 5). De coatings dienden ook als extra bescherming tegen maagzuur. De probiotica komen pas in de darmen vrij door inwerking van enzymen.
Het doel van dit project was om te beoordelen of encapsulering de probiotische bacteriën beschermt tegen oxidatie. Geëncapsuleerde probiotica blijken in een open vat twee keer zo stabiel te zijn als niet-geëncapsuleerde bacteriën (figuur 6). Deze technologie bleek dus effectief voor de gebruikte bacteriestam in deze toepassing, en is wellicht ook geschikt voor andere toepassingen (babyvoeding, veevoer, koelverse melkproducten).

Sleutel tot succes
Het is mogelijk unieke encapsuleringsystemen te ontwikkelen voor specifieke ingrediënten en toepassingen. Zoals uit bovenstaande voorbeelden blijkt moeten coating en gebruikte technologie zorgvuldig worden gekozen. De capsules moeten vervolgens worden onderworpen aan applicatietesten om hun werking onder realistische omstandigheden (procescondities, bewaarcondities, vrijkomingscondities) tot aan het beschikbaar komen van de gezondheidsingrediënten te beoordelen. De efficiënte werking van de ingrediënten hangt niet alleen af van het ontwikkelen of kiezen van de juiste encapsuleringtechniek. Ook vakkennis op het gebied van voedselbereiding en gezondheidsaspecten zijn cruciaal bij het ontwikkelen van een geslaagde encapsuleringoplossing.

Reageer op dit artikel