در این پژوهش، با استفاده از تکنیک اسپری درایینگ (Spray Drying)، اسانس بادرنجبویه به پودر میکروکپسوله تبدیل شد تا پایداری ترکیبات فرّار و حساس آن افزایش یابد. این مقاله در سال ۲۰۲۶ در مجله معتبر Carbohydrate Polymer Technologies and Applications منتشر شد. پژوهشگران با استفاده از اسپری درایر درساتک، نسبت مالتودکسترین به صمغ عربی، شرایط فرایند و راندمان میکروانکپسولاسیون را بهینه‌سازی کردند.
اسانس بادرنجبویه چیست و چه کاربردی دارد؟
اسانس بادرنجبویه (Melissa officinalis) ترکیبی طبیعی و فرّار، غنی از ترکیباتی مانند ژرانیال و نرال است که به دلیل فعالیت‌های آنتی‌اکسیدانی و ضدمیکروبی مورد توجه قرار دارد. این اسانس در توسعه محصولات غذایی فراسودمند، دارویی، مکمل‌های غذایی و فرمولاسیون‌های آرایشی‌بهداشتی کاربرد بالقوه دارد.
چگونه می‌توان پایداری اسانس بادرنجبویه را افزایش داد؟
فرّاریت بالا، حساسیت به اکسیژن و عوامل محیطی و دشواری تبدیل اسانس‌های آب‌گریز به پودر پایدار، از چالش‌های مهم فرمولاسیون آن‌هاست. این پژوهش با ترکیب مالتودکسترین و صمغ عربی و استفاده از تکنیک اسپری‌درایینگ، پوششی محافظ پیرامون اسانس ایجاد کرد تا اتلاف ترکیبات فرّار کاهش یافته و پایداری محصول هنگام نگهداری افزایش یابد.(مطالعه مرتبط: میکروکپسولاسیون عصاره دارچین با تکنیک اسپری‌درایینگ)
مراحل تولید پودر میکروکپسوله اسانس بادرنجبویه با دستگاه اسپری درایر درساتک
مرحله اول: شناسایی ترکیبات اسانس
ابتدا ترکیب شیمیایی اسانس با روش‌های GC–MS و GC–FID بررسی شد. ژرانیول با سهم ۳۷٫۹۱ درصد و نرال با سهم ۲۶٫۶۲ درصد، ترکیبات غالب نمونه مورد مطالعه بودند.
مرحله دوم: تهیه محلول مواد دیواره
مالتودکسترین و صمغ عربی با نسبت‌های مختلف در آب مقطر حل شدند. محلول در حجم ۵۰۰ میلی‌لیتر به مدت یک ساعت در دمای محیط هم زده شد تا هیدراتاسیون و انحلال پلیمرها کامل شود.
مرحله سوم: تهیه امولسیون
اسانس با غلظت نهایی ۰٫۵ درصد وزنی-حجمی به محلول افزوده شد. نسبت جرمی ماده هسته به مواد دیواره ۱ به ۹ در نظر گرفته شد. سپس مخلوط با هموژنایزر اولتراسونیک در فرکانس ۲۰ کیلوهرتز و توان ۱۵۰ وات به مدت پنج دقیقه امولسیون‌سازی شد. برای جلوگیری از افزایش دما، ظرف نمونه در حمام یخ قرار گرفت.
مرحله چهارم: خشک‌کردن پاششی
امولسیون آماده‌شده با دستگاه اسپری‌درایر آزمایشگاهی ساخت شرکت درساتک با نازل ۰٫۷ میلی‌متری خشک شد. تأثیر دمای ورودی، نسبت مواد دیواره و دبی خوراک در ۱۷ آزمایش بررسی گردید.
مرحله پنجم: ارزیابی محصول
پودر جمع‌آوری‌شده با آزمون‌های SEM، میکروسکوپی فلورسانس، FTIR و DSC بررسی شد. همچنین راندمان فرایند، بازده نگهداری اسانس و پایداری محصول طی ۳۰۰ روز در دمای ۴ درجه سانتی‌گراد ارزیابی شد.
پارامترهای اعمال‌شده در فرایند اسپری‌درایینگ
جدول زیر محدوده پارامترهای آزمایشگاهی و شرایط فرمولاسیون R16 را نشان می‌دهد که بالاترین بازده نگهداری اسانس را ثبت کرد.
| پارامتر | محدوده بررسی‌شده | شرایط R16 |
| دمای هوای ورودی | ۹۰ تا ۱۸۰°C | ۱۸۰°C |
| نسبت جرمی MD/GA | ۰٫۵ تا ۳٫۵ | ۲ |
| دبی خوراک | ۰٫۲ تا ۰٫۸ لیتر/ساعت | ۰٫۲ لیتر/ساعت |
| قطر نازل | ثابت | ۰٫۷ میلی‌متر |
| دبی هوای اتمایزینگ | ثابت | ۶۰۰ لیتر/ساعت |
| دبی مکش هوا | ثابت | ۳۰ مترمکعب/ساعت |
| فشار اتمایزینگ | ثابت | ۵۰۰ کیلوپاسکال |
| نسبت اسانس به دیواره | ثابت | ۱:۹ |
| غلظت اسانس در خوراک | ثابت | ۰٫۵٪ وزنی-حجمی |
| دمای نگهداری | ثابت | ۴±۱°C |
محصول نهایی چه کاربردهایی دارد؟
این پودر می‌تواند در حوزه‌های زیر مورد استفاده و بررسی قرار گیرد:
۱. صنایع غذایی: تولید محصولات فراسودمند مانند ماست، آدامس و فرآورده‌های غذایی حاوی ترکیبات آنتی‌اکسیدانی طبیعی.
۲. صنایع دارویی و مکمل‌ها:توسعه فرمولاسیون‌های پودری حاوی ترکیبات گیاهی با پایداری بیشتر و محافظت بهتر در برابر عوامل محیطی.
۳. بسته‌بندی و نگهداری مواد غذایی:بررسی استفاده از ترکیبات ضدمیکروبی طبیعی برای کاهش رشد میکروارگانیسم‌ها و کمک به افزایش ماندگاری محصولات غذایی.
۴. صنایع آرایشی و بهداشتی:توسعه محصولات حاوی اسانس‌های گیاهی با هدف محافظت از ترکیبات معطر و حساس در فرمولاسیون.
این کاربردها ظرفیت‌های بالقوه پودر هستند و برای استفاده صنعتی، ارزیابی عملکرد و ایمنی آن در محصول نهایی ضروری است.
چرا تکنیک اسپری‌درایینگ به‌جای روش‌های دیگر انتخاب شد؟
انتخاب روش خشک‌کردن به ماهیت ماده فعال، حساسیت حرارتی، هزینه تولید و مشخصات محصول نهایی وابسته است. در این پژوهش، هدف اصلی دستیابی به پودری پایدار با قابلیت توسعه فرایند تولید بود.
| روش | ویژگی‌ها و محدودیت‌ها |
| اسپری‌درایینگ (Spray Drying) | تبدیل مستقیم امولسیون به پودر، زمان فرایندی کوتاه، امکان کنترل اندازه ذرات و قابلیت توسعه صنعتی |
| فریزدرایینگ (Freeze Drying) | حذف آب از محصول منجمد با تصعید و مناسب برای بسیاری از مواد حساس به حرارت؛ اما معمولاً زمان‌بر و پرهزینه |
| اسپری‌فریزدرایینگ (Spray Freeze Drying) | ترکیب اتمایزینگ، انجماد سریع و خشک‌کردن انجمادی؛ مناسب برای طراحی برخی پودرهای متخلخل و حساس |
| کواسرواسیون (Coacervation) | تشکیل پوشش اطراف ماده هسته از طریق جدایش فازی؛ ممکن است به مراحل تکمیلی جداسازی و خشک‌کردن نیاز داشته باشد |
سوالات متداول
۱. آیا دمای بالای هوای ورودی اسپری‌درایر الزاماً باعث تخریب اسانس می‌شود؟
خیر. دمای واقعی قطرات در طول تبخیر لزوماً برابر دمای هوای ورودی نیست. بااین‌حال، میزان تخریب شیمیایی ترکیبات باید با آزمون‌های اختصاصی بررسی شود.
۲. آیا اندازه ذرات تولیدشده در خشک کن پاششی قابل کنترل است؟
بله. اندازه ذرات می‌تواند تحت تأثیر نوع نازل، شرایط اتمایزینگ، غلظت خوراک و ویژگی‌های امولسیون قرار گیرد. برای دستیابی به توزیع اندازه مشخص، بهینه‌سازی فرایند ضروری است.
۳. آیا نتایج این پژوهش را می‌توان مستقیماً در مقیاس صنعتی اجرا کرد؟
خیر. هرچند پژوهش مبنای مناسبی برای توسعه صنعتی ارائه می‌دهد، انتقال به مقیاس پایلوت و صنعتی نیازمند بررسی انتقال حرارت و جرم، بازده جمع‌آوری، کیفیت پودر و تکرارپذیری فرایند است.
۴. در صورت آسیب‌دیدگی شیشه‌آلات دستگاه اسپری درایر درساتک، چه خدمات تعمیر، پشتیبانی و گارانتی ارائه می‌شود؟
جمع‌بندی
بدون دیدگاه