Математическое моделирование и конструирование рецептуры эмульсионной системы с заданными свойствами для доставки БАВ и вкусоароматических веществ в напитки
Автор: Вольнова Е.Р.
Рубрика: Актуальные проблемы развития пищевых и биотехнологий
Статья в выпуске: 1 т.14, 2026 года.
Бесплатный доступ
В современных научно-исследовательских работах используются методы математического моделирования для целенаправленного конструирования рецептур пищевых продуктов и биопрепаратов с заданными характеристиками. Особую актуальность это направление приобретает при разработке многокомпонентных дисперсных систем, к которым относятся эмульсии, широко используемые в качестве носителей биологически активных веществ, защитных сред для пробиотических культур, основ для пищевых ингредиентов и продуктов. Целью настоящей работы являлось компьютерное моделирование и экспериментальная верификация рецептуры эмульсионной системы на основе гуммиарабика, предназначенной для доставки вкусоароматических и биологически активных веществ (БАВ) в напитки. Методами математического планирования эксперимента (Box-Behnken design) построены регрессионные модели, описывающие влияние концентрации гуммиарабика (7–11 %), давления гомогенизации (150–250 бар) и содержания масляной фазы (10–20 %) на ключевые отклики: средний размер частиц (D50), коллоидную стабильность и стабильность при хранении. Построены адекватные регрессионные модели (R² > 0,92), позволившие провести многокритериальную оптимизацию. Установлено, что минимальный средний размер частиц (78,5 мкм) достигается при гуммиарабика 9,35 %, давление гомогенизации 224,6 бар, доля масляной фазы 16,2 %. Экспериментальная проверка оптимального состава подтвердила высокую сходимость смоделированных и фактических значений (расхождение < 5 %), а также повышенную стабильность системы (не менее 40 суток без видимого расслоения). Разработанный подход демонстрирует эффективность методов математического конструирования для целенаправленного создания эмульсионных систем с прогнозируемыми свойствами. Таким образом, предложенный подход может быть успешно масштабирован для разработки новых пищевых и биотехнологических продуктов с контролируемым высвобождением и повышенной стабильностью активных компонентов.
Математическое моделирование, оптимизация, эмульсионные системы, гуммиарабик, системы для доставки вкусоароматических веществ, БАВ
Короткий адрес: https://sciup.org/147253470
IDR: 147253470 | УДК: 664.6:519.87 | DOI: 10.14529/food260101
Mathematical modeling and formulation design of an emulsion system with specified properties for the delivery of BAS and flavoring substances to beverages
In modern scientific research, mathematical modeling methods are used for the purposeful design of food formulations and biologics with specified characteristics. This area is particularly relevant in the development of multicomponent dispersed systems, which include emulsions widely used as carriers of biologically active substances, protective media for probiotic cultures, and bases for food ingredients and products. The purpose of this work was computer modeling and experimental verification of the formulation of a gum arabic-based emulsion system designed to deliver flavoring and biologically active substances (BAS) to beverages. Using the methods of mathematical experimental planning (Box-Behnken design), regression models were constructed describing the effect of gum arabic concentration (7–11 %), homogenization pressure (150–250 bar) and oil phase content (10–20 %) on key responses: average particle size (D50), col-loidal stability and storage stability. Adequate regression models (R² > 0.92) were built, which al-lowed for multi-criteria optimization. It was found that the minimum average particle size (78,5 microns) is achieved at a gum arabic concentration of 9,35 % and a homogenization pressure of 224,6 bar. Experimental verification of the optimal composition confirmed the high conver-gence of the modeled and actual values (discrepancy < 5 %), as well as increased stability of the system (at least 40 days without visible stratification). The developed approach demonstrates the effectiveness of mathematical design methods for the targeted creation of emulsion systems with predictable properties. Thus, the proposed approach has the potential to be successfully scaled up to develop new food and biotechnology products with controlled release and enhanced stability of active ingredients.
