Тама німдерін капсулалауа арналан ондыры

ӘОЖ 661.664.66-9                        

Кіріспе

«Қазақстан Республикасының Президенті Қасым – Жомарт Тоқаевтың Қазақстан хал-қына «Жаңа жағдайдағы Қазақстан: іс-қимыл кезеңі» атты Қазақстан халқына жолдауында «Қазақстанның алдында тұрған маңызды мін-дет-өзінің өнеркәсіптік әлеуетін толық ашу. Осы саладағы табыстарға қарамастан, ішкі нарықтың барлық әлеуетін іске асыра алмадық. Өңделген тауарлардың үштен екісі шетелден әкелінеді. Ұлттық экономиканың стратегиялық өзін-өзі қамтамасыз етуін қамтамасыз ету үшін жаңа азық-түлік өнімдерін дамытуға шұғыл түрде кірісу қажет» деп айтылды [1].

Тағам өнімдері арнайы тағам өнімдерін, ауыз суды, минералды ауыз суды, алкоголь өнімдерін, тағамға биологиялық белсенді қоспаларды, микроағзалардың бастапқы өсірінді-лерін және ұйытқыларды, хош иістендіргіш-терді, тағамдық қоспаларды және азық-түлік шикізатын қоса алғанда, адамның тамаққа тұтынуына арналған қайта өңделген, өңделген немесе табиғи түрдегі өсімдік, жануар, био-технологиялық, жасанды, минералды немесе микроағзалар [2].

Капсулалау – «бұл диаметрі бірнеше на-нометрден бірнеше миллиметрге дейінгі бөлшектерді алу үшін заттың (қатты, сұйық немесе газ тәрізді) ұсақ бөлшектерін пленка түзетін материалдың қабығына қосудың физика-химиялық немесе механикалық процесі» [2].

Капсулалардың морфологиясы бойынша жіктелуі осындай бөлшектердің үш негізгі түрін ажыратады, олардың құрылымы 1- суретте көрсетілген [2].

Микрокапсулалар-көлемі 1 мкм-ден 0,2 мкм-ге дейінгі, қосымша заттар қосылған немесе қосылмаған қатты немесе сұйық белсенді әсер етуші заттары бар, полимер немесе басқа материалдан жасалған, шар тәрізді немесе бұрыс пішінді жұқа қабықтан тұратын капсулалар [3].

Сурет 1 - Капсулалардың негізгі түрлері

Бүгінгі таңда капсулалау процесі тамақ, химия салаларында белсенді қолданылады. Микротехнологияны тамақ ғылымында және биотехнологияда қолдану капсулалау процесін дамытудағы қадам болып табылады. Био-логиялық белсенді заттарды капсулалау тамақ өнеркәсібінде тотығу-тотықсыздану реакцияларын реттеу, теңдестірілген дәм сапасын, түсі мен иісін алу мақсатында қолданылады. Био-логиялық белсенді заттарды капсулалау арқылы олардың тиімділігін арттыруға, уыттылығын азайтуға және пестицидтер өндірісінде, сондай-ақ фармакологияда тепе-теңдікке қол жеткізуге болады [4].

Зерттеу материалдары мен әдістері

Капсулалау процесінде көптеген техно-логиялар бар, олар капсулаларды алу үшін экструзия, шашырату кептіру, шашырату, матри-цаға қосу, гельді капсулалау, қайнаған қабат-тағы капсулалар [5, 6]. Альгинат, пектиндер, геллан шайырлары, хитозан, ксантан және т.б. сияқты капсула заттарының алуан түрлілігі бар. Капсулалау материалдың үлкен таңдауы кез-келген жағдайда ішіндегі капсулаларды шығаруға мүмкіндік береді [7].

Тамшылау әдісімен биологиялық белсенді қоспаларды капсулалауға арналған қондырғы. Панельде сонымен қатар айналым сор-ғысының құбырлары мен капсулалауға арналған салқындату ерітіндісінің температура дат-чигі (СаСҺ) бар, олар батырылған. Түтіктердің батыру деңгейі эксперимент шарттарына сәйкес орнатылады. Жұмыс ыдысындағы сұйықтық деңгейі жұмыс ыдысының бүйірінде орналасқан толып кететін түтіктің көлбеуімен орнатылады. Толып кететін түтік жұмыс ыдысын-дағы сұйықтық деңгейін берілген күйде ұстап тұруға арналған. Жұмыс ыдысын капсулалар-мен толтырған кезде сұйықтық деңгейі жоғарылайды, ал артық мөлшері салқындатқыш ерітіндісі бар контейнерге құйылады [8].

Дискілі шашырату әдісімен капсула-лауға арналған қондырғы. Капсулаларды қа- лыптастыру арнайы реактордағы форсункадан ағатын оның ламинарлық ағынынан желде-летін өнімнің дозасын кесу арқылы жүргізіледі. Капсулятордың негізгі түйіндері реак-тормен бірге жақтауға бекітілген. Жоғарғы бөлігінде екі контейнер орнатылған. Біреуі жұмыс қоспасымен, екіншісі жуу ерітіндісімен. Байланыстырушы шлангілердің көмегімен қоспа немесе жуу ерітіндісі перистальтикалық сорғының кірісіне беріледі, одан олар реак-торға түседі, онда ағып жатқан ағын жеке бөлшектерге бөлінеді. Әрі қарай, бұл бөлшектер кальций хлоридінің ерітіндісімен жуылады, нәтижесінде алынған бөлшектің беті жабылып, қабық пайда болады [9].

Алгинаттар үш категорияда шығарылады: тамақ өнеркәсібі, фармацевтика және басқа салалар үшін. Алгинаттар тамақ өнеркәсібінде қоюландырғыштар, тұрақтандырғыштар, эмуль-гаторлар және ылғал ұстағыш агенттер ретінде кеңінен қолданылады. Олар балмұздақ, салат жасау (дрессингтер), тұздықтар, кремдер, си-роптар, нан өнімдері, көкөніс және ет консер-вілері өндірісінде қолданылады [10].

Натрий алгинаты тұтқырлық мәндерінің кең таралуымен сипатталады. Жоғары молекулалық альгинат 2000 Па сулы ерітінді концентрациясында шамамен 1 Па тұтқырлығымен сипатталады, ал төмен молекулалық салмағы бірдей концентрацияда 10 Па-дан аз тұтқырлық береді [11].

Гельдік микросфераларды қалыптастыру әдістері. Микросфералар-биополимер гельінен тұратын (жиналатын) белсенді заты бар шағын сфералар (диаметрі 0,2-5,0 мм). Бұл әдіске сәйкес, көп жағдайда белсенді зат микросфера пайда болғанға дейін енгізіледі, бірақ зат қол-даныстағы микросфераларға енгізілетін техно-логиялар бар. Мәліметтерге сәйкес микросфе-раларды қалыптастыру үшін келесі техноло-гиялар қолданылады: тамшылатып немесе эмульсиялау. Тамшылау әдісі: құрамында белсенді зат бар альгинат ерітіндісі/суспензия кальций хлориді ерітіндісі бар ваннаға тамшы-латып енгізіледі. Эмульсия әдісінің қадамдары: калий хлориді ерітіндісі альгинат ерітіндісінің эмульсиясына енгізіледі. Бұл тәсіл шағын көлемді микросфераларды өндіруге мүмкіндік береді. Калий хлориді ерітіндісінде ұзақ уақыт болғаннан кейін альгинатты микросфералар-дың қабығы қатаяды [12, 13].

Кальций альгинатты гельді қолдана отырып, микросфераларды алу технологиясы, әдіске сәйкес, өте ыңғайлы. Сонымен, капсула қабығының қалыңдығын реттеуге болады. Там-шылату технологиясы капсулаларды салыстырмалы түрде дұрыс пішін мен өлшемдерге қол жеткізуге мүмкіндік береді, ал эмульсиялық ең кіші өлшемдерге қол жеткізе алады.

Технологияда бүріккіш бөтелке ретін -де жұмыс істейтін бүріккіш саптамалар ато-мизациялық дискілер қолданылады.

Айналмалы диск-бүріккіш кептіруге немесе мұздатуға арналған атомизацияның басқа әдісі. Бастапқыда қоректендіру құбырына эмульсия алынады, онда капсулаланған материал дисперсті фазада болады. Содан кейін бүрку технологиясына сәйкес эмульсия айналмалы дискіге, инжектор және бөлшектерді ато-мизациялайтын бүріккіш алау арқылы жіберіледі. Үздіксіз фазадан шыққан эмульсия тамшылары айналу кезінде сфералық пішінге ие болады, ол кептірілген кезде бекітіледі [14, 15].

Капсулаларды қолмен алу әдістері, там-шылау әдісі бүгінде кеңінен қолданылады, бірақ бұл процесс өте ауыр және ұзақ, сәйке-сінше тиімділігі төмен және қымбат. «Семей қаласының Шәкәрім атындағы университеті» КеАҚ зертханасында капсулаларды алу бойынша алдын ала эксперимент жүргізілді.

Нәтижелер және оларды талқылау

Капсулалау технологиясын үш кезеңге бөлуге болады. Бірінші кезең. Биологиялық белсенді заттарды зат матрицасына қосу (сұйық немесе қатты). Сұйық негізді/затты пайдаланған жағдайда биологиялық белсенді заттарды қосу еріген немесе дисперсті матрицада жүргізіледі. Қатты негізді пайдаланған жағдайда қосу агломерация немесе адсорбция әдісімен жүзеге асырылады [16, б. 34; 17]. Екінші кезең. Сұйық матрицаның дисперсиясы жүзеге асырылады, содан кейін ерітінді қатты мат- рицаға шашылады [16, б.35; 17]. Үшінші кезең. Бұл кезеңде химиялық (полимерлеу), физика-лық-химиялық (гелизация) немесе физикалық (булану, кристалдану, коалесценция) процестер тұрақтанады.

Біздің жағдайда натрий альгинатының сулы ерітіндісі негіз ретінде таңдалды, оның матрицасында пробиотик дисперсиясы жасалады [18].

Микрокапсулалауға арналған қондырғы 2-ші суретте көрсетілгендей. Гель түзетін қоспаның сулы ерітіндісі ретінде натрий альгинаты қосылған желатин ерітіндісі қолданылды. Ерітінді келесідей алынды: желатин 0,5% суда (60оС) мөлшерінде ерітілді. Жела-тиннің сулы ерітіндісі бар өлшеуіш стақан қыздырылған электромагниттік араластыр-ғышқа салынады және ерітінді желатин толық ерігенше араластырылады.

Қыздыру температурасы 60°C-қа қойылады, өйткені 60°С-тан төмен температурада натрий альгинаты нашар ериді, ал 60°С-тан жоғары температурада натрий альгинаты жинала бастайды. Содан кейін желатин ерітіндісіне 0,5% натрий альгинаты қосылады және кыіздырылған электромагниттік араластыр-ғышқа салады. Натрий альгинаты ерігеннен кейін қоспасы 40°C температураға дейін салқын-датылды. Қалыптастыру қоспасы ретінде 2% кальций хлориді ерітіндісі дайындалады. Ол үшін 98 мл тазартылған су алынады және 2 грамм кальций хлориді қосылады. Кальций хлориді ерігеннен кейін қалыптастыру қоспасы дайын болады. Гель түзетін қоспадан тамшыларды қалыптастыру үшін жуғыш сорғы және пластикалық форсунка арқылы алынды. Капсула қалыптастыру кезінде форсункадан тамшы толығымен кальций хлориді ерітіндісіне батырылады, ал натрий алгинаты кальций хло-ридімен әрекеттесіп, кальций альгинатынан тұратын капсула түзеді. Нәтижесінде біз - 3 - суретте көрсетілгендей капсулалардың тұрақты мөлшерін және әдемі дөңгелек пішінді алдық. Зерттеудің келесі капсулалары тамшылы әдіспен және альгинат арқылы алынды. 0,5% натрий альгинаттан алынған капсулалар жұмсақ, беті тегіс болып шықты, орташа мөлшері 2,0*10-3м болды. Бұл жұмыста капсулалау материал ретінде натрий альгинаты, желатин таңдалды.

Cурет 2 - Микрокапсула алуға арналған қондырғы

1 – қуат блогы Mercury ATX Switching Power Supply-450W; 2 - аквариумды трубка ; 3-әйнек жуғыш сорғы; 4 - ажыратқышы бар айнымалы резистор 10 кОм; 5 - dc-dc тұрақты кернеуді төмендететін тұрақтандырғыш, мо- дуль LM2596S; 6 – желатин, натрий альгинат ерітіндісі; 7 - электромагниттік араластырғыш; 8 - су бүркуге арналған пластикалық бүріккіш (форсунка); 9-кальций хлориді ертіндісі ;

Cурет 3- Натрий альгинатын қолдану арқылы алынған капсула

Cурет 4 - Ақ түс қағазға көрсетілген капсула

Қорытынды

Эксперимент көрсеткендей, микрокапсу-лалауға арналған қондырғы арқылы капсула алу тұрақты және сапалы нәтиже береді. Син- тетикалық материалдардан жасалған пласти-калық бүріккіштер (пластмассалар, полимер-лер, фторопласттар). Пластикалық форсунка-лар артықшылығы жеңіл салмақ, жақсы хи- миялық төзімділігі, саптаманың корпусы мен бұрандалы қосылыс бір нысанда құйылған кезде қарапайым өндіріс процесі, салыстырмалы түрде құны арзан, түсі, пішіні, логотипті қолдану бойынша тапсырыс берушінің тілектерін орындау мүмкіндігі мол. Диаметрі 1 мм бүр-куге арналған пластикалық бүріккіш (форсунка) арқылы микрокапсула алу, натрий альгинаты арқылы, яғни гель түзушіде натрий альгинатын, ал түзуші ортада кальций хлори-дін қолдана отырып, біз дұрыс пішінді капсу-лаларды ала алдық. Тамшылы әдіспен 0,5% натрий альгинаттан алынған капсулалар жұмсақ, беті тегіс болып шықты, орташа мөлшері 2,0×10-3м болды.

Ұсынылған ғылыми-зерттеу жұмысы «Тамақ өнімдерін капсулалауға арналған қондырғыны жетілдіру» атты докторлык ди-ссертациялық жұмысының аясында жүзеге асырылды.

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

[15.06.2022]