ออกแบบเม็ดบีดส์ไฮโดรเจลเพื่อคุณสมบัติในการกักเก็บและปลดปล่อยสารสำคัญอย่างมีประสิทธิภาพ
Translated and Compiled By: Rawiporn Polpued
Senior Writer
Food Focus Thailand Magazine
editor@foodfocusthailand.com
สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ หรือสารสำคัญจำนวนมากไม่สามารถใช้เป็นสารเติมแต่งในอาหารได้โดยตรง เนื่องจากสารเหล่านี้มีความคงตัวต่ำ หรือมีลักษณะทางประสาทสัมผัสที่ไม่พึงประสงค์ รวมถึงเมื่อผ่านระบบย่อยอาหารที่มีความเป็นกรดสูงอาจส่งผลให้ส่วนผสมเชิงฟังก์ชันบางชนิดทำงานได้ไม่เต็มที่ ทำให้ต้องผ่าน
กระบวนการดัดแปลง เพื่อเพิ่มความสะดวกในการกักเก็บและการคงประสิทธิภาพ ส่งผลให้ร่างกายสามารถนำไปใช้งานได้ดียิ่งขึ้น ด้วยเหตุนี้ การห่อหุ้มส่วนผสมเชิงฟังก์ชันด้วยพอลิแซคคาไรด์จากธรรมชาติ จึงเป็นแนวคิดในการป้องกันการสลายตัวจากเอนไซม์หรือสารเคมี จนกว่าจะสามารถออกฤทธิ์ในตำแหน่งที่ต้องการในร่างกายได้
ขั้นตอนแรกในการออกแบบเม็ดบีดส์ไฮโดรเจล เริ่มจากการวิเคราะห์หาปริมาณสารสําคัญหรือสารออกฤทธิ์ที่เหมาะสมในอาหาร เพื่อให้เกิดผลลัพธ์ที่ดีต่อสุขภาพ อย่างเช่น ความสามารถในการป้องกันโรคบางชนิดได้ ขั้นตอนต่อไป คือ การออกแบบระบบที่ไม่เพียงเพื่อป้องกันสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพในอาหารเท่านั้น แต่ยังต้องปกป้องสารเหล่านี้ในระหว่างการนำส่งไปยังบริเวณเป้าหมายได้อย่างสมบูรณ์ โดยทั่วไป วัสดุที่ใช้ในการผลิตเม็ดบีดส์ไฮโดรเจล แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ (1) พอลิแซคคาไรด์ ได้แก่ อัลจิเนต แป้ง วุ้น ไคโตซาน และเซลลูโลส ซึ่งเป็นวัสดุที่มีอยู่ทั่วไปตามธรรมชาติ และมีความสามารถในการกักเก็บกลิ่นรส สารต้านอนุมูลอิสระ และสารโภชนเภสัช (2) โปรตีน ถือว่าเป็นวัตถุดิบที่มีความปลอดภัย และมีคุณค่าทางโภชนาการสูง มีคุณสมบัติในการเป็นตัวพาสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ ไขมัน น้ำมัน กรดไขมัน และกลิ่นรสได้ โดยโปรตีนจากสัตว์ที่นิยมใช้ในการห่อหุ้ม ได้แก่ เวย์โปรตีน เคซีน เจลาติน และคอลลาเจน ส่วนโปรตีนจากพืช ได้แก่ โปรตีนจากถั่วเหลือง ข้าวโพด (Zein) และข้าวสาลี (Gliadin) โดยเม็ดบีดส์สามารถจำแนกตามโครงสร้าง คุณสมบัติ และวัตถุประสงค์ในการใช้งาน ได้ดังนี้
1. Solid gel beads เป็นเม็ดบีดส์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด สามารถผลิตได้จากวัสดุหลากหลายชนิด ซึ่งอาจทำจากวัสดุเพียงชนิดเดียว หรือหลายชนิดรวมกัน โดยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจะถูกห่อหุ้มไว้ภายในเจลที่มี
ลักษณะแข็ง และสารประกอบคอลลอยด์ภายนอกจะทำหน้าที่ชะลอการปลดปล่อย
2. Liquid-core gel beads เป็นเม็ดบีดส์ที่มีแกนกลางเป็นน้ำ และปกคลุมด้วยเมมเบรนแบบไร้รอยต่อ ซึ่งเรียกว่า ระบบกักเก็บน้ำ โดยเมมเบรนจะทำหน้าที่เป็นตัวกั้นหรือควบคุมการแพร่กระจาย
3. Emulsion core gel beads เป็นเม็ดบีดส์ที่มีความคล้ายคลึงกับ Liquid-core gel แต่มีวัสดุแกนกลางเป็นระบบอิมัลชัน นาโนอิมัลชัน ลิโปโซม หรือเจลอิมัลชัน จึงนิยมใช้กับวัสดุที่มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ (Hydrophobic Materials)
4. Double encapsulated beads เม็ดบีดส์นี้ค่อนข้างน่าสนใจ และมีความซับซ้อนมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเม็ดบีดส์ชนิดอื่นๆ ซึ่งเกิดจากการรวมกันของเม็ดบีดส์ดังกล่าวข้างต้น โดยไมโครบีดส์นี้ มักจะถูกห่อหุ้มใหม่
อีกครั้งด้วยเม็ดบีดส์ที่มีขนาดใหญ่กว่า ซึ่งในหนึ่งระบบสามารถห่อหุ้มองค์ประกอบสองชนิดที่มีคุณสมบัติ
ตรงข้ามกัน หรือเข้ากันไม่ได้
Due to poor stability or adverse sensory impact, bioactive compounds or active ingredients cannot be used as direct additives. Moreover, the highly acidic environment in the digestive system also degrades functional ingredients from reaching their target site. Some components need to be modified for prolonged storage or transport convenience. Therefore, the encapsulation of functional ingredients with natural polysaccharides is a concept that is effectively preventing from enzymatic or chemical degradation until it reaches the desired location in the body.
The first step in designing hydrogel beads is finding out the correct amount of bioactive compound added to the food to achieve health benefits like preventing certain diseases. The next one is to design systems not only protect bioactive compounds in the food matrix but also protect them during consummation. The materials for bead production are divided into 2 types: (1) Polysaccharide-based materials include alginate, starch, agar, chitosan, and cellulose. They are available in nature and have excellent capability to encapsulate flavors, aromas, antioxidants, and nutraceutical compounds. (2) Protein-based material is considered a safe raw material and high nutrition. It is an effective carrier for bioactive compounds, fats, oils, fatty acids, and flavors. The most common animal proteins used for encapsulation are whey protein, casein, gelatin, and collagen, while plant proteins compose of soy protein, zein, and gliadin. Hydrogel beads can be divided according to their structure, properties, and purpose as follows:
1. Solid gel beads are the most popular kind of beads. It can be produced from various materials, which may be made of single or combination. Bioactive compounds were trapped inside solid gel beads, and exogenous colloidal compounds acted as a retarding matrix.
2. Liquid-core gel beads have an aqueous core covered by a seamless membrane that acts as a barrier or control of diffusion, called a reservoir system.
3. Emulsion core gel beads are similar to Liquid-core gel with the exception that the core material could be an emulsion, nano-emulsion, liposome, or emulsion gel. It is commonly used with hydrophobic materials.
4. Double encapsulated beads are quite interesting and intricate, comparable with other types of beads. It is caused by the combination of beads described previously. This microbead is often re-encapsulated with larger beads. Two components with opposite or incompatible properties can be encapsulated in one system.