درباره هیدروکلویید ژلان

 

منشاء اولیه و فرآیند تولید

صمغ ژلان یک پلی ساکارید خارج سلولی است که از طریق تخمیر توسط میکروارگانیسم Sphingomonas   elodea (که قبلاً به عنوان ( Pseudomonas elodea شناخته می شد، اما بعداً مجدداً طبقه بندی گردید تولید می شود. تمام اشکال مختلف صمغ ژلان از یک فرآیند تخمیر اولیه ساخته می شوند. از ظروف تخمیری استریل و بزرگ استفاده می شود تا به باکتری ها اجازه دهند قندهای ساده ای مانند D-گلوکز و سایر مواد مغذی را به این پلی ساکارید تبدیل کنند. هنگامی که سلول ها کشته شدند و از آبگوشت تخمیر جدا شدند، محلول بیشتر برای تولید چهار نوع مختلف صمغ ژلان تحت درمان قرار می گیرد:

1) صمغ ژلان شفاف نشده با آسیل بالا از طریق رسوب با حلال های آلی مانند الکل ها ساخته می شود.

2) صمغ ژلان شفاف شده با آسیل بالا پس از شفاف سازی به دست می آید.

3) صمغ ژلان شفاف نشده با آسیل کم در حال حاضر به صورت تجاری تولید نمی شود.

4) صمغ ژلان شفاف شده با آسیل کم، محصولی استری زدایی شده، با شفاف سازی، حذف گروه های آسیل با تیمار قلیایی (استیله زدایی در 80 درجه سانتی گراد (176 درجه فارنهایت) در pH ~10 به مدت 10 دقیقه و ته نشینی یا رسوب نهایی ساخته می شود.

ترکیب شیمیایی

  ژلان یک هتروپلی ساکارید آنیونی خطی با یک زنجیره مستقیم متشکل از بلوک های ساختمانی D-گلوکز، L-rhamnose و D-glucuronic Acid با نسبت مولکولی 1.5 : 1: 1 است. زنجیره از یک واحد تکرار شیمیایی تتراساکارید ساخته شده است که در آن واحدهای شیمیایی تکرار می شوند. گلوکز مرتبط با β(1،4)، اسید گلوکورونیک، گلوکز و رامنوز در پیوند α(1،3) با هم پیوند دارند. محصول خام تا حدی استری شده است: باقیمانده گلوکز مرتبط با (1،3) حاوی یک L-گلیسرات متصل به C2 و حدود 50٪ جایگزین‌های استات مرتبط با C6 است. در شکل خام یا با آسیل بالا، دو جایگزین آسیل استات و گلیسیرات  وجود دارد. هر دو جایگزین روی باقیمانده گلوکز یکسانی قرار دارند و به طور متوسط در هر تکرار یک گلیسیرات و در هر دو واحد تکراری یک استات وجود دارد. در صمغ ژلان کم آسیل، گروه های آسیل وجود ندارند. طبق مطالعات پراش اشعه ایکس، مولکول قرار است پس از گرم شدن و خنک شدن، ساختار مارپیچی دو یا سه برابری را به خود بگیرد.

حلالیت، ویسکوزیته، ژل شدن و خواص

 وجود یا عدم وجود گروه های آسیل بر روی ستون اصلی صمغ ژلان تأثیر عمیقی بر خواص فیزیکی، شیمیایی و عملکردی آن دارد. بنابراین، هر دو نوع کم آسیل و پر آسیل به طور جداگانه مورد بحث قرار می گیرند. به طور کلی صمغ ژلان در آب سرد قابل پخش و در آب گرم کاملاً محلول است. دمای هیدراتاسیون صمغ ژلان کم آسیل به محیط یونی حساس است و به ویژه به کاتیون های دو ظرفیتی حساس است. خود صمغ حاوی کاتیون های دو ظرفیتی است و فقط در آب سرد و دیونیزه هیدراته می شود. هیدراتاسیون بیشتر توسط یون های دو ظرفیتی موجود در اکثر منابع آب مهار می شود. این اثر باعث می شود که صمغ ژلان کم آسیل به راحتی در آب سرد بدون ایجاد توده پخش شود. پس از آن، می توان آن را با افزودن مواد جداکننده یا شلاتور، مانند سیترات ها و فسفات ها، برای کنترل یون های دو ظرفیتی، گرما یا ترکیبی از هر دو هیدراته کرد. از این رو، دمای هیدراتاسیون آن را می توان به طور موثر کنترل کرد. بدون مواد جداکننده، صمغ ژلان کم آسیل به دمای بالاتر از 75 درجه سانتیگراد (167 درجه فارنهایت) نیاز دارد تا به طور کامل در آب نرم هیدراته شود. با این حال، می توان آن را در آب سرد و نرم با استفاده از سیترات سدیم 0.12 درصد هیدراته کرد. مقدار pH محلول نیز بر ویژگی های هیدراتاسیون صمغ کم آسیل تأثیر می گذارد. در مقادیر pH بالاتر از pKa صمغ ژلان (حدود pH=3.6)، صمغ به شکلی است که اجازه انحلال آسان را می دهد. اگر pH محلول کمتر از 3.6 باشد، صمغ به شکلی عمدتاً اسیدی وجود دارد که کاملاً محلول نیست. هنگام فرمولاسیون محصولات اسیدی، اسید باید پس از هیدراتاسیون صمغ اضافه شود. قندهای محلول بر هیدراتاسیون صمغ تأثیر دارند. هیدراتاسیون با شکر حل شده تا 25 درصد امکان پذیر است. در سطوح بالاتر قند، صمغ باید گرم شود تا کاملاً حل شود.

گزینه دیگر این است که ابتدا صمغ را در محیطی با قند کم هیدراته کنید و بعداً مواد جامد شکر باقیمانده را اضافه کنید. صمغ ژلان با آسیل بالا در آب دیونیزه متورم می شود و قوامی مانند خمیر نشاسته متورم ایجاد می کند. سطوح پایین یون سدیم این رفتار تورم را مهار می کند. افزودن نمک های سدیم یک استراتژی مفید برای بهبود پراکندگی صمغ و به حداقل رساندن ویسکوزیته در طول فرآوری است. برای آبرسانی کامل صمغ ژلان با آسیل بالا به گرما نیاز است. در دمای 70 تا 80 درجه سانتیگراد (158 تا 176 درجه فارنهایت) حتی با غلظت یونهای بالا هیدراته می شود. بر خلاف صمغ کم آسیل، اثر کلسیم روی صمغ با آسیل بالا کم است و مواد جداکننده هیدراتاسیون را تسهیل نمی‌کنند. هر دو نوع صمغ را می توان مستقیماً در شیر پراکنده کرد و در طول فرآیند حرارتی معمولی هیدراته می شود. در سیستم های اسیدی برای هیدراتاسیون خوب PH باید بالای 4 باشد. ژل ها را می توان در طیف وسیعی از شرایط تشکیل داد. پارامترهای مهم عبارتند از مقدار pH، دما، مواد جامد قند و محتوای کاتیون. ژل ها در غلظت های پایین 0.05-0.3٪ و پس از خنک شدن در دمای 30-45 درجه سانتیگراد (86-113 درجه فارنهایت) ایجاد می شوند. صمغ ژلان با آسیل بالا ژل های الاستیک نرمی را تشکیل می دهد که قدرت آن در حضور کاتیون های تک یا دو ظرفیتی افزایش می یابد. ژل های صمغ کم آسیل بسیار سفت و شکننده و شبیه ژل های آگار هستند. شکر بر روی ژل‌ها اثر نرم‌کننده‌ای دارد، ژل‌هایی که برگشت‌پذیر هستند، در pH=3.5-8 پایدار هستند و توسط آنزیم‌ها مورد حمله قرار نمی‌گیرند. هنگامی که غلظت صمغ ژلان به اندازه کافی بالا باشد، ساختار شبکه به یک ژل قابل قالب گیری تبدیل می شود. در غلظت‌های پایین‌تر، مولکول‌های صمغ هنوز به هم متصل می‌شوند و یک شبکه تشکیل می‌دهند. سیستم بسیار روان باقی می ماند و به اصطلاح ژل سیال را تشکیل می دهد. ژل های سیال خاصیت جریان شبه پلاستیکی بالایی دارند ( ویسکوزیته با افزایش برش کاهش می یابد). این ژل ها در حالی که ویسکوزیته پایینی دارند، مدول الاستیک بالایی دارند که خاصیت تعلیق را به سیستم می بخشد. در واقع، ژل های مایع از جمله صمغ ژلان دارای تنش تسلیم هستند که ذرات را در حالت تعلیق نگه می دارد. مخلوط صمغ ژلان با آسیل بالا و کم آسیل معمولاً برای تولید “ژل در ژل” و ایجاد انعطاف پذیری در فرمولاسیون استفاده می شود. ژلان همچنین با سایر هیدروکلوئیدهای ژل‌کننده و غیرژل‌کننده برای اصلاح رئولوژی، پایداری، عملکرد گرمایی یا تنظیم دما مخلوط می‌شود.

منابع:

Source: General Overview of Food Hydrocolloids