جنبه‎های کاری و تغذیه‏‎ای هیدروکلوئیدها در مواد غذایی

به نام خدا

" حقوق مادی و معنوی این اثر برای ریحان گام پارسیان محفوظ می‎باشد "

جنبه‎های کاری و تغذیه‏ای هیدروکلوئیدها در مواد غذایی

چکیده
هیدروکلوئیدها در زمره متداولترین مواد سازنده مورد استفاده در صنایع غذایی محسوب می‎شوند. آنها به‎عنوان غلیظ‎کننده‎ها، ژل‏کننده‎ها، امولسیفایرها، پایدارکننده‎ها، جایگزین‎های چربی، شفاف‎کننده‎ها، عوامل لخته‏ساز، ابری‎کننده و به‎عنوان عوامل زدن نقش داشته؛ و افزون بر این، کاربردهایی در زمینه‎ فیلم‎های خوراکی، کپسوله‎سازی طعم‎ها و مهار کریستالیزاسیون دارا هستند. در حال حاضر در کنار این‎ نقش‎ها، کاربردهای رو به گسترش بسیاری برای هیدروکلوئیدها در حوزه سلامت در حال شکل‎گیری است: در میان بسیاری از کاربردهای دیگر، هیدروکلوئیدها تامین‎کننده فیبر رژیمی کم کالری هستند. این مقاله بر روندها و پیشرفت در شناسایی هیدروکلوئیدها با هدف تناسب تقاضاها برای محصولات غذایی مختلف تمرکز داشته و توصیف جامعی از کاربردهای آنها را در صنایع غذایی به‎عنوان مواد سازنده، افزودنی‎های غذایی و ارتقادهنده‎های سلامتی به‎دست می‎دهد. از آنجایی‏که مصرف هیدروکلوئیدها در بسیاری از زمینه‎ها رو به افزایش است، لذا این بازبینی، که هر دو جنبه کاری و تغذیه‎ای هیدروکلوئیدها را در بر می‎گیرد، امری به‎موقع و درخور توجه است.
واژگان کلیدی: هیدروکلوئید، صمغ، ماده غذایی، نقش، تغذیه، فیزیولوژی.
1. مقدمه
نیاز مصرف‎کنندگان به غذاهای دارای بافت، مزه و دیگر ویژگی‎های حسی بهتر همواره احساس می‎شود. در حال حاضر تقاضای رو به رشدی توسط مصرف‎کنندگانِ آگاه از سلامت برای محصولات غذایی سالم و طبیعی وجود داشته و این یکی از فاکتورهای محرکی است که به توسعه بازار هیدروکلوئیدها کمک می‎نماید. طبق "گزارش جهانی بازار هیدروکلوئید، 2018" که در سال 2013 منتشر گردید پیش‎بینی شده که بازار جهانی این محصولات تا سال 2018 به رقم 7 بیلیون دلار رسیده و در این بین، آمریکای شمالی بزرگترین مصرف‎کننده هیدروکلوئیدهای غذایی خواهد بود. گزارش دیگری توسط MicroMarket Monitor نشان داد که بازار هیدروکلوئیدهای غذایی و نوشیدنی در آمریکای شمالی برآورد شده که با رشد سالانه %7/4 (از 2013 تا 2018)، از حدود 3/2049 میلیون دلار در سال 2013 به رقم 4/2583 میلیون دلار تا سال 2018 افزایش یابد (http://www.prweb.com/releases/food-beverage/market/prweb12136859.htm). و آخرین گزارش سال 2014 با عنوان "بازار هیدروکلوئید- روند و پیش‎بینی جهانی تا 2019" نشان داد که برآورد این بازار تا سال 2019 ارزشی به مبلغ 1/7911 میلیون دلار خواهد بود.
هیدروکلوئیدها گروه متنوعی از پلیمرهای بلند زنجیر هستند که به‎راحتی در آب پراکنده شده، به‎‏طور کامل یا نسبی قابل حل بوده و مستعد تورم در آب می‎باشند. آنها ویژگی‎های فیزیکی یک محلول را با تشکیل ژل، یا غلیظ‎سازی‏، امولسیون نمودن، پوشش‎دهی، و پایدارسازی تغییر می‎دهند (Williams & Phillips, 2000). حضور بسیاری از گروه‎های هیدروکسیل به‏طور واضح تمایل آنها را برای پیوند با آب افزایش داده و به آنها خاصیت "هیدروفیلیک" یا آب‎دوستی می‎بخشد. به‎علاوه، هیدروکلوئیدها یک دیسپرسیون، که حد واسط بین یک محلول حقیقی و سوسپانسیون است، ایجاد نموده و خصوصیات یک "کلوئید" را نمایش می‎دهند. از این‏‎رو آنها را به‎درستی "هیدروکلوئیدها" می‎نامند (Saha & Bhattacharya, 2010). هیدروکلوئیدها به‎لحاظ ساختاری یک گروه متنوع از پلی‎ساکاریدهایِ کاملا محلول یا نسبتا محلول را تشکیل می‎دهند. پروتئین ژلاتین، به‎ استناد خاصیت بسیار خوبِ آب‎دوستی و چند پراکنشی خود، به‎عنوان یک عضو استثنا از این کلوب پلی‎ساکاریدی پذیرفته شده است (Dickinson, 2003). دیگر پروتئین‎های غذایی نظیر پروتئین‎های آب‎پنیر، به‎رغم بروز رفتار بهم‎آمیختگی و ژل شدن که تا حدی با چنین رفتار در پلی‎ساکاریدها همپوشانی دارد، به‎طور رایج در گروه هیدروکلوئیدها قرار نمی‎گیرند. با این حال، بعضی از متخصصین هیدروکلوئید، پروتئین‎های آب‎پنیر را نیز در زمره هیدروکلوئیدها جای می‎دهند.
کلوئیدهای غذایی با نقش کابردی خود در محصولاتی همچون سس‎ها، چاشنی‎ها، ماست، مایونز و بستنی‎ها می‎توانند بخش مهمی از رژیم غذایی روزانه ما را آشکار نمایند. در این سیستم‎های کلوئیدی، هیدروکلوئیدها آرایش برجسته‎ای از ویژگی‎های کاری را دارا هستند. و به‎عنوان غلیظ‎کننده‎ها، ژل کننده‎ها، عوامل کف‎زا، پوشش‎های خوراکی، امولسیفایرها، پایدارکننده‎ها و غیره نقش ایفا می‎کنند. دلیل اصلی کاربرد وسیع هیدروکلوئیدها در صنعت غذا توانایی آنها برای پیوند با آب و تعدیل خصوصیات عناصر سازنده ماده غذایی است. تعدیل ویژگی‎های رئولوژیکی، موثر در تعدیل خصوصیات حسی ماده غذایی است (Valdez, 2012). از این‎رو هیدروکلوئیدها به‎‎حد بسیار زیادی به‎عنوان افزودنی‎های غذایی مهم مورد استفاده قرار می‎گیرند. به‎واقع با نگاهی گذرا به کتاب افزودنی‎های غذایی، دامنه وسیعی از هیدروکلوئیدهای فهرست شده برای مصارف غذایی را خواهید یافت (Smith & Hong-Shum, 2003). مثال‎هایی از این دست، در میان دیگر موارد، شامل: اسید آلژینیک (E400)، آلژینات سدیم (E401)، آگار (E406)، کاراگینان (E407)، صمغ لوبیای لوکاست (E410)، صمغ گوآر (E412)، صمغ کتیرا (E413)، صمغ عربی (E414)، صمغ زانتان (E415)، صمغ کارایا (E416)، صمغ تارا (E417)، صمغ ژلان (E418) و گلوکومانان (E425) است(Branen, Davidson, Salminen, & Thorngate, 2002). اعداد E کدهایی تعریفی برای افزودنی‎های غذایی بوده و معمولا روی لیبل‎های مواد غذایی در سراسر اتحادیه اروپا یافت می‎شوند. این طرحِ شماره‎گذاری از طرح مربوط به سیستم شماره‎گذاری بین‎المللی (INS) که توسط کمیته کدکسِ مواد غذایی وضع گردیده پیروی می‎کند. تنها یک زیرمجموعه از افزودنی‎های INS برای استفاده در اتحادیه اروپا تصویب گردیده و آن، علامت پیشوند 'E' است که مخفف اروپا است.
علاوه بر ویژگی‎های کاری، هیدروکلوئیدها سیمای جذابی را نیز خصوصا با توجه به جنبه فیبر رژیمی خود به‎دست آورده‎اند (Brownlee, 2011; Chawla & Patil, 2010). طبق آخرین نسخه مصوب کمیسیون کدکس مواد غذایی از تعریف فیبر رژیمی (ALINORM 09/32/A)، بیشتر هیدروکلوئیدهای غذایی می‎توانند به‎عنوان فیبرهای رژیمی در نظر گرفته شوند. فیبر رژیمی که به‏عنوان یک ماده تشکیل‎دهنده مهم در رژیم غذایی سالم شناخته می‎شود، برای یک بخش از رژیم غذایی روزانه بسیار توصیه می‎گردد. شورای تحقیقات ملی آمریکا، مصرف بیش از 25 گرم فیبر در روز را برای بزرگسالان توصیه می‎نماید. اثرات سلامتی‎بخشِ بسیاری در ارتباط با مصرف هیدروکلوئیدهای غذایی وجود داشته که شامل کنترل وزن، تنظیم ایمنی، سلامت کلون، پیشگیری از بیماری‎های قلبی- عروقی، و کنترل قند خون و انسولین در دیابت نوع 2 می‎باشد (Dettmar, Strugala, & Richardson, 2011; Fiszman & Varela, 2013; Gidley, 2013; Lindstr€om, Holst, Hellstrand, Öste, & Andersson, 2012; Mudgil & Barak, 2013; Yang et al., 2011). هیدروکلوئیدها ویسکوزیته (مقاومت در برابر جریان) ایجاد نموده و در توسعه مواد غذاییِ دارای ظرفیت سیرکنندگیِ بالا نقش ایفا می‎کنند. اثر سیرکنندگیِ هیدروکلوئیدها به کند نمودن اثر فعالیت آنزیم و/یا به به‎تاخیرانداختن تخلیه معده مربوط می‎شود (Morell, Fiszman, Varela, & Hernando, 2014). تعدادی از مطالعات نشان داد که مصرف برخی از هیدروکلوئیدهای خاص می‎تواند ترکیب فلور باکتریایی روده را، با ارتقاء باکتری‎های خوبی نظیر بیفیدو و لاکتوباسیلوس، تنظیم نماید. و این ممکن است منجر به یک فعالیت تخمیریِ افزایشی و نیز تولید اسید چرب کوتاه زنجیر گردد (Viebke, Al-Assaf, & Phillips, 2014)، اسیدهای چرب کوتاه زنجیر اثرات بیولوژیکی قابل توجهی از قبیل تنظیم تکثیر سلولی، آپوپتوزیس (مرگ سلولی) و آنژیوژنز (رگ‎زایی) دارا هستند. اسفرزه و بتاگلوکان، که هر دو هیدروکلوئیدهای محلولِ ویسکوز می‎باشند، به‎لحاظ بالینی ثابت شده که پایین‎آورنده کلسترل سرمی بوده و این سبب گردیده تا اداره مواد غذایی و دارویی آمریکا (FDA) این دو هیدروکلوئید را در کاهش خطر بیماری‎های قلبی عروقی به‎رسمیت بشناسد (Feinglos, Gibb, Ramsey, Surwit, & McRorie, 2013). لازم به ذکر است که اثرات فیزیولوژیکیِ مثبت هیدروکلوئیدها و از این‎رو مزایای سلامتی‎بخش بالقوه آنها نیازمند مطالعه بیشتر و تایید اعتبار با آزمایشات بالینیِ بیشتر است. جدای از این، چنین تصور نمی‎شود که هر هیدروکلوئیدِ خاصی، تمامی اثرات سلامتی‎بخشِ توصیف شده در بالا را دارا خواهد بود.
هیدروکلوئیدها به‎واقع طی صدها سال توسط بشر به‎طور گسترده‎ای از هر دو منظر کاربردی و تغذیه‎ای مورد مطالعه قرار گرفته‎اند. مطالب زیادی برای یادگیری درباره نقش هیدروکلوئیدها و کیفیت محصول نهایی وجود دارد. و این کاملا واضح است که کیفیت محصول به تعادل برهمکنش‎های میان انواع مختلف مواد سازنده از جمله هیدروکلوئیدها بستگی دارد. امروزه تکنیک‎های گوناگونی برای ارزیابی سهم تحقیقات مولکول‎های واحد، و برهمکنش‎هایِ در سطوح مولکولی و سوپرمولکولی، تا سیستم‎های جداشده فازی و شبکه‎های ژلی وجود دارد. با این حال، با توجه به کمبود در ابداع فنونِ جدید درباره چگونگی طراحی بهتر ساختارهای کلوئیدی و برهمکنش ‎های آنها، برای بهره‎برداری کامل از این منبع عظیم همچنان در ابتدای راه هستیم. به‎علاوه، هنوز برای ما همه اثرات فیزیولوژیکیِ تمامی هیدروکلوئیدها واضح و روشن نیست. بنابراین، ما همچنان نیازمند تلاش برای رسیدن به ته جاده هیدروکلوئیدها هستیم.
تا آن‎جا که دانش ما یاری می‎کند، هیچ‎گونه مقاله مروری که به بحث جامعی درباره ویژگی‎های کاری و همچنین ارزش‎های تغذیه‎ای تمامی هیدروکلوئیدهای غذایی بپردازد، وجود ندارد. با این حال، ابدا ممکن نیست که در این مقاله کوتاه نیز همه جوانب کاری و تغذیه‎ای هیدروکلوئیدها مورد بررسی قرار گیرد. این مقاله به ارائه ویژگی‎های اساسی هیدروکلوئیدها پرداخته و به‎طور خاصی موارد کاربرد آنها را در مواد غذایی گوناگون مورد تاکید قرار می‎دهد.
2. طبقه‎بندی و ارزیابی‎های تجاری هیدروکلوئیدها
به‎طور رایج، بیشتر هیدروکلوئیدها در دسته پلی‎ساکاریدها جای گرفته و مطابق منبع خود گروه‎بندی می‎شوند. از این‎رو، صمغ کارایا، صمغ کتیرا، صمغ گاتی، صمغ عربی و دیگر صمغ آکاسیا در گروه تراویده‎های درختی جای می‎گیرند. آگار، آلژینات، کاراگینان، فورسلاران، و فوکایدن در گروه جلبک‎های دریایی قرار گرفته، دیگر مواد صمغ‎مانند نظیر پکتین و اسفرزه در گروه‎های گیاهی جداگانه دسته‏بندی شده، درحالی‎که ژلاتین و کیتین در گروه حیوانی گنجانده شده‎اند. به‎علاوه، هیچ جایی برای صمغ‎های سنتتیک در نظر گرفته نشده و لذا نیازمند طبقه جدیدی می‎باشند. با این حال، Glicksman یک طبقه‎بندی فراگیرِ متشکل از سه دسته را پیشنهاد نموده است: صمغ‎های طبیعی یافت شده در طبیعت، صمغ‎های تعدیل شده (نیمه سنتتیک) که مبتنی بر تغییرات جزئی شیمیایی روی صمغ‎های طبیعی بوده، و نهایتا صمغ‎های سنتتیک که با سنتز شیمیایی تولید می‎شوند (Nussinovitch & Hirashima, 2014).
یکی دیگر از روش‎های عملی برای طبقه‎بندی هیدروکلوئیدها، استفاده از ساختار شیمیایی خواهد بود. برای مثال، صمغ گوآر، صمغ تارا و صمغ لوبیای لوکاست (LBG) از دانه‎های گیاهی مشابهی مشتق شده و به گالاکتومان‎ تعلق دارند؛ به‎ویژه که آنها گاهی اوقات می‎توانند با اهداف مشابهی مورد استفاده قرار گیرند. در جدول 1، هیدروکلوئیدهای متداول، بر اساس منبع و ساختار شیمیایی خود فهرست شده‎اند. جدای از طبقه‎بندی فوق، هیدروکلوئیدها می‎توانند در گروه صمغ‎های غیریونی و صمغ‎های آنیونی جای گیرند. هیدروکلوئیدهای غیریونی، در میان دیگر موارد، شامل صمغ زانتان، صمغ گوآر و صمغ لوبیای لوکاست بوده؛ در حالی‎که هیدروکلوئیدهای آنیونی مشتمل بر کاراگینان، صمغ عربی، صمغ کارایا، صمغ ژلان و غیره می‎باشند.

جدول 1
طبقه‎بندی هیدروکلوئیدها
اساس
طبقه
مثال
منشا
گیاهی
پکتین، اینولین، صمغ عربی، صمغ گاتی، صمغ کتیرا، صمغ کارایا، صمغ دانه کاسیا، صمغ دانه ریحان، صمغ دانه کهور، صمغ شنبلیله، صمغ چیکل، صمغ یولاف، صمغ چاودار، کنجاک، اسفرزه، صمغ گوآر، صمغ لوبیای لوکاست، صمغ کتان، صمغ واتل، نشاسته‎ها

حیوانی
کیتین، کیتوزان، ژلاتین

جلبک دریایی
آگار، کاراگینان، اسید آلژینیک، آلژینات، فورسلاران، اولوان، فوکایدن، زایلان جلبک قرمز

میکروبی
زانتان، صمغ ژلان، صمغ تارا، دکستران، پولولان، صمغ ولان، کردلان، لوان

سنتتیک
متیل سلولز، متیل اتیل سلولز، کربوکسی متیل سلولز، هیدروکسی اتیل سلولز، هیدروکسیل پروپیل سلولز، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز، میکروکریستالین سلولز
ساختار
گلوکان
نشاسته، صمغ یولاف، صمغ جو، کردلان، صمغ ولان، پولولان، دکستران

فروکتان
اینولین، لوان

زایلان
زایلان جلبک قرمز

رامنان
اولوان

گالاکتومانان
صمغ گوآر، صمغ لوبیای لوکاست، صمغ تارا، صمغ دانه کاسیا، صمغ دانه ریحان، صمغ دانه کهور، صمغ شنبلیله

گلوکومانان
کنجاک، آلژینات

آرابینوزایلان
اسفرزه، صمغ کتان (حاوی دیگر بخش گالاکتورونان)، صمغ چاودار، صمغ گندم

گالاکتان
آگار، کاراگینان، فوکایدن، فورسلاران

آرابینوگالاکتان
صمغ عربی

گالاکتورونان
پکتین

گلیکانو- رامنوگالاکتورونان
صمغ کارایا، صمغ کتیرا (حاوی دیگر بخش آرابینوگالاکتان)

گلیکانو- گلوکورونو مانوگلیکان
صمغ گاتی

پلیمر گلوکوزآمین
کیتین، کیتوزان

پروتئین
ژلاتین

قابل توجه است که واژگان بسیاری از هیدروکلوئیدها با اصطلاح صمغ مرتبط می‎گردد. در ابتدا، واژه صمغ شاید برای توصیف تراویده‏های طبیعی درختان و بوته‎ها که به‎صورت اشک مانند، برآمدگی‎های شیاردار یا توده‎های بی‎شکل خارج می‎شوند استفاده می‎شد. در سال 1963 Glicksman صمغ را به‎عنوان "هر پلیمری که بتواند در آب حل یا توزیع شده و یک محلول یا دیسپرسیونِ ویسکوز به‎دست دهد" تعریف نمود (Nussinovitch & Hirashima, 2014). طبقه‎بندی دیگری بر عدم تشابه بین صمغ‎ها و موسیلاژها تاکید داشت. بر این اساس، موسیلاژها به‎عنوان مواد لزج یافت شده در سلول‎های موسیلاژیِ خاصی که لایه بیرونی دانه‎های خانواده بارهنگیان را شکل می‎دهند، توصیف گردید. اسفرزه، موسیلاژ خردل زرد و صمغ دانه کتان سه موسیلاژ مهم گزارش شده در منابع علمی هستند(Moo-Young, 2011; Prajapati, Jani, Moradiya, & Randeria, 2013).
هیدروکلوئیدها به وفور در طبیعت، به‎صورت اجزای ساختاری، ذخیره‎ای، یا دیگر اجزای عملکردیِ بافت‎های گیاهی و حیوانی، یافت می‎شوند، اما تنها تعداد محدودی از آنها اهمیت تجاری دارند. هیدروکلوئیدهای رایجِ تجاری شامل نشاسته، پکتین، اینولین، ژلاتین، آگار، صمغ زانتان، صمغ گوآر، کاراگینان، آلژینات‎، صمغ لوبیای لوکاست، صمغ عربی، صمغ ژلان، متیل سلولز (MC)، کربوکسی متیل سلولز (CMC)، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)، هیدروکسی اتیل متیل سلولز (HMC)، و غیره می‎باشند. بازار جهانی هیدروکلوئیدها متشکل از تقریبا %70 نشاسته‎ها، %12 ژلاتین، %5 پکتین، %5 کاراگینان، و تقریبا %4 صمغ زانتان، و به‎دنبال آن LBG، آلژینات، CMC، صمغ آگار و بسیاری دیگر، با حجم کلی 000/260 تن است (Nussinovitch & Hirashima, 2014). انتخاب یک هیدروکلوئیدِ خاص برای آماده‎سازی بعضی از محصولات غذایی، به ویژگی فنی آن و همچنین قیمت و ایمنی آن بستگی دارد. جای تعجب نیست که نشاسته‎ها غالب‎ترین غلیظ‎کننده مورد استفاده بوده، چرا که تعرفه این محصول به‎دلیل تولید سالانه بالای آنها پایین است. با این‎حال، هنوز هم یک غلیظ‎کننده گران‎تر نظیر صمغ زانتان ممکن است به‎خاطر ویژگی‎های رئولوژیکیِ بی‎نظیر خود، اولین گزینه باشد. Lazaridou و همکاران خاطر نشان کردند که صمغ زانتان در مقایسه با CMC، پکتین، و بتاگلوکان، پایین‎ترین وادادگی خزشی، بالاترین ویسکوزیته برش صفر و بیشترین خصوصیات افزایش‎یافته الاستیک را داراست(Lazaridou, Duta, Papageorgiou, Belc, & Biliaderis, 2007). خاصیت سودوپلاستیکِ (شل‎شونده با برش) صمغ زانتان طی آماده‎سازی خمیر اهمیت زیادی داشته، چرا که سبب افزایش پایداری خمیر، جذب آب و نگهداری گاز می‎گردد (Mohammadi, Sadeghnia, Azizi, Neyestani, & Mortazavian, 2014).
هیدروکلوئیدهای کم خرج‎تر شامل صمغ‎های تراویده گیاهی و آردهای دانه‎ای‎‎ هستند، به‎ این دلیل که نیازمند فرآوری کمتر می‎باشند. تراویده‎های گیاهیِ بسیاری در سراسر دنیا شناخته ‎شده‎اند؛ با این وجود تنها صمغ عربی (با کد قوانین فدرال آمریکا CFR No.184.1330)، صمغ گاتی (CFR No.184.1333)، صمغ کارایا (CFR No.184.1349) و صمغ کتیرا (CFR No.184.1351) در صنعت غذا مورد استفاده قرار می‎گیرد. دلیل این امر آنست که انتخاب هیدروکلوئیدها به ایمنی و سلامت آنها نیز وابسته است. تعداد زیادی از این تراویده‎ها نشان "GRAS" دریافت ننموده‎اند. "GRAS" که خلاصه‎شده عبارت "به‎طور کلی ایمن شناخته شده" می‎باشد، طرح اداره مواد غذایی و دارویی آمریکا (FDA) بوده و تاییدکننده این ‎است که یک ماده چنانچه به‎‎قدر کافی در شرایط استفاده مورد نظرِ خود ایمن و بی‎ضرر نشان داده شود، یا به‎شرطی که استفاده از آن ماده در حیطه تعریف یک افزودنی غذایی جای گیرد، در آن‎صورت به‎طور کلی به‎رسمیت شناخته می‎شود (http://www.fda.gov/Food/IngredientsPackagingLabeling/GRAS). دیگر هیدروکلوئیدهای "GRAS" شامل اسید آلژینیک (CFR No. 184.1011)، آگار- آگار (CFR No. 184.1115)، آلژینات آمونیوم (CFR No. 184.1133)، آلژینات کلسیم (CFR No. 184.1187)، صمغ گوآر (CFR No. 184.1339)، صمغ لوبیای لوکاست (CFR No. 184.1343)، پکتین‎ها (CFR No. 184.1588)، آلژینات پتاسیم (CFR No. 184.1610) و آلژینات سدیم (CFR No. 184.1724) می‎باشد.
هیدروکلوئیدهای گران‎تر عصاره‎های جلبک دریایی هستند، به‎این دلیل که نیازمند هزینه بالایِ جمع‎آوری و خشک کردن می‎باشند. از یک میلیون تن جلبک دریایی در سال، حدود 000/55 تن کاراگینان و دیگر هیدروکلوئیدهای جلبک دریایی حاصل می‎شود. ارزش بازار این هیدروکلوئیدها به‎تنهایی 85 میلیون دلار برآورد می‎گردد (http://www.companiesandmarkets.com/News/Food-and-Drink/Dairy-productmarket- continues-tt-benefit-from-hydrocolloid-versatility/ NI9688). گرانترین صمغ‎ها، هیدروکلوئیدهای سنتتیک هستند، چرا که با استفاده از مواد گران قیمت و تکنولوژی پیچیده تولید می‎شوند.

3. ویژگی‎های کاری هیدروکلوئیدها در مواد غذایی فرآوری شده
هیدروکلوئیدها در انواعی از مواد غذایی فرآوری شده به‎کار می‎روند. تعدادی از کاربردهای آنها بهصورت نمونه مطرح گردیده است: به‎عنوان غلیظ‎کننده‎ها در سوپ‎ها، آب‎گوشت‎ها، چاشنی‎های سالادی، سس‎ها و تاپینگ‎ها (Krystyjan, Sikora, Adamczyk, & Tomasik, 2012)؛ ژل‎کننده‎ها در پودینگ‎ها، ژله‎ها؛ نقش امولسیفایری در ماست، بستنی و کره (Kiani, Mousavi, Razavi, & Morris, 2010)؛ جایگزین‎های چربی در فرآورده‎های گوشتی و لبنی (Pinero et al., 2008)؛ عوامل پوشش‎دهنده در محصولات قنادی و غذاهای سرخ‎شده؛ به‎عنوان چسب در رومال‎های فرآورده‎های نانی؛ عوامل شفاف‎کننده، ابری‎کننده و توده‎ای کننده در نوشیدنی‎ها؛ عوامل کپسوله‎کننده طعم‎های تثبیت شده پودری یا بعضی از روغن‎ها؛ مهارکننده‎های کریستالیزاسیون در بستنی و شربت‎های قندی؛ پایدارکننده‎های کف در نوشیدنی‎ها و تاپینگ‎های زده؛ عوامل تعلیق در شیرکاکائو؛ مهارکننده‎های بیاتی نشاسته در نان‎ها و خمیرها؛ عوامل پیونددهنده با آب در مواد غذاییِ عاری از گلوتن(Mohammadi et al., 2014; Ziobro, Korus, Juszczak, & Witczak, 2013)؛ مهارکننده‎های آب‎گذری در پنیرها و غذاهای منجمد بوده؛ و به‎عنوان بیوپلاستیک‎ها در بسته‎بندی مواد غذایی کاربرد دارند(Babić et al., 2006; Gambuś, Nowotna, Ziobro, Gumul, & Sikora, 2001; Nussinovitch & Hirashima, 2014).
در صنایع غذایی هیدروکلوئیدها با توجه به ویژگی‎های رئولوژیکی و سطحی خود نقش ایفا می‎کنند. ویژگی‎های رئولوژیکی، خواص مکانیکی هستند که در حضور یک نیرو یا تنش منجر به تغییر شکل و جریان ماده شده، و شامل دو ویژگیِ اساسی سیستم غذایی با نام رفتار جریانی (ویسکوزیته) و خاصیت مکانیکی ماده جامد (بافت) می‎باشد. ویسکوزیته، که اغلب با ‎عنوان ویسکوزیته دینامیک یاد می‎شود، اصطحکاک درونی یک مایع یا تمایل مایع به مقاومت در برابر جریان است. در سوسپانسیون‎های کلوئیدی، با غلیظ شدن فاز مایع که ناشی از جذب مایع توسط ذرات کلوئیدی و در نتیجه تورم کلوئیدِ توزیع‎شده است، ویسکوزیته افزایش می‎یابد. ویسکوزیته سیستم هیدروکلوئید به 10 عامل بستگی دارد: غلظت، دما، حلال‎پوشی، بار الکتریکی، درجه توزیع، پیشینه عملیات حرارتی، پیشینه عملیات مکانیکی، حضور یا عدم حضور دیگر کلوئیدهای حلال‎دوست، دوره نگهداری سُلِ حلال‎دوست و حضور الکترولیت‎ها و غیرالکترولیت‎ها (Nussinovitch, 2010). برای دستیابی به فرآورده‎های مطلوب، تکنسین‎های مواد غذایی معمولا ویژگی‎های رئولوژیکی مواد غذایی را با حساب حتی صدها بار تست مورد ارزیابی قرار می‎دهند. هر ساله مقالات علمی بیشماری در رابطه با خواص رئولوژیکی منتشر می‎شود، که به بررسی تمامی هیدروکلوئیدها می‎پردازد(Cevoli, Balestra, Ragni, & Fabbri, 2013; Lorenzo, Zaritzky, & Califano, 2011; Razavi & Karazhiyan, 2009). بافت به ویژگی‎های حسی تعلق داشته و تعیین‎کننده دل‎پذیری ماده غذایی است. پروفایل‎های بافتیِ مواد غذایی شامل سختی، حالت آدامسی، حالت صمغی، نیروی چسبندگی، پیوستگی، حالت فنری و شکنندگی می‎باشد (Sahin & Sumnu, 2006). بافت اثرات عمیقی روی پذیرش فرد مصرف‎کننده محصولات غذایی داشته به‎این دلیل که افراد از خوردنِ همراه با درکِ تغییر در بافت ماده غذایی لذت زیادی می‎برند. به‎علاوه، بافت برای بزرگ‎سالان و بیمارانی که مشکل جویدن و یا بلعیدن دارند، یعنی کسانی‎که ضرورت دارد غذاهایِ با بافت کنترل‎شده از قبیل مایعات غلیظ، مواد ربی و ژل‎های نرم مصرف کنند، معنا و مفهوم زیادی پیدا می‎کند. در این غذاها هیدروکلوئیدها به‎عنوان مواد تشکیل‎دهنده اصلی مورد استفاده قرار می‎گیرند(Funami, 2011; Funami, Ishihara, Nakauma, Kohyama, & Nishinari, 2012). در کنار غذاهای مزبور، تقریبا هر نوع محصولات غذایی فرآیندشده را می‎توان، به‎جهت تعدیل بافت، با افزودن هیدروکلوئیدها دست‎کاری نمود. ویژگی‎های سطحی، با سیستم‎های کلوئیدی در مواد غذایی مرتبط شده و می‎تواند در چهار گروه، بر مبنای حالات ماده در فازهای پیوسته و پراکنده، طبقه‎بندی شود: سُل، ژل، امولسیون، و کف (Sahin & Sumnu, 2006). تعدیل بافت، ویسکوزیته و فعالیت سطحیِ سیستم غذایی بیانگر نقش‎های بیشمار هیدروکلوئیدها در مواد غذایی است. موارد زیر ویژگی‎های کاری اصلی هیدروکلوئیدها محسوب می‎شود:

1.3. ویژگی غلیظ‎کنندگی
کاربردهای وسیع هیدروکلوئیدها منحصر به توانایی غلیظ‎کنندگی آنهاست. غلیظ‎کنندگی، که همان افزایش ویسکوزیته است، ویژگی کلیدی در استفاده از هیدروکلوئیدها به‎عنوان امولسیون‎کننده، پایدارکننده، و تنوارساز در مواد غذایی است. بر اساس نام‎‎گذاری طبقه‎ای و سیستم شماره‎گذاری بین‎المللی برای افزودنی‏های غذایی که برگرفته از کمیسیون کدکس غذایی می‎باشد، غلیظ‎‎کننده متعلق به یکی از طبقات کاربردیِ افزودنی‎های غذایی (برای مقاصد برچسب‎زنی یا نشان‎دار کردن ماده افزودنی) بوده، که شامل زیرطبقات غلیظ‎کنندگی، بافت‎دهندگی و تنوارسازی (نقش‎های تکنولوژیکی) می‎باشد. غلیظ‎کنندگی، بالاتر از یک غلظت بحرانی که غلظت هم‎‎پوشان نامیده می‎شود (C*) روی می‎دهد. پایین‎تر از این (C*)، دیسپرسیونِ هیدروکلوئید به‎شکل سیال نیوتنی رفتار نموده اما در بالاتر از این غلظت (C*) رفتار غیرنیوتنی نشان می‎دهد (Phillips & Williams, 2000).
کچاپ، که رفتار شل‎شوندگی با برش همراه با میل به تنش تسلیم نشان می‎دهد، یکی از متداول‎ترین اقلام غذایی است که در آن غلیظ‎کننده هیدروکلوئیدی برای کنترل ویسکوزیته آن به‎کار می‎رود. Alam و همکاران اثر عوامل غلیظ‎کننده نظیر کربوکسی متیل سلولز و نشاسته را بر کیفیت کچاپ گوجه ‎فرنگی طی نگهداری در ºC 30 ارزیابی نمودند، و دریافتند که کچاپِ تیمار شده با کربوکسی متیل سلولز مطلوب‎تر از کچاپ تیمار شده با نشاسته است (Alam, Ahmed, Akter, Islam, & Eun, 2009). Juszczak و همکاران نشان دادند که تاثیر نشاسته‎های تعدیل شده فیزیکی روی ویژگی‎های رئولوژیکی کچاپ، باوجود تفاوت‎ها در منشا گیاهی نشاسته‏ها، قابل توجه نبوده؛ ضمن این‎که، در مورد کچاپ‎های غلیظ‎شده با نشاسته‎های تعدیل شده شیمیایی، نشاسته‎هایِ با منشا تعدیل یا منشا گیاهیِ متفاوت، کچاپ‎ها را به‎طور قابل ملاحظه‎ای بر حسب ویژگی‎های رئولوژیکی آنها متمایز نمودند (Juszczak, Oczadły, & Gałkowska, 2013).
نشاسته به‎دلیل فراوانی، قیمت نسبتا ارزان و احتمالا به ‎‎‎این دلیل ‎که هیچ‎گونه مزه قابل توجهی را در صورت مصرف در غلظت‎های پایین (%5-2) ایجاد نمی‎کند، متداول‎ترین غلیظ‎کننده هیدروکلوئیدی است(Saha & Bhattacharya, 2010). به‎طورکلی، نشاسته‎های طبیعی حلالیت محدودی در آب داشته و لذا کاربردهای صنعتی محدودی دارند. به‎دلیل رابطه بین ساختار و عملکرد، مطالعاتی بر روی نشاسته‎های تعدیل شده به‎منظور حصول ساختارهایی با نقش‎های ویژه صورت گرفته است (Hui, Qi-He, Ming-liang, Qiong, & Guo-qing, 2009; Singh, Kaur, & McCarthy, 2007; Sweedman, Tizzotti, Sch€afer, & Gilbert, 2013; Verdalet-Guzm_an, Martínez-Ortiz, & Martínez-Bustos, 2013). نهادن گروه‎های کربوکسیل و کربونیل منتج به محتوای آمیلوز پایین‎تر و قدرت تورم کمتر در نشاسته‎های اکسید شده گردید، و لذا نشاسته‎های اکسید شده حلالیتِ افزایش‎یافته و دمای خمیری شدن پایین‎تری نسبت به نشاسته طبیعی نشان دادند (Sandhu, Kaur, Singh, & Lim, 2008). برعکس، اَسِتیله‎نمودن باعث کم‎شدن مقاومت پیوند و افزایش قدرت تورم و حلالیت گرانول نشاسته شده، و این‎گونه پایداری انجماد- ذوب بهبود می‎یابد، و لذا نشاسته‎های استیله می‎توانند برای پیشگیری از بیاتی که معمولا طی انبارسازی محصول نهایی رخ می‎دهد مورد استفاده قرار گیرند (Chi et al., 2008).

2.3. ژل شدن
هیدروکلوئیدها هرچند روی هم رفته سیستم غذایی را غلیظ می‎کنند، اما بعضی از آنها ویژگی برجسته دیگری نیز دارا هستند و آن توانایی برای تشکیل ژل‎هاست. یک ژل، که حالت حدواسطِ هیدراسیون بین جامد و سُل است، شبکه سه بعدی پیوسته‎ای داراست که در آن بستر جامد با محصور نمودن فازِ نازک جداشده مایع و بی‎حرکت کردن مایعِ درون آن، تشکیل یک ساختار سفت و غیرمنعطف داده که مقاوم به جریان است. به بیان دیگر، یک ژل دیسپرسیون کلوئیدی است که در آن بستر جامد فاز پیوسته بوده، در حالی‎که مایع درون آن فاز پراکنده می‎باشد (Saha & Bhattacharya, 2010). از جنبه رئولوژی، ژل یک سیستم ویسکوالاستیک با "مدول ذخیره" (G') بزرگتر از "مدول اتلاف" (G") است.
گرچه تمامی هیدروکلوئیدها به دیسپرسیون‎های آبی ویسکوزیته می‎بخشند، اما تنها تعداد نسبتا کمی از آنها تشکیل ژل می‎دهند. هیدروکلوئیدهای ژل‎دهنده شامل آگار، آلژینات، کاراگینان، پکتین، ژلاتین، ژلان، فورسلاران، نشاسته تعدیل شده، متیل سلولز، و غیره است. تولیدکنندگان مواد غذایی از آنها در محصولاتی مانند مرباها، ژله‎ها، پودینگ‎ها و همچنین مواد غذایی بازسازی‎شده و پرکننده‎های محصولات نانی استفاده می‎کنند(Saha & Bhattacharya, 2010; Soultani, Evageliou, Koutelidakis, Kapsokefalou, & Komaitis, 2014). بافت‎های ژلی از ژل الاستیک گرفته تا ژل شکننده، به‎شدت متغیر می‎باشد. تا آن‎جا که به ژل‎های شکننده مربوط می‎شود، این نوع ژل‎ها ممکن است زمانی ایجاد شوند ‎که پکتین، کاراگینان و آلژینات با یون‎های کلسیم درگیر پیوند عرضی گردند. این ساختار ژلی به‎راحتی جمع شده و به آب‎گذری می‎انجامد. نوع ماده جامد و غلظت آن در ژل، به‎شدت با آب‎گذری مرتبط است. آب‎گذری در بعضی از فرآورده‎ها نظیر ژله‎ها نامطلوب بوده اما ممکن است در تولید پنیر سودمند باشد(Mateva, Srbinovska, Nikola, & Eftimova, 2013). در عملیات تولید، برای اجتناب از این پدیده، هیدروکلوئیدهای دیگری به‎همراه صمغ‎هایی که ژل‎های شکننده تشکیل می‎دهند به‎کار رفته تا هم‎افزایی ایجاد نمایند. برای مثال، افزودن صمغ لوبیای لوکاست به ژل کاپاکاراگینان، سبب تغییر شکل به یک ژل الاستیک‎تر و شفاف گردیده، که ناشی از خودتجمعی صمغ لوبیای لوکاست در محلول می‎باشد (Nussinovitch, 1997).
بافت ژل‎ها به‎شدت با تعداد مولکول‎هایی که ناحیه پیوندی را تشکیل می‎دهند مرتبط می‎گردد(Stewart, Gray, Vasiljevic, & Orbell, 2014; Ventura, Jammal, & Bianco-Peled, 2013). هر چه تعداد مولکول‎ها در ناحیه پیوند بیشتر باشد، ژل حاصله سفت‎تر خواهد بود. ژلاتین در دمای بسیار پایین‎تر ذوب می‎شود چرا که نواحی پیوند تنها با پیوندهای ضعیف هیدروژنی اتصال می‎یابند؛ در حالی‎که می‎توان ژل‎های آلژیناتی تهیه نمود که طی جوشیدن ذوب نشوند، و این امر به‎دلیل مقاومت پل‎های کلسیمی در نواحی پیوند می‎باشد. شناخته شده‎ترین ناحیه، ناحیه "جعبه تخم‎مرغی" در آلژینات است، در حالی‎که دیگر نواحی شامل: مارپیچ‎های سه‎گانه نسبتا انباشته‎ در ژلاتین و مارپیچ‎های دوگانه مجاور در صمغ ولان (welan) (نوعی صمغ میکروبی حاصل از تخمیر) می‎باشد (Saha & Bhattacharya, 2010; Xu, Xu, Liu, Chen, & Gong, 2013).
در دوره مطالعه ژل‎ها، تبدیل سل- ژل موضوع داغی است (Kiani et al., 2010; Moschakis, Lazaridou, & Biliaderis, 2014; Trivedi, Rao, & Kumar, 2014). بعضی از هیدروکلوئیدها با بالا رفتن یا پایین آمدن دما به‎طور برگشت‎پذیری از سُل به ژل تغییر می‎یابند، که به ماهیت نیروهای مولکولیِ ثانویه یا غیر کوالانی نظیر پیوندهای هیدروژنی و برهمکنش هیدروفوبی بستگی دارد. اثر سینرژیستی به‎محض ژل شدن یکی دیگر از موضوعات محبوب است(BeMiller, 2011; Cui, Eskin, Wu, & Ding, 2006; Liu, Eskin, & Cui, 2003; Wu, Cui, Eskin, & Goff, 2011). همان‎طور که پیشتر بیان گردید، بین صمغ لوبیای لوکاست و کاپاکاراگینان سینرژی وجود داشته، و هر دوی آنها به دسته عوامل ژل کننده تعلق دارند. در حقیقت، عوامل غیرژل‎کننده و عوامل ژل‎کننده معمولا برای تولید ژل‎های غذایی باکیفیت‎تر ترکیب می‎شوند؛ از سوی دیگر، مخلوط دو عامل غیرژل‎کننده گاهی اوقات به‎طور غیرمنتظره‎ای تولید ژل می‎نماید (Chaisawang & Suphantharika, 2006; Rodríguez- Hernandez, & Tecante, 1999). بافت محصولاتی نظیر کیک‎های میوه‎دار، پرکننده‎های شیرینی، و مارشمالوها (شیرینی خمیرمانند که دارای شکر، نشاسته، عصاره ی ذرت و ژلاتین است) را می‏توان با افزودن هیدروکلوئیدهای غیرژل‎کننده بهبود داد. مثال آن، افزودن صمغ عربی به مارشمالوهای مبتنی بر آگار به‎منظور نرم کردن بافت آنها می‎باشد. افزودن کربوکسی متیل سلولز به دسر ژل‎هایِ معمولِ آلژینات سبب بهبود مقاومت این ژل‎ها به تخریبِ پیش‎رونده بافتی در سیکل‎های انجماد و ذوب می‎گردد (Nussinovitch & Hirashima, 2014).

3.3. فعالیت سطحی و ویژگی امولسیون‎سازی
ترکیب‎های نامحدود اجزای گوناگون مواد غذایی در میکروساختارهایِ داخلیِ پیچیده‎ای با حالت‎های مختلف نظیر دیسپرسیون‎ها، ژل‎ها، امولسیون‎ها، و غیره سازمان‎دهی شده و ترتیب می‎یابند (Garti, 1999). دیسپرسیون‎ها، ژل‎ها و نقش‎های مرتبط با آنها (همچون غلیظ‎کننده‎ها و ژل‎کننده‎ها) پیشتر تشریح گردید. هیدروکلوئیدها به حقیقت با سیستم‎های امولسیونی نیز مرتبط می‎شوند. در فرمولاسیون سیستم‎های امولسیونی، به‎طور معمول وجه تمایزی بین امولسیفایر و پایدارکننده وجود دارد. امولسیفایر، گونه‎های شیمیایی واحد (یا مخلوط گونه‎هایی) است که تشکیل امولسیون را ارتقا بخشیده و این مخلوط یکنواخت (یعنی امولسیون که مخلوطی از فاز پیوسته و پراکنده است) را با کاهش کشش بین سطحی مابین دو فاز پایدار نگه می‎دارد. پایدارکننده یک جزء شیمیایی، یا مخلوطی از اجزا بوده که پایداری دراز مدتی به یک امولسیون می‎بخشد (Dickinson, 2003). دیدگاه رایج این است که امولسیفایرهای عالی نظیر امولسیفایرهای پروتئینی دارای ساختارهای مولکولیِ انعطاف‎پذیری بوده که سبب جذب و نوآرایی سریعِ آنها در سطح مشترک فازها گردیده و این‎گونه یک لایه حفاظتیِ ماکرومولکولی و چسبنده به‎دست می‎دهند. این به‎معنای آن است که هیدروکلوئیدهای سفت (انعطاف‎ناپذیر) به‎عنوان امولسیفایرهای کلاسیک درنظر گرفته نشده اما به‎دلیل آب‎دوستی، وزن مولکولی بالا و رفتار ژل‎شدنِ آنها، به‎عنوان پایدارکننده‎ها مطرح می‎شوند. به‎هر حال، تعداد کمی هیدروکلوئید به‎خوبی شناخته شده که روی سطوح مشترک روغن- آب جذب گردیده و امولسیون‎ها را پایدار ‎کنند. آنها ترسیب ذراتِ جامدِ فاز پراکنده، و یکی‎شدن قطرات روغن را به‎تاخیر انداخته، سرعت‎های پدیده خامه‎ای شدنِ قطرات روغن و کف‎ها را کاهش داده، و از آب‎گذریِ سیستم‎های ژلیِ حاوی روغن‎ها و همچنین از به‎هم ‎آمیختگی ذرات فاز پراکنده جلوگیری می‎نمایند. به‎علاوه، در مقایسه با امولسیفایرهای پروتئینی، اندازه مولکولی زیاد و آب‎دوستیِ برتر امولسیفایر هیدروکلوئیدی منجر به تشکیل یک لایه پایدارکننده ضخیم‎تر شده که قادر به حفاظت از قطرات در برابر به‎هم آمیختگی در شرایط نامطلوب، نظیر افزودن نمک‎های کلسیمی و عملیات شوک حرارتی می‎باشد (Chanamai & McClements, 2002).
معروف‎ترین امولسیفایر هیدروکلوئیدی صمغ عربی است، که به‎طور گسترده‎ای در نوشیدنی‎های غیرالکلی به‎منظور امولسیون‎ نمودن روغن‎های معطر (این روغن‎ها رایحه داشته اما مزه ندارند) در pH پایین و شدت یونی بالا و همچنین در حضور عوامل رنگین‎کننده نوشیدنی‎ها به‎کار می‎رود (Nakauma et al., 2008). صمغ عربی (صمغ اکاسیا) در طبقه آرابینوگالاکتان پروتئین جای می‎گیرد. نقطه اتصال آرابینوگالاکتان به زنجیره پروتئینی احتمالا از طریق هیدروکسی پرولین و سرین می‎باشد (Islam, Phillips, Sljivo, Snowden, & Williams, 1997). پروتئین- هیبرید (یا به‎عبارت صحیح‎تر هیبرید پروتئین- پلی‎ساکارید) در صمغ عربی آب‎گریز بوده و به‎شدت روی سطح قطرات روغن جذب می‎گردد، در حالی‎که زنجیره‎های پلی‎ساکاریدیِ بیرون‎زده، آب‎دوست بوده و در محلول، به بیرون گسترش می‎یابند، همین امر سبب دفع فضایی قوی و ایجاد نیروهای الکتروستاتیک به‎سوی تجمع و یکی شدن قطرات می‎گردد. این ویژگی ساختاریِ خاص با تعادل عالیِ هیدروفیلیک و هیدروفوبیکِ درونی سبب انعطاف‎پذیری، ایجاد جایگاه‎های جذبی جدید و تغییر ساختاری در سطح مشترک فازها می‎گردد. لازم به ذکر است که میزان فعالیت سطحیِ صمغ عربی در مقایسه با امولسیفایرهای پروتئینیِ معمول نسبتا پایین است. برای جبران این نقص، نسبت وزنی صمغ عربی به روغن در عملیات تولید نسبتا بالا در نظر گرفته می‎شود.
صمغ گاتی، که با ‎عنوان صمغ هندی نیز شناخته می‎شود، توانایی امولسیون‎کنندگی بالاتری با توجه ظرفیت عالی پیوندشدن با روغن، مقاومت به اسید و تحمل به نمک دارا بوده، و می‎تواند در فرمولاسیون‎هایی که مشکل امولسیون شدن با صمغ عربی یا دیگر صمغ‎های تجاری موجود دارند مورد استفاده قرار ‎گیرد (Hobbs et al., 2012; Kang et al., 2011). اخیرا، فعالیت‎هایی برای تشریح مکانیسمِ برتری امولسیون‎کنندگی صمغ گاتی صورت گرفته است. از یک سو، در امولسیون حاصل از صمغ گاتی (%30 وزنی/ وزنی) نسبت به امولسیون صمغ عربی (%10-7)، بیشتر اجزای صمغ روی قطرات روغن جذب گردیدند؛ از سویی دیگر، اجزای جذب شده صمغ گاتی در امولسیون، در طیف کامل وزن مولکولی توزیع شدند و در مقابل تنها کسری از صمغ عربی با وزن مولکولی بالا روی سطح روغن جذب گردید. این مسئله می‎توانست تشریح نماید که چرا صمغ گاتی می‎تواند به‎عنوان یک امولسیفایر مقرون به صرفه در غلظت‎های پایین به‎میزان یک چهارم غلظت صمغ عربی مورد مصرف قرار گیرد. به‎علاوه، محتوای پروتئینِ (%16/4) صمغ گاتی بالاتر از محتوای پروتئین صمغ عربی است (Kang et al., 2012; Kang, Guo, Phillips, & Cui, 2014).
دیگر امولسیفایرهای هیدروکلوئیدی که به‎طور وسیع در تولیدات غذایی استفاده می‎گردند شامل بعضی از انواع پکتین و گالاکتومانان‎ها، نشاسته‎های تعدیل شده و تعداد کمی مشتقات سلولز می‎باشد. به‎طور معمول، پکتین‎های تجاری حاصل از پوست مرکبات، صرف‎نظر از درجه استریفیکاسیون، به‎عنوان امولسیفایرها به‎کار نمی‎روند. گزارش شده که پکتینِ بسیار استیله‎ حاصل از چغندر قند فعالیت سطحی نشان داده، ضمن این‎که پکتین‎های حاصل از پوست مرکبات و سیب با محتوای استیل پایین (%8/0>) نیز دارای فعالیت سطحی خوبی هستند (Dickinson, 2003). Prochaska و همکاران خاطر نشان کردند که نشاسته تعدیل شده با واکنش با اُکتنیل سوکسینات آنهیدرید، از نظر هیدروفوبیک قویا فعال سطحی است (Prochaska, Ke˛dziora, Le Thanh, & Lewandowicz, 2007). زنجیره‎های جانبیِ کوتاهِ اُکتنیل سوکسینات، پلیمرهای نشاسته را در سطح مشترک روغن- آب محکم حفظ نموده و ستون اصلی آمیلوپکتین، از قطرات در برابر پدیده تجمع حفاظت می‎نماید. پایداری خوب همچنین می‎تواند با انواع مشتقات فعال سطحیِ سلولز نظیر هیدروکسی پروپیل (متیل) سلولز حاصل شود (Dickinson, 2009).
سیستم لبنیات یک سیستم امولسیونی مهمی است. دلایل استفاده از هیدروکلوئیدها در فرآورده‎های شیری دو قسم است: از یک‎سو، هیدروکلوئیدها باعث بهبود بافت شده، به فرمولاسیون‎های مایع تنواره (قوام) بخشیده و در شیر طعم‎دار و نوشیدنی‎های ماست، ژل‎های شیری ایجاد می‎نمایند. از سوی دیگر، هیدروکلوئیدها عمر نگهداری شیر کاکائو و نوشیدنی‎های اسیدی شیر- میوه را افزایش داده، و از آنها در برابر آب‎اندازی، ته‎نشینی ذرات پراکنده یا خامه‎ای شدن و تجمع قطرات امولسیون محافظت می‎نماید. به‎غیر از هیدروکلوئیدها، سیستم لبنیات از پروتئین‎های شیر نیز تشکیل شده است. هیدروکلوئیدها و پروتئین‎های شیر در فاز آبی حل شده و یک محلول پلی الکترولیتِ شبه‎سه‎گانه‎ای از "پروتئین- هیدروکلوئید- آب" تشکیل می‎دهند. سیستم‎های پروتئین شیر- هیدروکلوئید رفتارهای جانبی بسیاری نشان داده، که بستگی به فاکتورهای بیشماری دارد. این پارامترها شامل: نسبت مولی پروتئین به هیدروکلوئید، منبع هیدروکلوئید یا پروتئین، غلظت ذرات فاز پراکنده، دما، زیست‎محیط یونی، ساختار هیدروکلوئید، پیشینه حرارتی نمونه، و غیره می‎باشد (Syrbe, Bauer, & Klostermeyer, 1998). با رفتار نامطلوب سیستم پروتئین- هیدروکلوئید، ناسازگاری ترمودینامیکی ظاهر می‎گردد. در این مورد، برهمکنش بین پروتئین و هیدروکلوئید دفعی‎تر بوده، و دو فاز آبیِ امتزاج ناپذیرِ مجزایی شکل می‎گیرد. با این حال، در مقایسه با ناسازگاری ترمودینامیکیِ پلیمرهای سنتتیک در یک حلال متداول، پروتئین‎ها و هیدروکلوئیدها تنها تحت شرایط خاصی (شدت یونی بالا؛ pH بالاتر از نقطه ایزوالکتریک پروتئین) ناسازگار هستند. Grinberg و همکاران شرایط ناسازگاری را برای بسیاری از سیستم‎های پروتئین- هیدروکلوئید- آب فهرست نمودند (Grinberg & Tolstoguzov, 1997). برای مثال، شرایط ناسازگاری برای سیستم ژلاتین- آمیلوپکتین یا ژلاتین- دکستران شامل 15/0pH= pI, I <؛ یا 15/0<pH≠ pI, I است. در مورد سیستم اُوالبومین- دکستران یا آلبومین سرم گاوی- آمیلوپکتین، شرایط ناسازگاری به‎صورت 15/0< pH > pI, I می‎باشد. برای سیستم کازئین- آمیلوپکتین یا کازئین- دکستران، شرایط 15/0, I ≥5/6 pH ≥ است. در مورد سیستم کازئین- پکتین، کازئین- صمغ عربی، گلوتن- پکتین، گلوتن- صمغ عربی یا گلوتن- سدیم آلژینات، شرایط ناسازگاری، سود 1/0 مولار (0.1 mol/L NaOH) می‎باشد.
از نقطه نظر سازگاری، توده‎ای شدن کمپلکس در محصولات غذایی امری مطلوب می‎باشد. به‎مانند قبل دو فاز آبی مجزا شکل گرفته، اما در توده‎ای شدن کمپلکس یک فاز، غنی از هر دو پلیمرِ پروتئین و هیدروکلوئید بوده، درحالی‎که فاز دیگر عاری از پلیمر است. انتظار می‎رود که با رهایش یون مخالف از بقایای یونیزه ماکرومولکول‎ها، یک سهم آنتروپیِ مازادِ حیاتی ایجاد گردد. توده‎ای شدن نیازمند یک برهمکنش الکتروستاتیکِ غیر جایگاهی- خاص بوده تا مقداری تحرک در پروتئین و هیدروکلوئید ایجاد نماید. در غیر این‎صورت تعادل دینامیکی مختل شده، و ترسیب برگشت‎ناپذیرِ کمپلکس پروتئین- هیدروکلوئید رخ می‎دهد. مقدار pH و شدت یونی، کنترل کننده درجه یونشِ بقایای باردار و طیف نیروهای الکتروستاتیک بین آنها است. بدون شک، مقدار pH و شدت یونی اثر غالب بر رفتار کمپلکس پروتئین- هیدروکلوئید دارد (Syrbe et al., 1998).
امولسیونِ کف در خامه زده و موس‎ها پدید می‎آ‎ید. هدف از آماده‎سازی کف در صنایع غذایی، کاهش دانسیته محصول، تعدیل بافت و ویژگی‎های رئولوژیکی، پایین آوردن مقدار کالری، و همچنین افزایش قابلیت هضم محصول می‎باشد. برهمکنش بین پروتئین و هیدروکلوئید در آماده‎سازی کف نیز امری بسیار مهم است. برای تشکیل کف‎های پایدار، گروه‎های آب‎دوست و آب‎گریز یک پروتئینِ دارای انعطاف‎پذیری خوب، بایستی لزوما فعال باشد. پروتئین‎های رایج مورد استفاده شامل پروتئین سفیده تخم مرغ، پروتئین سویا، ایزوله پروتئین آب‎پنیر و غیره می‎باشد. در مورد پروتئین سفیده تخم‎مرغ، تشکیل کف از طریق بازشدن نسبی پیچ و تاب ماکرومولکول‎ها، همراه با افزایش خاصیت آمفیفیلیک (دوگانه دوستی) انجام می‎گیرد. با این حال، چنین کفی ناپایدار بوده و نیازمند پایدارسازی از طریق افزودن هیدروکلوئیدها می‎باشد (Żmudziński et al., 2014). صمغ زانتان یا کاراگینان به گروه هیدروکلوئیدهای فعال سطحی تعلق ندارند. با این وجود، افزودن زانتان یا کاراگینان به ایجاد کف‎های پایدارِ مبتنی بر ایزوله پروتئین آب‎پنیر، با ویژگی‎های رئولوژیکی معمول برای جامدات ویسکوالاستیک در طیف خطی ویسکوالاستیسیتی، کمک می‎نماید (Ptaszek et al., 2015). حضور هیدروکلوئیدها ماهیت وابسته به زمانی را (به‎لحاظ رئولوژیکی) به کف‎ها بخشیده و هیسترسیس را در منحنی‎های جریان آشکار می‎سازد. در مورد کمپلکس صمغ زانتان- پروتئین آب‎پنیر، کف‎ها با جدایش سطح مشترک فازها پایدار گردیده که این امر با توجه به ناسازگاری ترمودینامیکی بین زانتان و پروتئین آب‎پنیر روی می‎دهد (Liszka-Skoczylas, Ptaszek, & Z_mudzin_ski, 2014).

4.3. جانشین‎ها و جایگزین‎های چربی
چربی‎ها در بیشتر مواد غذایی برای ایجاد مزه، ظاهر و بافت مطلوب حضور دارند. به تحقیق آشکار شده که بین چربی بالا و سلامت انسان ارتباطی وجود داشته، که همین امر باعث ارتقاء صنعت غذا به‎سوی توسعه انواعی از محصولات غذاییِ با چربی کاهش‎یافته شده است (Hoefkens, Verbeke, & Van Camp, 2011; Weiss, Gibis, Schuh, & Salminen, 2010). بستنی، دسرهای منجمد، چاشنی‎های سالادی، پودینگ‏ها، سس‎ها و دیگر فرآورده‎های غذاییِ مبتنی بر امولسیون، محتوای چربی و کالری نسبتا بالایی داشته و بنابراین ابداع استراتژی‎های موثر برای کاهش محتوای چربیِ این محصولات کانون توجه بوده است. با این همه، با کاهش محتوای چربیِ این محصولات، معمولا کیفیت حسیِ مطلوب آنها کاهش یافته، زیرا قطرات چربی نقش مهمی در تعیین ظاهر، بافت و طعم ایفا می‎نمایند (Chung, Olson, Degner, & McClements, 2013). در نتیجه، طراحی محصولاتی با چربی کاهش یافته که دارای کیفیت‎های حسی مشابه با همتایان پرچرب خود هستند، امری ضروری است. یک روش موثر استفاده از جانشین‎ها و جایگزین‎های چربی است.
اصطلاحات جانشین چربی و جایگزین چربی در مقاله منتشر شده توسط Miraglio (1995)، از هم متمایز شده است. در این مقاله، جایگزین چربی به جزء ترکیبی‎ای اطلاق می‎شود که بعضی از نقش‎ها یا تمامی نقش‎های چربی را جایگزین کرده و ممکن است ارزش تغذیه‎ای ایجاد نموده یا ننماید. برعکس، یک جانشین چربی تمامی نقش‎های یک چربی را ضرورتا بدون هیچ سهم انرژی جایگزین می‎نماید. در حقیقت، این اصطلاحات در بسیاری از مقالات به‎جای یکدیگر به‎کار رفته، چرا که آنها با همان هدف کاهش چربی و کالریِ رژیم غذایی مورد استفاده قرار می‎گیرند. در نتیجه، در اینجا نیز اصطلاحاتِ جانشین چربی و جایگزین چربی بدون فرق‎گذاری استفاده خواهند شد. جایگزین‎های چربیِ هیدروکلوئیدی شامل اینولین، پکتین، بتاگلوکان جو، صمغ گوآر، صمغ اُکرا، صمغ کتیرا، صمغ زانتان، کاپاکاراگینان، آلژینات سدیم، کردلان، صمغ لوبیای لوکاست و غیره می‎باشند(Aziznia, Khosrowshahi, Madadlou, & Rahimi, 2008; Brennan & Tudorica, 2008a; Hsu & Chung, 1999; Romanchik-Cerpovicz, Tilmon, & Baldree, 2002). سوای از جایگزین‎های چربی بودن، بعضی از هیدروکلوئیدها شایستگی به‎خصوصی داشته و آن اینکه هرگاه هیدروژل تشکیل می‎دهند، ذرات هیدروژل پُر (ذرات هیدروژلی هستند که در آنها روغنِ امولسیون شده پیش از ژل شدن، درون ذرات جای می‎گیرد، به‎طوری که این قطرات درون بستر هیدروژل پوشش‎دهی می‎شوند)، شدت طعم کلی امولسیون‎هایِ با چربی کاهش‎یافته را با طولانی کردن زمان انتشار و توقف مولکول‎های طعمیِ غیر قطبی در سیستم، افزایش خواهند داد (Chung, Degner, Decker, & McClements, 2013).
یکی از متداول‎ترین هیدروکلوئیدهای جای گرفته در محصولاتِ با چربی کاهش‎یافته اینولین است. اصطلاح اینولین در اوایل قرن 19 به تصویب رسید، زمانی‏که Rose در سال 1804 ماده‎ای را از گیاهی با نام علمی Inula helenium (زنجبیل شامی) ایزوله نمود که در سال 1811 توسط Thomas اینولین نامیده شد (Muzzarelli et al., 2012). اینولین یک فروکتان خطی متشکل از فروکتوزِ پیوند شده توسط باندهای گلیکوزیدیِ (1-2)β با واحد باقی‎مانده گلوکز انتهایی می‏باشد. علاوه بر اثرات سودمندی که به‎عنوان یک فیبر رژیمی و یک جزء پرِبیوتیک بر سلامتی دارد، اینولین به‎عنوان یک شیرین کننده کم کالری، جایگزین چربی یا تعدیل کننده بافت نیز مورد استفاده قرار می‎گیرد (Bayarri, Chuliá, & Costell, 2010). از منظر جایگزین چربی، اینولین به‎طور وسیعی در فرآورده‎های شیری و گوشتی به‎کار می‎رود. Villegas و همکاران دریافتند که به‎هنگام افزودن اینولینِ بلند زنجیر در غلظت بالاتر از %8، نوشیدنی‎های حاصل از شیر کم چرب می‎توانند غلظت و خامه‎ای شدنِ مشابه با نوشیدنی‎های حاصل از شیر کامل نشان دهند(Villegas, Carbonell, & Costell, 2007). Guggisberg و همکاران تاثیر اینولین را به‎عنوان یک جایگزین چربی روی ویژگی‎های حسی، رئولوژیکی و میکروساختاریِ ماست قالبیِ حاصل از شیر کم چرب و شیر کامل ارزیابی نمودند، و به این نتیجه رسیدند که حضور اینولین سبب گسیختگی شبکه کازئین نشده و بنابراین می‎تواند در ماست‎های کم چرب و همچنین ماست‎های تهیه شده از شیر کامل، با مزایای افزوده تکنولوژیکی و تغذیه‎ای مورد استفاده قرار گیرد (Guggisberg, Cuthbert-Steven, Piccinali, Bütikofer, & Eberhard, 2009). Beriain و همکاران دریافتند که افزودن اینولین به سوسیس‎های کم چرب (با %20 چربی کمتر از سوسیس‎های رایج) سبب حفظ ویژگی‎های حسیِ مشابه با سوسیس چوریزوی رایج (نوعی سوسیس اسپانیایی) می‎گردد (Beriain, Gómez, Petri, Insausti, & Sarriés, 2011). Rodríguez و همکاران اثر افزودن اینولین و پروتئین پلاسمای گاوی را به‎عنوان جایگزین‎های چربی بر کیفیت گوشت چرخ‎کرده مطالعه نمودند، و به این نتیجه رسیدند که ویژگی‎های حسی نمونه‎هایِ دارای ترکیب مناسب از اینولین و پروتئین، مشابه نمونه‎های کنترل (نمونه‎های پرچرب) بودند (Rodríguez Furlán, Padilla, & Campderrós, 2014).
صمغ لوبیای لوکاست و کنجاک نیز در مواد غذاییِ با چربی کاهش یافته مورد تحقیق قرار گرفته است (Chung, Degner, & McClements, 2013; García- García & Totosaus, 2008; Jiménez-Colmenero et al., 2012; Jimenez-Colmenero, Cofrades, Herrero, Solas, & Ruiz-Capillas, 2013; Ruiz-Capillas, Triki, Herrero, Rodriguez-Salas, & Jiménez- Colmenero, 2012). همان‎طور که می‎دانیم، چربی از اهمیت فوق‎العاده‎ای برای دلپذیری فرآورده‎هایی نظیر سوسیس برخوردار است. چربی به‎عنوان فاز ناپیوسته امولسیون‎های سوسیس به‎کار رفته و بر روی تردی و آب‎دار بودن سوسیس‎ها اثرگذار است. چنان‏چه یک عامل ژل کننده به سوسیس اضافه شود، آن نه‎تنها توانایی پیوندشدن با آب، بلکه پایداری حرارتی را نیز ارتقا می‎بخشد. García-García و همکاران از نشاسته سیب‏زمینی، صمغ لوبیای لوکاست و همچنین کاپاکاراگینان به‎صورت ترکیبی به‎منظور افزایش نگهداری رطوبت استفاده نمودند، در عین حال برهمکنش‎های میان این سه هیدروکلوئید را مورد مطالعه قرار دادند، و اثر آنها را بر بافت سوسیس‎های کم چرب مقایسه نمودند، و دریافتند که برهمکنش کاپارکاراگینان/ صمغ لوبیای لوکاست، مادامی که کاپاکاراگینان و صمغ لوبیای لوکاست در نسبت‎های مشابهی افزوده می‎شوند، سبب بهبود بافت و نگهداشت آب می‎گردد، از سویی پایین‎ترین نسبت نشاسته آزمایش شده می‏تواند به‏عنوان یک حجم‎دهنده در سس‎های گوشتی کم چرب مورد استفاده قرار گیرد (García-García & Totosaus, 2008).

5.3. کپسوله‎سازی
کپسوله‎سازی فرآیندی است که به‏موجب آن مواد سازنده فعال یا دیگر مواد هسته‎ای، درون یک ماده دیواره‎ای (پوسته/ پوشش) برای محافظت و یا آزادسازی بعدی گرفتار می‎شوند. هیدروکلوئیدها به‎دلیل خوراکی بودن، زیست تخریب‎پذیری و توانایی برای تشکیل یک سد بین هسته و محیط‎های پیرامون خود، به‎عنوان پوسته کپسول‎ها به‏کار می‎روند (Nedovic, Kalusevic, Manojlovic, Levic, & Bugarski, 2011). سیستم‎های کپسوله‎سازیِ هیدروکلوئیدی، در میان دیگر موارد، شامل کپسوله‎سازی با آلژینات- نشاسته، کپسوله‎سازی توسط ذرات ژلِ پروتئین آب‎پنیر، و کپسوله‎سازی با آلژینات- ریزکره ژلاتینِ پوشانده می‎باشد (Vidhyalakshmi, Bhakyaraj, & Subhasree, 2009). تکنیک‎های کپسوله‎سازی شامل خشک‎کردن پاششی، ژل شدن حرارتی، ژل شدن یونی، توده‎ای شدن، پلیمریزاسیون امولسیونی بین سطحی، پوشش‎دهی اکستروژنی، پوشش‎دهی بستر سیال، محصورسازی لیپوزومی، خشک کردن تصعیدی، تبلور و کمپلکس‎سازی درون‎گیر می‎باشد (Poshadri & Aparna, 2010; Vemmer & Patel, 2013).
دلایل بسیاری برای فناوری کپسوله‎سازی وجود دارد. یک دلیل این است که این فناوری می‎تواند از مواد زیست‎فعال حساس، در برابر غیرفعال‎سازی محافظت نماید. پروبیوتیک‎ها کشت‎های تک یا مخلوط از میکرارگانیسم‎های زنده هستند که وقتی به مقدار کافی تجویز می‎شوند، اثرات سلامت‎بخشی به میزبان می‎دهند. گونه‎های متعلق به بیفیدوباکتریوم و لاکتوباسیلوس به‎میزان زیادی به‎عنوان پروبیوتیک‎ها مورد استفاده قرار می‎گیرند (Ozyurt & Ötles, 2014). اثرات سودمند فیزیولوژیکی، رابطه اساسی با پیشگیری از بیماری‎های دستگاه گوارشی دارد. متاسفانه، پروبیوتیک‎ها به فاکتورهای زیست محیطی نظیر دما، اکسیژن، اسیدیته و محلول‎های نمک صفراوی بسیار حساس هستند. از این‎رو حفظ زیست‎پذیریِ پروبیوتیک‏های آزاد طی فرآوری یا انبارسازی مشکل است (Ding & Shah, 2008).
میکروکپسولاسیون به‎عنوان جایگزینی برای حفاظت از پروبیوتیک‎ها ظهور یافته، که یک ریزمحیطی برای میکروارگانیسمِ کپسوله شده فراهم آورده، و زیست‎پذیری آنها را ارتقا می‎دهد. Shi و همکاران (2013) ریزکره‎های شیر پوشانده شده با صمغ کاراگینان- لوبیای لوکاست را برای کپسوله نمودن پروبیوتیک لاکتوباسیلوس بولگاریکوس ایجاد نمودند و نشان دادند که ریزکره‎های شیر با ساختار دولایه‎ای می‎تواند پایداری لاکتوباسیلوس بولگاریکوس را در شرایط شبیه‎سازی شده دستگاه گوارش بهبود بخشد. کازئین‎ها، پروتئین‎های آب‎پنیر و پروتئین‎های غشای گلبول‎ چربی شیر، پروتئین‎هایی هستند که به‎طور وسیع به‎عنوان مواد خام GRAS برچسب شده و دارای ویژگی‎های حسی بسیار خوب می‎باشند. پروتئین‎های شیر توانایی ژل شدن، خود آرایی و پیوندشدن با مولکول‎های کوچک را دارا بوده، لذا به‎طور وسیع در کپسوله‎سازی مواد زیست‎فعال مورد استفاده قرار می‎گیرند. کاراگینان به خاطر ویژگی ژل‏کننده‎ خود، به‎عنوان ماده دیواره کپسول مورد استفاده قرار گرفت. و مقاومت ژل کاراگینان با به‎کارگیری صمغ لوبیای لوکاست، به‏دلیل اثر سینرژیستی، افزایش یافت (Shi et al., 2013).
لازم به ذکر است که سیستم‎های میکروکپسولاسیونی که توانایی آزادسازی کنترل شده را دارند می‎توانند پروبیوتیک‎ها را به یک هدف مشخص رسانیده و آنها را در زمان معین آزاد نمایند. بنابراین، با توسعه میکروکپسولاسیون، درمان پروبیوتیکی (یا دخالت میکروبی) کاربرد گسترده‎ای در آینده نزدیک خواهد داشت.
دلیل دیگر کپسوله‎سازی پیشگیری از تبخیر و تنزل مواد فعال فرار، نظیر عطر و بو و روغن اسانسی است. در مورد کپسوله‎سازی طعم، معمولا توده‎ای شدن کمپلکسِ پروتئین- هیدروکلوئید برای این هدف استفاده می‎شود. پروتئینِ دارای بار مخالف و مقداری هیدروکلوئید، در pH زیر نقطه ایزوالکتریکِ پروتئین مخلوط شده تا یک کمپلکس (برای مثال توده) شکل گیرد، این کمپلکس سبب ترسیب ماده طعمی در فاز توده می‎گردد. دست‎کاری pH یک فاکتور کلیدی در این فرآیند است. Koupantsis و همکاران بررسی کردند که آیا توده‎ای شدن کمپلکسِ پروتئین‎های شیر با کربوکسی متیل سلولز (CMC) می‎تواند برای کپسوله‎سازی اجزای طعم، مثل بتا- پینن، مورد استفاده قرار گیرد (Koupantsis, Pavlidou, & Paraskevopoulou, 2014). که دریافتند پایین آوردن pH به مقدار نزدیک به 8/2 در مخلوط‎های کازئینات سدیم- CMC و ایزوله پروتئین آب‎پنیر- CMC منجر به تولید توده‎هایی شده که می‎تواند به‎عنوان عوامل کپسوله‎کننده عمل نماید. مخلوط‎های ایزوله پروتئین آب‎پنیر- CMC بهتر عمل نمود که احتمالا به‎دلیل افزایش انعطاف‎پذیری پروتئین و بازشدن پیچ و تاب پروتئین در زیست‎محیط اسیدی باشد. برهمکنش‎های الکتروستاتیک بین وی‎پروتئین‎های جذب نشده و CMC، منجر به تشکیل یک شبکه‎ای شده که در آن قطرات بتا- پینن به‎هنگام افزایش نسبت پروتئین به CMC، بی‎حرکت گردیدند. انتخاب یک ماده دیواره مناسب برای فرآیند میکروکپسولاسیون امری مهم است. مواد دیواره عالی می‎تواند حفاظت از روغن اسانسی را پس از خشک کردن پاششی حداکثر نماید. Fernandes و همکاران اثرات حامل‎های مختلف را بر ویژگی‎های روغن اسانس رزماری که به‎روش پاششی خشک شده مقایسه نموده، و به‎دنبال جایگزین‎های کامل یا نسبی برای صمغ عربی بودند (Fernandes, Borges, & Botrel, 2014). آنها دریافتند که مخلوط نشاسته تعدیل شده و مالتودکسترین یک جایگزین با حفاظت بالای روغن اسانس رزماری است. ترکیب نشاسته تعدیل شده و اینولین نیز جایگزین بادوامی برای صمغ عربی بود.
همان‎طور که پیشتر ذکر گردید، برهمکنش (توده‎ای شدن کمپلکس) بین پروتئین‎ها و هیدروکلوئیدها برای میکروکپسولاسیون ماده غذایی بسیار مهم است. در حقیقت، کاربرد اصلی توده‎ای شدن کمپلکس در صنایع غذایی دقیقا میکروکپسولاسیون است. توده‎ای شدن به‎معنای جدایش به دو فازِ مایع در سیستم‏های کلوئیدی است. جدایش فازیِ ناشی از جذبِ دو پلیمر در آب (که همان توده‎ای شدن کمپلکس است)، زمانی رخ می‎دهد که یک جذب الکتروستاتیک وجود داشته باشد. توده‎ای شدن کمپلکس، با برهمکنش دو کلوئیدِ دارای بار ناهمنام ایجاد می‎شود. هر ساله مقالات بیشماری درباره ویژگی سیستم‎های جدید پروتئین- هیدروکلوئید برای کپسوله‎سازی در مواد غذایی گزارش می‎گردد (Beirão-da-Costa et al., 2013; Polowsky & Janaswamy, 2015; Serfert et al., 2014). سیستم‎های کمپلکس هیدروکلوئید- پروتئین شامل: صمغ عربی- ژلاتین، صمغ عربی- آلبومین، صمغ عربی- وی‎پروتئین‎ها، صمغ عربی- بتالاکتوگلوبولین، پکتین- بتالاکتوگلوبولین، پکتین متوکسیل پایین- ژلاتین، صمغ زانتان- ژلاتین، صمغ زانتان- وی‎پروتئین‎ها، کاپاکاراگینان- ژلاتین، سولفات دکستران- کازئینات سدیم، سولفات دکستران- پروتئین سویا و غیره می‎باشد (De Kruif, Weinbreck, & de Vries, 2004).
دیگر مزایای احتمالی میکروکپسولاسیون در صنایع غذایی می‎تواند آزادسازی کنترل شده، پوشاندن مزه نامطلوب، و تثبیت سلول‎ها و آنزیم‎ها در فرآوری مواد غذایی باشد. با این حال، تمامی این مزایا بایستی بر مضرات احتمالی زیر فائق آید: هزینه‎های اضافی؛ پیچیده‎گی افزایش یافته فرآیند و زنجیره تامین؛ نگاه ناخوشایند مصرف‎کننده به کپسوله‎ها در محصولات غذایی؛ و چالش‎های ثبات و پایداری کپسوله‎ها طی فرآیند و انبارسازی (Zuidam & Nedovic, 2010).

6.3. بیوپلاستیک‎ها در بسته‎بندی مواد غذایی
پلاستیک‎های رایج با توجه به مولکول‎های طویل خود و پیوند پایدار کربن- هیدروژن که تجزیه آن توسط ارگانیسم‎ها نسبتا مشکل است، تجزیه‎پذیر‎ نیستند. به‎تازه‎گی با افزایش آگاهی زیست‎محیطی، محققان به جستجوی بیوپلاستیک‎ها روی آورده‎اند. مطابق نظر انجمن بیوپلاستیک‎های اروپا، بیوپلاستیک‎ها را می‎توان به‎عنوان پلاستیک‎های مبتنی بر منابع تجدیدپذیر (زیست مبنا) یا به‎عنوان پلاستیک‎هایی که زیست‎تخریب‎پذیر و یا قابل کمپوست شدن بوده، تعریف نمود (Peelman et al., 2013).
نشاسته هیدروکلوئیدی است که به‎راحتی در دسترس و به‎ساده‎گی زیست‎تخریب‎پذیر بوده و جزء مهمی از بیوپلاستیک‎ها می‎باشد. برای استفاده از نشاسته در بسته‏بندی مواد غذایی، رطوبت کافی یا پلاستی‎سایزرهایی مانند گلیسرول و سوربیتول ضروری هستند. این نشاسته‎های پلاستیکی که جایگزینی برای پلی‎استایرن هستند، نشاسته ترموپلاستیک نامیده شده، که به‎طور موفقیت‎آمیزی در سطح صنعتی برای فرآیند اکستروژن، دمش فیلم، قالب‎گیری تزریقی و قالب‎گیری دمشی به‎کار رفته است. خرده‎فروشِ چندملیتی مشهور انگلیسی یعنی گروه Marks & Spencer از جعبه‎هایِ مبتنی بر نشاسته ذرت برای بسته‎بندی شکلات‎های شیری استفاده کرده درحالی‎که سوپرمارکت‎های Iper (ایتالیا) از نشاسته ذرت در بسته‎بندی گوجه فرنگی ارگانیک استفاده نموده است.
سلولز دیگر هیدروکلوئید زیست‎تخریب‎پذیر بوده که به‎هنگام حل شدن در مخلوطی از هیدروکسید سدیم و دی سولفید کربن و سپس بازریخته‎گری درون اسید سولفوریک، می‎تواند یک فیلم سلوفان تشکیل دهد. تعدادی از مشتقات سلولز ویژگی‎های فیلم‎سازی عالی نشان داده، که از میان آنها استات سلولز متداولترین نوع سلولز برای بسته‎بندی مواد غذایی (محصول تازه، فرآورده‎های آردی) است. فیلم سلولز توسط شرکت‎های بزرگی (Birkel، Boulder Canyon، Wal-Mart، و غیره) برای بسته‎بندی پاستا، میوه و چیپس سیب‎زمینی مورد استفاده قرار گرفته است. به‎علاوه، چندین نمونه از کاربرد مخلوط‎های هیدروکلوئیدی برای تولید بیوپلاستیک‎ها مطرح گردیده که از آن جمله می‎توان به موارد زیر اشاره کرد: مخلوط‎های نشاسته- سلولز، کیتوزان- ژلاتین، کیتوزان- پکتین، پکتین- ژلاتین، ژلاتین- آلژینات سدیم، ژلاتین- کنجاک، و غیره (Farris, Schaich, Liu, Piergiovanni, & Yam, 2009; Imran et al., 2010).
از آنجاکه این بیوپلاستیک‎های هیدروکلوئیدی، آب‎دوست هستند، لذا فیلم‏های بسته‎بندیِ مبتنی بر این مواد، نفوذپذیری بالایی به بخار آب داشته که باعث پایداری محدود و ویژگی‎های مکانیکی ضعیف (حساس به محتوای رطوبت) می‎گردد (Kristo, Biliaderis, & Zampraka, 2007). با این حال، اگر آنها در فرم ژلی استفاده شوند، می‎توانند اتلاف رطوبت را طی نگهداری کوتاه مدت به‎تاخیر بیندازند. Roy و همکاران گزارشی درباره آماده‎سازی فیلم هیدروژلیِ درنظر گرفته شده به‎عنوان یک ماده بسته‎بندی غذایی با استفاده از کربوکسی متیل سلولز (CMC) و پلی وینیل پیرولیدون (PVP) مطرح نمودند (Roy, Saha, Kitano, & Saha, 2012). فیلم هیدروژلی CMC-PVP شفاف و انعطاف‎پذیر بود و خواص مکانیکی خوب و همچنین زیست‎تخریب‎پذیری خوبی نشان داد. فیلم هیدروژلی به‎عنوان ماده بسته‏بندی غذایی، به‎خصوص برای میوه‎ها و سبزی‎های تازه سودمندتر بود. فیلم هیدروژل می‎تواند رطوبت آزادشده را جذب نموده و محیط را خشک نگه‎دارد، بنابراین، از فساد سریع مواد غذایی پیشگیری نموده، و نیز در برابر نفوذ اکسیژن مقاومت می‎کند. به‎علاوه، از آنجا که در بعضی موارد رابطه عکسی بین نفوذپذیری به بخار آب و نفوذپذیری به اکسیژن وجود دارد، چنین فیلم‎هایی می‎تواند برای حفاظت در برابر اکسیداسیون چربی و دیگر عناصر سازنده حساسِ ماده غذایی مورد استفاده قرار گیرد.
7.3. چسبندگی
ویژگی چسبنده هیدروکلوئیدها برای دهه‎ها شناخته شده است. یک چسب سوبسترایی برای نگهداشتن مواد (چسبیده‎ها) در کنار هم توسط نیروهای جاذبه، برهمکنش‎های فیزیکی و درهم رفتگی مکانیکی است، که مورد آخر با نفوذ مواد چسب به‎درون خلل و فرج میکروسکوپی و دیگر بی‎نظمی‎های سطحی ایجاد می‎شود (Nussinovitch, 2010). تعداد زیادی از هیدروکلوئیدها به‎عنوان چسب‎ها به‎کار گرفته می‎شوند که شامل: کیتوزان، پکتین، پولولان، دکستران، صمغ عربی، صمغ گاتی، صمغ کارایا، صمغ کتیرا، صمغ تالها، متیل سلولز (MC)، CMC و HPMC است (Nussinovitch, 2010; Phillips & Williams, 2000). صمغ عربی و صمغ تالها، به‎عنوان چسب‎های خوراکی، می‏توانند به پودرهای سوخاری برای ایجاد چسبندگی بهتر با گوشت‎های استیک گاوی، کتلت‎های جوجه یا فیله‎های ماهی که تمایل به کنده شدن از محصولات پوشیده شده آردی دارند، افزوده شوند، بدون آن‎که نیازی به یک پوشش خمیری باشد (Nussinovitch, 2010).
با این حال، در بیشتر غذاهای سرخ شده، خمیر پوشش دهنده مورد نیاز است. مشخص شده که یک خمیر پوشش دهنده لایه همگنی را ایجاد می‎نماید که یک بخش از ماده غذایی را پوشانده، و لازم است به سوبسترای خود در کل مراحل فرآیند تولید چسبیده باشد و در برابر نگهداری در انجماد مقاومت نماید. به‎هنگام پخت، خمیر نباید در سطح خود هیچ‎گونه ترک و شکافی (تورم شکننده/ بادکرده‎گی) داشته باشد. خمیرها مخلوط‎های مایعِ متشکل از آرد، آب، تخم مرغ یا گلوتن، چاشنی‎ها و هیدروکلوئیدها هستند. آنها به‎عنوان سدهایی در برابر اتلاف رطوبت و جذب روغن عمل نموده، و از این‏رو تضمین کننده‎ این است که محصول نهایی همزمان از درون ترد و آب‏دار و از بیرون برشته است (Albert et al., 2009). اثربخشی هیدروکلوئیدها در چسبندگی در محصولاتِ دارای پوشش خمیری عمدتا مربوط به ویژگی‎های ژل‎کننده آنهاست. ژل‏کنند‏گی پکتین، صمغ ژلان، آلژینات‎ها، کاراگینان، MC و HPMC با بهبود چسبندگی مرتبط شده است (Varela & Fiszman, 2011). در علوم مهندسی، چندین روش مکانیکی برای تعیین کمّیِ توانایی چسبندگی هیدروکلوئیدها به‎کار می‎رود. این روش‎ها شامل آزمون‎های لایه‎برداری، تست‎های پروب- رویه، آزمون‎های برش- تاشده‏گی و غیره می‎باشند (Albert et al., 2009).
چسب‎های هیدروکلوئیدی توجه زیادی را در علم داروسازی به خود جلب نموده‎اند، به این دلیل که آنها آب‎دوست، غیر سمی، و خوراکی هستند، و خاصیت ترشوندگی عالی داشته که سبب بهبود نفوذ آنها به درون سوبستراهای متخلخل می‎شود. به‎خصوص، آنها در سیستم‎های تحویل زیستیِ چسبنده به عنوان موکوچسب‎ها مورد استفاده قرار می‎گیرند(Ahuja, Singh, & Kumar, 2013; Lévesque & Shoichet, 2006; Ludwig, 2005; Ono et al., 2000) . هیدروکلوئیدها بخشی از هر دو لایه‎ تحویل زیستی و حفاظتی هستند. موکوچسب‎های هیدروکلوئیدی می‎توانند زمان تماس داروها را با لایه موکوسی در دهان یا دستگاه گوارش طولانی نمایند (Prajapati, Jani, Moradiya, Randeria, & Nagar, 2013). چندین مکانیسم از موکوچسبندگی مطرح گردیده که شامل تعدادی از برهمکنش‎های پلیمری با موسین‎ها (مواد بزاقی)، که جزء اصلی موکوس هستند، می‎باشد. موسین‎ها خانواده‎ای از پروتئین‎های بسیار گلیکوزیلهِ (کنژوگه‎های قندی) متشکل از اسید سیالیک و اسید سولفونیک، با زنجیره‎های جانبی الیگوساکاریدی در انتها می‎باشند. این ویژگیِ ساختاری امکان جذب الکتروستاتیک و گرفتارسازی فیزیکی (چسب‎های هیدروکلوئیدی) را روی موسین‎ها فراهم می‎نماید (Kasapis, Norton, & Johan, 2009).
کیتوزان یک موکوچسبِ شناخته شده بوده و به‎طور گسترده‎ای برای استفاده در سیستم‎های تحویل مورد بررسی قرار گرفته است. ماهیت پلی‎کاتیونی کیتوزان ویژگی‎های جالبی را، به‏دلیل به برهمکنش با مواد آنیونی، خصوصا آنهایی که وزن مولکولی بالایی دارند، به کیتوزان می‏بخشد. بنابراین، کیتوزان می‎تواند با موکوس و سطوح موکوسی از طریق برهمکنش با گروه‎های قندیِ باردار نظیر اسید سیالیک برهمکنش ایجاد نماید (Bernkop-Schnürch & Dünnhaupt, 2012). بسیاری از نشریات نشان دادند که استفاده از نانو ذرات کیتوزان ارتباط مثبتی با جذب دهانی پپتید و پروتئین داشته است (Amidi, Mastrobattista, Jiskoot, & Hennink, 2010; Chaudhury & Das, 2011). موکوچسب‎های هیدروکلوئیدی همچنین می‎توانند در محصولات غذایی به‎منظور کنترلِ تحویل عناصر سازنده خاص نظیر طعم‎ها، افزودنی‎های مغذی و غیره مورد استفاده قرار گیرند. Ali و همکاران رفتار موکوچسبی پکتین (با درجه استریفیکاسیون نزدیک به %60)، آلژینات سدیم و سدیم کربوکسی متیل سلولز را با سه روشِ اندازه‎گیری مکانیکی مورد بررسی قرار دادند (Ali & Bakalis, 2011) که در نتیجه آن، آلژینات سدیم اثر موکوچسبی قویتری را نسبت به دیگر موارد تست شده نشان داد.

4. مزایای تغذیه‎ای هیدروکلوئیدها
رشد بسیار نگران کننده‎ای در بیماری‎های مزمن (CHD) نظیر بیماری قلبی- عروقی، دیابت‎ و سرطان وجود دارد، که با مصرف بیش از حد مواد غذاییِ با چربی بالا و همچنین کالری بالا مرتبط می‎گردد. همچنین مصرف زیاد کربوهیدرات‎های غذایی مایه نگرانی بوده و گزارش مشترک FAO/ WHO بر ضرورت کاهش مصرف قندها و متقابلا افزایش مصرف فیبر رژیمی توسط افراد بشری تاکید نموده است (Brennan &Tudorica, 2008b). آگاهی از این موضوع‎که اجزای محلول، مسئول اثرات سودمند یک رژیم دارای فیبر بالا به‎هنگام بروز بیماری شریانی هستند، سبب افزایش توجه به ارزش‎های تغذیه‎ای هیدروکلوئیدها شده است. تحقیقات اولیه بر روی صمغ‎های منحصری متمرکز گردیدکه یک نوع معمول آن صمغ گوآر است. صمغ گوآر یک نوع گالاکتومانان از آندوسپرمِ دانه‎های گوآر است. گالاکتومانان‎ها در منابع گوناگونی در طبیعت وجود دارند. دیگر گیاهان حاوی گالاکتومانان‎ها، در میان بسیاری دیگر، شامل لوبیای لوکاست، دانه‎های قهوه، لوبیاهای سویا، چغندرهای قند و گوشت نارگیل می‎باشد. صمغ گوآر به‎عنوان یک غلیظ کننده و پایدارکننده در انواع گسترده‎ای از مواد غذایی مورد استفاده قرار می‎گیرد (Slavin & Greenberg, 2003). دهها سال‎ پیش، منابع علمی نشان داد که رژیم حاوی صمغ گوآر، زمان گذر از دهان به سکوم (روده کور) را طولانی کرده، تخلیه معده را به تعویق انداخته، افزایش قند خون پس از صرف غذا را آهسته نموده و برای عملکرد کولون مزایایی به‏همراه دارد (Cummings et al., 1978; Jenkins, Leeds, Slavin, Mann, & Jepson, 1979; Jenkins, Newton, Leeds, & Cummings, 1975). با این حال، صمغ گوآر یک بازدارنده بالقوه برای دل‎پذیری محسوب می‎شود، چرا که ویژگی‎های حسیِ مواد غذایی ِحاوی صمغ گوآر به‎دلیل سطح بالای ویسکوزیته، به ضعیف شدن روی می‎آورد (Buriti et al., 2014). همچنین ویسکوزیته بالای صمغ گوآر، جای دادن آن‎را به درون محصولات غذایی و محلول‎های روده‎ای مشکل می‎سازد. در نتیجه، دانشمندان هیدروکلوئید به صمغ‎های دیگر مانند بتاگلوکانِ غلات توجه بیشتری نمودند (Dong, Cai, Shen, & Liu, 2011; Regand, Chowdhury, Tosh, Wolever, & Wood, 2011)؛ ضمن اینکه آنها سعی کردند تا احساس دهانیِ لزج را با کاهش وزن مولکولیِ متوسط صمغ گوآر، که به‎ناچار سبب فقدان اثربخشی بالینی می‎شد، کم نمایند (Naito et al., 2006; Roberts, 2011).
امروزه تصور بر این است که دامنه وسیعی از هیدروکلوئیدها اثرات تغذیه‎ای و فیزیولوژیکی به موازات توسعه هیدروکلوئیدها دارا هستند، و آنها در میان بسیاری دیگر شامل بتاگلوکان غلات، پکتین، اینولین، صمغ عربی، اسفرزه، نشاسته‎های مقاوم، لوان، صمغ گوآر، کیتوزان و کاراگینان می‎باشند (جدول 2). اثرات سلامتی‎بخش این هیدروکلوئیدها با تنظیم اشتها (Pentikäinen et al., 2014)، عملکرد بهینه روده، کاهش خطر ابتلا به پوکی استخوان (Bosscher, Van Loo, & Franck, 2006)، و پیشگیری از بیماری‎های قلبی- عروقی، دیابت نوع 2 و سرطان کولون مرتبط است (Hu et al., 2011).

جدول 2
اثرات سلامتی‎بخش احتمالیِ هیدروکلوئیدهای متداول، منتشر شده طی سال‎های 2014- 2011
هیدروکلوئید
ادعاهای سلامتی
مرجع
آلژینات
تنظیم اشتها
Jensen, Knudsen, Viereck, Kristensen, and Astru (2012)
آلژینات، HPMC، کاراگینان، صمغ زانتان
تعدیل سیری
Tárregaa, Martínezb, Vélez-Ruizb, and Fiszman (2014)
صمغ Artemis sphaerocephala Krasch.
حفاظت از دیابت نوع 2
Hu et al. (2011)
کاتچین اینولین پیوند
فعالیت ضد دیابتی
Liu, Lu, Kan, Wen, and Jin (2014)
کیتین، کیتوزان
پیشگیری از آنافیلاکسیِ ناشی از بادام زمینی
Bae, Shin, Kim, Kim, and Shon (2013)
دلتا اینولین
تولیدکننده واکسن هپاتیت B
Saade, Honda-Okubo, Trec, and Petrovsky (2013)
فروکتان
تحریک تخمیر در روده بزرگ
Belobrajdic, Jenkins, Bushell, Morell, and Bird (2012)
صمغ آکاسیا
بهبود نارسایی مزمن کلیه
Ali et al. (2013)
اینولین، کنجاک، سلولز
تعدیل پاسخ‎های حاد کولونی
Wu, Yang, and Chen (2014)
اینولین، سلولز
تغییر ترکیب میکروبی؛ اصلاح بیان ژن موسین
Paturi et al. (2012)
اینولین
ضد سمیت ژنی؛ ضد سمیت سلولی
Adebola et al. (2013)
اینولین
اجتناب از اختلالات دستگاه گوارش پس از شیر دوشی
Awad, Ghareeb, Paßlack, and Zentek (2013)
لوان
اثر آنتی اکسیدانی
Dahech et al. (2013)
لوان
فعالیت ضد توموری
Esawy et al. (2013); Dahech, Belghith, Belghith, and Mejdoub (2012)
لوان
اثر کاهنده چربی
Belghith et al. (2012)
لوان
فعالیت‎های ضد توموری و آنتی اکسیدانی
Abdel-Fattah, Gamal-Eldeen, Helmy, and Esawy (2012)
لوان
فعالیت ضد دیابتی
Dahech et al. (2011)
بتاگلوکان یولاف
اثرات کاهندگی قند خون
Dong et al. (2011)
بتاگلوکان یولاف
افزایش سیری پس از غذا
Pentikäinen et al. (2014)
اسفرزه
کنترل گلایسمی
Feinglos et al. (2013)
اسفرزه
پایین آورنده قند خون
Moreaux, Nichols, Bowman, and Hatfield (2011)

1.4. بهبود یبوست
یبوست مزمن باعث کشیدگی عضله‎های شکمی شده، که منجر به فشارهای بالای طولانی مدت درون لومن کولون و قسمت تحتانی شکم، و از این‎رو افزایش خطر ضعف عضلانی از جمله واریس سیاهرگ‎ها، بواسیرها، فتق هیاتوس، و دیوِرتیکول‎های کولونی می‎گردد (Allen & Prentice, 2005). دانه اسفرزه (با نام علمی Plantago ovate Forsk) پراکنش گسترده‎ای در سراسر دنیا، به‎خصوص در هند و ایران داشته و برای قرن‎ها در داروسازی و صنایع غذایی مورد استفاده قرار گرفته است. به‎عنوان یک ماده زیست فعال دارویی، هیدروکلوئید حاصل از دانه اسفرزه یک نوع آرابینوگزیلان بوده، که با عناوین پوسته اسفرزه، موسیلاژ اسفرزه، اسپاگول یا ایسابگول نیز شناخته می‎شود (Chaplin et al., 2000; Guo, Cui,Wang, & Christopher Young, 2008). اسفرزه ماده ای فیبری و آب‏دوست است و با جذب آب، ژل موسیلاژی شفافِ بی‎رنگ تشکیل داده (Singh & Chauhan, 2009)، و ویژگی ژل آن در منابع علمی گزارش شده است (Guo, Cui, Wang, Goff, & Smith, 2009). اسفرزه با توجه به اثر حجیم کننده خود، به‎عنوان یک ملین جهت از بین بردن یبوست مطرح گردیده، و پس از هضم منبسط شده و توده‎ای ژل مانند در کولون تشکیل می‎دهد (Mishra, Sinha, Dey, & Sen, 2014). Marteau و همکاران (1994) اثر حجیم کننده مدفوعیِ اسفرزه را در هفت داوطلب سالم که دارای یک رژیم کنترل شده با فیبر پایین به اضافه دارونما یا 18 گرم/ روز اسفرزه بودند برای دو دوره 15 روزه مورد بررسی قرار دادند. زمان کلی عبور روده‎ای، دفع گاز، وزن مدفوع، و غلظت‎های اسید چرب کوتاه زنجیر در مدفوع تعیین گردید. بررسی نشان داد که غلظت‎های اسید چرب کوتاه زنجیرِ مدفوع و وزن‎ مدفوع، همراه با جذب اسفرزه افزایش یافت؛ و بیشتر اسفرزه 4 ساعت پس از هضم در فرم ژلی به سکوم رسیده بود.
در گذشته تصور می‎شد که رابطه عکسی بین ظرفیت نگهداری آب و خروجی مدفوع وجود دارد. توضیح این تناقض آشکار در این حقیقت نهفته بود که توانایی در نگهداری آب، پس از تخمیر کولونی مطرح بوده که رابطه مستقیم‎تری با تاثیر هیدروکلوئید روی خروجی مدفوع داشته، و بسیاری از صمغ‎هایی که ظرفیت‎های نگهداری آبِ بالایی دارند نیز به‎سرعت تخمیر ‎می‎شوند. با این اوصاف، صمغ گوآر که به‎سهولت توسط میکروفلور کولون تجزیه می‎گردد، تنها اثر ناچیزی بر خروجی مدفوع داشته، درحالی‎که همان‎طور پیشتر اشاره شد، اسفرزه با مقاومت در برابر تجزیه باکتریایی ملین‎کننده‎تر می‎باشد (Daly, Tomlin, & Read, 1993). در حقیقت، اگر یک هیدروکلوئید به‎طور ناچیز تخمیر شود، در آن‎صورت ممکن است ظرفیت کافی برای نگهداری آب باقیمانده جهت افزایش خروجی مدفوع داشته باشد. ژلان، که یک صمغ تولید شده باکتریایی است نیز به‎عنوان یک حجیم کننده قویِ مدفوع مطرح بوده اما به‎لحاظ درمانی استفاده نمی‎شود (Shimizu,Wada, Takita, & Innami, 1999). بعضی از صمغ‎هایی که به‎آهستگی تخمیر می‎شوند نظیر صمغ کارایا و زانتان می‎توانند وزنِ تر مدفوع و تولید اسید چرب کوتاه زنجیرِ مدفوعی را بدون افزایش مواد جامد مدفوع زیاد نمایند (Caballero, Trugo, & Finglas, 2003).

2.4. اثر پرِبیوتیک
از آنجا که بیفیدوباکتری‎ها، لاکتوباسیل‎ها و استرپتوکوکوس‎های ترموفیل اثرات سلامتی‎بخش گوناگونی از قبیل کاهش طول مدت اسهالِ روتاویروسی، کاهش اگزما در نوزادان آتوپیک، و توانایی حفاظت در برابر بیماری‎های روده‎ای نظیر کولیت‎ها را دارا می‎باشند، بر این اساس توجه خاصی به سوی هیدروکلوئیدها جلب گردیده است (Caballero et al., 2003). این باکتری‎ها با ‎عنوان پروبیوتیک‎ها شناخته می‎شوند، و به‎لحاظ مفهومی، پروبیوتیک‎ها میکروارگانیسم‎های زنده‎ای هستند که وقتی در مقادیر مناسب مصرف می‎شوند، اثرات سودمندی برای سلامت میزبان به‎همراه دارند (FAO/WHO, 2002). دیگر عنوان شایع در دسته مواد غذایی سالم اصطلاح پرِبیوتیک‎ها است. یک پرِبیوتیک، یک جزء غذایی غیرقابل زیست بوده که فلور میکروبی روده را تحریک نموده و ایمنی بدن را برای مبارزه با ارگانیسم‎های بیماری‎زا بهبود می‎بخشد (Oliveira, Perego, Oliveira, & Converti, 2011). معیارهایی که صَرف طبقه‎بندی یک ماده سازنده غذایی با ‎عنوان پرِبیوتیک می‎گردد شامل موارد زیر است:
1- آن ماده نباید هیدرولیز شده یا نبایست در بخش فوقانی دستگاه گوارش جذب گردد.
2- آن ماده بایستی به‎طور گزینشی توسط بعضی از باکتری‎های بالقوه سودمند، در کولون تخمیر شود.
3- آن بایستی ترکیب فلور میکروبی کولون را بهبود بخشد.
4- آن بایستی ترجیحا اثرات سودمند را برای سلامت میزبان ارتقا دهد (Gibson, 1999).
در خانواده هیدروکلوئید، اینولین بیشترین پرِبیوتیک‎ مورد مطالعه بوده و نقش پرِبیوتیکی آن به‎خوبی ثابت شده، و از این‎رو به‎لحاظ قانونی به‎عنوان ماده غذایی یا عناصر سازنده ماده غذایی در تمامی کشورهایی که بدون محدودیت‎هایی به مصرف غذایی رسیده و پذیرش گردیده، طبقه‎بندی می‎شود (Kolida, Tuohy, & Gibson, 2002). مشخص شده که پیوندهای گلیکوزیدی بتا (2 به 1) در اینولین به هیدرولیز توسط آنزیم‎های موجود در روده کوچک انسان مقاوم است. بنابراین اینولین از فرآیند هضم در بخش فوقانی دستگاه گوارش گریخته و به‎سلامت به روده بزرگ رسیده که درآنجا توسط میکروب‎های ساکارولیتیکِ ساکن، تخمیر شده و در نتیجه آن اسیدهای چرب کوتاه زنجیر (SCFA) که عمدتا استات، پروپیونات و بوتیرات است تولید می‎شود، اما متابولیت‎های دیگر از جمله لاکتات، پیرووات، اتانول، هیدروژن و سوکسینات (محصولات سینک الکترون) نیز تولید می‎گردند (Gibson, 1999).
Roller، Rechkemmer، و Watzl (2004) اثر پرِبیوتیکی اینولین را تایید نمودند و همچنین موفق به کشف مدولاسیون ایمنی روده توسط اینولین در ترکیب با پروبیوتیک‎های لاکتوباسیلوس رامنوس و بیفیدوباکتریوم لاکتیس در شرایط in vivo (موجود زنده) شدند. نقش‎های سلول‎های ایمنی ایزوله شده از سلول‎های تک هسته‎ایِ خونِ محیطی (PBMC)، طحال، غدد لنفاویِ مزانتری و پَچ‎های پی‎یِر (ریز غده‎های لنفاویِ جمع شده در ناحیه ایلئوم روده کوچک) (PP) مورد بررسی قرار گرفتند. این ارزیابی‎ها ثابت کرد که اینولین اساسا در سطح بافت لنفاویِ روده فعالیت می‎نماید. صرف‎نظر از تغییر ترکیب فلور میکروبی، Paturi، Butts، Stoklosinski و Ansell (2012) نیز دریافتند که محصولات نهاییِ تخمیر ممکن است به مدوله‎کردن بیان‎های ژن موسین-3 (MUC) و مدولاسیون مورفولوژی در کولون موش‎هایِ از شیر گرفته شده‎ کمک نماید. از سوی دیگر، اثر پرِبیوتیکی اینولین بر بیفیدوباکتریومِ کولون به‎خوبی با دلایل مستند ثابت شده، اما مطالعات تحریکی در موجود زنده معمولا میل دارد تا اجتماع بیفیدوباکتریایی را، صرف‎نظر از تفاوت‎های بین گونه‎ای، به‎صورت یک کل در نظر بگیرد، به‎طوری که اخیرا در مقاله‎ای توانایی‎های این سویه‎ها برای رقابت بر سر اینولین، با استفاده از یک سویه تجزیه کننده اینولین با نام Bacteroides thetaiotaomicron در یک کشت همسان مورد تحقیق قرار گرفت (Falony, Calmeyn, Leroy, & De Vuyst, 2009).
اگرچه پرِبیوتیک مزایای بسیار زیادی با توجه به نقش‎های فیزیولوژیکی خود داشته، اما عوارض جانبیِ تخمیرِ اینولین نبایست نادیده گرفته شود. گازها فرآورده‎های اجتناب‎ناپذیر تخمیر بوده و از نظر دوز تولیدی ممکن است علائم ناخواسته‎ای نظیر نفخ، قار و قور شکم، و گرفتگی عضلات ایجاد نمایند. به این دلیل، قابلیت پذیرشِ روده‎ایِ پربیوتیک، که به‎عنوان تحمل گوارشی نیز شناخته می‏شود طی این سال‎ها مورد ارزیابی قرار گرفته است (Bonnema, Kolberg, Thomas, & Slavin, 2010; Ripoll, Flourié, Megnien, Hermand, & Janssens, 2010).

3.4. اثرات کاهنده قند خون و احتیاط در برابر دیابت
مواد غذایی در توانایی خود برای تحریکِ پاسخ گلایسمی پس از خوراک در انسان متفاوتند. این پاسخ به‎روش‎های مختلفی، از جمله تعیین نمایه گلایسمی (GI) (Ludwig, 2002)، بار گلایسمی (GL) (Salmeron et al., 1997) و تعیین معادلِ گلوکز گلایسمی (Monro & Shaw, 2008) و غیره اندازه‎گیری می‎شود. در میان اینها، روش GL به‎طور گسترده‎ای به‎عنوان یک طبقه‎بندی فیزیولوژیکیِ مطمئنِ مواد غذایی بر حسب اثر گلایسمی آنها پس از خوراک، به رسمیت شناخته شده است. شواهد امروزی بیانگر آن است که یک GL پایین یا رژیم غذایی با GL پایین در پیشگیری از دیابت‎ نوع 2، بیماری‎های قلبی- عروقی، چاقی، سرطان کولون، و سرطان سینه نقش دارد (Foster-Powell, Holt, & Brand-Miller, 2002). دیابت یک بیماری مزمن است که با اختلال در متابولیسم گلوکز و ایجاد حالت هایپرگلایسمی (افزایش قند خون) نمایان شده و ناشی از کمبود هورمون انسولین است. این بیماری با توجه به کاهش مطلق در میزان انسولینِ تولید شده توسط سلول‎های بتایِ جزایر لانگرهانس در پانکراس یا به‎دلیل کمبود نسبی انسولین در افرادی که بافت‎های آنها به این هورمون مقاوم است پدید می‎آید (Allen & Prentice, 2005). یک مقاله مروری (Livesey, Taylor, Hulshof, & Howlett, 2008) نشان داد که حساسیت به انسولین، با مصرف رژیم‎های حاوی مقادیر بالاترِ کربوهیدراتِ غیر قابل دسترس (از نظر زیستی) که دارای GI/GL (نمایه گلایسمی به بار گلایسمی) پایین‎تری هستند، بهبود می‎یابد.
هضم کربوهیدرات‎هایِ در دسترس موجب افزایش گلوکز خون می‎گردد (Caballero et al., 2003). (کربوهیدراتِ در دسترس به‎عنوان کربوهیدراتی که توسط آلفا آمیلاز در بخش فوقانی دستگاه گوارشی هضم گردیده و غالبا به‎صورت گلوکز به درون خون سیاهرگی جذب می‎شود، تعریف می‎گردد.) هیدروکلوئیدها هضم و جذب کربوهیدرات‎هایِ قابل دسترس را به‎روش‎های گوناگونی تحت تاثیر قرار می‎دهند. صمغ گوآر در روده به‎نظر می‎رسد که مانع از فرآیندهای مرتبط با هضم و جذب کربوهیدرات‎های قابل دسترس شده و از این‎رو سرعت جذب گلوکز را (که معمولا از غذای نشاسته‎ای حاصل می‎شود) به داخل سیاهرگ باب کبدی، کاهش می‎دهد. این اثر به‎نظر فیزیکی بوده و قطعات خرد شده نشاسته در شبکه بسیار ویسکوزِ ژل گوآر گرفتار شده، به‎گونه‎ای که این شبکه ژلی، قطعات نشاسته را برای آنزیم‎های هضم کننده (مانند آلفا آمیلاز) کمتر قابل دسترس نموده و سرعت انتشار آنها را به‎‎سوی روده کوچک کم می‎نماید. بنابراین زمانی که صمغ گوآر درون رژیم غذایی جای می‎گیرد، افزایش آشکاری در نسبت ذرات بزرگترِ ماده غذایی به‎هنگام ورود به روده کوچک پدید می‎آید. اعتقاد بر این است که چنین اثری دلیل کنترل دیابت، به‎خصوص دیابت نوع 2 (مستقل از انسولین) است. با توجه به رفتار پیچیده صمغ گوآر در یک ماده غذایی، بعید است که تنها یک مکانیسم برای توضیح کامل تاثیر صمغ گوآر روی روده انسان وجود داشته باشد. همچنین اظهار شده که افزایش در ویسکوزیه گوارشی سبب ایجاد جریان خطی به‎جای جریان آشفته خواهد شد. رفتار جریان خطی، سرعتی که در آن قطعات نشاسته در معرض سطحِ اپی‎تلیال قرار گرفته و سپس به داخل سیاهرگ باب کبدی جذب می‎گردد را تحت تاثیر قرار خواهد داد. علاوه بر مکانیسم ذکر شده در بالا، همچنین تصور می‎شود که صمغ گوآر حساسیت به انسولین را بهبود بخشیده، به‎گونه‎ای که اثر مثبتی بر دیابت دارد (Aro et al., 1981; Blackburn et al., 1984; Jenkins et al., 1977; Roberts, 2011).
اخیرا طیف وسیعی از تحقیقات علمی بر رابطه بین دیابت و دیگر هیدروکلوئیدها تاکید نموده است. بیشتر مطالعات فیزیولوژیکی بر روی بتاگلوکانِ یولاف، به تضعیف گلوکز خون و پاسخ‎های انسولین در اشخاص سالم و دیابتی اشاره داشته است. برخی از افراد روی گلیکوزیداز، که یک هدف شناخته شده در طراحی عوامل ضد دیابتی است تمرکز نموده‎اند. Dong و همکاران (2011) دریافتند که بتاگلوکان یولاف می‎تواند به‎طور موثری زیست محیط داخلی روده کوچک را بهبود بخشیده و یک بازدارنده بالقوه آلفا- گلیکوزیداز (سوکراز و مالتاز) خواهد بود. از سویی دیگر، برخی افراد از پیک پاسخ قند خون (PBGR) و مساحت افزایش یافته زیر منحنی (iAUC) برای بررسی این‎که آیا بتاگلوکان یولاف می‎تواند هضم نشاسته را تحت تاثیر قرار داده و در نتیجه، بر فعالیت زیستی نشاسته در کاهش پاسخ‎های گلایسمی اثر گذارد یا خیر، استفاده می‎کنند. Regand و همکاران (2011) اثرات وزن مولکولی، حلالیت و ویسکوزیته بتاگلوکان یولاف را بر پاسخ گلایسمی بررسی نمودند و نشان دادند که وقتی نسبت نشاسته/ بتاگلوکان (بتاگلوکان به نشاسته) به‎جای 10: 1/1، نسبت 10: 6/1 باشد، بتاگلوکان به‎طور قابل توجهی در کاهش PBGR و iAUC فعال‎تر خواهدبود.
به جز بتاگلوکان، شواهدی که رابطه محکم بین هیدروکلوئیدها و دیابت را محرز می‎کند، مطالعاتی است که بر روی اینولین، لوان، اسفرزه، صمغ عربی و صمغ Artemis sphaerocephala Krasch. انجام شده است. هرچند صمغ Artemis sphaerocephala Krasch. (صمغ ASK) برای ما آشنا نیست و در صنایع غذایی استفاده نمی‎شود، اما پزشکان طب سنتی چین دریافتند که دانه A.sphaerocephala Krasch. مدت‎ها پیش برای درمان دیابت مفید بوده است. یک گروه تحقیقاتی، صمغ ASK را عصاره‎گیری نمودند و فعالیت آنتی‎اکسیدانی آن را روی دیابت نوع 2، با استفاده از موش‎های صحرایی (نژاد Spraguee- Dawleys) که با القای استرپتوزوتوسین به دیابت نوع 2 مبتلا شده‎اند، مورد ارزیابی قرار دادند (Guo et al., 2011; Hu et al., 2011). نتایج نشان داد که تجویز صمغ ASK به موش‎های صحراییِ مبتلا به دیابت، فعالیت‎های کبدی و سرمیِ آنزیم سوپر اکسید دیسموتاز (SOD) را در آنها به‎طور معنی‎داری افزایش داد، در حالی‎که سطوح مالون‎دی‎آلدئید (MDA) و رادیکال هیدرکسیل (•OH) در هر دو، یعنی کبد و سرم، به‏طور معنی‎داری کاهش یافت؛ مضاف بر این‎که صمغ ASK به‎طور قابل توجهی از تخریب اکسیداتیوِ اندام کلیه در موش‎های صحراییِ مبتلا به دیابت کاسته نمود. لازم به ذکر است که مکانیسم دقیقی که به‎واسطه آن هیدروکلوئیدها از دیابت پیشگیری می‎کنند هنوز هم دست نیافتنی است، و چنین وضعیتی، نهفته در این دلیل است که محققان درک کمی از رفتار هیدروکلوئیدها در دستگاه گوارشی دارند.

4.4. پیشگیری از سرطان
در میان اثرات تغذیه‎ای هیدروکلوئیدها، نقش‎های گوارشی قطعا در صف نخست قرار داشته، و یک زمینه پژوهشی بسیار امیدوارکننده در مدوله‎سازی فعالیت کولون است. از دیدگاه مدرن، نقش‎های کولونی شامل موارد زیر است: جذب مواد معدنی و ویتامین‎ها؛ تولید و جذب محصولات نهایی تخمیر مانند اسیدهای چرب کوتاه زنجیر؛ حفاظت از بدن در برابر جابجایی باکتری‎ و همچنین در جای خود حفاظت در مقابل تکثیر پاتوژن‎ها؛ تنظیم رشد و تکثیر سلول‎های اپی‎تلیال روده؛ عملکرد مناسب غدد درون ریز و سیستم ایمنی بدن. چنانچه عملکرد کولون مختل شود، بیماری‎های اساسی ظاهر خواهد شد، که از عفونت‎های حاد (اسهال یا یبوست) تا بیماری‎های مزمن نظیر بیماری‎های التهابی روده (IBD)، سندرم روده تحریک‎پذیر (IBS)، یا سرطان کولون (سرطان روده بزرگ) را در برمی‎گیرد (Roberfroid, 2005). سرطان کولون دومین علت شایع مرگ ناشی از سرطان بوده (Ricci-Vitiani et al., 2007)، و الگوهای رژیم غذایی با تنظیم سرطان‎زایی کولون مرتبط هستند (Ferlay et al., 2010; Giovannucci et al., 1994). نادر بودن سرطان کولون در آفریقا در چند دهه پیش این مفهوم را به دکتر بورکیت رساند که رژیم غذایی حاوی فیبر بالا، از سرطان کولون در آفریقایی‎ها پیشگیری نموده است. از آن زمان، فیبر رژیمی برای پیشگیری از سرطان کولون با کاهش pH، جذب یا رقیق‎سازی مواد سرطان‎زای مدفوعی، کاهش زمان ترانزیت کولونی، تعدیل متابولیسم اسید صفراوی، یا افزایش تولید اسیدهای چرب کوتاه زنجیر، بدیهی شمرده شده است (Fuchs et al., 1999). در میان فیبرهای غذاییِ پیشگیری کننده از سرطان کولون، توجه فزاینده‎ای به اینولین و نوع دیگر فروکتان (لوان) اختصاص یافته است (Adebola, Corcoran, & Morgan, 2013; Esawy et al., 2013; Pool-Zobel, 2005).
مصرف اینولین یا دیگر پرِبیوتیک‎ها با اثرات ضد سرطانی همراه بوده که یک مکانیسم آن سم‎زدایی از ژنوتوکسین‎ها در روده است (Wollowski, Rechkemmer, & Pool-Zobel, 2001). همان‎طور که ابتدا بحث گردید، تجویز انسولین منجر به تولید اسیدهای چرب کوتاه زنجیر شده، و در میان این اسیدهای چرب، اسید بوتیریک با تغذیه کردن مخاط کولونی، منبع عمده انرژی برای انتروسیت کولونی است. پیشنهاد شده که اسید بوتیریک سبب ارتقای تمایز سلولی، توقف چرخه سلولی و آپوپتوزیسِ کولونوسیت‎های (سلول‎های جذبی) تغییر شکل یافته می‎شود. همان‎طور که می‎دانیم، اعتقاد بر این است که افزایش در نرخ تکثیر سلول‎ کلونی، عامل خطری برای ابتلا به سرطان است. به‎هرحال، تمامی سلول‎های کولون توسط فرآیندِ کنترل شده‎ای با عنوان آپوپتوزیس، دارای زمان مرگ برنامه‎ریزی شده‎ای هستند. احتمالا تعادل بین سطوح تکثیر و آپوپتوزیس تعیین کننده این است که آیا سرطان ایجاد خواهد شد یا خیر. اگر چه مشخص شده که بوتیرات تکثیر سلولیِ سلول‎های نرمالِ کولونی را تحریک می‎کند، اما همچنین آپوپتوزیس در سلول‎های سرطانی را در شرایط in vitro (محیط کشت) تحریک می‎نماید. بوتیرات ممکن است بر دیگر فازهای کشنده در سرطان‎زایی نظیر پیشرفت کاهنده در تغییر شکلِ اسیدهای صفراویِ اولیه به ثانویه و مهار هسیتون دِاستیلاز که ممکن است سبب ارتقای ترمیم DNA شود، اثر گذارد (Wong, de Souza, Kendall, Emam, & Jenkins, 2006).
نئوپلازی کولورکتال نیز به عادت دفعی نادر (یعنی یبوست) مربوط بوده، چرا که یبوست سبب قرار گرفتن طولانی مدتِ سلول‎های اپی‎تلیالِ کولونی در معرض مواد شیمیایی جهش‎زا، که می‎توانند آغازگر سرطان باشند، می‎گردد. بنابراین، هر هیدروکلوئیدی که قادر به بهبود تخلیه شکمی بوده، می‎تواند اثر مثبتی روی سرطان کولون داشته باشد. برای پیشگیری موثر از سرطان کولون، اینولین لزوما بایستی مدتی طولانی پیش از قرار گرفتن در معرض ماده سرطان‎زا تجویز شود و نه مدتی کوتاه قبل از آن (Femia et al., 2002).

5. نتایج و الزامات برای تحقیقات آینده
مردم از هیدروکلوئیدها که در بسیاری از زمینه‎ها از جمله کشاورزی، بیوتکنولوژی، آرایشی بهداشتی، داروسازی، سرامیک، منسوجات، مواد منفجره و غیره کمک کننده و مطلوب می‎باشند، بهره‎مند شده‎اند. مهم‎تر از همه این‎که، هیدروکلوئیدها چند سالی در مواد غذایی ما به‎کار گرفته شده‎اند. آنها در طیف وسیعی از مواد غذایی نظیر سس‎ها (غلیظ کننده‎ها)، پودینگ‎ها (ژل‎کننده‎ها)، پنیرها (مهارکننده‎های آب‏گذری)، نوشیدنی‎ها (شفاف کننده، پایدار کننده‎های کف)، بستنی‎ها (امولسیفایرها، مهارکننده‎های کریستالیزاسیون) و سوسیس‎ها (پیوند دهنده‎ها، شکل دهنده‎های فیلم خوراکی، و جایگزین‎های چربی) مورد استفاده قرار می‎گیرند. یافتن منابع، تولید و تجارت هیدروکلوئیدها یک حرفه جهانی است. هیدروکلوئیدها به‎عنوان یک صنعت نسبتا کم‎ریسک و رشد یافته رده‎بندی شده، و استفاده از آنها برای کاربردهای گوناگون به‎خوبی به اثبات رسیده است. با این حال، بهبود کیفیت و سازگاری هیدروکلوئیدها، یکی از تاکیدهای اصلی این صنعت بوده است. برای مثال، بعضی از هیدروکلوئیدها نسبتا محلول یا اندکی محلول بوده، که این مسئله مانع از کاربرد آنها می‎شود. چنانچه ما تکنولوژی تولید را به‎گونه‎ای توسعه دهیم تا آنها را به شکل فورا محلول یا سریعا محلول درآوریم، کاربردهای آنها بهبود خواهد یافت.

جدول 3
جایگزین‎ها و سینرژیست‎های هیدروکلوئیدهای متداول
هیدروکلوئیدها
جایگزین‎ها
سینرژیست‎ها
آگار
ژلان/ آلژینات/ کردلان/ ژلاتین
شناخته نشده
آلژین (آلژینات سدیم)
کاراگینان‎ها/ ژلاتین/ ژلان/ آگار/ زانتان/ فورسلاران
یون دو ظرفیتی/ پکتین
کاراگینان
ژلاتین، ژلان، آگار، آلژینات، زانتان، فورسلاران
کازئین/ کیتوزان/ صمغ لوبیای لوکاست
کیتوزان
پکتین/ زانتان/ صمغ لوبیای لوکاست/ صمغ گوآر/ نشاسته‎ها
زانتان
دکستران
صمغ عربی/ زانتان
شناخته نشده
فورسلاران (صمغ دانمارکی)
کاپاکاراگینان/ ژلاتین/ ژلان/ آگار/ آلژینات/ زانتان
کازئین/ کلسیم/ کیتوزان/ صمغ لوبیای لوکاست
ژلان (Gelrite)
ژلاتین/ آگار/ آلژینات/ کردلان/ کاراگینان
ژلاتین/ صمغ عربی
صمغ عربی
صمغ کارایا/ صمغ گاتی/ صمغ کتیرا/ مالتودکسترین‎ها/ متیل سلولز/ پروتئین‎های شیر
شناخته نشده
صمغ گاتی (صمغ هندی)
صمغ عربی/ صمغ کارایا/ صمغ کتیرا/ مالتودکسترین‎ها/ متیل سلولز/ پروتئین‎های شیر
شناخته نشده
صمغ گوآر
صمغ لوبیای لوکاست/ صمغ تارا/ آگار/ کاراگینان‎ها/ دکستران‎ها/ نشاسته‎ها/ زانتان/ ژلاتین/ آلژینات
زانتان/ آگار/ کاراگینان/ پلیمر آنیونی
صمغ کارایا
صمغ گاتی/ صمغ کتیرا
شناخته نشده
میکروکریستالین سلولز
محصولات هیدرولیز نشاسته/ زانتان/ پلی‎دکستروز
شناخته نشده
پکتین
آلژینات‎ها/ کاراگینان‎ها/ کیتوزان/ زانتان/ فورسلاران
پروتئین‎ها/ یون‎های چند ظرفیتی

معرفی محصولات هیدروکلوئیدی جدید که قابل دسترس برای بازار باشد، دیگر هدف متمرکز صنعت هیدروکلوئید است. محصولات جدید با استفاده از ترکیب‎های سینرژیستی هیدروکلوئیدها (جدول 3) و بهره‎برداری از هیدروکلوئیدهای طبیعیِ کمتر شناخته شده به‎دست می‎آید. یکی از هیدروکلوئیدهایی که به‎طور گسترده مورد تحقیق قرار گرفته و برهمکنش سینرژیستی نشان می‎دهد، گالاکتومانان‎ است. گالاکتومانان‎ها به‎خاطر ویژگی‎های ساختاری خاص خود، با کاپا کاراگینان و صمغ زانتان که دارای زنجیره‎های پیکری سفتی هستند سینرژی نشان می‎دهد (Cui et al., 2006). در عملیات فرآیند مواد غذایی، استفاده از ترکیبات نشاسته- هیدروکلوئید امری شایع و گسترده است. نشاسته‎های فراوانی به‎طور تجاری و اساسی از ذرت و همچنین کاساوا و تا حد کمتر، از گندم و سیب‎زمینی به‎دست می‎آید. این نشاسته‎های طبیعی ویژگی‎های ایده‎آلی را برای آماده‎سازی محصولات غذایی دارا نیستند. کاستی‎های نشاسته‎های طبیعی را می‎توان با افزودن هیدروکلوئید مناسب، که سبب بهبود تحمل نشاسته‎ها به شرایط فرآیند (گرما، برش، و زیست محیط اسیدی) می‎گردد، برطرف نمود. استفاده از ترکیبات نشاسته- هیدروکلوئید همچنین بافت/ رئولوژی محصولات تهیه شده از نشاسته های طبیعی را بهبود بخشیده (BeMiller, 2011)، و برای بعضی از محصولاتِ دارای گواهینامه حلال (اجتناب از کاربرد نشاسته تعدیل شده) یک "برچسب پاک" فراهم می‎نماید. قابل توجه است که نشاسته‎های تعدیل شده اغلب پرهزینه بوده و باید از مقررات ایمنی مواد غذایی تبعیت نمایند، ولو آن‎که ویژگی‎های عالی داشته باشند (Serpa Neto et al., 2014). به‎رغم مصرف جهانی صمغ گوآر در صنایع غذایی، کمبودهای عرضه مکرر و هزینه بالای این ماده که ناشی از نوسان در تولید محصول گیاه گوآر بوده، سبب گردیده تا تولیدکنندگان در جستجوی منابع جایگزین و پایدار برای این صمغ باشند (Mathur & Mathur, 2005). در سال 2012 خطر جدی وجود داشت، مبنی بر این‎که صمغ گوآر احتمالا برای کل صنایع غذایی با توجه به اثرات منفیِ شکست هیدرولیک در دسترس نباشد (http://www.ticgums.com/news-winter-2012/andonguar-shortage.html). شرکت "TIC Gums" سیستم‏هایی را برای شبیه‎سازی عملکرد گوآر فرموله‎ نمود و جایگزین‎ها و حجم‎دهنده‎های صمغ گوآر با برندهای Ticaloid(r) GE 306 (نوشیدنی‎های فوری)، Ticaloid(r) GR 5420 (نان، میکس کیک، نان شیرینی‎های بیگل) و Ticaloid(r) LITE Powder (نان، میکس کیک، نان شیرینی‎های بیگل) را عرضه نمودند. محصولات Ticaloid(r) با استفاده از صمغ‎های گوناگون، فرموله شده تا از ویژگی‎های کاری هر هیدروکلوئید واحد و همچنین سینرژی‎های ایجاد شده به‎هنگام ترکیب مواد بهره‎ گرفته شود (http://www.ticgums.com/products. html?page=shop.browse&category_id=24).
به‎هر حال، چنین برهمکنش‎های سینرژیستی در هیدروکلوئیدهای متعدد، به‎طور گسترده در منابع علمی مطالعه نشده است. بنابراین، پژوهشگران بایستی تلاش‎های بیشتری را برای بررسی این زمینه به‎منظور توسعه بازار هیدروکلوئیدها صورت دهند. پژوهشگر مواد غذایی معمولا با چالش در اصلاح فرمولاسیونِ محصولات غذایی مواجه است. هدف ممکن است بهبود مزه، بافت یا ظاهر ماده غذایی، برای دستیابی به محصولی با وجهه سالم‎تر یا ماندگاری طولانی‎تر، یا ممکن است کاهش هزینه تولید با ترکیب نمودن یک ماده سازنده ارزان‎تر، یا افزایش بهره‎وریِ تولید با وارد کردن یک تکنولوژیِ فرآیند جدید باشد. در مورد هیدروکلوئیدهای غذایی، دانشمندان از مفاهیم بنیادیِ شیمی فیزیک، علوم ماکرومولکولی و رئولوژی برای درک این موضوع که چگونه خواص سیستم‎های غذایی از جمله دیسپرسیون‎ها، امولسیون‎ها، کف‎ها و ژل‎ها با برهمکنش‎های بین هیدروکلوئیدهای سازنده و دیگر مواد تشکیل دهنده مانند چربی‎ها و پروتئین‎ها مرتبط هستند، بهره گرفته‎اند. آنها همچنین رفتار مواد غذایی را در دهان مورد مطالعه قرار داده و بررسی می‎کنند که چطور هیدروکلوئیدها با تریبولوژی (دانش بررسی برهم کنش سطح و حرکت) بر ادراک حسی اثر می‎گذارند.
در آغاز قرن گذشته، مواد غذایی کارا و سالم یک فرصت‎ امیدوارکننده برای مقابله با چالش‎های جدیدِ پیش‎رویِ غذاهای صنعتی بودند، اما امروزه هنوز هم یک چالش نخستِ مورد بحث توسط دانشمندان مواد غذایی است. همان‎طور که در پروژه FUFOSE (دانش غذاهای کارا در اروپا) مشخص شده، اهداف اصلی در توسعه مواد غذایی کارا شامل: حفاظت در برابر گونه‎های فعال اکسیداتیو؛ عملکردهای مناسب قلبی- عروقی؛ فیزیولوژی و کارکردهای صحیح دستگاه گوارش و غیره هستند (Roberfroid, 2005). همگی این اهداف قویا مرتبط با هیدروکلوئیدها بوده، زیرا آنها نقش ویژه‎ای در سلامت انسان دارند، همچنان‎که در بخش 4 به تفصیل شرح داده شد. بنابراین، توسعه مواد غذایی کارا به‎شدت وابسته به پیشرفت هیدروکلوئیدها در دهه‎های آتی است.
تمایل به مواد غذایی شخصی‎سازی شده، در خط مقدم تحقیقات غذایی قرار دارد. توسعه تکنولوژی‎های جدید مانند میکروسکوپ نیروی اتمی و شبیه‎سازی اجزای محدود سبب گسترش مرزهای درک ما از سیستم‎های غذایی پیچیده مانند سیستم چندفازیِ حاوی مواد سازنده کارا در مقیاس نانو یا سطح مزوسکوپی گردیده است (Campos et al., 2012; Mamlouk & Guessasma, 2013; Picas, Milhiet, & Hernández-Borrell, 2012). به‎طور خیلی آهسته و تدریجی، این جریان پیش‎رونده خود را در سنگر علم هیدروکلوئید محسوس و آشکار ساخت. پیشرفت‎ها در زمینه هیدروکلوئیدها قابلیت طراحی هدفمندِ مواد غذایی کارا را، که با آگاهی از نقش‎های مغذی هیدروکلوئیدها فرموله و تجویز شده، به‎دست داده است. دانشمندان هیدروکلوئید با بزرگترین چالش حرفه خود یعنی طراحی ساختارهای جدید در مقیاس نانو برای تحویل اجزای فعال فیزیولوژیکی از جمله هیدروکلوئیدهایِ دارای مضافا اثرات سلامتی‎بخش خاص در فراسوی آنچه که از مصرف مواد مغذیِ موجود در یک رژیم غذایی نرمال انتظار می‎رود، روبرو هستند.
نهایتا مورد آخر که البته کم اهمیت هم نیست، اینکه مصرف کنندگان به‎طور فزاینده‎ای درباره افزودنی‎های غذایی محتاط و هوشیار شده‎اند، اما زمانی که به افزودنی‎ها می‎اندیشند، چیزی از هیدروکلوئیدهای غذایی به ذهن آنها متبادر نمی‎شود. برداشت‎های مصرف کننده و اقدامات حاصله، آینده تجاری هر نوع ماده سازنده غذایی را تعیین می‎کند (Varela & Fiszman, 2013). لذا، محققان حوزه هیدروکلوئیدهای غذایی بایستی به‎خاطر توسعه هیدروکلوئیدها در آینده تا آنجا که ممکن است به تبلیغات هیدروکلوئیدها بپردازند.

منابع

3