Μελέτη νανοκρυστάλλων αμύλου επεξεργασμένων με υπερυψηλή πίεση ομογενοποίησης και επίδραση στη σταθερότητα γαλακτωμάτων (pickering emulsions)

Abstract

Το άμυλο είναι ένα ιδιαίτερα πολύτιμο υλικό με ποικίλες εφαρμογές στη βιομηχανία τροφίμων, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής γαλακτωμάτων. Το ανθεκτικό άμυλο, θεωρείται το πλέον κατάλληλο υλικό λόγω των ιδιοτήτων του και των ευεργετικών του δράσεων στον ανθρώπινο οργανισμό. Η τεχνολογία υπερυψηλής πίεσης ομογενοποίησης εγείρει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας, ως μια νέα φυσική μέθοδος για τη μελέτη αμύλων. Σκοπός της παρούσας Μεταπτυχιακής Διατριβής είναι η φυσική τροποποίηση του μεγέθους των κόκκων αμύλου, με χρήση υπερυψηλής πίεσης ομογενοποίησης (HPH) της τάξης των 140 MPa, 200 MPa και 250 MPa, για την παρασκευή σταθερών γαλακτωμάτων (pickering emulsions). Ειδικότερα, η έρευνα εστιάστηκε στην επίδραση της τεχνικής HPH στις ιδιότητες των κόκκων αμύλου, συμπεριλαμβανομένων του μεγέθους, της δομής, της κρυσταλλικότητας, της διαλυτότητας και του βαθμού διόγκωσης. Με τη μέθοδο δυναμικής σκέδασης φωτός (DLS), παρατηρήθηκε ότι, τόσο η αύξηση της πίεσης, όσο και η κατεργασία σε περισσότερους κύκλους ομογενοποίησης επιφέρουν στατιστικά σημαντική μείωση του μεγέθους των κόκκων του δείγματος αμύλου, με τον παράγοντα πίεση να επιδρά περισσότερο. Επιπλέον, με τη χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου (SEM), διαπιστώθηκε πως η αύξηση της πίεσης και των κύκλων ομογενοποίησης επιδρά τόσο στη μείωση του μεγέθους όσο και στη μορφολογία των κόκκων. Από τη μελέτη της κρυσταλλικότητας (XRD), παρατηρήθηκε θετική γραμμική συσχέτιση μεταξύ του μεγέθους των κόκκων αμύλου και της κρυσταλλικότητάς τους. Επιπροσθέτως, με την αύξηση της πίεσης ομογενοποίησης, παρατηρήθηκε αύξηση της διαλυτότητας και του βαθμού διόγκωσης. Τέλος, παρόλο που δεν επετεύχθη σταθερότητα του γαλακτώματος στα πλαίσια του πειραματικού μας πρωτοκόλλου, τα προκαταρκτικά αποτελέσματα κρίνονται ενθαρρυντικά για την περαιτέρω μελέτη της δράσης του φυσικά τροποποιημένου αμύλου ως σταθεροποιητή.

Starch is an important material in the food industry, used in various applications in foods, including the production of emulsions. Resistant starch is considered to be of great value, due to its properties and its beneficial effect on human health. High pressure homogenization technology (HPH), invokes great interest in the scientific community as a novel natural method for the modification of starches. The aim of this study is the natural modification of starch granules’ size subjected to high pressure homogenization treatment at 140 MPa, 200 MPa and 250 MPa, in order to produce pickering emulsions. In particular, we investigated the properties and structural changes of starch granules, including size, structure, crystallinity, solubility and degree of swelling, after high pressure homogenization. Dynamic Light Scattering measurements of particle size demonstrated a statistically significant decrease in starch granule size, with increasing HPH pressure and cycles. Electron microscopy studies showed that the size of starch granules decreased with increasing HPH pressure and homogenization cycles, while the morphology of the grains was also affected. X-ray diffraction patterns showed that there was an evident decrease in crystallinity after an increase in HPH pressure and cycles. Furthermore, an increase in solubility and degree of swelling was observed, with an increase in homogenization pressure. Finally, although the emulsions were not effectively stabilized by starch nanocrystals, our results provide the basic information on the properties of modified resistant starch treated at different pressures and indicate the potential emulsifying ability of physically modified starch nanocrystals.