Παρασκευή και μελέτη εδώδιμων μεμβρανών και ελαιοπηκτών από διαλύματα μικτών συστημάτων πηκτίνης υψηλής μεθυλίωσης και πρωτεϊνών

Abstract

Οι πρωτεΐνες και οι πολυσακχαρίτες, αποτελούν συστατικά τροφίμων, τα οποία όταν συνυπάρχουν σε διάλυμα, αλληλεπιδρούν διαφορετικά μεταξύ τους, συμβάλλοντας στη δημιουργία δομών, όπως γαλακτώματα, πηκτές και εδώδιμες μεμβράνες. Οι δομές αυτές, μπορούν να βρουν σημαντικές εφαρμογές στη βιομηχανία τροφίμων, όπως η ενθυλάκωση λειτουργικών συστατικών, η δημιουργία προϊόντων μειωμένων λιπαρών και η χρήση εδώδιμων μεμβρανών στη συσκευασία τροφίμων. Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας, ήταν η δημιουργία και η μελέτη εδώδιμων μεμβρανών και ελαιοπηκτών, προερχόμενων από διαλύματα μικτών συστημάτων HMP και πρωτεϊνών (NaCas και PPI), σε συγκεντρώσεις και pH, που προέκυψαν από προκαταρκτικά πειράματα. Αρχικά, προσδιορίστηκε το ισοηλεκτρικό σημείο των μεμονωμένων πρωτεϊνών και μετρήθηκε η απορρόφηση των μικτών συστημάτων NaCas-HMP, PPI-HMΡ. Ακολούθησε, η παρασκευή γαλακτωμάτων και η εκτίμηση των παραμέτρων του ιξώδους και της σταθερότητας τους, όπου βρέθηκε ότι η προσθήκη HMP και η αύξηση της συγκέντρωσης των βιοπολυμερών, συνέβαλαν στη δημιουργία γαλακτωμάτων, με υψηλότερη τιμή ιξώδους και σταθερότητας, με μία επίσης σημαντική επίδραση του τύπου της πρωτεΐνης, στις παραμέτρους αυτές. Ως προς τη ρεολογική τους συμπεριφορά, όλα τα γαλακτώματα εμφάνισαν, μη νευτώνεια, ψευδοπλαστική συμπεριφορά. Μετρήθηκε επίσης, η επιφανειακή και η διεπιφανειακή τάση, των υδατικών διαλυμάτων, οι οποίες βρέθηκε ότι παρουσιάζουν χαμηλότερες τιμές, με την αύξηση της συγκέντρωσης των βιοπολυμερών. Στη συνέχεια, παρασκευάστηκαν γαλακτώματα υψηλής εσωτερικής φάσης (HIPE), καθώς η παρασκευή ελαιοπηκτών, δεν επέφερε τα επιθυμητά αποτελέσματα. Αυτά, παρουσίασαν εξάρτηση από τον τύπο της πρωτεΐνης και τη συγκέντρωση των περιεχόμενων πρωτεϊνών και HMP. Πιο συγκεκριμένα, τα δείγματα με PPI, εμφάνισαν μεγαλύτερη απώλεια ελαίου και μικρότερη μάζα, με παρόμοια δεδομένα να παρατηρούνται και για τα HIPE, με χαμηλότερη συγκέντρωση βιοπολυμερών. Επιπλέον, από τις μετρήσεις τελικής μάζα και απώλειας νερού, των αποξηραμένων HIPE, φάνηκε ότι τα δείγματα που περιέχουν PPI, εμφάνισαν μεγαλύτερη απώλεια νερού και μικρότερη μάζα, ενώ τα αποξηραμένα HIPE με υψηλότερη ποσότητα βιοπολυμερών, παρουσίασαν μεγαλύτερη τελική ολική μάζα και απώλεια νερού. Τέλος, παρασκευάστηκαν εδώδιμες μεμβράνες, των οποίων οι παράμετροι επηρεάστηκαν, σε διαφορετικό βαθμό, από τον τύπο της πρωτεΐνης και τη συγκέντρωση των περιεχόμενων βιοπολυμερών. Αναλυτικότερα, οι μεμβράνες που περιείχαν ΝaCas, εμφάνισαν υψηλότερες τιμές πάχους, βάρους, διαπερατότητας υδρατμών (WVP), συντελεστή ακαμψίας Young's modulus και μέγιστης δύναμης (Ν), όπως επίσης και τα δείγματα με μεγαλύτερη συγκέντρωση βιοπολυμερών. Σημαντική ήταν, επίσης, η επίδραση του τύπου της πρωτεΐνης, στις τιμές της υγρασίας των δειγμάτων, με τις NaCas μεμβράνες να έχουν αρκετά χαμηλότερες τιμές. Επιπλέον, όλες οι μεμβράνες εμφάνισαν παρόμοιες τιμές πυκνότητας ενώ, παρατηρήθηκε αυξανόμενη τιμή θολερότητας, με την αύξηση της συγκέντρωσης των βιοπολυμερών. Τέλος, αναφορικά με τις παραμέτρους χρώματος L*, a* και b*, όλα τα δείγματα εμφάνισαν ιδιαίτερα υψηλές τιμές της παραμέτρου φωτεινότητας L* και οι παράμετροι a* και b*, εμφάνισαν εξάρτηση από τη συγκέντρωση των βιοπολυμερών και κυρίως από τον τύπο της περιεχόμενης πρωτεΐνης, με τις μεμβράνες που περιέχουν PPI, να έχουν περισσότερο πορτοκαλί χρώμα, σε σχέση με τις NaCas.

Proteins and polysaccharides are food components that, when coexisting in solution, interact with each other differently and contribute to the formation of structures such as emulsions, gels, and edible films. These structures can have important applications in the food industry, such as the encapsulation of functional ingredients, the development of products with lower fat content and the use of edible films in food packaging. The purpose of this master thesis was to develop and evaluate edible films and oleogels obtained from solutions of mixed HMP-protein systems at different concentrations and pH values obtained from preliminary experiments. Firstly, the isoelectric point of each protein was determined and the absorbance of the mixed NaCas-HMP, PPI-HMP systems was measured. Emulsions were then prepared and their viscosity and stability parameters were evaluated. It was found that adding HMP and increasing the concentration of biopolymers contributed to the formation of emulsions with higher viscosity and stability, and the type of proteins also had a significant effect on these parameters. As for their rheological behavior, all emulsions showed non-Newtonian pseudoplastic behavior. The surface and interfacial activity of the aqueous solutions was also measured and it was found that values decreased with increasing concentration of the biopolymers. Subsequently, high internal phase emulsions (HIPE) were prepared as the preparation of olive gels did not bring the desired results. These depended on the type of protein and the concentration of protein and HMP. More specifically, the samples from PPI showed higher oil loss and lower mass, whereas similar data were observed for HIPE with lower biopolymer concentrations. Moreover, the final measurements of mass and water loss of the dried HIPE showed that the PPI-containing samples exhibited higher water loss and lower mass, while the dried HIPE with higher biopolymer content exhibited higher total mass and water loss. Finally, edible films were prepared whose parameters were affected to varying degrees by the type of protein and concentration of biopolymers present. More specifically, the NaCas containing films exhibited higher values of thickness, weight, water vapor permeability (WVP), Young’s modulus, and maximum force (N), as did the samples with higher biopolymer concentrations. The effect of protein type on the moisture values of the samples was also significant, with NaCas films having significantly lower values. In addition, all films showed similar density values, while an increasing turbidity value was observed with increasing biopolymer concentration. Finally, as far as the color parameters L *, a * and b * are concerned, all samples showed particularly high values for the brightness parameter L * and the parameters a * and b * showed a dependence on the concentration of biopolymers and especially on their type, with PPI-containing films exhibiting a more orange color than NaCas.