Αξιολόγηση εκχυλισμάτων βοτάνων ως προς την αντιοξειδωτική τους δράση και το φαινολικό τους περιεχόμενο – Αξιοποίηση του βέλτιστου εκχυλίσματος στην παρασκευή εδώδιμων μεμβρανών παρουσία πηκτινών και καρραγενάνης

Abstract

Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται μία αυξανόμενη τάση στην χρήση ανανεώσιμων υλικών από τις βιομηχανίες, με στόχο την ενίσχυση της προστασίας του περιβάλλοντος. Στο πλαίσιο αυτό έχει ενταχθεί και η βιομηχανία τροφίμων, αντικαθιστώντας τις πλαστικές συσκευασίες με εδώδιμές μεμβράνες, αποτελούμενες από βιοδιασπώμενα βιοπολυμερή. Στόχος της παρούσας μελέτης ήταν η παρασκευή εδώδιμων μεμβρανών με ισχυρή αντιοξειδωτική δράση από εκχυλίσματα βοτάνων, παρουσία διαφορετικών τύπων βιοπολυμερών, υδατανθρακικής προέλευσης. Αξιολογήθηκε πληθώρα βοτάνων ως προς το φαινολικό τους περιεχόμενο και την αντιοξειδωτική τους ικανότητα μέσω των μεθόδων Folin – Ciocalteau και DPPH αντίστοιχα και το βέλτιστο εξ’ αυτών, δηλαδή το μελισσόχορτο, χρησιμοποιήθηκε στην παρασκευή των μεμβρανών. Τα βιοπολυμερή που χρησιμοποιήθηκαν ήταν η πηκτίνη υψηλής μεθυλίωσης, η πηκτίνη χαμηλής μεθυλίωσης και η ι-καρραγενάνη, ενώ ακόμα προστέθηκε και γλυκερόλη ως πλαστικοποιητής. Παρασκευάστηκαν έξι διαφορετικοί τύποι μεμβρανών, τρεις με δομικό υλικό κάθε ένα από τα βιοπολυμερή ξεχωριστά και τρεις με βάση τα μίγματά τους. Στις μεμβράνες που περιείχαν ένα βιοπολυμερές η συγκέντρωση του βιοπολυμερούς ήταν 1,5% w/w, ενώ στα μίγματα δύο βιοπολυμερών, κάθε ένα από αυτά βρισκόταν σε συγκέντρωση 0,75% w/w (δηλαδή τελικά 1,5% w/w). Οι μεμβράνες αξιολογήθηκαν ως προς το βάρος, το πάχος, την πυκνότητα, την υγρασία, τη θολερότητα, το χρώμα, τις μηχανικές ιδιότητες, τις ιδιότητες φραγμού, το ολικό φαινολικό περιεχόμενο και την αντιοξειδωτική τους δράση. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, τα περισσότερα από τα βότανα που αξιολογήθηκαν έχουν υψηλή αντιοξειδωτική ικανότητα (>80%), ενώ ως προς το φαινολικό περιεχόμενο το μελισσόχορτο κατέλαβε την υψηλότερη θέση (0,235 mg GAE/0,5 mL). Ως προς τις μεμβράνες, φάνηκε πως η παρουσία των εκχυλισμάτων επηρεάζει θετικά την αντιοξειδωτική τους ικανότητα, ενώ ταυτόχρονα, ο τύπος του βιοπολυμερούς παίζει σημαντικό ρόλο για όλες τις ιδιότητες, αφού η παρουσία των διαφόρων βιοπολυμερών και των μιγμάτων τους επηρέασε με διαφορετικό τρόπο τις μετρήσεις. Όλες οι μεμβράνες είχαν στατιστικά το ίδιο βάρος και την ίδια πυκνότητα. Η μεμβράνη με μίγμα πηκτινών υψηλής και χαμηλής μεθυλίωσης παρουσίασε το μεγαλύτερο πάχος (90μm), ενώ όλες οι μεμβράνες που περιείχαν ι-καρραγενάνη εμφάνισαν μεγάλη θολερότητα. Οι μεμβράνες με πηκτίνη χαμηλής μεθυλίωσης και ι-καρραγενάνη είχαν τη μεγαλύτερη ελαστικότητα ενώ παράλληλα, η μεμβράνη με πηκτίνη χαμηλής μεθυλίωσης και οι μεμβράνες με μίγματα πηκτίνης υψηλής μεθυλίωσης/ ι- καρραγενάνης και πηκτίνης χαμηλής μεθυλίωσης/ ι- καρραγενάνης είχαν την μικρότερη αντοχή. Η μεμβράνη αποτελούμενη από το μίγμα πηκτινών υψηλής και χαμηλής μεθυλίωσης εμφάνισε τη μεγαλύτερη διαπερατότητα σε υδρατμούς, ενώ ως προς το ρυθμό μετάδοσης υδρατμών η μεμβράνη με ι-καρραγενάνη καθώς και όλες οι μεμβράνες αποτελούμενες από μίγμα βιοπολυμερών εμφάνισαν τις υψηλότερες τιμές. Η μεμβράνη με πηκτίνη υψηλής μεθυλίωσης παρουσίασε το υψηλότερο φαινολικό περιεχόμενο (0,180 mg GAE/ 0,5 mL) καθώς και την υψηλότερη αντιοξειδωτική δράση (>90%), ενώ η μεμβράνη με ι-καρραγενάνη το μικρότερο. Ως προς την αντιοξειδωτική δράση των υπόλοιπων μεμβρανών, όλες εμφάνισαν τιμές >87%, με εξαίρεση την μεμβράνη με ι-καρραγενάνη (79,17%). Τα παραπάνω αποτελέσματα, υποδηλώνουν πως τα διάφορα βιοπολυμερή αλληλεπιδρούν διαφορετικά με το εκχύλισμα και ιδιαίτερα με τα φαινολικά συστατικά του, με την ι-καρραγενάνη να παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον, εφόσον παρουσία αυτής πολλές από τις ιδιότητες διαφοροποιούνται σημαντικά σε σχέση με τις μεμβράνες που περιέχουν πηκτίνες.

In recent years there has been an increasing trend in the use of renewable materials by industries, with the aim of enhancing environmental protection. In this context, the food industry has joined, replacing plastic packaging with edible films, consisting of biodegradable biopolymers. The aim of the present study was to prepare edible films with herbal extracts (thus, having great antioxidant activity) in the presence of different types of biopolymers, of carbohydrate origin. A variety of herbs were evaluated for their total phenolics content and antioxidant capacity through the Folin - Ciocalteau and DPPH methods, respectively, and the one with the optimum performance in both properties, namely lemon balm, was used in the preparation of the films. The biopolymers used were high methoxy pectin, low methoxy pectin and ι-carrageenan, while glycerol was also added as a plasticizer. Six different types of films were prepared. Three of them had each of the biopolymers at a concentration of 1.5% w/w. The remaining three, had mixtures of the biopolymer mixtures; each biopolymer in the mixture having a concentration of 0.75% w/ w (.ie .total concentration 1.5% w/w). Films were evaluated for their weight, thickness, density, moisture, opacity, color, mechanical properties, barrier properties, total phenolics content and antioxidant activity. According to the results, the majority of the studied herbs had high antioxidant capacity (> 80%), while in terms of phenolics content lemon balm had the best performance (0.235 mg GAE / 0.5 mL). As for the films, it appeared that the presence of the extracts positively affects their antioxidant capacity, while at the same time, the type of biopolymer played an important role for all properties, since the presence of different biopolymers and their mixtures affected the measurements in different ways. All films had statistically the same weight and density. The films with a mixture of high and low methoxy pectins showed the greatest thickness (90μm), while all films containing i-carrageenan showed high opacity. The films with low methoxy pectin and i-carrageenan had the highest elasticity while the film with low methoxy pectin and those with mixtures of high methoxy pectin/ i-carrageenan and low methoxy pectin/ i-carrageenan had the highest. The film consisting of the mixture of high and low methoxy pectins showed the highest vapor permeability, while in terms of water vapor transmission rate the film with i-carrageenan as well as all films consisting of a mixture of biopolymers showed the highest values. The film with high methoxy pectin showed the highest phenolic content (0.180 mg GAE / 0.5 mL) as well as the highest antioxidant activity (> 90%), while the film with i-carrageenan showed the lowest. Regarding the antioxidant activity of the other films, all showed values >87%, except for the film with i-carrageenan (79.17%). The above results suggest that different biopolymers interact differently with the extract and especially with its phenolic components, with i-carrageenan being of great interest, since in its presence many of the properties differ significantly from films containing pectins.