Ενσωμάτωση βιοδραστικών συστατικών σε ενεργό και εδώδιμη συσκευασία - Γανιάρη, Σοφία (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων, 2016)
Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η ενσωμάτωση φυσικών αντιοξειδωτικών σε εδώδιμη επικαλυπτική μεμβράνη για την προστασία τροφίμων. Ως πηγή φυσικών αντιοξειδωτικών χρησιμοποιήθηκε το φυτό Rosmarinuus officinalis (δενδρολίβανο) της οικογένειας Lamiaceae, ώστε να κριθεί η αποτελεσματικότητά του τόσο στην τεχνολογία των επικαλυπτικών, όσο και στην αλληλεπίδρασή του με τα τρόφιμα. Τα αντιοξειδωτικά κλάσματα του δενδρολίβανου, αφότου αναλύθηκαν, ενσωματώθηκαν σε ιχθυρά μέσω της εφαρμογής εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών. Εκτός από τις δοκιμές με τα ιχθυρά, έγινε μία προσπάθεια παρασκευής προσομοιωτή τροφίμου και μελέτης της οξειδωτικής του πορείας χωρίς επικάλυψη. Αρχικά, συλλέχθηκε δενδρολίβανο από την Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου και, έπειτα από ξήρανσή του, έγινε η παραλαβή του αιθέριου ελαίου του με υδροατμοαπόσταξη. Στη συνέχεια, το απελαιωμένο δενδρολίβανο κονιοποιήθηκε και πραγματοποιήθηκαν εκχυλίσεις, σε συσκευή υπερήχων με διαλύτη την αιθανόλη. Έγιναν δοκιμές εκχύλισης ως προς το χρόνο και ως προς τη θέση των φιαλών στο λουτρό υπερήχων για να εντοπισθούν τυχόν διαφορές, όμως δεν μπόρεσε να εξαχθεί κάποιο συμπέρασμα για το πώς αυτοί οι παράγοντες επηρεάζουν την εκχύλιση. Ο χρόνος εκχύλισης που επιλέχθηκε τελικά ήταν τα 60 min. Πραγματοποιήθηκαν εκχυλίσεις για παραλαβή ικανής ποσότητας εκχυλίσματος, το οποίο αποχρωματίστηκε για να χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια ως φυσικό αντιοξειδωτικό στις επικαλυπτικές μεμβράνες. Παράλληλα πραγματοποιήθηκαν διαδοχικές εξαντλητικές εκχυλίσεις Soxhlet για προσδιορισμό των αντιοξειδωτικών συστατικών της φυτόμαζας και σύγκριση της δράσης των εκχυλισμάτων με αυτά από τη συσκευή υπερήχων. Η σύγκριση των κλασμάτων έγινε ως προς την περιεκτικότητά τους σε στερεά συστατικά, ολικές φαινόλες και ικανότητα δέσμευση ελευθέρων ριζών. Επίσης έγινε ανάλυση των εκχυλισμάτων με την μέθοδο HPLC, όπου μετά από παραλαβή χρωματογραφημάτων πραγματοποιήθηκε ποσοτικοποίηση του ροσμαρινικού οξέος. Τα εκχυλίσματα από συσκευή Soxhlet που παρασκευάστηκαν ήταν τρία: ένα αιθανολικό εκχύλισμα, ένα εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα και ένα αιθανολικό εκχύλισμα έπειτα από την εκχύλιση με οξικό αιθυλεστέρα. Η σύγκριση των κλασμάτων μεταξύ τους αλλά και με το αιθανολικό εκχύλισμα από υπέρηχους έδειξε ότι τα αιθανολικά εκχυλίσματα από Soxhlet είχαν τη μεγαλύτερη απόδοση τόσο σε ολικά φαινολικά, όσο και σε ικανότητα δέσμευσης ριζών και σε εκχυλισθέντα στερεά συστατικά. Τις χαμηλότερες αποδόσεις παρουσίασε το εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα μαζί με το εκχύλισμα από υπερήχους. Οι υπέρηχοι, όμως αποτελούν μία μέθοδο φιλική προς το περιβάλλον και οι θερμοκρασίες που χρησιμοποιούν είναι πολύ χαμηλότερες από αυτές που χρησιμοποιεί η Soxhlet. Στη συνέχεια μελετήθηκε η δράση των εκχυλισμάτων κατά την προσθήκη τους σε εδώδιμες μεμβράνες για την επικάλυψη ιχθυρών. Επίσης, διερευνήθηκε η καταλληλότητα του αιθέριου ελαίου του Rosmarinus officinalis καθώς τα κλάσματα αυτά των αρωματικών φυτών διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην παρεμπόδιση της μικροβιακής ανάπτυξης. Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής ωστόσο διερευνήθηκε η πιθανή παρεμπόδιση της οξείδωσης σε δείγματα στα οποία είχε ενσωματωθεί αιθέριο έλαιο στο επικαλυπτικό. Τα εκχυλίσματα ενσωματώθηκαν σε επικαλυπτικά διαλύματα καρβοξυμεθυλοκυτταρίνης (CMC). Συγκεκριμένα παρασκευάστηκαν εφτά σειρές δειγμάτων. Η πρώτη σειρά δεν είχε καμία επικάλυψη, ενώ η δεύτερη επικαλύφθηκε με μη εμπλουτισμένη με κάποιο αντιοξειδωτικό μεμβράνη CMC. Οι επόμενες τρεις σειρές δειγμάτων επικαλύφθηκαν με CMC εμπλουτισμένο με διαφορετικές συγκεντρώσεις αιθανολικού εκχυλίσματος δενδρολίβανου, 200, 500 και 800 ppm αντίστοιχα. Η έκτη σειρά δειγμάτων εμπλουτίστηκε με αιθέριο έλαιο δενδρολίβανου σε περιεκτικότητα 2000 ppm ενώ η έβδομη και τελευταία σειρά επικαλύφθηκε με CMC εμπλουτισμένο με συνδυασμό αιθέριου ελαίου 2000 ppm και αιθανολικού εκχυλίσματος σε συγκέντρωση 200 ppm. Από τις εφτά σειρές δειγμάτων, διπλά δείγματα αποθηκεύτηκαν σε δυο θερμοκρασίες, στους 4ºC και στους 10ºC. Δείγματα λαμβάνονταν ανά τακτά χρονικά διαστήματα και έπειτα από παραλαβή του ιχθυελαίου γινόταν μέτρηση του αριθμού υπεροξειδίων, των συζυγών διενίων και του αριθμού π-ανισιδίνης δηλαδή των πρωτογενών και δευτερογενών προϊόντων οξείδωσης. Τα αποτελέσματα για τα δείγματα στους 4ºC έδειξαν πως η μη εμπλουτισμένη μεμβράνη CMC παρείχε μία οριακή προστασία στο προϊόν. Παρόμοια πορεία οξείδωσης παρουσίασαν τα δείγματα με επικάλυψη CMC εμπλουτισμένη με 200 ppm αιθανολικού εκχυλίσματος και αυτά που είχαν εμπλουτιστεί μόνο με αιθέριο έλαιο. Αρκετά ικανοποιητικά προστατεύθηκαν από την οξείδωση τα δείγματα που η επικάλυψή τους περιείχε αντιοξειδωτικό σε συγκέντρωση 500 ppm και αυτά με συνδυασμό αιθέριου ελαίου και 200 ppm εκχυλίσματος στην επικαλυπτική μεμβράνη ενώ την καλύτερη αντιοξειδωτική προστασία με διαφορά πρόσφεραν τα δείγματα με την μεγαλύτερη συγκέντρωση αντιοξειδωτικού (800 ppm). Στους 10ºC παρατηρήθηκε πολύ γρήγορα μικροβιακή αλλοίωση των δειγμάτων και τα πειράματα διακόπηκαν νωρίς χωρίς να εξαχθεί κάποιο γενικό συμπέρασμα. Σε άλλο ένα πείραμα έγινε προσπάθεια δημιουργίας ενός προσομοιωτή τροφίμου πάνω στον οποίο να μπορούν να πραγματοποιηθούν μελέτες για την πορεία οξείδωσής του με ή χωρίς επικαλυπτικό. Παρασκευάστηκε ζυμάρι από αλεύρι, φοινικέλαιο και νερό, το οποίο χωρίστηκε σε δείγματα των 35±5 g. Τα μισά δείγματα αποθηκεύτηκαν στους 10ºC και τα υπόλοιπα στους 40ºC, όλα χωρίς επικάλυψη. Στη συνέχεια μελετήθηκε η πορεία οξείδωσης της ζύμης, μετά από παραλαβή του ελαίου από τα αποθηκευμένα δείγματα. Λήφθηκαν, δηλαδή δείγματα ανά τακτά χρονικά διαστήματα και έγινε προσδιορισμός των πρωτογενών προϊόντων οξείδωσης μέσω του αριθμού υπεροξειδίων και των συζυγών διενίων, ενώ ο προσδιορισμός των δευτερογενών προϊόντων οξείδωσης έγινε με τον αριθμό π-ανισιδίνης. Τα αποτελέσματα δεν μπόρεσαν να οδηγήσουν σε εξαγωγή κάποιου συμπεράσματος καθώς τα δείγματα ζύμης που βρίσκονταν στους 10ºC μετά τις 41 ημέρες είχαν χαλάσει εμφανώς και μικροβιολογικά επομένως απορρίφθηκαν και δεν εξετάστηκαν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα όσο διήρκεσε το πείραμα των 40ºC ενώ η οξείδωση δεν παρουσίασε μεγάλες διαφορές για τις δύο θερμοκρασίες. Σε μελλοντικό πείραμα, ίσως να έπρεπε να προτιμηθούν διαφορετικές συνθήκες αποθήκευσης, και ιδιαίτερα παρασκευής άλλων προσομοιωτών τροφίμων για παρακολούθηση της οξείδωσης.