Συμβολή της Nano και Micro σωληνωτής κυτταρίνης στην τεχνολογία παραγωγής τυριών

Abstract

In the present dissertation it was studied the contribution of micro /nano tubular cellulose as an immobilization carrier of rennin enzyme to cheese production. Wood sawdust which is a cheap an abundant raw material in the nature, was used as a source of cellulose. Lignin was removed after delignification of the wood sawdust with alkaline treatment. The removal of lignin was led to the formation of tubular cellulose. Furthermore there were produced composites of tubular cellulose/starch gel and tubular cellulose PHB in order to reduce the dimensions of cellulose for immobilization of rennin. In the produced composites the specific surface area was studied by BET analysis. The qualitative differences between tubular cellulose and the produced composites were studied by X-Ray Diffractometry were the crystallinity and crystal size were determined.The morphology of the produced composites was determined by SEM analysis.The composites of tubular cellulose/starch gel and tubular cellulose PHB were used as immobilization carriers for rennin enzyme. In the first place the two categories of biocatalysts were used for milk coagulaton in batch systems. In the batch systems the effect of the enzyme concentration was examined. The operational stability of all the immobilized biocatalysts was examined by repeated batches. The immobilized biocatalyst containing 0,4g rennin in the composite tubular cellulose/starch gel (TC/SG-Rennin) was more stable και proved to be more economic for a continuous system of milk coagulation. Furthermore the immobilized biocatalyst (TC/SG-Rennin) was used in a continuous system for milk coagulation using a fixed bed bioreactor of 1 L, and multiple fixed bed reactors of 10 και 50 L. In the multiple fixedbed reactors the immobilized biocatalyst was distributed equally in four levels. All the systems for the contunious milk coagulation showed operational stability and the feta type produced cheeses had a great number of volatile compounds.Moreover feta type cheese was produced in batch systems at 20 and 37 oC using immobilized και free Lactobacillus casei ATCC 393 cells. In the produced cheese at 37 oC with immobilized cells of Lactobacillus casei ATCC 393, the microorganism was detected during the last day of ripening at levels that can characterize the product as probiotic (107 cfu/g). In the produced cheese at 37oC with immobilized cells of Lactobacillus casei ATCC 393 there were detected more volatile compounds than in the cheese produced at 20oC with immobilized cells of Lactobacillus casei ATCC 393.

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε η συμβολή της μικρο/νανο σωληνωτής κυτταρίνης ως φορέας ακινητοποιήσης του ενζύμου ρεννίνη στην παραγωγή τυριών. Το κυτταρινούχο υλικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν το πριονίδι ξύλου το οποίο είναι μια φθηνή και άφθονη στη φύση πρώτη ύλη . Αρχικά πραγματοποιήθηκε απομάκρυνση της λιγνίνης από το κυτταρινούχο υλικό με τη χρήση αλκαλικού διαλύματος. Η απομάκρυνση της λιγνίνης οδήγησε στη δημιουργία της σωληνωτής κυτταρίνης. Στη συνέχεια παρασκευάστηκαν τα σύνθετα υλικά σωληνωτής κυτταρίνης/ πηκτής αμύλου και σωληνωτής κυτταρίνης/ πολύ-υδροξυβουτυρικού οξέος, με σκοπό τη μείωση των διαστάσεων της κυτταρίνης για να χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια ως φορέας ακινητοποίησης του ενζύμου ρεννίνη. Στα σύνθετα υλικά που παρασκευάστηκαν μελετήθηκε η ειδική επιφάνεια με τη μέθοδο φυσικής προσρόφησης –εκρόφησης αζώτου (ΒΕΤ). Οι ποιοτικές διαφορές μεταξύ της σωληνωτής κυτταρίνης και των παραγόμενων σύνθετων υλικών μελετήθηκαν με φάσματα περίθλασης ακτίνων –Χ., όπου προσδιορίστηκαν η κρυσταλλικότητα και το μέγεθος των κρυσταλλιτών τους .Επίσης η μορφολογία τόσο της κυτταρίνης όσο και των σύνθετων υλικών παρατηρήθηκε με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (SEM).Τόσο τα σύνθετα υλικά σωληνωτής κυτταρίνης/πηκτής αμύλου όσο και τα σύνθετα υλικά σωληνωτής κυτταρίνης/ πολύ-υδροξυβουτυρικού οξέος χρησιμοποιήθηκαν ως φορείς ακινητοποίησης του ενζύμου ρεννίνη. Αρχικά πραγματοποιήθηκαν πειράματα πήξης γάλακτος σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου και για τις δυο κατηγορίες βιοκαταλυτων (σωληνωτής κυτταρίνης/πηκτής αμύλου/ρεννίνη και σωληνωτής κυτταρίνης/ πολύ-υδροξυβουτυρικού οξέος/ρεννίνη), όπου μελετήθηκε η επίδραση της συγκέντρωσης του ενζύμου στην πήξη του γάλακτος. Στη συνέχεια μελετήθηκε η λειτουργική σταθερότητα των ακινητοποιημένων βιοκαταλυτών με επαναλαμβανόμενες ζυμώσεις. Ο ακινητοποιημένος βιοκαταλύτης που περιείχε ακινητοποιημένα 0,4 g ενζύμου ρεννίνης στο σύνθετο υλικό σωληνωτή κυτταρίνη/πηκτή αμύλου (TC/SG-Rennin) επέδειξε μεγαλύτερη λειτουργική σταθερότητα και ήταν πιο οικονομικός ώστε να χρησιμοποιηθεί για πειράματα συνεχούς πήξης γάλακτος.Επιπλέον πραγματοποιήθηκαν πειράματα συνεχούς πήξης του γάλακτος με χρήση του ακινητοποιημένου βιοκαταλύτη TC/SG-Rennin σε βιοαντιδραστήρα σταθερής κλίνης 1 L και σε βιοαντιδραστήρες πολλαπλών σταθερών κλινών 10 και 50 L, όπου ο ακινητοποιημένος βιοκαταλύτης κατανεμήθηκε ισόποσα. Και τα τρία συστήματα επέδειξαν λειτουργική σταθερότητα και τα τυριά τύπου φέτα που παράχθηκαν περιείχαν μεγάλο αριθμό πτητικών ενώσεων.Επίσης πραγματοποιήθηκαν πειράματα πήξης γάλακτος για παραγωγή τυριού τύπου φέτα σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου στους 20 και 37 oC με ακινητοποιημένα και ελεύθερα κύτταρα L.casei ATCC 393. Στο τυρί που παράχθηκε στους 37oC με ακινητοποιημένα κύτταρα L.casei ATCC 393 ,ο μικροοργανισμός ανιχνεύτηκε σε τέτοιο επίπεδο κατά τη τελευταία ημέρα της ωρίμανσης(107 cfu/g) που μπορεί να χαρακτηρίσει το προϊόν ως προβιοτικό. Επιπλέον στο τυρί που παράχθηκε με ακινητοποιημένα κύτταρα L.casei ATCC 393 στους 37oC ανιχνεύτηκαν περισσότερες πτητικές ενώσεις σε σχέση με το τυρί που παράχθηκε με ακινητοποιημένα κύτταρα L.casei ATCC 393 στους 20oC.