Διερεύνηση της δυνατότητας ενσωμάτωσης ελαιοσωμάτων από φύτρο αραβοσίτου σε εδώδιμα βιοπολυμερικά συστήματα

Abstract

Effective extraction of oil bodies from maize germ and their exploitation in the preparation of novel food products was the main goal of the thesis. In this respect, the optimization of the maize germ oil bodies’ aqueous extraction, in order to maximize the yield of the process, was fist pursued by employing statistical tools such as the Taguchi methodology and response surface methodology. Aqueous extraction of oil bodies was favoured at alkaline conditions and fine grinding of the raw material. Extraction time and repeated cycles of extraction had a positive strong effect on the yield of the process. The oil was extracted from the germ almost quantitatively in the form of a natural emulsion of intact small sized oil bodies dispersed in an exogenous protein solution. The economic potential of the proposed method is promising for future implementation. In the next stage of the thesis, oil body-based cream, stabilized with sodium caseinate was dried and the resulting powder was evaluated in terms of its handling and reconstitution properties. The oil bodies emulsion was dehydrated by oven heating at 40 oC followed by grinding or by spray drying using Nano Spray Dryer B-90. The method of drying had an effect on the handling and reconstitution properties of both the powders due to the different size of the dry particles. Finally, oil bodies were exploited in the form of a cream free from exogenous proteins or in the form of a “milk” rich in exogenous proteins in order to develop and characterize a composite sodium caseinate-based edible film, plasticized with glycerol. The film prepared with oil bodies’ cream exhibited good mechanical properties and better water barrier properties, compared to sodium caseinate films. Homogenization of the film-forming solution to obtain films with improved characteristic was not needed. The physical properties of the composite films based on oil bodies “milk” changed during the period of 70 days aging. Oil bodies creaming is likely to be the reason for changes observed in the composite films. Water exchange with the environment and possible glycerol movement seemed to be the main causes for the changes in physical properties of the both the control as well as the composite films.

Ο κύριος σκοπός της εργασίας ήταν η αποτελεσματική εκχύλιση ελαιοσωμάτων από φύτρο αραβοσίτου και η αξιοποίησή τους στην παρασκευή καινοτόμων προϊόντων τροφίμων. Ο πρώτος στόχος ήταν η μεγιστοποίηση της απόδοσης της υδατικής εκχύλισης ακέραιων ελαιοσωμάτων από φύτρο αραβοσίτου μετά από αναγνώριση των κύριων παραμέτρων που επιδρούν στη διεργασία της υδατικής εκχύλισης των ελαιοσωμάτων και τη βελτιστοποίησή της. Για την υλοποίηση του στόχου, αξιοποιήθηκαν στατιστικά εργαλεία πειραματικού σχεδιασμού σύμφωνα με τη μέθοδο Taguchi και του σύνθετου πειραματικού σχεδιασμού σε συνδυασμό με τη μέθοδο απόκρισης επιφανειών (RSM). Η υδατική εκχύλιση ελαιοσωμάτων φύτρου αραβοσίτου ευνοείται όταν γίνεται καλή κατάτμηση του φύτρου και όταν πραγματοποιείται σε αλκαλικές συνθήκες. O χρόνος της εκχύλισης έχει την ισχυρότερη θετική επίδραση στην απόδοση της διεργασίας και ακολουθεί ο αριθμός των κύκλων εκχύλισης. Το έλαιο που βρίσκεται στα κύτταρα του φύτρου αραβοσίτου μπορεί να εκχυλιστεί σχεδόν ποσοτικά με τη μορφή γαλακτώματος ακέραιων και μικρού μεγέθους ελαιοσωμάτων. Το εγχείρημα που προτείνεται φαίνεται να έχει θετικό δυνητικό οικονομικό ισοζύγιο. Ο επόμενος στόχος της διατριβής ήταν η εξέταση της δυνατότητας μετατροπής των ελαιοσωμάτων από φύτρο αραβοσίτου, απαλλαγμένων από εξωγενείς πρωτεΐνες, σε ένα αφυδατωμένο προϊόν με τη μορφή σκόνης και η μελέτη των ιδιοτήτων χειρισμού και επαναδιασποράς της σε νερό. Η αφυδάτωση της κρέμας ελαιοσωμάτων έγινε με θέρμανση και άλεση ή με αφυδάτωση με καταιονισμό σε Nano Spray Dryer B-90. Η αφυδάτωση γαλακτώματος ελαιοσωμάτων οδηγεί στην παρασκευή αφυδατωμένης σκόνης πλούσιας σε ελαιοσώματα. Η μέθοδος με την οποία αφυδατώνεται το γαλάκτωμα επιδρά στο μέγεθος των κόκκων της σκόνης που, τελικά, επηρεάζει τις ιδιότητες χειρισμού και επαναδιασποράς της σε νερό της. Η τελική επιδίωξη της διατριβής ήταν η αξιοποίηση των ελαιοσωμάτων στην ανάπτυξη καινοτομικής σύνθετης εδώδιμης μεμβράνης με βάση το καζεϊνικό νάτριο που να παρουσιάζει μειωμένη διαπερατότητα στους υδρατμούς και ο χαρακτηρισμός της ως προς τις λειτουργικές της ιδιότητες. Η ενσωμάτωση ελαιοσωμάτων από φύτρο αραβοσίτου στη δομή εδώδιμης μεμβράνης με βάση το καζεϊνικό νάτριο, πλαστικοποιημένης με γλυκερόλη, ήταν επιτυχής, τόσο στην περίπτωση που τα ελαιοσώματα βρισκόταν με τη μορφή κρέμας ελεύθερης εξωγενών πρωτεϊνών όσο και στην περίπτωση που ήταν με τη μορφή γάλακτος πλούσιου σε εξωγενείς πρωτεΐνες. Οι σύνθετες μεμβράνες που παρασκευάστηκαν με ενσωμάτωση κρέμας ελαιοσωμάτων είχαν καλή μηχανική συμπεριφορά και βελτιωμένη ικανότητα φραγής έναντι της διέλευσης του νερού. Πολύ μεγάλης τεχνολογικής σημασίας είναι το συμπέρασμα ότι παρασκευή σύνθετων μεμβρανών με πολύ καλές ιδιότητες μπορεί να γίνει χωρίς την εφαρμογή ομογενοποίησης στο αρχικό γαλάκτωμα. Οι εδώδιμες μεμβράνες με βάση το καζεϊνικό νάτριο μεταβάλλουν τις ιδιότητές τους κατά την αποθήκευσή. Η αλληλεπίδραση της σχετικής υγρασίας του περιβάλλοντος με τη δομή της μεμβράνης και η μετακίνηση της γλυκερόλης φαίνεται ότι παίζουν σημαντικό ρόλο στη μεταβολή αυτή στις απλές μεμβράνες, ενώ η μετακίνηση των ελαιοσωμάτων φαίνεται ότι είναι ο κύριος λόγος στο οποίο οφείλονται οι μεταβολές στην περίπτωση των σύνθετων μεμβρανών.