Παραγωγή εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών με χρήση βιοπολυμερών
Authors: Μπιζύμης Άγγελος-Παναγιώτης 
Published: December 2023

Ως εδώδιμες επικαλυπτικές μεμβράνες ορίζονται (i) οι αποτελούμενες από εδώδιμα υλικά λεπτές στρώσεις που παρασκευάζονται για την επικάλυψη τροφίμων ή τοποθετούνται μεταξύ των συστατικών τους (εδώδιμες μεμβράνες) και (ii) τα υλικά συσκευασίας προερχόμενα από φυσικά πολυμερή, τα οποία εφαρμόζονται στα τρόφιμα κυρίως με ψεκασμό ή εμβάπτιση (εδώδιμες επικαλύψεις). Και στις δύο περιπτώσεις καταναλώνονται μαζί με το τρόφιμο και έχουν ως στόχο να το προστατέψουν από παράγοντες αλλοίωσης, να βελτιώσουν τα χαρακτηριστικά του και να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής του. Μέσω των εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών είναι δυνατό επίσης να προστεθούν στα τρόφιμα ορισμένες επιπλέον δράσεις, π.χ. με την ενσωμάτωση σε αυτές ενός αντιοξειδωτικού ή αντιμικροβιακού παράγοντα. Για τη διασφάλιση της αποτελεσματικότητας των εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών, απαραίτητη προϋπόθεση αποτελεί η επιλογή των κατάλληλων συστατικών, στις καλύτερες αναλογίες, σε συνδυασμό με την ενδεδειγμένη μέθοδο παρασκευής και εφαρμογής στο προϊόν. Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι να συνεισφέρει στην εξέλιξη της τεχνολογίας συντήρησης τροφίμων μέσω της δημιουργίας καινοτόμων σύνθετων εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών που θα βοηθούν στη συντήρηση των τροφίμων, προσφέροντάς τους ταυτόχρονα στοιχεία τα οποία δεν διέθεταν προηγουμένως. Η μελέτη, πέραν της παρασκευής και εφαρμογής των νέων σύνθετων και λειτουργικών εδώδιμων μεμβρανών ως ενεργή συσκευασία σε επιλεγμένα τρόφιμα, επεκτείνεται στη διεξοδική διερεύνηση των ιδιοτήτων τους και στον προσδιορισμό των βέλτιστων αναλογιών των συστατικών τους, ξεκινώντας από τις ιδιότητες των διαλυμάτων από τα οποία σχηματίζονται. Στο πλαίσιο της διατριβής, μελετήθηκαν αρχικά απλές εδώδιμες μεμβράνες χιτοζάνης (CH) σε τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις (1, 1,5 και 2% w/v), με ή χωρίς τη χρήση υπερήχων (HPU) στα διαλύματα από τα οποία προκύπτουν, ώστε αφενός να προσδιοριστεί η καταλληλότερη συγκέντρωση CH για ακόλουθη χρήση σε σύνθετες εδώδιμες μεμβράνες, αφετέρου να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα της χρήσης των HPU. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η συγκέντρωση της CH επηρέασε όλες τις ιδιότητες αλλά και την ευκολία χρήσης των διαλυμάτων της, αφού όσο αυξανόταν η συγκέντρωση τόσο αυξανόταν το ιξώδες (από 111,58 mPa·s στη μικρότερη συγκέντρωση σε 639,18 mPa·s στη μεγαλύτερη). Η μικρότερη συγκέντρωση CH (1% w/v) διευκόλυνε την επίστρωση, λόγω του χαμηλότερου ιξώδους του διαλύματος, και δημιούργησε εδώδιμες μεμβράνες λεπτότερες, από 0,06 mm στη μεγαλύτερη συγκέντρωση σε 0,04 mm στη μικρότερη (μεμβράνες κάτω των 0,25 mm θεωρούνται γενικά λεπτές), πιο ανοιχτόχρωμες και με μεγαλύτερη διαφάνεια (από 0,845 Abs·mm-1 στη μεγαλύτερη συγκέντρωση σε 0,969 Abs·mm-1 στη μικρότερη). Από την άλλη πλευρά, η μεγαλύτερη συγκέντρωση (2% w/v) δημιούργησε εδώδιμες μεμβράνες με υψηλότερη μηχανική αντοχή και καλύτερες ιδιότητες φραγμού έναντι του οξυγόνου (3,50·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1 έναντι 3,79·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1, δηλαδή κατά 8% μικρότερη διαπερατότητα σε σχέση με τη CH 1% w/v) και των υδρατμών (3,92·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1 έναντι 4,29·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1, δηλαδή κατά 9% μικρότερη διαπερατότητα σε σχέση με τη CH 1% w/v). Συνολικά όμως εκτιμήθηκε ότι η συγκέντρωση 1% w/v υπερείχε των άλλων δύο συγκεντρώσεων και ως εκ τούτου επιλέχθηκε για τα επόμενα στάδια. Όσον αφορά τη χρήση των HPU, διαπιστώθηκε ότι μέσω της προκαλούμενης απαέρωσης αυξήθηκε η ομοιογένεια των διαλυμάτων, με συνέπεια την αύξηση της ομοιογένειας των σχηματιζόμενων εδώδιμων μεμβρανών και την αποφυγή της δημιουργίας φυσαλίδων. Ακολούθως διερευνήθηκε η επίδραση της προσθήκης νανοκρυσταλλικής κυτταρίνης (CNC) ή β-κυκλοδεξτρίνης (CD) στα διαλύματα CH 1% w/w (σε αναλογίες 75/25, 50/50 και 25/75 και για τις δύο περιπτώσεις). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, οι περισσότερες ιδιότητες τόσο των εδώδιμων μεμβρανών CH/CNC όσο και των CH/CD βελτιώθηκαν. Το ιξώδες των διαλυμάτων μειώθηκε έως και 50% (από 167,34 mPa·s σε 90,67 έως 54,83 mPa·s), ενώ η επιφανειακή τάση παρέμεινε υψηλή ακόμη και στα ανώτερα επίπεδα προσθήκης CNC ή CD. Βελτιώθηκαν ακόμη οι ιδιότητες διαπερατότητας/φραγμού των τελικών μεμβρανών. Ιδιαίτερα η CD μείωσε την OP κατά περισσότερο από 50% ενώ η CNC τη μείωσε κατά περισσότερο από 30%. Όσον αφορά τη WVP, η μείωση ήταν κατά 20% με τη CD και κατά 6% με τη CNC. Και τα δύο υλικά συνέβαλαν επίσης στη βελτίωση των οπτικών ιδιοτήτων, με συγκρίσιμα αποτελέσματα. Από την άλλη πλευρά, η προσθήκη CNC ή CD υποβάθμισε ελαφρώς αλλά όχι σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών (δύναμη θραύσης από 23,94 N σε 21,71 N στην περίπτωση CH/CNC 50/50 και σε 20,90 N στην περίπτωση CH/CD 50/50). Και για τα δύο υλικά, η αναλογία 50/50 με CH έδωσε τα καλύτερα συνολικά αποτελέσματα. Στο επόμενο στάδιο διενεργήθηκε σύγκριση μεταξύ των βασικών υλικών CH σε αναλογία 1% w/v και υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης (HPMC) στην ίδια αναλογία. Επίσης διερευνήθηκε η προσθήκη CNC ή CD στα διαλύματα HPMC σε διάφορες αναλογίες. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε μελέτη τριαδικών μειγμάτων CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD, στο πλαίσιο της διερεύνησης καινοτόμων συνδυασμών υλικών. Η HPMC σχημάτισε λεπτές μεμβράνες (0,04 mm), με υψηλή διαφάνεια, χαμηλή διαπερατότητα (OP: 1,98·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1 και WVP: 1,84·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1, έναντι OP: 2,99·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1 και WVP: 2,20·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1 των μεμβρανών CH) και αρκετά υψηλή μηχανική αντοχή. Οι μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών CH ήταν ωστόσο ανώτερες από εκείνες των HPMC, προφανώς λόγω της υψηλής μηχανικής αντοχής της CH (δύναμη θραύσης 23,94 Ν για τις μεμβράνες CH, έναντι 14,29 Ν για τις HPMC). Η προσθήκη της CNC, όπως και της CD, βελτίωσε τις περισσότερες ιδιότητες των μεμβρανών με βασικό υλικό CH, όπως και αυτών με βασικό υλικό HPMC. Συγκεκριμένα, μειώθηκαν η OP και η WVP (η μείωση της OP έφτασε το 38% και της WVP το 36%, σε σχέση με τις αντίστοιχες απλές μεμβράνες), ενώ οι οπτικές ιδιότητες παρουσίασαν επίσης βελτίωση. Ενδεικτικά, μειώθηκαν οι τιμές του δείκτη κίτρινου χρώματος (YI) και αυξήθηκε η διαφάνεια (π.χ. για αναλογία 50-25-25, ο YI μειώθηκε από το 3,55 της απλής μεμβράνης CH στο 3,16 της αντίστοιχης σύνθετης και από το 3,10 της απλής μεμβράνης HPMC στο 1,86 της αντίστοιχης σύνθετης). Η προσθήκη CNC και CD προκάλεσε μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων των μεμβρανών (π.χ. στην περίπτωση 50-37,5-12,5, η δύναμη θραύσης μειώθηκε σε σχέση με τα απλά δείγματα από 23,94 N σε 19,31 N στις μεμβράνες CH-CNC-CD και από 14,29 N σε 13,44 N στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD). Ιδιαίτερα μειωμένη μηχανική αντοχή παρουσιάστηκε στις σύνθετες μεμβράνες HPMC με 25% αναλογία της CD, πιθανόν λόγω των μη ισχυρών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μορίων HPMC και CD (η δύναμη θραύσης μειώθηκε στα 7,77 N). Τέλος, στα διαλύματα με βασικό υλικό CH η προσθήκη CNC και CD μείωσε το ιξώδες, υποστηρίζοντας έτσι τη διαδικασία επικάλυψης. Όμως στα διαλύματα με βασικό υλικό HPMC, σε μεγάλες αναλογίες CD το ιξώδες έγινε τόσο χαμηλό (έφτασε το 2,18 mPa·s) που δεν επέτρεψε να σχηματιστούν αποδεκτές ή ομοιογενείς μεμβράνες. Ειδικότερα, το ελάχιστο ιξώδες για τον σχηματισμό αποδεκτής εδώδιμης μεμβράνης HPMC-CNC-CD προσδιορίστηκε στα 2,40 mPa·s που αντιστοιχούσε στην αναλογία 50-17,5-32,5 και το ελάχιστο ιξώδες για τον σχηματισμό ομοιογενούς μεμβράνης προσδιορίστηκε στα 2,94 mPa·s που αντιστοιχούσε στην αναλογία 50-30-20.Σε συνέχεια των παραπάνω διερευνήθηκε άλλο ένα βασικό υλικό, η πουλλουλάνη (P), σε σύγκριση με τη CH και την HPMC. Η σύγκριση πραγματοποιήθηκε τόσο στα απλά δείγματα P όσο και στα τριαδικά P-CNC-CD. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι στις ιδιότητες των διαλυμάτων και των τελικών εδώδιμων μεμβρανών, σε αρκετές περιπτώσεις η P είχε ανάλογη συμπεριφορά με την HPMC. Συγκεκριμένα, η P δημιούργησε εδώδιμες μεμβράνες αρκετά διαφανείς, με μικρό πάχος (0,02 mm), μικρότερο αυτού των δύο άλλων βασικών υλικών, και χαμηλές τιμές διαπερατότητας (OP: 2,15·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1 και WVP: 2,06·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1), ανάλογες των εδώδιμων μεμβρανών HPMC. Με την προσθήκη των CNC και CD οι ιδιότητες διαπερατότητας βελτιώθηκαν περαιτέρω (η μείωση της OP έφτασε στο 28% και της WVP το 30%, σε σχέση με τις αντίστοιχες απλές μεμβράνες). Επίσης μειώθηκαν οι τιμές του δείκτη κίτρινου χρώματος (YI) και αυξήθηκε η διαφάνεια, ειδικά με την αύξηση της αναλογίας CD (στη συγκέντρωση CD 37,5%, ο YI μειώθηκε από το 2,98 της απλής μεμβράνης P στο 1,77 της αντίστοιχης σύνθετης). Η P δημιούργησε ακόμη διαλύματα με υψηλή επιφανειακή τάση και χαμηλό ιξώδες (1,27 mPa·s), χαμηλότερο μάλιστα από το ιξώδες των διαλυμάτων HPMC. Ειδικότερα, για τον σχηματισμό τόσο μίας αποδεκτής όσο και μίας ομοιογενούς εδώδιμης μεμβράνης P-CNC-CD, το ελάχιστο ιξώδες προσδιορίστηκε στα 1,45 mPa·s, που αντιστοιχούσε στην αναλογία 50-25-25. Τέλος, οι μεμβράνες με βασικό υλικό την P υστερούσαν σημαντικά έναντι των άλλων δύο ειδών στη μηχανική αντοχή (δύναμη θραύσης 4,25 Ν), της οποίας περαιτέρω μείωση επέφερε η προσθήκη των CNC και CD (μείωση κατά 68% της δύναμης θραύσης, από 4,25 N σε 1,34 N στην περίπτωση 50-25-25). Λόγω της μειωμένης μηχανικής αντοχής των μεμβρανών με βασικό υλικό P, επιλέχθηκε η μη συνέχιση της διερεύνησής τους στα επόμενα στάδια της διατριβής. Ακολούθησε η ενσωμάτωση βιοενεργών συστατικών στις τριαδικές εδώδιμες μεμβράνες CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD, αναλογίας 50-37,5-12,5, με στόχο την επιπλέον βελτίωση των υπαρχουσών αλλά και την προθήκη νέων ιδιοτήτων σε αυτές. Σε όλες τις περιπτώσεις η ενσωμάτωση αφορούσε τρεις διαφορετικές αναλογίες (5, 10 και 15% v/v). Σε πρώτη φάση διερευνήθηκε η βελτίωση των ιδιοτήτων διαπερατότητας/φραγμού μετά την ενσωμάτωση νανογαλακτώματος με βάση το πυρηνέλαιο (NE) στα μείγματα CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το NE μπορεί όντως να βελτιώσει την OP και τη WVP. Μάλιστα, όσο αυξανόταν η ποσότητα του NE τόσο μειωνόταν η OP και η WVP (για ενσωμάτωση 15% v/v NE, στις μεμβράνες CH-CNC-CD επιτεύχθηκε μείωση της OP και της WVP κατά 46%, ενώ στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD επιτεύχθηκε μείωση της OP κατά 35% και της WVP κατά 34%). Ως προς τις άλλες ιδιότητες, το NE μείωσε το χρώμα στις τελικές εδώδιμες μεμβράνες (για ενσωμάτωση 15% v/v NE, ο δείκτης χρώματος C* μειώθηκε στις μεμβράνες CH-CNC-CD από 1,41 σε 0,36 και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD από 1,41 σε 0,20), όμως μείωσε και τη μηχανική τους αντοχή (για ενσωμάτωση 15% v/v NE, παρατηρήθηκε μείωση της δύναμης θραύσης στις μεμβράνες CH-CNC-CD κατά 63%, από 19,31 N σε 7,12 N, και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD κατά 75%, από 13,44 N σε 3,31 N, σε σχέση με τα δείγματα χωρίς ενσωμάτωση NE) με συνέπεια να είναι πιο επιρρεπείς στη θραύση. Ακόμη, επέφερε αύξηση του πάχους των τελικών μεμβρανών (για ενσωμάτωση 15% v/v NE, επήλθε αύξηση του πάχους στις μεμβράνες CH-CNC-CD από 0,04 mm σε 0,06 mm και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD από 0,03 mm σε 0,04 mm). Επίσης οδήγησε σε μείωση της επιφανειακής τάσης των διαλυμάτων και σε αύξηση του ιξώδους, με το ιξώδες των διαλυμάτων HPMC να παραμένει πάντως πολύ χαμηλότερο από αυτό των CH (για ενσωμάτωση 15% v/v NE, αύξηση από 3,27 mPa·s σε 10,54 mPa·s στην περίπτωση HPMC-CNC-CD και από 35,83 mPa·s σε 85,04 mPa·s στην περίπτωση CH-CNC-CD). Ωστόσο, οι παραπάνω αρνητικές μεταβολές δεν έφθασαν σε τέτοια επίπεδα ώστε να θεωρούνται αποτρεπτικές.Στη συνέχεια ενσωματώθηκε καφεΐνη (C) στις τριαδικές εδώδιμες μεμβράνες CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD, με στόχο την ενίσχυση της αντιοξειδωτικής τους δράσης. Και εδώ επιτεύχθηκε ο σκοπός της ενσωμάτωσης, αφού αύξησε σημαντικά την αντιοξειδωτική δράση και στα δύο είδη μεμβρανών (για ενσωμάτωση 15% v/v C, η αύξηση ξεπέρασε το 88% στις μεμβράνες CH-CNC-CD και το 81% στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD). Η ενσωμάτωση της C λειτούργησε θετικά και σε άλλες ιδιότητες, καθώς μείωσε το πάχος των τελικών μεμβρανών (για ενσωμάτωση 15% v/v C, επιτεύχθηκε μείωση του πάχους στις μεμβράνες CH-CNC-CD από 0,04 mm σε 0,02 mm και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD από 0,03 mm σε 0,02 mm), το χρώμα (για ενσωμάτωση 15% v/v C, επιτεύχθηκε μείωση του C* στις μεμβράνες CH-CNC-CD από 1,41 σε 0,63 και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD από 1,41 σε 0,62) αλλά και τις τιμές OP και WVP (για ενσωμάτωση 15% v/v C, στις μεμβράνες CH-CNC-CD επιτεύχθηκε μείωση της OP κατά 37% και της WVP κατά 39%, ενώ στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD επιτεύχθηκε μείωση της OP κατά 28% και της WVP κατά 21%). Επίσης, με την ενσωμάτωση C, οι μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών CH-CNC-CD παρέμειναν στα ίδια επίπεδα, ενώ των HPMC-CNC-CD παρουσίασαν σχετική βελτίωση. Ενδεικτικά, στις HPMC-CNC-CD μεμβράνες, για ενσωμάτωση 15% v/v C, η δύναμη θραύσης αυξήθηκε από 13,44 N σε 18,67 N. Τέλος, για ενσωμάτωση 15% v/v, η C αύξησε το ιξώδες στο διάλυμα HPMC-CNC-CD (από 3,27 mPa·s σε 14,54 mPa·s), χωρίς όμως να δυσχεραίνει τον σχηματισμό μεμβράνης, αλλά το μείωσε στο CH-CNC-CD (από 35,83 mPa·s σε 13,08 mPa·s). Το τρίτο συστατικό που ενσωματώθηκε στις τριαδικές μεμβράνες ήταν τα νανοσωματίδια αργύρου (AgNPs), με στόχο την ενίσχυση της αντιμικροβιακής τους δράσης. Η προσθήκη AgNPs έφερε εντυπωσιακά αποτελέσματα στην αντιμικροβιακή τους δράση έναντι του βακτηρίου E. coli, με περισσότερο από 96% μείωση της μικροβιακής ανάπτυξης του συγκεκριμένου βακτηρίου σε όλες τις περιπτώσεις (με προσθήκη μόνο 5% v/v AgNPs η μείωση έφτασε το 96,01% στις μεμβράνες CH-CNC-CD και το 99,99% στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD, ενώ με 10% v/v AgNPs έφτασε το 99,99% και στις μεμβράνες CH-CNC-CD). Επίσης, μετά την ενσωμάτωση AgNPs σχηματίστηκαν μεμβράνες με μικρότερο πάχος (για ενσωμάτωση 15% v/v AgNPs, παρατηρήθηκε μείωση του πάχους στις μεμβράνες CH-CNC-CD από 0,04 mm σε 0,01 mm και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD από 0,03 mm σε 0,01 mm), μικρότερη ένταση χρώματος (για ενσωμάτωση 15% v/v AgNPs, επιτεύχθηκε μείωση του C* στις μεμβράνες CH-CNC-CD από 1,41 σε 0,86 και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD από 1,41 σε 0,42) και σημαντικά χαμηλότερες τιμές OP και WVP (για ενσωμάτωση 15% v/v AgNPs, στις μεμβράνες CH-CNC-CD επιτεύχθηκε μείωση της OP κατά 40% και της WVP κατά 58%, ενώ στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD επιτεύχθηκε μείωση της OP κατά 38% και της WVP κατά 57%). Με την προσθήκη AgNPs, οι μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών παρέμειναν γενικά στα ίδια επίπεδα. Τέλος, για ενσωμάτωση 15% v/v, τα AgNPs αύξησαν το ιξώδες στο διάλυμα HPMC-CNC-CD (από 3,27 mPa·s σε 5,18 mPa·s), χωρίς όμως να δυσχεραίνουν τον σχηματισμό μεμβράνης, αλλά το μείωσαν στο CH-CNC-CD (από 35,83 mPa·s σε 13,99 mPa·s). Τα τρία τελευταία στάδια της διατριβής αφορούσαν την εφαρμογή των τριαδικών εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD (αναλογίας 50-37,5-12,5), με ενσωμάτωση (5% και 15% v/v) ή χωρίς ενσωμάτωση NE ή C ή AgNPs, με σκοπό την επιβεβαίωση της αποτελεσματικότητάς τους στη διατήρηση συγκεκριμένων τροφίμων. Αρχικά εξετάστηκε η συμβολή των τριαδικών επικαλυπτικών μεμβρανών CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD, με ή χωρίς ενσωμάτωση NE, στην ψυχρή (0oC) διατήρηση φραουλών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι εδώδιμες επικαλύψεις, και ιδιαίτερα αυτές με ενσωμάτωση NE, καθυστέρησαν τη διαδικασία της αναπνοής των φραουλών, αφού η κατανάλωση της ποσότητας του O2 και η αντίστοιχη αύξηση της ποσότητας του CO2 στη συσκευασία επιβραδύνθηκαν (τη 10η ημέρα, στα τυφλά δείγματα η ποσότητα του O2 είχε μηδενιστεί και του CO2 ήταν άνω του 28%, ενώ την ίδια ημέρα, στα επικαλυμμένα δείγματα με ενσωμάτωση NE η ποσότητα του O2 ήταν άνω του 7% και του CO2 μεταξύ 17 και 21%). Επίσης, ιδιαίτερα οι επικαλύψεις με ενσωμάτωση NE, μείωσαν τις απώλειες υγρασίας των φραουλών, διατηρώντας την υγρασία νωπής βάσης (Mw) αυτών πάνω από 90% ακόμη και τη 14η ημέρα αποθήκευσης (ενώ την ίδια ημέρα η Mw των τυφλών δειγμάτων είχε μειωθεί στο 86% από το 93% που ήταν την 1η ημέρα αποθήκευσης). Όσον αφορά τις υπόλοιπες παραμέτρους που μελετήθηκαν (απώλεια βάρους, διαφορά χρώματος και σκληρότητα), οι εδώδιμες επικαλύψεις λειτούργησαν θετικά σε όλες. Τα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD έδειξαν μάλιστα υψηλότερες τιμές σκληρότητας (με τιμή άνω των 3 N ακόμη και τη 14η ημέρα) από αυτά με επικάλυψη HPMC-CNC-CD (σε όλο το διάστημα αποθήκευσης υπερτερούσαν κατά 0,20 Ν έως 0,60 Ν), το οποίο αποδίδεται στη μεγαλύτερη μηχανική αντοχή της CH έναντι της HPMC. Η δράση των εδώδιμων επικαλύψεων στη σκληρότητα μειώθηκε όμως από το NE, παραμένοντας ωστόσο σε υψηλότερα επίπεδα έναντι των τυφλών δειγμάτων (με τιμή άνω του 1,50 N σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα, έναντι του 1,25 N των τυφλών δειγμάτων την ίδια ημέρα). Πάντως, με την προσθήκη του NE η απώλεια βάρους μειώθηκε περαιτέρω (στα επικαλυμμένα δείγματα διατηρήθηκε κάτω του 0,80% σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα, ενώ στα τυφλά δείγματα είχε φθάσει κοντά στο 1,60% την ίδια ημέρα), όπως μειώθηκε και η διαφορά χρώματος (στα επικαλυμμένα δείγματα η διαφορά χρώματος διατηρήθηκε κάτω του 5 σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα, ενώ στα τυφλά δείγματα ήταν μεγαλύτερη κατά 5 μονάδες έναντι των επικαλυμμένων την ίδια ημέρα). Στην επόμενη φάση μελετήθηκε η εφαρμογή των τριαδικών επικαλυπτικών εδώδιμων μεμβρανών CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD σε αβοκάντο, με ή χωρίς ενσωμάτωση C, με στόχο, πέραν της ψυχρής (0oC) διατήρησης, τη διερεύνηση της αντιοξειδωτικής δράσης των συγκεκριμένων μεμβρανών. Τα αποτελέσματα πιστοποίησαν τη συμβολή των εδώδιμων επικαλύψεων, και ιδιαίτερα αυτών με ενσωμάτωση C, στην προστασία των τροφίμων από την οξείδωση. Μάλιστα με την ενσωμάτωση 15% v/v C, ο αριθμός των υπεροξειδίων (PV) παρέμεινε στα ίδια επίπεδα σε όλη τη διάρκεια αποθήκευσης (περίπου 14 meqO2/kg λιπαρού). Όσον αφορά τις υπόλοιπες παραμέτρους που μελετήθηκαν, οι εδώδιμες επικαλύψεις, με ή χωρίς ενσωμάτωση C, βοήθησαν γενικά στη διατήρηση τόσο του χρώματος των δειγμάτων (με τιμή της διαφοράς χρώματος από 3 και κάτω σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα, ενώ στα τυφλά δείγματα η τιμή ήταν σχεδόν 11 την ίδια ημέρα) όσο και της σκληρότητας (πάνω από 12 N σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα, έναντι των 10 N των τυφλών δειγμάτων την ίδια ημέρα). Τα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD έδειξαν και πάλι υψηλότερες τιμές σκληρότητας από αυτά με επικάλυψη HPMC-CNC-CD (σε κάποιες περιπτώσεις η διαφορά πλησίασε τα 3 N). Στον έλεγχο της απώλειας βάρους όμως, οι εδώδιμες επικαλύψεις χωρίς ενσωμάτωση C έφεραν μη ικανοποιητικά αποτελέσματα (την 7η ημέρα, η απώλεια βάρους στα επικαλυμμένα δείγματα είχε φθάσει άνω του 0,80%, ενώ στα τυφλά δείγματα βρισκόταν κάτω του 0,60%). Ωστόσο, η προσθήκη της C διόρθωσε αρκετά τα αποτελέσματα στις τρεις από τις τέσσερις περιπτώσεις ενσωμάτωσης, ιδιαίτερα όσο πλησίαζε ο τελικός χρόνος αποθήκευσης. Συγκεκριμένα, τη 14η ημέρα, με εξαίρεση την περίπτωση HPMC-CNC-CD με ενσωμάτωση 5% v/v C που δεν έφερε ουσιαστική βελτίωση, η απώλεια βάρους στα υπόλοιπα επικαλυμμένα δείγματα με ενσωμάτωση C ήταν γύρω στο 1,40%, όπως και στα τυφλά δείγματα, ενώ στα επικαλυμμένα δείγματα χωρίς ενσωμάτωση C είχε φθάσει 1,70% και άνω). Στο τελευταίο στάδιο της διατριβής μελετήθηκε η αντιμικροβιακή δράση των τριαδικών σύνθετων επικαλυπτικών μεμβρανών CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD, με ή χωρίς ενσωμάτωση AgNPs, σε κεράσια, καθώς η πρόσληψη διαφόρων ουσιών στην επιφάνεια των φρούτων αυτών αυξάνει το μικροβιακό τους φορτίο και κατά συνέπεια υποβαθμίζει την ποιότητά τους. Στον έλεγχο του ολικού μικροβιακού φορτίου, η επίδραση όλων των επικαλύψεων ήταν θετική, με τις HPMC-CNC-CD (6,60 log CFU/g τη 14η ημέρα) να υπερέχουν των CH-CNC-CD (6,67 log CFU/g τη 14η ημέρα). Ειδικότερα, η προσθήκη των AgNPs διατήρησε το ολικό μικροβιακό φορτίο σε αξιοσημείωτα χαμηλά επίπεδα, λόγω της αντιμικροβιακής τους δράσης (π.χ. τη 14η ημέρα, με ενσωμάτωση 5% v/v AgNPs το ολικό μικροβιακό φορτίο ήταν 6,35 log CFU/g στα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD και 6,08 log CFU/g στα δείγματα με επικάλυψη HPMC-CNC-CD, ενώ με ενσωμάτωση 15% v/v AgNPs ήταν 6,11 log CFU/g και 6,06 log CFU/g αντίστοιχα, έναντι 6,84 log CFU/g των τυφλών δειγμάτων). Επιπλέον, σε όλες τις φάσεις τα τυφλά δείγματα εμφάνισαν τουλάχιστον 5 μονάδες μεγαλύτερη διαφορά χρώματος από τα επικαλυμμένα δείγματα, με την ενσωμάτωση AgNPs να δίνει τις πιο χαμηλές τιμές (κάτω του 4 σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα). Οι εδώδιμες επικαλύψεις βοήθησαν επίσης στη διατήρηση της σκληρότητας των κερασιών. Τα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD έδειξαν και πάλι υψηλότερες τιμές σκληρότητας από αυτά με HPMC-CNC-CD (τη 14η ημέρα, πάνω από 12 N με επικάλυψη CH-CNC-CD και λίγο κάτω από 11 N με HPMC-CNC-CD), όπως ήταν αναμενόμενο. Αν και η προσθήκη των AgNPs επέφερε μείωση της δράσης των επικαλύψεων σε αυτήν την ιδιότητα, οι τιμές της διατηρήθηκαν σε υψηλότερα επίπεδα (πάνω από 10 N σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα) έναντι των τυφλών δειγμάτων (κάτω από 9 N, τη 14η ημέρα). Κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης οι τιμές της απώλειας βάρους παρέμειναν γενικά χαμηλές, λόγω της προστασίας που παρέχεται στα κεράσια από τον φλοιό τους. Συγκριτικά όμως, τα επικαλυμμένα δείγματα χωρίς AgNPs έφεραν μη ικανοποιητικά αποτελέσματα (είτε αύξησαν την απώλεια βάρους είτε την άφησαν στα ίδια περίπου επίπεδα, π.χ. την 7η ημέρα η τιμή της ήταν 0,12% στα τυφλά δείγματα, 0,16% στα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD και 0,13% στα δείγματα με επικάλυψη HPMC-CNC-CD, και τη 14η ημέρα ήταν 0,23% στα τυφλά δείγματα, 0,23% στα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD και 0,21% στα δείγματα με επικάλυψη HPMC-CNC-CD), τα οποία βελτίωσε όμως η ενσωμάτωση των AgNPs σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις (π.χ. για την ενσωμάτωση 15% v/v AgNPs, την 7η ημέρα ήταν 0,08% στα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD και 0,11% στα δείγματα με επικάλυψη HPMC-CNC-CD, και τη 14η ημέρα ήταν 0,21% στα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD και 0,18% στα δείγματα με επικάλυψη HPMC-CNC-CD). Συμπερασματικά, η παρούσα διδακτορική διατριβή ανέδειξε τα σημαντικά οφέλη της σύγχρονης τεχνολογίας των εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών στη διατηρησιμότητα των τροφίμων και διερεύνησε διάφορους συνδυασμούς υλικών και εναλλακτικές μεθόδους (με ή χωρίς HPU) για τη δημιουργία τους. Κατά τη διάρκεια της έρευνας προέκυψαν αξιοσημείωτα και ενθαρρυντικά αποτελέσματα, αναδείχθηκαν καινοτόμοι συνδυασμοί συστατικών σε τριαδικές σύνθετες εδώδιμες μεμβράνες και προτάθηκε η ενσωμάτωση σύγχρονων βιοενεργών υλικών και συστατικών που δεν είχαν ακόμα διερευνηθεί επαρκώς στον τομέα αυτό για την ανάπτυξη λειτουργικών επικαλυπτικών μεμβρανών και τη χρήση τους ως ενεργή συσκευασία στα τρόφιμα, ειδικά σε φρούτα. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη και εμπλουτίζονται συνεχώς άφθονες ερευνητικές δυνατότητες, δεδομένου του ευρύτατου πεδίου εφαρμογής και του διαρκώς αυξανόμενου ενδιαφέροντος της επιστημονικής κοινότητας αλλά και των ίδιων των καταναλωτών.