Structure and functionality of chitin nanocrystal dispersions
Authors: Τζουμάκη Μαρία 
Published: August 2021

Στην παρούσα διατριβή εξετάζονται οι λειτουργικές ιδιότητες των υδατικών συστημάτων διασποράς νανοκρυστάλλων χιτίνης (ChN), με σκοπό να διερευνηθούν οι δυνατότητες εφαρμογής τους σε συστήματα τροφίμων για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών δομής και σταθερότητας των προϊόντων.Το πρώτο μέρος της μελέτης περιελάμβανε τη διερεύνηση της ικανότητας υδατικών αιωρημάτων νανοκρυστάλλων χιτίνης για σχηματισμό πηκτής και των παραγόντων που πιθανώς επηρεάζουν τις ρεολογικές και μικροσκοπικές ιδιότητες αυτών των πηκτών.Αρχικά, παρασκευάστηκαν υδατικά αιωρήματα νανοκρυστάλλων χιτίνης με όξινη υδρόλυση ακατέργαστης χιτίνης από κελύφη καβουριών. Τα παραγόμενα αιωρήματα μελετήθηκαν ρεολογικά με δοκιμές μικρών παραμορφώσεων και μικροσκοπικά με οπτική μικροσκοπία πολωμένου φωτός, κάτω από διαφορετικές συνθήκες συγκέντρωσης νανοκρυστάλλων, ιονικής ισχύος, pH και θερμοκρασίας. Οι ιξωδοελαστικές ιδιότητες των αιωρημάτων νανοκρυστάλλων χιτίνης ενισχύθηκαν με την αύξηση της συγκέντρωσης των νανοκρυστάλλων, την προσθήκη NaCl, την αύξηση του pH και τη θέρμανση, πιθανώς λόγω της ενίσχυσης των ελκτικών δυνάμεων μεταξύ των νανοκρυστάλλων. Επιπλέον, μελετήθηκε η επίδραση της ανάμιξης των υδατικών αιωρημάτων νανοκρυστάλλων χιτίνης με βιοπολυμερή (πολυσακχαρίτες και πρωτεΐνες) με διαφορετικά μοριακά χαρακτηριστικά και διαπιστώθηκε ότι στις περισσότερες των περιπτώσεων, ενισχύθηκε το δικτύωμα του συστήματος, ενώ σε λίγες περιπτώσεις δεν παρατηρήθηκε κάποια σημαντική επίδραση στις ρεολογικές ιδιότητες. Τέλος, όλα τα παραπάνω δείγματα που παρουσίασαν συμπεριφορά πηκτής εμφάνιζαν διπλοδιαθλαστική και νηματική οργάνωση, κατά την παρατήρησή τους με οπτικό μικροσκόπιο πολωμένου φωτός.Το δεύτερο μέρος της μελέτης περιελάμβανε τη διερεύνηση της ικανότητας των νανοκρυστάλλων κυτταρίνης για σταθεροποίηση γαλακτωμάτων ελαίου σε νερό (o/w). Αρχικά, παρασκευάστηκαν γαλακτώματα ελαίου σε νερό με ομογενοποίηση των απαραίτητων ποσοτήτων υδατικών αιωρημάτων νανοκρυστάλλων χιτίνης με έλαιο αραβοσίτου, Τα παραγόμενα γαλακτώματα αξιολογήθηκαν οπτικά για τη συμπεριφορά τους ως προς την αποκορύφωση και επιπλέον μελετήθηκαν με σκεδασμό δέσμης στατικού φωτός, ρεομετρία μικρών παραμορφώσεων και οπτική μικροσκοπία. Οι νανοκρύσταλλοι χιτίνης φάνηκαν να είναι αρκετά αποτελεσματικοί στη σταθεροποίηση των γαλακτωμάτων ελαίου σε νερό ως προς τη συγχώνευση, κατά τη διάρκεια ενός μήνα, και αυτό μπορεί να αποδοθεί στη προσρόφηση των νανοκρυστάλλων στη διεπιφάνεια ελαίου-νερού. Επιπλέον, η σταθερότητα των γαλακτωμάτων στην αποκορύφωση αυξανόταν με την αύξηση της συγκέντρωσης των νανοκρυστάλλων χιτίνης, εξαιτίας της ενίσχυσης των ιξωδοελαστικών χαρακτηριστικών του συστήματος. Τέλος, τα γαλακτώματα που είχαν σταθεροποιηθεί με νανοκρυστάλλους χιτίνης, εξετάσθηκαν ως προς τη συμπεριφορά τους κάτω από in vitro συνθήκες πέψης λίπους, και βρέθηκε ότι παρουσίασαν σημαντικά χαμηλότερη πεπτικότητα του λίπους τους, σε σύγκριση με «συμβατικά» γαλακτώματα που είχαν σταθεροποιηθεί με πρωτεΐνες γάλακτος. Επιπλέον, τα αποτελέσματα από την κινητική της πέψης του λίπους συσχετίστηκαν με τις φυσικοχημικές ιδιότητες των αντίστοιχων γαλακτωμάτων, πριν και μετά την in vitro διαδικασία πέψης.Συνολικά, η ενσωμάτωση ChN σε συστήματα τροφίμων ως παράγοντες δημιουργίας δομής ή/και ως σταθεροποιητές γαλακτωμάτων, εκτός από τη βελτίωση των λειτουργικών τους χαρακτηριστικών, μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη περισσότερο αποτελεσματικών σκευασμάτων υδροκολλοειδών για προϊόντα τροφίμων με καινοτόμες ιδιότητες, όπως τρόφιμα με μειωμένη πεπτικότητα λίπους που μπορούν να βοηθήσουν στην αύξηση του κορεσμού και τον περιορισμό της παχυσαρκίας