Φυσικοχημικές ιδιότητες σύνθετων μεμβρανών από πρωτεΐνες ορού του γάλακτος με ενσωμάτωση o/w νανογαλακτώματος
Creators: name: Φούσκη Φουσκάκη Αικατερίνη Μιχαήλ
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Σύνθετες μεμβράνες
Πρωτεΐνες ορού του γάλακτος
Νανογαλάκτωμα
Composite Films
Whey protein isolate
Nanoemulsion

description: Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής ήταν η παρασκευή νανογαλακτωμάτων ελαίου σε νερό, η ανάπτυξη σύνθετων μεμβρανών από βιοπολυμερή με ενσωμάτωση νανογαλακτώματος και η μελέτη των ιδιοτήτων της σχηματιζόμενης μεμβράνης. Μελετήθηκε η επίδραση της αναλογίας μεταξύ λιπαρής, ηλιέλαιο, και υδατικής φάσης, νερό, και η αναλογία λιπαρής φάσης, ηλιέλαιο και γαλακτωματοποιητή, Tween 80, στο σχηματισμό νανογαλακτώματος ελαίου σε νερό με τη μέθοδο της εφαρμογής υπερήχων. Σχηματίστηκαν γαλακτώματα με τρεις διαφορετικές αναλογίες ελαίου (Ο) προς γαλακτωματοποιητή (S), Ο:S = 1:1, 1:0,75 και 1:0,5 για ποσοστό ελαίου 10%w/w, 20%w/w και 10%w/w, αντίστοιχα. Από την αναλογία 1:0,5 προέκυψε ο σχηματισμός ενός γαλακτώματος διωνυμικής κατανομής, που δεν άνηκε στην τάξη των νανογαλακτωμάτων. Με αύξηση της περιεκτικότητας του γαλακτώματος σε γαλακτωματοποιητή σε ποσοστό 75% και 100% ως προς το βάρος του ελαίου προέκυψαν νανογαλακτώματα με d3.2 ίση με 124nm και 112nm για ποσοστό ελαίου 20%w/w και 10%w/w, αντίστοιχα. Στη συνέχεια της μελέτης χρησιμοποιήθηκε το νανογαλάκτωμα περιεκτικότητας σε ηλιέλαιο 20%w/w και αναλογίας ελαίου προς γαλακτωματοποιητή 1:0,75. Μεμβράνες πρωτεϊνών ορού του γάλακτος παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο της υγρής έγχυσης με την προσθήκη νανογαλακτώματος στο διάλυμα της μεμβράνης σε διαφορετικά ποσοστά. Μελετήθηκε η επίδραση του ελαίου σε διαφορετικές αναλογίες ως προς το βάρος των πρωτεϊνών στο σύνθετο πλέγμα της μεμβράνης. Συνολικά παρασκευάστηκαν μεμβράνες με τρεις διαφορετικές αναλογίες πρωτεΐνης (P) προς έλαιο (O), P:O = 1:0,05, 1:0,10 και 1:0,15. Μελετήθηκε η επίδραση των νανοσταγονιδίων του ελαίου στην εμφάνιση της μεμβράνης, στην ικανότητά της να προσροφά υγρασία, στη διαπερατότητα των μεμβρανών από υδρατμούς και στις μηχανικές ιδιότητές τους. Οι μεμβράνες παρουσίασαν αύξηση της υγρασίας εξισορρόπησης με αύξηση της σχετικής υγρασίας του περιβάλλοντος. Οι ισόθερμες καμπύλες προσρόφησης νερού σε όλες τις μεμβράνες είχαν τη σιγμοειδή μορφή των υδρόφιλων συστημάτων βιοπολυμερών. Αυξανομένης της περιεκτικότητας της μεμβράνης σε έλαιο μειώθηκε η υγρασία της μονοστιβάδας (mm) χωρίς όμως να επιφέρει στατιστικά σημαντικές διαφορές. Ο ρυθμός μεταφοράς υγρασίας δια μέσου της μεμβράνης (WVTR) μειώθηκε με αύξηση του ποσοστού ελαίου στο πλέγμα της μεμβράνης. Μόνο η παρουσία 15% ελαίου ως προς την πρωτεΐνη προκάλεσε στατιστικά σημαντική μείωση της μεταφοράς υγρασίας δια μέσου της μεμβράνης σε σχέση με τη μεμβράνη που δεν περιείχε νανογαλάκτωμα. Η προσθήκη του νανογαλακτώματος στο πλέγμα της πρωτεϊνικής μεμβράνης προκάλεσε έντονες μεταβολές στις μηχανικές της ιδιότητες. Οι μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών μελετήθηκαν με την εφαρμογή τάσεων μεγάλης παραμόρφωσης σε πέντε διαφορετικά περιβάλλοντα σχετικής υγρασίας (11%, 33%, 54%, 74% και 94%). Η αύξηση του ποσοστού υγρασίας στο πλέγμα της μεμβράνης προκάλεσε σε όλες τις περιπτώσεις τη μείωση του συντελεστή ελαστικότητας (E) και τη μείωση της μέγιστης ποσοστιαίας επιμήκυνσης (% EB). Η επίδραση του ελαίου στις μηχανικές ιδιότητες της μεμβράνης ήταν εμφανή για μικρά ποσοστά υγρασίας, ενώ σε μεγαλύτερα ποσοστά υγρασίας δεν παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές ανάμεσα στις μεμβράνες. Η παρουσία του ελαίου σε όλα τα ποσοστά στο πλέγμα της μεμβράνης, μείωσε τη σκληρότητα και τη μέγιστη ποσοστιαία επιμήκυνση και αύξησε την ευλυγισία της μεμβράνης. Η επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες εντάθηκε με την αύξηση του ποσοστού ελαίου στο πλέγμα της μεμβράνης
description: The objective of this study was the preparation of oil in water nanoemulsions, the development of composite biopolymer-based films with nanoemulsions and the evaluation of their properties. The effect of the oil phase (sunflower oil) to aqueous phase (water) ratio and the effect of oil phase to emulsifier (Tween 80) ratio, on the formation of oil-in-water nanoemulsion using ultrasonic emulsification, were studied. Emulsions in three different oil (O) to emulsifier (S) ratios, O:S = 1:1, 1:0.75 and 1:0.5 of 10% w/w, 20% w/w and 10% w/w oil, respectively, were prepared. The 1:0.5 ratio resulted in the formation of an emulsion with bimodal distribution which is not included in the category of the nanoemulsions. Increasing the emulsifier content up to 75% and 100% in terms of oil weight, resulted in nanoemulsions with d3.2 equal to 124nm and 112nm in the presence of 20% w/w and 10% w/w oil, respectively. For the rest of the study, the nanoemulsion with sunflower oil concentration of 20% w/w and oil to emulsifier ratio of 1:0.75 was used. Whey protein films incorporating nanoemulsions in different concentrations were prepared with the solvent removal method. The effect of the different oil to whey protein ratio on the films matrix was studied. Composite films were prepared with three different protein (P) to oil (O) ratios, P:O = 1:0.05, 1:0.10 and 1:0.15. The effect of the oil nanoparticles on the appearance of the films, their water absorption, their water vapor permeability and their mechanical properties were studied. The composite films displayed an increase in equilibrium moisture content with an increase in the relative humidity. The moisture sorption isotherms had sigmoidal form which is characteristic for the hydrophilic biopolymer systems. Increasing the oil content of the film reduced the monolayer moisture values (mm) but without significant differences. The water vapor transmission rate decreased with increasing the content of oil in the film matrix. Only the presence of 15% oil relative to protein caused a significant reduction to the water vapor transmission rate through the film compared to the film without the nanoemulsion. The addition of the nanoemulsion to the film matrix caused marked changes in its mechanical properties. The increased moisture content of the film matrix caused in all cases the decrease of the elastic modulus (E) and the decrease of the elongation at break (% EB). The effect of the oil content on films’ mechanical properties was present for low percentages of moisture uptake, while at higher moisture percentages no statistically significant differences were observed between the films. The incorporation of oil in all levels in the film matrix, reduced the hardness and the elongation at break and increased the flexibility of the film. The effect on the mechanical properties was intensified by increasing the percentage of oil content in the film matrix