Μελέτη της επίδρασης της σύστασης του αραβικού κόμμεος στο σχηματισμό συμπλόκων συγκαταβύθισης με ζελατίνη
Creators: name: Ρούση, Ζωή Θεόδωρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Αραβικό κόμμι
Ζελατίνη
Συγκαταβύθιση συμπλόκων
Gum arabic
Gelatin
Complex coacervation

description: Το σύστημα ζελατίνης – αραβικού κόμμεος αποτελεί ίσως το περισσότερο μελετημένο σύστημα ως προς την ικανότητά του να σχηματίζει σύμπλοκα συγκαταβύθισης αλλά και την εφαρμογή του σε διάφορα πεδία έρευνας (π.χ. Τεχνολογία Τροφίμων, Φαρμακευτική). Παρόλα αυτά, δεν έχει μελετηθεί μέχρι σήμερα η επίδραση της χημικής σύστασης της δομής του αραβικού κόμμεος (GA) στη συμπλοκοποίησή του με τη ζελατίνη (G) και στις ιδιότητες των σχηματιζόμενων συμπλόκων συγκαταβύθισης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, μελετήθηκαν δύο δείγματα αραβικού κόμμεος τα οποία διαφοροποιούνται ως προς τη χημική τους σύσταση, και πιο συγκεκριμένα ως προς την περιεκτικότητά τους στο πρωτεϊνικό σύμπλοκο της αραβινογαλακτάνης (AGP) (7 και 14% AGP). Οι αλληλεπιδράσεις και ο σχηματισμός συμπλόκων μεταξύ της ζελατίνης και των δύο δειγμάτων του αραβικού κόμμεος (GA7 και GA14) σε υδατικά διαλύματα μελετήθηκαν με μέτρηση της θολερότητας και του ζ-δυναμικού τους σε συνάρτηση με τη μεταβολή της τιμής ενεργού οξύτητας του διαλύματος (από 7 σε 2,4) και την αναλογία ανάμιξης των δύο βιοπολυμερών (1:2, 1:1, 2:1, 4:1, 6:1, w/w). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των βιοπολυμερών (G-GA7 and G-GA14) είναι πιο ισχυρές σε αναλογία ανάμιξης 1:1 και τιμή pH 3,7. Σε αυτή την αναλογία ανάμιξης τα δύο συστήματα παρουσίασαν τη μέγιστη απόδοση, η οποία ήταν περίπου ίση με 71%. Επιπλέον, με τη βοήθεια της μεθόδου δέσμευσης των μορίων του κυανού του μεθυλενίου βρέθηκε ότι οι ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις μπορούν να λάβουν χώρα και σε τιμές pH μεγαλύτερες από το ισοηλεκτρικό σημείο της ζελατίνης. Η οπτική μικροσκοπία, η ηλεκτρονική μικροσκοπία και οι μετρήσεις κατανομής μεγέθους έδειξαν ότι τόσο η μορφολογία όσο και το μέγεθος των σχηματιζόμενων συμπλόκων συγκαταβύθισης G-GA εξαρτώνται σημαντικά από την αναλογία ανάμιξης των βιοπολυμερών. Οι μετρήσεις φασματοσκοπίας υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier (FTIR) επιβεβαίωσαν τον σχηματισμό ηλεκτροστατικών συμπλόκων μεταξύ της ζελατίνης και των δύο δειγμάτων αραβικού κόμμεος. Επιπλέον, η διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC) έδειξε ότι τα σύμπλοκα συγκαταβύθισης των δύο συστημάτων είναι περισσότερο θερμικά σταθερά σε σύγκριση με τη ζελατίνη και επομένως θα μπορούσαν κατά προτίμηση να χρησιμοποιηθούν για την ενθυλάκωση και την προστασία θερμοευαίσθητων συστατικών τροφίμων. Αν και τα δύο συστήματα G-GA παρουσιάζουν μία γενικότερη κοινή συμπεριφορά και τάση, μεταξύ τους βρέθηκαν αρκετές σημαντικές διαφοροποιήσεις. Κατά τη μεταβολή του pH και της αναλογίας ανάμιξης παρουσίασαν παρόμοιες τιμές pHopt και pI για κάθε αναλογία ανάμιξης. Παρόλα αυτά, στις αναλογίες 1:2, 1:1 και 2:1 η επίδραση του επιφανειακού φορτίου του GA14 ήταν σημαντικότερη στα επιφανειακά χαρακτηριστικά των συμπλόκων. Επιπλέον, η στοιχειομετρία της αλληλεπίδρασης μεταξύ της ζελατίνης και του GA14 βρέθηκε να είναι μικρότερη από αυτή του GA7. Όσον αφορά την ποσοστιαία απόδοση των δύο συστημάτων, σε αναλογία ανάμιξης 1:2, το σύστημα G-GA14 εμφάνισε σημαντικά υψηλότερη απόδοση. Επιπλέον, τα σύμπλοκα συγκαταβύθισης του G-GA14 ήταν μικρότερου μεγέθους και η μορφολογία τους περισσότερο ομοιόμορφη. Τέλος, τα σύμπλοκα συγκαταβύθισης του συστήματος G-GA14 εμφάνισαν υψηλότερη θερμική σταθερότητα και θεωρήθηκαν πιο αποτελεσματικά για τη μικροενθυλάκωση θερμοευαίσθητων υλικών.
description: Gelatin – Gum Arabic system is one of the most studied systems regarding the complex coacervates formation and its application to different research fields (e.g. food technology, pharmaceutics). Nevertheless, the effect of gum Arabic (GA) chemical structure to the complexation with gelatin (G) and the properties of the formed complex coacervates have not been studied yet. In this research, two gum Arabic samples were studied which differed in their chemical composition and more specifically in their arabinogalactan protein fraction (AGP) (7 and 14% AGP). The complexation of gelatin with gum Arabic samples (GA7 και GA14) was investigated by turbidimetric and -potential analysis as a function of pH (from 7 to 2.4) and protein (Pr) to polysaccharide (Ps) mixing ratio (1:2, 1:1, 2:1, 4:1, 6:1, w/w). The complexation between the biopolymers (G-GA7 and G-GA14) was found to be stronger at a ratio of 1:1 and pH 3.7, where the two systems appeared the highest yield ( 71%). According to methylene blue method, electrostatic interactions can take place at pH values higher than the pI of gelatin. Optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and size distribution measurements revealed that both morphology and size of the formed G-GA complex coacervates strongly depend on the ratio of the biopolymers. Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) measurements confirmed the formation of electrostatic complexes between gelatin and the two samples of gum Arabic. Moreover, Differential Scanning Calorimetry (DSC) showed that the complex coacervates of both systems are more thermally stable than gelatin and they could preferably be used to encapsulate and protect thermally sensitive food ingredients. Even if both G-GA systems appeared a similar behaviour and trend, a few important differences were found between them. By varying pH and mixing ratio both systems appeared similar pHopt and pI values in all G-GA mixing ratios, but for the ratios 1:2, 1:1 and 2:1 the impact of GA14 surface charge to the complexes surface characteristics was stronger than GA7. Moreover, the reaction stoichiometry between gelatin and GA14 was found to be smaller than that with GA7. Regarding the yield of the two systems, in 2:1 ratio, the system G-GA14 revealed greater yield than G-GA7. Additionally, G-GA14 complex coacervates appeared smaller in size and their morphology was more even. Finally, the complex coacervates of G-GA14 system were more thermally stable and they were considered more efficient for the encapsulation of thermally sensitive materials.