Βελτιστοποίηση παραλαβής και σταθεροποίησης φαινολικών συστατικών από καρπούς αρώνιας
Creators: name: Τζάτση, Πηνελόπη Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: Aρώνια
Συγκρυστάλλωση
Ιοντική ζελατινοποίηση
Chokeberry
Co-crystallization
Ionic gelation

description: Αντικείμενο της παρούσας διατριβής ήταν η ανάπτυξη μιας νέας μεθόδου αξιοποίησης των καρπών αρώνιας με εφαρμογή σε βιομηχανίες τροφίμων, με βάση την εκχύλιση των περιεχόμενων φαινολικών ενώσεων με νέες τεχνικές και την ακόλουθη ενθυλάκωσή τους με κατάλληλη μέθοδο, όπως ξήρανση ψεκασμού, συγκρυστάλλωση ή εξώθηση. Κατά την ανάπτυξη κατάλληλης μεθόδου εκχύλισης, μελετήθηκε η χρήση υπερήχων και μικροκυμάτων και σε κάθε μέθοδο, εξετάστηκε η επίδραση διάφορων λειτουργικών παραμέτρων στην απόδοση εκχύλισης. Οι παράμετροι της εκχύλισης υπερήχων ήταν το είδος του διαλύτη (% αναλογία υδατικής αιθανόλης), η ένταση των υπερήχων, η θερμοκρασία, η αναλογία διαλύτη/στερεού και ο χρόνος. Αντίστοιχα, για τα μικροκύματα ήταν το είδος του διαλύτη (% αναλογία υδατικής αιθανόλης), η ισχύς, η αναλογία διαλύτη/στερεού και ο χρόνος. Σε γενικές γραμμές, καλύτερα αποτελέσματα επιτεύχθησαν με διαλύτη 50% υδατική αιθανόλη. Η θερμοκρασία για τους υπερήχους και η ισχύς για τα μικροκύματα με αύξησή τους συντελούσαν σε αύξηση της απόδοσης παραλαβής, ενώ γενικά η μεγαλύτερη αναλογία διαλύτη/στερεού έδωσε καλύτερα αποτελέσματα. Η παραλαβή φαινολικού εκχυλίσματος με τη χρήση των υπερήχων έδωσε τιμές απόδοσης από 1,95 έως 34,69 mg GAE/g. Αντίστοιχα, για τη μέθοδο των μικροκυμάτων, η απόδοση σε φαινολικά ήταν 2,68 έως 37,06 mg GAE/g. Τα μικροκύματα, έναντι των υπερήχων, έδωσαν μεγαλύτερη απόδοση σε φαινολικό περιεχόμενο, ενώ ο απαιτούμενος χρόνος κατεργασίας ήταν περίπου τρεις φορές μικρότερος. Για κάθε μέθοδο ενθυλάκωσης, εξετάστηκαν οι επιδράσεις διάφορων λειτουργικών παραμέτρων στην αποτελεσματικότητα ενθυλάκωσης, στην απόδοση της διεργασίας και στις κύριες ιδιότητες των μικροκαψουλών (περιεκτικότητα σε υγρασία, φαινόμενη πυκνότητα, διαλυτότητα, χρώμα, μέγεθος), με στόχο τη βελτιστοποίηση της μεθόδου. Στη μέθοδο ξήρανσης με ψεκασμό, οι βέλτιστες τιμές αποτελεσματικότητας (99,6%) και απόδοσης (31,9%) επιτεύχθηκαν με αναλογία υλικού τοιχώματος προς πυρήνα 9,0 g/g, θερμοκρασία εισόδου αέρα ξήρανσης 190°C, ρυθμό ροής αέρα ξήρανσης 55% (19,25 m3/h) και μαλτοδεξτρίνη/σκόνη άπαχου γάλακτος (50/50) ως μέσο ενθυλάκωσης. Η βέλτιστη αποτελεσματικότητα συγκρυστάλλωσης (96,3%) επιτεύχθηκε με συγκέντρωση στερεών εκχυλίσματος 35 Brix και αναλογία ξηρού εκχυλίσματος προς σακχαρόζη 0,7 g/g. Στην περίπτωση της εξώθησης, οι βέλτιστες συνθήκες (απόδοση 94,2%) ήταν: συγκέντρωση διαλύματος αλγινικού νατρίου 2,0% w/w, συγκέντρωση διαλύματος χλωριούχου ασβεστίου 2,5% w/v και συγκέντρωση εκχυλίσματος 20,0% w/w. Τα προϊόντα που παρήχθησαν στις βέλτιστες συνθήκες κάθε μεθόδου χαρακτηρίστηκαν συγκριτικά ως προς την περιεκτικότητα σε υγρασία, την πυκνότητα, τη διαλυτότητα, την υγροσκοπικότητα, το χρώμα, τις ισόθερμες ρόφησης, τον ρυθμό απελευθέρωσης και τη μορφολογία. Επιπλέον, αξιολογήθηκαν η αντιοξειδωτική ικανότητα και η σταθερότητα των ενθυλακωμένων με κάθε μέθοδο εκχυλισμάτων κατά την αποθήκευση.
description: Τhe objective of this work is to optimize a new method of unused chokeberries application in food industries, based on the extraction of phenolic compounds using innovative techniques, followed by their encapsulation by different methods, like spray drying, co-crystallization or ionic gelation. Two present extraction techniques, microwave-assisted extraction and ultrasound-assisted extraction, have been selected and used. For the ultrasound-assisted method, the studied parameters were the solvent (% aqueous ethanol), the amplitude, the temperature, the liquid/solid ratio, and the time. For the microwave-assisted extraction, the independent variables were the solvent (% aqueous ethanol), the power, the liquid/solid ratio, and the time. The 50/50 ethanol/water led to higher values of extraction yield. Increasing the temperature of ultrasounds and the power of microwaves, the obtained yield increased, whereas generally higher liquid/solid ratios gave better results. The results indicated that a better yield, and in a shorter time, can be achieved in the microwave assisted extraction (33,5 mg/g) than in the ultrasound assisted extraction (31,5 mg/g). For each encapsulation method, the effects of various parameters on encapsulation efficiency and yield and on the main properties of the microcapsules (moisture content, bulk density, solubility, color, particle size) were studied and the optimum operating conditions were predicted. In the spray drying method, the optimum values of encapsulation efficiency (99.6%) and yield (31.9%) were achieved with a ratio of wall to core material of 9.0 g/g, an inlet air temperature of 190°C, a drying air flow rate of 55% (19.25 m3/h), and maltodextrin:skim milk powder (50:50) as encapsulating agent. The optimum efficiency of co-crystallization (96.3%) was achieved with a solids concentration of extract of 35 Brix and a ratio of dry extract to sucrose of 0.7 g/g. In the case of ionic gelation, the optimum conditions (efficiency of 94.2%) were: concentration of sodium alginate solution of 2.0 % w/w, concentration of calcium chloride solution of 2.5% w/v, and concentration of extract of 20.0% w/w. Powders encapsulated at the optimum conditions of each method were analyzed for moisture content, bulk density, solubility, hygroscopicity, color, sorption isotherm, release rate, and morphology. Furthermore, the antioxidant capacity and the stability of the encapsulated extracts by each method were evaluated during storage.