Νανογαλακτώματα ελαίου σε νερό με χρήση φυσικών γαλακτωματοποιητών και ενσωμάτωση βιοδραστικού συστατικού τροφίμων

Τσαμαντά, Ελένη; Tsamanta, Eleni

dc.contributor.author	Τσαμαντά, Ελένη	el
dc.contributor.author	Tsamanta, Eleni	en
dc.date.accessioned	2020-02-17T09:46:30Z
dc.date.available	2020-02-17T09:46:30Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49787
dc.rights	Default License
dc.subject	O/W nanoemulsion	en
dc.subject	Extra virgin olive oil	en
dc.subject	Sodium caseinate	en
dc.subject	Lecithin	en
dc.subject	Coenzyme Q10	en
dc.subject	Νανογαλάκτωμα ελαίου-σε-νερό	el
dc.subject	Εξαιρετικό παρθένο ελαιόλαδο	el
dc.subject	Καζεϊνικό νάτριο	el
dc.subject	Λεκιθίνη	el
dc.subject	Συνένζυμο Q10	el
dc.title	Νανογαλακτώματα ελαίου σε νερό με χρήση φυσικών γαλακτωματοποιητών και ενσωμάτωση βιοδραστικού συστατικού τροφίμων	el
dc.title	Oil-in-water nanoemulsions prepared with natural emulsifiers	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική μηχανική	el
heal.classification	Μηχανική τροφίμων	el
heal.classification	Chemical engineering	en
heal.classification	Food engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-04
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την παρασκευή και τη μελέτη νανογαλακτωμάτων ελαίου˗σε˗νερό (o/w) με λιπαρή φάση εξαιρετικό παρθένο ελαιόλαδο (EVOO). Ως γαλακτωματοποιητές, χρησιμοποιήθηκαν ένας μη ιοντικός, το Tween 20, και δύο φυσικοί, η καζεΐνη σε μορφή καζεϊνικού νατρίου και η λεκιθίνη. Οι περιεκτικότητες των γαλακτωματοποιητών ήταν 3% και 5% κ.β. για τα νανογαλακτώματα με περιεκτικότητα EVOO 5% κ.β. και 8% και 10% κ.β. για τα νανογαλακτώματα με περιεκτικότητα EVOO 10% κ.β. Επιπλέον τούτων, δοκιμάστηκε η χρήση μιγμάτων χημικού και φυσικού γαλακτωματοποιητή, δηλαδή του Tween 20 με το καζεϊνικό νάτριο και του Tween 20 με τη λεκιθίνη, σε αναλογία 1:1. Οι φυσικοχημικές ιδιότητες των νανογαλακτωμάτων o/w που εξετάστηκαν την ημέρα της παρασκευής των δειγμάτων ήταν: το ιξώδες, η θολότητα, ο δείκτης διάθλασης, η μέση διάμετρος των σταγονιδίων (MDD), ο δείκτης πολυδιασποράς (PDI) και το ζ˗Δυναμικό (Zeta Potential). Στη συνέχεια, μελετήθηκε η σταθερότητα των νανογαλακτωμάτων κατά τη διατήρησή τους σε δύο θερμοκρασίες αποθήκευσης, περιβάλλον (25 ℃) και ψύξη (4 ℃), για διάστημα 8 εβδομάδων. Συγκεκριμένα, σε εβδομαδιαία βάση προσδιορίζονταν: η μέση διάμετρος των σταγονιδίων (MDD), ο δείκτης πολυδιασποράς (PDI), το ζ˗Δυναμικό (Zeta Potential) και ο δείκτης σταθερότητας (ESI). Σύμφωνα με τα παραπάνω αποτελέσματα, επιλέχθηκαν τα βέλτιστα συστήματα (είδος και περιεκτικότητα γαλακτωματοποιητή) για κάθε περιεκτικότητα εξαιρετικού παρθένου ελαιόλαδου. Τούτα παρασκευάστηκαν εκ νέου και εμπλουτίστηκαν με το βιοδραστικό συστατικό, το συνένζυμο Q10 (CoQ10), το οποίο παρουσιάζει πολλαπλά οφέλη για την υγεία ως εξαιρετικό αντιοξειδωτικό και είναι θεμελιώδες για την παροχή ενέργειας στον άνθρωπο μέσω της παραγωγής ΑΤΡ. Ωστόσο, η χαμηλή υδατοδιαλυτότητά του καθιστά επιτακτική την ανάγκη χρήσης νανογαλακτωμάτων ελαίου σε νερό για την υψηλή προστασία και ελεγχόμενη απελευθέρωση του CoQ10. Στα εμπλουτισμένα νανογαλακτώματα o/w, προσδιορίστηκαν εκ νέου οι προαναφερθείσες ιδιότητες, ενώ αυτά διατηρήθηκαν για διάστημα 40 ημερών στο περιβάλλον και σε ψύξη για τον προσδιορισμό της σταθερότητάς τους. Επιπλέον, μετρήθηκε η διατηρησιμότητα του συνένζυμου Q10. Τέλος, μελετήθηκε η δυνατότητα παρασκευής διπλών γαλακτωμάτων o1/w/o2 με τη χρήση Tween 20, λεκιθίνης, καζεϊνικού νατρίου και μίγματα αυτών των γαλακτωματοποιητών. Η παρασκευή σταθερών νανογαλακτωμάτων o/w με βάση το EVOO, χρησιμοποιώντας φυσικούς γαλακτωματοποιητές και μίγματα φυσικών και χημικών γαλακτωματοποιητών, ήταν εφικτή. Από τη στατιστική επεξεργασία των μετρήσεων για τα μη εμπλουτισμένα νανογαλακτώματα, προέκυψε ότι το καζεϊνικό νάτριο ως γαλακτωματοποιητής δεν συμβάλλει ιδιαίτερα στη σταθερότητά τους. Αντίθετα, η χρήση της λεκιθίνης ως γαλακτωματοποιητή έδωσε εξίσου καλά αποτελέσματα με το Tween 20 κατά τη διατήρηση των δειγμάτων. Επιπλέον, αν η περιεκτικότητα του ελαίου είναι 5% και 10%, τότε η περιεκτικότητα του γαλακτωματοποιητή πρέπει να είναι 3% και 8%, αντίστοιχα, για την παρασκευή διαυγών νανογαλακτωμάτων με μεγάλη σταθερότητα και μέση διάμετρο σταγονιδίων μικρότερη των 300 nm. Γενικά, από τους γαλακτωματοποιητές που δοκιμάστηκαν, το μίγμα Tween 20 και λεκιθίνης ήταν το καλύτερο σύστημα, με τις μεγαλύτερες απόλυτες τιμές ζ-Δυναμικού. Όσον αφορά τη θερμοκρασία αποθήκευσης, διαπιστώθηκε ότι τα δείγματα υπό ψύξη είχαν υψηλές τιμές δείκτη πολυδιασποράς (ESI>90%) και διατήρησαν τις αρχικές μέσες διαμέτρους των σταγονιδίων τους (MDD<500 nm) κατά τις 8 εβδομάδες αποθήκευσης. Ακόμα και στην περίπτωση του καζεϊνικού νατρίου ως γαλακτωματοποιητή, η ψύξη αποδείχθηκε ικανή να διατηρήσει τα παρασκευασθέντα νανογαλακτώματα για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Από τα νανογαλακτώματα που επιλέχτηκαν για εμπλουτισμό, εκείνο με περιεκτικότητα EVOO 5% κ.β. και γαλακτωματοποιητή το μίγμα Tween 20 και λεκιθίνης σε περιεκτικότητα 5% κ.β. είχε μικρή τιμή ιξώδους, θολότητας, μέσης διαμέτρου σταγονιδίων και δείκτη πολυδιασποράς. Παράλληλα, η χημική του σταθερότητα (RCoQ10%) ήταν υψηλή και ίση με 85% στις 40 ημέρες αποθήκευσης, ανεξαρτήτως της θερμοκρασίας διατήρησης (25 ℃, 4 ℃). Για την παρασκευή των διπλών γαλακτωμάτων, το νανογαλάκτωμα που χρησιμοποιήθηκε ως εσωτερική φάση ήταν ένα o1/w νανογαλάκτωμα με περιεκτικότητα EVOO 5% κ.β. και γαλακτωματοποιητή το μίγμα Tween 20 και λεκιθίνης σε περιεκτικότητα 5% κ.β. Όλα τα παρασκευασθέντα διπλά γαλακτώματα ελέγχθηκαν μέσω ενός συνεστιακού μικροσκοπίου σάρωσης, καθώς οι περισσότερες από τις αναλυτικές μεθόδους, όπως η περίθλαση με λέιζερ και η δυναμική σκέδαση φωτός, δεν είναι κατάλληλες για τον χαρακτηρισμό πολλαπλών γαλακτωμάτων. Για την απεικόνιση των μεταβολών της μικροδομής στα διάφορα συστήματα, χρησιμοποιήθηκε συνεστιακό ανάστροφο μικροσκόπιο σάρωσης με λέιζερ και οι απεικονίσεις CLSM έδειξαν ότι τόσο η υδατική όσο και η λιπαρή φάση μπορούν να διαφοροποιηθούν με έναν ικανοποιητικό λόγο σήματος προς θόρυβο. Από όλους τους γαλακτωματοποιητές που δοκιμάστηκαν, μόνο το Tween 20 συνέβαλε στο σχηματισμό διπλού γαλακτώματος, απουσία ιζήματος γαλακτωματοποιητή και με καλοσχηματισμένα σταγονίδια.	el
heal.abstract	The scope of the present diploma thesis is to investigate and compare the effect of food grade nonionic emulsifier or natural emulsifiers on the formation of extra virgin olive oil-in-water (o/w) nanoemulsions. For comparative purposes Tween 20, sodium caseinate, lecithin and their mixture (Tween 20: sodium caseinate, Tween 20: lecithin, ratio of 1:1) were selected. Their concentration varied from 3% to 10% w/w depending on the dispersed volume fraction of the final nanoemulsion. Initially, it was studied and analyzed the alteration on the physicochemical properties of the samples (mean droplet diameter (MDD), polydispersity index (PDI), zeta potential, viscosity, turbidity and refractive index) as a function of o/w nanoemulsion composition. Moreover, it was investigated and evaluated the effect of environment (25 ℃) and refrigerated (4 ℃) storage conditions on the nanoemulsion stability during 8 weeks by the measurement of MDD, PDI, zeta potential and emulsion stability index (ESI), on a weekly basis. Based on the above results, the optimum conditions (type and concentration of emulsifier, dispersed volume fraction) were determined in order to produced nanoemulsions fortified with the bioactive compound, Coenzyme Q10 (CoQ10). CoQ10 presents multiple health benefits as an essential molecule for every cell and as an excellent antioxidant compound. However, its oral intake is challenging due to its low water solubility. Thus, oil-in-water (o/w) nanoemulsions are considered excellent delivery systems for CoQ10, offering high protection and controlled release of the bioactive compound. The same physicochemical properties of the fortified nanoemulsions were evaluated, after storage either at 25 ℃ and at 4 ℃, during 40 days. In addition, the chemical stability of incorporated CoQ10 (RCoQ10%) was measured. Finally, the study focused on the preparation of oil-in-water-in-oil (o1/w/o2)-type double emulsions, stabilized using Tween 20, sodium caseinate, lecithin and their mixtures. The results demonstrated that it is possible to form fine o/w nanoemulsions based on EVOO, using naturals and mixtures of natural and chemical emulsifiers. Statistical analysis of the data revealed that nanoemulsions prepared with sodium caseinate were unstable and phase separation rapidly occurred. However, both lecithin and Tween 20 appeared to form fine nanoemulsions with high kinetic stability during storage. Furthermore, the emulsifiers’ concentration must be lower than the dispersed phase concentration, in order to prepare nanoemulsions with high optical clarity, high stability and mean droplet diameter less than 300 nm. The nanoemulsions produced with the mixture of Tween 20 and lecithin presented the highest absolute zeta potential values and high kinetic stability. All the samples, after refrigerated storage, remained in the nanosized range after 8 weeks, with high physical stability (MDD<500 nm, ESI>90%). In the case of refrigerated storage, sodium caseinate as an emulsifier proved to be highly affected leading to stable nanoemulsions. Among the coenzyme Q10-loaded nanoemulsions, the sample with 5% w/w EVOO and 5% w/w Tween 20/lecithin presented low MDD, PDI, viscosity and turbidity. Furthermore, its chemical stability (RCoQ10%) was above 85% after 40 days storage at both storage conditions (25 ℃, 4 ℃). For the formation of o1/w/o2 double emulsions, the composition of the inner o1/w nanoemulsion was 5% w/w EVOO and 5% w/w Tween 20/lecithin. All double formations were confirmed upon microscopic investigation, as most of the analytical scattering methods like laser diffraction, ultrasonic attenuation and dynamic light scattering are not well suited for the characterization of multiple emulsions due to multiple scattering on inner droplets. Confocal scanning laser microscopy (CLSM) was used to visualize the microstructure changes among the experimental conditions, and the images clearly demonstrated that both aqueous and lipid phases can be differentiated with a satisfying signal-to-noise ratio. Moreover, CLSM results revealed that only Tween 20 formed a stable double emulsion with well-formed droplets and without emulsifiers’ sedimentation.	en
heal.advisorName	Τζιά, Κωνσταντίνα
heal.committeeMemberName	Ωραιοπούλου, Βασιλική
heal.committeeMemberName	Τσιβιλής, Σωτήριος
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	160 σ.
heal.fullTextAvailability	false