Ανάπτυξη καινοτόμων ζωοτροφών με προσθήκη φυσικών αντιβιοτικών και αντιμικροβιακών παραγόντων

Τσιτσέλη, Κωνσταντίνα; Tsitseli, Konstantina

dc.contributor.author	Τσιτσέλη, Κωνσταντίνα	el
dc.contributor.author	Tsitseli, Konstantina	en
dc.date.accessioned	2021-12-20T09:39:35Z
dc.date.available	2021-12-20T09:39:35Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54203
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21901
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ζωοτροφές	el
dc.subject	Εκχυλίσματα	el
dc.subject	Αιθέρια έλαια	el
dc.subject	Βιοδραστικά συστατικά	el
dc.subject	Εγκλεισμός	el
dc.subject	Animal feeds	en
dc.subject	Extracts	en
dc.subject	Essential oils	en
dc.subject	Bioactive compounds	en
dc.subject	Encapsulation	en
dc.title	Ανάπτυξη καινοτόμων ζωοτροφών με προσθήκη φυσικών αντιβιοτικών και αντιμικροβιακών παραγόντων	el
dc.title	Development of innovative animal feed with the addition of natural antibiotics and antimicrobial agents	en
dc.contributor.department	Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική φυσικών διεργασιών	el
heal.classification	Physical process engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-03-03
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια το επιστημονικό ενδιαφέρον στον τομέα της παραγωγής ζωοτροφών, και κατ’επέκταση στον κλάδο της κτηνοτροφικής βιομηχανίας, έγκειται στην ανάπτυξη νέων καινοτόμων προϊόντων, που στοχεύουν στη βελτίωση της ζωής των ζώων κατά την εκτροφή και της ποιότητας των τελικών προϊόντων αυτών, μέσω της μείωσης ή αντικατάστασης των συνθετικών αντιβιοτικών που τους χορηγούνται προληπτικά ή και θεραπευτικά. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, διερευνήθηκε η δυνατότητα αξιοποίησης των ωφελειών της βιολογικής δράσης ολικών εκχυλισμάτων αρωματικών φυτών, καθώς και αιθέριων ελαίων, από επιλεγμένα βότανα με υψηλή περιεκτικότητα σε βιοδραστικές ενώσεις, προκειμένου να χρησιμοποιηθούν μετέπειτα στην ανάπτυξη λειτουργικών ζωοτροφών με αντιμικροβιακή και αντιοξειδωτική δραστηριότητα. Για τον σκοπό αυτό, επιλέχθηκαν τα αρωματικά φυτά βάλσαμο και χαμομήλι, τα οποία ανακτήθηκαν και χαρακτηρίστηκαν ως προς τα βιοδραστικά τους συστατικά. Χρησιμοποιήθηκαν καινοτόμες τεχνολογίες εκχύλισης παρουσία υπερήχων (MAE) και μικροκυμάτων (UAE). Έπειτα, πραγματοποιήθηκε αριστοποίηση των μεθόδων αυτών, ως προς το ολικό φαινολικό περιεχόμενο και την αντιοξειδωτική ικανότητα των εκχυλισμάτων που προέκυψαν, ενώ συγχρόνως μελετήθηκε και η επίδραση των παραμέτρων εκχύλισης στην ποιότητα των εκχυλισμάτων. Από τη σύγκριση του βιοδραστικού περιεχομένου των εκχυλισμάτων, προέκυψαν δύο βέλτιστα δείγματα, ένα για κάθε φυτό αντίστοιχα. Στη συνέχεια, με τη μέθοδο της ηλεκτροστατικής ινοποίησης (electrospinning), πραγματοποιήθηκε εγκλεισμός στα επιλεγμένα βέλτιστα εκχυλίσματα σε μήτρα ζεΐνης (zein), καθώς και σε εμπορικά αιθέρια έλαια από επιλεγμένα βότανα (βάλσαμο, χαμομήλι δενδρολίβανο, ρίγανη και μείγμα αυτών), σε μήτρα ορού γάλακτος πρωτεΐνης:πουλλουλάνης (WPI:pul). Ακολούθησε χαρακτηρισμός των νανοϊνών με τη μέθοδο του Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης (Scanning Electron Microscopy – SEM) και υπολογισμός του ποσοστού εγκλεισμού τους. Από την εξέταση των νανοϊνών στο SEM, διαπιστώθηκε καλύτερη ομοιομορφία ινών και διασπορά των βιοδραστικών ουσιών, στις δομές με υδατική μήτρα WPI:pul (30:70%w/w) συγκριτικά με τις δομές που σχημάτισε η αιθανολική μήτρα ζεΐνης (20%w/w), οι οποίες εμφάνιζαν πολλούς σφαιρικούς σχηματισμούς και διακλαδώσεις. Επιπλέον, παρατηρώντας τα ποσοστά εγκλεισμού των βέλτιστων αιθανολικών εκχυλισμάτων βαλσάμου και χαμομηλιού σε μήτρα ζεΐνης, διαπιστώθηκε ότι είναι σημαντικά χαμηλότερα από τα αντίστοιχα των αιθέριων ελαίων στην υδατική μήτρα WPI:pul, με συνέπεια να πρέπει να διερευνηθούν και άλλες μήτρες με δυνητικά καλύτερα αποτελέσματα. Το καλύτερο ποσοστό εγκλεισμού με τη μέθοδο της ηλεκτροστατικής ινοποίησης για τα δείγματα των αιθέριων ελαίων αλλά και συνολικά για τα δείγματα που εγκλείστηκαν παρουσίασε το μείγμα αιθέριων ελαίων (oil mix) με ποσοστό εγκλεισμού 73%. Ακολούθως, προκειμένου να παραχθεί το μείγμα αιθέριων ελαίων (oil mix) σε ποσότητα ικανή για να ενσωματωθεί στη συνέχεια ως πρόσθετη ύλη στο τελικό προϊόν, ακολουθήθηκαν δύο νέες μέθοδοι εγκλεισμού: η ξήρανση με εκνέφωση (spray drying) και η ξήρανση με κατάψυξη (freeze drying). Από τον χαρακτηρισμό των εγκλεισμένων δειγμάτων μείγματος αιθέριων ελαίων (oil mix) προέκυψαν δομές που παρουσίαζαν καλή διασπορά και κατ’επέκταση επιτυχημένο εγκλεισμό των ενώσεων στόχων και για τις δύο μεθόδους εγκλεισμού. Παρόλα αυτά, διαπιστώθηκε πως το δείγμα εγκλεισμένης σκόνης μείγματος αιθέριων ελαίων με τη μέθοδο της ξήρανσης με εκνέφωση (spray drying) εμφάνιζε πιο ικανοποιητικά αποτελέσματα με μεγαλύτερο ποσοστό εγκλεισμού (29.43%) συγκριτικά με τη μέθοδο του freeze drying με ποσοστό εγκλεισμού (10.68%). Τελικώς, παρασκευάστηκαν 4 διαφορετικά δείγματα συγκεκριμένων προδιαγραφών, τα οποία οδηγήθηκαν προς εκβολή και παραγωγή των τελικών πέλλετ ζωοτροφής. Τα δείγματα που προέκυψαν (A, B, C, D) μελετήθηκαν ως προς το βιοδραστικό τους περιεχόμενο και διαπιστώθηκε ότι, τα εγκλεισμένα δείγματα Α και B εμφάνιζαν μικρότερη απώλεια βιοδραστικών ουσιών μετά την διαδικασία της εκβολής (31.66% απώλεια βιοδραστικής ουσίας για το Α και 34.42% για το B) συγκριτικά με το μη εγκλεισμένο oil mix (57.52% για το C). Επομένως, γίνεται φανερό πως ο εγκλεισμός των δειγμάτων συνέβαλε στην διατήρηση της βιοδιαθεσιμότητας του τελικού προϊόντος. Επιπλέον, συγκρίνοντας τα δείγματα A και B, διαπιστώθηκε πως ο εγκλεισμός με τη μέθοδο της ξήρανσης με εκνέφωση ήταν πιο αποδοτικός από αυτόν της ξήρανσης με κατάψυξη, εξασφαλίζοντας μεγαλύτερη διατήρηση του βιοδραστικού περιεχομένου στο τελικό προϊόν, γεγονός που επαληθεύτηκε και από το ποσοστό εγκλεισμού των δύο μεθόδων ενθυλάκωσης.	el
heal.abstract	In recent years, the scientific interest in the field of animal feeds production, and consequently in the livestock industry, lies in the development of new innovative products, aiming to improve breeding quality, as well as the quality of their final products, through the reduction or replacement of synthetic antibiotics given prophylactically or therapeutically. In the present dissertation, the possible benefits of the biological action of total extracts of aromatic plants and essential oils utilization is investigated. The raw materials selected, were derived from greek herbs with a high content of bioactive compounds, in order to be used in the development of functional feeds with improved antioxidant and antimicrobial activity. For this to be achieved, the aromatic plants hypericum (St. John’s wort) and chamomile were selected, recovered, and characterized in terms of their bioactive ingredients. Innovative extraction technologies, such as Ultrasound and Microwave Assisted Extraction (UMAE) were applied. Afterwards, these methods were optimized in terms of the total phenolic content (TPC) and the antioxidant capacity of the resulting extracts, whilst the effect of the extraction parameters on the quality of the extracts was studied. From the comparison of the bioactive contents of the extracts, two optimal samples were obtained, one for each aromatic plant respectively. Then, electrospinning technology was applied to the selected optimal extracts, which were encapsulated in a zein matrix, as well as to commercial essential oils from selected herbs (hypericum, rosemary, chamomile, oregano and their mixture) in an aqueous matrix of Whey Protein Isolate: pullulan (WPI: pul). Subsequently, the the nanofibers were characterized by the Scanning Electron Microscopy (SEM) method, and their inclusion rate was calculated. The examination of the nanofibers at SEM, revealed a better fiber homogenity and dispersion of bioactive compounds in the structures of the aqueous matrix WPI: pul (30:70% w/w), compared to the structures formed by the ethanolic matrix of zein (20%w/w), which showed many spherical formations (beads) and complicated branches. In addition, observing the inclusion rates of the optimal hypericum and chamomile ethanolic extracts in the zein matrix, it was found that they are significantly lower than the equivalent ones of the essential oils in the aqueous matrix WPI: pul, so different matrices with potential results should be investigated. The best inclusion rate of the electrospinning process, was found generally for the encapsulated essential oils, and specifically for the sample containing the essential oils mixture (oil mix), with an inclusion rate of 73%. Further on, in order to produce the oil mix in a sufficient amount to be subsequently incorporated as an additive in the final product, two new encapsulation techniques were applied: spray drying and freeze drying. The characterization of the encapsulated samples of the oil mix, revealed structures of good dispersion, resulting in successful encapsulation of the target compounds, in both encapsulation methods. However, it was found that the sample with the encapsulated oil mix powder by the spray drying method, showed more satisfactory results and a higher inclusion rate (29.43%), compared to the freeze drying method sample (10.68% inclusion rate). Finally, 4 different samples of determined specifications were prepared, which led to the extrusion device for the production of the final feed products (pellets). The resulting samples (A, B, C, D) were scrutinized for their bioactive content. It was found that the encapsulated samples A and B, showed less loss of bioactive substances after the extrusion process (31.66% loss of bioactive substance for A, and 34.42% for B), compared to the non-encapsulated oil mix sample (57.52% for C). Therefore, it becomes clear, that the inclusion of the encapsulated samples in the feed contributed to the maintainance of the bioavailability of the final product. In addition, comparing samples A and B revealed that inclusion rate by spray drying, was more efficient than freeze-drying one, ensuring greater retention of bioactive content in the final feed products.	en
heal.advisorName	Κροκίδα, Μαγδαληνή	el
heal.committeeMemberName	Κροκίδα, Μαγδαληνή	el
heal.committeeMemberName	Παππά, Αθηνά	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Απόστολος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	100 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false