Μελέτη βιοαποικοδομήσιμης συσκευασίας με ενσωματωμένα βιοδραστικά συστατικά για τρόφιμα μακράς διατηρησιμότητας

Τάσσου, Κωνσταντίνα; Tassou, Konstantina

dc.contributor.author	Τάσσου, Κωνσταντίνα	el
dc.contributor.author	Tassou, Konstantina	en
dc.date.accessioned	2022-07-21T08:54:29Z
dc.date.available	2022-07-21T08:54:29Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55471
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23169
dc.rights	Default License
dc.subject	Ηλιόσπορος	el
dc.subject	Δενδρολίβανο	el
dc.subject	Πολυγαλακτικό οξύ (PLA)	el
dc.subject	Επίστρωση	el
dc.subject	Βιοαποικοδομήσιμο	el
dc.subject	Αντιοξειδωτικό εκχύλισμα	el
dc.title	Μελέτη βιοαποικοδομήσιμης συσκευασίας με ενσωματωμένα βιοδραστικά συστατικά για τρόφιμα μακράς διατηρησιμότητας	el
dc.title	Use of rosemary antioxidant extract for the development of active biodegradable packaging against lipid oxidation in food products rich in PUFA	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική τροφίμων	el
heal.classification	Food engineering	en
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-02-18
heal.abstract	Σοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η αξιοποίηση του πολυγαλακτικού οξέος (PLA) για την δημιουργία ενεργής και βιοαποικοδομήσιμης συσκευασίας κατάλληλης για αφυδατωμένα, ευοξείδωτα τρόφιμα μακράς διάρκειας. Η ενεργή συσκευασία αναπτύχθηκε με βάση τη μέθοδο της επίστρωσης. Η δραστική ουσία που επιλέχθηκε για την ανάπτυξη της ενεργής συσκευασίας ήταν το φυσικό αντιοξειδωτικό εκχύλισμα από το φυτό Rosmarinus officinalis (δενδρολίβανο). Αναλυτικά, ο στόχος ήταν η ανάπτυξη επικαλυμμένου PLA με φυσικά αντιοξειδωτικά οδηγώντας στη δημιουργία ενός ενεργού υλικού συσκευασίας και η αξιολόγηση της αποτελεσματικότητάς του έναντι της υποβάθμισης της ποιότητας των εξαιρετικά ευαίσθητων στην οξείδωση πολυακόρεστων λιπαρών που περιέχονται στη σύσταση συσκευασμένων ξηρών τροφίμων. Για την εκτίμηση της αποτελεσματικότητας της νέας ενεργής συσκευασίας έγινε παρακολούθηση της οξείδωσης λιπαρών του μελετηθέντος αντιπροσωπευτικού συστήματος μέσω της μεθόδου Αριθμού Υπεροξειδίων (Peroxide value, PV). Συνολικά, εξετάσθηκαν 6 διαφορετικές συνθήκες αποθήκευσης συσκευασμένου αλεσμένου καβουρδισμένου ηλιόσπορου σε τρείς διαφορετικές θερμοκρασίες (25, 35 και 50οC) και περιβάλλον σχετικής υγρασίας (21, 43 και 66%ERH). Στις παραπάνω συνθήκες αποθηκεύτηκαν συσκευασίες επικαλυμμένου PLA και από συμβατικό υλικό (PET/PE EVOH) με σκοπό την σύγκριση των αποτελεσμάτων. Αρχικά, παραλήφθηκε ψίχα ηλιόσπορου η οποία ψήθηκε για 30min στους 160οC και έπειτα αλέσθηκε. Ποσότητα από αυτόν τον ηλιόσπορο χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό ισόθερμων ρόφησης στους 25οC. Οι ισόθερμες περιγράφησαν από τις εξισώσεις GAB και BET με καλή προσαρμογή (παράμετροι της GAB m0=2,12 g H2O/100g ξ. β., C=6,94 και K=0,86). Προσδιορίστηκε πειραματικά η διαπερατότητα σε υγρασία του πολυγαλακτικού οξέος (PLA) καθώς και του συμβατικού υλικού (PET/PE EVOH ). Για το PLA προέκυψε WVTR (25oC, 69% ERH) = 7,963 g m-2 day-1 και για το PET/PE EVOH, WVTR (25oC, 69% ERH) = 0,375 g m-2 day-1. Συνεπώς το PLA έχει κατά ~95% μεγαλύτερο ρυθμό μετάδοσης υγρασίας από το συμβατικό υλικό.Στη συνέχεια δείγματα αποθηκεύτηκαν σε συσκευασίες PLA και PET/PE EVOH σε ελεγχόμενο περιβάλλον σχετικής υγρασίας 21, 43 και 66% ERH στους 35οC. Και στα δύο είδη συσκευασίας διαπιστώθηκε ότι η οξείδωση του ηλιόσπορου παρουσιάζει μεγαλύτερη σταθερότητα σε περιβάλλον σχετικής υγρασίας 66% ERH σε σχέση με περιβάλλον σχετικής υγρασίας 21% ERH. Πιο συγκεκριμένα οι ρυθμοί που προέκυψαν για το PLA ήταν k21%=0,3978,k43%= 0,2270 και k66%=0,0917 PV/day. Και για το PET/PE EVOH ήταν k21%=0,2655 ,k43%=0,2022 και k66%=0,0818 PV/day. Στη συνέχεια έγιναν δοκιμές για την εύρεση της κατάλληλης ποσότητας φυσικού αντιοξειδωτικού εκχυλίσματος δενδρολίβανου (καρνοσόλης/καρνοσικού οξέος 1,2mg/mL) για την επίστρωση στο PLA σε τρείς συγκεντρώσεις: c1=3, c2=30 και c3=300 mg/(m2 συσκευασίας). Δείγματα στις τρεις αυτές ενεργές συσκευασίες αποθηκεύτηκαν στους 70οC. Τα αποτελέσματα επιταχυνόμενης οξείδωσης υπολογίστηκαν μέσω μαθηματικού μοντέλου από το οποίο προσδιορίστηκαν οι ρυθμοί οξείδωσης. Η οξείδωση του ηλιόσπορου ακολούθησε κινητική μηδενικής τάξης με τους εξής ρυθμούς οξείδωσης, kPLA=2,0148,kPLA-Activec1= 1,9299,kPLA-Active c2=1,9004,kPLA Active c3 − =1,3439. Όπως προκύπτει από τους ρυθμούς η πιο αποτελεσματική συγκέντρωση επίστρωσης αντιοξειδωτικού ήταν c3=300mg/m2. Για την εξασφάλιση της αποτελεσματικότητας της επίστρωσης αποφασίστηκε στο τελικό πείραμα επιταχυνόμενης γήρανσης προσδιορισμού της διατηρησιμότητας αλεσμένου καβουρδισμένου ηλιόσπορου η συγκέντρωση επίστρωσης του αντιοξειδωτικού εκχυλίσματος να είναι 400mg/m2 Το τελικό στάδιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν το πείραμα επιταχυνόμενης γήρανσης για τον προσδιορισμό διατηρησιμότητας αλεσμένου καβουρδισμένου ηλιόσπορου αποθηκευμένου σε τρεις τύπους συσκευασιών. Ο πρώτος τύπος συσκευασίας ήταν το συμβατικό υλικό PET/PE EVOH (Conventional), ο δεύτερος απλό PLA και ο τρίτος ήταν το PLAActive δηλαδή PLA επιστρωμένο με αντιοξειδωτικό εκχύλισμα δενδρολίβανου συγκέντρωσης 400mg/m2. Συσκευασμένα δείγματα ηλιόσπορου και από τους τρεις τύπους συσκευασίας αποθηκεύτηκαν σε ισοθερμοκρασιακούς συνθήκες αποθήκευσης στους 25, 35 και 50οC. Σε όλες τις συνθήκες αποθήκευσης του ηλιόσπορου μέσω των αποτελεσμάτων είναι φανερό πως η συσκευασία PLA-Active μπόρεσε να επιβραδύνει σημαντικά τον ρυθμό οξείδωσής του και να προσδώσει στον ευοξείδωτο ηλιόσπορο οξειδωτική σταθερότητα. Συγκεκριμένα οι ρυθμοί οξείδωσης για κάθε συσκευασία προέκυψαν ως εξής: Πίνακας 1: Ρυθμοί μεταβολής αριθμού υπεροξειδίων ανά συσκευασία για τις τρείς θερμοκρασίες θ (°C). 25οC: kConventional=0,0604, kPLA=0,0425, kPLA-Active=0,0325. 35οC: kConventional=0,1740, kPLA=0,1938, kPLA-Active=0,0523, 50oC kConventional=0,2509, kPLA=0,3515, kPLA-Active=0,0816.. Από τα δεδομένα του παραπάνω πίνακα προσδιορίστηκε ένα δευτερογενές μοντέλο μέσω της βοήθειας του μοντέλου Arrhenius που περιγράφει τη μεταβολή του ρυθμού οξείδωσης συναρτήσει της θερμοκρασίας αποθήκευσης. Από την εξίσωση Arrhenius υπολογίστηκε η ενέργεια ενεργοποίησης (Ea) του ρυθμού οξείδωσης για κάθε τύπο συσκευασίας καθώς και ο ρυθμός οξείδωσης kref σε θερμοκρασία αναφοράς 25οC. Conventional: Ea=44,02kJ/mol, k25oC=0,0720, PLA: Ea=65,48kJ/mol, k25oC=0,0541. PLA-Active: Ea=29,16kJ/mol, k25oC=0,0336. Σε όλες τις συνθήκες αποθήκευσης το PLA-Active φάνηκε να προσδίδει στον ηλιόσπορο οξειδωτική σταθερότητα συγκριτικά με την συμβατική συσκευασία.	el
heal.abstract	The objective of this work was to develop polylactic acid or polylactic polymer (PLA) active and biodegradable packaging for dry shelf stable food products. PLA was coated with rosemary antioxidant extract and was case studied as active packaging material in the case of sunflower seeds, highly susceptible to lipid oxidation. PLA was coated with natural antioxidant compounds serving as active packaging material and the use was evaluated with lipid oxidation rate linked with quality degradation phenomena in the case of rich in polyunsaturated fats (PUFAs) dry foods. In order to evaluate the effectiveness of the new active packaging, lipid oxidation in sunflower seeds was monitored in terms peroxide value (PV) formation. Lipid oxidation was monitored at different temperature (25, 35 και 50οC) and relative humidity (21, 43 και 66%ERH) storage conditions. Sunflower seeds samples were packed in three different packaging films i.e. PLA, PLA-Active (coated with rosemary antioxidant extract) and PET 12/PE EVOH 40 (conventional multilayer packaging). The sorption isotherm of sunflower seeds was studied at 25 οC and mathematically modelled using the GAB and BET equations with GAB identified as the best fitting model (GAB equation parameters: m0=2,12 g H2O/100g d.w., C=6,94 και K=0,86). Moisture permeability of polylactic acid (PLA) and conventional packaging material (PET 12/PE EVOH 40) was experimentally determined. PE EVOH 40, WVTR (25oC, 69% ERH) = 0.375 g m-2 day-1 . PLA showed ~ 95% higher moisture transfer rate compared to conventional packaging material. In order to compare PLA and conventional packaging material with regards lipid oxidation kinetics, lipid oxidation was monitored in the case of sunflower seeds packaged in PLA and PET/PE EVOH and stored at different constant relative humidity values (21, 43 and 66% ERH) at 35oC. In both types of packaging, sunflower seeds showed greater oxidation stability in the higher relative humidity of 66% ERH. Lipid oxidation rate for PLA samples were k21%=0,3978,k43%= 0,2270 and k66%=0,0917 PV/day. In the case of conventional samples oxidation rates were estimated as, k21%=0,2655 ,k43%=0,2022 and k66%=0,0818 PV/day. Experiments were then performed to find the appropriate concentration of antioxidant extract (carnosol / carnosic acid 1.2 mg / mL) to coat the PLA. They were tested three concentrations: c1=3, c2=30 και c3=300 mg/(m2 of packaging). Samples in these three active packages were stored at 70oC. The effects of accelerated oxidation were calculated using a mathematical model from which the oxidation rates were measured. The oxidation of the sunflower seed seemed to follow zero order kinetics with the following oxidation rates kPLA=2,0148,kPLA-Activec1= 1,9299,kPLA-Active c2=1,9004,kPLA Active c3 − =1,3439. As the rhythms show, the most effective antioxidant coating concentration was κ c3=300mg/m2 . Thus, to ensure the effectiveness of the coating, it was decided in the final accelerated aging experiment to determine the shelf life of ground roasted sunflower seeds, the coating concentration of the antioxidant extract to be 400mg / m2 . The final step of the present Diploma was the accelerated aging experiment to determine the shelf life of ground roasted sunflower seeds stored in three types of packaging. The first type of packaging was the conventional material PET/PE EVOH (Conventional), the second simple PLA and the third was PLA-Active, the PLA coated with antioxidant rosemary extract with a 7 concentration of 400mg / m2 . In all three categories the packages had the same dimensions and contained 15g of sunflower seeds. Samples from all three groups were stored in isothermal chambers at 25, 35 and 50οC. The relative humidity value in each chamber was recorded throughout the experiment and the average of these was 55±6 %ΕRH, 28±4%ERH and 16,1±3,1%ERH at 25, 35 and 50οC. In all the storage conditions of the sunflower seed through the results it is obvious that the PLA-Active packaging was able to significantly slow down its oxidation rate and to helped the oxidized sunflower seed to be more stabilized in oxidation. Specifically, the oxidation rates for each package were as follows: 25οC: kConventional=0,0604, kPLA=0,0425, kPLA-Active=0,0325. 35οC: kConventional=0,1740, kPLA=0,1938, kPLA-Active=0,0523, 50oC kConventional=0,2509, kPLA=0,3515, kPLA-Active=0,0816. From the data above, a secondary model was identified using the Arrhenius model, which describes the change in oxidation rate as a function of the temperature at which the package is stored. The Arrhenius equation calculated the activation energy (Ea) of the oxidation rate for each package as well as the kref oxidation rate for the reference temperature (25οC). Ea=44,02kJ/mol, k25oC=0,0720, PLA: Ea=65,48kJ/mol, k25oC=0,0541. PLA-Active: Ea=29,16kJ/mol, k25oC=0,0336.	en
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Γώγου, Ελένη	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	126 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false