Πρωτεϊνικά υπερσυμπυκνώματα ελαιοκράμβης μέσω εκχύλισης με υπέρηχους

Μουρτογιάννης, Ιωάννης; Mourtogiannis, Ioannis

dc.contributor.author	Μουρτογιάννης, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Mourtogiannis, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2022-12-07T08:34:16Z
dc.date.available	2022-12-07T08:34:16Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56357
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24055
dc.rights	Default License
dc.subject	Ελαιοκράμβη	el
dc.subject	Ισοηλεκτρική καταβύθιση	el
dc.subject	Πρωτεϊνικά υπερσυμπυκνώματα	el
dc.subject	Υπέρηχοι	el
dc.subject	Απόδοση εκχύλισης	el
dc.title	Πρωτεϊνικά υπερσυμπυκνώματα ελαιοκράμβης μέσω εκχύλισης με υπέρηχους	el
dc.title	Rapeseed protein isolates obtained by ultrasound-assisted extraction	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική Τροφίμων	el
heal.classification	Χημεία Τροφίμων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-07-07
heal.abstract	Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παραλαβή πρωτεϊνικών υπερσυμπυκνωμάτων ελαιοκράμβης μέσω εκχύλισης με τη βοήθεια υπερήχων και ισοηλεκτρικής καταβύθισης καθώς και η σύγκριση των αποτελεσμάτων με εκείνα της συμβατικής μεθόδου εκχύλισης. Επίσης, αξιολογούνται οι λειτουργικές ιδιότητες της ικανότητας συγκράτησης νερού και της δέσμευσης ελαίου των πρωτεϊνικών υπερσυμπυκνωμάτων που λαμβάνονται με τη βοήθεια της νέας τεχνολογίας εκχύλισης. Υπόλειμμα ελαιοκράμβης από τη βιομηχανία χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη και υποβάλλεται σε μία διαδικασία άλεσης προκειμένου να αποκτήσει την επιθυμητή κομμομετρία. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται περαιτέρω απελαίωσή του με πετρελαϊκό αιθέρα, με σκοπό την απομάκρυνση της υπολειπόμενης ποσότητας ελαίου. Η σύσταση της πρώτης ύλης σε υγρασία και υπολειπόμενο έλαιο είναι 8,87% και 3,37% αντίστοιχα, ενώ η περιεκτικότητά της σε πρωτεΐνη είναι 39,50%. Η παραλαβή των πρωτεϊνικών υπερσυμπυκνωμάτων μέσω υδατικής εκχύλισης των πρωτεϊνών και ισοηλεκτρικής τους καταβύθισης πραγματοποιείται με απιονισμένο νερό για χρόνο εκχύλισης 30min, σε θερμοκρασία 50οC και pH=8 και αναλογίες στερεού–υγρού 1/15, 1/20, 1/25. Oι μεγαλύτερες αποδόσεις των πρωτεϊνών παρατηρούνται για αναλογία στερεού–υγρού 1/25, όπου η απόδοση εκχύλισης των πρωτεϊνών είναι 24,64%, η απόδοση καταβύθισης των πρωτεϊνών είναι 15,07% και η ολική απόδοση των πρωτεϊνών είναι 3,94% αντίστοιχα. Αντιθέτως, η μέγιστη περιεκτικότητα των πρωτεϊνικών υπερσυμπυκνωμάτων σε πρωτεΐνη παρατηρείται για αναλογία στερεού–υγρού 1/20 και ισούται με 70,87%. Ο προσδιορισμός των πρωτεϊνών πραγματοποιείται με τη μέθοδο Kjeldhal. Για την παραλαβή των πρωτεϊνικών υπερσυμπυκνωμάτων μέσω εκχύλισης των πρωτεϊνών με τη βοήθεια υπερήχων και ισοηλεκτρικής τους καταβύθισης σχεδιάζονται τρεις πειραματικές σειρές. Στην 1η πειραματική σειρά πραγματοποιείται εκχύλιση των πρωτεϊνών με απιονισμένο νερό σε ισχύ υπερήχων 320W, συχνότητα υπερήχων 37kHz, για χρόνους εκχύλισης 15,20,30min, σε θερμοκρασία 50οC και pH=8 και αναλογίες στερεού–υγρού 1/20, 1/25. Στη 2η πειραματική σειρά πραγματοποιείται εκχύλιση των πρωτεϊνών με απιονισμένο νερό σε ισχύ υπερήχων 320W, συχνότητα υπερήχων 37kHz, για χρόνους εκχύλισης 10,15,20min, σε θερμοκρασία 40οC και pH=8 και αναλογίες στερεού–υγρού 1/15,1/20,1/25. Στην 3η πειραματική σειρά πραγματοποιείται εκχύλιση των πρωτεϊνών με απιονισμένο νερό σε ισχύ υπερήχων 320W, συχνότητα υπερήχων 37kHz, για χρόνους εκχύλισης 10,15,min, σε θερμοκρασία 40οC και pH=9 και αναλογίες στερεού–υγρού 1/20,1/25. Η βέλτιστη τιμή pH εκχύλισης είναι pH=8 και οι μεγαλύτερες αποδόσεις των πρωτεϊνών όπως και η μέγιστη περιεκτικότητα των πρωτεϊνικών υπερσυμπυκνωμάτων σε πρωτεΐνη παρατηρούνται σε θερμοκρασία των 50οC, αναλογία στερεού–υγρού 1/25 και χρόνο εκχύλισης 30min. H απόδοση εκχύλισης των πρωτεϊνών είναι 47,54%, η απόδοση καταβύθισης των πρωτεϊνών είναι 22,04%, η ολική απόδοση των πρωτεϊνών είναι 12,27% και η μέγιστη περιεκτικότητα των πρωτεϊνικών υπερσυμπυκνωμάτων σε πρωτεΐνη είναι 83,94%. Η εκχύλιση των πρωτεϊνών ελαιοκράμβης με τη βοήθεια υπερήχων πραγματοποιείται και με ευτηκτικό διαλύτη κιτρικού οξέος–γλυκερόλης σε θερμοκρασία 50οC, αναλογία στερεού–υγρού 1/25 και χρόνο εκχύλισης 30min, που παρέχει απόδοση εκχύλισης των πρωτεϊνών 50,04%. Ωστόσο δεν παρατηρείται καταβύθιση των πρωτεϊνών. Aπό τη στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων των παραπάνω πειραματικών σειρών, προκύπτει ότι η μεταβολή του χρόνου εκχύλισης από 10min σε 30min έχει μεγαλύτερη επίδραση στις επιμέρους αποδόσεις των σταδίων εκχύλισης και καταβύθισης, ενώ η περιεκτικότητα των υπερσυμπυκνωμάτων σε πρωτεΐνη δεν επηρεάζεται στατιστικά σημαντικά από τις συνθήκες εκχύλισης, όπως η θερμοκρασία, ο χρόνος εκχύλισης, το pH και η αναλογία στερεού-υγρού. Από τη σύγκριση των δύο μεθόδων εκχύλισης (συμβατική εκχύλιση και εκχύλιση με τη βοήθεια υπερήχων), η εκχύλιση των πρωτεϊνών με τη βοήθεια υπερήχων αποδίδει καλύτερα αποτελέσματα σε όλες τις συνθήκες που εξετάζονται. Όσον αφορά τις λειτουργικές ιδιότητες των πρωτεϊνικών υπερσυμπυκνωμάτων ελαιοκράμβης που λαμβάνονται μέσω εκχύλισης με τη βοήθεια υπερήχων και ισοηλεκτρικής καταβύθισης, οι μέσες τιμές της ικανότητας συγκράτησης νερού και της ικανότητας δέσμευσης ελαίου είναι 371,86mLνερού/100gδείγματος και 247,19mLελαίου /100gδείγματος αντίστοιχα. Η ικανότητα συγκράτησης νερού και η ικανότητα δέσμευσης ελαίου δεν επηρεάζονται από την αύξηση της θερμοκρασίας εκχύλισης από 40οC σε 50οC, όσο και τη μεταβολή του χρόνου εκχύλισης από 10min σε 30min. Ωστόσο επηρεάζονται σημαντικά από τη μεταβολή της αναλογίας στερεού–υγρού από 1/15 σε 1/25. Επομένως, για τη βελτίωση της απόδοσης εκχύλισης των πρωτεϊνών ελαιοκράμβης αξίζει να διερευνηθούν και άλλες τεχνικές εκχύλισης που έχουν αναπτυχθεί πρόσφατα, όπως η εκχύλιση με υπερκρίσιμα ρευστά ή με την παρουσία ενζύμων. Παράλληλα,αξίζει να διερευνηθεί περαιτέρω η διαδικασία εκχύλισης των πρωτεϊνών με τη χρήση ευτηκτικών διαλυτών χρησιμοποιώντας άλλες τεχνικές καταβύθισης, όπως είναι η καταβύθιση με τη βοήθεια αλάτων.	el
heal.abstract	The scope of the present diploma thesis is to obtain rapeseed protein isolates, using ultrasound-assisted extraction and isoelectric precipitation as well as comparing the results with the conventional extraction method. Furthermore, the functional properties of the water holding capacity and the oil absorption capacity of the protein isolates obtained using new extraction technology are evaluated. Industrial rapeseed meal is used as raw material and it is subjected to a milling and sieving process to obtain a specific grain size. Subsequently, it is further defatted by extraction using petroleum ether to remove the residual amount of oil. The composition of the raw material in moisture and residual oil is 8,87% and 3,37% respectively, while its protein content is 39,50%. Obtaining protein isolates by aqueous extraction of the proteins and subsequently by isoelectric precipitation is performed using deionized water, for an extraction time of 30 min, at a temperature of 50οC and pH=8 and solid-liquid ratio of 1/15, 1/20, 1/25. The highest protein yields are observed for a solid to liquid ratio of 1/25, where the protein extraction yield is 24,64%, the protein precipitation yield is 15,07% and the total protein yield is 3,94% respectively. In contrast, the maximum protein content of the protein isolates are observed for a solid to liquid ratio of 1/20 and is equal to 70,87%. Determination of protein content was carried out in solid samples by Kjedhal method. In order to obtain protein isolates by ultrasound-assisted extraction of proteins and subsequently by isoelectric precipitation, three set of experiments are planned to study the above. In the first set, protein extraction is performed using deionized water at 320W ultrasound power, ultrasonic frequency 37kHz, for an extraction time of 15,20,30min, at a temperature of 50οC and pH=8 and a solid-liquid ratio of 1/20, 1/25. In the second set, protein extraction is performed using deionized water at 320W ultrasound power, ultrasonic frequency 37kHz, for an extraction time of 10,15,20min, at a temperature of 40οC and pH=8 and a solid-liquid ratio of 1/20, 1/25. In the third set, protein extraction is performed using deionized water at 320W ultrasound power,ultrasonic frequency 37kHz, for an extraction time of 10,15min, at a temperature of 40οC and pH=8 and a solid-liquid ratio of 1/20, 1/25. The optimum value of pH extraction is pH=8 and the highest protein yields as well as the maximum protein content of the protein isolates are observed at a temperature of 50οC, a solid-liquid ratio of 1/25 and for an extraction time of 30min. The protein extraction yield is 47,54%, the protein precipitation yield is 22,04%, the total protein yield 12,27% and the maximum protein content of the protein isolates is 83,94%. Ultrasound-assisted extraction of rapeseed proteins is carried out with a eutectic solvent of citric acid-glycerol at a temperature of 50οC, a solid-liquid ratio 1/25 and for an extraction time of 30min, providing an protein extraction yield of 50,04%. However, no protein precipitation is observed. From the statistical analysis of the results of the above set of experiments, it is found that that the change of the extraction time from 10min to 30min has a greater effect on the yields of the extraction and precipitation stages, while the protein content of the protein isolates is not statistically significantly affected by the extraction conditions, such as temperature, extraction time, pH and solid-liquid ratio. By comparing the two methods (conventional and ultrasound-assisted extraction), ultrasound-assisted extraction shows better results in all the conditions that are examined. As for the functional properties of rapeseed protein isolates obtained by ultrasound-assisted extraction of proteins and subsequently by isoelectric precipitation, the average values of the water holding capacity and the oil absorption capacity are 371,86 mLwater /100gsample and 247,19 mLoil/100gsample respectively. The water holding capacity and the oil absorption capacity are not affected by the increase of the extraction temperature from 40οC to 50οC, as well as the change of the extraction time from 10min to 30min. However, they are significantly affected by the change in the solid-liquid ratio from 1/15 to 1/25. Therefore, in order to improve the extraction yield of rapeseed proteins, it is worth investigating other extraction techniques that have been recently developed, such as supercritical fluid extraction or enzyme-assisted extraction. Furthermore, it is also worth carrying out additional research on the protein extraction process using eutectic solvents and other precipitation techniques, such as salt precipitation.	en
heal.advisorName	Τζιά, Κωνσταντίνα	el
heal.advisorName	Tzia, Constantina	en
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Karantonis, Antonis	en
heal.committeeMemberName	Μαμμά, Διόμη	el
heal.committeeMemberName	Mamma, Diomi	en
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	135 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false