Παραλαβή κλάσματος ακεμαννάνης από A.Vera με χρήση θερμικών και καινοτόμων κατεργασιών: Ενσωμάτωση ακεμαννάνης σε εδώδιμες επικαλυπτικές μεμβράνες για εφαρμογή σε φρούτα.

Μητροπούλου, Γεωργία; Mitropoulou, Georgia

dc.contributor.author	Μητροπούλου, Γεωργία	el
dc.contributor.author	Mitropoulou, Georgia	en
dc.date.accessioned	2023-01-26T12:32:29Z
dc.date.available	2023-01-26T12:32:29Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56945
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24643
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αλόη βέρα	el
dc.subject	Πολυσακχαρίτες	el
dc.subject	Ακεμαννάνη	el
dc.subject	Εδώδιμες μεμβράνες	el
dc.subject	Αλγινικό νάτριο	el
dc.subject	Aloe vera	en
dc.subject	Polysaccharides	en
dc.subject	Acemannan	en
dc.subject	Edible coatings	en
dc.subject	Sodium Alginate	en
dc.title	Παραλαβή κλάσματος ακεμαννάνης από A.Vera με χρήση θερμικών και καινοτόμων κατεργασιών: Ενσωμάτωση ακεμαννάνης σε εδώδιμες επικαλυπτικές μεμβράνες για εφαρμογή σε φρούτα.	el
dc.title	Extraction of the acemannan fraction of A.Vera with the assistance of thermal and innovative treatments: Incorporation of acemannan in edible coatings for fruits application.	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημεία και Τεχνολογία Τροφίμων	el
heal.classification	Food Chemistry and Technology	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-09-27
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την παραλαβή του κλάσματος πολυσακχαριτών και ειδικά της ακεμαννάνης από το παρέγχυμα φύλλων Aloe Vera. Η εφαρμοζόμενη μέθοδος βασίζεται στην παραλαβή ομογενοποιημένου παρεγχύματος απαλλαγμένο από φυτικές ίνες (με χρήση φίλτρου ή φυγοκέντρησης) και καταβύθιση αυτού με οργανικό διαλύτη (αιθανόλη ή μεθανόλη). Περιλαμβάνεται καθαρισμός του ιζήματος με επαναδιαλυτοποίηση σε νερό, διήθηση και λυοφιλίωση, προς παραλαβή ξηρού κλάσματος ακετυλομαννανών. Παράλληλα, μελετάται η επίδραση της κατεργασίας χυμού με ομογενοποίηση υψηλής ταχύτητας, εφαρμογή υπερήχων και υπερυψηλής πίεσης (200 και 400 MPa) όπως και με εφαρμογή ήπιας θερμικής μεθόδου που εφαρμόζεται μεμονωμένα ή συνδυαστικά με τις υπόλοιπες κατεργασίες. Αρχικά, μετρούνται οι φυσικοχημικές ιδιότητες του παρεγχύματος που περιλαμβάνουν τα διαλυτά στερεά, το pH, το δείκτη διάθλασης, το ιξώδες, την ενεργότητα νερού, την υγρασία, την τέφρα, την περιεκτικότητα σε βιταμίνη C, την οξύτητα (%), το χρώμα και την υφή. Για τη σύγκριση των μεθόδων παραλαβής πολυσακχαριτών, προσδιορίζεται η απόδοση σε μάζα ιζήματος από την καταβύθιση ως προς το χυμό. Στον επεξεργασμένο χυμό προσδιορίζονται (ως προς ξηρό βάρος) οι ολικοί πολυσακχαρίτες όπως και στο τελικό κλάσμα ακεμαννάνης, όπου επίσης προσδιορίζεται συγκεκριμένα η ακεμαννάνη με HPLC-UV-Vis. Μέσω σύγκρισης των αποτελεσμάτων, επιλέγεται ως διαλύτης καταβύθισης η καθαρή αιθανόλη και η χρήση φίλτρου για διαχωρισμό των ινών. Βάσει αυτών, πραγματοποιείται στη συνέχεια η κύρια σειρά δειγμάτων, όπου μελετάται η επίδραση των κατεργασιών (εφαρμογή υπερυψηλής πίεσης, υπερήχων, ομογενοποίησης υψηλής ταχύτητας), της θερμοκρασίας (25 ή 40°C) και της κατάστασης των φυτών κατά τη συγκομιδή (1η και 2η συγκομιδή) στην παραλαβή του κλάσματος πολυσακχαριτών. Από τα αποτελέσματα και τη στατιστική επεξεργασία αυτών, προκύπτει σημαντική βελτίωση στην παραλαβή ακεμαννάνης για τις περιπτώσεις όπου πραγματοποιείται κατεργασία χυμού με ομογενοποίηση υψηλής ταχύτητας και με εφαρμογή υπερυψηλής πίεσης (400 MPa), ενώ ως προς τη θερμοκρασία, η θέρμανση ως τους 40°C έχει επίσης θετική επίδραση. Στα αποτελέσματα αποδόσεων μάζας ιζήματος ως προς το ξηρό βάρος χυμού (ξ.β. A.Vera), τα δείγματα με τις αναφερόμενες κατεργασίες παρουσιάζουν σημαντικά αυξημένες τιμές, συγκριτικά με το δείγμα ελέγχου. To ίδιο μοτίβο παρατηρείται και για το περιεχόμενο ολικών πολυσακχαριτών στα δείγματα χυμών και στα τελικά ξηρά κλάσματα πολυσακχαριτών. Για το χυμό, η περιεκτικότητα στο δείγμα ελέγχου προκύπτει 0,293 mg γλυκόζης/mg ξ.β. Α.Vera και μετά από κατεργασία με ομογενοποίηση υψηλής ταχύτητας και με εφαρμογή υπερυψηλής πίεσης 400 MPa στους 40°C, οι περιεκτικότητες αυξάνονται κατά 34% και 39% (0,391 και 0,407 mg γλυκόζης/mg ξ.β. A.Vera, αντίστοιχα). Στο ξηρό προϊόν ακεμαννάνης, η συγκέντρωση πολυσακχαριτών του δείγματος ελέγχου σημειώνεται 0,184 mg γλυκόζης/mg ξ.β. προϊόντος, ενώ για εφαρμογή ομογενοποίησης υψηλής ταχύτητας και υπερυψηλής πίεσης 400MPa στους 40°C, οι τιμές φτάνουν στα 0,315 και 0,331 mg γλυκόζης/mg ξηρού προϊόντος (αύξηση κατά 71% και 80% αντίστοιχα). Τα ίδια προκύπτουν και ως προς το περιεχόμενο ακεμαννάνης στο τελικό προϊόν. Σημαντικά μεγαλύτερο περιεχόμενο κατά 62,93% και 67,65% συγκριτικά με το δείγμα ελέγχου, παρατηρείται στην περίπτωση της ομογενοποίησης υψηλής ταχύτητας και της εφαρμογής υπερυψηλής πίεσης (400 MPa) αντίστοιχα, για τους 40°C. Όλες οι μετρήσεις αναφορικά με τη δεύτερη συγκομιδή προκύπτουν σημαντικά χαμηλότερες από την πρώτη. Οι αλλαγές στην καλλιέργεια και συγκεκριμένα η αλλαγή χώματος και η αύξηση της συχνότητας ποτίσματος επηρεάζουν αρνητικά τα αποτελέσματα. Μετά την παραλαβή των ξηρών κλασμάτων ακετυλομαννανών, επιπλέον στόχος είναι η μελέτη εφαρμογής τους σε εδώδιμες επικαλυπτικές μεμβράνες για ευπαθές φρούτο, τη φράουλα. Η ενσωμάτωση γίνεται σε χαμηλές συγκεντρώσεις, σε διάλυμα αλγινικού νατρίου. Εξετάζονται δύο μεμβράνες, για δύο συγκεντρώσεις πολυσακχαριτών αλόης σε διάλυμα με αλγινικό νάτριο. Διαλύματα αλγινικού νατρίου 2% w/v και ακεμαννάνης 0,7% w/v, αναμιγνύονται σε αναλογίες όγκων 50:50 και 30:70 για να προκύψουν οι υπό εξέταση μεμβράνες. Φράουλες με τις επικαλύψεις αυτές, με επικάλυψη μόνο αλγινικού νατρίου και χωρίς επικάλυψη, συντηρούνται για 15 ημέρες υπό ψύξη (4°C). Αξιολογείται η επίδραση των μεμβρανών στη διατήρηση του φρούτου, μέσω προσδιορισμού μεγεθών σχετικών με την ποιότητα της φράουλας, μετά από δειγματοληψία την 1η, 4η, 8η, 12η και 15η ημέρα. Συγκεκριμένα, στα φρούτα προσδιορίζεται η απώλεια βάρους, η σκληρότητα, τα ολικά διαλυτά στερεά, το pH, η οξύτητα, ο δείκτης αμαύρωσης, το χρώμα, τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά, το περιεχόμενο βιταμίνης C, αντιοξειδωτικών συστατικών, ανθοκυανινών και φαινολικών συστατικών, η ενεργότητα πηκτινομεθυλεστεράσης, πολυφαινολικής οξειδάσης και β-γλυκοζιδάσης όπως και το μικροβιακό φορτίο της ολικής μεσόφιλης χλωρίδας και των ζυμών-μυκήτων. Οι μεμβράνες αλγινικού με ενσωμάτωση κλάσματος ακεμαννάνης στη μέγιστη συγκέντρωση, παρουσιάζουν σημαντικά θετική επίδραση στη διατηρησιμότητα του φρούτου, σε σύγκριση με φρούτα χωρίς επικάλυψη. Ειδικότερα, συνδέονται με περιορισμό της απώλειας βάρους των φρούτων κατά τη συντήρηση, με διατήρηση του pH και της οξύτητας κοντά στα αρχικά επίπεδα, με βελτιωμένο χρώμα φρούτου και με διατήρηση των ευχάριστων οργανοληπτικών χαρακτηριστικών (χρώμα, γεύση, άρωμα, αρέσκεια) για 15 ημέρες. Επιπλέον, οι μεμβράνες αυτές συνδέονται με βελτίωση και διατήρηση στο χρόνο του περιεχομένου βιταμίνης C της φράουλας, με αύξηση της ικανότητας των αντιοξειδωτικών συστατικών και με αυξημένα επίπεδα φαινολικών συστατικών συγκριτικά με τα δείγματα ελέγχου. Όσον αφορά την ενζυμική ανάλυση, με ενσωμάτωση των πολυσακχαριτών αλόης σε μεμβράνες επιτυγχάνεται περιορισμός της ενεργότητας πολυφαινολοξειδάσης και αυξημένη ενεργότητα β-γλυκοζιδάσης κατά τη συντήρηση. Τέλος, για την ολική μεσόφιλη χλωρίδα, στα φρούτα με επικάλυψη με πολυσακχαρίτες αλόης στη μεγαλύτερη συγκέντρωση υπό εξέταση, παρατηρείται ο μικρότερος ρυθμός αύξησης του μικροβιακού φορτίου.	el
heal.abstract	The subject of this study is the extraction of the polysaccharide fraction and especially acemannan, from the A.Vera leaf parenchyma. The applied method is based on the methanolic or ethanolic precipitation using homogenized A.Vera parenchyma whose plant fibers have been separated (by filtration or centrifugation). A purification step is included, in which the precipitate is dissolved in deionized water, filtrated under vacuum and lyophilized, in order to obtain a dry acemannan fraction. The effect of juice treatment using technologies such as high shear homogenization, ultrasound and high pressure (200 and 400 MPa) processing, as well as a mild thermal method applied individually or in combination with the previous treatments, is also being evaluated in parallel. Initially, the physicochemical properties of the leaf parenchyma are measured, including total soluble solids, pH, refractive index, viscosity, water activity, moisture, ash, vitamin C content, acidity (%), color and texture. In order to compare the methods of obtaining aloe polysaccharides, the mass yield of the precipitate in relation to the aloe juice is determined. The polysaccharide content (in terms of dry weight), is also measured for the processed juice and the final polysaccharide fraction while, in the latter, acemannan in particular is determined by HPLC-UV-Vis. Following the comparison of results, pure ethanol is chosen as precipitant and the use of a filter is preferred for fiber separation. These findings are taken into account for the preparation of the main series samples, where the effect of treatments (high pressure processing, ultrasound processing, high shear homogenization), temperature (25 or 40°C) and condition of plants at harvest (1st and 2nd harvest) is studied. A statistical analysis is conducted as well. The results show a significant improvement in the overall process for the samples where juice treatment was carried out by high shear homogenization and application of high pressure (400 MPa), while in terms of temperature, heating up to 40°C also has a positive effect. Regarding the results of precipitate mass yields in terms of dry weight of juice (d.w. A.Vera), the samples with the mentioned treatments show significantly increased values, compared to the control sample.The same pattern occurs for the total polysaccharide content of the treated juice samples and the final dry polysaccharide fractions. The polysaccharide content of the control juice sample, (untreated) is found to be 0.293 mg glucose/mg d.w. A.Vera and after treatment with high shear homogenization and high pressure processing (400 MPa) at 40°C, the contents in these juices increase by 34% and 39% (0,391 and 0,407 mg glucose/mg d.w. A.Vera respectively). Concerning the dry acemannan product, the polysaccharide concentration of the control sample is measured at 0,184 mg glucose/mg d.w., whereas the values for samples treated with high shear homogenization and high pressure processing at 40°C, reach 0,315 and 0,331 mg glucose/mg d.w. (contents increase by 71% and 80% respectively). The determination of acemannan content of the final products leads to corresponding results. A significantly higher content by 62,93% and 67,65% compared to the control sample is observed in the case of high shear homogenization and high pressure processing (400 MPa) respectively, at 40°C. All measurements regarding the second harvest, are found to be significantly lower than the first. Changes in plant cultivation, including the use of different soil and an increased irrigation, affect the results. Upon receiving the dry fractions of acetylmannans, an additional objective is to study their application in edible coatings for a perishable fruit, the strawberry. The incorporation takes place at low concentrations, in a sodium alginate solution. Two coatings are examined, which correspond to two concentrations of aloe polysaccharides in the alginate solution. Sodium alginate solutions 2% w/v and acemannan solutions 0,7% w/v are mixed with volume ratios of 50:50 και 30:70, in order to prepare the films used in further examination. Strawberry samples with these coatings, others coated only with sodium alginate and samples without coating, are preserved for 15 days in cold storage (4°C). The effect of the films on prolonging the storage life of strawberry is evaluated, by determining properties related to the quality of the fruit, after sampling on the 1st, 4th, 8th,12th and 15th day. In particular, weight loss, firmness, total soluble solids, pH, acidity, browning index, color, organoleptic characteristics, the contents of vitamin C, antioxidant compounds, anthocyanins and phenolic compounds, the activities of pectin methylesterase, polyphenol oxidase and β-glucosidase as well as the microbial load of total mesophilic flora and molds- yeasts are measured in every strawberry sample. Edible alginate films with the incorporation of acemannan at the highest examined concentration, show a significant positive effect on fruit storability, compared to uncoated fruits. These coatings are associated with limiting fruit weight loss during storage, maintaining pH and acidity close to the initial levels, improved fruit color and also maintaining pleasant organoleptic characteristics (color, taste, aroma, overall liking) for 15 days. In addition, an improvement of the vitamin C content of strawberries which is maintained during storage, an increase in the scavenging capacity of antioxidant components and increased levels of phenolic components (compared to control samples), are attributed to these coatings. Regarding the enzymatic analysis, by incorporating aloe polysaccharides into edible coatings, a limitation of polyphenol oxidase activity and an increased β-glucosidase activity during storage are achieved. Finally, for the total mesophilic flora, fruits coated with aloe polysaccharides at the highest concentration tested, show the lowest rate of increase of the microbial load.	en
heal.advisorName	Τζιά, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Τζιά, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Μαμμά, Διομή	el
heal.committeeMemberName	Τσακανίκας, Άγγελος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false