Μελέτη ανάκτησης και εγκλεισμού ω-3 λιπαρών από παραπροϊόντα ιχθυηρών

Κοντόπουλος, Ανδρέας; Kontopoulos, Andreas

dc.contributor.author	Κοντόπουλος, Ανδρέας	el
dc.contributor.author	Kontopoulos, Andreas	en
dc.date.accessioned	2023-05-24T07:54:12Z
dc.date.available	2023-05-24T07:54:12Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57762
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25459
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	Εγκλεισμός	el
dc.subject	Εκχύλιση	el
dc.subject	Λαβράκι	el
dc.subject	Ιχθυέλαια	el
dc.subject	Παραπροϊόντα	el
dc.title	Μελέτη ανάκτησης και εγκλεισμού ω-3 λιπαρών από παραπροϊόντα ιχθυηρών	el
dc.title	Study of recovery and encapsulation of omega 3 fatty acids from fish processing side streams	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Τεχνολογία Τροφίμων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-02-21
heal.abstract	Κατά την επεξεργασία των ιχθυηρών παράγονται παραπροϊόντα τα οποία μπορούν να ανέρχονται στο 15% του βάρους του ιχθύος κατά την απεντέρωση ή ακόμα και μέχρι το 70% του βάρους του ιχθύος κατά τη φιλετοποίηση. Ετησίως παράγονται περίπου 9.1 εκατομμύρια τόνοι παραπροϊόντων ψαριών σε παγκόσμιο επίπεδο, ενώ στη χώρα μας ανέρχονται σε 27,5 χιλιάδες τόνους. Τα παραπροϊόντα ιχθύων χρησιμοποιούνται κυρίως για την παραγωγή προϊόντων χαμηλής προστιθέμενης αξίας ή απορρίπτονται. Η εκμετάλλευση των υποπροϊόντων ιχθύων για την παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας όπως είναι το ιχθυέλαιο, συμβάλει στην αντιμετώπιση ενός σημαντικού περιβαλλοντικού προβλήματος και συνεισφέρει στη βιωσιμότητα του τομέα των υδατοκαλλιεργειών, ο οποίος αποτελεί έναν από τους πιο παραγωγικούς τομείς της Ελλάδας. Η Ελλάδα κατέχει περίπου το 24% της ευρωπαϊκής παραγωγής ψαριών με το λαβράκι να αποτελεί ένα από τα κύρια ιχθυηρά που εκτρέφεται στις ελληνικές ιχθυοκαλλιέργειες και το οποίο αντιστοιχεί στο 40% του όγκου της συνολικής παραγωγής της χώρας. Όλα τα προαναφερθέντα σε συνδυασμό με την υψηλή διατροφική αξία του λαβρακιού λόγω της σημαντικής περιεκτικότητάς του σε ω-3 λιπαρά οξέα, οδήγησαν στην επιλογή των παραπροϊόντων απεντέρωσης και φιλετοποίησης λαβρακιού ως πρώτη ύλη για την εκχύλιση ιχθυελαίου. Το ιχθυέλαιο είναι πλούσια πηγή πολυακόρεστων ω-3 λιπαρών οξέων και ιδιαίτερα του εικοσιπεντανοϊκού οξέος (EPA) και του εικοσιδυεξανοϊκού οξέος (DHA) τα οποία αποτελούν τα απαραίτητα για των οργανισμό λιπαρά οξέα. Η προσθήκη αυτών των ω-3 λιπαρών οξέων στην διατροφή έχει συνδεθεί με ευεργετικά αποτελέσματα στην ανθρώπινη υγεία όπως είναι η μείωση του κινδύνου για καρδιαγγειακές παθήσεις, του καρκίνου και του διαβήτη καθώς και η ενίσχυση της λειτουργίας του νευρικού και του ανοσοποιητικού συστήματος. Τα ω-3 λιπαρά οξέα είναι επιρρεπή στην οξείδωση, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε δυσάρεστη γεύση και σε μικρότερη διάρκεια ζωής των προϊόντων στα οποία ενσωματώνονται. Είναι ως εκ τούτου σκόπιμο να προστατευτούν με μεθόδους όπως ο εγκλεισμός. Ο εγκλεισμός είναι η διεργασία σταθεροποίησης βιοδραστικών ενώσεων μέσα από τη δημιουργία ενός σύνθετου συστήματος το οποίο έχει την ικανότητα να κρατάει τις βιολογικές, τις χημικές και τις φυσικές ιδιότητες του συστήματος σταθερές κάτω από φυσιολογικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Μέσω του εγκλεισμού επιτυγχάνεται η προστασία των ευαίσθητων ουσιών έναντι των περιβαλλοντικών συνθηκών, επιτρέπεται η μετατροπή τους σε μορφή στερεού (σκόνης) διευκολύνοντας τη διαχείρισή τους, ενώ επιπλέον είναι δυνατός ο έλεγχος του τρόπου απελευθέρωσής τους κατά την κατανάλωση των τροφίμων. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η κινητική μελέτη της εκχύλισης λιπαρών οξέων από τα παραπροϊόντα φιλετοποίησης και τα παραπροϊόντα απεντέρωσης του λαβρακιού, καθώς και ο εγκλεισμός τους σε διαφορετικά συστήματα εγκλεισμού με στόχο την προστασία τους από τα φαινόμενα οξείδωσης και την κάλυψη ανεπιθύμητων οσμών και γεύσεων. Στο πρώτο τμήμα της διπλωματικής εργασίας έγινε μελέτη της χρήσης διαλυτών διαφορετικής πολικότητας στην εκχύλιση των λιπαρών και συγκεκριμένα εξετάστηκε ένας πολικός (αιθανόλη) κι ένας μη πολικός διαλύτης (εξάνιο). Για τους δύο διαλύτες εκχύλισης, μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας εκχύλισης (Τ=20°C, T=35°C, Τ=50°C), της αναλογίας στερεού/διαλύτη (1/10, 1/30, 1/50) και του χρόνου εκχύλισης στην απόδοση της εκχύλισης και την ανάκτηση λιπαρών. Στο δεύτερο τμήμα της διπλωματικής εργασίας έγινε μελέτη διαφορετικών συστημάτων εγκλεισμού για το ιχθυέλαιο. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η επίδραση του είδους του γαλακτωματοποιητή (Tween 80, Tween 80 / καζεϊνικό νάτριο σε αναλογία 1/1, καζεϊνικό νάτριο), η επίδραση του είδους και της συγκέντρωσης του εγκλειστικού μέσου (μαλτοδεξτρίνη, μίγματα μαλτοδεξτρίνης με 10% κ.β. αραβικό κόμμι και μίγματα μαλτοδεξτρίνης με 1% κ.β. αλγινικό νάτριο) στις ιδιότητες του τελικού προϊόντος εγκλεισμού. Αρχικά, προσδιορίστηκε η σύσταση της πρώτης ύλης του λαβρακιού για την οποία βρέθηκε με τη χρήση της μεθόδου Soxhlet η περιεκτικότητα σε λιπαρά των παραπροϊόντων φιλετοποίησης ίση με 36.2%±1,2% και η περιεκτικότητα σε λιπαρά των παραπροϊόντων απεντέρωσης ίση με 40.8±2.1%. Αντίστοιχα με την μέθοδο Kjeldahl βρέθηκε η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες των παραπροϊόντων φιλετοποίησης ίση με 32.2%±2.8% και η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες των παραπροϊόντων απεντέρωσης ίση με 45.7%±5.4%. Στα λιπαρά οξέα που εκχυλίστηκαν από τα παραπροϊόντα φιλετοποίησης και τα παραπροϊόντα απεντέρωσης του λαβρακιού με αιθανόλη ή εξάνιο, έγινε προσδιορισμός του αριθμού υπεροξειδίων (PV) και του αριθμού π-ανισιδινης (p-AV) με σκοπό τον έλεγχο της οξείδωσης των λιπαρών αμέσως μετά από την εκχύλιση τους. Τόσο ο αριθμός π-ανισιδίνης όσο και ο αριθμός υπεροξειδίων βρίσκονταν εντός των ορίων (20 και 5 meqO2 /kgλπαρού αντίστοιχα) που θέτει ο Codex Alimentarius για τα ιχθυέλαια που προορίζονται για ανθρώπινη κατανάλωση. Ο διαλύτης που χρησιμοποιήθηκε για την εκχύλιση του ιχθυελαίου δεν φάνηκε να επηρέασε την τιμή του αριθμού π-ανισιδίνης ο οποίος ήταν 4.2 για τα παραπροϊόντα φιλετοποίησης και 2.4 για τα παραπροϊόντα απεντέρωσης, ούτε τον αριθμό υπεροξειδίων ο οποίος ήταν 3 meqO2 /kgλπαρού για τα παραπροϊόντα φιλετοποίησης και 2.9 meqO2 /kgλπαρού για τα παραπροϊόντα απεντέρωσης για την εκχύλιση με αιθανόλη. Για την κινητική μελέτη της εκχύλισης των λιπαρών οξέων, έλαβε χώρα συμβατική εκχύλιση με την προσθήκη αιθανόλης ή εξανίου σε κατάλληλη αναλογία στερεού προς διαλύτη και για τη ζητούμενη θερμοκρασία σε κάθε συνθήκη που μελετήθηκε. Από τα πειραματικά δεδομένα εκχύλισης, παρατηρήθηκε ότι η απόδοση της εκχύλισης αυξήθηκε πολύ γρήγορα στα πρώτα 5 min της εκχύλισης στα οποία πραγματοποιείται το στάδιο της έκπλυσης, ενώ στα επόμενα 5 min παρουσιάζεται μια έντονη μείωση στον ρυθμό εκχύλισης καθώς η διεργασία έχει περάσει στο στάδιο της διάχυσης. Από τα 10 min μέχρι τα 30 min, παρατηρήθηκαν μόνο μικρές διαφορές στην απόδοση καθώς φαίνεται ότι ο διαλύτης έχει ήδη παραλάβει την μέγιστη δυνατή ποσότητα εκχυλίσματος. Τα πειραματικά σημεία προσαρμόστηκαν στο μοντέλο μεταφοράς μάζας Yt=Ymax(1-e^(-kt)) όπου ο συντελεστής k αντιστοιχεί στο ρυθμό ανάκτησης των λιπαρών και ο συντελεστής Υmax αντιστοιχεί στη μέγιστη απόδοση ανάκτησης λιπαρών. Η προσαρμογή του μοντέλου στα πειραματικά μοντέλα ήταν πολύ καλή με τον συντελεστή προσαρμογής να κυμαίνεται από 0.97 μέχρι και 0.99. Η απόδοση της εκχύλισης των λιπαρών οξέων από τα παραπροϊόντα του λαβρακιού με αιθανόλη ή εξάνιο μελετήθηκε σε σύγκριση με την θερμοκρασία εκχύλισης, σε θερμοκρασίες Τ=20°C, T=35°C, Τ=50°C για όλες τις αναλογίες στερεού/διαλύτη (1/10, 1/30, 1/50). Από τα πειραματικά αποτελέσματα παρατηρήθηκε αύξηση της μέγιστης απόδοσης με την αύξηση της θερμοκρασίας από 0.7% μέχρι και 12.9% για την εκχύλιση με εξάνιο και αύξηση της μέγιστης απόδοσης από 7.4% μέχρι και 26.6% για την εκχύλιση με αιθανόλη. Η αιθανόλη εμφάνισε μεγαλύτερη επίδραση της θερμοκρασίας σε σχέση με το εξάνιο τόσο για την εκχύλιση λιπαρών από τα παραπροϊόντα φιλετοποίησης, όσο και για την εκχύλιση λιπαρών από τα παραπροϊόντα απεντέρωσης. Επιπλέον εξετάστηκε η επίδραση της αναλογίας στερεού/διαλύτη στην μέγιστη απόδοση της εκχύλισης για αναλογίες 1/10, 1/30, 1/50 για όλες τις θερμοκρασίες (Τ=20°C, T=35°C, Τ=50°C) και παρατηρήθηκε μια έντονη αύξηση για μεταβολή της αναλογίας από 1/10 σε 1/50 της τάξης του 23.6% μέχρι και 37.6% για την εκχύλιση με εξάνιο, ενώ η αιθανόλη εμφάνισε ακόμα πιο έντονη αύξηση της τάξης του 31.6% μέχρι και 67.2%. Όσον αφορά την επίδραση της πολικότητας του διαλύτη στην μέγιστη απόδοση της εκχύλισης λιπαρών, παρατηρήθηκε ότι ο πολικός διαλύτης, δηλαδή η αιθανόλη, πέτυχε μεγαλύτερη ανάκτηση λιπαρών από τα παραπροϊόντα απεντέρωσης, ίση με 88.5% για αναλογία 1/50 και θερμοκρασία Τ=20°C σε σύγκριση με τον μη πολικό διαλύτη ο οποίος είχε απόδοση μόνο 65.5% στις ίδιες συνθήκες. Αντιθέτως, ο μη πολικός διαλύτης δηλαδή το εξάνιο έχει καλύτερα αποτελέσματα για την εκχύλιση λιπαρών από τα παραπροϊόντα φιλετοποίησης, ίση με 99.3% για αναλογία 1/50 και θερμοκρασία Τ=20°C σε σχέση με τον πολικό διαλύτη που είχε 73.4% απόδοση στις ίδιες συνθήκες. Επομένως, παρατηρήθηκε ότι η αιθανόλη, η οποία αποτελεί έναν πράσινο διαλύτη εκχύλισης, θα μπορούσε να αξιοποιηθεί ως εναλλακτικός διαλύτης για την εκχύλιση λιπαρών ιδιαίτερα από τα παραπροϊόντα απεντέρωσης ιχθυηρών στα οποία ανακτήθηκε το σύνολο των περιεχόμενων λιπαρών ύστερα από εκχύλιση στους 50°C, για αναλογία στερεού προς διαλύτη 1/30 και ύστερα από 10 min εκχύλισης. Αντίστοιχα, η χρήση της αιθανόλης πέτυχε ανάκτηση ίση με το 91.5% των συνολικών λιπαρών από τα παραπροϊόντα της φιλετοποίησης για αναλογία 1/50 και θερμοκρασία 35°C. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε προσδιορισμός της σύστασης των εκχυλισμένων λιπαρών οξέων με αέρια χρωματογραφία με σκοπό να βρεθεί η επίδραση του διαλύτη στα ποσοστα σε κορεσμένα (SFA), μονοακόρεστα (MUFA) και πολυακόρεστα (PUFA) λιπαρά οξέα καθώς και στα ποσοστά σε ω-3 λιπαρά οξέα. Για τα παραπροϊόντα της απεντέρωσης, το ποσοστό των MUFA κυμάνθηκε από 45.3% έως 49.2% και των PUFA κυμάνθηκε από 21.5% έως 23.7% ανάλογα με το διαλύτη εκχύλισης, ενώ τα αντίστοιχα εκχυλίσματα από τα παραπροϊόντα της φιλετοποίησης ήταν από 45% έως 45.8% για τα MUFA και από 26.7% έως 28% PUFA. Τα ω-3 λιπαρά οξέα που εκχυλίζονται από τα παραπροϊόντα του λαβρακιού ήταν κυρίως το DHA και το EPA και κυμαίνονταν από 9% μέχρι και 9.2% για τα παραπροϊόντα απεντέρωσης και από 9.4% μέχρι 11.3% για τα παραπροϊόντα φιλετοποίησης. Άλλα σημαντικά λιπαρά οξέα που ανακτήθηκαν σε μεγάλες συγκεντρώσεις ήταν το ελαϊκό οξύ (C18:1), το παλμιτικό οξύ (C16:0) και το λινελαϊκό οξύ (C18:2). Τα αποτελέσματα της ανάλυσης διακύμανσης ANOVA έδειξαν ότι ο διαλύτης δεν επηρεάζει στατιστικά σημαντικά τη σύσταση των λιπαρών του ιχθυελαίου. Ωστόσο, στην περίπτωση των εκχυλισμάτων από τα παραπροϊόντα της απεντέρωσης, η χρήση της αιθανόλης οδήγησε σε υψηλότερες συγκεντρώσεις λιπαρών οξέων (εκφρασμένα σε mg/gεκχυλίσματος), δηλαδή έδωσε πιο καθαρά εκχυλίσματα σε σύγκριση με αυτά που προέκυψαν με το εξάνιο. Για τον μικροεγκλεισμό των λιπαρών οξέων, μία από τις παραμέτρους που μελετήθηκε ήταν η επίδραση της σύστασης του γαλακτώματος που λειτούργησε ως φορέας εγκλεισμού στην απόδοση εγκλεισμού. Αρχικά, εξετάστηκε η επίδραση του είδους του γαλακτωματοποιητή με τη χρήση ενός μη-ιονικού γαλακτωματοποιητή (Tween 80), μιας πρωτεΐνης (καζεϊνικό νάτριο) και του μείγματος τους (Tween 80 / καζεϊνικό νάτριο σε αναλογία 1:1), σε γαλακτώματα που επίσης περιείχαν μόνο μαλτοδεξτρίνη ως σταθεροποιητή σε συγκεντρώσεις έως 30% κ.β.. Παρατηρήθηκε ότι το καζεϊνικό νάτριο ως γαλακτωματοποιήτης εμφάνισε την καλύτερη απόδοση εγκλεισμού, η οποία ήταν ίση με 64%, ενώ το μίγμα Tween 80 / Καζεϊνικό νάτριο εμφάνισε μόλις 32% απόδοση και το γαλάκτωμα με σκέτο Tween 80 μόνο 21% απόδοση για τα δείγματα με 30% κ.β. μαλτοδεξτρίνη. Λόγω των χαμηλών τιμών απόδοσης εγκλεισμού που υπολογίστηκαν, καθώς και την εμφανή παρουσία λιπαρής ύλης στην επιφάνεια των τελικών εγκλεισμένων προϊόντων (σκόνη), αποφασίστηκε ότι η σκέτη μαλτοδεξτρίνη δεν μπορούσε να δημιουργήσει ικανοποιητικά εγκλεισμένα προϊόντα (σκόνη ιχθυελαίου) και για αυτό έγινε προσθήκη δυο σταθεροποιητών: του αραβικού κόμμεος ή του αλγινικού νατρίου σε συγκεντρώσεις 10% και 1% κ.β., αντίστοιχα. Τα καινούργια γαλακτώματα που παρασκευάστηκαν με 30% κ.β μαλτοδεξτρίνη και αραβικό κόμμι ή αλγινικό νάτριο εμφάνισαν τις καλύτερες αποδόσεις εγκλεισμού για όλους τους γαλακτωματοποιητές, με την καλύτερη απόδοση να εμφανίζεται ξανά με τη χρήση του καζεϊνικού νατρίου, τα δείγματα οδήγησαν σε 83.6% απόδοση εγκλεισμού με την προσθήκη αραβικού κόμμεος και 79% απόδοση εγκλεισμού με την προσθήκη αλγινικού νατρίου. Βάσει των αποτελεσμάτων της ανάλυσης διακύμανσης ANOVA προκύπτει ότι τα δυο εγκλειστικά μέσα δεν εμφάνισαν μεταξύ τους στατιστικά σημαντικές διαφορές και για αυτό μπορούν να χρησιμοποιηθούν εξίσου για να επιτευχθεί ένας ικανοποιητικός εγκλεισμός ω-3 λιπαρών οξέων σε σκόνη. Στα γαλακτώματα που περιείχαν αραβικό κόμμι ή αλγινικό νάτριο, ακολούθησε μελέτη για την επίδραση του ποσοστού μαλτοδεξτρίνης στην απόδοση εγκλεισμού για συγκεντρώσεις οι οποίες κυμάνθηκαν από 0% μέχρι και 30% κ.β. Η μείωση της μαλτοδεξτρίνης από 30% σε 0% οδήγησε σε μείωση της απόδοσης κατά 15% για τα γαλακτώματα με καζεϊνικό νάτριο και αραβικό κόμμι και 22% για τα γαλακτώματα με καζεϊνικό νάτριο και αλγινικό νάτριο. Αντίστοιχα η μείωση της μαλτοδεξτρίνης από 30% σε 0% οδήγησε σε μείωση της απόδοσης κατά 12.7% για τα γαλακτώματα με Tween 80 και αραβικό κόμμι και 11.9% για τα γαλακτώματα με Tween 80 και αλγινικό νάτριο. Η μείωση της απόδοσης, όμως, για μεταβολή από 30% σε 10% μαλτοδεξτρίνη ήταν ίση με 6.25% για τα γαλακτώματα με καζεϊνικό νάτριο και αραβικό κόμμι και 8.4% για τα γαλακτώματα με καζεϊνικό νάτριο και αλγινικό νάτριο. Μάλιστα ο έλεγχος Duncan έδειξε ότι τα ποσοστά 30%, 20% και 10% σε μαλτοδεξτρίνη μπορούν να ομαδοποιηθούν, καθώς δεν εμφανίζουν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ τους. Στα γαλακτώματα που παρασκευάστηκαν με πρόσθετο αλγινικό νάτριο ή αραβικό κόμμι προσδιορίστηκαν επιπλέον και οι παράμετροι a, b και L του χρώματος, με την παράμετρο a να παίρνει τιμές από -0.4 έως και -1.9, η παράμετρος b να παίρνει τιμές από 2.3 μέχρι 8.4 και η παράμετρος L πήρε τιμές από 45.5 μέχρι 88.6. Τα αποτελέσματα του χρώματος δεν έδειξαν να εμφανίζουν κάποια συσχέτιση με το είδος του γαλακτωματοποιητή, εμφάνισαν όμως συσχέτιση με την ποσότητα της μαλτοδεξτρίνης. Πιο συγκεκριμένα, η αύξηση της μαλτοδεξτρίνης από 0% σε 30% οδήγησε σε αύξηση της παραμέτρου L, δηλαδή σε αύξηση της φωτεινότητας των δειγμάτων, αύξηση της παραμέτρου a και μείωση της παραμέτρου b, ο οποίος σχετίζεται με το κίτρινο χρώμα των δειγμάτων. Τέλος, έγινε και προσδιορισμός της ενεργότητας του τελικού προϊόντος εγκλεισμού, καθώς η μεγάλη ποσότητα υγρασίας σε ένα εγκλεισμένο ιχθυέλαιο μπορεί να οδηγήσει στην οξείδωση του ελαίου. Η ενεργότητα είχε τιμές από 0.2 έως και 0.4, με τα γαλακτώματα που έχουν αραβικό κόμμι να εμφανίζουν γενικά μικρότερη ενεργότητα σε σύγκριση με αυτά που είχαν αλγινικό νάτριο ως σταθεροποιητή. Συμπερασματικά, από το πρώτο μέρος της μελέτης αποδείχθηκε ότι ο πράσινος διαλύτης, δηλαδή η αιθανόλη, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένας εναλλακτικός διαλύτης για την συμβατική εκχύλιση λιπαρών από τα παραπροϊόντα του λαβρακιού, ενώ από το δεύτερο τμήμα αποδείχθηκε ότι ένα σύστημα εγκλεισμού το οποίο περιλαμβάνει καζεϊνικό νάτριο ως γαλακτωματοποιητή μαζί με μαλτοδεξτρίνη και αραβικό κόμμι ή αλγινικό νάτριο ως εγκλειστικό μέσο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον αποτελεσματικό εγκλεισμό των ω-3 λιπαρών.	el
heal.abstract	The increasing consumption of fish products and the expansion of fish processing are resulting in high quantities of side streams and it is estimated that approximately, 9.1 million tons of fish by-products are produced annually, worldwide, while in Greece, this amount is equal to 27.5 thousand tons per year. The main fish processing includes evisceration which produces by-products up to 15% of the initial weight, and fileting in which the leftovers can be up to 70% of the initial catch weight. Fish by-products are mainly discarded or used to produce low value-added products such as animal feed or fertilizers. The valorization of fish side streams for the recovery of high added value products such as omega-3 fatty acids and proteins, contributes to minimizing a significant environmental problem and to the sustainability of the aquaculture, which is one of the most productive industry sectors in Greece. Greek aquaculture contributes about 24% of total European fish production and European sea bass (Dicentrarchus labrax) is one of the main farmed species in Greece corresponding to 40% of the country's total production volume. Taking into consideration all the aforementioned reasons and the high nutritional value of sea bass due to its significant content of omega-3 fatty acids, sea bass by-products from evisceration and fileting were selected as raw materials for lipid extraction. Fish oil is a rich source of polyunsaturated omega-3 fatty acids and especially eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) which are the essential fatty acids for humans. The addition of these omega-3 fatty acids on the human diet has correlated with many benefits on human health such as reducing the risk of cardiovascular disease, cancer and diabetes as well as ensuring the proper functioning of the nervous and immune systems. Omega-3 fatty acids are prone to oxidation, which can lead to unpleasant taste, thus they should be protected by the method of encapsulation before they are used in other applications. Encapsulation is the process of stabilizing bioactive compounds through the creation of a complex system that has the ability to keep the biological, chemical and physical properties of the system stable. Through the encapsulation method, sensitive substances can be protected against environmental conditions (pH, temperature, light, etc.), can be easily stored and handled, and also they can easily be used as an ingredient in a food product. The scope of this thesis was the kinetic study of the fatty acids extraction from the sea bass fileting and evisceration by-products, as well as their encapsulation in different encapsulation matrix in order to protect them from oxidation and to mask unpleasant smell and taste. In the first part of this study, the kinetic study of lipid extraction from the side streams was studied. More precisely, the effect of different solvents, specifically, a polar (ethanol) and a non-polar solvent (hexane), temperature (T=20°C, T=35°C, T=50°C), solid to solvent ratio (1/10, 1/30, 1/50) and time of extraction on recovery of lipids was evaluated. In the second part of this study, the composition of the emulsion and the type and concentration of matrix were examined and evaluated in terms of encapsulation yield. In particular, the examined emulsifiers were Tween 80, sodium caseinate and a mixture of Tween 80 and sodium caseinate in a ratio of 1/1 , the wall materials were maltodextrin, maltodextrin with 10% w/w gum Arabic or maltodextrin with 1% w/w sodium alginate and the concentration of maltodextrin ranged from 0% to 30% w/w. Initially, the fat and protein content of the raw material was evaluated using the Soxhlet and the Kjeldahl method, respectively. The fat content was equal to 36.2%±1.2% and 40.8±2.1% for the fileting and evisceration by-products, respectively. The corresponding protein content was estimated to be 32.2%±2.8% and 45.7%±5.4%, respectively. For the fatty acids extracted from the fileting and the evisceration sea bass side streams with ethanol or hexane as solvent, the peroxide value (PV) and the p-anisidine value (p-AV) were determined in order to evaluate the primary and secondary oxidation products of the extracted fish oil. Both p-anisidine and peroxide values were within the limits (20 and 5 meqO2 /kg respectively) set by the Codex Alimentarius for fish oils intended for human consumption. The solvent used for fish oil extraction did not seem to affect the value of p-anisidine value which was 4.2 for fileting by-products and 2. 4 for the defatting by-products, nor the peroxide number which was 3 meqO2/kg for the fileting by-products and 2.9 meqO2/kg for the defatting by-products for the ethanol extraction. For the kinetic study of fatty acids extraction, a conventional extraction was performed with ethanol or hexane in different solid-to-solvent ratio (1/10, 1/30 and 1/50) at 25, 30 and 50°C. It was observed that the extraction yield intensively increased the first 5 min of extraction in which the washing stage took place, while in the next 5 min the extraction rate decreased as the extraction passed to the diffusion stage. After the first 10 min of extraction, no significant differences were observed regarding the extraction yield as it seems that the solvent recovered all the available extracted fish oil and the process reached equilibrium. The experimental data were fit to the mass transfer model Yt=Ymax(1-e^(-kt)), whereas coefficient k corresponds to the extraction rate and the coefficient Ymax corresponds to the maximum fat recovery yield. The experimental data showed a very good fit to the mass transfer model providing high coefficients of determination (R²) ranging from 0.97 to 0.99 at all the examined conditions. Regarding the effect of temperature of extraction, the effect of temperature was more prominent when ethanol was used as solvent for both by-products (fileting or evisceration). More precisely, it was observed an increase in maximum recovery (Ymax) up to 12.9% for hexane extraction and up to 26.6% for ethanol. In terms of the effect of solid to solvent ratio, it was observed that as ratio increased from 1/10 to 1/50, the maximum yield increased from 23.6% to 37.6% for hexane extraction, while ethanol showed an even more pronounced increase of 31.6% up to 67.2%. Regarding the effect of the polarity of the solvent on the maximum recovery yield of omega-3 fatty acids, it was observed that the polar solvent, i.e. ethanol, achieved greater fish oil recovery from the evisceration by-products, equal to 88.5% for a ratio of 1/50 at 20°C compared to the non-polar solvent (65.5%) under the same conditions. However, hexane presented higher extraction yields in case of the fileting by-products, equal to 99.3% at a ratio of 1/50 at 20°C compared to recovery of the polar solvent (ethanol) which had a 73.4% recovery under the same conditions. However, the use of ethanol achieved recovery equal to 91.5% from the by-products of fileting for a ratio of 1/50 at 35°C. Therefore, it was observed that ethanol, which is a green extraction solvent, could be used as an alternative solvent for the extraction of omega-3 fatty acids in particular from fish by-products. Furthermore, the fatty acid composition of extracted fish oil was determined by gas chromatography in order to determine the effect of the solvent on the percentages of saturated (SFA), monounsaturated (MUFA) and polyunsaturated (PUFA) fatty acids as well as on omega-3 fatty acids. In case of the evisceration by-products, the percentage of MUFA ranged from 45.3% to 49.2% and of PUFA ranged from 21.5% to 23.7% depending on the extraction solvent, while the corresponding extracts from the by-products of fileting were from 45% to 45.8% for MUFA and from 26.7% to 28% for PUFA. The omega-3 fatty acids extracted from the sea bass by-products were mainly DHA and EPA and ranged from 9% to 9.2% for the by-products of evisceration and from 9.4% to 11.3% for the by-products of fileting. Other important fatty acids recovered in high concentrations were oleic acid (C18:1), palmitic acid (C16:0) and linoleic acid (C18:2). The analysis of variance (ANOVA) showed that the solvent does not statistically significant affect the fatty acids profile of fish oil. However, it was observed that the use of ethanol led to higher concentrations of fatty acids (expressed in mg/g extract) in the case of evisceration by-products compared to hexane showing that this extract contained less impurities. Following the extraction, the extracted fatty acids were encapsulated and dried using a freeze-drier apparatus and the effect of the composition of the emulsion, the type and the concentration of wall material were evaluated. Firstly, emulsions with 30% wt maltodextrin as wall material and three different emulsifiers; a non-ionic (Tween 80), a protein (sodium caseinate) and their mixture at a ratio of 1:1 were evaluated in terms of encapsulation yield. It was observed that sodium caseinate showed the highest encapsulation yield, which was equal to 64%, while Tween 80/sodium caseinate exhibited 32% encapsulation yield and emulsions with Tween 80 only 21%. Due to the low encapsulation yields, as well as the apparent presence of fish oil on the surface of the final encapsulated products (powder), it was decided to examine mixture of maltodextrin with a polysaccharide and/or a gum in order to increase the encapsulation yield. Therefore, gum Arabic (10% wt) or sodium alginate (1% wt) were added to the maltodextrin mixtures (0-30% wt). Powders with 30% wt maltodextrin and gum Arabic or sodium alginate showed satisfactory encapsulation yields for all the examined emulsifiers, with the highest yield exhibited by the samples with sodium caseinate as emulsifier, 83.6% for gum Arabic and 79% for sodium alginate. Based on the results of the analysis of variance (ANOVA) , it appeared that the two wall materials did not show any statistically significant difference between them and can therefore be used equally to achieve satisfactory encapsulation yield. Regarding the concentration of maltodextrin in the mixture of wall material, it was observed that the reduction of concentration from 30% to 0% led to a decrease in yield by 15% for powders with sodium caseinate and gum Arabic and 22% for those with sodium caseinate and sodium alginate. Τhe reduction of concentration from 30% to 0% led to a decrease in yield by 12.7% for powders with Tween 80 and gum Arabic and 11.9% for those with Tween 80 and sodium alginate. The reduction of encapsulation yield, however, it is not so significant when the maltodextrin concentration decreased from 30% to 10%; encapsulation reduction 6.25% for powders with sodium caseinate and gum Arabic and 8.4% for those with sodium caseinate and sodium alginate. In fact, Duncan's test showed that the percentages of 30%, 20% and 10% in maltodextrin can be grouped, as they do not show statistical differences between them. Moreover, the color parameters (L, a and b) and the water activity of the final encapsulated products (powders) with sodium alginate or gum Arabic, were measured. The values of parameter a ranged from -0.4 to -1.9, from 2.3 to 8.4 for parameter b and from 45.5 to 88.6 for parameter L. The analysis of variance (ANOVA), did not show any correlation between the type of emulsifier and the color parameters, but showed a correlation with the concentration of maltodextrin. In particular, increasing the concentration from 0% to 30% the L and a parameter increased while the parameter b decreased. An increase of parameter L highlights an increase in the brightness of the samples, while an increase in parameter a and a decrease in parameter b, are related to the yellow color of the samples. Finally, the water activity of powders was determined, as water activity is strongly linked with oil oxidation. The water activity ranged from 0.2 to 0.4 inclusive, with powders with gum Arabic generally showing lower water activity compared to those with sodium alginate as a stabilizer. In conclusion, from the first part of the study it was shown that the green solvent ethanol can be used as an alternative solvent for conventional fat extraction from sea bass by-products, while from the second part it was shown that sodium caseinate together with maltodextrin and gum arabic or sodium alginate can be used for effective encapsulation of omega-3 fatty acids.	en
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Γιαννακούρου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Τσόπελας, Φώτιος	el
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	142 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false