Παραγωγή εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών με χρήση βιοπολυμερών: Μελέτη ιδιοτήτων και εφαρμογή σε ενεργό συσκευασία τροφίμων

Μπιζύμης, Άγγελος-Παναγιώτης; Bizymis, Angelos-Panagiotis

dc.contributor.author	Μπιζύμης, Άγγελος-Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Bizymis, Angelos-Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2024-02-07T10:36:28Z
dc.date.available	2024-02-07T10:36:28Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58803
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26499
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	Εδώδιμες επικαλυπτικές μεμβράνες	el
dc.subject	Νανοϋλικά	el
dc.subject	Βιοπολυμερή	el
dc.subject	Συντήρηση τροφίμων	el
dc.subject	Ενεργός συσκευασία	el
dc.subject	Edible films and coatings	en
dc.subject	Nanomaterials	en
dc.subject	Biopolymers	en
dc.subject	Food preservation	en
dc.subject	Active packaging	en
dc.title	Παραγωγή εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών με χρήση βιοπολυμερών: Μελέτη ιδιοτήτων και εφαρμογή σε ενεργό συσκευασία τροφίμων	el
dc.title	Production of edible films/coatings using biopolymers: Study of their properties and use in active food packaging	en
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Χημεία και τεχνολογία τροφίμων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-11-22
heal.abstract	Ως εδώδιμες επικαλυπτικές μεμβράνες ορίζονται (i) οι αποτελούμενες από εδώδιμα υλικά λεπτές στρώσεις που παρασκευάζονται για την επικάλυψη τροφίμων ή τοποθετούνται μεταξύ των συστατικών τους (εδώδιμες μεμβράνες) και (ii) τα υλικά συσκευασίας προερχόμενα από φυσικά πολυμερή, τα οποία εφαρμόζονται στα τρόφιμα κυρίως με ψεκασμό ή εμβάπτιση (εδώδιμες επικαλύψεις). Και στις δύο περιπτώσεις καταναλώνονται μαζί με το τρόφιμο και έχουν ως στόχο να το προστατέψουν από παράγοντες αλλοίωσης, να βελτιώσουν τα χαρακτηριστικά του και να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής του. Μέσω των εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών είναι δυνατό επίσης να προστεθούν στα τρόφιμα ορισμένες επιπλέον δράσεις, π.χ. με την ενσωμάτωση σε αυτές ενός αντιοξειδωτικού ή αντιμικροβιακού παράγοντα. Για τη διασφάλιση της αποτελεσματικότητας των εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών, απαραίτητη προϋπόθεση αποτελεί η επιλογή των κατάλληλων συστατικών, στις καλύτερες αναλογίες, σε συνδυασμό με την ενδεδειγμένη μέθοδο παρασκευής και εφαρμογής στο προϊόν. Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι να συνεισφέρει στην εξέλιξη της τεχνολογίας συντήρησης τροφίμων μέσω της δημιουργίας καινοτόμων σύνθετων εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών που θα βοηθούν στη συντήρηση των τροφίμων, προσφέροντάς τους ταυτόχρονα στοιχεία τα οποία δεν διέθεταν προηγουμένως. Η μελέτη, πέραν της παρασκευής και εφαρμογής των νέων σύνθετων και λειτουργικών εδώδιμων μεμβρανών ως ενεργή συσκευασία σε επιλεγμένα τρόφιμα, επεκτείνεται στη διεξοδική διερεύνηση των ιδιοτήτων τους και στον προσδιορισμό των βέλτιστων αναλογιών των συστατικών τους, ξεκινώντας από τις ιδιότητες των διαλυμάτων από τα οποία σχηματίζονται. Στο πλαίσιο της διατριβής, μελετήθηκαν αρχικά απλές εδώδιμες μεμβράνες χιτοζάνης (CH) σε τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις (1, 1,5 και 2% w/v), με ή χωρίς τη χρήση υπερήχων (HPU) στα διαλύματα από τα οποία προκύπτουν, ώστε αφενός να προσδιοριστεί η καταλληλότερη συγκέντρωση CH για ακόλουθη χρήση σε σύνθετες εδώδιμες μεμβράνες, αφετέρου να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα της χρήσης των HPU. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η συγκέντρωση της CH επηρέασε όλες τις ιδιότητες αλλά και την ευκολία χρήσης των διαλυμάτων της, αφού όσο αυξανόταν η συγκέντρωση τόσο αυξανόταν το ιξώδες (από 111,58 mPa·s στη μικρότερη συγκέντρωση σε 639,18 mPa·s στη μεγαλύτερη). Η μικρότερη συγκέντρωση CH (1% w/v) διευκόλυνε την επίστρωση, λόγω του χαμηλότερου ιξώδους του διαλύματος, και δημιούργησε εδώδιμες μεμβράνες λεπτότερες, από 0,06 mm στη μεγαλύτερη συγκέντρωση σε 0,04 mm στη μικρότερη (μεμβράνες κάτω των 0,25 mm θεωρούνται γενικά λεπτές), πιο ανοιχτόχρωμες και με μεγαλύτερη διαφάνεια (από 0,845 Abs·mm-1 στη μεγαλύτερη συγκέντρωση σε 0,969 Abs·mm-1 στη μικρότερη). Από την άλλη πλευρά, η μεγαλύτερη συγκέντρωση (2% w/v) δημιούργησε εδώδιμες μεμβράνες με υψηλότερη μηχανική αντοχή και καλύτερες ιδιότητες φραγμού έναντι του οξυγόνου (3,50·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1 έναντι 3,79·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1, δηλαδή κατά 8% μικρότερη διαπερατότητα σε σχέση με τη CH 1% w/v) και των υδρατμών (3,92·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1 έναντι 4,29·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1, δηλαδή κατά 9% μικρότερη διαπερατότητα σε σχέση με τη CH 1% w/v). Συνολικά όμως εκτιμήθηκε ότι η συγκέντρωση 1% w/v υπερείχε των άλλων δύο συγκεντρώσεων και ως εκ τούτου επιλέχθηκε για τα επόμενα στάδια. Όσον αφορά τη χρήση των HPU, διαπιστώθηκε ότι μέσω της προκαλούμενης απαέρωσης αυξήθηκε η ομοιογένεια των διαλυμάτων, με συνέπεια την αύξηση της ομοιογένειας των σχηματιζόμενων εδώδιμων μεμβρανών και την αποφυγή της δημιουργίας φυσαλίδων. Ακολούθως διερευνήθηκε η επίδραση της προσθήκης νανοκρυσταλλικής κυτταρίνης (CNC) ή β-κυκλοδεξτρίνης (CD) στα διαλύματα CH 1% w/w (σε αναλογίες 75/25, 50/50 και 25/75 και για τις δύο περιπτώσεις). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, οι περισσότερες ιδιότητες τόσο των εδώδιμων μεμβρανών CH/CNC όσο και των CH/CD βελτιώθηκαν. Το ιξώδες των διαλυμάτων μειώθηκε έως και 50% (από 167,34 mPa·s σε 90,67 έως 54,83 mPa·s), ενώ η επιφανειακή τάση παρέμεινε υψηλή ακόμη και στα ανώτερα επίπεδα προσθήκης CNC ή CD. Βελτιώθηκαν ακόμη οι ιδιότητες διαπερατότητας/φραγμού των τελικών μεμβρανών. Ιδιαίτερα η CD μείωσε την OP κατά περισσότερο από 50% ενώ η CNC τη μείωσε κατά περισσότερο από 30%. Όσον αφορά τη WVP, η μείωση ήταν κατά 20% με τη CD και κατά 6% με τη CNC. Και τα δύο υλικά συνέβαλαν επίσης στη βελτίωση των οπτικών ιδιοτήτων, με συγκρίσιμα αποτελέσματα. Από την άλλη πλευρά, η προσθήκη CNC ή CD υποβάθμισε ελαφρώς αλλά όχι σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών (δύναμη θραύσης από 23,94 N σε 21,71 N στην περίπτωση CH/CNC 50/50 και σε 20,90 N στην περίπτωση CH/CD 50/50). Και για τα δύο υλικά, η αναλογία 50/50 με CH έδωσε τα καλύτερα συνολικά αποτελέσματα. Στο επόμενο στάδιο διενεργήθηκε σύγκριση μεταξύ των βασικών υλικών CH σε αναλογία 1% w/v και υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης (HPMC) στην ίδια αναλογία. Επίσης διερευνήθηκε η προσθήκη CNC ή CD στα διαλύματα HPMC σε διάφορες αναλογίες. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε μελέτη τριαδικών μειγμάτων CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD, στο πλαίσιο της διερεύνησης καινοτόμων συνδυασμών υλικών. Η HPMC σχημάτισε λεπτές μεμβράνες (0,04 mm), με υψηλή διαφάνεια, χαμηλή διαπερατότητα (OP: 1,98·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1 και WVP: 1,84·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1, έναντι OP: 2,99·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1 και WVP: 2,20·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1 των μεμβρανών CH) και αρκετά υψηλή μηχανική αντοχή. Οι μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών CH ήταν ωστόσο ανώτερες από εκείνες των HPMC, προφανώς λόγω της υψηλής μηχανικής αντοχής της CH (δύναμη θραύσης 23,94 Ν για τις μεμβράνες CH, έναντι 14,29 Ν για τις HPMC). Η προσθήκη της CNC, όπως και της CD, βελτίωσε τις περισσότερες ιδιότητες των μεμβρανών με βασικό υλικό CH, όπως και αυτών με βασικό υλικό HPMC. Συγκεκριμένα, μειώθηκαν η OP και η WVP (η μείωση της OP έφτασε το 38% και της WVP το 36%, σε σχέση με τις αντίστοιχες απλές μεμβράνες), ενώ οι οπτικές ιδιότητες παρουσίασαν επίσης βελτίωση. Ενδεικτικά, μειώθηκαν οι τιμές του δείκτη κίτρινου χρώματος (YI) και αυξήθηκε η διαφάνεια (π.χ. για αναλογία 50-25-25, ο YI μειώθηκε από το 3,55 της απλής μεμβράνης CH στο 3,16 της αντίστοιχης σύνθετης και από το 3,10 της απλής μεμβράνης HPMC στο 1,86 της αντίστοιχης σύνθετης). Η προσθήκη CNC και CD προκάλεσε μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων των μεμβρανών (π.χ. στην περίπτωση 50-37,5-12,5, η δύναμη θραύσης μειώθηκε σε σχέση με τα απλά δείγματα από 23,94 N σε 19,31 N στις μεμβράνες CH-CNC-CD και από 14,29 N σε 13,44 N στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD). Ιδιαίτερα μειωμένη μηχανική αντοχή παρουσιάστηκε στις σύνθετες μεμβράνες HPMC με 25% αναλογία της CD, πιθανόν λόγω των μη ισχυρών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μορίων HPMC και CD (η δύναμη θραύσης μειώθηκε στα 7,77 N). Τέλος, στα διαλύματα με βασικό υλικό CH η προσθήκη CNC και CD μείωσε το ιξώδες, υποστηρίζοντας έτσι τη διαδικασία επικάλυψης. Όμως στα διαλύματα με βασικό υλικό HPMC, σε μεγάλες αναλογίες CD το ιξώδες έγινε τόσο χαμηλό (έφτασε το 2,18 mPa·s) που δεν επέτρεψε να σχηματιστούν αποδεκτές ή ομοιογενείς μεμβράνες. Ειδικότερα, το ελάχιστο ιξώδες για τον σχηματισμό αποδεκτής εδώδιμης μεμβράνης HPMC-CNC-CD προσδιορίστηκε στα 2,40 mPa·s που αντιστοιχούσε στην αναλογία 50-17,5-32,5 και το ελάχιστο ιξώδες για τον σχηματισμό ομοιογενούς μεμβράνης προσδιορίστηκε στα 2,94 mPa·s που αντιστοιχούσε στην αναλογία 50-30-20. Σε συνέχεια των παραπάνω διερευνήθηκε άλλο ένα βασικό υλικό, η πουλλουλάνη (P), σε σύγκριση με τη CH και την HPMC. Η σύγκριση πραγματοποιήθηκε τόσο στα απλά δείγματα P όσο και στα τριαδικά P-CNC-CD. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι στις ιδιότητες των διαλυμάτων και των τελικών εδώδιμων μεμβρανών, σε αρκετές περιπτώσεις η P είχε ανάλογη συμπεριφορά με την HPMC. Συγκεκριμένα, η P δημιούργησε εδώδιμες μεμβράνες αρκετά διαφανείς, με μικρό πάχος (0,02 mm), μικρότερο αυτού των δύο άλλων βασικών υλικών, και χαμηλές τιμές διαπερατότητας (OP: 2,15·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1 και WVP: 2,06·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1), ανάλογες των εδώδιμων μεμβρανών HPMC. Με την προσθήκη των CNC και CD οι ιδιότητες διαπερατότητας βελτιώθηκαν περαιτέρω (η μείωση της OP έφτασε στο 28% και της WVP το 30%, σε σχέση με τις αντίστοιχες απλές μεμβράνες). Επίσης μειώθηκαν οι τιμές του δείκτη κίτρινου χρώματος (YI) και αυξήθηκε η διαφάνεια, ειδικά με την αύξηση της αναλογίας CD (στη συγκέντρωση CD 37,5%, ο YI μειώθηκε από το 2,98 της απλής μεμβράνης P στο 1,77 της αντίστοιχης σύνθετης). Η P δημιούργησε ακόμη διαλύματα με υψηλή επιφανειακή τάση και χαμηλό ιξώδες (1,27 mPa·s), χαμηλότερο μάλιστα από το ιξώδες των διαλυμάτων HPMC. Ειδικότερα, για τον σχηματισμό τόσο μίας αποδεκτής όσο και μίας ομοιογενούς εδώδιμης μεμβράνης P-CNC-CD, το ελάχιστο ιξώδες προσδιορίστηκε στα 1,45 mPa·s, που αντιστοιχούσε στην αναλογία 50-25-25. Τέλος, οι μεμβράνες με βασικό υλικό την P υστερούσαν σημαντικά έναντι των άλλων δύο ειδών στη μηχανική αντοχή (δύναμη θραύσης 4,25 Ν), της οποίας περαιτέρω μείωση επέφερε η προσθήκη των CNC και CD (μείωση κατά 68% της δύναμης θραύσης, από 4,25 N σε 1,34 N στην περίπτωση 50-25-25). Λόγω της μειωμένης μηχανικής αντοχής των μεμβρανών με βασικό υλικό P, επιλέχθηκε η μη συνέχιση της διερεύνησής τους στα επόμενα στάδια της διατριβής. Ακολούθησε η ενσωμάτωση βιοενεργών συστατικών στις τριαδικές εδώδιμες μεμβράνες CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD, αναλογίας 50-37,5-12,5, με στόχο την επιπλέον βελτίωση των υπαρχουσών αλλά και την προθήκη νέων ιδιοτήτων σε αυτές. Σε όλες τις περιπτώσεις η ενσωμάτωση αφορούσε τρεις διαφορετικές αναλογίες (5, 10 και 15% v/v). Σε πρώτη φάση διερευνήθηκε η βελτίωση των ιδιοτήτων διαπερατότητας/φραγμού μετά την ενσωμάτωση νανογαλακτώματος με βάση το πυρηνέλαιο (NE) στα μείγματα CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το NE μπορεί όντως να βελτιώσει την OP και τη WVP. Μάλιστα, όσο αυξανόταν η ποσότητα του NE τόσο μειωνόταν η OP και η WVP (για ενσωμάτωση 15% v/v NE, στις μεμβράνες CH-CNC-CD επιτεύχθηκε μείωση της OP και της WVP κατά 46%, ενώ στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD επιτεύχθηκε μείωση της OP κατά 35% και της WVP κατά 34%). Ως προς τις άλλες ιδιότητες, το NE μείωσε το χρώμα στις τελικές εδώδιμες μεμβράνες (για ενσωμάτωση 15% v/v NE, ο δείκτης χρώματος C* μειώθηκε στις μεμβράνες CH-CNC-CD από 1,41 σε 0,36 και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD από 1,41 σε 0,20), όμως μείωσε και τη μηχανική τους αντοχή (για ενσωμάτωση 15% v/v NE, παρατηρήθηκε μείωση της δύναμης θραύσης στις μεμβράνες CH-CNC-CD κατά 63%, από 19,31 N σε 7,12 N, και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD κατά 75%, από 13,44 N σε 3,31 N, σε σχέση με τα δείγματα χωρίς ενσωμάτωση NE) με συνέπεια να είναι πιο επιρρεπείς στη θραύση. Ακόμη, επέφερε αύξηση του πάχους των τελικών μεμβρανών (για ενσωμάτωση 15% v/v NE, επήλθε αύξηση του πάχους στις μεμβράνες CH-CNC-CD από 0,04 mm σε 0,06 mm και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD από 0,03 mm σε 0,04 mm). Επίσης οδήγησε σε μείωση της επιφανειακής τάσης των διαλυμάτων και σε αύξηση του ιξώδους, με το ιξώδες των διαλυμάτων HPMC να παραμένει πάντως πολύ χαμηλότερο από αυτό των CH (για ενσωμάτωση 15% v/v NE, αύξηση από 3,27 mPa·s σε 10,54 mPa·s στην περίπτωση HPMC-CNC-CD και από 35,83 mPa·s σε 85,04 mPa·s στην περίπτωση CH-CNC-CD). Ωστόσο, οι παραπάνω αρνητικές μεταβολές δεν έφθασαν σε τέτοια επίπεδα ώστε να θεωρούνται αποτρεπτικές. Στη συνέχεια ενσωματώθηκε καφεΐνη (C) στις τριαδικές εδώδιμες μεμβράνες CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD, με στόχο την ενίσχυση της αντιοξειδωτικής τους δράσης. Και εδώ επιτεύχθηκε ο σκοπός της ενσωμάτωσης, αφού αύξησε σημαντικά την αντιοξειδωτική δράση και στα δύο είδη μεμβρανών (για ενσωμάτωση 15% v/v C, η αύξηση ξεπέρασε το 88% στις μεμβράνες CH-CNC-CD και το 81% στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD). Η ενσωμάτωση της C λειτούργησε θετικά και σε άλλες ιδιότητες, καθώς μείωσε το πάχος των τελικών μεμβρανών (για ενσωμάτωση 15% v/v C, επιτεύχθηκε μείωση του πάχους στις μεμβράνες CH-CNC-CD από 0,04 mm σε 0,02 mm και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD από 0,03 mm σε 0,02 mm), το χρώμα (για ενσωμάτωση 15% v/v C, επιτεύχθηκε μείωση του C* στις μεμβράνες CH-CNC-CD από 1,41 σε 0,63 και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD από 1,41 σε 0,62) αλλά και τις τιμές OP και WVP (για ενσωμάτωση 15% v/v C, στις μεμβράνες CH-CNC-CD επιτεύχθηκε μείωση της OP κατά 37% και της WVP κατά 39%, ενώ στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD επιτεύχθηκε μείωση της OP κατά 28% και της WVP κατά 21%). Επίσης, με την ενσωμάτωση C, οι μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών CH-CNC-CD παρέμειναν στα ίδια επίπεδα, ενώ των HPMC-CNC-CD παρουσίασαν σχετική βελτίωση. Ενδεικτικά, στις HPMC-CNC-CD μεμβράνες, για ενσωμάτωση 15% v/v C, η δύναμη θραύσης αυξήθηκε από 13,44 N σε 18,67 N. Τέλος, για ενσωμάτωση 15% v/v, η C αύξησε το ιξώδες στο διάλυμα HPMC-CNC-CD (από 3,27 mPa·s σε 14,54 mPa·s), χωρίς όμως να δυσχεραίνει τον σχηματισμό μεμβράνης, αλλά το μείωσε στο CH-CNC-CD (από 35,83 mPa·s σε 13,08 mPa·s). Το τρίτο συστατικό που ενσωματώθηκε στις τριαδικές μεμβράνες ήταν τα νανοσωματίδια αργύρου (AgNPs), με στόχο την ενίσχυση της αντιμικροβιακής τους δράσης. Η προσθήκη AgNPs έφερε εντυπωσιακά αποτελέσματα στην αντιμικροβιακή τους δράση έναντι του βακτηρίου E. coli, με περισσότερο από 96% μείωση της μικροβιακής ανάπτυξης του συγκεκριμένου βακτηρίου σε όλες τις περιπτώσεις (με προσθήκη μόνο 5% v/v AgNPs η μείωση έφτασε το 96,01% στις μεμβράνες CH-CNC-CD και το 99,99% στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD, ενώ με 10% v/v AgNPs έφτασε το 99,99% και στις μεμβράνες CH-CNC-CD). Επίσης, μετά την ενσωμάτωση AgNPs σχηματίστηκαν μεμβράνες με μικρότερο πάχος (για ενσωμάτωση 15% v/v AgNPs, παρατηρήθηκε μείωση του πάχους στις μεμβράνες CH-CNC-CD από 0,04 mm σε 0,01 mm και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD από 0,03 mm σε 0,01 mm), μικρότερη ένταση χρώματος (για ενσωμάτωση 15% v/v AgNPs, επιτεύχθηκε μείωση του C* στις μεμβράνες CH-CNC-CD από 1,41 σε 0,86 και στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD από 1,41 σε 0,42) και σημαντικά χαμηλότερες τιμές OP και WVP (για ενσωμάτωση 15% v/v AgNPs, στις μεμβράνες CH-CNC-CD επιτεύχθηκε μείωση της OP κατά 40% και της WVP κατά 58%, ενώ στις μεμβράνες HPMC-CNC-CD επιτεύχθηκε μείωση της OP κατά 38% και της WVP κατά 57%). Με την προσθήκη AgNPs, οι μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών παρέμειναν γενικά στα ίδια επίπεδα. Τέλος, για ενσωμάτωση 15% v/v, τα AgNPs αύξησαν το ιξώδες στο διάλυμα HPMC-CNC-CD (από 3,27 mPa·s σε 5,18 mPa·s), χωρίς όμως να δυσχεραίνουν τον σχηματισμό μεμβράνης, αλλά το μείωσαν στο CH-CNC-CD (από 35,83 mPa·s σε 13,99 mPa·s). Τα τρία τελευταία στάδια της διατριβής αφορούσαν την εφαρμογή των τριαδικών εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD (αναλογίας 50-37,5-12,5), με ενσωμάτωση (5% και 15% v/v) ή χωρίς ενσωμάτωση NE ή C ή AgNPs, με σκοπό την επιβεβαίωση της αποτελεσματικότητάς τους στη διατήρηση συγκεκριμένων τροφίμων. Αρχικά εξετάστηκε η συμβολή των τριαδικών επικαλυπτικών μεμβρανών CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD, με ή χωρίς ενσωμάτωση NE, στην ψυχρή (0oC) διατήρηση φραουλών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι εδώδιμες επικαλύψεις, και ιδιαίτερα αυτές με ενσωμάτωση NE, καθυστέρησαν τη διαδικασία της αναπνοής των φραουλών, αφού η κατανάλωση της ποσότητας του O2 και η αντίστοιχη αύξηση της ποσότητας του CO2 στη συσκευασία επιβραδύνθηκαν (τη 10η ημέρα, στα τυφλά δείγματα η ποσότητα του O2 είχε μηδενιστεί και του CO2 ήταν άνω του 28%, ενώ την ίδια ημέρα, στα επικαλυμμένα δείγματα με ενσωμάτωση NE η ποσότητα του O2 ήταν άνω του 7% και του CO2 μεταξύ 17 και 21%). Επίσης, ιδιαίτερα οι επικαλύψεις με ενσωμάτωση NE, μείωσαν τις απώλειες υγρασίας των φραουλών, διατηρώντας την υγρασία νωπής βάσης (Mw) αυτών πάνω από 90% ακόμη και τη 14η ημέρα αποθήκευσης (ενώ την ίδια ημέρα η Mw των τυφλών δειγμάτων είχε μειωθεί στο 86% από το 93% που ήταν την 1η ημέρα αποθήκευσης). Όσον αφορά τις υπόλοιπες παραμέτρους που μελετήθηκαν (απώλεια βάρους, διαφορά χρώματος και σκληρότητα), οι εδώδιμες επικαλύψεις λειτούργησαν θετικά σε όλες. Τα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD έδειξαν μάλιστα υψηλότερες τιμές σκληρότητας (με τιμή άνω των 3 N ακόμη και τη 14η ημέρα) από αυτά με επικάλυψη HPMC-CNC-CD (σε όλο το διάστημα αποθήκευσης υπερτερούσαν κατά 0,20 Ν έως 0,60 Ν), το οποίο αποδίδεται στη μεγαλύτερη μηχανική αντοχή της CH έναντι της HPMC. Η δράση των εδώδιμων επικαλύψεων στη σκληρότητα μειώθηκε όμως από το NE, παραμένοντας ωστόσο σε υψηλότερα επίπεδα έναντι των τυφλών δειγμάτων (με τιμή άνω του 1,50 N σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα, έναντι του 1,25 N των τυφλών δειγμάτων την ίδια ημέρα). Πάντως, με την προσθήκη του NE η απώλεια βάρους μειώθηκε περαιτέρω (στα επικαλυμμένα δείγματα διατηρήθηκε κάτω του 0,80% σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα, ενώ στα τυφλά δείγματα είχε φθάσει κοντά στο 1,60% την ίδια ημέρα), όπως μειώθηκε και η διαφορά χρώματος (στα επικαλυμμένα δείγματα η διαφορά χρώματος διατηρήθηκε κάτω του 5 σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα, ενώ στα τυφλά δείγματα ήταν μεγαλύτερη κατά 5 μονάδες έναντι των επικαλυμμένων την ίδια ημέρα). Στην επόμενη φάση μελετήθηκε η εφαρμογή των τριαδικών επικαλυπτικών εδώδιμων μεμβρανών CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD σε αβοκάντο, με ή χωρίς ενσωμάτωση C, με στόχο, πέραν της ψυχρής (0oC) διατήρησης, τη διερεύνηση της αντιοξειδωτικής δράσης των συγκεκριμένων μεμβρανών. Τα αποτελέσματα πιστοποίησαν τη συμβολή των εδώδιμων επικαλύψεων, και ιδιαίτερα αυτών με ενσωμάτωση C, στην προστασία των τροφίμων από την οξείδωση. Μάλιστα με την ενσωμάτωση 15% v/v C, ο αριθμός των υπεροξειδίων (PV) παρέμεινε στα ίδια επίπεδα σε όλη τη διάρκεια αποθήκευσης (περίπου 14 meqO2/kg λιπαρού). Όσον αφορά τις υπόλοιπες παραμέτρους που μελετήθηκαν, οι εδώδιμες επικαλύψεις, με ή χωρίς ενσωμάτωση C, βοήθησαν γενικά στη διατήρηση τόσο του χρώματος των δειγμάτων (με τιμή της διαφοράς χρώματος από 3 και κάτω σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα, ενώ στα τυφλά δείγματα η τιμή ήταν σχεδόν 11 την ίδια ημέρα) όσο και της σκληρότητας (πάνω από 12 N σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα, έναντι των 10 N των τυφλών δειγμάτων την ίδια ημέρα). Τα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD έδειξαν και πάλι υψηλότερες τιμές σκληρότητας από αυτά με επικάλυψη HPMC-CNC-CD (σε κάποιες περιπτώσεις η διαφορά πλησίασε τα 3 N). Στον έλεγχο της απώλειας βάρους όμως, οι εδώδιμες επικαλύψεις χωρίς ενσωμάτωση C έφεραν μη ικανοποιητικά αποτελέσματα (την 7η ημέρα, η απώλεια βάρους στα επικαλυμμένα δείγματα είχε φθάσει άνω του 0,80%, ενώ στα τυφλά δείγματα βρισκόταν κάτω του 0,60%). Ωστόσο, η προσθήκη της C διόρθωσε αρκετά τα αποτελέσματα στις τρεις από τις τέσσερις περιπτώσεις ενσωμάτωσης, ιδιαίτερα όσο πλησίαζε ο τελικός χρόνος αποθήκευσης. Συγκεκριμένα, τη 14η ημέρα, με εξαίρεση την περίπτωση HPMC-CNC-CD με ενσωμάτωση 5% v/v C που δεν έφερε ουσιαστική βελτίωση, η απώλεια βάρους στα υπόλοιπα επικαλυμμένα δείγματα με ενσωμάτωση C ήταν γύρω στο 1,40%, όπως και στα τυφλά δείγματα, ενώ στα επικαλυμμένα δείγματα χωρίς ενσωμάτωση C είχε φθάσει 1,70% και άνω). Στο τελευταίο στάδιο της διατριβής μελετήθηκε η αντιμικροβιακή δράση των τριαδικών σύνθετων επικαλυπτικών μεμβρανών CH-CNC-CD και HPMC-CNC-CD, με ή χωρίς ενσωμάτωση AgNPs, σε κεράσια, καθώς η πρόσληψη διαφόρων ουσιών στην επιφάνεια των φρούτων αυτών αυξάνει το μικροβιακό τους φορτίο και κατά συνέπεια υποβαθμίζει την ποιότητά τους. Στον έλεγχο του ολικού μικροβιακού φορτίου, η επίδραση όλων των επικαλύψεων ήταν θετική, με τις HPMC-CNC-CD (6,60 log CFU/g τη 14η ημέρα) να υπερέχουν των CH-CNC-CD (6,67 log CFU/g τη 14η ημέρα). Ειδικότερα, η προσθήκη των AgNPs διατήρησε το ολικό μικροβιακό φορτίο σε αξιοσημείωτα χαμηλά επίπεδα, λόγω της αντιμικροβιακής τους δράσης (π.χ. τη 14η ημέρα, με ενσωμάτωση 5% v/v AgNPs το ολικό μικροβιακό φορτίο ήταν 6,35 log CFU/g στα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD και 6,08 log CFU/g στα δείγματα με επικάλυψη HPMC-CNC-CD, ενώ με ενσωμάτωση 15% v/v AgNPs ήταν 6,11 log CFU/g και 6,06 log CFU/g αντίστοιχα, έναντι 6,84 log CFU/g των τυφλών δειγμάτων). Επιπλέον, σε όλες τις φάσεις τα τυφλά δείγματα εμφάνισαν τουλάχιστον 5 μονάδες μεγαλύτερη διαφορά χρώματος από τα επικαλυμμένα δείγματα, με την ενσωμάτωση AgNPs να δίνει τις πιο χαμηλές τιμές (κάτω του 4 σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα). Οι εδώδιμες επικαλύψεις βοήθησαν επίσης στη διατήρηση της σκληρότητας των κερασιών. Τα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD έδειξαν και πάλι υψηλότερες τιμές σκληρότητας από αυτά με HPMC-CNC-CD (τη 14η ημέρα, πάνω από 12 N με επικάλυψη CH-CNC-CD και λίγο κάτω από 11 N με HPMC-CNC-CD), όπως ήταν αναμενόμενο. Αν και η προσθήκη των AgNPs επέφερε μείωση της δράσης των επικαλύψεων σε αυτήν την ιδιότητα, οι τιμές της διατηρήθηκαν σε υψηλότερα επίπεδα (πάνω από 10 N σε όλες τις περιπτώσεις, ακόμη και τη 14η ημέρα) έναντι των τυφλών δειγμάτων (κάτω από 9 N, τη 14η ημέρα). Κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης οι τιμές της απώλειας βάρους παρέμειναν γενικά χαμηλές, λόγω της προστασίας που παρέχεται στα κεράσια από τον φλοιό τους. Συγκριτικά όμως, τα επικαλυμμένα δείγματα χωρίς AgNPs έφεραν μη ικανοποιητικά αποτελέσματα (είτε αύξησαν την απώλεια βάρους είτε την άφησαν στα ίδια περίπου επίπεδα, π.χ. την 7η ημέρα η τιμή της ήταν 0,12% στα τυφλά δείγματα, 0,16% στα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD και 0,13% στα δείγματα με επικάλυψη HPMC-CNC-CD, και τη 14η ημέρα ήταν 0,23% στα τυφλά δείγματα, 0,23% στα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD και 0,21% στα δείγματα με επικάλυψη HPMC-CNC-CD), τα οποία βελτίωσε όμως η ενσωμάτωση των AgNPs σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις (π.χ. για την ενσωμάτωση 15% v/v AgNPs, την 7η ημέρα ήταν 0,08% στα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD και 0,11% στα δείγματα με επικάλυψη HPMC-CNC-CD, και τη 14η ημέρα ήταν 0,21% στα δείγματα με επικάλυψη CH-CNC-CD και 0,18% στα δείγματα με επικάλυψη HPMC-CNC-CD). Συμπερασματικά, η παρούσα διδακτορική διατριβή ανέδειξε τα σημαντικά οφέλη της σύγχρονης τεχνολογίας των εδώδιμων επικαλυπτικών μεμβρανών στη διατηρησιμότητα των τροφίμων και διερεύνησε διάφορους συνδυασμούς υλικών και εναλλακτικές μεθόδους (με ή χωρίς HPU) για τη δημιουργία τους. Κατά τη διάρκεια της έρευνας προέκυψαν αξιοσημείωτα και ενθαρρυντικά αποτελέσματα, αναδείχθηκαν καινοτόμοι συνδυασμοί συστατικών σε τριαδικές σύνθετες εδώδιμες μεμβράνες και προτάθηκε η ενσωμάτωση σύγχρονων βιοενεργών υλικών και συστατικών που δεν είχαν ακόμα διερευνηθεί επαρκώς στον τομέα αυτό για την ανάπτυξη λειτουργικών επικαλυπτικών μεμβρανών και τη χρήση τους ως ενεργή συσκευασία στα τρόφιμα, ειδικά σε φρούτα. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη και εμπλουτίζονται συνεχώς άφθονες ερευνητικές δυνατότητες, δεδομένου του ευρύτατου πεδίου εφαρμογής και του διαρκώς αυξανόμενου ενδιαφέροντος της επιστημονικής κοινότητας αλλά και των ίδιων των καταναλωτών.	el
heal.abstract	Edible films/coatings are defined as (i) thin layers made of edible materials that are prepared to coat foods or placed between their components (edible films) and (ii) packaging materials derived from natural polymers, which are applied to foods mainly by spraying or immersion (edible coatings). In both cases, they are consumed together with the food and aim to protect it from spoilage factors, improve its characteristics and extend its shelf life. Through the edible films/coatings, it is also possible to add certain additional activities to the food, e.g., by incorporating into them an antioxidant or antimicrobial agent. To ensure the effectiveness of edible films/coatings, a necessary condition is the selection of the appropriate ingredients, in the appropriate proportions, in combination with the suitable method of preparation and application to the product. The purpose of this thesis is to contribute to the evolution of food preservation technology via the creation of innovative composite edible films/coatings that will help preserve food, while offering them elements that were not previously available. The study, beyond the preparation and application of the new composite and functional edible films as active packaging of selected foods, extends to the thorough investigation of their properties and the determination of the optimal ratios of their components, starting from the properties of the solutions from which they are formed. In the context of the thesis, plain edible chitosan (CH) films were initially studied in three different concentrations (1, 1.5 and 2% w/v), with or without the use of high power ultrasounds (HPU) in the solutions from which they would be obtained, so that on the one hand to determine the most suitable CH concentration for subsequent use in composite edible films, on the other hand to evaluate the efficiency of the use of HPUs. According to the results, the concentration of CH affected all properties but also the ease of use of its solutions, since the higher the concentration, the higher the viscosity (from 111.58 mPa·s at the lowest concentration to 639.18 mPa·s at the highest). The lower CH concentration (1% w/v) facilitated coating, due to the lower viscosity of the solution, and produced thinner, from 0.06 mm at the highest concentration to 0.04 mm at the lowest (films below 0.25 mm are generally considered thin), lighter and more transparent (from 0.845 Abs·mm-1 at the highest concentration to 0.969 Abs·mm-1 at the lowest) edible films. On the other hand, the higher concentration (2% w/v) produced edible films with higher mechanical strength and better barrier properties against oxygen (3.50·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1 against 3.79·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1, i.e. by 8% lower permeability compared to CH 1% w/v) and water vapor (3.92·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1 against 4.29·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1, namely by 9% lower permeability compared to CH 1% w/v). Overall, however, it was estimated that the 1% w/v concentration was superior to the other two concentrations and was therefore chosen for the next stages. Regarding the use of HPUs, it was found that, as a result of the induced degassing, the homogeneity of the solutions increased, consequently increasing the homogeneity of the formed edible films and avoiding the formation of bubbles. Subsequently, the effect of adding nanocrystalline cellulose (CNC) or β-cyclodextrin (CD) to 1% w/w CH solutions (in ratios of 75/25, 50/50 and 25/75 for both cases) was investigated. According to the results, most properties of both CH/CNC and CH/CD edible films were improved. The viscosity of the solutions was reduced by up to 50% (from 167.34 mPa·s to 90.67 - 54.83 mPa·s) while the surface tension remained high even at higher CNC or CD addition levels. The permeability/barrier properties of the final films were also improved. In particular, CD reduced OP by more than 50% while CNC reduced it by more than 30%. Regarding WVP, the reduction was 20% with CD and 6% with CNC. Both materials also contributed to the improvement of the optical properties, with comparable results. On the other hand, the addition of CNC or CD slightly, but not significantly, degraded the mechanical properties of the films (breaking force from 23.94 N to 21.71 N in the CH/CNC 50/50 case and to 20.90 N in the CH/CD 50/50 case). For both materials, a 50/50 ratio with CH gave the best overall results. In the next step, a comparison was made between the basic materials CH at 1% w/v and hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) at the same ratio. The addition of CNC or CD to the HPMC solutions at various ratios was also investigated. In addition, a study of CH-CNC-CD and HPMC-CNC-CD ternary mixtures was carried out, in the context of the investigation of innovative material combinations. HPMC formed thin films (0,04 mm), with high transparency, low permeability (OP: 1.98·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1 and WVP: 1.84·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1, against OP: 2.99·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1 and WVP: 2.20·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1 of CH films) and fairly high mechanical strength. The mechanical properties of CH films were however superior to those of HPMC, apparently due to the high mechanical strength of CH (breaking force of 23.94 N in CH films, against 14.29 N in those of HPMC). The addition of CNC, as well as CD, improved most of the properties of CH-based as well as HPMC-based films. Specifically, OP and WVP decreased (the decrease reached 38% for OP and 36% for WVP, compared to corresponding plain films), while the optical properties also showed an improvement. Indicatively, the yellow index (YI) values decreased and the transparency increased (e.g. at a 50-25-25 ratio, YI decreased from 3.55 for the plain CH film to 3.16 for the corresponding composite one and from 3.10 for the plain HPMC film to 1.86 for the corresponding composite one).The addition of CNC and CD caused a decrease in the mechanical properties of the films (e.g., in the case of 50-37.5-12.5, breaking force decreased relative to the plain samples from 23.94 N to 19.31 N in the CH-CNC-CD films and from 14.29 N to 13.44 N in the HPMC-CNC-CD films). Particularly reduced mechanical strength was shown in the HPMC composite films with 25% ratio of CD, probably due to the weak interactions between HPMC and CD molecules (breaking force decreased to 7.77 N). Finally, in the CH-based solutions the addition of CNC and CD reduced the viscosity, thus supporting the coating process. But in the HPMC-based solutions, at high CD ratios the viscosity became so low (it reached 2.18 mPa·s) that it did not allow acceptable or homogeneous films to be formed. In particular, the minimum viscosity to form an acceptable HPMC-CNC-CD edible film was determined to be 2.40 mPa·s which corresponded to a ratio of 50-17.5-32.5, and the minimum viscosity to form a homogeneous HPMC-CNC-CD edible film was determined to be 2.94 mPa·s which corresponded to the 50-30-20 ratio. Following the above, another basic material, pullulan (P), was investigated in comparison to CH and HPMC. The comparison was carried out for both, plain P samples and ternary P-CNC-CD samples. The results showed that in the properties of the solutions and the final edible films, in several cases P behaved similarly to HPMC. Specifically, P created edible films quite transparent, with small thickness (0.02 mm), smaller than that of the other two basic materials, and low permeability values (OP: 2.15·10-12 g·s-1·Pa-1·m-1 and WVP: 2.06·10-9 g·s-1·Pa-1·m-1), comparable to those of the HPMC films. With the addition of CNC and CD the permeability properties were further improved (the reduction reached 28% for OP and 30% for WVP, compared to the corresponding plain films). Also, yellow index (YI) values decreased and transparency increased, especially with increasing CD ratio (at 37.5% CD ratio, YI decreased from 2.98 for the plain P film to 1.77 for the corresponding composite one). Furthermore, P produced solutions with high surface tension and low viscosity (1.27 mPa·s), even lower than the viscosity of HPMC solutions. In particular, to form both an acceptable and a homogeneous P-CNC-CD edible film, the minimum viscosity was determined to be 1.45 mPa·s, which corresponded to a 50-25-25 ratio. Finally, compared to the other two types of films, the P-based films were significantly behind in mechanical strength (breaking force: 4.25 Ν), which was further reduced by the addition of CNC and CD (breaking force reduction by 68%, from 4.25 N to 1.34 N in the 50-25-25 case). Due to the reduced mechanical strength of the P-based films, it was chosen not to continue their investigation in the next stages of the thesis. The incorporation of bioactive components into the CH-CNC-CD and HPMC-CNC-CD ternary edible films (of 50-37.5-12.5 ratios) followed, with the aim of further improving their existing properties, as well as adding new properties to them. In all cases the incorporation involved three different ratios (5, 10 and 15% v/v). In the first phase, the improvement of the permeability/barrier properties was investigated, after the incorporation of pomace oil-based nanoemulsion (NE) into the CH-CNC-CD and HPMC-CNC-CD mixtures. The results showed that NE can indeed improve OP and WVP. In fact, as the amount of NE increased, so did OP and WVP decrease (for 15% v/v NE incorporation, in CH-CNC-CD films reduction by 46% was achieved for OP as well as WVP, while in HPMC-CNC-CD films the reduction reached 35% for OP and 34% for WVP). In terms of other properties, NE reduced the color in the final edible films (for 15% v/v NE incorporation, the reduction of C* was from 1.41 to 0.36 in CH-CNC-CD films, and from 1.41 to 0.20 in HPMC-CNC-CD films), but also reduced their mechanical strength (for 15% v/v NE incorporation, the decrease of breaking force was by 63% in CH-CNC-CD films, namely from 19.31 N to 7.12 N, and by 75% in HPMC-CNC-CD films, namely from 13.44 N to 3.31 N, compared to the samples without NE incorporation), making them more susceptible to break. Furthermore, it resulted in an increase in the thickness of the final films (for 15% v/v NE incorporation, there was an increase in the thickness of CH-CNC-CD films from 0.04 mm to 0.06 mm and of HPMC-CNC-CD films from 0.03 mm to 0.04 mm). It also led to a decrease in the surface tension of the solutions and an increase in viscosity, with the viscosity of the HPMC solutions still remaining much lower than that of CH (for 15% v/v NE incorporation, an increase from 3.27 mPa·s to 10.54 mPa·s in the case of HPMC-CNC-CD and from 35.83 mPa·s to 85.04 mPa·s in the case of CH-CNC-CD). However, the above negative changes did not reach such levels as to be considered deterrent. Caffeine (C) was then incorporated into CH-CNC-CD and HPMC-CNC-CD ternary edible films, aiming to enhance their antioxidant activity. Here, the purpose of incorporation was achieved as well, since it significantly increased the antioxidant activity in both types of films (for 15% v/v C incorporation, the increase exceeded 88% in CH-CNC-CD films and 81% in HPMC-CNC-CD films). Τhe incorporation of C worked also positively in other properties, as it reduced the thickness of the final films (for 15% v/v C incorporation, a thickness reduction was achieved in CH-CNC-CD films from 0.04 mm to 0.02 mm and in HPMC-CNC-CD films from 0.03 mm to 0.02 mm), the color (for 15% v/v C incorporation, the reduction of C* was from 1.41 to 0.63 in CH-CNC-CD films, and from 1.41 to 0.62 in HPMC-CNC-CD films), as well as the OP and WVP values of the final films (for 15% v/v C incorporation, in CH-CNC-CD films the reduction of OP was by 37% and of WVP by 39%, while in HPMC-CNC-CD films it was by 28% for OP and by 21% for WVP). Also, with the incorporation of C, the mechanical properties of the CH-CNC-CD films remained at the same levels, while those of HPMC-CNC-CD showed a relative improvement. Indicatively, in HPMC-CNC-CD films, for 15% v/v C incorporation, F increased from 13.44 N to 18.67 N. Finally, for 15% v/v incorporation, C increased the viscosity in the HPMC-CNC-CD solution (from 3.27 mPa·s to 14.54 mPa·s) without, however, hindering film formation, but reduced it in the CH-CNC-CD solution (from 35.83 mPa·s to 13.08 mPa·s). The third component incorporated into the ternary films was silver nanoparticles (AgNPs), aiming to enhance their antimicrobial activity. The addition of AgNPs brought impressive results in their antimicrobial activity against the E. coli bacterium, with more than 96% reduction in the microbial growth of the specific bacterium in all cases (with the addition of only 5% v/v AgNPs the reduction reached 96.01% in CH-CNC-CD films and 99.99% in HPMC-CNC-CD films, while with 10% v/v AgNPs it reached 99.99% in CH-CNC-CD films as well). Finally, after incorporation of AgNPs, films showed smaller thickness (for 15% v/v AgNPs incorporation, the reduction of thickness was from 0.04 mm to 0.01 mm in CH-CNC-CD films, and from 0.03 mm to 0.01 mm in HPMC-CNC-CD films), lower color intensity (for 15% v/v AgNPs incorporation, the reduction of C* was from 1.41 to 0.86 in CH-CNC-CD films, and from 1.41 to 0.42 in HPMC-CNC-CD films) and significantly lower OP and WVP values (for 15% v/v AgNPs incorporation, in CH-CNC-CD films the reduction of OP was by 40% and of WVP by 58%, while in HPMC-CNC-CD films it was by 38% for OP and by 57% for WVP). With the incorporation of AgNPs, the mechanical properties of the films remained at the same levels. Finally, for 15% v/v incorporation, AgNPs increased the viscosity in the HPMC-CNC-CD solution (from 3.27 mPa·s to 5.18 mPa·s) without, however, hindering film formation, but they reduced it in the CH-CNC-CD solution (from 35.83 mPa·s to 13.99 mPa·s). The last three stages of the thesis concerned the application of CH-CNC-CD and HPMC-CNC-CD ternary edible coatings (of 50-37.5-12.5 ratios), with incorporation (5% and 15% v/v) or without incorporation of NE or C or AgNPs, in order to confirm their effectiveness in the preservation of specific foods. First, the contribution of CH-CNC-CD and HPMC-CNC-CD ternary coatings, with or without NE incorporation, to the cold (0oC) preservation of strawberries was examined. The results showed that the edible coatings, and especially those with NE incorporation, delayed the respiration process of strawberries, since the consumption of the amount of O2 and the corresponding increase of the amount of CO2 in the package were slowed down (on the 10th day, for the blank samples the quantity of O2 was zero and of CO2 over 28%, while on the same day, for the coated samples with NE incorporation the quantity of O2 was over 7% and of CO2 between 17 and 21%). Also, especially the NE-incorporated coatings, reduced the moisture losses of strawberries, maintaining their humidity (Mw) above 90% even on the 14th day of storage (while on the same day the Mw of the blank samples had been reduced to 86% against 93% on the 1st day of storage). Regarding the remaining parameters studied (weight loss, color difference and hardness), the edible coatings performed positively in all of them. The samples coated with CH-CNC-CD showed particularly high hardness values (over 3 N even on the 14th day), even higher than those coated with HPMC-CNC-CD (throughout the whole storage period they were superior from 0.20 Ν to 0.60 Ν), which is attributed to the greater mechanical strength of CH compared to HPMC. The effect of the edible coatings on hardness was reduced by NE, however, remaining at higher levels than the blank samples (with a value above 1.50 N in all cases, even on the 14th day, against 1.25 N of the blank samples on the same day). Nevertheless, with the NE addition the weight loss was further reduced (in the coated samples it remained below 0.80% in all cases, even on the 14th day, while in the blank samples it had reached near 1.60% on the same day), and the color difference also decreased (in the coated samples the color difference remained below 5 in all cases, even on the 14th day, while in the blank samples it was 5 units higher than in the coated ones on the same day). In the next phase, the application of the ternary edible coatings CH-CNC-CD and HPMC-CNC-CD, with or without C incorporation, was studied on avocados, with the aim, beyond cold (0oC) preservation, to investigate the antioxidant activity of the specific coatings. The results certified the contribution of edible coatings, and especially of those with C incorporation, in the protection of food from oxidation. In fact, with the incorporation of 15% v/v C, the peroxide value (PV) remained at the same levels throughout the storage period (about 14 meqO2/kg of fat). Regarding the remaining parameters studied, the edible coatings, with or without C incorporation, generally helped to maintain both the color (with a color difference value of 3 and below in all cases, even on the 14th day, while in the blank samples the value was almost 11 on the same day) and the hardness of the samples (over 12 N in all cases, even on the 14th day, against 10 N of blank samples on the same day). CH-CNC-CD coated samples again showed higher hardness values than HPMC-CNC-CD coated ones (in some cases the difference approached 3 N). In the weight loss control, however, the edible coatings without C incorporation gave unsatisfactory results (on the 7th day, the weight loss in the coated samples had reached more than 0.80%, while in the blank samples it was below 0.60%). However, the addition of C improved the results to a considerable extent in three of the four incorporation cases, especially towards the end of the storage time. Specifically, on the 14th day, except for the case of HPMC-CNC-CD with 5% v/v C incorporation which did not bring substantial improvement, the weight loss in the rest of the coated samples with C incorporation was around 1.40%, as in blank samples, while in the coated samples without C incorporation it had reached 1.70% and above. In the last stage of the thesis, the antimicrobial activity of the ternary composite coatings CH-CNC-CD and HPMC-CNC-CD, with or without incorporation of AgNPs, was studied on cherries, as the intake of different substances on the surface of these fruits increases their microbial load and consequently degrades their quality. In the control of total microbial load, the effect of all coatings was positive, with HPMC-CNC-CD (6.60 log CFU/g, on the 14th day) being superior to CH-CNC-CD (6.67 log CFU/g, on the 14th day). Especially the addition of AgNPs kept the total microbial load at remarkably low levels, due to their antimicrobial activity (e.g. on the 14th day, with incorporation of 5% v/v AgNPs the total microbial load was 6.35 log CFU/g in the CH-CNC-CD coated samples and 6.08 log CFU/g in the HPMC-CNC-CD coated samples , while with incorporation of 15% v/v AgNPs it was 6.11 log CFU/g and 6.06 log CFU/g respectively, against 6.84 log CFU/g of the blank samples). Furthermore, in all phases the blank samples showed at least 5 units more color difference than the coated samples, with AgNPs incorporation giving the lowest values (below 4 in all cases, even on the 14th day). The edible coatings also helped preserve the hardness of the cherries. The samples coated with CH-CNC-CD again showed higher hardness values than those with HPMC-CNC-CD (at 14th day, above 12 N with CH-CNC-CD and just below 11 N with HPMC-CNC-CD coating), as it was expected. Although the addition of AgNPs caused a decrease in the effect of the coatings in this property, its values were maintained at higher levels (they were above 10 N in all cases, even on the 14th day) compared to the blank samples (in which they were below 9 N, on the 14th day). During storage the weight loss values remained generally low, due to the protection provided to the cherries by their skin. In comparison, however, the coated samples without AgNPs gave unsatisfactory results (they either increased weight loss or left it at approximately the same levels, e.g. on the 7th day it was 0.12% in the blank samples, 0.16 % in CH-CNC-CD coated samples and 0.13% in HPMC-CNC-CD coated samples and on the 14th day it was 0.23% in blank samples, 0.23% in CH-CNC-CD coated samples and 0.21% in the HPMC-CNC-CD coated samples), which however was improved by the incorporation of AgNPs in almost all cases (e.g. for the 15% v/v AgNPs incorporation, on the 7th day it was 0.08% in CH-CNC-CD coated samples and 0.11% in HPMC-CNC-CD coated samples and on the 14th day it was 0.21% in CH-CNC-CD coated samples and 0.18% in HPMC-CNC-CD coated samples). In conclusion, the present PhD thesis highlighted the significant benefits of modern technology of edible films/coatings in food preservation and investigated various material combinations and alternative methods (with or without HPU) for their creation. During the research, remarkable and encouraging results were obtained, innovative combinations of ingredients in ternary composite edible films/coatings were highlighted, and the incorporation of modern bioactive materials and ingredients that had not yet been sufficiently explored in this field was proposed for the development of functional films/coatings and their use as active packaging of foods, especially fruits. However, abundant research possibilities still exist and are constantly being enriched, given the wide scope and the ever-growing interest of the scientific community and consumers themselves.	en
heal.sponsor	Ελληνικό Ίδρυμα Έρευνας και Καινοτομίας (ΕΛ.ΙΔ.Ε.Κ.)	el
heal.advisorName	Τζιά, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Τζιά, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Ωραιοπούλου, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Κροκίδα, Μαγδαληνή	el
heal.committeeMemberName	Μαμμά, Διομή	el
heal.committeeMemberName	Παπαδάκης, Σπυρίδων	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	258 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false