Ανάπτυξη καινοτόμου διεργασίας παρασκευής βιοσυμβατών 
πρωτεϊνικών μεμβρανών

Καϋμένος,Παντελεήμων; Kaymenos, Panteleimon

dc.contributor.author	Καϋμένος,Παντελεήμων	el
dc.contributor.author	Kaymenos, Panteleimon	en
dc.date.accessioned	2025-01-22T09:00:57Z
dc.date.available	2025-01-22T09:00:57Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60903
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28599
dc.rights	Default License
dc.subject	Πράσινη χημεία	el
dc.subject	Φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες	el
dc.subject	Βιοσυμβατά φιλμ	el
dc.subject	Πρωτεϊνικά φιλμ	el
dc.subject	Χιτοζάνη	el
dc.subject	Green chemistry	en
dc.subject	Natural deep eutectic solvents	en
dc.subject	Biocompatible films	en
dc.subject	Protein films	en
dc.subject	Chitosan	en
dc.title	Ανάπτυξη καινοτόμου διεργασίας παρασκευής βιοσυμβατών πρωτεϊνικών μεμβρανών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Green chemistry	en
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-04-17
heal.abstract	Η μετάβαση προς ένα βιώσιμο, πράσινο τρόπο ζωής είναι απαραίτητη για την προστασία του περιβάλλοντος και τη βελτίωση της ποιότητας ζωής. Με σκοπό την αποτελεσματική αντικατάσταση των πλαστικών που προέρχονται από πετρελαιοχημικά, υπάρχει μια σημαντική μετατόπιση του ενδιαφέροντος της ερευνητικής κοινότητας και της βιομηχανίας προς πράσινες διαδικασίες για την ανάπτυξη βιώσιμων υλικών συσκευασίας, όπως βιοδιασπώμενες ή/και βιοσυμβατές μεμβράνες-φιλμ. Στο πλαίσιο της έρευνας για πράσινες τεχνικές και μεθοδολογίες και την ανάγκη για ανάπτυξη κυκλικών διαδικασιών, φαίνεται ότι πολλά παραπροϊόντα ή απόβλητα της βιομηχανίας τροφίμων αποτελούν πόρους έξυπνης αξιοποίησης και παραγωγής καινοτόμων προϊόντων. Στο πλαίσιο αυτό, ο στόχος της παρούσας μελέτης είναι η ανάπτυξη βιοσυμβατών φιλμ κατάλληλων για επικάλυψη ή/και συσκευασία τροφίμων. Για την παρασκευή των βιοσυμβατών φιλμ, επιλέχθηκαν βιοσυμβατά αρχικά συστατικά όπως είναι η καζεΐνη, μια από τις πιο γνωστές πρωτεΐνες του γάλακτος και η χιτοζάνη που αποτελέι ένα φυσικό πολυμερές, το οποίο έχει αποκτήσει ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον ως µή τοξικό και βιοσυµβατό με αντι-υπερχοληστερινικές, αντιµικροβιακές και αντιοξειδωτικές ιδιότητες. Η χιτοζάνη έχει αναγνωριστεί ως ασφαλές υλικό από διεθνείς οργανισμούς και ο συνδυασμός των ιδιοτήτων της με την ικανότητα ζελατινοποίησής της, δίνει δυνατότητα σχηματισμού φιλμ για χρήση ως βρώσιμο φιλμ ή επίστρωση. Για τον σχηματισμό των φιλμ χρησιμοποιήθηκαν στοχευμένα σχεδιασμένοι πράσινοι διαλύτες της κατηγορίας των φυσικών βαθέως ευτηκτικών διαλυτών(NaDES). Οι NaDES επιλέχθηκαν καθώς επιτελλούν πολλαπλό ρόλο στη διεργασία όπως αυτή του διαλύτη (π.χ. στην περίπτωση της χιτοζάνης) αλλά και πλαστικοποιητή για τον σχηματισμό των φιλμ με επιθυμητές ιδιότητες. Πιο συγκεκριμένα, στην παρούσα διπλωματική εργασία παρασκευάστηκαν δύο NaDES, ένας με όξινο χαρακτήρα, ο Βεταΐνη:DL-Γαλακτικό Οξύ (Bet-LA 1:2) και ένας με πιο αλκαλικό χαρακτήρα, o NaDES Γλυκίνη:DL-Γαλακτικό Οξύ (Gly-LA 1:5). Οι ΝaDES μελετήθηκαν ως προς τη δυνατότητα χρήσης τους ως διαλύτες και πλαστικοποιητές για την παρασκευή φιλμ καζεΐνης, χιτοζάνης και υβριδικά φιλμ καζεΐνης-χιτοζάνης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο χύτευσης διαλύματος (casting). Από αυτή τη μελέτη προέκυψαν συνολικά δεκαεννιά φιλμ. Τα φιλμ που εμφάνισαν επιθυμητές ιδιότητες για επικάλυψη τροφίμων χαρακτηρίστηκαν δομικά με φασματοσκοπία FT-IR. Στη συνέχεια, με στόχο την ενίσχυση της βιοδραστικότητας των φιλμ καθώς και των μηχανικών τους ιδιοτήτων τους, όπως για παράδειγμα την αντοχή στη θραύση, μελετήθηκε η χρήση NaDES-εκχυλισμάτων ως διαλύτες και πλαστικοποιητές. Ως πρώτη ύλη για τα εκχυλίσματα χρησιμοποιήθηκε βιομάζα από τα υπολείμματα επεξεργασίας άγριου τριαντάφυλλου (Rosa Canina L.) από τη βιομηχανία. Το άγριο τριαντάφυλλο είναι φυτό με πολλές βιοδραστικές ενώσεις, συνεπώς η παραλαβή τους μέσω εκχύλισης είναι χρήσιμη για διάφορες εφαρμογές. Πλέον, βρίσκει εφαρμογή στις βιομηχανίες τροφίμων, καλλυντικών και φαρμάκων. Η πρώτη ύλη προς εκχύλιση, επιλέχθηκε τόσο με στόχο την παραλαβή πιθανώς βιοδραστικών ενώσεων που παρέμειναν στη βιομάζα αλλά κυρίως επιλέχθηκε καθώς είναι γνωστό πως είναι πλούσια σε συστατικά όπως η κυτταρίνη, ένα συστατικό που εφόσον ενσωματωθεί στα φιλμ θα μπορεί να προσδώσει ενισχυμένες μηχανικές ιδιότητες. Η εκχύλιση πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια υπερήχων (UAE) και ως διαλύτες εκχύλισης χρησιμοποιήθηκαν οι επιλεγμένος NaDES. Στη συνέχεια, οι NaDES Bet-LA και Gly-LA χρησιμοποιήθηκαν στην εκχύλιση του υπολείμματος έπειτα από την επεξεργασία του καρπού του άγριου τριαντάφυλλου για τη παραλαβή του αιθέριου ελαίου με τη βοήθεια υπερήχων (UAE). Προς διεύρυνση του πεδίου μελέτης, μελετήθηκε η επίδρασή διάφορων παραγόντων στις φυσικοχημικές και μηχανικές ιδιότητες των φιλμ. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν χιτοζάνες διαφορετικών μοριακών βαρών (5-20 mPa∙s και 20-100 mPa∙s), μελετήθηκαν περιεκτικότητες NaDES ή NaDES-εκχύλισμα (1%, 1.5% w/v), αναλογίες καζεΐνης-DES (5:1-1:5), pH και αρχικές μάζες βιομάζας για παραγωγή εκχυλίσματος(200-400mg). Τα φιλμ καζεΐνης και καζεΐνης-χιτοζάνης που σχηματίστηκαν, δεν είχαν τις επιθυμητές μηχανικές ιδιότητες για φιλμ επικάλυψης τροφίμων, με αποτέλεσμα να απορριφθούν. Επιτεύχθηκε η παρασκευή φιλμ χιτοζάνης με πλαστικοποιητή Bet-LA και χιτοζάνης με πλαστικοποιητή Bet-LA+εκχύλισμα επεξεργασμένων υπολειμμάτων βιομάζας άγριου τριαντάφυλλου. Η μάζα των φιλμ καζεΐνης/καζεΐνης-χιτοζάνης κυμαίνεται μεταξύ 0.265-0.696g και φιλμ χιτοζάνης μεταξύ 0.332-0.491g. Το πάχος μεταξύ 0.082-0.132mm και 0.098-0.119mm αντιστοίχως. Στα φιλμ χιτοζάνης η διαπερατότητα υδρατμών (WVP) για 24h κυμαίνεται μεταξύ 9.7296∙10-11 -2.0737∙10-10- g m∙s∙Pa , και στην ανάλυση για 10d μεταξύ 9.1646∙10-11 -1.5874∙10-10 g m∙s∙Pa . Από την μελέτη υφής των φιλμ(TPA) προκύπτει ότι η προσκολλησιμότητα κυμαίνεται μεταξύ 0.0004-0.143N∙s, η συνεκτικότητα μεταξύ 1.0249-1.0718, η ελαστικότητα μεταξύ 0.9621-0.9993, η ανθεκτικότητα μεταξύ 0.3972-0.5003 και η σκληρότητα 1.3274- 10.6849Ν. Από τη μελέτη διαλυτότητας των φιλμ(WS) στο νερό προέκυψε ότι τα φιλμ που παρασκευαστήκαν με χρήση NaDES Bet-LA είναι πλήρως υδατοδιαλυτά, ενώ τα φιλμ που παρασκευαστήκαν με χρήση NaDES-εκχύλισμα παρουσιάζουν τιμές διαλυτότητας μεταξύ 57.25-63.37%. Τέλος, πραγματοποιήθηκε προκαταρκτική μελέτη εφαρμογής των φιλμ χιτοζάνης ως μεμβράνες επικάλυψης τροφίμων. Για τη μελέτη αυτή εφαρμόστηκε ως επικάλυψη σε ένα κομμάτι τυρί ,σε συνθήκες ψύξης στους 4℃, (Α) συμβατική πλαστική μεμβράνη, (Β) φιλμ χιτοζάνης με NaDES Bet-LA, (Γ) φιλμ χιτοζάνης με NaDΕS Bet-LA+εκχύλισμα RCL και (Δ) φιλμ χιτοζάνης με NaDES Bet-LA+εκχύλισμα RCL(χρήση διπλάσιας βιομάζας). Από τη μελέτη αυτή, παρατηρήθηκε ότι τα φιλμ δεν ξεπέρασαν την προστασία που παρέχει η συμβατική εμπορική πλαστική μεμβράνηως προς την απομάκρυνση υγρασίας από τα τρόφιμα. Οπτικά, τα δείγματα Α και Β παρουσίασαν αλλοίωση ενώ τα δείγματα C και D όχι στη διάρκεια του πειράματος, γεγονός που μπορεί να οφείλεται στην ενισχυμένη αντιοξειδωτική δράση των φιλμ με NaDES Βet-LA+εκχύλισμα.	el
heal.advisorName	Detsi, Anastasia	en
heal.committeeMemberName	Detsi, Anastasia	en
heal.committeeMemberName	Vouyiouka, Stamatina	en
heal.committeeMemberName	Bakolas, Asterios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false