Πτυχιακη ΚΙΤΟΥ ΑΝΝΑ

ΓΕΩΠΟΝΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΚΑΙ

ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΜΕΛΕΤΗ

ΑΝΝΑ ΚΙΤΟΥ

Α.Μ. 16718

2015

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΞΗΡΑΝΣΗΣ ΣΤΑ ΦΑΙΝΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΕΚΧΥΛΙΣΜΑΤΩΝ ΤΣΑΓΙΟΥ ΠΑΡΟΥΣΙΑ ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΩΝ


ΓΕΩΠΟΝΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΚΑΙΔΙΑΤΡΟΦΗΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ

ΚΙΤΟΥ ΑΝΝΑ

Α.Μ. 16718

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΜΕΛΕΤΗ

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΞΗΡΑΝΣΗΣ ΣΤΑ ΦΑΙΝΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΕΚΧΥΛΙΣΜΑΤΩΝ ΤΣΑΓΙΟΥ ΠΑΡΟΥΣΙΑ

ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΩΝ

ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ:

Ευαγγελίου Βασιλική, Επ. Καθηγήτρια

Μαντάλα Ιωάννα, Επ. Καθηγήτρια

Μαλλούχος Αθανάσιος, Λέκτορας

ΑΘΗΝΑ, 2015

1


ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΕΛ.ΠΕΡΙΛΗΨΗ…………………………………………………………………...............5ABSTRACT…………………………………………………………………………...6ΜΕΡΟΣ 11 ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΗ……………………………………………………….…………. 7 1.1 ΠΟΛΥΜΕΡΗ………………………….................................................................. 71.2 ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΗ Η΄ΒΙΟΚΟΛΛΟΕΙΔΗ………………………………………… 81.2.1 ΠΗΚΤΕΣ…………………………………………………………...……........... 91.2.2 ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ………………………………………………….…........... 121.2.2.1 ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΩΝ……………………………………............ 131.2.2.3 ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ…………………………………………...………….. 131.2.2.4 ΤΥΠΟΙ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΩΝ…………………………………..……….... 151.3 ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ…………………………………….......... 161.3.1 ΠΗΚΤΙΝΗ: ΠΑΡΟΥΣΙΑ - ΠΑΡΑΛΑΒΗ………………………….……........ 161.3.1.1 ΔΟΜΗ……………………………………………………………………..... 161.3.1.2 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΠΗΚΤΩΝ .……………………………………......………. 191.3.1.3 HM-πηκτίνη………………………………………………………...………. 191.3.1.4 LM-πηκτίνη ………………………………………………………............... 201.3.1.5 ΧΡΗΣΕΙΣ…………………………………………………………...………. 201.3.2 ΖΕΛΛΑΝΗ (GELLAN GUM): ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ- ΔΟΜΗ…………………… ..211.3.2.1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΖΕΛΛΑΝΗΣ……………………………………….. ..211.3.2.2 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΖΕΛΛΑΝΗΣ………………………………..………………... 231.3.2.3 ΧΡΗΣΕΙΣ ΖΕΛΛΑΝΗΣ ΣΕ ΤΡΟΦΙΜΑ…………………...………………. 251.4 ΕΔΩΔΙΜΕΣ ΜΕΜΒΡΑΝΕΣ…………………………………...………………. 261.4.1 ΣΥΣΤΑΣΗ…………………………………………………...……………….. 271.4.2 ΜΕΘΟΔΟΣ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗΣ………………………………...………………. 281.4.3 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ…………………………………………………..……………… 281.4.3.1 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ………………………………..……………… 281.4.3.2 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΦΡΑΓΜΟΥ…………………………………..……………… 292 ΤΣΑΙ………………………...…………………………………………………….. 312.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ…………………..…………………………………………………. 31 2.1.1 ΠΡΑΣΙΝΟ ΤΣΑΙ…………………...…………………………………………. 322.2 ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ…………………..……………………………………… 322.3 ΠΟΛΥΦΑΙΝΟΛΕΣ ΣΤΟ ΠΡΑΣΙΝΟ ΤΣΑΙ…………………………..………... 352.4 ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΔΡΑΣΗ ΠΟΛΥΦΑΙΝΟΛΩΝ…………………………… 363 ΦΑΙΝΟΛΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ………………………………………………….……. 373.1 ΓΕΝΙΚΑ…………………………………………………………………..……. 373.2 ΚΥΡΙΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ…………………………………………………………423.2.1 ΑΠΛΕΣ ΦΑΙΝΟΛΕΣ…………………………………………………………..42 3.2.2 ΦΑΙΝΟΛΙΚΑ ΟΞΕΑ……………………………………..................................433.2.3 ΠΟΛΥΦΑΙΝΟΛΕΣ…………………………………………………………….443.2.3.1 ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΗ.............................................................................................443.2.3.2 ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ………………………………………………………………463.2.3.3ΛΙΓΝΑΝΕΣ…………………………………………………………………...473.2.3.4 ΛΙΓΝΙΝΗ…………………………………………………………………….473.2.3.5 ΣΤΙΛΒΕΝΙΑ - ΞΑΝΘΟΝΕΣ – ΒΕΝΖΟΦΑΙΝΟΝΕΣ………………………..473.2.3.6 ΚΙΝΟΝΕΣ………………………………………………………………..…..48

2


3.2.3.7 ΤΑΝΝΙΝΕΣ…………………………………………………………………..483.3 ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΔΡΑΣΗ……………………………………..……………..494 ΞΗΡΑΝΣΗ…………………………………………………………………………504.1 ΓΕΝΙΚΑ………………………………………………………………………….504.2 ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΞΗΡΑΝΣΗ………………………….52 4.3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΞΗΡΑΝΣΗΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ………………………………………….524.3.1 ΞΗΡΑΝΤΗΡΕΣ ΘΕΡΜΟΥ ΑΕΡΑ…………………………..............................534.3.2 ΞΗΡΑΝΣΗ ΔΙΑ ΕΠΑΦΗΣ ΜΕ ΘΕΡΜΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ………………………534.3.3 ΛΥΟΦΙΛΙΩΣΗ…………………………………………………………………534.3.3.1 ΣΤΑΔΙΑ ΛΥΟΦΙΛΙΩΣΗΣ…………………………………………………...544.3.3.2 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΛΥΟΦΙΛΙΩΣΗΣ…………………………………….564.4 ΑΛΛΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΞΗΡΑΝΣΗΣ…………………………….............................575 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΦΑΙΝΟΛΙΚΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ……………………..…..575.1 ΧΡΩΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ…………………………………………….585.2 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ FOLIN-DENIS ΚΑΙ FOLIN-CIOCALTEU…….…..58

6 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑΣ ΦΑΙΝΟΛΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ…………………………………………………………………………...586.1 Η ΜΕΘΟΔΟΣ DPPH…………………………………………………………….59ΜΕΡΟΣ 21.ΣΚΟΠΟΣ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ………………………………………………..….612.ΥΛΙΚΑ - ΟΡΓΑΝΑ – ΣΚΕΥΗ………………………………………………….…612.1 ΥΛΙΚΑ………………………………………………………………………..….612.2 ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΣΚΕΥΗ………………………………………………………….613. ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ…………………………………………………623.1 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ…………………………………………………..623.2 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΛΙΚΟΥ ΦΑΙΝΟΛΙΚΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ……………633.3 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑΣ……………………633.4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΦΙΛΜ ΦΟΥΡΝΟΥ…….......644 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ & ΣΥΖΗΤΗΣΗ....……………………………………………645 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ..................................................................................................69ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ……....……………………………………………………………70

3


4


ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Στην παρούσα πτυχιακή εργασία μελετήθηκαν η δημιουργία εδώδιμων μεμβρανών από ζελλάνη και πηκτίνη. Για τους σκοπούς του πειράματος παρασκευαστήκαν αρχικά εκχυλίσματα τσαγιού. Μετά την παρασκευή των εκχυλισμάτων τσαγιού φτιάχτηκε μια σειρά διαλυμάτων με συγκεντρώσεις 0,25%, 0,5%,0,75%, 1% ζελλάνης καθώς και διαλύματα με ανάμιξη 0,5% ζελλάνη – 0,5% πηκτίνη. Οι μεμβράνες δημιουργήθηκαν κατόπιν ξήρανσης με φούρνο ή με λυοφιλίωση. Στη συνέχεια υπολογίστηκε το φαινολικό τους περιεχόμενο, η αντιοξειδωτική τους ικανότητα , το βάρος, το πάχος και η διαπερατότητά τους σε νερό. Πιο συγκεκριμένα τα εκχυλίσματα τσαγιού της παρούσας μελέτης που υπέστησαν ξήρανση με λυοφιλίωση παρουσίασαν μικρότερο βάρος, μεγαλύτερο φαινολικό περιεχόμενο και μεγαλύτερη αντιοξειδωτική ικανότητα σε σύγκριση με τα εκχυλίσματα τσαγιού που υπέστησαν ξήρανση σε φούρνο. Οι μεμβράνες με την μεγαλύτερη συγκέντρωση ζελλάνης παρουσίασαν το μεγαλύτερο βάρος και πάχος, ενώ η παρουσία της πηκτίνης επηρέασε το πάχος αλλά όχι το βάρος των μεμβρανών. Στα δείγματα με αυξανόμενη συγκέντρωση ζελλάνης το φαινολικο περιεχόμενο παρουσίασε πτωτική τάση. Ταυτόχρονα, παρουσίασαν αύξηση της αντιοξειδωτικής τους ικανότητας. Την ίδια συμπεριφορά παρουσίασαν και τα δείγματα που προήλθαν από ανάμιξη ζελλάνης – πηκτίνης δίνοντας το χαμηλότερο ποσοστό φαινολικών συστατικών και την υψηλότερη αντιοξειδωτική ικανότητα.

5


ABSTRACT

The present thesis studied the creation of edible films from gellan and pectin. For the purpose of the experiment tea infusions were prepared. Following their preparation gellan and pectin were added in order to produce solutions, with gellan concentrations of 0.25%, 0.5%, 0.75% and 1% as well as a solution of 0.5% gellan - 0.5% pectin. Films were created by oven or freeze drying. The parameters determined were the total phenolic content, the antioxidant capacity, the weight, the thickness and the water permeability. According to our findings, the freeze dried films showed lower weight, higher phenolic content and higher antioxidant capacity than the oven fried ones. The films with the highest concentration of gellan showed the highest weight and thickness, while the presence of pectin affected the thickness, but not the weight of the films. The gellan films showed a tendency for decrease in the phenolic content as the concentration of gellan increased. At the same time, the antioxidant capacity was. The samples obtained by mixing gellan – pectin exhibited the same behavior giving the lowest phenolic content and highest antioxidant capacity.

6


ΜΕΡΟΣ 1 ΥΛΙΚΑ

1 ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΗ

1.1 ΠΟΛΥΜΕΡΗ Πολυμερή είναι μόρια με υψηλό μοριακό βάρος, τα οποία αποτελούνται από πολλές επαναλαμβανόμενες μονάδες, που ονομάζονται μονομερή. Ένα γραμμικό ομοπολυμερές περιέχει μόνο ένα είδος επαναλαμβανόμενων μονάδων, με την κάθε μονάδα να συνδέεται με ομοιοπολικό δεσμό με δύο άλλες μονάδες, με εξαίρεση τις δύο τελικές μονάδες της πολυμερικής αλυσίδας. Πολυμερή τα οποία αποτελούνται από δυο διαφορετικά είδη μονομερών ονομάζονται συμπολυμερή, ενώ αυτά που αποτελούνται από τρία διαφορετικά είδη μονομερών ονομάζονται τριαδρομερή.Όταν τα διαφορετικά είδη επαναλαμβανόμενων μονάδων εντοπίζονται σε διακριτές συστάδες (blocks) κατά μήκος της πολυμερικής αλυσίδας το συμπολυμερές ή το τριαδρομερές ονομάζεται δισυσταδικό συμπολυμερές (diblock copolymer) ή κατά συστάδες τριαδρομερές (block terpolymer), αντίστοιχα. Στην περίπτωση όπου οιδομικές μονάδες του πολυμερούς είναι τυχαία κατανεμημένες κατά μήκος της αλυσίδας, το πολυμερές λέγεται τυχαίο ή στατιστικό (random ή statistical). Τα υδατοδιαλυτά πολυμερή είναι οργανικές ενώσεις που έχουν τη δυνατότητα να διαλύονται σε οποιοδήποτε υδατικό μέσο και επομένως να τροποποιούν τις φυσικές ιδιότητες των υδατικών συστημάτων, που βρίσκονται σε μορφή πηκτώματος ή γαλακτώματος. Τα υδατοδιαλυτά πολυμερή σχηματίζονται συνήθως από επαναλαμβανόμενες συστάδες υδατοδιαλυτών μονομερών, οι οποίες βρίσκονται είτε σαν υποκαταστάτες στην κεντρική πολυμερική αλυσίδα, είτε είναι ενσωματωμένες κατά μήκος αυτής. Οι υδρόφιλες ομάδες μπορούν να είναι μη ιονικές, ανιονικές, κατιονικές ή επαμφοτερίζουσες. Οι βασικές χρήσεις των υδατοδιαλυτών πολυμερών είναι η πάχυνση, η ζελατινοποίηση και η σταθεροποίηση αιωρημάτων. Εντούτοις μπορούν να εκτελέσουν οποιεσδήποτε από τις ακόλουθες λειτουργίες:

Σύνθεση στερεού-στερεού Πήξη Διασκόρπιση, διαύγαση, σταθεροποίηση αιωρημάτων Διαμόρφωση φιλμ Σχηματισμός κροκιδωμάτων Λίπανση και μείωση τριβής Τροποποίηση και έλεγχος ρεολογικών ιδιοτήτων

7


Συγκράτηση υγρασίας

Τα υδατοδιαλυτά πολυμερή ταξινομούνται σε τρεις κύριες κατηγορίες

ανάλογα με τον τρόπο παρασκευής τους:

Φυσικά πολυμερή Χημικώς τροποποιημένα φυσικά πολυμερή Συνθετικά πολυμερή

1.2 ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΗΗΒΙΟΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Στη φύση υπάρχουν φυσικά υδατοδιαλυτά πολυμερή η βιοπολυμερή τα οποία ονομάζονται και βιοκολλοειδή. Βρίσκονται σε ζώα και φυτά και είναι ουσιώδη για την λειτουργία τους. Οι πρωτεΐνες σχηματίζουν μια ποικιλία από πολυμερή στα οποία τα αμινοξέα παίζουν τον ρόλο των μονομερών. Οι δεσμοί μεταξύ των μονομερών σχηματίζονται από συμπύκνωση της αμινομάδας ενός αμινοξέος και της καρβοξυλομάδας του γειτονικού αμινοξέος με σχηματισμό ενός συνδετικού αμιδικού δεσμού. Τα πολυμερή αυτού του είδους ονομάζονται πολυπεπτίδια και στο σχηματισμό των πρωτεϊνών συμμετέχουν περίπου 23 αμινοξέα.Τα άτομα των πρωτεϊνών εκτός των χημικών δεσμών συνδέονται μεταξύ τους και με δεσμούς υδρογόνου. Δεσμοί υδρογόνου σχηματίζονται ανάμεσα σε ένα υδρογόνο ενωμένο σε άτομα άνθρακα και ένα άτομο αζώτου τρεις θέσεις μακριά από το άτομο του άνθρακα. Ο δεσμός αυτός χαρακτηρίζεται ως ενδομοριακός και το πολυπεπτιδικό μόριο χαρακτηρίζεται ότι έχει μια άλφα έλικα. Τέτοιοι τύποι μορίων είναι συνηθισμένοι στις στερεές πρωτεΐνες. Στην περίπτωση που ο δεσμός σχηματιστεί ανάμεσα σε ένα άτομο υδρογόνου που ενώνεται σε άζωτο με ένα άτομο οξυγόνου ενωμένο σε ένα άτομο άνθρακα σε μια γειτονική πολυπεπτιδική αλυσίδα ο δεσμός υδρογόνου χαρακτηρίζεται ότι είναι μεταξύ μορίων και το πολυπεπτιδικό μόριο έχει μια μορφή β-έλικας. Όταν τα πολυπεπτίδια βρίσκονται σε διάλυμα υποτίθεται ότι τα μόρια τους βρίσκονται σε τυχαίες διαμορφώσεις. Στην περίπτωση αυτή δεν έχουμε σχηματισμό δεσμών υδρογόνου.

Μια άλλη τάξη βιοπολυμερών είναι τα νουκλεϊνικά οξέα. Δυο τύποι των οξέων αυτών βρίσκονται σε όλα τα ζώα και τα φυτά και είναι το :

Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) και υπάρχει σε όλους τους πυρήνες των κυττάρων των ζώων Κι των φυτών. Το DNA έχει πέντε αζωτούχες βάσεις την αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και θυμίνη, και την 5-μεθυλο-κυτοσινη. Περιέχει επίσης δεοξυριβόζη που αποτελεί την βάση του ονόματος του.

Το ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) που υπάρχει στο κυτταρόπλασμα και τους πυρήνες των κυττάρων. Το μόριο του RNA περιέχει τις τέσσερις βάσεις αδενίνη, θυμίνη, γουανίνη και ουρακίλη. Το

8


σάκχαρο είναι η ριβόζη που δίνει το όνομα της στο νουκλεϊνικό οξύ.

Μια άλλη σπουδαία τάξη φυσικών πολυμερών είναι οι πολυσακχαρίτες οι οποίοι προέρχονται από συνένωση με συμπύκνωση απλών σακχάρων η μονοσακχάρων. Στους πολυσακχαρίτες οι δεσμοί σχηματίζονται ανάμεσα σε δυο μόρια σακχάρου με απόσπαση ενός μορίου ύδατος και ο δεσμός που ονομάζεται γλυκοσιδικός. Οι πρωτεΐνες και οι πολυσακχαρίτες μοιράζονται κάποιες πολύ χρήσιμες ιδιότητες όπως την ενυδάτωση και την ικανότητα συγκράτησης νερού, το ιξώδες, την πήξη, την ικανότητα να δρουν ως γαλακτωματοποιητές η αφροϊστικοί παράγοντες. Οι παραπάνω ιδιότητες αξιοποιούνται σε μεγάλο βαθμό στην βιομηχανία των τροφίμων. Τα βιοπολυμερή βρίσκουν εφαρμογή σε διάφορους κλάδους της βιομηχανίας όπως φαίνεται και στον πίνακα 1.1.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΗ

ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΠΕΔΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣΠΟΛΥΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ ΣΥΝΘΕΣΗ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝΠΡΩΤΕΙΝΕΣ/ΠΕΠΤΙΔΙΑ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ – ΦΑΡΜΑΚΑ

ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣΒιομηχανία ΤροφίμωνΒιομηχανία Χαρτιού

ΦάρμακαΕπεξεργασία Νερού

1.2.1 ΠΗΚΤΕΣ Η πιο σημαντική ιδιότητα των βιοπολυμερών είναι η ικανότητά τους να σχηματίζουν πηκτές. Οι πηκτές αποτελούνται από ένα συνεχές τρισδιάστατο δίκτυο από βιολογικά μακρομόρια τα οποία είναι διεσπαρμένα σε ένα υγρό διασποράς , συνήθως το νερό. Είναι ημι-υγρές ημι-στερεές κολλοειδείς μορφές στις οποίες στερεά σωματίδια ενώνονται μεταξύ τους και φέρουν εγκλωβισμένα σταγονίδια υγρών τα οποία βρίσκονται διεσπαρμένα στους κενούς χώρους μεταξύ των στερεών σωματιδίων . Το δίκτυο δημιουργείται από διασταυρώσεις των αλυσίδων του βιοπολυμερούς. Παρατηρείται ότι ενώ όλα τα βιοπολυμερή μπορούν να προσδώσουν αύξηση του ιξώδους σε υδατικά διαλύματα, δεν μπορούν όλα να σχηματίσουν πηκτές. Επίσης υπάρχουν και περιπτώσεις βιοπολυμερών που δρουν συνεργιστικά και σχηματίζουν πηκτές. Γενικότερα, τα διάφορα είδη βιοπολυμερών παρουσιάζουν διαφορές στον τρόπο που θα επιτευχθεί η πήξη καθώς και στην ποιότητα, τη σταθερότητα και τις οργανοληπτικές ιδιότητες της προκύπτουσας πηκτής. Ο σχηματισμός ενός δικτύου πηκτής από την κατάσταση του

9


διαλύματος συνήθως προκαλείται από κάποια αλλαγή π.χ. στο pH ,τη θερμοκρασία, την ιονική ισχύ. Οι πηκτές διαιρούνται σε δυο βασικά είδη.

Χημικές πηκτές : Οι αλυσίδες διασταυρώνονται σε ένα σημείο (point junction ) ή μέσω ομοιοπολικών δεσμών μεταξύ συγκεκριμένων ατόμων της αλυσίδας. Οι προκύπτοντες δεσμοί είναι μόνιμοι και συνεπώς οι πηκτές δεν λιώνουν με τη θέρμανση.

Φυσικές πηκτές : Αυτές αποτελούνται από εκτεταμένες ζώνες διασταύρωσης (junction zones) μεταξύ τμημάτων των αλυσίδων και σταθεροποιούνται από μη ομοιοπολικούς δεσμούς π.χ. δεσμούς υδρογόνου, δυνάμεις Wan der Waals, υδρόφοβες δυνάμεις .

Ο σχηματισμός της πηκτής είναι μια διαδικασία μετάβασης από την αταξία (διάλυμα) προς την τάξη (πηκτή) και βάσει των νόμων της θερμοδυναμικής και πιο συγκεκριμένα του:

ΔG=ΔH-TΔS

Για να γίνει η συγκεκριμένη μετάβαση, η ΔG πρέπει να έχει αρνητική τιμή. Στην περίπτωση άτακτων εύκαμπτων αλυσίδων, η εντροπία ευνοεί την κατάσταση του διαλύματος. Σημαντική συμβολή στην εντροπία έχουν και οι ηλεκτροστατικές απώσεις μεταξύ των αλυσίδων καθώς επίσης και κάποιες δομικές ανωμαλίες και διακλαδώσεις. Η ενθαλπία ευνοεί τη διαμοριακή σύζευξη (δηλαδή ευνοεί τη δημιουργία δεσμών και άρα πηκτής). Η παρουσία συγκεκριμένων αλληλεπιδράσεων όπως η ικανότητα δημιουργίας μη ομοιοπολικών δεσμών (π.χ. δεσμοί υδρογόνου και υδροφοβικοί δεσμοί) μεταξύ των αλυσίδων ,οι ηλεκτροστατικές έλξεις, οι αλληλεπιδράσεις με το νερό αλλά και η δυσκαμψία της αλυσίδας και η δυνατότητα καλού πακεταρίσματος των αλυσίδων δρουν προς την κατεύθυνση της τάξης. Η ισορροπία ανάμεσα σε αυτές τις δυο αντίθετες κατευθύνσεις επηρεάζεται από αλλαγές στη θερμοκρασία. Τυπικά η αλλαγή στη θερμοκρασία οδηγεί στην αλλαγή της διαμόρφωσης του βιοπολυμερούς δηλαδή προκαλεί την διαδικασία συνένωσης του βιοπολυμερούς και αν η συγκέντρωση είναι αρκετά υψηλή μπορεί να λάβει χώρα η πήξη. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, επέρχεται η αταξία του βιοπολυμερούς, με επακόλουθο τον σχηματισμό δικτύου που απορρέει από ένα περίπλοκο σύνολο νέων μοριακών αλληλεπιδράσεων. Η πήξη επέρχεται είτε με θέρμανση είτε με ψύξη. Επίσης μπορεί να είναι αντιστρεπτή (δηλαδή η πηκτή να λιώνει με θέρμανση) ή μη αντιστρεπτή. Υπάρχουν περιπτώσεις όπου η πήξη δεν επέρχεται με αλλαγή θερμοκρασίας αλλά μπορεί να προκληθεί από αλλαγή του PH, ή από την προσθήκη αλάτων, αλκοόλης ή ενζύμων δρώντας με τον ίδιο τρόπο όπως η αλλαγή θερμοκρασίας. Οι πηκτές των βιοπολυμερών ανήκουν στην κατηγορία των φυσικών πηκτών που, όπως προαναφέρθηκε, σταθεροποιούνται από δευτερεύοντες, ατομικά πολύ ασθενείς δεσμούς, οι οποίοι προκειμένου να μπορέσει να υπερνικηθεί το εντροπικό πλεονέκτημα προς την αταξία, πρέπει να δράσουν συνεργιστικά ( π.χ. στην περίπτωση των

10


πολυσακχαριτών, σε μια ευρεία περιοχή που πρέπει να περιλαμβάνει τουλάχιστον 15-25 μονοσακχαρίτες σε κάθε συμμετέχουσα αλυσίδα ). Για τη δημιουργία ενός εκτεταμένου και ενυδατωμένου δικτύου, και όχι ενός στερεού ιζήματος, απαιτείται να υπάρχουν κάποιες περιοχές αταξίας μέσα στην πηκτή. Αυτό επιτυγχάνεται με διάφορους τρόπους όπως η ταυτόχρονη ύπαρξη περιοχών με ή χωρίς υποκαταστάτες (π.χ. γαλακτομανάνες) ή η παρουσία ενός σακχάρου που δεν ταιριάζει στην υδατανθρακική αλυσίδα (π.χ. ραμνόζη στις πηκτίνες). Παρόλο που οι περιοδικές ακολουθίες μιας αλυσίδας ευνοούν την υιοθέτηση διαμόρφωσης με τάξη, η ύπαρξη των ανωμαλιών αναγκάζει την αλυσίδανα συνδυαστεί με περισσότερες αλυσίδες. Ταυτόχρονα καθορίζει την πυκνότητα και τη διανομή των διασταυρώσεων άρα και τη μορφή της πηκτής όσον αφορά την ενυδάτωση και το μέγεθος των πόρων. Ο συντελεστής μετατροπής p είναι το κλάσμα των δεσμών που έχουν σχηματισθεί μεταξύ των μονομερών του συστήματος δηλαδή η αναλογία του πραγματικού αριθμού δεσμών τη δεδομένη χρονική στιγμή προς το μέγιστο δυνατό αριθμό δεσμών. Για p=0, κανένας δεσμός δεν έχει σχηματιστεί. Αν p=1, όλοι οι πιθανοί δεσμοί έχουν δημιουργηθεί και ένα άπειρο δίκτυο έχει δημιουργηθεί. Υπάρχει γενικά μια απότομη αλλαγή φάσης για ένα ενδιάμεσο κρίσιμο ποσοστό p=p c

(σημείο πήξης), όπου ένα άπειρο δίκτυο αρχίζει να εμφανίζεται : μια πηκτή για p>p c και ένα κολλοειδές ( sol) για p<p c .Η θεωρία σχηματισμού πηκτής που αναπτύχθηκε στο έργο του Flory και Stockmayer. Σύμφωνα με τη θεωρία του Flory-Stockmayer, για ένα πολυμερές που έχει f πιθανές θέσεις σύνδεσης (λειτουργικότητες) ανά αλυσίδα υπάρχει μια κρίσιμη ποσότητα αυτών, α c , που πρέπει να αντιδράσουν, πριν να δημιουργηθεί το τρισδιάστατο δίκτυο.

αc=1/(f-1)

Για τιμές του α μικρότερες από αc, μόνο συσσωματώματα περιορισμένου μεγέθους μπορούν να προκύψουν. Μόλις το α φτάσει την τιμή α c ,το οποίο συμβαίνει μετά από ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα tg (χρόνος ζελοποίησης), ένα μόριο με αυξημένο μέγεθος συγκριτικά με τα υπόλοιπα γίνεται ¨gel fraction¨. Στο σημείο αυτό (σημείο πήξης) το ιξώδες και το αναλογικό μέσο μοριακό βάρος τείνουν στο άπειρο. Καθώς ο βαθμός διασταύρωσης των αλυσίδων αυξάνεται, η ισχύς της πηκτής αυξάνεται απότομα μέχρι ενός σημείου όπου υπάρχει ισορροπία μεταξύ της δημιουργίας και του σπασίματος του δεσμού. Ταυτόχρονα, σημαντικό ρόλο στην πήξη για ένα δεδομένο χρόνο t ( t>tg ) παίζει και ένας δεύτερος παράγοντας αυτός της συγκέντρωσης. Δεν μπορεί να υπάρξει πήξη για συγκεντρώσεις μικρότερες της co ( κρίσιμη συγκέντρωση πήξης). Σε πολλά βιοπολυμερή άλλοι κρίσιμοι για την πήξη παράγοντες είναι το pH και η παρουσία αλάτων ή άλλων συνδιαλυτών ( π.χ. σάκχαρα ).

11


ΕΙΚΟΝΑ 1.6. ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΠΗΞΗ ΕΙΝΑΙ (Α) Ο ΧΡΟΝΟΣ ΚΑΙ (Β) Η ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ

1.2.2 ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ Από τα βιοπολυμερή τα οποία αναφέραμε θα μας απασχολήσουν αυτά που ανήκουν στα υδατρανθρακικά πολυμερή. Οι υδατάνθρακες είναι οι πλέον ευρέως διαδεδομένες και σε αφθονία οργανικές ενώσεις στη Γη. Κατέχουν κεντρικό ρόλο στο μεταβολισμό των ζώων και των φυτών. Και άλλες σημαντικές λειτουργιές στα τρόφιμα επιτελούνται από τους υδατάνθρακες. Δρουν για παράδειγμα ως γλυκαντικές ύλες ως μέσα σχηματισμού πηκτών, πολτών ή ως πυκνωτικά, ως σταθεροποιητές και αποτελούν επίσης πρόδρομες ενώσεις για αρωματικές ή χρωστικές ουσίες ιδιαίτερα σε θερμικές διεργασίες. Από χημικής άποψης ως σάκχαρα ή υδατάνθρακες θεωρούνται οι ουσίες που είναι πολυϋδροξυλιωμένα παράγωγα των αλδευδών ή των κετονών, όπως επίσης κι πολυμερή που με υδρόλυση απελευθερώνουν τέτοια παράγωγα. Ο εμπειρικός τύπος είναι ( CH2O) ν , ενώ μερικά από αυτά περιέχουν στο μόρια τους άζωτο, φώσφορο ή θειο, (Διαμαντίδης, 2007). Υπάρχουν όμως υδατάνθρακες που δεν ανταποκρίνονται στον τύπο αυτό καθώς και ενώσεις που δεν έχουν τα χαρακτηριστικά υδατανθράκων όπως π.χ. το οξικό οξύ ( C2H4O2) και το γαλακτικό οξύ (C3H6O3). Με βάση την συμπεριφορά τους σε ελαφρά όξινες συνθήκες και θερμές συνθήκες τα σάκχαρα διακρίνονται σε: απλά σάκχαρα ή μονοσακχαρίτες που δεν τροποποιούνται στις παραπάνω συνθήκες και σε οζίτες (ολοζίτες και ετεροζίτες) που τροποποιούνται, (Διαμαντίδης, 2007). Οι ολοζίτες υδρολύονται σε ένα μικρο (ολιγοσακχαρίτες) ή μεγάλο αριθμό (πολυσακχαρίτες) όμοιων (ομοσακχαρίτες) ή ανόμοιων (ετεροσακχαρίτες) μορίων απλών σακχάρων, ενώ οι ετεροζίτες υδρολύονται σε έναν μικρο ή μεγάλο αριθμό απλών σακχάρων και σε ένα ή περισσότερα μη υδαταθρακούχα. Οι υδατάνθρακες αποτελούν ένα σημαντικό κομμάτι της επιστήμης των τροφίμων. Στις τροφές απαντάτε ποικιλία υδατανθράκων, όπως

12


μονοσακχαρίτες, άμυλο, κυτταρίνες, ημικυτταρίνες, κόμμεα κ.τ.λ. των οποίων οι ιδιότητες επηρεάζουν κατά πολύ την ποιότητα ενός μεγάλου αριθμού προϊόντων, όπως τα προϊόντα ζαχαροπλαστικής, αρτοποιίας πηκτών κ.α. Συμμετέχουν στη γεύση, άρωμα και δομή των τροφίμων, στην συγκράτηση του νερού, επηρεάζουν το ιξώδες και λειτουργούν ως σταθεροποιητές.

1.2.2.1 ΔΙΑΚΡΙΣΗΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΩΝΜπορούμε να διακρίνουμε τους υδατάνθρακες σε:

Απλά σάκχαρα ή μονοσακχαρίτες είναι πολυϋδροξυ-αλδεΰδες (αλδόζες), που τυπικά θεωρούνται ότι παράγονται από την γλυκεραλδεϋδη, ή πολυϋδροξυακετόνες που παράγονται από την διυδροξυακετόνη με εισαγωγή μονάδων CHOH στις ανθρακικές αλυσίδες. Από τα πιο σημαντικά απλά σάκχαρα είναι η γλυκόζη, η φρουκτόζη και η γαλακτόζη.

Οι μονοσακχαρίτες έχουν την ιδιότητα να συγκρατούν υγρασία (π.χ. σιρόπι γλυκόζης), παρουσιάζουν καλή διαλυτότητα στο νερό είναι διαλυτή σε μικρή έκταση στην αιθανόλη και αδιάλυτη σε οργανικούς διαλύτες και χρησιμοποιούνται σαν τα πιο σημαντικά γλυκαντικά μέσα από την βιομηχανία τροφίμων.

Ολιγοσακχαρίτες είναι ενώσεις με μέχρι περίπου 10 μόρια μονοσακχαρίτη. Οι μονοσακχαρίτες σχηματίζουν γλυκοζίτες. Όταν αυτό συμβαίνει μεταξύ της ομάδας λακτόζης ενός μονοσακχαρίτη και οποιασδήποτε ΗΟ- ομάδας ενός δευτέρου μονοσακχαρίτη παράγεται ένας δισακχαρίτης. Οι πιο γνωστοί είναι η κελλοβιόζη, ισομαλτόζη, λακτόζη, μαλτόζη, ραφιννόζη, ζαχαρόζη κ.α.

Οι φυσικές και οργανοληπτικές ιδιότητες είναι παρόμοιες με αυτές των μονοσακχαριτών.

Πολυσακχαρίτες είναι ενώσεις οι οποίες όπως και ολιγοσακχαρίτες αποτελούνται από μονοσακχαρίτες που συνδέονται ο ένας με τον άλλον με γλυκοζιτικούς δεσμούς, ωστόσο το μόριο τους αποτελείται από πάνω από δέκα μονάδες πολυσακχαριτών.

1.2.2.3 ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ Οι πολυσακχαρίτες όπως και οι ολιγοσακχαρίτες αποτελούνται από μονοσακχαρίτες που συνδέονται ο ένας με τον άλλον με γλυκοζιτικούς δεσμούς. Επειδή δεν περιέχουν ελεύθερα ανωμερικά υδροξύλια (εκτός από ένα στο άκρο της πολυμερικής αλυσίδας), οι πολυσακχαρίτες δεν είναι αναγωγικά σάκχαρα, ούτε εμφανίζουν πολυστροφισμό. Η όξινη υδρόλυση τους παράγει μονοσακχαρίτες. Μερική χημική και ενζυμική υδρόλυση, εκτός από την πλήρη υδρόλυση, είναι απαραίτητες για την διευκρίνηση της δομής. Η ενζυμική υδρόλυση παρέχει ολιγοσακχαρίτες, η ανάλυση των οποίων διευκρινίζει την αλληλουχία τν μονοσακχαριτών και τη θέση και τον τύπο των δεσμών. Οι πολυσακχαρίτες έχουν ευρεία διάδοση στη φύση έχοντας πολλαπλούς και σημαντικούς ρόλους ως αποθηκευτικές ουσίες

13


αφομοίωσης (άμυλο δεξτρίνη, ινσουλίνη στα φυτά, γλυκογόνο στα ζώα), ουσίες δέσμευσης νερού (άγαρ, πηκτίνη και άλατα αλγινικού οξέος στα φυτά, βλεννοπολυσακχαρίτες στα ζώα), σκελετικές ουσίες σχηματισμού δομής (κυτταρίνη, ημικυτταρίνη και πηκτίνη στα φυτά, βλεννοπολυσακχαρίτες στα ζώα). Βρίσκονται σε παρά πολλά τρόφιμα διατηρώντας τους ρόλους τους. Στην επεξεργασία τροφίμων σε φυσική είτε σε τροποποιημένη μορφή χρησιμοποιούνται πλέον σε μεγάλη έκταση ως πυκνωτικά ή πηκτωματόγονα μέσα (άμυλο, αλγινικά, πηκτίνη, κόμμι γκουαρ), ως σταθεροποιητές για τα γαλακτώματα και εναιωρήματα, για σχηματισμό υμενίων, ουσίες επικάλυψης για να προστατεύσουν τα ευαίσθητα τρόφιμα από ανεπιθύμητη μεταβολή και αδρανή υλικά πληρώσεως για να αυξήσουν την αναλογία πεπτόμενων ουσιών στη διατροφή. Οι ιδιότητες των πολυσακχαριτών είναι ιδιαίτερα μεταβλητές και σε αυτές στηρίζεται η λειτουργιά τους. Οι ιδιότητες αυτές ποικίλουν από αδιάλυτες μορφές (κυτταρίνη) μέχρι και εκείνες με καλή ικανότητα διόγκωσης και διαλυτότητας σε ζεστό και κρύο νερό (άμυλο, κόμμι γκουαρ). Τα διαλύματα μπορεί να παρουσιάσουν χαμηλό ιξώδες ακόμα και σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις ή μπορεί να έχουν πολύ υψηλό ιξώδες ακόμα και σε χαμηλές συγκεντρώσεις. Μερικοί πολυσακχαρίτες, ακόμα και σε χαμηλή συγκέντρωση , διατάσσονται σε μια θερμοαναστρέψιμη πηκτή (πηκτίνη). Ενώ οι περισσότερες πηκτές τήκονται σε ψηλές θερμοκρασίες, μερικά παράγωγα κυτταρίνης μετατρέπονται σε πηκτή, (Belitz, Grosch, Schieberle, 2006). Ανάλογα με τη χημική τους σύσταση οι πολυσακχαρίτες διακρίνονται σε ομοπολυσακχαρίτες (άμυλο, κυτταρίνη, γλυκογόνο) όταν το μόριό τους αποτελείται από ένα είδος απλού σακχάρου, και σε ετεροπολυσακχαρίτες (ημικυτταρίνες, πηκτινικές ύλες, κόμμεα) όταν το μόριό τους αποτελείται από δύο ή περισσότερα συστατικά. Το συστηματικό τους όνομα προκύπτει από το όνομα του μονοσακχαρίτη από τον οποίο προέρχονται με αντικατάσταση της καταλήξεως -όζηαπό την κατάληξη –ανη, π.χ. πεντόζη-πεντοζάνη, μαννόζη-μαννάνη, γλυκόζη γλυκάνη. Οι πολυσακχαρίτες είναι πολύ διαφορετικοί από τις βασικές δομικές μονάδες, που τους αποτελούν. Μακροσκοπικά και μικροσκοπικά εμφανίζονται άμορφοι, αλλά εξεταζόμενοι με ακτίνες Χ αποκαλύπτουν μικροκρυσταλλική δομή. Δεν έχουν γλυκιά γεύση και δεν ανάγουν το φελίγγειο υγρό. Η ένωση των μονοσακχαριτών μπορεί να είναι γραμμική (κυτταρίνη, αμυλόζη) ή με διακλαδισμένο τρόπο (γλυκογόνο, αμυλοπηκτίνη). Η συχνότητα των περιοχών διακλάδωσης και το τμήμα των πλευρικών αλυσίδων μπορεί να ποικίλουν πολύ (γλυκογόνο). Η αλληλουχία των μορίων μπορεί να είναι περιοδική με μια ή περισσότερες εναλλασσόμενες δομικές μονάδες (κυτταρίνη, αμυλόζη), η αλληλουχία μπορεί να περιέχει βραχέα ή πιο μακριά τμήματα μορίων με περιοδική διάταξη που διαχωρίζονται από μη περιοδικά τμήματα (καραγεννάνες, πηκτίνη), ή η αλληλουχία μπορεί να είναι μη περιοδική σε όλο το μήκος της αλυσίδας (όπως στην περίπτωση των υδατανθρακικών συστατικών στις γλυκοπρωτεϊνες).

14


1.2.2.4 ΤΥΠΟΙΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΩΝ Τέλεια γραμμικοί πολυσακχαρίτες

Ενώσεις με μια απλή ουδέτερη δομική μονάδα μονοσακχαρίτη και με έναν τύπο δεσμού ονομάζονται τέλεια γραμμικοί πολυσακχαρίτες. Είναι αδιάλυτοι στο νερό και μπορούν να διαλυτοποιηθούν μόνο σε δραστικές συνθήκες π.χ. υψηλές θερμοκρασίες, ή με διάσπαση Η δεσμών με αλκάλι ή με άλλα κατάλληλα αντιδραστήρια. Κατακρημνίζονται εύκολα από διάλυμα. Η ύπαρξη μιας βέλτιστης δομικής προϋπόθεσης για το σχηματισμό διατεταγμένης διαμόρφωσης μέσα στην αλυσίδα και επίσης για την αλληλεπίδραση αλυσίδας είναι ο λόγος για τις παραπάνω ιδιότητες. Συχνά, αναπτύσσεται μια μερικώς κρυσταλλική κατάσταση λόγω της τόσο τακτικής διαμόρφωσης.

Διακλαδισμένοι πολυσακχαρίτεςΣτους διακλαδισμένους πολυσακχαρίτες η αλληλεπίδραση αλυσίδας - αλυσίδας είναι λιγότερο έντονη γι αυτό και παρουσιάζουν μεγαλύτερη διαλυτότητα και υπάρχει επιδιαλύτωση των μορίων σε μεγαλύτερη έκταση. Τα διαλύματα των διακλαδισμένων πολυσακχαριτών έχουν χαμηλότερο ιξώδες από αυτά των γραμμικά τέλειων. Εξαιρέσεις απαντιούνται στις ιδιαίτερα πτυχωμένες γραμμικές αλυσίδες. Η τάση των διακλαδισμένων πολυσακχαριτών να κατακρημνίζονται είναι μικρή. Σχηματίζουν έναν κολλώδη πολτό στις υψηλότερες συγκεντρώσεις που τα καθίστα κατάλληλους ως συγκολλητικά η κόλλες.

Γραμμικά διακλαδισμένοι πολυσακχαρίτεςΑυτή η κατηγορία πολυσακχαριτών συνδυάζει τις ιδιότητες των τέλεια γραμμικά πολυσακχαριτών και των διακλαδισμένων πολυσακχαριτών. Είναι πολυμερή σώματα με μακριά αλυσίδα ¨σπονδυλικής στήλης¨ και με πολλές βραχείες πλευρικές αλυσίδες. Η μακριά αλυσίδα ¨σπονδυλικής στήλης¨ είναι υπεύθυνη για το υψηλό ιξώδες του διαλύματος. Η παρουσία πολυάριθμων βραχέων πλευρικών αλυσίδων αποδυναμώνει πολύ τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων, όπως παρουσιάζεται από την καλή διαλυτότητα και το ρυθμό ενυδάτωσης των μορίων και από τη σταθερότητα ακόμα και των ιδιαίτερα πυκνών διαλυμάτων.

Πολυσακχαρίτες με καρβοξυλικές ομάδεςΟι πολυσακχαρίτες με καρβοξυλικές ομάδες είναι πολύ διαλυτοί ως αλκαλικά άλατα στην ουδέτερη ή στην αλκαλική περιοχή PH. Τα μόρια φορτίζονται αρνητικά λόγω των καρβοξυλικών ανιόντων και, λόγω των απωστικών δυνάμεων των φορτίων τους, τα μόρια είναι επιμηκυμένα και αντιστέκονται σε διαμοριακές διασυνδέσεις. Το ιξώδες του διαλύματος είναι υψηλό εξαρτάται από το PH και ο σχηματισμός πηκτής ή η κατακρήμνιση συμβαίνει σε PH=3 δεδομένου ότι οι ηλεκτρικές απώσεις παύουν. Επίσης, οι αδιάστατες καρβοξυλικές ομάδες διαμερίζονται μέσω γεφυρών υδρογόνου. Ένα δισθενές κατιόν χρειάζεται για να επιτευχτεί η ζελατινοποίηση σε ουδέτερο διάλυμα.

Πολυσακχαρίτες με ισχυρώς όξινες ομάδεςΟι πολυσακχαρίτες με ισχυρώς όξινα υπολειμματικά μόρια, παρόντα ως εστέρες κατά μήκος των πολυμερικών αλυσίδων είναι πολύ διαλυτοί στο νερό και σχηματίζουν ιδιαιτέρως ιξώδη διαλύματα. Αντίθετα από

15


τους πολυσακχαρίτες με τις καρβοξυλικές ομάδες, σε έντονα όξινα μέσα αυτά τα διαλύματα είναι σταθερά.

Τροποποιημένοι πολυσακχαρίτες Η τροποποίηση των πολυσακχαριτών ακόμα και σε ένα χαμηλό βαθμό υποκατάστασης, επιφέρει ουσιαστικές αλλαγές στις ιδιότητες του.

1.3 ΕΠΙΜΕΡΟΥΣΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ

1.3.1 : - ΠΗΚΤΙΝΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑ ΠΑΡΑΛΑΒΗ Η πηκτίνη είναι ευρέως διαδεδομένη στα φυτά. Παράγεται εμπορικά από τις φλούδες των εσπεριδοειδών και από τον οπό μηλών (υπόλλειμα σύνθλιψης και συμπίεσης). Αποτελεί το 20 – 40% του ποσοστού ξηρής ουσίας στη φλούδα των εσπεριδοειδών και 10 – 20% στον οπό των μηλών. Η παραλαβή της πηκτίνης επιτυγχάνεται με κατακρήμνιση από ιόντα που σχηματίζουν αδιάλυτα άλατα πηκτίνης και ακολουθεί πλύση με οξινισμένη αλκοόλη για την απομάκρυνση των προστιθέμενων ιόντων, ή αλκοολική κατακρήμνιση εφόσον έχει προηγηθεί εκχύλιση της. Οι συνθήκες εκχύλισης εξαρτώνται από την πρώτη ύλη και από το επιθυμητό τελικό προϊόν. Συνήθως θερμοκρασίες 50 – 90 0C, τιμές PH από 1 έως 3 και διάρκεια 30 λεπτά με 24 ώρες είναι αυτά που χρησιμοποιούνται. Οι υψηλές θερμοκρασίες, το πολύ χαμηλό PH και μεγάλη διάρκεια παραμονής σε αυτές τις συνθήκες έχουν σαν αποτέλεσμα υψηλές αποδόσεις προϊόντος, ωστόσο η ποιότητα του μπορεί να επηρεαστεί αρνητικά. Ακολουθεί διήθηση για απομάκρυνση ξένων υλών και κατακρήμνιση. Αν η μέθοδος κατακρήμνισης έχει σαν αποτέλεσμα παραλαβή αδιάλυτου άλατος τότε συνήθως χρησιμοποιείται Al+ 3 είτε Cu+ 2 τα οποία απομακρύνονται στη συνεχεία με οξινισμένη αλκοόλη. Στην αλκοολική κατακρήμνιση χρησιμοποιείται κυρίως 2-προπανόλη (ισοπροπανόλη) αλλά και μεθανόλη ή αιθανόλη. Η απεστεροποίηση για να επιτύχουμε σαν τελικό προϊόν χαμηλής μεθυλίωσης πηκτίνη συνήθως γίνεται με χρήση αλκοόλης στην οποία έχει προστεθεί κατάλληλο οξύ ή βάση. Ωστόσο οι περισσότερες χαμηλής μεθυλίωσης πηκτίνες σήμερα απεστεροποιούνται με χρήση αμμωνίας και παράγεται αμιδούχος πηκτίνη. Για τις υψηλής μεθυλίωσης πηκτίνες ακολουθεί κατευθείαν ξήρανση μετά την κατακρήμνιση. Τέλος έχουμε την άλεση του προϊόντος που παραλαμβάνουμε από την ξήρανση και τυποποίηση.

1.3.1.1 ΔΟΜΗ Πηκτίνες ονομάζονται οι πολυσακχαρίτες του πρωτογενούς κυτταρικού τοιχώματος (ΠΚΤ) που περιέχουν ως κύριες δομικές μονάδες το γαλακτουρονικό οξύ και τη ραμνόζη. Αυτές οι δομικές

16


μονάδες συνδέονται μεταξύ τους με γλυκοζιδικό δεσμό και σχηματίζουν ομοπολυμερείς πηκτίνες (οπότε έχουμε πολυμερές με μία μόνο δομική μονάδα) και ετεροπολυμερείς πηκτίνες (οπότε λαμβάνεται πολυμερές και με τις δύο δομικές μονάδες). Οι ομοπολυμερείς πηκτίνες με δομική μονάδα το γαλακτουρονικό οξύ (GalA: galacturonic acid) λέγονται γαλακτουρονάνες. Οι αλυσίδες ομογαλακτουρονάνης σχηματίζουν ευθύγραμμο σκελετό του τύπου: Χ ΧΧ[- 4 (α-D-Gal pA) 1- 4 (α-D-Gal pA) 1-] n Χ Χ Χ

Οι ετεροπολυμερείς πηκτίνες με δομικές μονάδες το γαλακτουρονικό οξύ και την ραμνόζη (Rha) ονομάζονται ραμνογαλακτουρονάνες. Αυτές μπορεί να φέρουν σε μικρότερη αναλογία γαλακτόζη και αραβινόζη. Οι αλυσίδες ραμνογαλακτου-ρονάνης σχηματίζουν ευθύγραμμο σκελετό του τύπου: Χ ΧΧ[- 4 (α-D-Gal pA) 1- 4 (α-D-Gal pA) 1-] n 4 (β-L-Rhap) 1 [- 4 (α-D-GalpA) 1-Χ ΧΧ Βασικώς, όµως, η κυρίως δοµή της πηκτίνης αποτελείται από µερικώς µεθυλιωµένο πολύ-α-(1→4)-D-γαλακτουρονικό οξύ, επιπλέον η κύρια αλυσίδα περιέχει μόρια ραμνόζης (Belitz , Grosch, Schieberle , 2004). Όµως, υπάρχουν και σηµαντικές περιοχές που δεν σχηµατίζουν πηκτή, οι οποίες αποτελούνται από εναλλασσόµενα α-(1→2)-L-ραµνοζυλο-α-(1→4)-D-γαλακτουρονο-ζυλο-τµήµατα, τα οποία περιέχουν σηµεία διακλαδώσεως µε κυρίως ουδέτερες πλευρικές αλυσίδες (1-20 µονάδες) κυρίως L-αραβινόζης και D-γαλακτόζης. Μπορεί όµως να περιέχονται και µονάδες D-ξυλόζης, L-φουκόζης και D-γαλακτουρονικού οξέος (Εικόνα 1.2). Οι καρβοξυλικές μονάδες του γαλακτορουνικού οξέος εστεροποιούνται κατά μήκος της κύριας αλυσίδας σε διαφορετική έκταση με μεθανόλη. Οι υδροξυλικές ομάδες στην θέση 2 και 3 μπορούν να είναι ακετυλιωμένες σε μικρή έκταση. Αν για την παρασκευή της πηκτίνης χρησιμοποιείται αμμωνία, δηλαδή έχουμε την εισαγωγή καρβοαμινικών ομάδων με αντίδραση κάποιων ομάδων εστέρα, τότε κάποιες μέθυλο καρβοξυλικές ομάδες μετατρέπονται σε ομάδες καρβοαμιδίων και το τελικό προϊόν είναι οι αμιδούχες πηκτίνες, με μεγάλη εμπορική σημασία. Το µόριο της πηκτίνης δεν υιοθετεί ευθεία διαµόρφωση σε διάλυµα, αλλά εκτείνεται και καµπυλώνει (σαν σκουλήκι) µε µεγάλη ευκαµψία. Οι καρβοξυλοµάδες, λόγω του φορτίου τoυς, τείνουν να διογκώνουν τη δοµή των πηκτινών, εκτός και αν ενωθούν µε δισθενή κατιόντα. Έχουν τιµές pKa περίπου 2,9 και έτσι εξασφαλίζουν σηµαντικό αρνητικό φορτίο στις περισσότερες των συνθηκών. Οι µεθυλεστέρες καταλαμβάνουν παρόµοιο χώρο, όµως είναι πιο υδρόφοβοι και συνεπώς έχουν διαφορετική επίδραση στη δόµηση του περιβάλλοντος ύδατος. Οι ιδιότητες των πηκτινών εξαρτώνται από το βαθµό εστεροποίησης (DΕ) ή βαθμό υποκατάστασης από μεθανόλη, δηλαδή το ποσοστό των καρβοξυλικών ομάδων που εστεροποιήθηκαν με μεθανόλη ο οποίος κανονικά είναι γύρω στο 70%, ( Whistler , BeMiller, 1992). Οι χαµηλής μεθυλίωσης πηκτίνες (Low Methoxyl) έχουν βαθμό εστεροποίησης 20-40% πήζουν µε σχηματιστώ γέφυρας µεταξύ δύο γειτονικών αλυσίδων μέσω ενώσεως µε δισθενή ιόντα όπως το Ca2+. Η ικανότητα σχηµατισµού πηκτής των δισθενών ιόντων είναι Mg2+ << Ca2+, Sr2+ <

17


Ba2+, ενώ τα Na+ και K+ δεν σχηµατίζουν πηκτές. Οι πηκτίνες με τις χαμηλότερες τιμές DE απαιτούν υψηλότερες θερμοκρασίες για την ζελατινοποίηση και παρουσιάζουν μεγαλύτερη ευαισθησία (μικρές απαιτήσεις) σε Ca+ 2 . Αν η περιεκτικότητα των µεθυλεστέρων είναι μεγαλύτερη από 50%, τα ιόντα Ca 2 + δείχνουν κάποια αλληλεπίδραση, όµως δεν σχηµατίζουν πηκτή. Οι πηκτίνες αυτές χαρακτηρίζονται ως υψηλής μεθυλίωσης πηκτίνες (High Methoxyl) και σχηµατίζουν πηκτές όταν υπάρχει σάκχαρο και οξύ. Η δύναµη της πηκτής εξαρτάται από την περιεκτικότητα σακχάρου και οξέος, καθώς και από την ποσότητα της προστιθεµένης πηκτίνης. Οι ΗΜ-πηκτίνες είναι πολύ σπουδαίες στην παραγωγή ζελέ. Μπορεί να έχουν βαθµό εστεροποιήσεως από 50 έως 90%.Οι πηκτίνες αυτές µπορούν περαιτέρω να διακριθούν σε:

Βραδείας πήξεως (slow set ) : Έχουν βαθµό εστεροποιήσεως 55-65% και για να σχηµατισθεί πηκτή το µίγµα πρέπει να ψυχθεί σε θερµοκρασία δωµατίου. Είναι φθηνές και καλύτερες για την παρασκευή διαυγών ζελέδων και µαρµελάδων (jam).

Μεσαίας πήξεως : Έχουν βαθµό εστεροποιήσεως 65-70% και πήζουν σε υψηλότερες θερµοκρασίες. Με τον τρόπο αυτό τα τεµάχια του φρούτου παγώνουν και διατηρούνται στη µάζα της πηκτής χωρίς να κατακάθονται. Πρακτικά πήζουν εντός των δοχείων συσκευασίας. Είναι πιο ακριβές.

Tαχειας πήξης : Έχουν βαθµό εστεροποιήσεως 75-90%. Πήζουν µόνο µε σάκχαρο και αποµάκρυνση του νερού. Δεν απαιτείται οξύ και η πήξη είναι πολύ ταχεία. Συνήθως χρησιµοποιούνται για την παρασκευή διαφόρων προϊόντων καραµελοποιίας και όχι στην παρασκευή πηκτών.

Τέλος έχουμε και τις αμιδούχες πηκτίνες. Οι περισσότερες LM-πηκτίνες που κυκλοφορούν στο εμπόριο είναι αμιδούχες. Τυπικά ο βαθμός αμινοποίησης κυμαίνεται από 15-22%. Η αμινοποίηση προκαλεί ζελοποίηση σε υψηλότερες θερμοκρασίες από ότι η μη αμιδούχος πηκτίνη και απαιτεί λιγότερο Ca+ 2 . Οι πηκτίνες εκτός από την παραπάνω διάκριση, χωρίζονται σε κατηγορίες (βαθµοί ή ποιότητες) µε βάση την καθαρότητά τους. Βαθµός σηµαίνει τα µέρη του σακχάρου τα οποία θα πήξει ένα µέρος πηκτίνης π.χ., πηκτίνη 100 βαθµών σηµαίνει ότι 1 µέρος πηκτίνης θα πήξει 100 µέρη σακχάρου κάτω από κατάλληλες συνθήκες (οξύ και διαλυτά στερεά). Πηγές για τη παραγωγή πηκτίνης είναι διάφορα φρούτα και λαχανικά. Χαρακτηριστικά αναφέρουµε την περιεκτικότητα πηκτίνης µερικών από αυτά, η οποία είναι:Πατάτες, 2-3%Σακχαρότευτλα, 15-20%Εσπεριδοειδή, 10% στο σύνολο και 35-37% στο φλοιόΜήλα, 5-7%

18


ΕΙΚΟΝΑ 1.2. ΧΗΜΙΚΗ ΔΟΜΗ ΠΗΚΤΙΝΗΣ

1.3.1.2 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΠΗΚΤΩΝΗ πηκτή της πηκτίνης µπορεί να θεωρηθεί ως ένα σύστηµα στο οποίο το πολυµερές βρίσκεται σε µια κατάσταση µεταξύ την πλήρους διαλύσεως και της καθιζήσεως. Υποστηρίζεται ότι τµήµατα των αλυσίδων του µορίου συνδέονται µεταξύ τους µε περιορισµένη κρυστάλλωση για να σχηµατίσουν τρισδιάστατο πλέγµα στο οποίο συγκρατούνται το νερό, το σάκχαρο και τα άλλα διαλυτά συστατικά. Ο σχηµατισµός πηκτής, από την κατάσταση της πλήρους διαλύσεως του πολυµερούς, προκαλείται µε φυσικές ή χηµικές µεταβολές, οι οποίες τείνουν να µειώσουν τη διαλυτότητα της πηκτίνης. Τούτο ευνοεί το σχηµατισµό τοπικής κρυσταλλώσεως. Οι πιο σπουδαίοι παράγοντες, οι οποίοι επηρεάζουν τη διαλυτότητα της πηκτίνης (τάση για σχηµατισµό πηκτής) είναι: Η θερμοκρασία Η συγκέντρωση της πηκτίνης Το PH Συγκέντρωση άλλων διαλυτών συστατικών Συγκέντρωση ιόντων Βαθμός εστεροποίησης Βαθμός αμινοποίησης Μοριακό βάρος πηκτίνης Παρουσία ακετυλομάδων Ετερογένεια και παρουσία ουδέτερων σακχάρων

1.3.1.3 HM-πηκτίνη Οι πηκτίνες συνήθως για να δημιουργήσουν πηκτή αρχικά θερμαίνονται και στη συνέχεια στερεοποιούνται με ψύξη. Όταν ψύχονται αυτού του τύπου οι πηκτίνες θα πήξουν μετά από κάποιο χρονικό διάστημα και όχι αμέσως. Διάλυμα από HM-πηκτίνη πήζει όταν είναι παρόντα αρκετή ζάχαρη και οξύ ώστε να μειώσουν την ενυδάτωση. Αφού χάσει μερικά από τα φόρτια της και την ενυδάτωση

19


της, τμήματα του πολυμερούς μορίου συνδέονται, σχηματίζοντας διασταυρώσεις και δίκτυο από πολυμερείς αλυσίδες που παγιδεύουν μερίδα του υδατικού διαλύματος. Όταν μια υψηλής μεθυλίωσης πηκτίνη πήξει δεν μπορεί να ξαναλιώσει, άρα η διαδικασία είναι μη θερμοαναστρέψιμη. Η θερμοκρασία που χρησιμοποιείται για την προετοιμασία της πηκτίνης είναι πάνω από την θερμοκρασία ζελατινοποίησης γύρω στους 35-90 oC και η πήξη οφείλεται στις διακλαδώσεις κατά τη σύγκρουση των μορίων. Η ζελατινοποίηση των HM-πηκτινών απαιτεί χαμηλό PH 3-3,1, μικρή ενεργότητα ύδατος, περιεκτικότητα σακχάρων 65%, περιεκτικότητα διαλυτών συστατικών τουλάχιστον 55% και 0,3% πηκτίνη. Όσο αφόρα τον βαθμό εστεροποίησης και το χρόνο ζελατινοποίησης η πολύ υψηλής μεθυλίωσης πηκτίνη πήζει σε 20-70 sec. Η ταχείας πήξης πηκτίνη πήζει σε 180-250 sec και η βραδείας πήξης πηκτίνη πήζει σε 200-250 sec σε PH 3-3,1.

1.3.1.4 LM- πηκτίνη Σε διάλυμα LM-πηκτίνης είναι απαραίτητη η παρουσία δισθενών κατιόντων, εφόσον είναι αυτά που θα δημιουργήσουν τις γέφυρες διασταύρωσης. Όσο αυξάνεται η συγκέντρωση του κατιόντος αυξάνεται και η θερμοκρασία ζελατινοποίησης και η στερεότητα της πηκτής. Η διαδικασία είναι θερμοαναστρέψιμη ενώ η πηκτή δημιουργείται σχεδόν αμέσως. Η θερμοκρασία που απαιτείται για να λιώσει η πηκτίνη αυτού του τύπου είναι 200 οC σε PH 1-7 (προτιμότερο είναι πάνω από 6,5) χωρίς απαραίτητα την παρουσία σακχάρων. Τα διαλυτά στερεά συστατικά μπορεί να είναι από 0 – 55% και επιδρούν θετικά στην ζελατινοποίηση. Η παρουσία Ca+ 2 αυξάνει την πηκτική δύναμη και επιτρέπει υψηλές θερμοκρασίες ζελατινοποίησης. Όπως αναφέραμε και προηγουμένως οι περισσότερες LM-πηκτίνες του εμπορίου είναι αμιδούχες. Οι αμιδούχες πηκτίνες παρουσιάζουν ευαισθησία στο Ca+ 2 και απαιτουν μικρότερες ποσότητες του, ζελατινοποιούνται σε υψηλότερες θερμοκρασίες (30-70 oC) από τις μη αμιδούχες και είναι θερμοαναστρέψιμη. Σε τιμές PH>3,5 η αμιδούχος πηκτίνη είναι επαλήψιμη και θιξοτροπική με αναστρέψιμη διάταση ενώ σε PH<3,5 είναι παρόμοιο με την HM-πηκτίνη, άλλα πιο ελαστική.

ΕΙΚΟΝΑ 1.3. ΠΗΚΤΙΝΗ

1.3.1.5 ΧΡΗΣΕΙΣ Η πηκτίνη είναι σκόνη λεύκη, υποκίτρινη ή υπόφαια, σχεδόν άοσμη (Εικόνα 1.3). Διαλύεται πλήρως στο νερό και ευκολότερα σε σιρόπια ή

20


αφού αναμιχτεί με ζάχαρη. Κατέχει ιδιαίτερη θέση στην παρασκευή μαρμελάδων και ζελέδων (HM-πηκτίνη) ή διαιτητικών χωρίς ζάχαρη μαρμελάδων και ζελέδων (LM-πηκτίνη). Ένα αυξανόμενο ποσοστό πηκτίνης χρησιμοποιείται σαν σταθεροποιητής-γαλακτωματοποιητές σε προϊόντα γάλακτος (γιαούρτι, παγωτά κ.α.) και ροφήματα με βάση το γάλα όπου έχουν χαμηλό PH (LM-πηκτίνη). Ακόμα η πηκτίνη χρησιμοποιείται σε χυμούς, ποτά και αναψυκτικά αυξάνοντας το ιξώδες τους και δημιουργώντας καλύτερη αίσθηση του προϊόντος στο στόμα. Επίσης δρα σαν σταθεροποιητής σε προιόντα που περιέχουν νερό και λάδι μαζί, χρησιμοποιείται στην παραγωγή ζελέδων αρτοποιίας ακόμα και σε σως λόγω της ικανότητας της να παρέχει προσκόλληση.

1.3.2 (ΖΕΛΛΑΝΗ GELLAN GUM): - ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΔΟΜΗ Το κόμμι τζελάν είναι φυσικός υδατοδιαλυτός πολυσακχαρίτης που παράγεται από το βακτήριο Pseudomonas elodea ύστερα από αερόβια ζύμωση ακολουθούμενη από καθαρισμό με ισοπροπυλική αλκοόλη, ξήρανση και άλεση. Ο οργανισμός παραγωγής είναι αερόβιος, μη παθογόνος, gram-αρνητικό βακτήριο (J ECFA, 1990). Η επαναλαμβανόμενη μονάδα του είναι ένας τετραζαχαρίτης δύο μονάδες γλυκόζης, μία ραμνόζης, μία γλυκουρονικού. Το γλυκουρονικό οξύ εξουδετερώνεται σε κάλιο, νάτριο, ασβέστιο και άλατα μαγνησίου. Συνήθως περιέχει μικρή ποσότητα ενώσεων που περιέχουν άζωτο που προκύπτει από τις διαδικασίες ζύμωσης. Η σύνθεση είναι περίπου: γλυκόζη 60%, 20% ραμνόζη και γλυκουρονικό οξύ 20%.Ο ακριβής μοριακός τύπος του κόμμεος ζελάνης μπορεί να ποικίλει ελαφρώς (π.χ., ανάλογα με τον βαθμό στον οποίο το γλυκουρονικό οξύ εξουδετερώνεται με διάφορα άλατα). Επιπλέον, σημαντική ποσότητα μη-πολυσακχαριτικού υλικού βρίσκεται στη ζελλάνη (κυτταρικής πρωτεΐνης και τέφρα) που μπορεί να απομακρυνθεί με διήθηση ή φυγόκεντρο. Χρησιμοποιείται ως πηκτικός παράγοντας, σταθεροποιητής και γαλακτωματοποιητής. Η αρχική ονομασία του ήταν S-60 ή PS-60. Το κόμμι ζελλάνης είναι υδατοδιαλυτή, υπόλευκη σκόνη (Εικόνα 1.5). Έχει μοριακό βάρος μεγαλύτερο από 70,000 daltons με 95 τοις εκατό πάνω από 500.000 daltons. Σχηματίζει πηκτές όταν προστίθενται θετικά φορτισμένα ιόντα (δηλαδή, κατιόντα). Έτσι, το πάχος και η υφή του κόμμεος ζελλάνης σε διάφορα προϊόντα μπορεί να ελεγχθεί με χειρισμό της προσθήκης αλάτων καλίου, μαγνησίου, ασβεστίου, και / ή νάτριο. Κατά τον ίδιο τρόπο, η θερμοκρασία τήξης μπορεί να τροποποιηθεί για να είναι είτε να είναι χαμηλή ή πάνω από 100 ° C.

1.3.2.1 ΒΑΣΙΚΕΣΜΟΡΦΕΣΖΕΛΛΑΝΗΣ Υπάρχουν τρεις βασικές μορφές των προϊόντων ζελλάνης, οι οποίες διακρίνονται από την περιεκτικότητά τους σε πολυσακχαρίτες, το ποσοστό υποκατάστασης των ακυλολειτουργικών ομάδων και την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες (συμπεριλαμβανομένων νουκλεϊκών υπολειμμάτων και άλλες πηγές οργανικού αζώτου), (J ECFA, 1990). Η φυσική μορφή και η αποακετυλιωμένη μορφή όπου χωρίζεται σε υψηλής ακυλίωσης ζελλάνη (High acyl Gellan) και χαμηλής ακυλίωσης

21


ζελλάνη (Low acyl Gellan) (Εικόνα 1.4). Στην αποακετυλιωμένη ζελλάνη αφαιρούνται οι ομάδες ακετυλίου με αλκαλική κατεργασία για να παραχθεί αποακετυλιωμένο κόμμι ζελλάνης. Άλκυλο υποκαταστάτες επηρεάζουν την ρεολογία, και αποακετυλίωση της φυσικής ζελλάνης με αποτελέσματα την αλλαγή από μαλακό, ελαστικό θερμοαντίστροφο τζελ σε πιο σκληρά, πιο εύθραυστα τζελ με υψηλότερη θερμική σταθερότητα H φυσική μορφή και η υψηλής ακυλίωσης ζελλάνη αποτελείται από μια ραχοκοκαλιά από επαναλαμβανόμενες μονάδες β-1, 3- D-γλυκόζη, β-1, 4-D-γλυκουρονικό οξύ, β-1, 3-D-γλυκόζη, α-1, 4-L-ραμνόζη, και δύο ομάδες αλκυλίου, ακετύλιο και γλυκερόλη, ενωμένα στο υπόλειμμα γλυκόζης που βρίσκεται δίπλα στο γλυκουρονικό οξύ στην Ο-6 και Ο-2 θέση αντίστοιχα. Και οι δύο υποκαταστάτες βρίσκονται στο ίδιο υπόλειμμα γλυκόζης και, κατά μέσο όρο, υπάρχει μια γλυκερική ομάδα ανά επαναλαμβανόμενη μονάδα και μία ακετυλική ομάδα κάθε δύο επαναλαμβανόμενες μονάδες. Η HA-ζελλάνη δημιουργεί μαλακές, όχι εύθραυστες, ελαστικές πηκτές χωρίς να είναι απαραίτητη η παρουσία δισθενών ιόντων όπως στις πηκτές της LΑ-ζελλάνης Στη χαμηλής ακυλίωσης [LA] μορφή, οι ακυλομάδες έχουν αφαιρεθεί για να παραχθεί μία γραμμική επαναλαμβανόμενη μονάδα και ουσιαστικά στερούνται τέτοιων ομάδων. Σκέδασης φωτός και μετρήσεις ενδογενούς ιξώδους δείχνουν μια μοριακή μάζα από περίπου 5 χ 10 s daltons για LA-ζελλάνη. Οι LA-ζελλάνες σχηματίζουν πηκτές όταν ψύχονται παρουσία κατιόντων , κατά προτίμηση δισθενών κατιόντων, όπως ασβέστιο και μαγνήσιο. Οι πηκτές που σχηματίζονται είναι σταθερές και εύθραυστες παρόμοιες με αυτές της καραγεννάνης. Τα στάδια παραγωγής αποακετυλιωμένης LΑ-ζελλάνης περιλαμβάνουν την καταβύθιση του προϊόντος ζύμωσης σε υδατόλουτρο (Τ=100 οC) για 15 λεπτά, ακολουθουμένη από ψύξη και αύξηση του PΗ στις 10 μοναδες χρησιμοποιώντας 1 M NaOH. Το προϊόν ζύμωσης διατηρείται στους 80 οC για 10 λεπτά και το PH μειώνεται στο 7 με χρήση 1 M HCl. Ακολουθεί φυγοκέντρηση για 30 λεπτά στους 4 οC και στις 8000rpm. Στο διήθημα προστίθεται σε 3 δόσεις 2-προπανόλη για να προκληθεί κατακρήμνιση της αποακετυλιωμένης ζελλάνης. Μετα την αποακετυλίωση ακολουθεί καθαρισμός της αποακετυλιωμένης ζελλάνης.

22


ΕΙΚΟΝΑ 1.4. ΧΗΜΙΚΗ ΔΟΜΗ ΖΕΛΛΑΝΗΣ

1.3.2.2 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣΖΕΛΛΑΝΗΣ Η ζελλάνη για την ζελατινοποίηση της απαιτεί ταυτόχρονα θέρμανση και την παρουσία ιόντων. Το πολυμερές απαιτεί θέρμανση στους 100 0 C για να επιτευχθεί πλήρης διαλυτότητα υπό την παρουσία ιόντος, (Whistler & BeMiller, 1992). Το διάλυμα που προκύπτει έχει χαμηλό ιξώδες και κατά την ψύξη του φτάνει στο σημείο πήξης, στο όποιο ο χρόνος ζελατινοποίησης είναι με ταχύτατος. Η θερμοκρασία πήξης της ζελλάνης είναι συνάρτηση της συγκέντρωσης του κόμμεος καθώς και της συγκέντρωσης κατιόντων και παίρνει τιμές από 35 έως >50 ΟC. Όσο αυξάνεται η συγκέντρωση των κατιόντων, για την ίδια συγκέντρωση ζελλάνης, τόσο αυξάνεται και η θερμοκρασία πήξης ενώ η σκληρότητα της πηκτής αυξάνεται μέχρι ενός μεγίστου και στη συνέχεια μειώνεται. Ο μηχανισμός ζελατινοποίησης περιλαμβάνει τον σχηματισμό διπλών ελικοειδών ζωνών διασταύρωσης που ακολουθούνται από συνάθροιση των διπλών ελικοειδών τμημάτων και τον σχηματισμό ενός τρισδιάστατου δικτύου με συμπλοκοποίηση κατιόντων και υδρογόνου ενωμένα με νερό. Προσθήκη μονοσθενών ή δισθενών κατιόντων κατά την διάρκεια ψύξης αυξάνει σημαντικά τον αριθμό των γεφυρών άλατος στην ζώνη διασταύρωσης, βελτιώνοντας έτσι το δυναμικό της ζελατινοποίησης του κόμμεος ζελλάνης. Μερικοί από τους σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν την ζελατινοποίηση της ζελλάνης και τις ιδιότητες της πηκτής που σχηματίζεται συζητούνται παρακάτω .

Περιεκτικότητα ακετυλίου Η περιεκτικότητα σε ακετύλιο είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την αντοχή της πηκτής. Κόμμι ζελλάνης με διαφορετική περιεκτικότητα σε ακετύλιο δίνει πηκτές με διαφορετικές ιδιότητες. Η φυσική ζελλάνη παρέχει μαλακές, ελαστικές, θερμικά αναστρέψιμες

23


πηκτές, και είναι πολύ αδύναμη λόγω των ογκωδών ακέτυλο και γλυκέρολο ομάδων. Η αποακετυλιωμένη ζελλάνη σχηματίζει σταθερές , εύθραυστες και θερμοαντιστρέψιμες πηκτές λόγω της απουσίας του ακετυλίου και γλυκέρολο ομάδων.

ΘερμοκρασίαΤο διάλυμα της ζελλάνης υποβάλλεται σε θερμικά αναστρέψιμες αλλαγές του ιξώδους. Το ιξώδες μειώνεται απότομα με αύξηση της θερμοκρασίας άλλα επανέρχεται στην αρχική του τιμή κατά την ψύξη. Η πηκτή ζελλάνης έχει καλή θερμική σταθερότητα και είναι ικανή να αντέξει στους 121 οC χωρίς να χάσει την αντοχή της σε σημαντικό βαθμό.

Τύπος και συγκέντρωση των ιόντων Τα ιόντα έχουν αντίκτυπο στην αντοχή πηκτής και την ευθραυστότητα. Η ζελλάνη δεν σχηματίζει πηκτή σε αφιονισμένο νερό, αλλά η προσθήκη από άλατα ασβεστίου, καλίου, νατρίου και μαγνησίου προκαλεί αύξηση σε αυτές τις δύο ιδιότητες. Τα δισθενή κατιόντα έχουν μεγαλύτερη επίδραση στα χαρακτηριστικά της πηκτής ακόμη και σε πηκτές ζελλάνης με πολύ χαμηλή συγκέντρωση ζελλάνης (0,2% w/v) μία υψηλής αντοχής πηκτή επιτεύχθηκε με περίπου 0,004% w/v ασβέστιο και 0,005% w/v μαγνήσιο. Παρόμοια αντοχή πηκτής μπορεί να επιτευχθεί με 0.16% νάτριο ή 0,12% κάλιο m/v. Πηκτές ζελλάνης με KCl ή NaCl είχαν μικρότερη αντοχή, ακόμη και σε υψηλή συγκέντρωση άλατος (1% w/v). Μια συγκέντρωση από 0.1-0.2% ζελλάνης είναι κατάλληλη για πολλά συστήματα τροφίμων.

PH ΠηκτήςΗ αντοχή της πηκτής μπορεί να ενισχυθεί εντός εύρους PΗ 3,5 έως 8, το οποίο αντιστοιχεί στην περιοχή της φυσικής κατανομής του PH των περισσοτέρων τροφίμων. Αλλαγή στο PΗ δεν μεταβάλλει το σημείο πήξης της πηκτής, αλλά επηρεάζει θερμοκρασία τήξεως σε μερικές περιπτώσεις. Για παράδειγμα, πηκτές που παρασκευάστηκαν με πολύ χαμηλά επίπεδα των μονοσθενών ιόντων τήκονται σε περίπου 70 ° C σε ουδέτερο PΗ, αλλά σε PΗ = 3,5 η θερμοκρασία τήξεως ελαφρώς αυξάνεται. Αυτήν την τάση δεν την συναντάμε στα δισθενή ιόντα.

Παρουσία υδροφιλικών συστατικών Προσθήκη υδροφιλικών συστατικών όπως η σουκρόζη σε συγκέντρωση περίπου 10% m/v τείνει να μειώνει την συγκέντρωση ιόντων που απαιτείται για την βέλτιστη αντοχή της πηκτής.

Η χρησιμοποίηση άλλων κόμμεων σε συνδυασμό με την ζελλάνη επίσης τροποποιούν τις ιδιότητες της πηκτής. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα κόμμι είναι η κ – καραγεννάνη, η ζελατίνη και το άγαρ. Έτσι μια ποικιλία από πηκτές μπορούν να δημιουργηθούν με παραλλαγές στη σταθερότητα, στην ελαστικότητα, στην ευθραυστότητα, στη θερμοκρασία τήξεως και την διαύγεια, ελέγχοντας το είδος του κόμμεος που θα χρησιμοποιηθεί, τη συγκέντρωση του, το είδος και τη συγκέντρωση του κατιόντος και το είδος και το ποσό των άλλων συστατικών.

24


1.3.2.3 ΧΡΗΣΕΙΣ ΖΕΛΛΑΝΗΣΣΕΤΡΟΦΙΜΑ Η ζελλάνη είναι ένα πρόσθετο τροφίμων που δρα ως πηκτικός παράγοντα ή παράγοντας σκλήρυνσης και μπορεί να παράγει διαφανείς υφές πηκτής σε προϊόντα τροφίμων που κυμαίνονται από σκληρές και εύθραυστες προς ρευστές. Στους τύπους προϊόντων που περιέχουν τυπικά κόμμι ζελλάνης περιλαμβάνονται: γεμίσεις προϊόντων αρτοποιίας, είδη ζαχαροπλαστικής, γαλακτοκομικά προϊόντα, επιδόρπια, ζελέδες, μαρμελάδες, χαμηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά για επάλειψη προϊόντα, τρόφιμα φούρνου μικροκυμάτων, πουτίγκες, σάλτσες κ.α. Η ζελλάνη όχι μόνο χρησιμοποιείται σε τρόφιμα, τα οποία απαιτούν μια εξαιρετικά πηκτωματοποιημένη δομή, αλλά μπορεί επίσης να είναι κατάλληλη για χρήση σε συστήματα, όπου θα προκαλέσουν άλλη αίσθηση στο σώμα και στο στόμα αντικαθιστώντας την ζελατίνη διότι δεν λιώνουν στο στόμα όπως οι πηκτές ζελατίνης, άλλα διασπώνται πιο εύκολα δίνοντας εξαιρετική απελευθέρωση γεύσης. Σε ορισμένα προϊόντα, μπορεί να είναι επιθυμητή η χρήση ζελλάνης σε συνδυασμό με άλλα υδροκολλοειδή όπως κόμμι ξανθάνης, κόμμι γκουάρ και τροποποιημένα άμυλα για την απόκτηση της βέλτιστης υφή του προϊόντος και σταθερότητα. Η ζελλάνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην ζαχαροπλαστική και στα προϊόντα αρτοποιίας. Η κύρια λειτουργία της σε προϊόντα ζαχαροπλαστικής είναι να παρέχει δομή και υφή για να μειώσει το σύνολο του χρόνου ζελατινοποίησης αμύλου. Η ζελατινοποίηση αμύλου κανονικά διαρκεί 24 έως 48 ώρες για ώσπου να επέλθει πήξη, ενώ η εισαγωγή ζελλάνης μειώνει το χρόνο πήξης σε 10-12 ώρες. Επιπλέον, η ζελλάνη μπορεί να αποτρέψει τις διακυμάνσεις της υγρασίας σε ζαχαρούχα τρόφιμα και η απαιτούμενη συγκέντρωση ζελλάνης σε αυτά τα προϊόντα είναι μόνο το ένα πέμπτο από αύτη του χρησιμοποιούμενου συνήθως άγαρ. Η ζελλάνη είναι κατάλληλη για επιδόρπια ζελέ και γενικά για προϊόντα με βάση το νερό. Όπως αναφέραμε αντικαθιστά σε αυτά τα προϊόντα επιτυχώς την ζελατίνη δίνοντας διαυγή ζελέ. Επιπλέον, η αύξηση της θερμοκρασίας τήξης λόγω της προσθήκης της ζελλάνης βοηθά τα προϊόντα να παραμείνουν μαλακά και ζουμερά χωρίς λιώνουν και να χάνουν την εμφάνιση τους. Για αυτά τα προϊόντα ένα επίπεδο της τάξης του 0,3% ζελλάνης είναι ιδανικό.

Η πηκτίνη μπορεί να αντικατασταθεί με επιτυχία από την ζελλάνη σε μαρμελάδες και είναι αποτελεσματική και σε μικρότερες ποσότητες (περίπου 0,4% σε σύγκριση με το απαιτούμενο 0,6% ΗΜ-πηκτίνης και 0,8% LM-πηκτίνης). Σε αυτά τα προϊόντα η συναίρεση μειώνεται, τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά βελτιώνονται όπως και η επαληψιμότητα. Επίσης υποκαθιστά το άμυλο ή μπορεί σαν μίγμα με τροποποιημένο άμυλο να δράσει σαν σταθεροποιητής και παράγοντας δέσμευσης νερού. Η παστερίωση δεν προκαλεί τήξη στην ζελλάνη και προϊόντα όπως π.χ. ζωοτροφές διατηρούν τα χαρακτηριστικά τους μετά την θέρμανση και ψύξη, ενώ το ποσοστό που χρησιμοποιείται είναι μόλις 0,7%. Αρνητικά φορτισμένα υδροκολλοειδή όπως η ζελλάνη και η καραγεννάνη αντιδρούν με τις θετικά φορτισμένες πρωτεΐνες του

25


γάλακτος, και προκαλούν καθίζηση τους. Το φαινόμενο αυτό είναι ανεπιθύμητο, ωστόσο σε άλλα γαλακτοκομικά προϊόντα όπως το τυρί, οι αντιδράσεις της ζελλάνης με τις πρωτεΐνες, ιδιαίτερα τις καζεΐνες και τις λακτογλοβουλίνες του τυρογάλακτος, αυξάνουν την συνολική απόδοση και μειώνουν την απώλεια στερεών στο τυρόγαλα. Τέλος η χρήση ζελλάνης είναι ιδιαίτερα σημαντική στο παγωτό όπου λειτούργει ως διογκωτικός παράγοντας, ενώ μειώνει και την πρόσληψη λαδιού κατά το τηγάνισμα λόγω του υδροφυλικου χαρακτήρα της. Σύμφωνα με τον FDA η ζελλάνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια ως πρόσθετο τροφίμων για ανθρώπινη κατανάλωση, εφόσον η χρήση του είναι σύμφωνη με τον 21 CFR 172.665, όπου με τον κανονισμό αυτό η ζελλάνη παράγεται από τον μικροοργανισμό P. elodea , από ζύμωση της καλλιέργειας και καθαρισμό με ανάκτηση με ισοπροπυλική αλκοόλη. Κατάλοιπα ισοπροπυλικής αλκοόλης στη ζελλάνη δεν πρέπει να ξεπερνούν το 0,075%. Ακόμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κονσερβοποιημένη τροφή για γάτες και σκύλους σε ποσοστό που να μην ξεπερνά το 0,4%, με λειτουργιά ως σταθεροποιητής και ενισχυτής γεύσης.

ΕΙΚΟΝΑ 1.5. ΖΕΛΛΑΝΗ

1.4 ΕΔΩΔΙΜΕΣΜΕΜΒΡΑΝΕΣ Κάθε είδος υλικού που χρησιμοποιείται για περιτύλιξη (επικάλυψη ή συσκευασία) διαφόρων τροφίμων και μπορεί να καταναλωθεί μαζί με το τρόφιμο, με ή χωρίς περαιτέρω απομάκρυνση του θεωρείται μια εδώδιμη μεμβράνη ή επικάλυψη. Οι εδώδιμες μεμβράνες ή επικαλύψεις παρέχουν την αντικατάσταση ή / και την κάλυψη των φυσικών στρωμάτων για την πρόληψη της απώλειας της υγρασίας, ενώ επιτρέπουν επιλεκτικά την ελεγχόμενη ανταλλαγή σημαντικών αέριων, όπως οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα, και αιθυλένιο. Ένα φιλμ ή μια επικάλυψη μπορεί επίσης να προστατεύει μια επιφάνεια από την επιμόλυνση με μικροοργανισμούς και την πρόληψη της απώλειας των άλλων σημαντικών συστατικών. Γενικώς, το πάχος τους είναι μικρότερο από 0,3 mm (Embuscado, Huber, 2009). Επιπλέον, μπορούν να διασφαλίσουν την ακεραιότητα του προϊόντος ενισχύοντας τις

26


μηχανικές του ιδιότητες ενώ αυξάνουν την διάρκεια της ζωής του. Άλλες εφαρμογές της χρήσης του περιλαμβάνουν ενσωμάτωση θρεπτικών συστατικών όπως βιταμίνες, μέταλλα και βιοφλαβονοειδή εντός της μήτρας του φιλμ . Η βιοαποικοδομησιμότητα και φιλικότητα προς το περιβάλλον των εδώδιμων μεμβρανών και επικαλύψεων είναι άλλα επιθυμητά οφέλη που συνδέονται με τη χρήση τους. Οι εδώδιμες μεμβράνες διαφέρουν από τις εδώδιμες επικαλύψεις λόγω της μεθόδου κατασκευής τους και την εφαρμογή τους στο προϊόν. Οι εδώδιμες μεμβράνες είναι αποξηραμένες προσχηματισμένες λεπτές δομές υλικού που χρησιμοποιούνται ανάμεσα στα στρώματα η πάνω στο τρόφιμο. Οι εδώδιμες μεμβράνες είναι συνήθως μεταξύ 50 έως 250 μm σε πάχος. Οι εδώδιμες επικαλύψεις, επίσης, ορίζονται ως λεπτές στρώσεις βρωσίμων υλικών, άλλα αυτά συνήθως εφαρμόζονται σαν ένα υγρό ποικίλου ιξώδους προς στην εξωτερική επιφάνεια του προϊόντος με ψεκασμό, εμβάπτιση και άλλες κατάλληλες μεθόδους. Αν είναι επιθυμητό μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανάμεσα στα στρώματα των συστατικών των τροφίμων. Για να επιτευχθεί ο σκοπός τους οι εδώδιμες επικαλύψεις αφήνονται να στεγνώσουν πάνω στο προϊόν εφόσον έρθουν σε επαφή με την επιφάνεια του.

1.4.1 ΣΥΣΤΑΣΗ Τα συστατικά των εδώδιμων μεμβρανών και επικαλύψεων μπορούν να χωριστούν σε τρεις μεγάλες κατηγορίες: τα υδροκολλοειδή, τα λιπίδια και τις σύνθετες μεμβράνες ή επικαλύψεις. Κατάλληλα υδροκολλοειδή αποτελούν οι πρωτεΐνες, τα παράγωγα κυτταρίνης, οι πηκτίνες, το άμυλο, τα άλατα αλγινικού οξεος και άλλοι πολυσακχαρίτες. Κατάλληλα λιπίδια θεωρούνται οι κηροί, οι ακυλογλυκερόλες και τα λιπαρά οξέα. Οι σύνθετες εδώδιμες μεμβράνες αποτελούνται από λιπίδια και υδροκολλοειδή μαζί και μπορούν να υπάρξουν ως μια διπλοστοιβάδα από μια στρώση υδροκολλοειδούς και μια στρώση λιπιδίου είτε σαν μια μάζα όπου το λιπίδιο και το υδροκολλοειδές είναι διεσπαρμένα στη μεμβράνη. Οι εδώδιμες μεμβράνες ή επικαλύψεις που σχηματίζονται από πολυσακχαρίτες ( π.χ. χιτοζάνη, καραγεννάνη, αραβικό κόμμι, αλγινικά οξέα, πηκτίνη ) είναι υδρόφιλες και παρέχουν ισχυρούς δεσμούς υδρογόνου που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ενώνονται με λειτουργικά πρόσθετα όπως αρώματα, χρώματα και μικροστοιχεία. Αυτές οι μεμβράνες ή επικαλύψεις αποτελούν καλό φραγμό για το οξυγόνο, το διοξείδιο του άνθρακα και τα λιπίδια αλλά κακό φράγμα για την υγρασία. Οι εδώδιμες μεμβράνες ή επικαλύψεις που βασίζονται στις πρωτεΐνες ( π.χ. ζελατίνη, καζεΐνη, πρωτεΐνη σόγιας, γλουτένη, πρωτεΐνη ορού γάλακτος ) είναι επίσης υδρόφιλες και έχουν καλή μηχανική αντοχή και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε φρούτα για να μειώσουν τους τραυματισμούς τους κατά τη μεταφορά. Λόγω των υδροφιλικών ιδιοτήτων τους δεν αποτελούν καλό φραγμό της υγρασίας. Οι εδώδιμες μεμβράνες ή επικαλύψεις που αποτελούνται από λιπίδια είναι ένας καλός φραγμός υγρασίας, ωστόσο έχουν κακή μηχανική αντοχή λόγω της υδροφοβικής τους φύσης. Η κατασκευή και η χρήση σύνθετων φιλμ βοηθάει να ελαχιστοποιηθούν τα μειονεκτήματα της

27


χρήσης των μεμονωμένων συστατικών και να αυξηθεί η εκμετάλλευση των δυνατοτήτων τους.

1.4.2 ΜΕΘΟΔΟΣΠΑΡΑΣΚΕΥΗΣ Απομάκρυνση του διαλύτηΓια υλικά εδώδιμων μεμβρανών ή επικαλύψεων που βρίσκονται διεσπαρμένα σε υδατικό διάλυμα , η απομάκρυνση του διαλύτη είναι απαραίτητη για την δημιουργία μιας στερεής μεμβράνης ή επικάλυψης. Ο ρυθμός και η θερμοκρασία της ξήρανσης έχει βρεθεί ότι επηρεάζουν την κρυσταλλικότητα και τις μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών κυτταρίνης.

Στερεοποίηση του τήγματοςΗ στερεοποίηση του τήγματος με ψύξη είναι μια κοινή τεχνική για την προετοιμασία εδώδιμων μεμβρανών ή επικαλύψεων αποτελούμενες από λιπίδια. Ο ρυθμός και η θερμοκρασία της ψύξης επηρεάζει το κυρίαρχο πολυμορφικό στάδιο και τον βαθμό επανακρυσταλλοποιησης στο στερεοποιημένο φιλμ. Μάλιστα η αντίσταση στο οξυγόνο και στους υδρατμούς εξαρτώνται από το πολυμορφικό στάδιο.

Κροκίδωση-ΣυσσωμάτωσηΗ κροκίδωση περιλαμβάνει διαχωρισμό ενός πολυμερικού υλικού επικάλυψης από ένα διάλυμα με θέρμανση, αλλαγή PH, προσθήκη διαλύτη, ή αλλαγή του φορτίου του πολυμερούς. Στην απλή κροκίδωση, μόνο ένα διαλυτό πολυμερές εμπλέκεται. Σε σύνθετη κροκίδωση, τουλάχιστον δυο αντίθετα φορτισμένα μακρομόρια συνδυάζονται για να δώσουν ένα αδιάλυτο σύνθετο πολυμερές με την τεχνική εξουδετέρωσης φορτίου. Η κροκίδωση μπορεί να ταξινομηθεί σύμφωνα με το είδος του διαχωρισμού φάσης: υδατική, μη υδατική.

1.4.3 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Πολλά άρθρα έχουν γραφτεί για τις ιδιότητες και τις πιθανές χρήσεις των εδώδιμων μεμβρανών ή επικαλύψεων. Ωστόσο απαιτούνται ακόμα πολλές έρευνες λόγω του ότι δεν έχει βρεθεί μια παγκόσμια εδώδιμη μεμβράνη ή επικάλυψη η όποια μπορεί να εφαρμοστεί και να λύσει κάθε πρόβλημα. Προφανώς συγκεκριμένες απαιτήσεις όσον άφορα το φραγμό που προσφέρει το φιλμ οι μηχανικές του ιδιότητες και οι προδιαγραφές του προϊόντος θα είναι καθοριστικά για την τελική επιλογή της εδώδιμης μεμβράνης ή επικάλυψης που θα χρησιμοποιηθεί.

1.4.3.1 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Οι μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών ή επικαλύψεων εξαρτώνται ισχυρά από φυσικές, χημικές και θερμοκρασιακές συνθήκες τα όποια επηρεάζουν την σταθερότητα και την ελαστικότητα της μεμβράνης ή επικάλυψης. Η μηχανική απόδοση συνήθως χαρακτηρίζεται από την παραμόρφωση στο σπάσιμο ( επέκταση κατά τη στιγμή της ρήξης, mm), το ποσοστό επιμήκυνσης στο σπάσιμο (παραμόρφωση προς το αρχικό μήκος και πολλαπλασιασμός τους επί εκατό 100%), την αντοχή στον

28


εφελκυσμό (δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας, MPa) και το μέτρο ελαστικότητας ( κλίση της καμπύλης δύναμης-παραμόρφωσης, N/mm ). Οι παραπάνω ιδιότητες μπορούν να υπολογιστούν με την χρήση μετρητή υφής ή μηχανής κόπωσης Instron. Αυτές οι ιδιότητες σχετίζονται με την ικανότητα διάτασης της μεμβράνης ή επικάλυψης και επηρεάζονται από τις περιβαλλοντικές συνθήκες κατά την παραγωγή, αποθήκευση και χρήση των υλικών.

1.4.3.2 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΦΡΑΓΜΟΥ Στην αναζήτηση πληροφοριών για τις ιδιότητες φραγμού των εδώδιμων μεμβρανών η επικαλύψεων η συνάντηση με μια ποικιλία ορισμών είναι αναπόφευκτη. Τέτοιοι ορισμοί είναι η διαπερατότητα υδρατμών, ο ρυθμός μετάδοσης υδρατμών, η διαπερατότητα, ο συντελεστής διαπερατότητας, η διαπέραση και η αντίσταση. Η μεταφορά αερίων μπορεί να συμβεί με δυο μηχανισμούς: τριχοειδή διάχυση και ενεργή διάχυση. Η τριχοειδής διάχυση απαντάται σε υλικά τα οποία έχουν πόρους ή ατέλειες. Η ενεργή διάχυση περιλαμβάνει την διαλυτοποίηση του διεισδυτικού αέριου στη μεμβράνη ή επικάλυψη, την διάχυση του μέσα στην μεμβράνη ή επικάλυψη και τελικά την απελευθέρωση του στην άλλη πλευρά της μεμβράνης ή επικάλυψης. Αυτό το είδος διάχυσης το συναντάμε στις περιπτώσεις υλικών όπου οι ατέλειες απουσιάζουν. Αν το αέριο είναι αδιάλυτο σε μια μεμβράνη ή επικάλυψη αλλά την διαπερνά, ο μηχανισμός μεταφοράς τότε η είναι τριχοειδής ροη. ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ (permeability) Ένας συνδυασμός του νόμου του Fick για την διάχυση και του νόμου του Henry για την διαλυτοποίηση χρησιμοποιείται για να εκφράσει τη σταθερή κατάσταση της διαπερατότητας ενός διεισδυτικού υλικού, διαμέσου ενός μη πορώδους χωρίς σημαντικές ατέλειες υλικού (φραγμού). (Krochta, Baldwin, Carriedo, 1994) Ο πρώτος νομός του Fick ισχυρίζεται ότι η ροη διείσδυσης, J , εξαρτάται από την διεισδυτική διαλυτότητα (D), την διαφορά συγκέντρωσης ( dC) στην μεμβράνη ή επικάλυψη και την διαφορά του πάχους της ( dX) και μπορεί να εκφραστεί με την εξίσωση:

J = -D dC/dxΤο αρνητικό πρόσημο δείχνει ότι η μετανάστευση γίνεται από την περιοχή υψηλότερης προς την περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Ο νόμος του Henry λέει ότι η συγκέντρωση ( C ) της διεισδυτικής ουσίας στη μεμβράνη είναι ίση με το συντελεστή διαλυτότητας του προϊόντος (S) και την μερική πίεση του διεισδυτικού υλικού ( P ) :

C = P SΣυνδυάζοντας τους δυο παραπάνω νόμους προκύπτει τελικά ότι:

DS = - JdX/dP = διαπερατότητα

Διαπερατότητα = βάρος διεισδυτικού υλικού πάχος μεμβράνης/ επιφάνεια μεμβράνης χρόνος διαφορά μερικής πίεσης = g cm/ m 2 μέρες mmHg

29


Ο όρος "συντελεστής διαπερατότητας" χρησιμοποιείται μονό όταν η διαπερατότητα είναι συνεχής ανεξάρτητα από την κλίση πίεσης και συγκέντρωσης. Αντιθέτως, ο όρος "διαπερατότητα" χρησιμοποιείται είτε στις περιπτώσεις όπου η στιγμιαία διαπερατότητα και ο συντελεστής διαπερατότητας είναι πανομοιότυποι , είτε στις περιπτώσεις που δεν είναι. Οι οροί "διαπερατότητα" και "συντελεστής διαπερατότητας" συχνά περιγράφουν μεμβράνες που έχουν ομοιογενή σύσταση. Ο όρος "διαπερατότητα" περιγραφεί και την μεμβράνες από ετερογενή υλικά. Ωστόσο και στις δυο περιπτωσεις σημαντικό είναι να αναφέρεται η μερική πίεση και το πάχος της μεμβράνης.

ΔΙΑΠΕΡΑΣΗ (permeance) Η διαπέραση είναι απλώς η έκφραση της διαπερατότητας απαλλαγμένη από τον όρο του πάχους της μεμβράνης. Η διαπέραση είναι δείκτης αξιολόγησης της απόδοσης κι όχι εγγενή ιδιότητα της μεμβράνης.

Διαπέραση = βάρος διεισδυτικού υλικού/ επιφάνεια χρόνος διαφoρά μερικής πίεσης = g / m2 Μέρες mmHg

Με αυτήν την έκφραση ακόμα και όταν το πάχος είναι γνωστό δεν χρησιμοποιείται στην εξίσωση, διότι η σύσταση της μεμβράνης δεν είναι ομοιογενής. Ο όρος “διαπέραση” χρησιμοποιείται όταν η μεμβράνη παρουσιάζει ετερογένεια ή έχει άγνωστη σύσταση ή άγνωστο πάχος.

ΡΥΘΜΟΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ Ο ρυθμός μετάδοσης όπως και η διαπέραση είναι ένας όρος που εκφράζει την διαπερατότητα απαλλαγμένη όμως και από το πάχος του φιλμ και από την διαφορική πίεση. Επειδή σε αυτήν την περίπτωση δυο παράμετροι δεν λαμβάνονται υπόψη δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον ρυθμό μετάδοσης για την σύγκριση ιδιοτήτων φραγμού δυο μεμβρανών με διαφορετική σύσταση και πάχος , εκτός εάν δεν γνωρίζουμε την κλίση της πίεσης και το πάχος τους.

ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Ο όρος αντίσταση εκφράζει την ικανότητα ενός υλικού να λειτουργήσει ως φραγμός σε ένα διεισδυτικό υλικό. Η αντίσταση στην διαπερατότητα υδρατμών μέσα από μια μεμβράνη εκφράζεται:

Αντίσταση = Wj - Wa / J = sec m-1

Όπου W j είναι η κορεσμένη συγκέντρωση υδρατμών, W a η συγκέντρωση υδρατμών σε δοκιμαστικές συνθήκες και J η κλίση των υδρατμών. Η αντίσταση είναι ουσιαστικά το αντίστροφο της διαπέρασης. Η αντίσταση χρησιμοποιείται κυρίως σε μεμβράνες που έχουν ετερογενή σύσταση.

30


2 ΤΣΑΙ

2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η κατανάλωση του τσαγιού ως αφέψημα έχει τεράστια σημασία για τον άνθρωπο. Η κατανάλωση του τσαγιού έχει ιστορία περίπου 2.000 χρόνων. Ξεκινώντας από την Κίνα, σαν μια καθημερινή συνήθεια έχει πλέον εξαπλωθεί σε όλο τον κόσμο. Επειδή καταναλώνεται ευρέως από εκατομμύρια ανθρώπους, οι επιπτώσεις του τσαγιού στην ανθρώπινη υγεία απασχολούν ιδιαίτερα τους τομείς της υγείας, της γεωπονίας καθώς και των τροφίμων. Το τσάι παράγεται από τα τρυφερά φύλλα δύο ποικιλιών του φυτού Camellia sinensis: assamica και sinensis . Ο αειθαλής θάμνος του τσαγιού φτάνει σε ύψος τα 9 μέτρα ωστόσο στις καλλιέργειες τσαγιού κλαδεύεται και ώστε να φτάνει περίπου το 1-1,5 μέτρα. Αναπαράγεται με σπόρους ή βλαστικά με χρήση μοσχευμάτων. Τροπικά ημιτροπικά κλίματα με υψηλή υγρασία είναι ιδανικά για την ευδοκίμηση του. Η πρώτη συγκομιδή γίνεται στα 4-5 χρόνια, ενώ ο θάμνος μπορεί να αξιοποιηθεί για 60-70 χρόνια. Η περιοχή και το κλίμα καθορίζουν την εποχή συγκομιδής του τσαγιού η όποια διαρκεί 8-9 μήνες το χρόνο ή εναλλακτικά μπορούν να κόβονται φύλλα σε διαστήματα 6-9 ημερών όλο το χρόνο. Όσο πιο νεαρά τα φύλλα του τσαγιού τόσο καλύτερο είναι ποιοτικά. Ως φυτικό προϊόν , το τσάι έχει πολύπλοκη σύνθεση. Τα πράσινα φύλλα τσαγιού και το επεξεργασμένο τσάι περιέχουν έναν τεράστιο αριθμό συστατικών τα όποια μπορούν να διαχωριστούν γενικά σε δυο κατηγορίες: τις μη πτητικές ενώσεις και τις πτητικές αρωματικές ενώσεις. Οι μη πτητικές ενώσεις, οι οποίες αποτελούν το μεγαλύτερο ποσοστό των στερεών συστατικών του τσαγιού, περιλαμβάνουν φλαβονοειδή, πολυφαινόλες, αμινοξέα, καροτενοειδή και άλλες χρωστικές ουσίες, ενζυμα, βιταμίνες, καφεΐνη, οργανικά οξέα, υδατάνθρακες, παράγωγα πουρίνης και πολλά άλλα ( Yong-su Zhen, Zong Mao Chen, Shu-jun Cheng, Miao-lan Chen, 2002). Η καφεΐνη είναι ένα συστατικό το οποίο είναι πολύ γνωστό και έχει μελετηθεί εκτενώς. Οι πολυφαινόλες μελετώνται έντονα εδώ και πολλές δεκαετίες λόγω των αντιμικροβιακών και αντιοξειδωτικών ιδιοτήτων τους, καθώς και της αντικαρκινικής τους δράσης. Οι αρωματικές πτητικές ενώσεις είναι εκατοντάδες και σε πολύ μικρές ποσότητες ωστόσο ο ρόλος τους και οι ιδιότητες τους δεν έχουν ακόμα διαλευκανθεί. Η σύσταση του τσαγιού υποβάλλεται σε πολλές αλλαγές κατά τη διαδικασία παραγωγής του, οδηγώντας έτσι σε μια μεγάλη ποικιλία ειδών τσαγιού τα οποία κατατάσσονται κυρίως σε τρεις τύπους: το πράσινο τσάι (δεν έχει υποστεί ζύμωση), το μαύρο τσάι (πλήρως ζυμωμένο) και το oolong τσάι (ημιζυμωμένο).

2.1.1 ΠΡΑΣΙΝΟΤΣΑΙ Το πράσινο τσάι είναι ένα μη ζυμωμένο είδος τσαγιού. Πολλές ποικιλίες είναι κατάλληλες για επεξεργασία και παραγωγή πράσινου

31


τσαγιού. Ωστόσο, η ποιότητα του πράσινου τσαγιού καθορίζεται από τον βαθμό τρυφερότητας του πράσινου νωπού φύλλου. Η παρεμπόδιση της ζύμωσης πετυχαίνεται (το ψήσιμο του τσαγιού) με δύο διαφορετικούς τρόπους. Η διαδικασία παρασκευής πράσινου τσαγιού γίνεται ακλουθώντας τα παρακάτω στάδια: • Το ψήσιμοΙΑΠΩΝΙΑ - Αμέσως μετά τη συγκομιδή το φρέσκο τσάι ψήνεται σε ατμό 100 oC. Η διαδικασία αυτή απενεργοποιεί τα ένζυμα που είναι υπεύθυνα για τη ζύμωση. Η ζύμωση είναι αδύνατο πια να πραγματοποιηθεί.ΚΙΝΑ - Για να γίνει η απενεργοποίηση των ενζύμων που ευθύνονται για τη ζύμωση παραδοσιακά θερμαίνονται τα φρέσκα φύλλα για περίπου 30” σε πολύ καυτό τηγάνι ή wok. • Το τύλιγμα - Μετά το ψήσιμο γίνεται το τύλιγμα των φύλλων. Κάθε τσάι απόκτα έτσι ένα διαφορετικό σχήμα όπως πεπλατυσμένο, σχήμα βελόνας, φρυδιού, πέρλας, γλώσσας πουλιού κ.τ.λ. • Η ξήρανση - Τα φύλλα για 2 ή 3 λεπτά, σε τακτά χρονικά διαστήματα, αποξηραίνονται με τη χρήση ατμού μέχρι να χάσουν ουσιαστικά την υγρασία τους. • Η κατανομή - Σε αντίθεση με το μαύρο τσάι, ή κατανομή του πράσινου τσαγιού γίνεται με βάση το σχήμα και όχι τόσο το μέγεθος των φύλλων.

2.2 ΧΗΜΙΚΗΣΥΣΤΑΣΗ Η μελέτη νεαρών βλαστών οι οποίοι αποτελούνται από το άνθος και δυο παρακείμενα φύλλα δείχνει ότι μια ποικιλία μη πτητικών ενώσεων απαντώνται στο τσάι: πολυφαινόλες, φλαβονόλες και γλυκοζίτες φλαβονολών, φλαβόνες, φαινολικά οξέα, αμινοξέα, χλωροφύλλη και άλλες χρωστικές, υδατάνθρακες, οργανικά οξέα, καφεΐνη και άλλα αλκαλοειδή, μέταλλα, βιταμίνες και ενζυμα, (Εικόνα 2.1). Η χημική σύσταση των φύλλων τσαγιού εξαρτάται από την ηλικία του φύλλου, τις κλιματολογικές και εδαφολογικές συνθήκες, τις συνθήκες καλλιέργειας καθώς και από τον κλώνο που εξετάζεται. Τα φρέσκα φύλλα του τσαγιού περιέχουν κατά μέσο όρο περίπου 36% πολυφαινολικά συστατικά, 25% υδατάνθρακες, 15% πρωτεΐνες, 6,5% λιγνίνη, 5% τέφρα, 4% αμινοξέα, 2% λιπίδια, 1,5% οργανικά οξέα, 0,5% χλωροφύλλη, καθώς και καροτενοειδή και διάφορες άλλες ουσίες σε ποσοστό κάτω του 0,1%. Στο πράσινο τσάι, τα κυριότερα αμινοξέα που συναντώνται είναι η τρυπτοφάνη, η γλυκίνη, η σερίνη, η λυσίνη και το γλουταμινικό οξύ και η θειανίνη. Τα αμινοξέα απαντώνται σε ποσοστό 4% στα νεαρά νωπά φύλλα του τσαγιού. Το πιο άφθονο αμινοξύ του τσαγιού είναι η θειανίνη (5-Ν-αιθυλογλουταμίνη) η οποία είναι μοναδική στο τσάι και βρίσκεται σε ποσοστό 2% επί ξηρού βάρους. Τα ελεύθερα σάκχαρα αποτελούν το 3-5% του ξηρού βάρους του τσαγιού. Αποτελούνται από γλυκόζη, φρουκτόζη, σουκρόζη, ραφινόζη και σταχυόζη. Η καφεΐνη είναι το κυριότερο αλκαλοειδές που απαντάται στο τσάι σε ποσοστό 2-5% επί ξηρού βάρους. Η θεοβρωμίνη και θεοφυλλίνη βρίσκονται σε

32


πολύ μικρά ποσοστά ενώ υπάρχουν και ίχνη άλλων αλκαλοειδών όπως η ξανθίνη, η υποξανθίνη κ.τ.λ. Πολλές πτητικές ενώσεις έχουν εντοπιστεί στο τσάι και συνεισφέρουν κυρίως στο άρωμα του. Το άρωμα στο τσάι μπορεί να ταξινομηθεί σε πρωτογενή και δευτερογενή προϊόντα, όπου τα πρωτογενή προϊόντα βιοσυντίθεται από το φυτό του τσαγιού και βρίσκονται σε φρέσκα πράσινα φύλλα του τσαγιού και τα δευτερογενή προϊόντα βιοσυντίθεται κατά την επεξεργασία του τσαγιού. Οι περισσότερες αρωματικές ενώσεις είναι αλκοόλες συμπεριλαμβανόμενων τις Ζ-2-πεντεν-1-όλη, n-εξανόλη, Ζ-3-εξεν-1-όλη, Ε-2-εξεν-1-όλη, λιναλόλη, νερόλη, γερανιόλη, βενζυλοαλκοόλη, 2-φαινυαιθανόλη και νερολιδόλη ( Yong-su Zhen, Zong Mao Chen, Shu-jun Cheng, Miao-lan Chen, 2002). Ένα σημαντικό μέρος του πρωτεϊνικού κλάσματος του τσαγιού αποτελείται από ενζυμα. Οι πολυφαινολοξειδάσες παίζουν σημαντικό ρόλο στη ζύμωση του τσαγιού, η ενεργότητα τους αυξάνει κατά το στρίψιμο και ζάρωμα των φύλλων, ενώ μειώνεται κατά το στάδιο της ζύμωσης. Η 5-δεϋδροσικιμική ρεντουκτάση είναι βασικό ενζυμο για την βιοσύνθεση φαινολικών ενώσεων, όπως και η εναμμώνια λυάση της φαινυλαλανίνης. Οι πρωτεϊνάσες προκαλούν υδρόλυση των πρωτεϊνών ενώ οι χλωροφυλλάσες συμμετέχουν στην αποικοδόμηση της χλωροφύλλης. Υπάρχουν ακόμα πολλά ενζυμα στο τσάι τα οποία είναι υπεύθυνα για τα διάφορα βιοχημικά μονοπάτια. Στο τσάι συναντάμε ως χρωστικές 14 καροτενοειδή με κύρια τις ξανθοφύλλες, την νεοξανθίνη, την βιολαξανθίνη και την β-καροτίνη. Η χλωροφύλλη αποικοδομείται κατά την επεξεργασία του τσαγιού. Στα ζυμωμένα φύλλα συναντάμε τις φαιοφυτίνες οι οποίες έχουν προέλθει από την μετατροπή των χλωροφυλλιδίων και φαιοφορβιδίων κατά το στάδιο της όπτησης. Από ανόργανα συστατικά το 5% που βρίσκεται στο τσάι το κύριο συστατικό είναι το κάλιο και αποτελεί το ήμισυ της ολικής περιεκτικότητας σε ανόργανα. Σε κάποιες ποικιλίες έχουμε σε μεγάλες ποσότητες και φθόριο. Από λιπίδια συνανταμε κυρίως λινολεϊκό οξύ, α-λινολενικό οξύ και σιγμαστερόλη.

ΕΙΚΟΝΑ 2.1. ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΦΡΕΣΚΩΝ ΦΥΛΛΩΝ ΤΣΑΓΙΟΥ (% ΞΗΡΟ ΒΑΡΟΣ)

33


Μια σειρά αλλαγών λαμβάνει χώρα κατά την επεξεργασία του τσαγιού. Τρεις τύποι τσαγιού κατασκευάζονται οι οποίοι διαφέρουν κυρίως στον βαθμό ζύμωσης. Το πράσινο τσάι υποβάλλεται σε πολύ μικρο βαθμό ή καθόλου ζύμωση, ενώ το μαύρο τσάι είναι προϊόν πλήρους ζύμωσης. Το ημιζυμωμένο τσάι είναι προϊόν μερικής ζύμωσης. Τα βασικά βήματα για την παραγωγή του πρασίνου τσαγιού είναι το ψήσιμο, το τύλιγμα, η ξήρανση και η κατανομή. Για το μαύρο είναι η μάρανση, το τύλιγμα, η ζύμωση, η ξήρανση και το κοσκίνισμα. Το ολικό φαινολικό περιεχόμενο μειώνεται σε κάποιο βαθμό κατά την επεξεργασία του τσαγιού. Συγκεκριμένα στο πράσινο τσάι μειώνεται σε ποσοστό 15%. Κατά την παρασκευή μαύρου τσαγιού, οι κατεχίνες μπορεί να οξειδωθούν προς σχηματισμό του τυπικού χρώματος και γεύσης του μαύρου τσαγιού. Οι χρωστικές του μαύρου τσαγιού διακρίνονται στις πορτοκαλόχρωμες θεαφλαβίνες (TFs) και στις καφετί θεαρουμπιγίνες (TRs) οι οποίες θεωρούνται μοναδικές στο μαύρο τσάι. Υπάρχουν 4 κύριες TFs στο μαύρο τσάι – θεαφλαβίνη( EC + ECG), 3-γαλλική θεαφλαβίνη(EC + EGCG), 3'-γαλλική θεαφλαβίνη(ECG + EGC) και η ισοθεαφλαβίνη (EC + GC) οι οποίες σχηματίζονται κατά την αντίδραση κινονών και γαλλοκατεχίνης. Η περιεκτικότητα του τσαγιού σε TFs αυξάνει όταν η εκχύλιση γίνεται σε χαμηλό pΗ. Οι TRs είναι ένα ετερογενές γκρουπ φαινολικών χρωστικών. Το περιεχόμενο τουμαύρου τσαγιού σε TFs είναι 0,3-2% επί του ξηρού βάρους, ενώ το κλάσμα των TRs αποτελεί το 10-20% του ξηρού βάρους του μαύρου τσαγιού. Το ποσοστό των αμινοξέων μπορεί να αυξηθεί κατά την επεξεργασία του τσαγιού λόγω αύξησης της δραστικότητας των πρωτεολυτικών ενζύμων τα οποία υδρολύουν τις πρωτεΐνες κι έτσι το ποσοστό των ελεύθερων αμινοξέων αυξάνεται. Τα επίπεδα καφεΐνης αυξάνονται κατά την μάρανση αλλά μειώνονται κατά το ψήσιμο. Η περιεκτικότητα των αρωματικών συστατικών κατά την επεξεργασία του τσαγιού διαφέρει από αυτή των φρέσκων πράσινων φύλλων και κατά τα διάφορα στάδια παραγωγής τσαγιού κάποιες ενώσεις αυξάνονται ενώ άλλες μειώνονται. Μέχρι τώρα πάνω από 600 αρωματικές ενώσεις έχουν εντοπιστεί.

2.3 ΠΟΛΥΦΑΙΝΟΛΕΣ ΣΤΟΠΡΑΣΙΝΟΤΣΑΙ Η ολική περιεκτικότητα σε πολυφαινόλες του νωπού φύλλου του τσαγιού διαμορφώνεται από 25-30% και περιλαμβάνει κυρίως έξι ομάδες ενώσεων (φλαβόνες, φλαβανόνες, ισοφλαβόνες, φλαβονόλες, φλαβανόλες και ανθοκυανίνες). Οι πολυφαινόλες είναι χημικές ουσίες που προκύπτουν από το δευτερογενή μεταβολισμό των φυτών και είναι ευρέως διαδεδομένες στη φύση ως προστατευτικές ουσίες των φυτών έναντι του οξειδωτικού στρες. Oι κυριότερες πολυφαινόλες που απαντούν στο τσάι είναι τα φλαβονοειδή και τα φαινολικά οξέα. Από τα φλαβονοειδή οι κατεχίνες αποτελούν το 12-24% του ξηρού βάρους, οι φλαβονόλες το 3-4% και οι ανθοκυανιδίνες το 2-3%, ( Wan, Huang, Shen, 2003).

34


Οι φλαβανόλες (κυρίως οι κατεχίνες) είναι η πιο σημαντική ομάδα και καταλαμβάνει το 60-80% του ολικού ποσοστού των πολυφαινολών. Οι κατεχίνες έχουν μελετηθεί έντονα για την βιοδραστικότητα τους και την αξιοποίηση τους. Οι κατεχίνες (-) – εστέρας επιγαλλοκατεχίνης (EGCG), (-) – επιγαλλοκατεχίνη (EGC), (-) εστέρας επικατεχίνης (ECG) και (-) – επικατεχίνη (EC) αποτελούν περίπου το 90% του ολικού κατεχινικού κλάσματος των νεαρών φύλλων, ενώ οι (+) κατεχίνη (C) και (+)- γαλλοκατεχίνη (GC) είναι παρούσες σε ποσοστό 6% στο κατεχινικό κλάσμα. Η πιο άφθονη κατεχινη είναι η EGCG σε ποσοστό 8-12%, ακολουθεί η EGC 3-6% και η ECG 3-6%. Η χημική δομή των κατεχινών βασίζεται στην ύπαρξη δύο αρωματικών δακτυλίων Α και Β που ενώνονται μεταξύ τους μέσω ενός οξυγωνομένου ετεροδακτυλίου C. Η διαφορετική θέση των υδροξυλομάδων και η ύπαρξη ή όχι γαλλικών εστέρων καθορίζει τα είδη των κατεχινών. Οι κατεχίνες είναι άχρωμα, υδατοδιαλυτά συστατικά που προσδίδουν στο πράσινο τσάι την πικρή και στυφή γεύση. Όλα τα χαρακτηριστικά του τσαγιού συμπεριλαμβανομένων της γεύσης, του χρώματος και του αρώματος, σχετίζονται άμεσα ή έμμεσα με τροποποιήσεις των κατεχινών. Ο Yilmaz (2006) αναφέρει ότι στο πράσινο τσάι οι κατεχίνες φτάνουν τα 420 mg/L και οι Wu & Wei (2002) έδειξαν ότι ένα τυπικό φλιτζάνι πράσινου τσαγιού, που παρασκευάζεται με προσθήκη 2,5 g φύλλων τσαγιού σε 200 ml ζεστό νερό, περιέχει 90 mg EGCG, (Wan, Huang & Shen, 2003). Οι κύριες φλαβονόλες στα φύλλα του τσαγιού είναι η κερσετίνη, η καιμπφερόλη και η μυρισετίνη. Οι φλαβονόλες βρίσκονται κυρίως με τη μορφή γλυκοζιτών παρά ως αγλυκόνες (μη γλυκοσυλιωμένες μορφές). Έχουν αναφερθεί τουλάχιστον 14 γλυκοζίτες μυρισετίνης, κερσετίνης και καιμπφερόλης στο τσάι. Το γλυκό μέρος αποτελείται είτε από γλυκόζη, ραμνόζη, γαλακτόζη, αραβινόζη ή φρουκτόζη. Μόνο-, δι- και τρι-γλυκοζίτες έχουν αναγνωριστεί. Οι αγλυκόνες δεν απαντώνται σε σημαντικές ποσότητες στα αφεψήματα τσαγιού διότι διαλύονται ελάχιστα στο νερό.Από τις ανθοκυανιδίνες στο τσάι βρίσκονται ιδίως η πελαργονιδίνη, η κυανιδίνη, η δελφινιδίνη και η τρισετινιδίνη.Από τα φαινολικά οξέα, τα οποία βρίσκονται στα φύλλα του τσαγιού σε ποσοστό περίπου 5%, τα κυριότερα που συναντώνται είναι το γαλλικό οξύ, το χλωρογενικό οξύ και η θεογαλλίνη.

35


ΕΙΚΟΝΑ 2.2. ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΠΡΑΣΙΝΟΥ ΚΑΙ ΜΑΥΡΟΥ ΤΣΑΓΙΟΥ ΣΕ ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΗ

2.4 ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΔΡΑΣΗ ΠΟΛΥΦΑΙΝΟΛΩΝ Με τον όρο ελεύθερες ρίζες εννοούμε κάθε χημικό είδος που περιέχει ένα ή περισσότερα μονήρη ηλεκτρόνια στην εξωτερική στοιβάδα. Πρόκειται για ασταθή και πολύ δραστικά μόρια που παράγονται ως συνέπεια μεταβολικών διεργασιών εντός του κυττάρου, αλλά και ως αποτέλεσμα επίδρασης εξωγενών παραγόντων. Οι ελεύθερες ρίζες οξυγόνου και αζώτου έχουν σαν αποτέλεσμα την μετατροπή τους εντός του οργανισμού σε άλλες δραστικές ουσίες, όπως το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H 2O2), το υποχλωριώδες οξύ (HOCl) και το περοξυνιτρίλιο (ONOO -). Οι πιο συχνά απαντώμενες ελεύθερες ρίζες οξυγόνου είναι η υδροξυλική (OΗ -), η υπεροξειδική (Ο 2 -), η περοξυλική (ROO -) και η αλκοξυλική (RO -), ενώ οι κυριότερες ρίζες αζώτου είναι οι προερχόμενες εκ του μονοξειδίου (NO -) και εκ του διοξειδίου του αζώτου (NO 2 -). Ο μηχανισμός δράσης των ελευθέρων ριζών στηρίζεται στην ακόλουθη αρχή: Πρώτα, δημιουργείται με κάποιο τρόπο η ελεύθερη ρίζα που αποτελεί ισχυρό οξειδωτικό παράγοντα (έναρξη). Από την αντίδραση των ελευθέρων ριζών με μη ριζικά μόρια προκύπτουν νέες ελεύθερες ρίζες (διάδοση). Έτσι, με αυτόν τον τρόπο οι αντιδράσεις των ελευθέρων ριζών τείνουν να είναι αλυσιδωτές αναγεννώντας συνεχώς νέα άτομα ή ενώσεις με ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Η αντίδραση θα σταματήσει όταν όλες οι ελεύθερες ρίζες αντιδράσουν προς προϊόντα που δεν παρέχουν πλέον νέες ελεύθερες ρίζες. Οι πολυφαινόλες του τσαγιού εμφανίζουν ισχυρή αντιοξειδωτική δράση. Περίπου το 78% της συνολικής αντιοξειδωτικής ικανότητας του πράσινου τσαγιού οφείλεται στις κατεχίνες και στους γαλλικούς εστέρες τους. Οι αντιοξειδωτικές ιδιότητες των κατεχινών βασίζονται κυρίως στη δυνατότητα τους να δεσμεύουν ελεύθερες ρίζες, δίνοντας το -Η της υδροξυλομάδας τους ή να συμπλοκοποιούν ιόντα που καταλύουν την παραγωγή ελευθέρων ριζών καθώς και η εμπλοκή στους

36


μηχανισμούς ρύθμισης προοξειδωτικών και αντιοξειδωτικών ενζυμικών συστημάτων. Η ύπαρξη της ο-διϋδροξυ κατεχόλης (3’,4’-ΟΗ) στο Β δακτύλιο καθώς και η παρουσία γαλλικών εστέρων στη θέση 3 του C δακτυλίου ή η ύπαρξη και τρίτου –ΟΗ στο Β δακτύλιο φαίνεται ότι είναι παράγοντες που ενισχύουν τη δυνατότητα των κατεχινών να δεσμεύουν ελεύθερες ρίζες (Rice-Evans, Miller & Paganga, 1997). Μια σχετικά σταθερή ρίζα η 2-2-διφαινυλ-1-πικρυλυδραζύλιο (DPPH) έχει χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση της αντιοξειδωτικής ικανότητας των κατεχινών. Η ικανότητα εκκαθάρισης της ρίζας DPPH από κατεχίνες ακολουθεί την εξής σειρά: EGCG>ECG>EGC>EC. Η δέσμευση των ελευθέρων ριζών (ιδίως των ριζών O 2 - ,ROO - , OH - , NO -) και η παραγωγή αδρανών προϊόντων αποτελεί τη σημαντικότερη αντιοξειδωτική δράση των πολυφαινολών, με συνέπεια την αποτροπή του οξειδωτικού στρες και της λιπιδικής υπεροξείδωσης. Οι κατεχίνες δεσμεύουν τις υπεροξειδικές ρίζες καταστέλλοντας τις αλυσιδωτές αντιδράσεις και αναστέλλοντας τη λιπιδική υπεροξείδωση. Ένας άλλος σημαντικός μηχανισμός αντιοξειδωτικής δράσης των πολυφαινολών του τσαγιού είναι η συμπλοκοποίηση διαφόρων ιόντων μετάλλων, όπως ο σίδηρος και ο χαλκός, τα οποία καταλύουν αντιδράσεις παραγωγής ελευθέρων ριζών εντός του οργανισμού. Η δομή των κατεχινών του πράσινου τσαγιού επιτρεπει τη συμπλοκοποίηση του Fe + 3 εξαιτίας της ύπαρξης των υδροξυλικών ομάδων. Τέλος οι πολυφαινόλες του τσαγιού φαίνεται ότι προωθούν την έκφραση των ενδογενών αντιοξειδωτικών ενζύμων, όπως η καταλάση, η υπεροξειδάση της γλουταθειόνης, η υπεροξειδική δισμουτάση, η ρεδουκτάση της γλουταθειόνης κ.α. ενισχύοντας την ενδογενή άμυνα έναντι του οξειδωτικού στρες.

3 ΦΑΙΝΟΛΙΚΕΣΕΝΩΣΕΙΣ 3.1 ΓΕΝΙΚΑ Οι φαινολικές ενώσεις αποτελούν μία από τις κύριες ομάδες δευτερογενών μεταβολιτών. Αποτελούνται από ενώσεις με μεγάλη ποικιλία όσον αφορά τη δομή και λειτουργικότητά τους . Ο γενικός ορισμός περιλαμβάνει τις ενώσεις που περιέχουν μία ή περισσότερες υδροξυλομάδες σε ένα βενζολικό δακτύλιο. Όμως, με τον ορισμό αυτό περιλαμβάνονται και άλλες ενώσεις. Έτσι, προτιμάται ένας ορισμός με βάση τη βιοσύνθεση αυτών των ενώσεων. Κάποια συστατικά όπως το κιναμμωμικό οξύ αναφέρονται ως φαινολικά συστατικά, αν και δεν περιέχουν υδροξυλομάδα σε βενζολικό δακτύλιο. Οι φαινολικές ενώσεις είναι πολύ δραστικές, λόγω του όξινου χαρακτήρα των υδροξυλικών ομάδων και των πυρηνόφιλων ιδιοτήτων των φαινολικών δακτυλίων. Υπάρχουν πολλοί τρόποι κατηγοριοποίησης των φαινολικών ενώσεων. Οι Harborn και Simmonds κατηγοριοποίησαν τις

37


πολυφαινόλες βασιζόμενοι στον αριθμό των ανθράκων της ένωσης και η ταξινόμηση τους περιλαμβάνει τις απλές φαινόλες ( C6), φαινολικά οξέα και σχετικές ενώσεις (C6-C1), ακετοφαινόνες και φαινυλοξικά οξέα (C6-C2), υδροξυκιναμμωμικά οξέα και αλκοόλες ( C6-C3), κουμαρίνες, ισοκουμαρίνες και χρωμονόνες ( C6-C3), φλαβονοειδή (C15), στιλβένια (C6-C2-C6), βενζοφαινόνες και ξανθόνες (C6-C2-C6), κινόνες (C6, C10, C14), βητακυανίνες και λιγνάνες ( C18), λιγνίνες, ταννίνες και φλομπαφένια (τα οποία είναι διμερή, ολιγομερή και πολυμερή), (Εικόνα 3.1, 3.2, 3.3). Οι φαινολικές ενώσεις (φαινόλες και πολυφαινόλες) είναι μια από τις πιο σημαντικές κατηγορίες φυτοχημικών ουσιών, που συναντώνται αποκλειστικά σε τρόφιμα φυτικής προέλευσης, (Εικόνα 3.4). Φαινολικές και φυτοχημικές ουσίες υπάρχουν περισσότερες από 4.000. Οι φαινολικές ενώσεις ανάλογα με τον αριθμό των βενζολικών δακτυλίων τους χωρίζονται σε: Φαινόλες: Είναι τα αρωματικά υδροξυπαράγωγα που έχουν την υδροξυλομάδα ενωμένη άμεσα με τον αρωματικό δακτύλιο. Η ονομασία αυτή προέρχεται από τη φαινόλη C 6H5OH, το απλούστερο δηλαδή αρωματικό υδροξυπαράγωγο. Μερικές φορές οι φαινόλες ονομάζονται και «υδροξυενώσεις». Σύμφωνα όμως, με την ονοματολογία κατά IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ονομάζονται «απλά παράγωγα της φαινόλης». Για τις τρεις ισομερείς διυδροξυλικές φαινόλες χρησιμοποιούνται εμπειρικά ονόματα. Οι φαινόλες είναι ενώσεις που φέρουν μία ομάδα -ΟΗ απευθείας συνδεδεμένη σε έναν αρωματικό δακτύλιο, ArOH. Απανώνται ευρέως στη φύση και χρησιμοποιούνται ως ενδιάμεσα στη βιομηχανική σύνθεση διαφόρων προϊόντων).

Πολυφαινόλες: Είναι δευτερεύοντα συστατικά των φρούτων με 3 ή περισσότερους αρωματικούς δακτυλίους, των φρουτοχυμών και των αλκοολούχων ποτών, όπως είναι η μπύρα και το κρασί. Όμως αυτό δεν σημαίνει ότι έχουν μικρότερη σημασία. Οι πολυφαινόλες παίζουν ένα σημαντικό ρόλο στη βιομηχανία τροφίμων.

38


ΕΙΚΟΝΑ 3.1. ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΦΑΙΝΟΛΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ (ΚΑΤΑ IUPAC)

39


ΕΙΚΟΝΑ 3.2. ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΦΑΙΝΟΛΩΝ

40


ΕΙΚΟΝΑ 3.3. ΒΑΣΙΚΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΑΙΝΟΛΙΚΩΝ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ

41


Μια εναλλακτική ταξινόμηση χρησιμοποιήθηκε από τους Swain και Bate-Smith, (1962). Κατηγοριοποίησαν τις φαινόλες σε “κοινές” και “ λιγότερο κοινές” κατηγορίες. Ο Ribereau-Gayon (1972) κατηγοριοποίησε τις φαινόλες σε:

Ευρέως διαδεδομένες φαινόλες – πανταχού παρών σε όλα τα φυτά ή μεγάλης σημασίας σε ένα συγκεκριμένο φυτό

Φαινόλες λιγότερο διαδεδομένες – περιορισμένος αριθμός των ενώσεων αυτών είναι γνωστός

Φαινολικά συστατικά που υπάρχουν ως πολυμερή Η περιεκτικότητα διαφόρων τροφίμων σε φαινολικά κυμαίνεται από < 1 mg / Kg μέχρι 3000 mg / Kg. Τα φρούτα περιέχουν διάφορα επίπεδα φαινολικών, όπως μήλο, σταφύλια, αχλάδι, κεράσι, ροδάκινο, δαμάσκηνο. Επίσης, η ελιά, η τομάτα, το τσάι, ο καφές, το μπρόκολο, η σόγια, η πατάτα. Σημαντικές πηγές φαινολικώνσυστατικών είναι το κόκκινο κρασί, το τσάι, ο καφές, το ελαιόλαδο, η σόγια. Οι κυριότερες και πιο μελετημένες κατηγορίες των φαινολικών ενώσεων αποτελούν οι απλές φαινόλες, τα φαινολικά οξέα, τα φλαβονοειδή, τα στιλβένια και οιλιγνάνες.

ΕΙΚΟΝΑ 3.4. ΦΑΙΝΟΛΙΚΗ ΕΝΩΣΗ

3.2 ΚΥΡΙΕΣΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ Τα φλαβονοειδή, τα φαινολικά οξέα και οι απλές φαινόλες είναι ευρέως διαδεδομένα στη φύση και αποτελούν την πλειοψηφία των φαινολών στα φυτά. Οι απλές φαινόλες και τα φλαβονοειδή αποτελούν τη συντριπτική πλειοψηφία των φαινολικών ενώσεων των φυτών. Έχουν σχετικά μικρά μοριακά βάρη και είναι διαλυτές ανάλογα με την πολικότητα και τη χημική δομή τους (βαθμός υδροξυλίωσης, γλυκοσυλίωσης κ.λπ.).

3.2.1 ΑΠΛΕΣΦΑΙΝΟΛΕΣ Oι απλές φαινόλες αποτελούνται από ένα αρωματικό δακτύλιο, που φέρει μια ή περισσότερες υδροξυλικές ομάδες. Ακόμη, το σύστημα του δακτυλίου μπορεί να φέρει και άλλους υποκαταστάτες και ιδιαίτερα

42


μεθυλικές ομάδες. Η όρθο, μέτα και πάρα ονοματολογία αναφέρεται σε ένα 1,2-, 1,3- και 1,4- υποκατάσταση του βενζολικού δακτυλίου, αντίστοιχα, όπου σε αυτή την περίπτωση μία από τις χαρακτηριστικές ομάδες είναι η ομάδα υδροξυλίου. Αν υπάρχουν μια χαρακτηριστική ομάδα και δυο υποκατάστατες στις θέσεις 1,3,5 τότε χρησιμοποιούμε τον όρο μέτα-τρι- , ενώ αν βρίσκονται στις θέσεις 1,2,6, χρησιμοποιούμε το πρόθεμα «υπό» (vic), (Vermerris, Nicholson, 2009).

3.2.2 ΦΑΙΝΟΛΙΚΑΟΞΕΑ Tα φαινολοκαρβοξυλικά οξέα φέρουν μια καρβοξυλική ομάδα στο μόριο τους, (Εικόνα 3.5). Τα φαινολοκαρβοξυλικά (βενζοϊκά) οξέα διακρίνονται σε επιμέρους οξέα με τους αντίστοιχους φαινολικούς δακτύλιους. Παρουσιάζουν τον ίδιο πρότυπο τύπο υποκαταστατών με τις (απλές ) φαινόλες. Διαιρούνται σε δύο υποομάδες που είναι τα παράγωγα του υδροξυβενζοϊκού οξέος, το βανιλλικό και το συριγγικό οξύ και τα παράγωγα του υδροξυκινναμωνικού οξέος (συνδυάζονται με τέσσερα βασικά μόρια το p-κουμαρικό, το καφεϊκό, το φερουλικό και σιναπικό οξύ). Τα κινναμωνικά οξέα σχηματίζονται από την φαινυλαλανίνη και την τυροσίνη. Τα φαινολικά οξέα ουσιαστικά δεν βρίσκονται σε ελεύθερη μορφή στα φυτά. Οι καρβοξυλικές ομάδες αυτών των οξέων μετασχηματίζονται σε εστέρες ή αμίδες, αν συνδεθούν με αλειφατικές αλκοόλες και φαινόλες ή αμινοενώσεις, αντίστοιχα. Επίσης, οι υδροξυλικές ομάδες των φαινολικών είναι πολύ δραστικές. Τα πιο σημαντικά παράγωγα του υδροξυκινναμωνικού οξέος είναι το φερουλικό οξύ, το καφεϊκό οξύ και το κουμαρικό οξύ, τα οποία απαντούν σε φυτά. Από την άλλη πλευρά, ευρέως διαδεδομένοι στον χώρο των παραγώγων του υδροξυβενζοϊκού οξέος είναι οι εστέρες του τελευταίου. Κυριότερος αντιπρόσωπος των παραγώγων αυτών είναι το καφεϊκό οξύ, που βρίσκεται στον καφέ εστεροποιημένο με την 5-OH του κινικού οξέος και ονομάζεται χλωρογενικό οξύ. Ευρέως διαδεδομένα φαινολικά οξέα είναι και το κουμαρικό οξύ, το φερουλικό οξύ, το γαλλικό οξύ, το βανιλικό οξύ και το σιναπτικό οξύ.

ΕΙΚΟΝΑ 3.5. ΔΟΜΗ ΦΑΙΝΟΛΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ (ΠΑΠΑΓΕΩΡΓΙΟΥ, 2005)

43


3.2.3 ΠΟΛΥΦΑΙΝΟΛΕΣ

3.2.3.1 ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΗ

ΕΙΚΟΝΑ 3.6. ΓΕΝΙΚΗ ΔΟΜΗ ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΩΝ Τα φλαβονοειδή είναι φαινολικά συστατικά με 15 άτομα άνθρακα στο σκελετό τους και έχουν δομή C6-C3-C6. Οι ενώσεις αυτές αποτελούνται από δύο αρωματικούς δακτυλίους (Α και Β) οι οποίοι ενώνονται μεταξύ τους με τρία άτομα άνθρακα προς ένα οξυγονωμένο ετερόκυκλο δακτύλιο, (Εικόνα 3.6). Μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με τον βαθμό οξείδωσης του πυρονικού δακτυλίου σε:

Παράγωγα του 2-φαινυλοβενζοπυριλίου : ανθοκυάνες Παράγωγα της 2-φαινυλοχρωμόνης: ισοφλαβόνες, φλαβονόλες,

φλαβανόνες, ισοφλαβόνες, ισοφλαβανόλες, ξανθόνες. Παράγωγα της 2-φαινυλοχρωμανόνης: φλαβάνες, φλαβαν-3-όλες,

φλαβαν-3,4-διόλες, χαλκόνες, διυδροχαλκόνες, κατεχίνες Παράγωγα της βενζυλιδενεκουμαρόνης : αουρόνες

Γενικότερα ταξινομούνται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες με βάση τη δομή τους: τις χαλκόνες, τις αουρόνες και τα τυπικά φλαβονοειδή. Η τάξη των τυπικών φλαβονοειδών αποτελείται από τις παρακάτω οικογένειες: φλαβόνες, ισοφλαβόνες, φλαβονόλες, φλαβανόλες, φλαβανόνες, ανθοκυανίνες και προανθοκυανιδίνες που διαφέρουν κυρίως στον ετεροκυκλικό C-δακτύλιο (Εικόνα 3.7). Όλες οι οικογένειες των φλαβονοειδών προέρχονται από ένα κοινό βιοσυνθετικό δρόμο. Ο αρωματικός δακτύλιος Β και η γέφυρα μεταξύ των τριών ατόμων άνθρακα είναι μια φαινυλοπροπανική μονάδα που προέρχεται από το μονοπάτι του σισκιμικού οξέος ενώ τα έξι άτομα άνθρακα του δακτυλίου Α προέρχονται από το μον oπάτι του μαλονικού οξέος, (Vermerris, Nicholson, 2009). Τα τυπικά φλαβονοειδή ταξινομούνται σε διαφορετικές ομάδες που βασίζονται στον βαθμό οξείδωσης των ατόμων του άνθρακα της γεφύρας και τη θέση των υποκατεστημένων υδροξυλομάδων στους δακτυλίους. Ο δακτύλιος Α είναι συνήθως υποκατεστημένος στις θέσεις 5 ή/και 7 και ο Β στις θέσεις 3΄ή/και 4’.

44


ΦΛΑΒΟΝΕΣ ΚΑΙ ΦΛΑΒΟΝΟΛΕΣ Οι φλαβόνες και φλαβονόλες έχουν παρόμοια δομή του C δακτυλίου, ο οποίος φέρει διπλό δεσμό μεταξύ των θέσεων 2 και 3. Η διαφορά βρίσκεται στο υδροξύλιο που φέρουν οι φλαβονόλες στη θέση 3 του δακτυλίου C. Κύριοι εκπρόσωποι των φλαβονών στα φυτά είναι η λουτεολίνη και η απεγίνη, ενώ των φλαβονολών η κερκετίνη, η καμφερόλη, η μιρικετίνη και η ισοραμνετίνη.

ΕΙΚΟΝΑ 3.7. ΔΟΜΗ ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΩΝ

45


ΦΛΑΒΑΝΟΛΕΣ Το παράγωγο της φλαβονόλης που έχει τον κεντρικό ετεροκυκλικό δακτύλιο υδρογονωμένο λέγεται φλαβαν-3-όλη (Rice-Evans et al. , 1997). Στη φύση οι κυριότερες φλαβανu-3-όλες είναι οι : (+)u κατεχίνη, (+)u γαλλοκατεχίνη, (–)u επικατεχίνη, (+)u επικατεχίνη, (–)u επιγαλλοκατεχίνη και οι γαλλικοί εστέρες της (–)u επικατεχίνης και (-)u επιγαλλοκατεχίνης. Τα ολιγομερή ή πολυμερή των φλαβαν-3-ολών, τα οποία ονομάζονται επίσης προανθοκυανιδίνες ή συμπυκνωμένες ταννίνες, αποτελούν μια εγάλη ομάδα φυσικών φαινολικών παραγώγων.

ΙΣΟΦΛΑΒΟΝΕΣ Οι ισοφλαβόνες έχουν τον Β δακτύλιο προσαρτημένο στη θέση 3 και όχι στη θέση 2 και απαντώνται είτε στην άγλυκη μορφή τους, είτε ως διάφοροι γλυκοζίτες. Οι ισοφλαβόνες θεωρούνται φυτοοιστρογόνες ενώσεις.

ΦΛΑΒΑΝΟΝΕΣ Οι φλαβανόνες έχουν τον δακτύλιο C κορεσμένο, δεν είναι ευρύτατα διαδεδομένες στο φυτικό βασίλειο, αλλά απαντώνται σε αξιόλογη ποσότητα στα εσπεριδοειδή.

ΑΝΘΟΚΥΑΝΙΔΙΝΕΣ-ΑΝΘΟΚΥΑΝΙΝΕΣ Παράγονται από το κατιόν 2-φαινυλοβενζοπυρίλιο, κοινώς ως κατιόν φλαβίλιο. Απαντούν στη φύση είτε ως άλατα του οξονίου, συνήθως χλωρίου, είτε υπό μορφή ετεροζιτών, οι οποίοι (ως ακετάλες) υδρολύονται εύκολα προς ένα άγλυκο και ένα ή περισσότερα όρια σακχάρων. Τα άγλυκα που προκύπτουν λέγονται ανθοκυανιδίνες. Οι πιο διαδεδομένες ανθοκυανιδίνες είναι η πελαργονιδίνη, η κυανιδίνη, η πεονιδίνη, η δελφινιδίνη, η πετουνιδίνη και η μαλβιδίνη.

3.2.3.2 ΚΟΥΜΑΡΙΝΕΣ Οι κουμαρίνες ανήκουν στις διαιτητικές φαινόλες και χαρακτηρίζονται από την παρουσία ενός βενζοϊκού δακτυλίου συνδεδεμένο με ένα πυρονικό δακτύλιο. Είναι μια ιδιαίτερα σημαντική κατηγορία ενώσεων, οι οποίες βρίσκονται συχνά στο φυτικό βασίλειο, είτε σε ελεύθερη κατάσταση, είτε με τη μορφή παραγώγων τους με σάκχαρα. Από χημική άποψη, είναι παράγωγα των α-βενζοπυρανίων και έχουν σημαντικό συνθετικό ενδιαφέρον λόγω της βιολογικής δραστικότητάς τους. Είναι ενώσεις που έχουν μεταξύ τους διαφορετικό τύπο αλλά και διαφορετικές αποκλίνουσες δράσεις. Είναι αρωματικές ενώσεις και η δράση τους είναι περιορισμένη στον οργανισμό. Υπάρχουν όμως προϊόντα του μεταβολισμού τους που έχουν αξιόλογη δράση όπως για παράδειγμα η δικουμαρόλη που είναι μια ισχυρή αντιθρομβωτική ένωση.

46


3.2.3.3ΛΙΓΝΑΝΕΣΟι λιγνάνες είναι διμερή ή ολιγομερή που προκύπτουν από την σύζευξη μονολιγνολών με την κονιφερόλη να είναι η πιο κοινή μονολιγνόλη που συμμετέχει στην βιοσύνθεση της λιγνάνης. Ο όρος λιγνάνη αναφέρεται συνήθως σε διμερή μονολιγνολών που συνδέονται μέσω ενός 8-8 '(β-β') δεσμού, ενώ ο όρος νεολιγνάνης αναφέρεται σε διμερή και ολιγομερή που περιέχουν δεσμούς, εκτός από το δεσμό 8-8΄. Οι λιγνάνες είναι παρόντες σε φτέρες, γυμνόσπερμα και αγγειόσπερμα. Είναι εντοπισμένες σε ξυλώδη στελέχη και σπόρους και λειτουργούν ως αποτρεπτικά εντόμων. Μερικές από αυτές τις ενώσεις έχουν φαρμακευτικές ιδιότητες.

3.2.3.4 ΛΙΓΝΙΝΗ Η λιγνίνη είναι ένα φαινολικό πολυμερές. Είναι το δεύτερο πιο άφθονο πολυμερές στη γη μετά την κυτταρίνη και παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην στήριξη των φυτών. Το φυσικό αυτό πολυμερές έχει τρισδιάστατη δομή και αποτελείται από μονάδες φαινυλοπροπανίου συνδεδεμένες μεταξύ τους με δεσμούς C-C ή C-O.

3.2.3.5 - – ΣΤΙΛΒΕΝΙΑ ΞΑΝΘΟΝΕΣ ΒΕΝΖΟΦΑΙΝΟΝΕΣ Τα στιλβένια δεν είναι ευρέως διαδεδομένα στα φυτικά τρόφιμα και χαρακτηρίζονται ως φυτοοιστρογόνες ενώσεις ενώ παρέχουν προστασία έναντι τραυματισμών και μυκητολογικών προσβολών (φυτοαλεξίνες). Απαντώνται σε μικρές ποσότητες στο καθημερινό διαιτολόγιο του ανθρώπου. Τα στιλβένια αποτελούνται από δυο φαινυλομάδες, οι οποίες ενώνονται μεταξύ τους μέσω μιας αλυσίδας δυο ατόμων άνθρακα ( C6-C2-C6). Το πιο κοινό είναι η trans-ρεσβερατρόλη (3,5,4΄-τριυδροξυστιλβένιο), (Εικόνα 3.8). Οι βενζοφαινόνες και οι ξανθόνες έχουν δομή (C6-C1-C6), (Εικόνα 3.9, 3.10). Οι ξανθόνες είναι κίτρινες χρωστικές των λουλουδιών.

ΕΙΚΟΝΑ 3.8. TRANS-ΡΕΣΒΕΡΑΤΡΟΛΗ ΕΙΚΟΝΑ 3.9. ΒΕΝΖΟΦΑΙΝΟΝΗ

47


ΕΙΚΟΝΑ 3.10. ΞΑΝΘΟΝΗ

3.2.3.6 ΚΙΝΟΝΕΣ Οι κινόνες είναι οξειδωμένα παράγωγα των αρωματικών ενώσεων και συχνά παράγονται από αρωματικές ενώσεις με ηλεκτρονιοδότες υποκατάστατες όπως φαινόλες και κατεχόλες. Οι βενζοκινόνες , όπως η 2,6-διμεθοξυβενζοκινόνη, είναι παρούσες στις ριζικές εκκρίσεις αραβόσιτου, (Εικόνα 3.11). Οι ουμπικινόνες, όπως ουμπικινόνη (3) , όπου το (3) δείχνει τον αριθμό των ισοπρενοειδών πλευρικών αλυσίδων, είναι επίσης γνωστή ως συνένζυμο Q και έχει ένα ρόλο στην μεταφορά ηλεκτρονίων στα μιτοχόνδρια. Οι ναφθοκινόνες είναι σπάνιες, (Εικόνα 3.12). Ανάμεσα τους η ζουγκλόνη είναι η πιο γνωστή και βρίσκεται στα καρύδια. Οι ανθρακοκινόνες είναι η πιο διαδεδομένες κινόνες σε φυτά και μύκητες, (Εικόνα 3.12). Υπάρχουν πολυάριθμες ενώσεις.

ΕΙΚΟΝΑ 3.11. ΒΕΝΖΟΚΙΝΟΝΗ ΕΙΚΟΝΑ 3.12. ΝΑΦΘΟΚΙΝΟΝΗ

ΕΙΚΟΝΑ 3.12 ΑΝΘΡΑΚΟΚΙΝΟΝΗ

3.2.3.7 ΤΑΝΝΙΝΕΣ Ως ταννίνες χαρακτηρίζονται οι πολυφαινολικές ενώσεις μεγάλου μοριακού βάρους που ενώ έχουν διαφορετική δομή, έχουν μια κοινή ιδιότητα: ενώνονται με τις πρωτεΐνες και άλλα πολυμερή. Από αυτήν την ιδιότητα απορρέει η στυφή τους γεύση. Στην φύση απαντούν δυο ομάδες ταννινών: οι υδρολυόμενες ταννίνες και οι συμπυκνωμένες ταννίνες. Οι υδρολυόμενες ταννίνες αποτελούνται κυρίως από εστέρες του γαλλικού και ελλαγικού οξέος με γλυκόζη και διακρίνονται σε γαλλοταννίνες και ελλαγοταννίνες αντίστοιχα. Οι συμπυκνωμένες ταννίνες οι οποίες ονομάζονται προανθοκυανιδίνες, είναι ολιγομερή ή πολυμερή φλαβαν-3-ολών. Τα μονομερή συνδέονται μέσω C4-C8

48


δεσμού ή C4-C6 δεσμού, οπότε προκύπτουν προανθοκυανιδίνες τύπου Β και τύπου Α όταν συνδέονται μέσω ενός C2-C7 αιθερικού δεσμού.

3.3 ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗΔΡΑΣΗ Οι φαινόλες δρούν ως άμεσοι διώκτες ελευθέρων ριζών κατά την παραγωγή ανιόντων υπεροξειδίων και υποχλωριώδους οξέος με αποτέλεσμα να παρέχουν προστασία από τις ελεύθερες ρίζες οξυγόνου και από την τοξική επίδραση. Ακόμη, είναι γνωστό ότι οι φυτικές φαινόλες αναστέλλουν τη λιπιδική υπεροξειδάση και τις λιποξυγεννάσες in vitro. Συγκεκριμένα σύμφωνα με πληροφορίες που έχουν συγκεντρωθεί εδώ και μερικά χρόνια ,οι απλές φαινόλες έχουν την ικανότητα να εξουδετερώνουν ρίζες ,όπως το υδροξύλιο , το υπεροξείδιο και το υπεροξύλιο που συμμετέχουν στο βασικό στάδιο της κυτταρικής προοξείδωσης. Το όνομα «υπεροξείδιο» έχει ένα εξαιρετικό βαθμό δραστικότητας απέναντι στο ανιόν υπεροξειδίου (Ο 2 -) ιδιαίτερα ως ενα ισχυρό οξειδωτικό μέσο και ως ένας ενεργοποιητής των αντιδράσεων των ριζών. Παρόλο που αυτό περιέχει ένα περιττό αριθμό ηλεκτρονίων , η δραστικότητα του δεν μοιάζει με εκείνη των χαρακτηριστικών ελεύθερων ριζών. Το υπεροξείδιο είναι σχετικά χαμηλού δυναμικού ανιόν, με ένα χημικό δεσμό Ο-Ο που έχει μια μέτρια απόσταση μεταξύ του υπεροξειδίου και του οξυγόνου. Κάτω από αυστηρά απροτικές συνθήκες το υπεροξειδικό ανιόν (Ο 2 -) είναι ένα ισχυρό πυρηνόφιλο ιόν, αλλά συχνά είναι οξειδωτικά αδρανές. ΄Ετσι αυτό δεν αντιδρά με μια ποικιλία ουσιών τέτοιες όπως είναι βενζαλδεϋδη, οι οποίες είναι λογικά πολύ εύκολο να οξειδωθούν. Η ενέργεια του ανιόντος του υπεροξειδίου σε υδατικά διαλύματα φαίνεται να είναι σχεδόν όμοια με τις φθοριούχες ενώσεις και το ανιόν αυτό σχηματίζει εξαιρετικά ισχυρούς δεσμούς υδρογόνου με το νερό. Η δραστικότητα του οξειδοαναγωγικού μέσου του υπεροξειδικού ανιόντος (O 2 -) είναι πολυ ευαίσθητη σε αυτό το διάλυμα. Το κυριότερο χαρακτηριστικό του υπεροξειδικού ανιόντος είναι μέχρι τώρα, η ικανότητά του να δρα ως μια ισχυρή βάση. Αυτή άμεσα απομακρύνει πρωτόνια από ασθενή όξινα υποστρώματα (φαινόλες) και τα εισάγει ταχέως και δυσανάλογα, με αποτέλεσμα να αποτελεί μια πηγή Ο 2 και υπεροξειδίου. Η τάση του υπεροξειδικού ανιόντος να απομακρύνει πρωτόνια από συγκεκριμένα υποστρώματα δείχνει την δραστικότητα που έχει απέναντι σε οξειδοαναγωγικά μέσα καθώς και απέναντι στη συνολική οξείδωση. Έτσι ο συνδυασμός του υπεροξειδικού ανιόντος με υποστρώματα όπως είναι η υδροκινόνη, α-τοκοφερόλη, η 3,5-δις τριβούτυλο-κατεχόλη και το L(+) ασκορβικό οξύ αποδίδουν προϊόντα των οποίων ο σχηματισμός προκύπτει από την προφανή οξείδωση ενός ηλεκτρονίου που γίνεται στο υπόστρωμα και στη παραγωγή του Η 2Ο2 . Το πρωταρχικό βήμα είναι η απόσπαση ενός πρωτονίου από το υπόστρωμα με το υπεροξειδικό ανιόν, να δίνει στο υπόστρωμα ανιόν και δυσανάλογα προϊόντα υπεροξειδίου του Ο 2 και υπεροξειδίου του υδρογόνου. Κατόπιν το ανιόν του υποστρώματος οξειδώνεται από το Ο 2

49


σε με μια πολύπλοκη διαδικασία που αποδίδει Η 2Ο2 και οξειδωτικά προϊόντα. Παρόλο το όνομά του ,το υπεροξειδικό ανιόν (Ο 2 -) είναι αβλαβές σε υδατικά διαλύματα και συχνά δρά ως ένας αναγωγικός παράγοντας. Ιn vivo πολλές από τις βλαβερές επιδράσεις του (Ο 2 -) , που δημιουργείται από διάφορα συστήματα πιθανόν προκαλούνται από άλλα είδη των οποίων ο σχηματισμός απαιτεί (O 2 -). Οι φυσικές φυτικές φαινόλες , επίσης , μπορούν σε μερικές περιπτώσεις να δείξουν προοξειδωτικά χαρακτηριστικά. Έτσι φαίνεται ότι η αντιοξειδωτική ένωση των τροφίμων, το γαλλικό προπύλιο μπορεί πρακτικά να αντιδράσει με ιόντα σιδήρου, υπό την παρουσία του υπεροξειδίου του υδρογόνου, το οποίο παράγει δραστικά είδη οξυγόνου τα οποία μπορεί να βλάψουν άλλα βιολογικά μόρια. Στην πράξη αντιοξειδωτική δράση εμφανίζεται στα κρασιά και το τσάι λόγω της παρουσίας φαινολών. Έχει διαπιστωθεί ότι οι φαινόλες στο τσάι αποτελούν τη μεγαλύτερη πηγή αντιοξειδωτικών στη διατροφή για τις Η.Π.Α.

4 ΞΗΡΑΝΣΗ4.1 ΓΕΝΙΚΑ Η ξήρανση αναφέρεται στην απομάκρυνση ποσοτήτων νερού από υλικά σε στερεή ή ημιστερεή κατάσταση, έτσι ώστε η υγρασία να τους να μειωθεί σε πολύ χαμηλά επίπεδα και να καταστούν στερεά, (Μπλούκας, 2004). Στις διεργασίες ξήρανσης είθισται να δίνεται έμφαση στο αποξηραμένο τελικό προϊόν και στις περισσότερες περιπτώσεις, η ξήρανση επιτυγχάνεται με αφαίρεση υγρασίας σε θερμοκρασίες κατώτερες του σημείου βρασμού, ενώ στην εξάτμιση η αφαίρεση υγρασίας γίνεται στο σημείο βρασμού του διαλύματος. Το περιεχόμενο του υγρού μιας ξηραμένης ουσίας ποικίλει από το ένα προϊόν στο άλλο. Μερικές φόρες το προϊόν δεν περιέχει καθόλου υγρό και χαρακτηρίζεται εντελώς ξηρό. Συνήθως το προϊόν περιέχει κάποιο υγρό. Για παράδειγμα, το ξηραμένο μαγειρικό αλάτι περιέχει περίπου 0.5% νερό, ενώ ο ξηραμένος άνθρακας 4% και η ξηραμένη καζεΐνη περίπου 8%. Η ξήρανση είναι ένας σχετικός όρος και σημαίνει απλά τη μείωση του περιεχομένου υγρού από μια αρχική τιμή σε μια αποδεκτή τελική τιμή. Στην περίπτωση ξήρανσης ενός υγρού στερεού κατά την επαφή του με αέριο σε δεδομένη θερμοκρασία και υγρασία, έχουμε την εμφάνιση μιας συγκεκριμένης συμπεριφοράς στη διεργασία. Αμέσως μετά την αρχική επαφή του υλικού και του μέσου ξήρανσης, η θερμοκρασία του μεταβάλλεται μέχρι να φτάσει σε σταθερή τιμή. Η θερμοκρασία του υλικού (και ο ρυθμός της ξήρανσης) μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί μέχρι να επιτευχθούν σταθερές συνθήκες. Σε τέτοιες συνθήκες, η θερμοκρασία της επιφάνειας του υλικού είναι η θερμοκρασία του υγρού βολβού του μέσου ξήρανσης. Οι θερμοκρασίες μέσα στο υλικό θα

50


τείνουν να εξισωθούν με τη θερμοκρασία του υγρού βολβού του αερίου, αλλά αυτό δεν μπορεί να συμβεί λόγω της καθυστέρησης στη μεταφορά της μάζας και της θερμότητας. Όταν λοιπόν οι θερμοκρασίες φτάσουν τη θερμοκρασία του υγρού βολβού του αερίου, ο ρυθμός της ξήρανσης παραμένει σταθερός. Αυτό το στάδιο είναι γνωστό ως περίοδος σταθερού ρυθμού ξήρανσης (constant-rate drying period). Η προηγούμενη περίοδος τελειώνει όταν το υλικό αποκτήσει ένα μεταβατικό, αλλά καθορισμένο για κάθε υλικό ποσοστό υγρασίας που καλείται κρίσιμη υγρασία (crit ical moisture content). Μετά από αυτό το σημείο η επιφανειακή θερμοκρασία του αυξάνει και ο ρυθμός της ξήρανσης ελαττώνεται γρήγορα. Η περίοδος ελαττούμενου ρυθμού ξήρανσης (fall ing-rate drying period) είναι μεγαλύτερη σε διάρκεια από την περίοδο του σταθερού ρυθμού αν και η αφαίρεση υγρασίας είναι πολύ μικρότερη συγκριτικά. Στην περίοδο αυτή η θερμοκρασία της επιφάνειας αρχίζει και αυξάνει και η αύξηση αυτή συνεχίζεται όσο η ξήρανση προχωρεί και τελικά πλησιάζει τη θερμοκρασία του ξηρού βολβού του αέρα. Ο ρυθμός της ξήρανσης τείνει στο μηδέν σε κάποιο ποσοστό υγρασίας που ονομάζεται υγρασία ισορροπίας , (Εικόνα 4.1).

ΕΙΚΟΝΑ 4.1. ΚΑΜΠΥΛΗ ΞΗΡΑΝΣΗΣ ΓΙΑ ΣΤΑΘΕΡΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ, ΡΥΘΜΟΣ ΞΗΡΑΝΣΗΣ ΩΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΤΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ

4.2 ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΥΛΙΚΩΝΚΑΤΑΤΗΝΞΗΡΑΝΣΗ Τα υλικά κατηγοριοποιούνται σε δυο ομάδες με βάση τη συμπεριφορά τους στην ξήρανση. Κοκκώδη ή κρυσταλλικά υλικά, που συγκρατούν υγρασία στα διάκενα μεταξύ των σωματιδίων ή σε επιφανειακούς πόρους, αποτελούν την πρώτη ομάδα. Σε αυτά τα υλικά η κίνηση της υγρασίας δεν εμποδίζεται ιδιαίτερα και λαμβάνει χώρα ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των βαρυτικών και τριχοειδών δυνάμεων. Η περίοδος σταθερού ρυθμού συνεχίζεται για αρκετό χρόνο μέχρι σχετικά χαμηλά ποσοστά υγρασίας. Αν και η περίοδος ελαττούμενου ρυθμού χωρίζεται στις δυο περιοχές που αναφερθήκαν προηγουμένως, προσεγγιστικά αυτή μοιάζει με μια ευθεία γραμμή στο γράφημα του ρυθμού ξήρανσης με την υγρασία. Το στερεό υλικό, που είναι συνήθως ανόργανο, δεν επηρεάζεται ιδιαίτερα από την παρουσία του υγρού και

51


γι’ αυτό είναι ανεπηρέαστο από τη διεργασία της ξήρανσης. Στην περίπτωση των ένυδρων ουσιών , οι συνθήκες ξήρανσης επηρεάζουν το προϊόν που λαμβάνεται αλλά γενικά τα υλικά δεν επηρεάζονται από τις συνθήκες ξήρανσης για μεγάλα εύρη θερμοκρασιών και υγρασιών. Παραδείγματα τέτοιων υλικών είναι η συνθλιμμένη πέτρα, το διοξείδιο του τιτανίου, καταλύτες, ένυδρος θειικός ψευδάργυρος, φωσφορικό νάτριο κλπ. Για αυτά τα υλικά η υγρασία ισορροπίας είναι κοντά στο μηδέν. Τα περισσότερα οργανικά υλικά είναι είτε άμορφα, είτε ινώδη ή έχουν δομή παρόμοιο με γελώ (gel) και αποτελούν την δεύτερη ομάδα υλικών. Σε αυτά τα υλικά η υγρασίας αποτελεί ενα απαραίτητο μέρος της δομής τους ή είναι παγιδευμένη μέσα σε ίνες ή σε πόρους. Η κίνηση της υγρασίας είναι αργή και πιθανόν να συμβαίνει με τη διάχυση του υγρού στην δομή του στερεού. Σαν αποτέλεσμα, οι καμπύλες ξήρανσης των υλικών αυτών δείχνουν πολύ μικρές περιόδους σταθερού ρυθμού που καταλήγουν σε υψηλές τιμές της κρίσιμης υγρασίας. Για τους ιδίους λόγους, η πρώτη περίοδος ελαττούμενου ρυθμού είναι αρκετά μειωμένη και στο μεγαλύτερο μέρος της διεργασίας ξήρανσης ο ρυθμός ξήρανσης ελέγχεται από το ρυθμό διάχυσης του υγρού μέσα από το υλικό. Η κύρια ξήρανση λαμβάνει χώρα στη δεύτερη περίοδο ελλατούμενου ρυθμού. Η υγρασία ισορροπίας είναι γενικά υψηλή, υποδηλώνοντας έτσι ότι μια σημαντική ποσότητα του νερού κατακρατείται τόσο σταθερά από τη δομή του στερεού ή σε μικροσκοπικούς πόρους του, που η τάση ατμών του είναι σημαντικά μειωμένη. Αφού το νερό που υπάρχει είναι ισχυρά συνδεδεμένο με την δομή του υλικού, τέτοια υλικά επηρεάζονται έντονα από την αφαίρεση υγρασίας. Τα επιφανειακά στρώματα τείνουν να ξεραίνονται πιο γρήγορα από τα εσωτερικά. Αν ο ρυθμός ξήρανσης είναι υψηλός, μπορεί να δημιουργήσει μεγάλες διαφορές στο ποσοστό υγρασίας μεταξύ της επιφάνειας και των εσωτερικών στρωμάτων με αποτέλεσμα την εμφάνιση ρωγμών, αναδιπλώσεων ή ενός αποξηραμένου αδιαπέραστου κελύφους (πέτσα) του υλικού.

4.3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΞΗΡΑΝΣΗΣΤΡΟΦΙΜΩΝ Η απομάκρυνση νερού από τα τρόφιμα μπορεί να γίνει με : α) με την εφαρμογή θερμότητας ( thermal drying), β) με ώσμωση (osmotic dehydration) και γ) με μηχανικά μέσα (mechanical dewatering), όπως φυγοκέντρηση και άσκηση πίεσης. Ωστόσο η τελευταία περίπτωση θεωρείται κυρίως προστάδιο κατά την ξήρανση οπότε οι βασικές μέθοδοι ξήρανσης είναι με εφαρμογή θερμότητας και με ώσμωση (Μπλούκας, 2004). Στην ξήρανση τροφίμων με εφαρμογή θερμότητας εφαρμόζονται οι επιμέρους μέθοδοι α) η ξήρανση στον Ήλιο, β) η έκθεση του προϊόντος σε ρεύμα θερμού αέρα, γ) η επαφή του προϊόντος σε θέρμη επιφάνεια, δ) η έκθεση του προϊόντος σε μικροκύματα ή ακτινοβολία, ε) η αφυδάτωση με εκτόνωση, στ) η λυοφιλίωση. Η τελική επιλογή της κατάλληλης μεθόδου γίνεται ανάλογα με το προϊόν και ύστερα από την αξιολόγηση ορισμένων παραγόντων.

52


4.3.1 ΞΗΡΑΝΤΗΡΕΣ ΘΕΡΜΟΥ ΑΕΡΑ Η αφυδάτωση των τροφίμων σε ρεύμα θερμού αέρα γίνεται σε ξηραντήρες που λειτουργούν σε συνθήκες ατμοσφαιρικής πίεσης. Σε όλους τους ξηραντήρες ο αέρας θερμαίνεται με κατάλληλο τρόπο στην καθορισμένη θερμοκρασία και εισέρχεται στον ξηραντήρα όπου έρχεται σε άμεση επαφή με το προϊόν. Ο θερμός αέρας μεταδίδει στο προϊόν θερμότητα με επαγωγή (μεταφορά) και προσλαμβάνει τους υδρατμούς που εξέρχονται από αυτό κατά την αφυδάτωση και γίνεται όλο κι ψυχρότερος σταδιακά. Οι σπουδαιότεροι ξηραντήρες θερμού αέρα είναι α) φούρνος αφυδάτωσης, β) οι θάλαμοι αφυδάτωσης, γ) οι σήραγγες αφυδάτωσης, δ) ο ξηραντήρας με μεταφορική ταινία, ε) ο ξηραντήρας αποθήκη, στ) ο ξηραντήρας ρευστοποιημένου στρώματος, ζ) ο περιστρεφόμενος ξηραντήρας και η) ο ξηραντήρας ανοδικού ρεύματος. Στα υγρά και ρευστά προϊόντα η αφυδάτωση γίνεται στους ξηραντήρες ψεκασμού. (Μπλούκας, 2004).

4.3.2 ΞΗΡΑΝΣΗ ΔΙΑ ΕΠΑΦΗΣ ΜΕ ΘΕΡΜΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ

Στην ξήρανση δια επαφής με θερμή επιφάνεια ( contact drying) η απαιτουμένη θερμότητα για την ανύψωση της θερμοκρασίας του προϊόντος στη θερμοκρασία εξάτμισης καθώς και η λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης μεταδίδονται στο προϊόν με αγωγιμότητα μέσω θερμής επιφάνειας. Η ξήρανση του προϊόντος γίνεται σε δυο στάδια. Στο στάδιο σταθερού ρυθμού ξήρανσης η θερμοκρασία του προϊόντος προσεγγίζει τη θερμοκρασία εξάτμισης του νερού που αντιστοιχεί στις συνθήκες πίεσης που επικρατούν στην επιφάνεια του προϊόντος. Όταν ξεκινάει ο ελαττούμενος ρυθμός ξήρανσης η θερμοκρασία του προϊόντος αρχίζει σταδιακά να αυξάνει και πλησιάζει τη θερμοκρασία της θερμής επιφάνειας , η οποία σε συνθήκες ατμοσφαιρικής πίεσης ξεπερνά τους 100 οC.Η ξήρανση δια επαφής με θερμή επιφάνεια γίνεται με α) τους ξηραντήρες τυμπάνων και β) τους ξηραντήρες κενού. Τα αφυδατωμένα προϊόντα που έχουν προσέλθει από την ξήρανση δια επαφής σε θερμή επιφάνεια στη συνέχεια αλέθονται σε ειδικούς μύλους και μετατρέπονται σε σκόνη.

4.3.3 ΛΥΟΦΙΛΙΩΣΗ Η λυοφιλίωση (freeze – drying, submlimation – drying, lyophilization) είναι η μέθοδος αφυδάτωσης κατά την όποια το προϊόν, μετά από προηγούμενη κατάψυξη, υφίσταται εξάχνωση των παγοκρυστάλλων, δηλαδή άμεση μετάβαση του νερού από τη στερεά κατάσταση (παγοκρύσταλλοι) στην αέρια (υδρατμοί) (Μπλούκας, 2004). Το νερό βρίσκεται είτε στην στερεή, είτε στην υγρή, είτε στην αέρια φάση και η κατάσταση στην οποία θα βρίσκεται τη δεδομένη στιγμή εξαρτάται από τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας που επικρατούν. Στο τριπλό σημείο συνυπάρχουν και οι τρεις φάσεις του νερού και αντιστοιχεί σε πίεση 4.58 mm Hg (6.10 Pa) και σε θερμοκρασία 0 οC (Εικόνα 4.2). Η εξάχνωση λαμβάνει χωρά, όταν η πίεση και η

53


θερμοκρασία που επικρατούν στο περιβάλλον του τροφίμου βρίσκεται στο κάτω μέρος της περιοχής που ορίζεται από την καμπύλη ΑΤ.

ΕΙΚΟΝΑ 4.2. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΦΑΣΕΩΝ ΝΕΡΟΥ

4.3.3.1 ΣΤΑΔΙΑ ΛΥΟΦΙΛΙΩΣΗΣ Η διαδικασία λυοφιλίωσης περιλαμβάνει 3 στάδια :

Κατάψυξη, που προετοιμάζει το προϊόν για την διαδικασία της εξάχνωσης.

Πρωτογενή ξήρανση (main drying), στην οποία ο πάγος εξαπλώνεται, χωρίς τήξη.

Δευτερογενή ξήρανση ( secondary drying), στην οποία το μεγαλύτερο μέρος του δεσμευμένου νερού, απομακρύνεται αφήνοντας ένα ξηρό προϊόν. Αυτό το στάδιο είναι κρίσιμο για τη σταθερότητα του δείγματος.

Το πρώτο στάδιο για την αφυδάτωση των τροφίμων με λυοφιλίωση αποτελεί η κατάψυξη τους κατά την οποία η υγρή φάση θα πρέπει να μετατραπεί σε στερεά, δηλαδή τα νερό να μετατραπεί σε παγοκρυστάλλους. Κατά την κατάψυξη η θερμοκρασία του προϊόντος πρέπει αν μειωθεί σε πολύ χαμηλές τιμές, ώστε να εξασφαλιστεί η μεγίστη δυνατή μετατροπή του νερού σε παγοκρυστάλλους. Αν η κατάψυξη του προϊόντος δεν είναι πλήρης, τότε το μέρος του νερού που δεν καταψύχτηκε δεν μπορεί να απομακρυνθεί με εξάχνωση. Η ποιότητα του λυοφυλιωμένου προϊόντος επηρεάζεται από την ταχύτητα κατάψυξης. Σε ρευστά τρόφιμα όπως το εκχύλισμα για την παραγωγή του στιγμιαίου καφέ ενδείκνυται η βραδεία κατάψυξη. Στα στερεά τρόφιμα με κατάρριψη οργάνωση, όπως το κρέας ενδείκνυται η βραδεία κατάψυξη. Κατά την εξάχνωση μπορεί να δημιουργηθεί ένα πλούσιο πορώδες σύστημα. Οι υδρατμοί που παράγονται κατά την εξάχνωση διαχέονται μέσα από την κυτταρική δομή, γι αυτό και η αφυδάτωση διαρκεί για σημαντικά μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Το επόμενο στάδιο είναι η εξάχνωση του κατεψυγμένου προϊόντος. Για την αφυδάτωση με εξάχνωση το προϊόν εισάγεται στον ξηραντήρα

54


λυοφιλίωσης. Βασικά στοιχειά του ξηραντήρα είναι ο θάλαμος κενού, εφοδιασμένος με κατάλληλο σύστημα δημιουργίας κενού, το σύστημα θέρμανσης του προϊόντος και το σύστημα συμπύκνωσης υδρατμών. Προϋπόθεση για να πραγματοποιηθεί η εξάχνωση είναι να υπάρχει διάφορα της πίεσης υδρατμών μεταξύ του μετώπου κατάψυξης που σχηματίζουν οι παγοκρύσταλλοι στο κατεψυγμένο προϊόν και στο χώρο που περιβάλλει το προϊόν. Στους -17 οC η πίεση υδρατμών του πάγου είναι 1.03 mm Hg, που σημαίνει ότι η πίεση στο θάλαμο κενού πρέπει να είναι μικρότερη από 1 mm Hg στην ίδια θερμοκρασία για να γίνει η εξάχνωση των παγοκρυστάλλων του προϊόντος. Εκτός από την χαμηλή πίεση στο θάλαμο κενού και τη σταθερή διατήρηση της πίεσης στη διάρκεια της αφυδάτωσης θα πρέπει η μείωση της πίεσης αμέσως μετά την είσοδο του προϊόντος στο θάλαμο κενού να γίνει πολύ γρήγορα, ώστε να αποφευχθεί η τήξη του πάγου και ο σχηματισμός νερού. Ειδικές αντλίες υψηλού κενού και με κατάλληλο σύστημα εκτόξευσης ατμού εντός του θαλάμου για την απομάκρυνση του αέρα εξασφαλίζουν αυτές τις συνθήκες. Όσον αφορά την εξάχνωση των παγοκρυστάλλων, απαραίτητη είναι η πρόσληψη θερμότητας από το προϊόν. Αυτή η θερμότητα είναι ίση με την λανθάνουσα θερμότητα εξάχνωσης του πάγου και ανέρχεται σε 2.84 MJ / kg, (Μπλούκας, 2004). Η παροχή της απαιτουμένης θερμότητας στο προϊόν γίνεται με αγωγιμότητα, με ακτινοβολία ή με συνδυασμό και των δυο μεθόδων, καθώς και με εφαρμογή μικροκυμάτων. Το προϊόν έρχεται σε επαφή με μεταλλικές θερμαινόμενες πλάκες και επιτυγχάνεται η θέρμανση του με αγωγιμότητα. Οι υδρατμοί που παράγονται κατά την εξάχνωση των παγοκρυστάλλων απομακρύνονται μέσα από το πορώδες σύστημα που δημιουργεί η εξάχνωση στο προϊόν και με διάχυση στα τρόφιμα με κυτταρική οργάνωση. Κατά την εξάχνωση απαιτείται προσοχή στον ρυθμό θέρμανσης, διότι η θερμοκρασία δεν πρέπει να υπερβεί μια ορισμένη τιμή, χαρακτηριστική για κάθε προϊόν, η οποία ονομάζεται θερμοκρασία κατάρρευσης της δομής του προϊόντος. Πάνω από αυτήν την θερμοκρασία παρατηρείται κατάρρευση του πορώδους του συστήματος, το προϊόν γίνεται συνεκτικό, αποκτά μεγαλύτερη πυκνότητα και παρουσιάζει δυσκολία στην ανασύσταση του με νερό. Ο συμπυκνωτής απομακρύνει τους υδρατμούς που σχηματίζονται από την εξάχνωση των παγοκρυστάλλων πριν αυτοί φτάσουν στην αντλία κενού. Σε αντίθετη περίπτωση α) ο ρυθμός εξάχνωσης επιβραδύνεται, β) υπάρχει κίνδυνος διάβρωσης της αντλίας κενού από την υγρασία. Το σύστημα συμπύκνωσης αποτελείται από σειρά σωλήνων στο εσωτερικό των οποίων κυκλοφορεί ψυκτικό μέσο. Οι υδρατμοί που έρχονται σε επαφή με την επιφάνεια αυτών σωλήνων μετατρέπονται αμέσως σε πάγο. Με κατάλληλο σύστημα απόψυξης απομακρύνεται ο πάγος, έτσι ώστε η μεγαλύτερη επιφάνεια των σωλήνων να είναι ελεύθερη για την συμπύκνωση υδρατμών. Μετά την ολοκλήρωση της εξάχνωσης μικρή ποσότητα νερού παραμένει ακόμα μέσα στο προϊόν, το οποίο υπολογίζεται περίπου 15-20% και μειώνεται με την τελική αφυδάτωση στο 2%. Η τελική απομάκρυνση του νερού γίνεται είτε με την μεταφορά του προϊόντος σε άλλο ξηραντήρα είτε με εξάτμιση μέσα στον ίδιο ξηραντήρα. Το τελικό

55


στάδιο αφυδάτωσης γίνεται με αυστηρά ελεγχόμενη θέρμανση, ώστε η θερμοκρασία του προϊόντος να διατηρείται χαμηλότερη από την θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης. Ως υαλώδης κατάσταση χαρακτηρίζεται η περιοχή όπου τον νερό κατά την κατάψυξη δεν σχηματίζει παγοκρυστάλλους άλλα μια ενιαία υαλώδη μάζα. Αν η θερμοκρασία του προϊόντος υπερβεί αυτήν της υαλώδους μετάπτωσης θα επέλθει κατάρρευση του προϊόντος.

ΕΙΚΟΝΑ 4.3. ΛΥΟΦΙΛΙΩΤΗΣ

4.3.3.2 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΛΥΟΦΙΛΙΩΣΗΣ Τα πλεονεκτήματα της λυοφιλίωσης συνοπτικά είναι τα εξής:

Διατήρηση της βιολογικής αξίας των προϊόντων (φαρμάκων, ενζύμων, τροφίμων).

Διατήρηση των βιταμινών των τροφίμων. Διατήρηση του χρώματος των προϊόντων. Διατήρηση της γεύσης και του αρώματος των τροφίμων. Δυνατότητα παραγωγής νέων δομών και προϊόντων, π.χ.

μικροεγκλεισμού (microencapsulation) βιολογικών μορίων. Διατήρησητουαρχικούόγκουτωνπροϊόντων(δενπαρατηρείταισυρρί

κνωση-κατάρρευσητηςδομής). Δημιουργία μεγάλου πορώδους. Ταχεία διεξαγωγή χημικών και άλλων αντιδράσεων (λόγω και του

μεγάλου πορώδους και της μεγάλης ειδικής επιφάνειας) στα αποξηραμένα προϊόντα.

Ταχεία επανενυδάτωση των αποξηραμένων προϊόντων (λόγω και του μεγάλου πορώδους).

Όμως τα προϊόντα με κυτταρική οργάνωση είναι πολύ εύθρυπτα και εύκολα μπορούν να συνθλιβούν με μηχανικά αιτία. Άλλο βασικό

56


μειονέκτημα της λυοφιλίωσης αποτελεί το υψηλό κόστος εγκατάστασης και λειτουργιάς του αναγκαίου εξοπλισμού, (Εικόνα 4.3). Λόγω κόστους η μέθοδος εφαρμόζεται στην παραγωγή ακριβών προϊόντων όπως ενζυμα, φάρμακα, βιολογικά υλικά και παρασκευάσματα, καφές, κρέας, φρούτα και λαχανικά.

4.4 ΑΛΛΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΞΗΡΑΝΣΗΣΞΗΡΑΝΣΗ ΜΕ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΑΤα μικροκύματα προκαλούν ταχεία θέρμανση. Γι αυτό το λόγο χρησιμοποιούνται για να επιταχύνουν το ρυθμό αφυδάτωσης σε ορισμένα τρόφιμα χωρίς να προκαλούν υπερθέρμανση της επιφάνειας.

ΞΗΡΑΝΣΗ ΜΕ ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΗ υπέρυθρη ακτινοβολία χρησιμοποιείται ως προσθετή πηγή θέρμανσης στην επιφάνεια των τροφίμων κατά την ξήρανση σε ρεύμα θερμού αέρα αυξάνοντας έτσι το ρυθμό αφυδάτωσης του προϊόντος.

ΞΗΡΑΝΣΗ ΜΕ ΕΚΤΟΝΩΣΗΤο προϊόν αρχικά αφυδατώνεται με έκθεση σε θερμό αέρα, μέχρι να αποκτήσει περίπου τη μισή της αρχικής υγρασίας, και στη συνέχεια οδηγείται σε κατάλληλα μονωμένο θάλαμο πίεσης, όπου επιβάλλεται σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία. Ακλουθεί απότομη μείωση πίεσης και διαστολή του προϊόντος.

ΞΗΡΑΝΣΗ ΜΕ ΩΣΜΩΣΗΣε αυτήν την μέθοδο το προϊόν τοποθετείται μέσα σε ωσμωτικό διάλυμα σακχάρων ή χλωριούχου νατρίου. Η δραστηριότητα του νερού αυτού διαλύματος είναι πολυ χαμηλή από την αντίστοιχη του προϊόντος ή αντίστοιχα το διάλυμα έχει μεγαλύτερη ωσμωτική πίεση από το προϊόν. Το αποτέλεσμα είναι η διάχυση του διαλύματος στο εσωτερικό του προϊόντος και το νερό από το εσωτερικό του προϊόντος διαχέεται προς το διάλυμα.

5 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣΦΑΙΝΟΛΙΚΟΥΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ Η ανάλυση των τροφίμων για την εύρεση φαινολικών συστατικών σε αυτά ξεκινά από απλές τεχνικές για την ανίχνευση τους και φτάνει στην χρήση πολύπλοκων οργάνων και μεθοδολογιών για τον ποσοτικό προσδιορισμό και την απομόνωσή τους. Η ανάλυση των τροφίμων ως προς τις φαινόλες μπορεί να γίνει με διάφορες τεχνικές, όπως είναι η αέρια χρωματογραφία (GC), η υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης (HPLC) ή με άλλες χρωματογραφικές και φασματογραφικές τεχνικές. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε η φασματοφωτομετρική μέθοδος Folin-Ciocalteau, η οποία θα περιγραφεί στη συνέχεια εκτενώς.

57


5.1 ΧΡΩΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΕΣΜΕΘΟΔΟΙ Tα περισσότερα πολυφαινολικά συμπυκνωμένα προϊόντα τσαγιού π.χ. θεαρουβιγίνες συνήθως μετρούνται με χρωματομετρικές διεργασίες, οι οποίες βασίζονται στη συνολική ελαττούμενη δραστικότητα και άρα στην έλλειψη ακριβείας και επαναληπτικότητας. Επιπρόσθετα μόνο μια πειραματική μελέτη αναγνωρίστηκε, η οποία μέτρησε τα μεταβολικά προϊόντα των κατώτερων φλαβονοειδών του τσαγιού στον άνθρωπο. Αυτή η αναδρομή επισημαίνει τις δυνατότητες και τις αδυναμίες των αναλυτικών συστημάτων για τη μέτρηση των πολυφαινολών του τσαγιού και των μεταβολικών τους προϊόντων.

5.2 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ FOLIN-DENIS ΚΑΙ FOLIN-CIOCALTEU Είναι μία φωτομετρική τεχνική που εφαρμόζεται για τον προσδιορισμό του ολικού φαινολικού περιεχομένου σε φυσικά προϊόντα και βασίζεται στην <<αναγωγική δράση>> παρουσία πολυφαινολικών ομάδων. Η μέθοδος είναι εξαιρετικά χρήσιμη αφού επιτρέπει την εκτίμηση του συνόλου των πολυφαινολικών συστατικών ενός φυσικού προϊόντος, συμπεριλαμβανομένων και αυτών που δεν έχουν μέχρι σήμερα ταυτοποιηθεί. Η μέθοδος βασίζεται σε χρωματομετρική οξειδοαναγωγική αντίδραση με την οποία προσδιορίζεται το συνολικό φαινολικό περιεχόμενο του δείγματος, χωρίς διαχωρισμό μεταξύ μονομερών, διμερών και μεγαλύτερων φαινολικών συστατικών. Το αντιδραστήριο FC είναι διάλυμα σύνθετων πολυμερών ιόντων που σχηματίζονται από φωσφο-μολυβδαινικά και φωσφο-βολφραμικά ετεροπολυμερή οξέα. Τα φαινολικά ιόντα οξειδώνονται με ταυτόχρονη αναγωγή των ετεροπολυμερών οξέων:(P2W 1 8O6 2

- 7 → H 4P2W1 8O6 2- 8 , H2P2Mo 1 8O6 2

- 6 → H 6P2Mo1 8O6 2- 7)

Το προϊόν είναι σύμπλεγμα μολυβδαινίου-βολφραμίου (Mo-W) χαρακτηριστικής μπλε χρώσης που απορροφά στο ορατό (725nm). Η αλκαλικότητα ρυθμίζεται με κορεσμένο διάλυμα Na 2CO3 (35%, w/v) που δεν διαταράσσει τη σταθερότητα του FC και του προϊόντος της αντίδρασης αφενός, αφετέρου αποτελεί προϋπόθεση παρουσίας των φαινολικών ιόντων. Γενικά, οι φαινόλες που καθορίζονται από τον δείκτη FC εκφράζονται πολύ συχνά σε ισοδύναμα γαλλικού οξέος.

6 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑΣ ΦΑΙΝΟΛΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ Χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι για τον προσδιορισμό της αντιοξειδωτικής δραστηριότητας, ορισμένες από τις οποίες αναφέρονται παρακάτω. Αναλυτικά θα αναφερθεί η μέθοδος DPPH που χρησιμοποιήθηκε στη συγκεκριμένη εργασία.

58


6.1 ΗΜΕΘΟΔΟΣ DPPH Μία από τις πλέον χρήσιμες μεθόδους είναι η χρησιμοποίηση της σταθερής ρίζας DPPH (1,1-διφαίνυλο-2-πικρύλοϋδράζυλο) σε διάλυμα αιθυλικής αλκοόλης. Η DPPH απορροφά στην ορατή περιοχή στα 517 nm. H απορρόφηση μειώνεται σταδιακά με την προσθήκη μικρών συγκεντρώσεων αντιοξειδωτικών ουσιών (π.χ. ταννίνες τσαγιού, πολυφαινόλες ερυθρού οίνου, βιταμίνες ελαιολάδου κ.λπ) και από τη μείωση σε 50% εξάγεται ένα μέτρο της αντιοξειδωτικής δράσης και συγκρίνεται με άλλες γνωστές αντιοξειδωτικές ουσίες, όπως η κερκετίνη, η βιταμίνη C, E ή συνθετικό παράγωγο της βιταμίνης Ε, (Trolox).

ΕΙΚΟΝΑ 6.1. ΔΡΑΣΗ DPPH

Η αντιοξειδωτική δράση, (Εικόνα 6.1), θεωρείται ότι γίνεται με 3 τρόπους ως προς τη σταθερή ρίζα DPPH:(α) μεταφορά δεύτερου υδρογόνου από την αντιοξειδωτική ουσία στησταθερή ρίζα DPPH συνοδευόμενο από ηλεκτρονική μετατόπιση προς τον υποκαταστάτη p-θέση.(β) από το διμερισμό δύο φαινοξυ-ριζών χωρίς υποκαταστάτες σε ο-ή p-θέση. Μετά το διμερισμό τα υδροξύλια των φαινολών ανανεώνονται και αντιδρούν εκ νέου.(γ) δημιουργία σύμπλοκης ένωσης μεταξύ του DPPH και μιας άρυλο-ρίζας. Αντιριζικές δραστηριότητες των δοκιμασμένων πολυφαινολικών ενώσεων και των φυτικών εκχυλισμάτων μετρήθηκαν χρησιμοποιώντας το DPPH. Ειδικές συνθήκες αποθήκευσης απαιτούνται για να ελαχιστοποιηθεί η απώλεια της ελεύθερης ριζικής δραστηριότητας του ριζικού DPPH αποθηκευμένου διαλύματος όπως προτείνεται από τον Blios . Η παρεμπόδιση του ριζικού DPPH από τις πολυφαινόλες και τα φυτικά εκχυλίσματα υπολογίστηκε σύμφωνα με τον τύπο : % Παρεμπόδιση = [ (Α ρ υ θ μ ι σ τ ή ς ( 0 ) - Αα ν τ ι δ ρ α σ τ ή ρ ι ο ( t ) / Αρ υ θ μ ι σ τ ή ς ( 0 ) ] x 100 Ο προσδιορισμός της εξουδετέρωσης των σταθερών ελεύθερων ριζών DΡΡΗ είναι μια πολύ γρήγορη μέθοδος για να αξιολογήσει την αντιοξειδωτική ικανότητα των εκχυλισμάτων σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Με αυτήν την μέθοδο είναι δυνατό να καθοριστεί η αντιριζική δύναμη ενός αντιοξειδωτικού από τη μέτρηση της μείωσης της απορροφητικότητας του DΡΡΗ στα 515 nm. Ως αποτέλεσμα της αλλαγής του χρώματος από πορφυρό σε κίτρινο η απορρόφηση μειώθηκε όταν εξουδετερώθηκε το ριζικό DPPH από ένα αντιοξειδωτικό, μέσω της δωρεάς του υδρογόνου για να διαμορφώσει ένα σταθερό μόριο DPPH-H. Στη ριζική μορφή αυτό το μόριο είχε μια απορροφητικότητα στα 515 nm που εξαφανίστηκε από την αποδοχή της

59


ρίζας ηλεκτρονίων ή υδρογόνου από μια αντιοξειδωτική ένωση για να γίνει ένα σταθερό διαμαγνητικό μόριο.

60


ΜΕΡΟΣ 2

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

1. ΣΚΟΠΟΣΤΟΥΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Σκοπός αυτού του πειράματος ήταν να εξετασθεί η επίδραση του τρόπου ξήρανσης στο φαινολικό περιεχόμενο εκχυλισμάτων πράσινου τσαγιού παρουσία βιοπολυμερών. Η ξήρανση έγινε (με λυοφιλίωση και σε φούρνο). Από τα βιοπολυμερή χρησιμοποιήθηκαν η ζελλάνη και η πηκτίνη. Τα εκχυλίσματα τσαγιού περιείχαν αυξανόμενες συγκεντρώσεις ζελλάνης καθώς και μίγμα ζελλάνης με πηκτίνη. Οι μεμβράνες που προέκυψαν από την ξήρανση μελετήθηκαν ως προς το φαινολικό τους περιεχόμενο καθώς και την αντιοξειδωτική τους ικανότητα. Επιπροσθέτως , υπολογίστηκαν και κάποιες μηχανικές ιδιότητες τους (πάχος, βάρος, διαπερατότητα σε νερό).

2.1 ΥΛΙΚΑ Πράσινο τσάι green tea orient της εταιρείας Lipton Ζελλάνη ( Gellan ) Πηκτίνη ( ΗΜ-pectin ) Αντιδραστήριο Follin-Ciocalteu (Darmstadt, Germany) Αποσταγμένο νερό Άνυδρο ανθρακικό νάτριο (Na 2CO3) Διάλυμα αιθανόλης 80% Γαλλικό οξύ Silica gel DPPH (1,1-διφαίνυλο-2-πικρύλοϋδράζυλο)

2.2 ΟΡΓΑΝΑΚΑΙ ΣΚΕΥΗ Κωνικές φιάλες Ογκομετρικές φιάλες Δοκιμαστικοί σωλήνες Ποτήρια ζέσεως Θερμόμετρο Ογκομετρικοί κύλινδροι Σιφώνια μετρήσεως Σιφώνια πληρώσεως Κυψελίδες χαλαζία Γυάλινοι ράβδοι Υδροβολείς Σπάτουλες Στατώ Μαγνητάκια ανάδευσης Γυάλινα χωνιά διήθησης

61


Μικροπιπέτες Εστία με μαγνητικό αναδευτήρα Αναλυτικός ζυγός Φασματοφωτομετρικά UV-Vis spectrophotometer Φούρνος Λυοφιλιωτής Δειγματολήπτης διαμέτρου 4,5 cm Ξηραντήρας Τρυβλία

3. ΕΚΤΕΛΕΣΗΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ

3.1 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗΔΕΙΓΜΑΤΩΝ Για τους σκοπούς του πειράματος παρασκευαστήκαν αρχικά εκχυλίσματα τσαγιού. Τα εκχυλίσματα παρασκευάστηκαν με εμβάπτιση 1,3 g τσαγιού Lipton σε φακελάκι σε 100 g ζέοντος ύδατος. Ο βρασμός συνεχίστηκε για 10 min. Μετά την παρασκευή των εκχυλισμάτων τσαγιού φτιάχτηκε μια σειρά διαλυμάτων. Διαλύματα με συγκεντρώσεις 0,25%, 0,5%,0,75%, 1% ζελλάνης καθώς και διαλύματα με ανάμιξη 0,5% ζελλάνη – 0,5% πηκτίνη. Η ζελλάνη προστέθηκε σε υπό ανάδευση εκχύλισμα τσαγιού στους 80 οC. Ενώ η πηκτίνη όταν χρησιμοποιήθηκε σε συνδυασμό με την ζελλάνη στους 90 oC. Η ανάδευση συνεχίστηκε έως ότου γίνει πλήρη διασπορά των βιοπολυμερών στο εκχύλισμα του τσαγιού. Για να έχουμε την θεμιτή συγκέντρωση βιοπολυμερούς γινόταν ρύθμιση του βάρους είτε με την προσθήκη νερού είτε με την εξάτμιση του. Τα διαλύματα μοιράστηκαν σε δυο δείγματα σε τρυβλία που το καθένα περιείχε 40 g δείγματος. Τα δείγματα στα οποία εφαρμόστηκε η μέθοδος ξήρανσης με λυοφιλίωση παρέμειναν μια μέρα στην κατάψυξη και στη συνέχεια ακλούθησε η λυοφιλίωση τους με παραμονή τους στον λυοφιλιωτή για ακόμα μια ημέρα. Κατόπιν στα δείγματα ακολούθησε η παραλαβή των φαινολικών συστατικών αφού παρέμειναν σε νερό για 24 ώρες και εν συνεχεία φυγοκεντρήθηκαν για 20 min. Τα δείγματα τα οποία υπέστησαν ξήρανση στον φούρνο μετά την παρασκευή τους εισήχθησαν απευθείας στον φούρνο όπου και παρέμειναν για 24 ώρες στους 40 οC. Η παραλαβή των φαινολικών μετά την έξοδο τους από τον φούρνο έγινε αφού τα δείγματα παρέμειναν για 24 ώρες σε νερό χωρίς να ακολουθήσει φυγοκέντρηση. Για την παραλαβή των φαινολικών τα δείγματα μεταφέρθηκαν σε falcon και είχαμε δυο επαναλήψεις για το κάθε δείγμα.

62


3.2 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΛΙΚΟΥ ΦΑΙΝΟΛΙΚΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ Για τον προσδιορισμό του ολικού φαινολικού περιεχομένου των δειγμάτων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Folin-Ciocalteu. Για κάθε δείγμα ακολουθήθηκαν τα εξής βήματα :

Αραίωση 1/25 των δειγμάτων Ανάμιξη σε δοκιμαστικό σωλήνα 0,5 ml δείγματος, 2,25 ml

αποσταγμένο νερό και 0,25 ml αντιδραστηρίου Folin, ανάδευση για 1’ και αναμονή για 8’ στο σκοτάδι.

Προσθήκη 2ml Na 2CO3 (7,5 % κ.β. ) ανάδευση και παραμονή σε σκοτεινό μέρος για 60’.

Με την πάροδο της μιας ώρας μετρήθηκε η απορρόφηση των δειγμάτων στα 765 nm σε φασματοφωτόμετρο Uv-Vis διπλής δέσμης χρησιμοποιώντας αποσταγμένο νερό ως τυφλό διάλυμα. Για κάθε δείγμα έγιναν 3 επαναλήψεις Ο προσδιορισμός του ολικού φαινολικού περιεχομένου επιτεύχθηκε με σύγκριση με πρότυπη καμπύλη αναφοράς γαλλικού οξεος. Για την πρότυπη καμπύλη παρασκευάστηκαν και μετρήθηκαν διαλύματα γαλλικού οξέος γνωστής συγκέντρωσης (0,001 -0,05 mg GAE/0,5 ml εκχυλίσματος).Τα αποτελέσματα είναι εκφρασμένα σε mg GAE/g μεμβράνης.

ΓΡΑΦΗΜΑ 1. ΠΡΟΤΥΠΗ ΚΑΜΠΥΛΗ ΓΑΛΛΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ

3.3 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑΣ Για τον προσδιορισμό της αντιοξειδωτικής ικανότητας των δειγμάτων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος DPPH. Για κάθε δείγμα ακολουθηθήκαν τα παρακάτω βήματα:

Παρασκευάστηκαν 100 ml διαλύματος DPPH: 0,0039 g DPPH + αιθανόλη (80%)

Ανάμιξη σε δοκιμαστικό σωλήνα 1,5 ml νερό, 0,5 ml δείγματος, 2 ml DPPH

Παρασκευή τυφλού δείγματος: 2 ml νερό + 2 ml διαλύματος DPPH

Ανάδευση στο Vortex και αναμονή 30 λεπτών

63


Μετά το πέρας των 30 λεπτών μετρήθηκε η απορρόφηση των δειγμάτων στα 517 nm.

Για κάθε δείγμα έγιναν 3 επαναλήψειςΗ αντιοξειδωτική ικανότητα εκφράστηκε ως % Παρεμπόδιση, σύμφωνα με τον τύπο:

%Π αρεμπ ό διση=Α τυφλο ύ−Aδε ί γματος

A τυφλού×100 %

3.4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΦΙΛΜ ΦΟΥΡΝΟΥ Για τον προσδιορισμό του βάρους μετρήθηκε το βάρος των τρυβλίων που χρησιμοποιήθηκαν ξεχωριστά. Σε κάθε τρυβλίο προστέθηκε 40 g από το αντίστοιχο δείγμα και μετρήθηκε εκ νέου το βάρος τρυβλίου συν δείγμα. Μετά την ξήρανση το βάρος τρυβλίου συν δείγμα μετρήθηκε ξανά. Το βάρος του φιλμ προέκυψε από την αφαίρεση του βάρους που υπολογίστηκε μετά την ξήρανση από το βάρος που είχε υπολογιστεί αρχικά. Για τον προσδιορισμό του πάχους των φιλμ σε κάθε φιλμ μετρήθηκε το πάχος σε συνολικά πέντε θέσεις , τρία εξωτερικά σημεία του φιλμ και δυο εσωτερικά. Στη συνέχεια υπολογίστηκε ο μέσος όρος των μετρήσεων για κάθε φιλμ ξεχωριστά. Για την διαπερατότητα νερού δίσκοι 4,5 cm από κάθε φιλμ τοποθετηθήκαν στην κορυφή ειδικού δοχείου το οποίο περιείχε silica gel. Το δοχείο με το sil ica gel και το δείγμα από το φιλμ τοποθετηθήκαν σε ξηραντήρα στον οποίο είχε τοποθετηθεί νερό μέχρι την χαραγή. Μετρήσεις του βάρους του φιλμ έλαβαν μέρος στις 4.5 στις 24 και στις 48 ώρες. Τα αποτελέσματα που θα παρουσιαστούν είναι μετά από 48 ώρες και υπολογίστηκαν βάσει του τύπου:

WVP= w x

A T P Όπου w η αύξηση του βάρους του δοχείου στις 48h (T), x το πάχος της μεμβράνης, Α το εμβαδό της επιφάνειας της μεμβράνης και P η διαφορά πίεσης κατά μήκος των μεμβρανών (32,23 mm Hg).

4 & ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Στην παρούσα πτυχιακή εργασία μελετήθηκαν η δημιουργία εδώδιμων μεμβρανών από ζελλάνη και πηκτίνη. Οι μεμβράνες δημιουργήθηκαν κατόπιν ξήρανσης με φούρνο ή με λυοφιλίωση. Στη συνέχεια υπολογίστηκε το φαινολικό τους περιεχόμενο, η αντιοξειδωτική τους ικανότητα , το βάρος, το πάχος και η διαπερατότητά τους σε νερό. Το πάχος μετρήθηκε μόνο για τα δείγματα του φούρνου. Το δείγμα με 0,25% ζελλάνη μετά την ολοκλήρωση της ξήρανσης στο φούρνο ήταν ακόμα σε υγρή μορφή και ως εκ τούτου δεν μπόρεσε να αναλυθεί.

Ο Πίνακας 1.2 που ακολουθεί παρουσιάζει το βάρος των μεμβρανών και για τους δύο τρόπους παρασκευής.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.2 ΒΑΡΟΣ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ

64


Ζελλάνη(% κ.β.)

Πηκτίνη(% κ.β.)

Βάρος (g) ± STD

Λυοφιλίωση Φούρνος0,25 - 0.30 a±0.03 -

0,50 - 0.40 a±0.09 14.65 a±0.78

0,75 - 0.42 a±0.00 15.40 a , c±1.56

1,00 - 0.66b±0.08 18.45 b±0.92

0,50 0,50 0.68b±0.11 17.61 b , c±0.25

*Διαφορετικά γράμματα σε κάθε στήλη δηλώνουν στατιστικώς σημαντική διαφορά σε επίπεδο εμπιστοσύνης 95%

Η πρώτη σημαντική παρατήρηση είναι ότι το βάρος των μεμβρανών που προέκυψαν από λυοφιλίωση είναι αισθητά μικρότερο αυτού από το φούρνο, φανερώνοντας την αποτελεσματικότητα της λυοφιλίωσης ως τρόπου ξήρανσης. Συγκρίνοντας τα δείγματα που περιέχουν αυξανόμενη συγκέντρωση ζελλάνης, παρατηρούμε ότι μόνο η μεγαλύτερη συγκέντρωση ζελλάνης διαφέρει στατιστικώς σημαντικά από τις υπόλοιπες παρουσιάζοντας το μεγαλύτερο βάρος. Την ίδια εικόνα παρουσιάζει και το μίγμα ζελλάνης-πηκτίνης συνολικής συγκέντρωσης 1 % κ.β. Ταυτόχρονα, δεν υπάρχει στατιστικώς σημαντική διαφορά στις μετρήσεις για τις υπόλοιπες συγκεντρώσεις και για τους δύο τρόπους ξήρανσης.

Οι μετρήσεις για το πάχος των μεμβρανών παρουσιάζονται στον Πίνακα 1.3.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.3 ΠΑΧΟΣ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΠΟΥ ΠΡΟΕΚΥΨΑΝ ΑΠΟ ΞΗΡΑΝΣΗ ΣΕ ΦΟΥΡΝΟ.



Πάχος (mm) ± STD

Φούρνος

0,25- -

0,50-

1.82 a±0.15

0,75-

1.84 a±0.64

1,00-

2.35b±0.37

0,50 0,50 1.91 a±0.28

65


*Διαφορετικά γράμματα σε κάθε στήλη δηλώνουν στατιστικώς σημαντική διαφορά σε επίπεδο εμπιστοσύνης 95%

Σε συμφωνία με τα όσα αναφέρθηκαν για τα αποτελέσματα του Πίνακα 1.2, τα δείγματα με συνολική συγκέντρωση βιοπολυμερών 1 % κ.β. παρουσιάζουν το μεγαλύτερο πάχος ενώ οι λοιπές συγκεντρώσεις δε διαφέρουν μεταξύ τους στατιστικώς σημαντικά.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.4 ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΣΕ ΥΔΡΑΤΜΟΥΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΦΟΥΡΝΟΥ



WVP (X 10 5)(g·mm·day - 1·m - 2

·mmHg - 1)Φούρνος

0,25- -

0,50-

1.11 a±0.43

0,75-

2,27 a±0.54

1,00-

3,13 a±0.65

0,50 0,50 1,89 a±1,37*Διαφορετικά γράμματα σε κάθε στήλη δηλώνουν στατιστικώς σημαντική διαφορά σε επίπεδο εμπιστοσύνης 95%

Σε ένα επόμενο βήμα υπολογίστηκε η διαπερατότητα των μεμβρανών σε υδρατμούς (Πίνακας 1.4 ). Σύμφωνα με τη στατιστική ανάλυση δεν υπήρξε στατιστικώς σημαντική διαφορά μεταξύ των δειγμάτων.

Το φαινολικό περιεχόμενο και η αντιοξειδωτική ικανότητα όλων των μεμβρανών επίσης υπολογίστηκαν και παρουσιάζονται στους Πίνακες 1.5 και 1.6 που ακολουθούν. Εκχυλίσματα τσαγιού απουσία βιοπολυμερών επίσης παρασκευάστηκαν. Το δείγμα της ξήρανσης στο φούρνο παρέμεινε σε υγρή μορφή και ως εκ τούτου δεν μπόρεσε να αναλυθεί.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.5 ΦΑΙΝΟΛΙΚΟ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ Ζελλάνη(% κ.β.)


Φαινολικό περιεχόμενο (mg γαλλικού οξέος / g) ± STDΛυοφιλίωση Φούρνος

0 0 1,14 a±0,15 -0,25 - 0,72 a±0,08 -0,50 - 0,54b±0,15 0,163 a±0,08

66


0,75 - 0,57b±0,12 0,117 a±0,021,00 - 0,35 c±0,12 0,127 a±0,11

0,50 0,50 0,26 c±0,06 0,116 a±0,07*Διαφορετικά γράμματα σε κάθε στήλη δηλώνουν στατιστικώς σημαντική διαφορά σε επίπεδο εμπιστοσύνης 95%

Η γενική τάση είναι η μείωση του φαινολικού περιεχομένου με αύξηση της συγκέντρωσης του βιοπολυμερούς. Η συγκέντρωση του 1%, μόνο με ζελλάνη ή μίγμα με ζελλάνης με πηκτίνη, παρουσιάζει το μικρότερο φαινολικό περιεχόμενο. Ταυτόχρονα και ο τρόπος ξήρανσης έχει σημαντική επίδραση στο φαινολικό περιεχόμενο αφού η ξήρανση στο φούρνο οδήγησε σε μεμβράνες με μικρότερο φαινολικό περιεχόμενο από αυτές με λυοφιλίωση. Το λυοφιλιωμένο εκχύλισμα τσαγιού απουσία βιοπολυμερών παρουσίασε το μεγαλύτερο φαινολικό περιεχόμενο. Ταυτόχρονα, μελετήθηκε και η αντιοξειδωτική ικανότητα των μεμβρανών και εκφράστηκε ως % Παρεμπόδιση (Πίνακας 1.6). Όσο μεγαλύτερη η παρεμπόδιση τόσο μεγαλύτερη και η αντιοξειδωτική ικανότητα. Στην περίπτωση των μεμβρανών που προήλθαν από ξήρανση σε φούρνο, η αντιοξειδωτική ικανότητα είναι στατιστικώς η ίδια για όλες τις συγκεντρώσεις ζελλάνης. Η λυοφιλίωση πάλι οδήγησε σε μεμβράνες που έχουν την ίδια στατιστικά αντιοξειδωτική ικανότητα για τις συγκεντρώσεις 0,25% έως 0,75% ενώ η συγκέντρωση του 1% δίνει στατιστικά μεγαλύτερη τιμή. Ταυτόχρονα, η συμμετοχή της πηκτίνης αποδεικνύεται σημαντική αφού τα μίγματά της με τη ζελλάνη παρουσιάζουν διαφορετική αντιοξειδωτική ικανότητα από τις μεμβράνες με 1% μόνο ζελλάνη. Το λυοφιλιωμένο εκχύλισμα τσαγιού απουσία βιοπολυμερών παρουσίασε τη μικρότερη παρεμπόδιση μεταξύ των μεμβρανών που προήλθαν από λυοφιλίωση.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1.6 ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝΖελλάνη(% κ.β.)


% ΠαρεμπόδισηΛυοφιλίωση Φούρνος

0 0 82,34 a±1,31 -0,25 - 86,95 b±1,29 -0,50 -

87.00 b ±2,18 54.53 a , b ±6,780,75 -

88.24 b ±0,19 57.14 a ±5,621,00 -

90.13 c ±1,10 56.46 a ±2,47

0,50 0,50 92.96 d ±0,20 46.15 b ±9,27*Διαφορετικά γράμματα σε κάθε στήλη δηλώνουν στατιστικώς σημαντική διαφορά σε επίπεδο εμπιστοσύνης 95% Με βάση τα αποτελέσματα που παρουσιάστηκαν εύκολα συμπεραίνει κανείς ότι όλες οι παράμετροι (είδος ξήρανσης, συγκέντρωση και είδους βιοπολυμερούς) είχαν επίδραση στις ιδιότητες των μεμβρανών.

67


Η ξήρανση μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους. Γενικά, η λυοφιλίωση έχει την ικανότητα να κρατάει την ποιότητα ενός τροφίμου αφού λόγω των χαμηλών θερμοκρασιών ελαχιστοποιούνται οι απώλειες σημαντικών συστατικών (π.χ. αρωματικών). Το κύριο μειονέκτημά της είναι το κόστος. Τα εκχυλίσματα τσαγιού της παρούσας μελέτης που υπέστησαν ξήρανση με λυοφιλίωση παρουσίασαν μικρότερο βάρος, μεγαλύτερο φαινολικό περιεχόμενο και μεγαλύτερη αντιοξειδωτική ικανότητα (Πίνακες 1.2, 1.5, 1.6) σε σχέση με αυτά που ξηράθηκαν στο φούρνο. Αυτό επιβεβαιώνει τα όσα ήδη ειπώθηκαν τόσο για την αποτελεσματικότητα της λυοφιλίωσης ως τρόπου ξήρανσης όσο και της ικανότητας καλύτερης διατήρησης των συστατικών. Τα εκχυλίσματα πράσινου τσαγιού που μελετήθηκαν, περιείχαν βιοπολυμερή. Πιο συγκεκριμένα δημιουργήθηκαν δείγματα με αυξανόμενες συγκεντρώσεις ζελλάνης. Όσον αφορά στο πάχος και το βάρος, στατιστικώς διαφορετικές τιμές έδωσε μόνο το δείγμα με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση ζελλάνης (1%). Γενικά, τα βιοπολυμερή βρίσκουν μεγάλη εφαρμογή στα τρόφιμα εξαιτίας κάποιων σημαντικών ιδιοτήτων τους. Μεταξύ αυτών η ικανότητα συγκράτησης νερού και η δημιουργία ιξώδους. Άρα είναι προφανές, ότι η συγκέντρωση του 1% είναι πιο αποτελεσματική ως προς αυτές τις 2 ιδιότητες. Ταυτόχρονα, και για να φανεί η επίδραση του τύπου του βιοπολυμερούς, μελετήθηκε και ένα δείγμα με συγκέντρωση 1% κ.β. που περιείχε ζελλάνη και πηκτίνη. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα μας, η παρουσία της πηκτίνης επηρέασε το πάχος αλλά όχι το βάρος των μεμβρανών. Το γεγονός ότι όλες οι μεμβράνες έχουν την ίδια διαπερατότητα δεν ήταν αναμενόμενο αφού η συγκέντρωση του βιοπολυμερούς, με βάση και τα όσα αναφέρθηκαν παραπάνω, έπρεπε να επηρεάζει την παράμετρο αυτή. Στην περίπτωση του φαινολικού περιεχομένου και της αντιοξειδωτικής ικανότητας, η επίδραση των βιοπολυμερών είναι λίγο αντικρουόμενη. Πιο συγκεκριμένα, η αύξηση της συγκέντρωσης του βιοπολυμερούς μειώνει το φαινολικό περιεχόμενο αλλά αυξάνει την αντιοξειδωτική ικανότητα. Ενδέχεται, ότι και μη-φαινολικές ουσίες είναι υπεύθυνες για την αντιοξειδωτική δράση σε αυτά τα δείγματα, όπου εξηγεί γιατί ενώ παρατηρείται μείωση του φαινολικού περιεχομένου έχουμε αύξηση της αντιοξειδωτικής ικανότητας ( Oliveira et al. , 2012). Μια μελέτη που πραγματοποιήθηκε από Babbar et al . (2011), έδειξε ότι οι φαινολικές ενώσεις από μόνες τους δεν είναι πλήρως υπεύθυνες για την αντιοξειδωτική δράση των φυτών. Άλλα συστατικά όπως ασκορβικά, τοκοφερόλες, καροτενοειδή, τερπένια, και χρωστικές ουσίες, καθώς και η συνεργιστική δράση μεταξύ τους θα μπορούσε ενδεχομένως να συμβάλει στη συνολική αντιοξειδωτική δραστηριότητα. Το μικρότερο φαινολικό περιεχόμενο, και για τα δυο είδη ξήρανσης, παρατηρείται στα δείγματα με το μεγαλύτερο ποσοστό ζελλάνης 1% και στα δείγματα που προήλθαν από ανάμιξη ζελλάνης και πηκτίνης. Σε μια πρόσφατη μελέτη (Soultani et al . , 2013), η προσθήκη μόνο πηκτίνης σε εκχυλίσματα τσαγιού δεν φάνηκε να μεταβάλλει σημαντικά τις τιμές του φαινολικού περιεχομένου, ωστόσο όταν η πηκτίνη συνδυαζόταν με άλλα συστατικά (γάλα, σακχαρόζη, φρουκτόζη) παρατηρήθηκε πτώση στο φαινολικό περιεχόμενο των εκχυλισμάτων τσαγιού.

68


Οι Hayashi et al. (2005) ανέφεραν δημιουργία συμπλόκων μεταξύ πηκτίνης και κατεχινών. Για το σύμπλοκο αυτό σημαντική ήταν όχι μόνο η συγκέντρωση της πηκτίνης αλλά και το είδος της κατεχίνης. Ταυτόχρονα, όσον αφορά στις αλληλεπιδράσεις πηκτίνης- φαινολικών έχει επίσης αναφερθεί ότι η πηκτίνη μπορεί να έχει προστατευτικό ρόλο ως προς τις πολυφαινόλες (Vernhet et al. , 1996). Οι Oszmianski et al. (2009), επίσης συμφωνούν με αυτό αφού ανέφεραν ότι οι πηκτίνες χαμηλής μεθυλίωσης είχαν έναν προστατευτικό ρόλο απέναντι στο φαινολικό περιεχόμενο. Επίσης, οι Sun-Waterhouse et al. (2011), μελέτησαν την επίδραση προστιθέμενων πολυφαινολών από φρούτα σε ψωμιά που περιείχαν και πηκτίνες και πρότειναν πιθανά σύμπλοκα πολυφαινολών-πηκτίνης μέσω π.χ. δεσμών υδρογόνου. Όσον αφορά στη ζελλάνη δεν υπάρχει σχετική βιβλιογραφία. Με βάση όμως τα συμπεράσματά μας σίγουρα επιδρά και αυτή, ίσως και πάλι μέσω δεσμών, με τα φαινολικά συστατικά του τσαγιού. Συνολικά από τα παραπάνω προκύπτει ότι η συγκέντρωση αλλά και το είδος του βιοπολυμερούς είναι σημαντικοί παράγοντες γιατί επηρεάζουν τις μηχανικές ιδιότητες του υποστρώματος και με τη σειρά τους το ποσοστό των φαινολικών που συγκρατείται. Καθώς, όμως οι αναφερόμενες παρατηρήσεις της βιβλιογραφίας και της παρούσας εργασίας δεν είναι συμπληρωματικές μεταξύ τους, περαιτέρω έρευνα σχετικά με τις αλληλεπιδράσεις ζελλάνης/πηκτίνης και φαινολικών συστατικών του τσαγιού φαίνεται να αξίζει να εξεταστούν, προκειμένου να γίνουν κατανοητοί οι ακριβείς μηχανισμοί και να δοθούν ασφαλέστερα συμπεράσματα

5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα πτυχιακή εργασία μελετήθηκαν η δημιουργία εδώδιμων μεμβρανών από ζελλάνη και πηκτίνη ως προς το φαινολικό περιεχόμενο, το πάχος, το βάρος, την διαπερατότητα νερού και την αντιοξειδωτική ικανότητα. Οι μεμβράνες δημιουργήθηκαν κατόπιν ξήρανσης με φούρνο ή με λυοφιλίωση. Οι μετρήσεις έδειξαν ότι η λυοφιλίωση αποτελεί έναν πολύ αποτελεσματικό τρόπο ξήρανσης, δίνοντας μας καλύτερα αποτελέσματα ως προς το βάρος των μεμβρανών, το φαινολικό περιεχόμενο και την αντιοξειδωτική ικανότητα σε σχέση με την ξήρανση σε φούρνο. Σημαντική ήταν η επίδραση της συγκέντρωσης και του είδους του βιοπολυμερούς που χρησιμοποιήθηκε επηρεάζοντας όλες τις παραμέτρους που μελετήθηκαν και κυρίως το φαινολικο περιεχόμενο και την αντιοξειδωτική ικανότητα των φιλμ, δίνοντας αντικρουόμενα αποτελέσματα που χρήζουν περαιτέρω έρευνας.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

69


Adriana Maria Fernandes de Oliveira, Lilian Sousa Pinheiro, Charlane Kelly Souto Pereira, Wemerson Neves Matias, Roosevelt Albuquerque Gomes, Otemberg Souza Chaves 2 , Maria de Fátima Vanderlei de Souza, Reinaldo Nóbrega de Almeida, Temilce Simões de Assis, (2012). Total Phenolic Content and Antioxidant Activity of Some Malvaceae Family Species. Antioxidants, 1, 33-43Alistair M.S., (1995). Food Polysaccharides and Their Applications. Marcel Dekker Inc., New York Heise A., Hedrick J. L., Frank C. W., Miller A. D. (1999). J. Am. Chem. Soc., 121, 8647-8648Babbar N., Oberoi H.S., Uppal D.S., Patil R.T., (2011). Total phenolic content and antioxidant capacity of extracts obtained from six important fruit residues. Food Research International, 44, 1, 391–396Belitz H.-D., Grosch W., Schieberle P., (2006). Χημεία Τροφίμων. Εκδόσεις Τζιόλα, ΘεσσαλονίκηBeMiller J.N., Whistler R.L., (1992). Carbohydrate Chemistry For Food Scientists. Eagan Press, MinessotaCui W. S., (2005). Food Carbohydrates: Chemistry, Physical Properties and Applications. Taylor and Francis Group, New York Dickinson E., Lorient D., (1995). Food Macromolecules and Colloids. The Royal Society of Chemistry, CambridgeEmbuscado M.E., Huber K.C., (2009). Edible Films and Coatings for Food Applications. Springer, New YorkFuria T. E., (2000). CRC Handbook Of Food Additives. CRC Press, FloridaHaslam E., (1998). Practical Polyphenolics: From Structure To Molecular Recognition and Physiological Action. Cambridge University Press, CambridgeHayashi N., Ujihara T., & Kohata, K. (2005). Reduction of catechin astrigency by the complexation of gallate-type catechins with pectin. Bioscience Biotechnology Biochemistry, 69, 1306-1310Horace D.G., (1977). Food Colloids. The AVI Publishing Company, ConnecticutIshwar B. Bajaj , Shrikant A. Survase, Parag S. Saudagar, Rekha S. Singhal, (2007). Gellan Gum: Fermentative Production, Downstream Processing and Applications. Food Technology Biotechnology, 45, 341–354Krochta J. M., Baldwin E. A., Nisperos-Carriedo M. O., (1994). Edible Coatings and Films To Improve Food Quality. Technomic Publishing CO. Inc., Lancaster Miyoshi E., Nishinari K., (1999). Rheological and thermal properties near the sol ± gel transition of gellan gum aqueous solutions. Progr. Colloid. Polym. Sc., 114, 68-82Pokorny J., Yanishlieva N., Gordon M., (2001). Antioxidants In Food. Woodhead Publishing LTD, England

70


Rice-Evan, C. A., Miller N. J., Paganga G., (1997). Antioxidant properties of phenolic compounds. Trends in Plant Science, 2, 153-159Soultani G., Evageliou V., Koutelidakis A. E., Kapsokefalou M., Komaitis M., (2013). Τhe effect of pectin and other consti tuents on the antioxidant activity of tea. Food HydrocolloidsSun-Waterhouse D., Sivam A. S., Cooney J., Zhou J., Perera, C. O., Waterhouse G. I. N., (2011). Effects of added fruit polyphenols and pectin on the properties of finished breads revealed by HPLC/LC-MS and Size-Exclusion HPLC. Food Research International, 44, 3047-3056Vernhet A., Pellerin P., Prieur C., Oszmianski J., Moutounet M., (1996). Charge properties of some grape and wine polysaccharide and polyphenolic fractions. American Journal of Enology & Viticulture, 47, 25–30Vermerris W., Nicholson R., (2008). Phenolic Compound Biochemistry. Springer, New YorkWan, X. C., Huang, J. Z. & Shen, S. R. (2003). Tea Biochemistry. China Agriculture Press. p. 9–20Wedlock D.J., Williams P.A., Glyn O. P., (1991). Gums and Stabilizers For The Food Industry 6. IRL PRESS, OxfordWilson K., (1999). Coffee, Cocoa and Tea. CABI Publishing, New YorkWu, C. D. & Wei, G. X. (2002). Tea as a functional food for oral health. Nutrit ion,18, 443-444.Yong-su Z., Zong-mao C., Shu-jun C., Miao-jan C., (2002). TEA: Bioactivity And Therapeutic Potential. Taylor and Francis, New York

Αργυράκος Γ., (2011). Τα Πρόσθετα Των Τροφίμων. Εκδόσεις Ελίκρανον, ΑθήναΔιαμαντίδης Γ., (2007). Εισαγωγή Στη Βιοχημεία. University Studio Press, ΘεσσαλονίκηΕυαγγελίου Β., (2006). Εργαστηριακές Σημειώσεις Φυσικοχημείας Τροφίμων. Εκδόσεις ΓΠΑ, ΑθήναΜπλούκας Γ.Ι., (2004). Επεξεργασία και Συντήρηση Τροφίμων. Σταμούλη Α.Ε., ΑθήναΠαπαγεωργίου, Γ.Ε., (2005). Βιοχημεία ελευθέρων ριζών, αντιοξειδωτικά και λιπιδική υπεροξειδάση. University Studio Press, ΘεσσαλονίκηΠτυχιακή μελέτη Βελίτσου Κωνσταντίνου: Προσδιορισμός και συσχέτιση ολικών φαινολικών ουσιών και αντιοξειδωτικής ικανότητας σε ελληνικούς καφέδες της ελληνικής αγοράς. ΤΕΙ Τεχνολογίας Τροφίμων και Διατροφής, ΘεσσαλονίκηΠτυχιακή μελέτη Καρούσης Ελένης: Aμικροβιακή και αντιοξειδωτική δράση φαινολικών ουσιών απομονωμένων από υγρά απόβλητα ελαιουργείου και οινοποιείου με τη μέθοδο εκχύλισης σημείου εκνέφωσης, με τα εδώδιμα επιφανειοδραστικά καζεΐνη και Tween 80. ΤΕΙ Τεχνολογίας Τροφίμων και Διατροφής, Αθήνα

71


Πτυχιακή μελέτη Κωνσταντέλλου Δήμητρας: Επίδραση διαφόρων τύπων τσαγιού στο φαινολικό περιεχόμενο ροφημάτων από κακάο. Επιστήμη και Τεχνολογία Τροφίμων ΓΠΑ, ΑθήναΠτυχιακή μελέτη Παπασταμοπούλου Κωνσταντίνας: Συγκράτηση Βουτυρικού Αιθυλεστέρα από Διαλύματα Ζελλάνης, Πηκτίνης και Μιγμάτων τους. Επιστήμη και Τεχνολογία Τροφίμων ΓΠΑ, ΑθήναΣουλελές Χ. Φλαβονοειδή και συγγενείς ομάδες φυτικών χρωστικών - χημική τους δομή και θεραπευτικές τους ιδιότητες. Πανεπιστημιακές ΑΠΘ, Θεσσαλονίκη

http :// www . inchem . org / documents / jecfa / jeceval / jec _896. htm

72

http://www.inchem.org/documents/jecfa/jeceval/jec_896.htm

Πτυχιακη ΚΙΤΟΥ ΑΝΝΑ

Documents

Transcript of Πτυχιακη ΚΙΤΟΥ ΑΝΝΑ