Ενθυλάκωση του αιθερίου ελαίου της ρίγανης και ενσωμάτωση σε εδώδιμα προϊόντα

Abstract

The present work aimed at evaluating the encapsulation of oregano essential oil (OEO) through two different techniques, having as ultimate goal the maintenance of its biological activity and incorporation of the produced particles into real food systems. The first objective was to investigate the ability of an innovative encapsulation technique, nano spray drying (Nano spray dryer B-90), to encapsulate OEO in a wall system composed of whey protein isolate and maltodextrin, at two different ratios. The applied mild conditions of this technique contributed to the retention of its volatile fraction, and consequently, to the maintenance or enhancement of its antioxidant potential and antibacterial activity in comparison to those found in pure OEO. The examination of hemp protein’s isolate ability, a protein of plant origin, to form complex coacervates after interaction with gum Arabic (HPI-GA) was set as a second goal. For this purpose, the interaction between these two biopolymers and the coacervation yield were investigated as a function of pH and protein-to-polysaccharide ratio. The maximum coacervation occurred at ratio 2:1 and pHopt 3,5, depicted by the highest yield (92%). On these optimum conditions, the further evaluation of HPI-GA system’s potential to encapsulate OEO via complex coacervation technique was based. Since this is an emerging system for the study of encapsulation, its effectiveness was comparatively examined to a well-studied one in complex coacervation, that of whey protein isolate-gum Arabic, taking into account the impact of OEO and biopolymer concentration increase. The satisfactory levels of encapsulation yield along with its high ability to retain essential oil’s volatile compounds and the maintenance or improvement of its antioxidant and antibacterial activities, compared to the reference system, supported the further use of HPI-GA complexes as an alternative wall material. The final objective of this thesis was to study the effect of the incorporation of selected OEO particles, obtained by applying the two aforementioned techniques, into meat products, during their storage at 4 °C for 15 days. Their effect on products’ mechanical properties was significant, characterized mainly by hardness increase, while their contribution to the maintenance of the oxidative stability was encouraging, especially in the case of the spray dried system. Regarding the microbiological stability of meat products, the bioactivity of OEO particles was not significantly improved.

Ο κύριος σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η ενθυλάκωση του αιθερίου ελαίου της ρίγανης (ΑΕΡ) μέσω δύο διαφορετικών τεχνικών με απώτερο στόχο τη διατήρηση της βιολογικής του δράσης και την ενσωμάτωση των παραγόμενων σωματιδίων σε πραγματικά συστήματα τροφίμων. Ως πρώτος στόχος τέθηκε η διερεύνηση της δυνατότητας μίας καινοτόμου τεχνικής ενθυλάκωσης, της αφυδάτωσης με καταιονισμό σε μέγεθος νάνο-κλίμακας (Nano spray dryer B-90), να ενθυλακώνει το ΑΕΡ σε ένα τοίχωμα αποτελούμενο από πρωτεϊνικό υπερσυμπύκνωμα ορού γάλακτος και μαλτοδεξτρίνη, σε δύο διαφορετικές αναλογίες. Οι ήπιες συνθήκες που εφαρμόζονται στη συγκεκριμένη τεχνική συνέβαλαν στη συγκράτηση του πτητικού του κλάσματος, και κατά συνέπεια, στη διατήρηση της αντιοξειδωτικής του δράσης και στην ενίσχυση της αντιβακτηριακής του δράσης σε σύγκριση με αυτές που διαπιστώθηκαν από τη μελέτη του πριν την ενθυλάκωση. Δεύτερο στόχο αποτέλεσε η εξέταση της ικανότητας του υπερσυμπυκνώματος μίας πρωτεΐνης φυτικής προέλευσης, της πρωτεΐνης κάνναβης, να δημιουργεί σύμπλοκα συγκαταβύθισης έπειτα από αλληλεπίδραση με το αραβικό κόμμι (HPI-GA). Μελετώντας την επίδραση της μεταβολής των τιμών ενεργού οξύτητας και της αναλογίας ανάμιξης πρωτεΐνης-πολυσακχαρίτη στην αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο βιοπολυμερών και στην απόδοση της διεργασίας, προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες (αναλογία 2:1, pHopt 3,5), οι οποίες στη συνέχεια της έρευνας, αξιοποιήθηκαν για τη μελέτη της ενθυλάκωσης του ΑΕΡ. Η αποτελεσματικότητα του νέου αυτού συστήματος ελέγχθηκε συγκριτικά ως προς το ευρέως μελετημένο του πρωτεϊνικού υπερσυμπυκνώματος του ορού γάλακτος και του αραβικού κόμμεος, λαμβάνοντας υπόψη την αύξηση της συγκέντρωσης του ΑΕΡ και των δύο βιοπολυμερών. Τα ικανοποιητικά επίπεδα απόδοσης της ενθυλάκωσης, παράλληλα με την υψηλή ικανότητα διατήρησης των πτητικών ενώσεων του αιθερίου ελαίου και τη διατήρηση ή βελτίωση των αντιοξειδωτικών και αντιβακτηριακών δράσεων του, σε σύγκριση με το σύστημα αναφοράς, υποστήριξαν την περαιτέρω χρήση των συμπλόκων HPI-GA ως εναλλακτικό υλικό τοιχώματος. Τελικός στόχος της διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη της επίδρασης της ενσωμάτωσης επιλεγμένων σωματιδίων ΑΕΡ, που προέκυψαν εφαρμόζοντας τις δύο προαναφερθείσες τεχνικές, σε προϊόν κρέατος, κατά την αποθήκευσή του σε θερμοκρασία 4 οC για 15 ημέρες. Σημαντική ήταν η επίδρασή τους στις μηχανικές ιδιότητες του προϊόντος, όπου η σκληρότητα φάνηκε να εντείνεται, ενώ ενθαρρυντική ήταν η συμβολή τους στη διατήρηση της οξειδωτικής σταθερότητας των προϊόντων και ιδιαιτέρως του συστήματος που προήλθε από την τεχνική του καταιονισμού. Αναφορικά με τη μικροβιολογική σταθερότητα των προϊόντων, η βιοδραστικότητα των σωματιδίων ΑΕΡ δεν έδειξε σημαντική βελτίωση.