Please use this identifier to cite or link to this item:
https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/39116Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | Γιωτοπούλου, Ηρώ | el |
| dc.date.accessioned | 2025-06-30T10:22:17Z | - |
| dc.identifier.uri | https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/39116 | - |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 United States | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Πολυστρωματικές πολυμερικές μεμβράνες, Πολυμερικές επικαλύψεις, ανάμειξη τήγματος, βιοδραστικότητα, αντιμικροβιακή δράση, απελευθέρωση αντιμικροβιακών | el |
| dc.title | Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός πολυστρωματικών πολυμερικών μεμβρανών με ελεγχόμενη βιοδραστικότητα για εφαρμογές συσκευασίας | |
| dc.type | doctoralThesis | * |
| heal.type | doctoralThesis | el |
| heal.type.en | Doctoral thesis | en |
| heal.type.el | Διδακτορική διατριβή | el |
| heal.classification | Επιστήμη Χημικού Μηχανικού: Χημεία και Τεχνολογία διεργασιών, Χημική μηχανική, Άλλες Επιστήμες Μηχανικού και Τεχνολογίες: Βιοτεχνολογία και Εφαρμοσμένη μικροβιολογία, Επιστήμη και Τεχνολογία τροφίμων | el |
| heal.dateAvailable | 2028-06-29T21:00:00Z | - |
| heal.language | el | el |
| heal.access | embargo | el |
| heal.recordProvider | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή | el |
| heal.publicationDate | 2025 | - |
| heal.abstract | Η συνεχώς αυξανόμενη ανάγκη διατήρησης της ποιότητας των τροφίμων κατά τη διάρκεια των εκτεταμένων χρονοδιαγραμμάτων διανομής τους χωρίς τη χρήση συντηρητικών ή άλλων χημικών πρόσθετων έχει στρέψει το ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας στην ανάπτυξη καινοτόμων δομών ενεργούς συσκευασίας με βάση βιοδραστικές ουσίες φυσικής προέλευσης. Παρότι σήμερα υπάρχει πληθώρα μελετών σχετικά με την ενσωμάτωση βιοδραστικών ουσιών φυσικής προέλευσης στην εύκαμπτη συσκευασία τροφίμων υπάρχουν σημαντικά θέματα που χρήζουν περαιτέρω διερεύνησης. Η ερευνητική κοινότητα καλείται να αντιμετωπίσει τόσο προκλήσεις που σχετίζονται με τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των βιοδραστικών ουσιών φυσικής προέλευσης όπως η πτητική τους φύση, η θερμική τους ευαισθησία και η πολικότητα αλλά και προκλήσεις που σχετίζονται με την υποβάθμιση των λειτουργικών χαρακτηριστικών της συσκευασίας έπειτα από την ενσωμάτωσή τους.Στο πλαίσιο αυτό η παρούσα διατριβή αποσκοπεί να συνεισφέρει στην αντιμετώπιση των προκλήσεων που προαναφέρθηκαν μέσω της ενθυλάκωσης ουσιών φυσικής προελεύσεως με σκοπό την παροχή προστασίας και την ενίσχυση της δράσης τους και ακολούθως στην ενσωμάτωση τους σε πολυστρωματικές εύκαμπτες μεμβράνες πολυαιθυλενίου χαμηλής πυκνότητας (LDPE) διαφορετικής αρχιτεκτονικής με στόχο την επίτευξη της βέλτιστης λειτουργικότητας. Ως βιοδραστικές ουσίες μελετήθηκαν ενώσεις που ανήκουν στην κατηγορία των αιθέριων ελαίων (θυμόλη και καρβακρόλη), καθώς και βιοδραστικές ενώσεις από εκχυλίσματα φύλλων ελιάς (υδροξυτυροσόλη και φαινολικά οξέα) με ενισχυμένη αντιοξειδωτική και αντιμικροβιακή δράση. Μελετήθηκε η σταθεροποίηση των βιοδραστικών ουσιών, μέσω εγκλεισμού/ενθυλάκωσης/σύμπλεξης, ακολουθώντας διάφορες προσεγγίσεις, που βασίζονται στη δημιουργία βιοενεργών συμπλόκων, μίκρο-, νανο-, σωματιδίων, γαλακτωμάτων, κ.α. Με αυτό τον τρόπο επιχειρήθηκε η ελαχιστοποίηση της ανεπιθύμητης οξείδωσης των ευαίσθητων συστατικών, η αύξηση της θερμικής τους σταθερότητας, καθώς και ο έλεγχος της απελευθέρωσης των πτητικών ενώσεων και βιοδιαθεσιμότητάς τους τόσο κατά την ανάμειξη των βιοδραστικών φορέων με το LDPE, όσο και κατά την επίστρωσή του.Πιο συγκεκριμένα μελετήθηκε η ενθυλάκωση θυμόλης με τη μέθοδο εξάτμισης του διαλύτη σε αιθυλοκυτταρίνη, σε νανοφορείς ζεόλιθου και ενεργού άνθρακα με προσρόφηση από υγρό μέσο καθώς και σε κύτταρα ζυμομύκητα του είδους S. cerevisiae. Οι κύριες παράμετροι που εξετάστηκαν στην ενθυλάκωση με τη μέθοδο εξάτμισης του διαλύτη ήταν η περιεκτικότητα βιοδραστικής, πολυμερούς και γαλακτωματοποιητή. Αντίστοιχα στην ενθυλάκωση με προσρόφηση εξετάστηκε ο χρόνος και η φύση του υγρού μέσου προσρόφησης, ενώ στην ενθυλάκωση σε κύτταρα S. cerevisiae μελετήθηκε η επίδραση του χρόνου ενθυλάκωσης και η θερμοκρασία. Η ικανότητα ενθυλάκωσης της βιοδραστικής καθώς και η θερμική απόκριση των φορέων θυμόλης εξετάστηκε με ταυτόχρονη θερμική ανάλυση (STA), ενώ οι λειτουργικές ομάδες αναλύθηκαν με φασματοσκοπία υπέρυθρου μετασχηματισμού Fourier με εξασθενημένη ολική ανάκλαση (FTIR-ATR). Παράλληλα με τους φορείς που προαναφέρθηκαν στο πλαίσιο της παρούσας μελέτης εξετάστηκαν και φορείς βιοδραστικών ενώσεων με βάση τη φυλλόμορφη άργιλο. Οι φορείς αυτοί αξιοποιήθηκαν για την ανάπτυξη πολυστρωματικών μεμβρανών διαφορετικής αρχιτεκτονικής, αρχικά σε εργαστηριακό επίπεδο. Συγκεκριμένα οι βέλτιστοι φορείς ενσωματώθηκαν στο LDPE μέσω ανάμειξης τήγματος, μορφοποιήθηκαν σε νανοτροποποιημένες μεμβράνες, και συνενώθηκαν με μεμβράνες LDPE για την παρασκευή των βιοδραστικών διστρωματικών μεμβρανών από ανάμειξη τήγματος. Επιπλέον αναπτύχθηκαν διαλύματα, γαλακτώματα και αιωρήματα βιοδραστικών ουσιών/φορέων με θυμόλη/καρβακρόλη/εκχύλισμα φύλλων ελιάς για την εφαρμογή ως επικαλύψεις σε υπόστρωμα μεμβράνης LDPE και την ανάπτυξη των βιοδραστικών διστρωματικών επικαλυμμένων μεμβρανών. Η συνδυασμένη ενσωμάτωση των λειτουργικών φορέων μέσω ανάμειξης τήγματος και επίστρωσης οδήγησε στην ανάπτυξη τριστρωματικών μεμβρανών τύπου «δεξαμενής βιοδραστικότητας», οι οποίες μελετήθηκαν στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής. Σε επίπεδο εργαστηριακών δοκιμών οι πολυστρωματικές μεμβράνες εξετάστηκαν κυρίως ως προς τη μηχανική τους συμπεριφορά σε δοκιμές εφελκυσμού, ως προς το ρυθμό απελευθέρωσης της βιοδραστικότητας, ως προς την αντιμικροβιακή και την αντιοξειδωτική τους δράση αμέσως μετά τη παρασκευή αλλά και μετά από παρατεταμένη αποθήκευση, ενώ σε επιλεγμένες μεμβράνες συσκευάστηκαν ντοματίνια και μελετήθηκε η δυνατότητα διατήρησης της ποιότητας τους με τη πάροδο του χρόνου.Σε επίπεδο βιομηχανικής πιλοτικής παραγωγής βελτιστοποιήθηκαν οι παράμετροι παραγωγής αναμειγμάτων νανοφορέων με LDPE σε δικόχλιο εξωθητή μεσαίας κλίμακας. Τα αναμείγματα που προέκυψαν χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή μεμβρανών με βιομηχανικά συμβατές τεχνολογίες. Πιο συγκεκριμένα, εφαρμόστηκε η μέθοδος της συνεξώθησης για την παραγωγή διστρωματικών μεμβρανών που ενσωματώνουν τους βιοδραστικούς φορείς μέσω ανάμειξης τήγματος. Στη συνέχεια επιλεγμένα διαλύματα εφαρμόστηκαν στην επιφάνεια των διστρωματικών μεμβρανών με τη βοήθεια μεθόδου η οποία προσομοιάζει την φλεξογραφική για την παραγωγή των τριστρωματικών μεμβρανών τύπου δεξαμενής βιοδραστικότητας σε βιομηχανικό πιλοτικό επίπεδο. Από τη μέθοδο εξάτμισης του διαλύτη προέκυψαν σωματίδια που προσέφεραν αυξημένη θερμική σταθερότητα της θυμόλης, παρατεταμένη απελευθέρωση της με αντιμικροβιακή δράση που διατηρήθηκε για τουλάχιστον ένα μήνα μετά από την παρασκευή τους. Η μικρή παραγωγή σωματιδίων με τη μέθοδο εξάτμισης του διαλύτη δεν ευνόησε την ενσωμάτωση τους σε μεμβράνες, ωστόσο τα σωματίδια εφαρμόστηκαν με τη μορφή επιθεμάτων σε συσκευασία με ντοματίνια επιτυγχάνοντας τη διατήρηση των ποιοτικών τους χαρακτηριστικών για τουλάχιστον 7 ημέρες επιπλέον από τα αντίστοιχα ντοματίνια που αποθηκεύτηκαν χωρίς τα σωματίδια θυμόλης. Ευεργετική ως προς τη θερμική σταθερότητα ήταν και η ενθυλάκωση της θυμόλης σε ενεργό άνθρακα και στο S.cerevisiae πιθανό λόγω της οργανικής τους φύσης σε αντίθεση με τον υδρόφιλο ανόργανο ζεόλιθο που υποβάθμισε τη θερμική σταθερότητα της θυμόλης. Από τη σκοπιά της μηχανικής απόκρισης των μεμβρανών η προσθήκη των βιοδραστικών ενώσεων μέσω σύμπλεξης σε βιοπολυμερή (μεθυλοκυτταρίνη/αιθυλοκυτταρίνη/ζελατίνη) και επικάλυψης επέφερε μικρές μεταβολές κυρίως στην αντοχή και την παραμόρφωση στη θραύση, ενώ η ελάττωση αυτών των μηχανικών παραμέτρων ήταν εμφανέστερη στις επικαλύψεις όπου είχε προηγηθεί η ενθυλάκωση σε νανο- και μίκρο-φορείς. Αντίστοιχα οι διστρωματικές μεμβράνες από ανάμειξη τήγματος με ζεόλιθο, ενεργό άνθρακα και S.cerevisiae παρουσίασαν εντονότερη ελάττωση αυτών των μηχανικών παραμέτρων και παράλληλα ελάττωση του μέτρου ελαστικότητας. Τα ευρήματα συνδέθηκαν με τη κακή διασπορά των φορέων στην πολυμερική μήτρα, αφού για την ανάμειξη τήγματος εφαρμόστηκε μία εργαστηριακή μη-βελτιστοποιημένη μεθοδολογία. Αντίθετα, στην περίπτωση που η ανάμειξη τήγματος πραγματοποιείται με τη βοήθεια δικόχλιου εξωθητή, όπως κατά την ανάμειξη φορέων θυμόλης με βάση τον οργανόφιλο πηλό, οι διστρωματικές μεμβράνες που προέκυψαν παρουσίασαν εμφανώς μικρότερες αποκλίσεις των μηχανικών ιδιοτήτων τους σε σχέση με τις μεμβράνες αναφοράς.Ως προς τα λειτουργικά χαρακτηριστικά οι διστρωματικές μεμβράνες από ανάμειξη τήγματος με τους νανοφορείς ζεόλιθου, ενεργού άνθρακα και οργανόφιλου πηλού απελευθερώνουν μικρές ποσότητες βιοδραστικής και δε παρουσιάζουν αντιμικροβιακή δράση πιθανόν εξαιτίας της παρεμπόδισης από την πολυμερική μήτρα που παρεμβάλλεται μεταξύ των νανοσωματιδίων. Αντίθετα οι διστρωματικές μεμβράνες με φορείς S.cerevisiae απελευθερώνουν υψηλότερα επίπεδα της βιοδραστικής και συνεπώς παρουσιάζουν και ισχυρή αντιμικροβιακή δράση καθώς οι φορείς μετά τη θερμική τους επεξεργασία απαντώνται με τη μορφή συσσωματωμάτων στην επιφάνεια των πολυμερικών μεμβρανών. Όλες οι επικαλυμμένες μεμβράνες παρουσιάζουν ταχύτερη απελευθέρωση υψηλών ποσοτήτων της βιοδραστικής από ότι οι αντίστοιχες διστρωματικές από ανάμειξη τήγματος και ως εκ τούτου παρουσιάζουν ισχυρή αντιμικροβιακή δράση. Επικαλύψεις με βάση υδρόφιλα πολυμερή όπως η μεθυλοκυτταρίνη ή ζελατίνη απελευθερώνουν ακαριαία τη βιοδραστική μέσω της διάλυσης τους, ενώ αντίθετα η μη υδρόφιλη αιθυλοκυτταρίνη απελευθερώνει πιο σταδιακά τη βιοδραστική.Οι πολυστρωματικές μεμβράνες που παρήχθησαν σε πιλοτικό βιομηχανικό επίπεδο δεν εμφανίζουν σημαντική αλλοίωση των ποιοτικών χαρακτηριστικών τους που να περιορίζει την αξιοποίησή τους σε βιομηχανικό επίπεδο. Ως προς την λειτουργικότητα τους οι τριστρωματικές μεμβράνες παρουσίασαν αντιοξειδωτική δράση καθώς και έντονη αναστολή στην ανάπτυξη του βακτηρίου Salmonella Enteritis γεγονός που τις καθιστά θεωρητικά κατάλληλες για εφαρμογή σε όλα τα τρόφιμα. Τμήμα της παρούσας Διδακτορικής διατριβής αποτελεί μέρος μιας εκτενέστερης έρευνας που εστιάζει στην ανάπτυξη εύκαμπτων μεμβρανών με ελεγχόμενη αντιμικροβιακή και αντιοξειδωτική δράση για υλικά συσκευασίας τροφίμων, η οποία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του ερευνητικού έργου με κωδική ονομασία AntiMicrOxi-Pack. Το έργο αυτό χρηματοδοτήθηκε στο πλαίσιο των Ειδικών Δράσεων του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα και Καινοτομία (ΕΠΑνΕΚ)» του ΕΣΠΑ 2014 –2020. Τομείς όπως η ενζυμική επεξεργασία εκχυλισμάτων φύλλων ελιάς για την παραγωγή επιλεγμένων βιοδραστικών προϊόντων με τεκμηριωμένη αντιμικροβιακή και αντιοξειδωτική δράση, η μελέτη της αντιμικροβιακής δράσης έναντι του βακτηρίου E.coli, η μελέτη της απελευθέρωσης και της αντιοξειδωτικής δράσης πραγματοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας του Τμήμα-τος Βιολογικών Εφαρμογών και Τεχνολογιών του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων. Η προσρόφηση βιοδραστικών ενώσεων στην ενδοστρωματική περιοχή/επιφάνεια της φυλλόμορφης αργίλου με εφαρμογή πράσινων μεθόδων και η ενσωμάτωση τους στο χαμηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο με εργαστηριακό εξωθητή μικρής κλίμακας πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο Τεχνολογίας Τροφίμων του Τμήματος Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων του Πανεπιστημίου Πατρών με έδρα το Αγρίνιο. Η κλιμάκωση της διεργασίας παραγωγής «κύριων αναμειγμάτων» LDPE/βιοδραστικών φορέων αργίλου σε αναμίκτη ή/και δικόχλιο εξωθητή μεσαίας κλίμακας πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με το Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών, της Σχολής Χημικών Μηχανικών, του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Ο χαρακτηρισμός των νανοφορέων και των μεμβρανών έναντι των παθογόνων βακτηρίων Salmonella Enteritis, Listeria monocytogenes έλαβε χώρα στο Εργαστήριο Χημικών και Μικροβιολογικών Αναλύσεων ΗΠ. ΕΡ. Η πιλοτική βιομηχανική παραγωγή των πολυστρωματικών μεμβρανών και ο τυπικός βιομηχανικός έλεγχος τους πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με την εταιρία ΑΧΑΪΚΑ ΠΛΑΣΤΙΚΑ Α.Ε.Β.Ε. | el |
| heal.advisorName | Μπάρκουλα, Νεκταρία-Μαριάνθη | el |
| heal.committeeMemberName | Μπάρκουλα, Νεκταρία-Μαριάνθη | |
| heal.committeeMemberName | Παϊπέτης, Αλκιβιάδης | |
| heal.committeeMemberName | Σταμάτης, Χαράλαμπος | |
| heal.committeeMemberName | Γεργίδης, Λεωνίδας | |
| heal.committeeMemberName | Ματίκας, Θεόδωρος | |
| heal.committeeMemberName | Λάνταβος, Αθανάσιος | |
| heal.committeeMemberName | Βουγιούκα, Σταματίνα | |
| heal.academicPublisher | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών | el |
| heal.academicPublisherID | uoi | el |
| heal.numberOfPages | 310 | el |
| heal.fullTextAvailability | true | - |
| Appears in Collections: | Διδακτορικές Διατριβές - ΜΕΥ | |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Giotopoulou_Iro_24_06_2025_final.pdf | Κυρίως Σώμα | 5.88 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
This item is licensed under a Creative Commons License
