Εδώδιμες επιστρώσεις χιτοζάνης και νανοεπικάλυψη για παράταση διατηρησιμότητας στο Cucumis sativus (Linnaeus, 1753) και αντικατάσταση της πλαστικής συσκευασίας

Σταθοκώστα, Πηνελόπη; Τριανταφυλλίδου, Μαρία

Edible chitosan films and nanocoating for shelf life extension in Cucumis sativus (Linnaeus, 1753) and replacement of plastic packaging

Πτυχιακή εργασία

Author

Σταθοκώστα, Πηνελόπη

Τριανταφυλλίδου, Μαρία

Date

2024-03-11

Advisor

Kanellou, Anastasia

Πτυχιακή εργασία.pdf (3.588Mb)

ΔΗΛΩΣΗ ΣΥΓΓΡΑΦΕΩΝ.pdf (403.3Kb)

Keywords

Χιτοζάνη ; Αγγούρι ; Εδώδιμη επίστρωση ; Πλαστική συσκευασία ; Αντικατάσταση πλαστικής συσκευασίας

Abstract

Οι εδώδιμες επικαλύψεις είναι μία πολλά υποσχόμενη τεχνολογία που κερδίζει συνεχώς έδαφος τα τελευταία χρόνια με 2,21 δισεκατομμύρια δολάρια μερίδιο αγοράς το 2023, καθώς πολλές εταιρίες αναζητούν λύσεις αντικατάστασης της πλαστικής συσκευασίας ως μια στροφή στην αειφορία. Σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας ήταν η δοκιμή εφαρμογής εδώδιμων επιστρώσεων χιτοζάνης σε καρπούς αγγουριών και η εξέταση των ακόλουθων ποιοτικών παραμέτρων: εμφάνιση, απώλεια βάρους, συνεκτικότητα, pH, οξύτητα, ολικά διαλυτά στερεά, φαινολικό περιεχόμενο και αντιοξειδωτική ικανότητα. Οι δοκιμές αυτές αποσκοπούσαν στην αντικατάσταση της πλαστικής συσκευασίας στην προστασία και αύξηση της διατηρησιμότητας των καρπών αγγουριού. Επιπλέον, το αγγούρι (Cucumis sativus, Linnaeus, 1753) αποτελεί ένα από τα πιο δημοφιλή και συχνά καταναλισκόμενα φρούτα σε όλο τον κόσμο. Ωστόσο, η περιορισμένη διάρκεια ζωής του είναι ένα πρόβλημα που οδηγεί στην ανάγκη χρήσης πλαστικής συσκευασίας παγκοσμίως τόσο στη διακίνησή του όσο και στην λιανική πώληση, η οποία επιφέρει προβλήματα ρυπαίνοντας το περιβάλλον με την απόρριψη της συσκευασίας. Επομένως, είναι αδιαμφισβήτητης σημασίας να βρεθούν νέοι τρόποι συντήρησης των αγγουριών και κατ’ επέκταση των φρούτων και των λαχανικών. Ένας από αυτούς, είναι και η αντικατάσταση της πλαστικής συσκευασίας από εδώδιμες επιστρώσεις, όπως εξετάστηκε στην παρούσα μελέτη. Στο πρώτο πείραμα που διεξήχθη δοκιμάστηκαν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος (22± 1ᵒC) καρποί αγγουριού με 3 επικαλυμμένες ομάδες με βάση τη χιτοζάνη: kito-α, kito-β, kito-γ, σε σύγκριση με 2 μάρτυρες: έναν στον οποίο οι καρποί αγγουριού ήταν τυλιγμένοι με πλαστική μεμβράνη από χαμηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο (LDPE) και έναν χωρίς πλαστική επικάλυψη. Η ομάδα του μάρτυρα με πλαστική μεμβράνη LDPE εξετάστηκε μόνο ως προς την απώλεια βάρους και βρέθηκε ως η βέλτιστη συσκευασία για τη συγκράτηση της υγρασίας στους καρπούς αγγουριών. Η ομάδα του μάρτυρα χωρίς πλαστική επικάλυψη εμφάνισε τα καλύτερα αποτελέσματα, όσον αφορά τον ρυθμό απώλειας βάρους (υγρασίας) σε σχέση με τις επικαλυμμένες ομάδες, ενώ η ομάδα kito-β είχε τα αμέσως καλύτερα αποτελέσματα. Η ομάδα kitoγ είχε την καλύτερη απόδοση ως προς τη συνεκτικότητα και κατόρθωσε να καθυστερήσει την μεταβολή της οξύτητας, ενώ η ομάδα του μάρτυρα χωρίς πλαστική vii επικάλυψη ήταν εκείνη που διατήρησε τη μείωση του pH σε μικρότερα επίπεδα. Όσον αφορά τα ολικά διαλυτά στερεά, αυτά παρέμειναν σταθερά σε όλες τις ομάδες, το συνολικό φαινολικό περιεχόμενο μειώθηκε και τέλος, τα αντιοξειδωτικά παρουσίασαν αύξηση και στη συνέχεια μείωση. Στο δεύτερο πείραμα δοκιμάστηκαν 5 επικαλυμμένες ομάδες με βάση τη χιτοζάνη: kito1,2,3,4,5 σε σύγκριση με μία ομάδα μάρτυρα, στους 22 ± 1 oC και σχετική υγρασία 50%. Επιπλέον, μία ομάδα με την επικάλυψη kito2 και ένας δεύτερος μάρτυρας τοποθετήθηκαν στους 8 ± 1 oC για την παρατήρηση της επίδρασης της θερμοκρασίας στην εξέλιξη της επικάλυψης. Μετά την περάτωση των πειραμάτων και ανάλυση των αποτελεσμάτων, αποδείχθηκε ότι οι πρότυπες εδώδιμες επικαλύψεις kito1,2,3,4,5 χρειάζονται βελτιστοποίηση στον σχεδιασμό τους, καθώς υστερούσαν συγκριτικά με το μάρτυρα σε ό,τι αφορά την απώλεια βάρους. Για τις ομάδες kito2,3,4 στους 22oC, το πείραμα τερματίστηκε πρόωρα λόγω μεγάλης μείωσης της υγρασίας στους καρπούς εξαιτίας της ωσμωτικής αφυδάτωσης που προξένησαν οι επικαλυμμένες αυτές ομάδες. Η ομάδα του μάρτυρα βρέθηκε η καλύτερη ως προς όλες τις παραμέτρους εκτός από την αντιοξειδωτική ικανότητα. Οι επικαλυμμένες ομάδες kito1 και kito5 διατήρησαν σταθερές τις παραμέτρους της συνεκτικότητας, του pH και των αντιοξειδωτικών καθ’ όλη τη διάρκεια του πειράματος, με το kito1 να υπερισχύει στατιστικά σημαντικά σε σχέση με το kito5, καθώς είχε την μικρότερη % απώλεια βάρους. Τέλος, βρέθηκε ότι η μείωση της θερμοκρασίας είχε θετική επίδραση στην ομάδα με επικάλυψη kito2. Συμπερασματικά, είναι ανάγκη για περαιτέρω μελέτη και βελτίωση της σύστασης και της συγκέντρωσης των εδώδιμων επιστρώσεων για να λειτουργήσουν και να δώσουν το αναμενόμενο αποτέλεσμα της επέκτασης της διατηρησιμότητας των καρπών αγγουριών. Λέξεις – κλειδιά: χιτοζάνη, αγγούρι, εδώδιμη επίστρωση, αντικατάσταση πλαστικής συσκευασίας

Abstract

Edible coatings are a promising technology that has steadily gained ground in recent years with a US$2.21 billion market share in 2023 as many companies look for solutions to replace plastic packaging as a shift to sustainability. The purpose of this thesis was to test edible chitosan coatings on cucumber fruits and examine the following quality parameters: appearance, weight loss, firmness, pH, acidity, total soluble solids, total phenolic content and antioxidant activity. These tests aimed to replace plastic packaging and protect and increase the shelf life of cucumber fruits. In addition, cucumber (Cucumis sativus, Linnaeus, 1753) is one of the most popular and frequently consumed fruits around the world. However, its limited shelf-life is an issue that leads to the need to use plastic packaging worldwide both in its transportation logistics and in retail sales, which causes problems by polluting the environment with the packaging's disposal. Therefore, it is of indisputable importance to find new ways of preserving cucumbers and by extension fruits and vegetables. One of them is the replacement of plastic packaging by edible coatings, as examined in the present study. In the first experiment conducted, cucumber fruits were tested at ambient temperature (22±1ᵒC) with 3 chitosan-based coating groups: kito-α, kito-β, kito-γ, compared to 2 controls: one in which the cucumber fruits were wrapped with low density polyethylene (LDPE) plastic film and one without plastic coating. The control group with LDPE plastic film was tested only for weight loss and was found to be the optimal packaging for moisture retention in cucumber fruits. The control group without plastic coating showed the best results in terms of weight (moisture) loss rate compared to the coated groups, while the kito-β group had the next best results. The kito-γ group performed best in terms of firmness and managed to delay the change in acidity, while the control group without plastic coating was the one that maintained the pH decrease at lower levels. Regarding total soluble solids, these remained stable in all groups, total phenolic content decreased and finally, antioxidants showed an increase and then a decrease. ix In the second experiment, 5 chitosan-based coating groups were tested: kito1,2,3,4,5 compared to a control group, at 22 ± 1oC and 50% relative humidity. In addition, one group coated with kito2 and a second control were placed at 8 ± 1oC to observe the effect of temperature on coating evolution. After the experiments were completed and the results were analyzed, it was shown that the standard edible coatings kito1,2,3,4,5 needed optimization in their design, as they lagged behind the control in terms of weight loss. For kito2,3,4 groups at 22oC, the experiment was terminated prematurely due to a large decrease in fruit moisture as a result of osmotic dehydration caused by these coating groups. The control group was found to be the best in all parameters except antioxidant capacity. Kito1 and kito5 coating groups maintained constant parameters of firmness, pH and antioxidants throughout the experiment, with kito1 being statistically significantly superior to kito5 as it had the lowest % weight loss. Finally, lowering the temperature was found to have a positive effect on the kito2 coating group. In conclusion, there is a need for further study and improvement of the composition and concentration of edible coatings to work and give the expected effect of extending the shelf life of cucumber fruits. Keywords: chitosan, cucumber, edible coating, replacement of plastic packaging