Επίδραση διαφόρων δομών βακτηριακής κυτταρίνης στις ιδιότητες γαλακτωμάτων

Abstract

Σκοπός της μελέτης ήταν η εξέταση της επίδρασης της επεξεργασίας με υπέρηχους και της όξινης υδρόλυσης στις ιδιότητες της βακτηριακής κυτταρίνης και τελικά η εξέταση της χρήσης της ως σταθεροποιητή σε γαλακτώματα ελαίου/νερού. Παρασκευάστηκαν διαλύματα κυτταρίνης (0,1-1%) τα οποία υπέστησαν επεξεργασία με υπερήχους για χρονικά διαστήματα 0-5 λεπτών. Το μέγεθος των ινιδίων βακτηριακής κυτταρίνης μειώθηκε μετά από επεξεργασία με υπερήχους για 1 λεπτό, ενώ αυξήθηκε για μεγαλύτερης διάρκειας επεξεργασία (3-5 λεπτά), γεγονός που αποδίδεται στην επίδραση των υπερήχων στη δομή των ινιδίων. Όλα τα δείγματα φέρουν αρνητικό φορτίο, ενώ αυτά με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση κυτταρίνης (1%) και χρόνο επεξεργασίας 5 λεπτών, είχαν τις μικρότερες τιμές. Ομογενοποίηση της βακτηριακής κυτταρίνης για 1 λέπτο προκάλεσε αύξηση της ικανότητας συγκρατησης νερού, ενώ για περισσότερο χρόνο επεξεργασίας η ικανότητα συγκράτησης νερού μειώθηκε. Ακόμα, φάνηκε ότι μεγαλύτερης διάρκειας επεξεργασία με υπερήχους, οδηγεί σε μεγαλύτερη σταθερότητα. Τα διαλύματα εμφάνισαν δύο περιοχές ψευδοπλαστικής συμπεριφοράς,στις οποίες παρεμβάλεται μια περιοχή σταθερού ιξώδους, λόγω της κατανομής των συσσωματωμένων ινιδίων στων χώρο.Όλα τα δείγματα επέδειξαν θιξοτροπική και έντονη gel-like συμπεριφορά. Τελικά, η επεξεργασία με υπερήχους για μικρό χρονικό διάστημα (1-3λεπτά) φαίνεται ότι ενισχύει τις φυσικές ιδιότητες διαλυμάτων κυτταρίνης. Στη συνέχεια, ινίδια βακτηριακής κυτταρίνης υδρολύθηκαν με χρήση ισχυρών οξέων (H2SO4, HCl) σε θερμοκρασίες 40 και 60οC για διάστημα 2-72 ωρών. Η υδρόλυση οδηγεί σε μείωση του μεγέθους των ινιδίων, ενώ μεγαλύτερη μείωση καταγράφηκε για υδρόλυση με HCl για 72 ώρες στους 60οC. Όλα τα δείγματα φέρουν αρνητικό φορτίο,ενώ μικρότερο φορτίο για κυτταρίνη υδρολυμένη με H2SO4 στους 60οC για 72 ώρες. Το ίδιο δείγμα εμφάνισε και το μικρότερο διαχωρισμό φάσεων. Τα διαλύματα εμφάνισαν δύο περιοχές ψευδοπλαστικής συμπεριφοράς,στις οποίες παρεμβάλεται μια περιοχή σταθερού ιξώδους, και τυπική θιξοτροπική συμπεριφορά. Στα περισσότερα διαλύματα παρατηρήθηκε gel like συμπεριφορά, ενώ το διάλυμα κυτταρίνης που είχε υποστεί υδρόλυση με H2SO4 στους 60οC για 72 ώρες, παρουσίασε σημείο ζελατινοποίησης. Συνοψίζοντας, φαίνεται ότι υδρόλυση με ισχυρά οξέα ενισχύει τις ιδιότητες της βακτηριακής κυτταρίνης και μάλιστα όσο πιο έντονες είναι οι συνθήκες υδρόλυσης (μεγαλύτερη θερμοκρασία και περισσότερος χρόνος) τόσο βελτιώνονται οι ιδιότητες αυτές. Τέλος, έγινε ενσωμάτωση της επεξεργασμένης βακτηριακής κυτταρίνης σε γαλακτώματα με ελαιόλαδο. Τα γαλακτώματα που περιείχαν κυτταρίνη επεξεργασμένη με υπερήχους για 3λεπτά είχαν μικρότερο μέγεθος σταγονιδίων και ελαφρώς μεγαλύτερη σταθερότητα από τα διαλύματα βακτηριακής κυτταρίνης υδρολυμένης με H2SO4 στους 60οC για 72 ώρες. Συνεπώς, στα πλαίσια της παρούσας έρευνας, προτείνεται η χρήση υπερήχων ως μεθόδου ομογενοποίησης γαλακτωμάτων βακτηριακής κυτταρίνης.

Ιn the present study, we investigated the effect of ultrasounds and acid hydrolysis as pretreatments for bacterial cellulose (BC) aqueous suspensions and examined the use of preatreated BC as stabilizer in oil in water emulsions. BC suspensions (0.1-1% wt) were subjected to an ultrasonic treatment for different time intervals (0-5 min) and their properties were evaluated. The size of BC fibrils decreased when low sonication time was applied (1 min), while for longer time intervals (3-5 min) there was an increase, which was attributed to the effect that ultrasonic treatment has on the structure of the fibrils. All samples were negatively charged with the ones with the higher concentrations (1% BC) and sonication periods (5 min) showing the lowest values. BC homogenization for 1 min caused an increase in WHC, while further homogenization (3-5 min) resulted in lower WHC values. Longer ultrasonic treatments, led to lower phase separation and thus higher stability. The rheological behavior of BC emulsions showed two shear thinning regions, in between which, the viscosity remained constant. This phenomenon was ascribed due to changes in BC floc size. Also, as the samples exhibited thixotropic behavior as well as a strong gel-like behavior. In conclusion, ultrasounds seem to enhance the enhance the physical properties of BC aqueous suspensions, while short treatment time (1-3 min) is considered the optimal for the present work. Also, BC fibrils were hydrolysed with strong acids (H2SO4, HCl) in different temperatures (40 and 60οC) and for different time intervals (2-72 hours). Hydrolysis leads to a decrease in the size of fibrils, especially when HCl is used in 60οC for 72hours. All samples were negatively charged with the ones hydrolysed with Η2SO4 in 60οC for 72hours exhibiting the lowest values. The same sample showed the lowest phase separation. The rheological behavior of the samples showed two shear thinning regions, in between which, the viscosity remained constant. Furthermore, all samples showed thixotropic behavior. Most of the samples exhibited gel-like behavior, but the sample containing BC hydrolyzed by Η2SO4 in 60οC for 72hours showed a gelation point, where a transition from liquid like to solid like behavior was observed. All in all, hydrolysis with strong acids in tense conditions (60οC for 72hours) seems to enhance significantly the properties of BC aqueous suspensions. Finally, pretreated BC was incorporated in oil in water emulsions. Emulsions containing BC ultrasonicated for 3min showed smaller size of particles and slightly higher stability than the ones containing hydrolysed BC. Αs a result, for the present work, ultrasonication is considered a more efficient pretreatment method for oil in water emulsions containing BC as a stabilizer.