Μελέτη των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των πρωτεϊνών και των ινών του βαμβακιού (Gossypium Hirsutum)

Abstract

The aim of this study was the better use of cottonseed products andespecially the production of cottonseed protein isolate with functionalproperties suitable for incorporation into foods and the study of cotton fiberquality characteristics with significance for the textile industry.Cottonseeds are an important source of oil and protein of high nutritionalvalue. Cottonseed consists of both storage globulins of high molecularweight precipitable at pH 7.0 and low molecular weight water-soluble (nonstorage)proteins precipitable at pH 4,0. In the present work cottonseedprotein isolates (CPI) produced either by isoelectric precipitation or dialysiswith membranes, where evaluated for their nitrogen solubility, water and oilretention, emulsifying and foaming properties, viscosity, along with theirinterfacial activity. The effect of polysaccharides (xanthan and pullulan) anddifferent concentrations of NaCl, on these properties, were also measured.A close parallelism was observed between foaming and emulsificationproperties and the rheological characteristics of the absorbed films. Surfacetension and viscoelastic parameters of absorbed films greatly effected bythe CPI production, pH's and concentrations. Generally the results shownthat cottonseed protein isolates have sufficient functional properties inorder to incorporate into foods.Cotton fibers are single cells that develop over the following stages:initiation, elongation, secondary wall thickening and maturation. Cotton fiberquality characteristics and especially length and its distribution, fineness(gravimetric and biological), maturity, strength and elongation, colour andforeign material were evaluated in samples of two Greek cotton varieties.Results show the interaction of variety (genotype) and growth andenvironment conditions in these cotton fiber characteristics. Fiber shapeproperties, particularly length, perimeter and strength are largely dependenton genetics but there are also interaction between environment andgenotype in these characteristics. Furthermore fiber strength have beenattempted to correlate with the molecular weight of cellulose, crystallinityand its reversal and convolution characteristics.Fiber fineness (mTex) and micronaire are most closely related tointeractions between genotype and environment and fiber maturity which isdependent on deposition of cellulose in the fiber cell wall, is more sensitiveto changes in the growth environment. However in cotton processing fiberfineness is most closely associated with spinning characteristics and theproperties of the resulting yarn, while fiber maturity is thought to have moreeffect on dye-uptake success.Incorporation of new electronic devices, permitted objective evaluation ofnew quality characters such as neps, foreign matter and seed coat nepswhich highly affect spinnability and yarn quality and have a serious impacton the economical value of cotton.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑΤο πρώτο τμήμα της παρούσας διατριβής αφορούσε την παραγωγήπρωτεϊνικών υπερσυμπυκνωμάτων βαμβακοσπόρου και τη μελέτη τωνλειτουργικών τους ιδιοτήτων. Τα συμπεράσματα που προέκυψανσυνοπτικά είναι τα εξής: Από τις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν για την παραλαβή πρωτεϊνικούυπερσυμπυκνώματος, με τη χρήση μεμβρανών διαπίδυσης επιτεύχθηκεη μεγαλύτερη απόδοση σε πρωτεΐνες γιατί έτσι παραλαμβάνονται όλα ταπρωτεϊνικά κλάσματα, ενώ υψηλότερη περιεκτικότητα σε πρωτεΐνεςεμφάνιστηκε στο πρωτεϊνικό υπερσυμπύκνωμα που προέρχονταν απόκαταβύθιση σε pH 7,0. H μικρότερη διαλυτότητα των πρωτεϊνών βαμβακοσπόρου παρατηρήθηκεσε pH 5,0 (ισοηλεκτρικό σημείο) η οποία και αυξανόταν καθώς το pHπλησίαζε στο 10,0. Προσθήκη NaCl μέχρι 0,5 Μ επέδρασε θετικά στηδιαλυτότητα ενώ οι μη αποθηκευτικές πρωτεΐνες (καταβύθιση pH 4,0)ήταν πιο διαλυτές από τις αποθηκευτικές (καταβύθιση pH 7,0). Όσον αφορά την ΙΣΝ και ΙΣE των πρωτεϊνικών υπερσυμπυκνωμάτωνπου παρασκευάστηκαν, βρέθηκε ότι η ΙΣΝ ήταν μεγαλύτερη σε pH 6,0ενώ οι αποθηκευτικές πρωτεΐνες που καταβυθίστηκαν σε pH 7,0 είχανμικρότερη ΙΣΝ και ΙΣE από τις μη αποθηκευτικές. Τα πρωτεϊνικάυπερσυμπυκνώματα που προέρχονταν από μεμβράνες διαπίδυσηςπαρουσίασαν παρόμοιες ιδιότητες, όσον αφορά την ΙΣΝ και ΙΣΕ, με αυτέςτων υπερσυμπυκνωμάτων που προέρχονταν από ισοηλεκτρικήκαταβύθιση σε pH 4,0 και 5,0. Η μελέτη των διεπιφανειακών ιδιοτήτων έδειξε ότι καθώς αυξάνονταν ηπεριεκτικότητα σε πρωτεΐνη αυξανόταν και ο συντελεστής στιγμιαίαςελαστικής παραμόρφωσης Εο(s) του σχηματιζόμενου διεπιφανειακούυμενίου, μέχρι μιας συγκεκριμένης περιεκτικότητας που αντιστοιχούσε σε10-2 %w/v συγκέντρωση πρωτεΐνης και ήταν κοινή και για τα δύο pHεργασίας. Οι τιμές Εο(s) ήταν μεγαλύτερες σε pH 7,0 και για τα πρωτεϊνικάυπερσυμπυκνώματα που προέρχονταν από ισοηλεκτρική καταβύθιση. Η μελέτη της επιφανειακής πίεσης έδειξε τον ταχύτερο ρυθμό αύξησηςτης επιφανειακής πίεσης καθώς και την υψηλότερη τελική της τιμή στοπρωτεϊνικό υπερσυμπύκνωμα που προέρχονταν από καταβύθιση σε pH5,0 και για τα δύο pH εργασίας, και ακολουθούσαν τα διαλύματα πουπεριείχαν πρωτεϊνικά υπερσυμπυκνώματα που προέρχονταν απόκαταβύθιση σε pH 4,0 και 7,0. Επομένως και σε αυτή την περίπτωση οτρόπος παρασκευής του πρωτεϊνικού υπερσυμπυκνώματος επέδρασεστη μεταβολή της επιφανειακής πίεσης και γενικά σε pH εργασίας 6,0 ορυθμός αύξησης της καθώς και η τελική της τιμή ήταν υψηλότερη από ότισε pH 7,0. Ο γρηγορότερος ρυθμός αύξησης της διεπιφανειακής πίεσηςπαρατηρήθηκε για τα πρωτεϊνικά υπερσυμπυκνώματα που προήλθαναπό ισοηλεκτρική καταβύθιση και επομένως ο τρόπος παρασκευής τωνπρωτεϊνικών υπερσυμπυκνωμάτων επηρέασε και τη μεταβολή τηςδιεπιφανειακής πίεσης. Tα γαλακτώματα που παρασκευάστηκαν με ταίδια πρωτεϊνικά υπερσυμπυκνώματα ήταν σταθερότερα από τα υπόλοιπαγαλακτώματα γεγονός που αποδεικνύει τη συσχέτιση της διεπιφανειακήςπίεσης με την κατανομή του μεγέθους των σταγονιδίων γαλακτωμάτων. Τα γαλακτώματα που παρασκευάστηκαν από όλα τα πρωτεϊνικάυπερσυμπύκνωματα σε δύο pH έδειξαν ότι σε pH 7,0 τα γαλακτώματαήταν πιο σταθερά ενώ σε pH 6,0 τα αντίστοιχα γαλακτώματα εμφάνισανμεγαλύτερο μέγεθος σταγονιδίων και ήταν λιγότερο σταθερά. Οιπαρατηρήσεις αυτές ισχύουν τόσο την 1η όσο και την 30η ημέρα. Επίσηςτα γαλακτώματα που παρασκευάστηκαν με πρωτεϊνικόυπερσυμπύκνωμα που προέρχονταν από μεμβράνες διαπίδυσης, κυρίωςσε pH 7,0 είχαν μεγαλύτερο μέγεθος σταγονιδίων από τα υπόλοιπα,παρατήρηση που οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο τρόπος παρασκευής τουπρωτεϊνικού υπερσυμπυκνώματος επέδρασε και στην διαδικασίασταθεροποίησης των γαλακτωμάτων. Η προσθήκη NaCl μέχρι 0,5Μ αύξησε το μέγεθος των σταγονιδίων τωνγαλακτωμάτων και το εύρος κατανομής τους τόσο την 1η όσο και την 30ηημέρα, ενώ η προσθήκη 0,1% w/v ξανθάνης ή 0,5% w/v πουλλουλάνηςμείωσε το αρχικό μέγεθος των σταγονιδίων και αύξησε τη σταθερότητακαι στα δύο pH παρασκευής γαλακτωμάτων. Η ξανθάνη δημιουργείεσωτερικά πλέγματα που εμποδίζουν τη συνένωση των σταγονιδίων καιαυξάνουν την σταθερότητα των γαλακτωμάτων και αυτό επιβεβαιώθηκεκαι από τη σημαντική αύξηση του ιξώδους που παρατηρήθηκε. Αντίθετα,η προσθήκη πουλλουλάνης 0,5% w/v προκάλεσε μόνο μικρή αρχικήαύξηση του ιξώδους, το οποίο με την πάροδο του χρόνου επανήλθε σταίδια επίπεδα με τους μάρτυρες. Η πουλλουλάνη δε δημιουργεί πλέγματα,παρατηρείται όμως θετική επίδραση στην αύξηση της σταθερότητας τωνγαλακτωμάτων λόγω της ελεύθερης διαμόρφωσης της στην συνεχή φάσητου γαλακτώματος. Στους παραγόμενους αφρούς η αφριστική ικανότητα ήταν μεγαλύτερη σεpH 7,0 ενώ η σταθερότητα των παραγόμενων αφρών ήταν μεγαλύτερη σεpH 7,0 για τους αφρούς που προέρχονταν από πρωτεϊνικάυπερσυμπυκνώματα με ισοηλεκτρική καταβύθιση και το αντίστροφοσυμβαίνει για τους αφρούς που παραλήφθηκαν με μεμβράνεςδιαπίδυσης. Η πουλλουλάνη είχε αρνητική επίδραση στην αφριστικήικανότητα και σταθερότητα ενώ η ξανθάνη θετική και στις δύο ιδιότητεςκαι στα δύο pH. Προσθήκη NaCl μέχρι 0,5Μ επηρέασε θετικά τηναφριστική ικανότητα ενώ είχε θετική επίδραση στη σταθερότητα σε pH6,0 και αρνητική σε pH 7,0, εκτός από το πρωτεϊνικό υπερσυμπύκνωμαπου παραλήφθηκε από καταβύθιση σε pH 7,0 όπου επηρέασε θετικά καιτις δύο αφριστικές ιδιότητες και στα δύο pH.Όλα τα αποτελέσματα οδηγούν στο συμπέρασμα ότι τα πρωτεϊνικάυπερσυμπυκνώματα βαμβακοσπόρου παρουσιάζουν ικανοποιητικέςλειτουργικές ιδιότητες και μπορούν να προστεθούν σε τρόφιμα, αποτελείόμως μελλοντικό αντικείμενο έρευνας η μελέτη της οικονομικότητας χρήσηςτους με σκοπό ο βαμβακόσπορος που παράγεται στην Ελλάδα (περίπου700.000 τόνοι ετησίως) να αποκτήσει επιπλέον χρήσεις και να αυξηθεί ηαποδοτικότητα της καλλιέργειας του βαμβακιού