Τα γαλακτώματα είναι η κολλοειδής διασπορά δύο μη αναμίξιμων υγρών, τα οποία είναι κατά κανόνα θερμοδυναμικά ασταθή συστήματα. Οι πρωτεΐνες γάλακτος είναι γνωστές επιφανειοδραστικές ουσίες και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται ως συστατικά σε ένα ευρύ φάσμα γαλακτωμάτων τροφίμων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η εύρεση των κατάλληλων συνθηκών για την παρασκευή σταθερών γαλακτωμάτων πρωτεϊνών γάλακτος. Το μέγεθος των λιποσφαιριδίων διαδραματίζει τον κυρίαρχο ρόλο στη σταθερότητα του γαλακτώματος πρωτεϊνών γάλακτος. Η μέτρηση του μεγέθους των λιποσφαιριδίων έγινε με την τεχνική της Μονοφασικής Χρωματογραφίας Φυγοκεντρικού Πεδίου. Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση της συγκέντρωσης (0,5 έως 3,0% w/w) και του τύπου (πρωτεΐνες ορού και καζεΐνες) των πρωτεϊνών γάλακτος, καθώς και των συνθηκών ομογενοποίησης (πίεση ομογενοποίησης 200 έως 600bar) του γαλακτώματος. Επίσης, μελετήθηκε η επίδραση της συγκέντρωσης γαλακτωματοποιητών εμπορίου (Tween 80) στη σταθερότητα των γαλακτωμάτων. Επιπρόσθετα, έγινε κινητική μελέτη συσσωμάτωσης των γαλακτωμάτων από πρωτεΐνες γάλακτος και στη συνέχεια μελετήθηκαν πιο συγκεκριμένα τα γαλακτώματα καζεϊνών, με σκοπό τον προσδιορισμό της σταθεράς ταχύτητας της συσσωμάτωσης των λιποσφαιριδίων σε θερμοκρασίες 30,5 και 80 ᵒC. Αυξάνοντας την πίεση ομογενοποίησης του γαλακτώματος παρατηρήθηκε μείωση της διαμέτρου των λιποσφαιριδίων. Τα γαλακτώματα που ομογενοποιήθηκαν σε πίεση μεγαλύτερη των 500 bar παρουσίασαν ευρύτερη κατανομή μεγέθους, λόγω της υψηλής θερμοκρασίας που αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια της ομογενοποίησης. Η πρωτεϊνική συγκέντρωση έχει σημαντικές επιπτώσεις στις φυσικοχημικές ιδιότητες του γαλακτώματος (λάδι σε νερό). Αυξανόμενης της συγκέντρωσης των πρωτεϊνών γάλακτος, μειώθηκε αισθητά η διάμετρος των λιποσφαιριδίων του γαλακτώματος και σε χαμηλές συγκεντρώσεις πρωτεϊνών (<1%κ.β.) παρατηρήθηκε σχηματισμός συσσωματωμάτων. Παρατηρήθηκε μικρή μεταβολή της διαμέτρου των λιποσφαιριδίων των γαλακτωμάτων που σχηματίστηκαν με διαφορετικές αναλογίες κλασμάτων πρωτεϊνών ορού/καζεϊνών. Οι δύο τύποι των πρωτεϊνών του γάλακτος παρουσίασαν πολύ καλή γαλακτωματοποιητική δράση και τα γαλακτώματα που σχηματίστηκαν ήταν πολύ σταθερά. Παρατηρήθηκε ότι, αυξάνοντας τη συγκέντρωση των πρωτεϊνών του ορού γάλακτος και ταυτόχρονα μειώνοντας τη συγκέντρωση των καζεϊνών, μειώθηκε η διάμετρος των λιποσφαιριδίων του γαλακτώματος. Η σταθερότητα των γαλακτωμάτων σε σχέση με τον χρόνο οφείλεται στη δομή των μορίων των πρωτεϊνών που σταθεροποιούν τα γαλακτώματα αυτά. Κατά συνέπεια, τα μόρια των καζεϊνών και των πρωτεϊνών ορού, προσδίδουν διαφορετικές ιδιότητες στα γαλακτώματα λόγω της διαφορετικής δομής τους. Τα γαλακτώματα που σχηματίστηκαν με καζεΐνες ήταν πιο ανθεκτικά στην θερμοκρασία και παρουσίασαν μακροπρόθεσμη σταθερότητα σε σχέση με τα γαλακτώματα που περιείχαν μόνο πρωτεΐνες ορού. Η υπολογισθείσα φαινόμενη σταθερά συσσωμάτωσης των γαλακτωμάτων καζεϊνών στη θερμοκρασία των 30,5 ᵒC βρέθηκε να είναι σχεδόν 14 φορές μικρότερη από αυτή των γαλακτωμάτων που συσσωματώθηκαν στη θερμοκρασία 80,0 ᵒC. Επομένως, η διαδικασία της συσσωμάτωσης συμβαίνει ταχύτερα σε πιο υψηλές θερμοκρασίες θέρμανσης για τα γαλακτώματα καζεϊνών, ωστόσο έφτασαν στο μέγιστο βαθμό συσσωμάτωσης σε ίδιο χρονικό διάστημα. / In the food industry, when referring to an oil-in-water emulsion, is usually described in which oil is dispersed in the form of small spherical droplets in the continuous phase. Food emulsions are thermodynamically unstable. Nevertheless, food scientists are able to slow down the above physicochemical mechanisms responsible for emulsion instability and thus, extend the self-life of such products by a relatively simple and well studied process, termed emulsification. Surface active materials termed emulsifiers, such as proteins help produce small droplets and contribute to the stability of the emulsion. Emulsifiers decrease the interfacial tension between the oil and water phases through rapid adsorption to the surface of the newly formed oil droplets. Milk proteins (caseins and whey proteins) are well known surfactants and hence are used as ingredients in a wide range of food emulsions. One of the important parameters affecting the quality, appearance and taste of the final food products is the particle size of the ingredients included. For example, particle size of fat globules plays predominant role in the stability of the milk-protein stabilized emulsion. Milk protein-stabilized model emulsions were formed using high-pressure homogenization and the effect of homogenization pressure during emulsification, protein concentration, type of milk proteins (casein and whey proteins) and the effect of the surfactant Tween-80 were studied. The kinetic of milk protein emulsions aggregation was also studied and moreover, the apparent rate constant was calculated for the aggregation of caseinate stabilized emulsions in different temperatures (30,5 and 80,0 ᵒC). Sedimentation field flow fractionation was employed for the size characterization of oil droplets and the results obtained are consistent with those of other studies. Increasing protein content results in significant reduction in emulsion particle size for the concentration range (0.5 – 3.0 % w/w) employed in this study. Low protein content (<1%) may be correlated with bridging flocculation leading to increased particle size, as indicated by optical microscopy. Similarly, increasing pressure during the homogenization process results in decreasing significantly the particle size of the oil-in-water emulsions, for the pressure range (200 – 600 bar) utilized in this study. Increased heating associated with high levels of pressure during the homogenization process, can result in changes in the oil or protein structure, which in turn may have an impact on the physicochemical properties of the oil-in-water emulsions on a long-term basis. The two types of milk proteins appeared to be both good emulsifiers and the formed emulsions were very stable. Increasing whey protein content and together decreasing the casein content, results in small reduction in emulsion particle size. Different proteins depending on their composition and structure posses’ properties, which render them, better emulsifiers than others. Caseinate stabilized emulsions were more resistant in heating time than whey stabilized emulsions. The calculated apparent rate constant for the aggregation of caseinate stabilized emulsions at the temperature of 30,5 ᵒC was found to be fourteen times smaller than the one at the temperature of 80,0 ᵒC. Therefore, the aggregation process is faster in high temperatures for caseinate stabilized emulsions, although the maximum of aggregation point is attained at the same time in both temperatures.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε εφαρμογή της Στερικής Μονοφασικής Χρωματογραφίας Χρωματογραφίας βαρυτικού Πεδίου (Μ.Χ.Β.Π.), στη μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας και του pH, στην καταλυτική δραστικότητα εμπορικών στελεχών ζύμης Saccharomyces Cerevisiae. Η τεχνική αυτή είναι απλή, αλλά ευρέως διαδεδομένη τα τελευταία χρόνια, κυρίως για τον προσδιορισμό μεγέθους διαφόρων μορίων και σωματιδίων. Σε αντίθεση με την κλασική χρωματογραφία, στην οποία είναι απαραίτητη η ύπαρξη στατικής φάσης για να επιτευχθεί ο διαχωρισμός των σωματιδίων, στην μονοφασική χρωματογραφία ο διαχωρισμός επιτυγχάνεται με την εφαρμογή κάποιου εξωτερικού πεδίου, που στην προκειμένη περίπτωση είναι το βαρυτικό πεδίο. Η τεχνική αυτή έχει μεγάλο εύρος εφαρμογών, όπως στο διαχωρισμό κολλοειδών σωματιδίων, σωματιδίων αμύλου, κυττάρων ζυμών, καθώς και στην ανάλυση ουσιών με περιβαλλοντικό και φαρμακευτικό ενδιαφέρον. Στην κανονική Μ.Χ.Π όσο μεγαλύτερη μάζα έχουν τα σωματίδια, τόσο πιο αργά θα εκλούονται από την στήλη. Μετά όμως από ένα κρίσιμο όριο η ισορροπία αυτή αντιστρέφεται και τα μεγαλύτερα σωματίδια εκλούονται πρώτα. Σε αυτό το σημείο αρχίζει η εφαρμογή της στερικής Μ.Χ.Β.Π. Ανάλογα με το είδος των κυττάρων που θέλουμε να διαχωρίσουμε καθορίζεται και το εξωτερικό πεδίο που θα εφαρμόσουμε. Με αποτέλεσμα να προκύπτουν και τα διαφορετικά ήδη της μονοφασικής χρωματογραφίας. Στην παρούσα εργασία η Μ.Χ.Β.Π χρησιμοποιήθηκε για την μελέτη και τον χαρακτηρισμό κυττάρων ζύμης, αλλά και για τη συγκριτική μελέτη πάνω στον χρόνο ζύμωσης αλλά και τρόπο ανάπτυξης τους σε θρεπτικά διαλύματα διαφορετικών θερμοκρασιών και pH. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν τα στελέχη Zymaflore F-10 και Zymaflore X-5 της ζύμης Saccharomyces cerevisiae. Οι θερμοκρασίες οι οποίες μελετήθηκαν είναι οι 15οC, 20οC, 25 οC και 30 οC , ενώ οι τιμές pH είναι 3,0 , 4,0 , 5,0 και 6,0. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι τα κύτταρα Zymaflore X-5 παρουσιάζουν μικρότερους χρόνους ζύμωσης σε όλες τις τιμές pH και θερμοκρασίας, σε σχέση με τα κύτταρα Zymaflore F-10. Επίσης, βρέθηκε ότι το βέλτιστο pH και για τα δύο στελέχη είναι το pH 5,0, το οποίο είναι και το pH του θρεπτικού, ενώ η βέλτιστη θερμοκρασία ζύμωσης είναι αυτή των 30 οC / In this study the analytical technique of Gravitational Field- Flow Fractionation (Gr-FFF), which is a type of Field Flow Fractionation ( F.F.F. ), was used for the study of the influence of the temperature and pH on the catalytic activity of varying commercial yeast strains of Saccharomyces Cerevisiae. It is a relatively new, simple, low cost and high accuracy technique, which allows the separation of samples according to their size. The F.F.F. technique has been applied for the separation and characterization of colloids, such as yeast cells, proteins, starch granules, polymers, etc. In F.F.F. the separation take place by applying an external field. According to the type of external field which is used for the separation, the different types of the F.F.F. are result. The Gg.F.F.F. separates the particles based on their mass. When the separation takes part in particles of the same chemical composition, which have the same density, the separation is based to their size. In normal F.F.F. the bigger particles take more time to elute, although under a critical size the separation overbalanced and bigger particles do not react to the external force, so they eluted first from the column. This type of F.F.F. is called steric F.F.F, and is the type of FFF we used in the present study The aim of this study was the separation, categorize and the distinction of the phases of yeast cells, during the alcoholic fermentation at different pH and temperature values. The yeast we study, were the Zymaflore F-10 and Zymaflore X-5, two different parts of Saccharomyces Cerevisiae yeast. The pH scale was 3,0 , 4,0, 5,0 and 6,0 and the temperatures were 15οC, 20οC, 25 οC and 30 οC. From the experimental results we concluded that Zymaflore X-5 cells, have the ability to complete the fermentation process, in smaller time periods at all pH and temperature values compared with Zymaflore F-10 cells. Also, we concluded that the optimum pH value for both strains is pH 5,0 , which is the pH of the medium, while the optimum fermentation temperature is 30 ° C