Colloidal structures of phospholipids in vegetable oil and their potential usage in surface treatment of nanocellulose for food applications
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Licentiate thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2019
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
48
Series
Abstract
The aim of the licentiate’s thesis was to understand the colloidal behaviour of phospholipids in vegetable oils and to study the adsorption of phospholipid nanostructures onto the surface of cellulose nanofibrils. Water concentration, temperature and free fatty acid had an effect on the formation of reverse micelles of phospholipids in vegetable oil. At low water concentration, phospholipids formed solubilized reverse cylindrical micelles above critical micelle concentration (cmc) in the oil. Increasing temperature decreased the cmc of phospholipids in oil. Addition of moderate amount of water into oil caused solubilized phospholipids to form lamellar liquid crystal structures that were precipitated from the oil and formed separate phase. Oleic acid in rapeseed oil increased the solubility of lecithin and suppressed the formation of phospholipid reverse micelles at low water content. In presence of more water, the oleic acid stabilized the reverse micelles and consequently more water was needed to induce the phase separation. Thus it could be concluded that moderate amounts of oleic acid (5 wt.-%, 10 wt.-% and 20 wt.-%) in the oil delayed the removal of phospholipid reverse micelles upon addition of water, and the formation of lamellar structures required more water. This was caused by the increased solubility of lecithin into oil due to the co-solvent effect of oleic acid. Nanocellulose has shown many potential applications in foods, such as emulsifiers, fillers, structuring agents and cholesterol binders. An interesting application for nanocellulose would be the replacement of saturated fats in foods to decrease the fat content and the energy content of the products. To increase the compatibility of nanocellulose with the vegetable oil, the adsorption of phospholipid nanostructures was studied by immersing cellulose nanofibril film into the oily liquid containing phospholipid lamellar structures. The contact angle measurement seemed not to be an optimal way to measure the adsorption of phospholipids onto the surface of nanocellulose due to the variation in the results. Some of the contact angle measurement results indicated that the addition of the oily liquid containing phospholipid lamellar structures onto the surface of nanocellulose decreased the hydrophilicity of the surface after rinsing it with chloroform. In addition, two measurements indicated that the addition of oily liquid containing phospholipid lamellar structures decreased the hydrophilicity of the surface.Lisensiaatin työn tarkoituksena oli ymmärtää fosfolipidien kolloidaalista käyttäytymistä kasviöljyissä sekä tutkia fosfolipidien muodostamien nanorakenteiden kiinnittymistä selluloosananofibrillien pintaan. Vesipitoisuudella, lämpötilalla ja vapailla rasvahapoilla oli vaikutus käänteisten fosfolipidimisellien muodostumiseen kasviöljyssä. Matalassa vesipitoisuudessa fosfolipidit muodostivat liukoisia käänteisiä sylinterinmuotoisia misellejä kriittistä misellipitoisuutta (cmc) korkeammassa pitoisuudessa öljyssä. Lämpötilan nousu madalsi fosfolipidien cmc:tä öljyssä. Kohtuullisen vesimäärän lisäys öljyyn sai liukoiset fosfolipidit muodostamaan lamellaarisia nestekristallirakenteita jotka saostuivat öljystä ja muodostivat erillisen faasin. Oleiinihappo rypsiöljyssä nosti lesitiinin liukoisuutta ja madalsi fosfolipidien käänteisten misellien muodostusta matalassa vesipitoisuudessa. Korkeammassa vesipitoisuudessa oleiinihappo tasapainotti käänteisiä misellejä ja sen seurauksena enemmän vettä tarvittiin käynnistämään faasien erottuminen. Näin ollen voitiin päätellä, että kohtalaiset oleiinihappomäärät (5 paino-%, 10 paino-% ja 20 paino-%) öljyssä hidastivat fosfolipidien käänteisten misellien poistamista veden lisäyksessä ja lamellaaristen rakenteiden muodostuminen vaati enemmän vettä. Tämä johtui lesitiinin suuremmasta liukoisuudesta öljyyn jonka aikaansai oleiinihapon yhteisliuotusvaikutus. Nanoselluloosalla on monia potentiaalisia sovellutuksia elintarvikkeissa kuten emulgaattoreina, täyteaineina, rakenneaineina ja kolesterolin sitojina. Yksi kiinnostava sovellutus nanoselluloosalle olisi tyydyttyneiden rasvojen korvaamisessa elintarvikkeissa vähentämään tuotteiden rasvapitoisuutta ja energiapitoisuutta. Lisätäkseen nanoselluloosan yhteensopivuutta kasviöljyn kanssa, fosfolipidinanorakenteiden kiinnittymistä tutkittiin kastamalla selluloosananofibrillikalvo öljyiseen nesteeseen joka sisälsi fosfolipidien lamellaarisia rakenteita. Kontaktikulmamittaus ei vaikuttanut olevan paras tapa mitata fosfolipidien kiinnittymistä nanoselluloosan pintaan tulosten suuren hajonnan vuoksi. Eräät kontaktikulmamittaustulokset osoittivat että fosfolipidien lamellaarisia rakenteita sisältävän öljyisen nesteen lisäys nanoselluloosan pinnalle vähensi pinnan hydrofiilisyyttä sen jälkeen kun se huuhdeltiin kloroformilla. Lisäksi kaksi mittausta osoitti että fosfolipidejä sisältävän öljyisen nesteen lisäys vähensi pinnan hydrofiilisyyttä.Description
Supervisor
Rojas, OrlandoThesis advisor
Bai, LongHokkanen, Sanna
Keywords
Reverse micelles, phospholipids, vegetable oil, cellulose nanofibrils, käänteiset misellit, fosfolipidit, kasviöljy, selluloosananofibrillit
