IESL-FORTH

ΑΜΕΡΙΚΑΝΙΚΗ ΓΕΩΡΓΙΚΗ ΣΧΟΛΗ

Language Undefined

Read more about ΑΜΕΡΙΚΑΝΙΚΗ ΓΕΩΡΓΙΚΗ ΣΧΟΛΗ

Β ΤΣΙΑΝΑΒΑΣ ΑΒΕΕ

Language Undefined

Read more about Β ΤΣΙΑΝΑΒΑΣ ΑΒΕΕ

Start Date: 28/02/2020, End Date: 07/08/2023

Η συσκευασία τροφίμων παίζει σημαντικό ρόλο στην ποιότητα, ασφάλεια, διάρκεια ζωής και την εμπορευσιμότητα ενός τροφίμου. Τα τελευταία χρόνια, η τάση για ασφαλέστερα και πιο υγιεινά τρόφιμα έχει οδηγήσει στη μελέτη και αξιοποίηση φυσικών αντιμικροβιακών ουσιών είτε σε πρόσμιξη με τα τρόφιμα, είτε με επικάλυψη των τροφίμων με αυτές τις ουσίες. Ακόμη περισσότερο, είναι εφικτή και τυγχάνει διεθνούς έρευνας η ανάπτυξη «έξυπνης» ή «ενεργούς» συσκευασίας που μπορεί να προστατεύει ενεργά το τρόφιμο έναντι αλλοιογόνων και παθογόνων μικροοργανισμών αλλά και ενάντια σε οξειδωτικές αλλοιώσεις του λίπους, του χρώματος και των αρωματικών ουσιών. Αυτή η ενεργή (αντιμικροβιακή-αντιοξειδωτική) συσκευασία μπορεί σε αρκετές περιπτώσεις να αντικαταστήσει τη χρήση συνθετικών συντηρητικών στη μάζα του τρόφιμου, έτσι ώστε είτε να μην χρησιμοποιούνται ή να μην καταναλώνονται καθόλου συντηρητικά από τον καταναλωτή, τα οποία είναι βλαβερά για την υγεία (νιτρώδη άλατα, σορβικά άλατα, θειώδη άλατα, κλπ).

Η αντιμικροβιακή-αντιοξειδωτική μη εδώδιμη συσκευασία μπορεί να επιτευχθεί με την ενσωμάτωση ή την επικάλυψη πολυστρωματικών φιλμ πολυμερών με αντιμικροβιακές ουσίες (όπως αιθέρια έλαια, πολυφαινόλες, κλπ) και αφορά τη συσκευασία τροφίμων υπό κενό ή σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα (ΜΑΡ). Η ανάπτυξη νέων αντιμικροβιακών φιλμ πολυμερών θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά τη διάρκεια ζωής και την ασφάλεια και να βελτιώσει τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά ευαλλοίωτων τροφίμων όπως τα επεξεργασμένα ζωικά τρόφιμα (τυροκομικά και αλλαντικά), που συχνά αλλοιώνονται πρόωρα οδηγώντας σε επιστροφές και οικονομικές απώλειες, ή αποτελούν μέσα μετάδοσης τροφιμογενών λοιμώξεων/τοξινώσεων. Επιπλέον, τα εδώδιμα αντιμικροβιακά φιλμ (μεμβράνες βιοπολυμερών) με βάση την χιτοζάνη (αντιμικροβιακός πολυσακχαρίτης) ή/και τις οροπρωτεϊνες γάλακτος, με ή χωρίς ενσωμάτωση αντιμικροβιακών-αντιοξειδωτικών ουσιών, έχουν αποκτήσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον καθώς μπορούν να εφαρμοστούν σε μη ευαλλοίωτα τρόφιμα (συχνά χωρίς την ανάγκη επιπλέον συσκευασίας), αυξάνοντας σημαντικά την διάρκειά ζωής τους. Η συγκεκριμένη έρευνα έχει ως σκοπό τη μελέτη και ανάπτυξη καινοτόμων αντιμικροβιακών και αντιοξειδωτικών φιλμ συσκευασίας (εδώδιμων και μη εδώδιμων) με χρήση φυσικών βιοδραστικών ουσιών και την εφαρμογή τους σε τυριά και αλλαντικά που υπόκεινται σε σημαντικές μικροβιακές αλλοιώσεις και οξειδώσεις λίπους, χρώματος, αρώματος, ώστε να παραχθούν ασφαλή τρόφιμα με βελτιωμένα ποιοτικά χαρακτηριστικά και αυξημένη διάρκεια ζωής. Στο πλαίσιο αυτό, θα παραχθούν μικρο- και νάνο-σωματίδια αιθέριων ελαίων ρίγανης, δενδρολίβανου και θυμαριού ή/και αντίστοιχα σωματίδια φυσικών αντιοξειδωτικών καρπών ελιάς, με σκοπό να χρησιμοποιηθούν σαν εσωτερική προσθήκη ή υλικό επικάλυψης σε τυπικά πολυμερικά φιλμ συσκευασίας τροφίμων που ήδη χρησιμοποιούνται για το σκοπό αυτό [πχ πολυγαλακτικό οξύ (PLA) κ.α], καθώς και σε εδώδιμα φιλμ πχ από Χιτοζάνη ή πρωτεΐνες ορού γάλακτος κ.α. Τα φιλμ που θα δοκιμαστούν στην συνέχεια σε συσκευασία τυριών και αλλαντικών με σκοπό να εξακριβωθεί ποια από αυτά προάγουν την αντι-μικροβιακή σταθερότητα και παρέχουν προστασία έναντι της οξειδωτικής τάγγισης και βέβαια αν πλεονεκτούν από τα απλά χωρίς προσθήκη φιλμ που ήδη κυκλοφορούν στην αγορά. Επομένως, τα τελικά εργαστηριακά φιλμ θα μπορούν να οδηγήσουν σε νέα υλικά για εύκαμπτες συσκευασίες τροφίμων αντιμικροβιακή δράση.

Τέλος, αναφορικά με τις οικονομικές προοπτικές των υπό ανάπτυξη προϊόντων, αυτά αφορούν μια παγκόσμια αγορά με έντονη δραστηριότητα, αυτή των πλαστικών με αντι-μικροβιακές ιδιότητες, η οποία προβλέπεται να φθάσει τα 3,6 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2020 όπου κατά 30% θα κατανεμηθεί στην Ευρώπη, 30% στην Αμερική και 30% στην Ασία, αλλά και της εύκαμπτης συσκευασίας, η οποία αναμένεται να αυξηθεί κατά (CAGR) 4,5% από το 2018 έως το 2021, και προβλέπεται να φθάσει τα 93.725 εκατ. ευρώ έως το 2021.

Το έργο ΝανοΒιοΠΑΨΚ επικεντρώνεται στην επίτευξη αποτελεσματικής αντί-μικροβιακής συμπεριφοράς σε εύκαμπτες μεμβράνες συσκευασίας τροφίμων και με βάση την λειτουργικότητα τύπων πολυμερούς που περιέχει αιθέρια έλαια και βασίζεται σε τρεις ενότητες:

- Στην παραγωγή μικρο- και νάνο-σωματιδίων αιθέριων ελαίων,

- Στην ενσωμάτωσή τους σε εύκαμπτες πολυμερικές μεμβράνες

- Στη μελέτη της αντι-μικροβιακής δράσης των παραγόμενων μεμβρανών σε τυρί και αλλαντικά

Οι προσεγγίσεις του έργου NanoBioPACK αφορούν:

1: Υλικό συσκευασίας :
1(α) Υλικά συσκευασίας – μη εδώδιμα (για συσκευασία κενού)
Θα παραχθούν συνθετικά πολυμερή (πχ PLA) π.χ. υδατοστεγή, αεροστεγή, με χαμηλή διαπερατότητα στο οξυγόνο, στα οποία θα ενσωματωθούν οι αντιοξειδωτικές/αντι-μικροβιακές ουσίες.
1(β) Υλικά επικάλυψης τροφίμων-εδώδιμα (για απευθείας επικάλυψη επιφάνειας τροφίμων)
Θα παραχθούν εδώδιμα φιλμ με ή χωρίς άλλη αντιμικροβιακή-αντιοξειδωτική ουσία από φυσικά βιοπολυμερή, όπως πρωτεΐνες ορού γάλακτος κ.α.

2: Συντηρητικές ουσίες:
Φυσικά συντηρητικά με βάση αιθέρια έλαια όπως από θυμάρι, ρίγανη και δενδρολίβανο καθώς και φυσικής αντιοξειδωτικές ενώσεις όπως πολυφαινόλες ελιάς.
Τα συντηρητικά θα προστεθούν σε υλικά συσκευασίας με δύο τρόπους: ενδιάμεσα σε φύλλα ή με ενσωμάτωση στην επιφάνεια. Για την προσθήκη αυτή θα χρησιμοποιηθούν διάφορες τεχνικές (χρήση υπερήχων και κρυογονικής λυοφιλίωσης, δημιουργία μίκρο ή/και νάνο ιεραρχημένης τοπογραφίας στην επιφάνεια της μεμβράνης με χρήση λιθογραφίας, σταδιακή απορρόφηση κλπ).

3. Μελέτη αντι-οξειδωτικής δράσης των φίλμς σε ποικιλία τροφίμων:
Θα μελετηθεί η αντιοξειδωτική δράση, χρησιμοποιώντας πχ τη χημική ποιότητα (Μηλονική διαλδεΰδη) σε
- Αλλαντικά ζυμούμενα (πχ σαλάμι αέρος),
- Αλλαντικά παστεριωμένα (γαλοπούλα ή πάριζα)
- Τυριά ωρίμανσης (πχ γραβιέρα).

4. Μελέτη αντι-μικροβιακής δράσης των φίλμς σε ποικιλία τροφίμων και μελέτη βελτίωσης της ασφάλειάς τους:
Ως παραμέτρους ελέγχου θα χρησιμοποιούμε τη μικροβιολογική ποιότητα, και το χρόνο συντήρησης. H μελέτη θα γίνει σε συνθήκες φυσιολογικές συντήρησης σε ψύξη 4C και σε συνθήκες τεχνητής γήρανσης (challenge test) σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Η μελέτη θα αφορά τη βελτίωση της ασφάλειας (μείωση παθογόνων), και την αύξηση της διάρκειας ζωής (μείωση αλλοιογόνων μοκροοργανισμών) στα ευαλλοίωτα τρόφιμα που αναφέρθηκαν παραπάνω.
Οι παθογόνοι μικροοργανισμοί που θα μελετηθούν ως φυσική παρουσία και μετά από ενοφθαλμισμό στα παραπάνω τρόφιμα είναι ενδεικτικά Listeria monocytogenes, Salmonella Typhimurium, Escherichia coli, Staphylococcus aureus.
Αντίστοιχα, οι αλλοιογόνοι μικροοργανισμοί που θα μελετηθούν θα είναι μέρος της αυτόχθονης μικροχλωρίδας: Ολική Μεσόφιλη Χλωρίδα (ΟΜΧ), Pseudomonas spp., Enterobacteriaceae (κρέας-αλλαντικά) Γαλακτικά Βακτήρια (κρέας-αλλαντικά), Ζύμες-Μύκητες (Ζυμούμενα αλλαντικά και τυριά).

Principal Investigator

Dr. Kenanakis George

Principal Researcher

Students

Ms. Kontogianni Georgia-Ioanna

Ph.D. student

External Personnel

Dr. Baikousi Maria

Ms. Katsara Klytaimnistra

Mr. Vrithias Nikolaos Raphael

Η μεθοδολογία υλοποίησης ακολουθεί τις διεθνείς πρακτικές στο αντικείμενο και αποτελείται από τα παρακάτω βήματα στις ακόλουθες ΕΕ:

ΕΕ1: Διερεύνηση τεχνικών και χημικών χαρακτηριστικών και εμπορικών απαιτήσεων σχετικά με υλικά συσκευασίας τροφίμων.

Συντονιστής: Τσιανάβας, Διάρκεια: Μ1-M6, Στόχος: Η διερεύνηση των προδιαγραφών (τεχνικών και χημικών) των πολυμερικών υλικών και των αιθέριων ελαίων που είναι κατάλληλα για χρήση σε συσκευασία τροφίμων. Παράλληλα Θα μελετηθούν οι εμπορικές απαιτήσεις των υλικών αυτών για χρήση σε συσκευασίες αλλαντικών και τυριών.

Διακριτές δράσεις:

1.1: Έρευνα – Βιβλιογραφική ανασκόπηση: Θα διερευνηθεί η χρήση νέων υλικών στη συσκευασία τροφίμων, όπως οι εδώδιμες μεμβράνες και οι επικαλύψεις με αντι-μικροβιακούς παράγοντες (π.χ. αιθέρια έλαια και εκχυλίσματα αρωματικών φυτών) που μπορούν να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής και να βελτιώσουν τη συνολική ποιότητα των συσκευασμένων αλλαντικών και τυροκομικών προϊόντων.

1.2: Διερεύνηση της συμβατότητας και αναμειξιμότητάς των αιθέριων με τις υπό χρήση πολυμερικές μήτρες: Θα διερευνηθεί η συμβατότητα και η αναμειξιμότητα των προτεινόμενων αιθέριων ελαίων από την 1.1 σε πολυμερικές μήτρες, με έμφαση το PLA. Λαμβάνοντας υπόψη τα αποτελέσματα αυτά, θα επιλεγούν οι κατάλληλες τεχνικές ενσωμάτωσης των αιθέριων ελαίων σε πολυμερικές μεμβράνες.

Παραδοτέο 1.1: Έκθεση σε σχέση με τεχνικά και χημικά χαρακτηριστικά και εμπορικές απαιτήσεις σχετικά με υλικά συσκευασίας τροφίμων Μ6.

ΕΕ2: Σύνθεση, χαρακτηρισμός και τροποποίηση φυσικών συντηρητικών.

Συντονιστής: ΤΕΙΘ, Διάρκεια: Μ2-M18. Στόχος: Παραγωγή μικρο- και νάνο-σωματιδίων αιθέριων ελαίων ρίγανης, δενδρολίβανου και θυμαριού καθώς και αντίστοιχα σωματίδια φυσικών αντιοξειδωτικών καρπού ελιάς είτε σε καθαρή μορφή είτε σε συνδυασμό με αντιοξειδωτικά ροδιού και εσπεριδοειδών με σκοπό να χρησιμοποιηθούν σαν εσωτερική προσθήκη ή υλικό επικάλυψης σε πολυμερικά φιλμ συσκευασίας τροφίμων.

Διακριτές Δράσεις

2.1: Παραγωγή μικρο-σωματιδίων εγκλωβισμού αιθέριων ελαίων με κρυογονική λυοφιλίωση: Θα παραχθούν μικρο-σωματίδια εγκλωβισμού των τριών αιθερίων ελαίων (ρίγανης-δενδρολίβανου και θυμαριού) καθώς και πολυφαινολών ελιάς σε καθαρή μορφή ή σε μίγμα με εκχύλισμα φλοιού ροδιού ή εσπεριδοειδών, σε διάφορους φορείς, με χρήση συνδυασμένης τεχνολογίας υψηλής ομογενοποίησης με χρήση υπερήχων και κρυογονικής λυοφιλίωσης, με σκοπό την χρήση τους σε πολυμερικές συσκευασίες τροφίμων.

2.2: Παραγωγή και νάνο-σωματιδίων εγκλωβισμού αιθέριων ελαίων με ηλεκτροσπρέι: Θα παραχθούν νανο-σωματίδια εγκλωβισμού των αιθερίων ελαίων και πολυφαινολών ελιάς σε διάφορους φορείς με τη χρήση ηλεκτροσπρέι βάσει υψηλού ηλεκτρικού πεδίου για την ξήρανση και ενθυλάκωση.

Παραδοτέο 2.1: Φυσικά συντηρητικά σε κατάλληλη μορφή για ενσωμάτωση σε πολυμερική μήτρα

Παραδοτέο 2.2: Έκθεση αποτελεσμάτων παραγωγής μικρο- και νανο-ενθυλακωμένων αιθέριων ελαίων και φυσικών αντιοξειδωτικών για χρήση σε πολυμερικά φίλμ ενεργού συσκευασίας τυριών και αλλαντικών και δοκιμής της αποτελεσματικότητας τους Μ18, Παραδοτέο 2.3: Έκθεση σε σχέση με τα χαρακτηριστικά των φυσικών συντηρητικών Μ18.

ΕΕ3: Ανάπτυξη και βασικός χαρακτηρισμός μεμβρανών συσκευασίας τροφίμων με φυσικά συντηρητικά ως πρόσθετα.

Συντονιστής: ΙΤΕ-ΙΗΔΛ, Διάρκεια: Μ4-M24, Στόχος: Παραγωγή και χαρακτηρισμός πολυμερικών μεμβρανών εμπλουτισμένων με αιθέρια έλαια, για χρήση στη συσκευασία τροφίμων.

Διακριτές Δράσεις

3.1: Παραγωγή πολυμερικών μεμβρανών με ενθυλακωμένα αιθέρια έλαια: Θα παραχθούν μεμβράνες είτε με προσθήκη των παραγόμενων κόνεων της ΕΕ2 στο σώμα του πολυμερούς, είτε με χρήση επικάλυψης.

3.2 Ενσωμάτωση αιθέριων ελαίων σε πολυμερικά υλικά – Παραγωγή μεμβρανών: Θα ενσωματωθούν εμπορικά διαθέσιμα αιθέρια έλαια σε πολυμερή με χημικές τεχνικές καθώς και με την τεχνική της κρυογονικής λυοφιλίωσης. Παράλληλα, θα διαμορφωθούν εύκαμπτες πολυμερικές μεμβράνες (εμπλουτισμένες με αιθέρια έλαια) μέσω πίεσης εν θερμώ (hot pressing).

3.3: Παραγωγή πολυμερικών μεμβρανών με νανο-λιθογραφικές τεχνικές: Θα δημιουργηθούν μίκρο ή/και νάνο δομές με αντι-μικροβιακές ιδιότητες στην επιφάνεια πολυμερούς με χρήση μητρών λιθογραφίας για αποτύπωση. Με τον τρόπο αυτό θα δημιουργηθούν πολυμερικές επιφάνειες που θα αναστέλλουν (μίκρο-δομές) τη δέσμευση βακτηρίων καθώς και επιφάνειες (νάνο-δομές) οι οποίες θα διατρυπούν την κυτταρική μεμβράνη βακτηρίων. Παράλληλα, θα εμπλουτιστούν οι παραπάνω μεμβράνες με αιθέρια έλαια (μέσω ψεκασμού) ώστε να παραχθούν μεμβράνες συσκευασίας τροφίμων.

3.4 Χαρακτηρισμός μεμβρανών συσκευασίας τροφίμων : Θα πραγματοποιηθεί πλήρης δομικός και φασματοσκοπικός χαρακτηρισμός των σύνθετων πολυμερικών υλικών με χρήση περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ (XRD), φασματοσκοπίας Raman και FT-IR. Θα πραγματοποιηθεί έλεγχος τυχόν αλλοίωσης/οξείδωσης των ελαίων λόγω των διεργασιών που έχουν υποστεί για να ενσωματωθούν στην πολυμερική μήτρα.

Παράλληλα, θα γίνει πραγματοποιηθεί χωρική ανάλυση (mapping) των πολυμερικών μεμβρανών με τη χρήση φασματοσκοπίας Raman και FT-IR, και έλεγχος της διασποράς και της χημικής σύστασης των υπό μελέτη ελαίων στον όγκο των κατασκευασμένων σύνθετων πολυμερικών υλικών.

Με βάση τα αποτελέσματα της δράσης 3.4, θα επανακαθοριστούν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά των μεμβρανών με στόχο μια βέλτιστη συσκευασία τροφίμων.

Παραδοτέο 3.1: Μεμβράνες συσκευασίας τροφίμων με φυσικά συντηρητικά ως πρόσθετα Μ24.

Παραδοτέο 3.2: Έκθεση σε σχέση με τα χαρακτηριστικά των μεμβρανών συσκευασίας Μ24.

Παραδοτέο 3.3: Έκθεση δημοσιότητας Μ24.

ΕΕ4: Αξιολόγηση των μεμβρανών σε συσκευασία τυριών και αλλαντικών.

Συντονιστής: ΤΕΙΚ, Διάρκεια: Μ13-M24, Στόχος: Συσκευασία αλλαντικών και τυριών με τις μεμβράνες της ΕΕ3, αξιολόγησή τους ως προς τη χρήση τους στη συσκευασία τροφίμων.

Διακριτές Δράσεις

4.1: Συσκευασία τυριών - Μελέτη μικροβιολογικής και χημικής τους ποιότητας: Θα συσκευαστούν τυριά διαφόρων τύπων και να γίνει παρακολούθηση της μικροβιακής χλωρίδας τους αλλά και της οξειδωτικής τάγγισης τους για τουλάχιστον 4-12 μήνες ανάλογα με τον επιθυμητό χρόνο ζωής τους. Ως παραμέτρους ελέγχου θα χρησιμοποιούμε την μικροβιολογική ποιότητα, την χημική ποιότητα (Μηλονική διαλδεΰδη) και το χρόνο συντήρησης. Παράλληλα θα μελετηθεί η μεταβολή του αρωματικού προφίλ των προϊόντων κατά τη διάρκεια συντήρησης καθώς και τα κιναισθητικά και οργανοληπτικά τους χαρακτηριστικά. H μελέτη θα γίνει σε συνθήκες φυσιολογικές συντήρησης σε ψύξη 4°C και σε συνθήκες τεχνητής γήρανσης (challenge test) σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Η μελέτη θα αφορά τη βελτίωση της ασφάλειας (μείωση παθογόνων), και την αύξηση της διάρκειας ζωής (μείωση αλλοιωγόνων μοκροοργανισμών) των τυροκομικών προϊόντων.

Οι παθογόνοι μικροοργανισμοί που θα μελετηθούν μετά από ενοφθαλμισμό στα παραπάνω τρόφιμα είναι ενδεικτικά Salmonella Typhimurium, Escherichia coli, Staphylococcus aureus.

Αντίστοιχα, οι αλλοιωγόνοι μικροοργανισμοί που θα μελετηθούν είναι: Ολική Μεσόφιλη Χλωρίδα (ΟΜΧ), Ζύμες-Μύκητες ενδεικτικά του γένους Penicillium.

Παράλληλα, θα μελετηθεί η επίδραση της συσκευασίας στην επιθυμητή μικροχλωρίδα (οξυγαλακτικά βακτήρια) των τυριών.

4.2: Συσκευασία αλλαντικών - Μελέτη μικροβιολογικής και χημικής τους ποιότητας: Θα συσκευαστούν αλλαντικά διαφόρων τύπων και να γίνει παρακολούθηση της μικροβιακής χλωρίδας τους. Οι παθογόνοι μικροοργανισμοί που θα μελετηθούν μετά από εμβολιασμό στα παραπάνω τρόφιμα είναι ενδεικτικά Listeria monocytogenes Salmonella Typhimurium, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Campylobacter jejuni.

Αντίστοιχα, οι αλλοιογόνοι μικροοργανισμοί που θα μελετηθούν θα είναι μέρος της αυτόχθονης μικροχλωρίδας: Ολική Μεσόφιλη Χλωρίδα (ΟΜΧ), Pseudomonas spp., Enterobacteriaceae, , οξυγαλακτικά βακτήρια, Ζύμες-Μύκητες .

Παραδοτέο 4.1: Έκθεση σχετική με την αξιολόγηση των μεμβρανών σε συσκευασία τυριού και αλλαντικού Μ24.

Παραδοτέο 4.2: Έκθεση δημοσιότητας Μ24.

ΕΕ5: Βελτιστοποίηση των λειτουργικών χαρακτηρισμών των μεμβρανών και έλεγχος της διαχρονικής συμπεριφοράς τους.

Συντονιστής: ΑΓΣ, Διάρκεια: Μ18-M36, Στόχος: Αξιολόγηση και βελτιστοποίηση των παραγόμενων μεμβρανών ώστε να έχουν την επιθυμητή δράση για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Διακριτές Δράσεις:

5.1 Μελέτη μηχανικών ιδιοτήτων μεμβρανών συσκευασίας τροφίμων : Θα μελετηθούν διαχρονικά οι μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών της ΕΕ3, καθώς η ικανότητα προσρόφησης νερού και τη διαπερατότητά τους σε υδρατμούς (κάθε 2 μήνες).

5.2 Μελέτη λειτουργικότητας μεμβρανών συσκευασίας τροφίμων με το χρόνο: Με χρήση των μεμβρανών που παρήχθησαν την ίδια ημερομηνία στα πλαίσια της ΕΕ3 θα συσκευαστούν ίδιες ποικιλίες αλλαντικών και τυριών με διαφορά 2 μηνών. Θα επαναληφθεί η αξιολόγηση των μεμβρανών όπως περιγράφεται στην ΕΕ4 προκειμένου να φανεί η διαχρονική συμπεριφορά των προτεινόμενων υλικών συσκευασίας.

Παραδοτέο 5.1: Μεμβράνες με βελτιστοποιημένη λειτουργική ικανότητα Μ36.

Παραδοτέο 5.2: Έκθεση σχετικά με τα λειτουργικά χαρακτηριστικά και την διαχρονική συμπεριφορά των βελτιστοποιημένων μεμβρανών Μ36.

ΕΕ6: Αξιολόγηση της συμπεριφοράς των μεμβρανών και της δυνατότητας τους σε σχέση με ένταξη της διαδικασίας σε μονάδα παραγωγής αλλά και προώθηση τους στην αγορά.

Συντονιστής: Νανότυπος, Διάρκεια: Μ31-M36, Στόχος: Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων ως προς τις δυνατότητες τους για άμεση χρήση σε επιχειρηματικό επίπεδο.

Δράση:

Με βάση τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα των προηγούμενων ΕΕ, θα μοντελοποιηθεί η συμπεριφορά των πολυμερικών μεμβρανών, εμπλουτισμένων με αιθέρια έλαια σε σχέση με τη χρήση τους στη συσκευασία τροφίμων, ενώ παράλληλα, θα συσχετιστεί αυτή με τα βασικά χαρακτηριστικά των επιμέρους υλικών. Απώτερος στόχος να αξιολογηθεί όχι μόνο η ικανότητας τους για την επαρκή συσκευασία αλλαντικών και τυριών, αλλά και η δυνατότητα μεταφοράς των σχετικών υλικών και διαδικασιών σε μονάδες παραγωγής.

Παραδοτέο 6.1: Έκθεση δημοσιότητας Μ36.

Παραδοτέο 6.2: Έκθεση σχετικά με την δυνατότητα προώθηση των μεμβρανών στην αγορά Μ36

Nanotypos

https://www.nanotypos.com/

Ελληνικό Μεσογειακό Πανεπιστήμιο - ΕΛΜΕΠΑ (πρώην ΤΕΙ Κρήτης)

https://hmu.gr/

Β ΤΣΙΑΝΑΒΑΣ ΑΒΕΕ

ΑΜΕΡΙΚΑΝΙΚΗ ΓΕΩΡΓΙΚΗ ΣΧΟΛΗ

https://www.afs.edu.gr/

Funding

ESPA 2007-2013 (ΕΣΠΑ)

Nanotypos

Language Undefined

Read more about Nanotypos

ENHSS

Language Undefined

Read more about ENHSS

ΤΕΚΜΑΡ

Language Undefined

Read more about ΤΕΚΜΑΡ

Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων

Language Undefined

Read more about Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων

SEMI-WEB
Προηγμένα δομικά στοιχεία ενεργειακής αναβάθμισης με πρόσθετα σύνθετα υλικάμεταβολής φάσης η/και κεραμικών αφρών με ιδιότητες ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης

Start Date: 16/06/2020, End Date: 15/07/2023

Project Website

Το ερευνητικό έργο SEMI-WEB θα έχει ως κύριο στόχο την ανάπτυξη νέων προηγμένων δομικών στοιχείων με τη χρήση σύνθετων υλικών μεταβολής φάσεως (Phase Change Materials: PCMs) - νανοϋλικών άνθρακα, που θα παρουσιάζουν υβριδικές ιδιότητες συνδυάζοντας τη μείωση των απαιτήσεων για απαιτήσεις θέρμανση/ψύξη των κατασκευών προσφέροντας παράλληλα ηλεκτρομαγνητική θωράκιση από ασύρματες ακτινοβολίες.

Ως ενισχυτικά-πρόσθετα προτείνεται να χρησιμοποιηθούν:
(α) Οργανικά PCMs παραφίνης
- ως έχουν
- ενισχυμένα με νανουλικά άνθρακα
- ενθυλακωμένα σε σταθεροποιητές σχήματος από πορώδη άνθρακα

(β) Κεραμικοί αφροί παραγόμενοι από κατάλοιπα βιομηχανικών δραστηριοτήτων και ανακτημένο υαλόθραυσμα
- Σε μορφή πορώδους μήτρας -σταθεροποιητού σχήματος για ενθυλάκωση PCMs
- Σε μορφή σύνθετου υαλοκεραμικού αφρού ως πορώδους μήτρας για ενθυλάκωση γραφίτη

Οι καινοτόμες ιδιότητες που εισάγονται μέσω των παραπάνω πρόσθετων, στα παραδοσιακά δομικά στοιχεία αφορούν τις ικανότητες για:
- Αποθήκευση θερμικής ενέργειας και μείωση του ημερήσιου μεταδιδόμενου μέγιστου φορτίου ψύξης και θέρμανσης των κατασκευών.
- Μείωση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε ένα χώρο, προσφέροντάς ηλεκτρονική θωράκιση και λειτουργία ως ασπίδα ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών.

Τα τελευταία χρόνια τα υλικά PCMs για αποθήκευση θερμικής ενέργειας λανθάνουσας θερμότητας (Latent Heat Thermal Energy Storage: LHTES) έχουν τραβήξει την προσοχή τόσο στο επιστημονικό όσο και στο τεχνολογικό χώρο λόγω της αποδοτικής χρήσεώς τους για διάφορες εφαρμογές. Σήμερα η χρήση των PCMs για LHTES τους ως θεωρείται η προτιμότερη μέθοδος, λόγω της ασφάλειας, σταθερότητας και της υψηλής πυκνότητας ενεργειακής αποθήκευσης που προσφέρουν.

Πάνω από 200 ενώσεις έχουν χρησιμοποιηθεί ως PCMs, ανάμεσά τους αρκετές εμπορικές ενώσεις, οι οποίες γενικά κατατάσσονται σε τρεις κατηγορίες: οργανικά (παραφίνες ή άλλες οργανικές ενώσεις κυρίως λιπαρά οξέα), ανόργανα (ένυδρα άλατα) και ευτηκτικά (διάφορα μείγματα αλάτων). Όταν τα υλικά αυτά εισάγονται στα εξωτερικά ή εσωτερικά δομικά στοιχεία ενός κτιρίου, κατά τη διάρκεια της ημέρας απορροφούν θερμότητα από το περιβάλλον.

Καθώς τήκονται σταθεροποιούν την εσωτερική θερμοκρασία του κτιρίου. Η χρήση των PCMs σε κτίρια αποτρέπει απότομες αλλαγές στην εσωτερική τους θερμοκρασία και εξοικονομεί ενέργεια μειώνοντας τις απαιτήσεις θέρμανσης / ψύξης. Εδώ και δεκαετίες, τα PCMs παραφίνης 4 είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα υλικά ως μέσα αποθήκευσης λανθάνουσας θερμότητας για θερμική αναβάθμιση γυψοσανίδων και συναφών προϊόντων, γύψων. Ο λόγος για αυτό είναι πολύ απλός. Σε εσωτερικά κατασκευών, τα PCMs παραφίνης παρουσιάζουν θερμοκρασία τήξης μεταξύ 19 και 24°C και επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθούν με τα καλύτερα αποτελέσματα, δεδομένου ότι η περιοχή αυτή θερμοκρασιών είναι κοντά στο λεγόμενο ανθρώπινο επίπεδο άνεσης.

Οι θερμοκρασίες τήξης κεριών παραφίνης όπως η-εξαδεκάνιο, η-επταδεκάνιο και η-οκταδεκάνιο ταιριάζουν απόλυτα με την απαιτούμενη για το σκοπό αυτό περιοχή θερμοκρασιών. Η πλέον απλή μέθοδος της ενσωμάτωσης των PCMs σε γυψοσανίδες είναι ο απευθείας εμποτισμός τους με τα PCMs σε υγρή μορφή ή η ενθυλάκωση των PCMs σε μικροκάψουλες (κυρίως πολυμερικές) που εισάγονται στο ρευστοποιημένο γύψο. Σημαντικά αναβαθμισμένα πρόσθετα παράγονται όταν τα PCMs ενισχύονται με νανουλικά άνθρακα5 η ενθυλακώνονται σε πορώδη υλικά που δρουν ως σταθεροποιητές σχήματος και οδηγούν σε σύνθετες γυψοσανίδες υψηλής απόδοσης.

Οι σανίδες αυτές μπορούν να περιέχουν και άνω του 50% κατά βάρος σε PCMs τα οποία λόγω της ενθυλάκωσης στους σταθεροποιητές σχήματος εμφανίζουν εξαιρετική θερμική απόδοση-σταθερότητα αλλά και υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Για κάθε περιοχή και ανάλογα με τις κλιματικές συνθήκες που επικρατούν μπορεί να επιλεγεί το κατάλληλο PCM που χαρακτηρίζεται από συγκεκριμένη θερμοκρασία αλλαγής φάσης.

Από την άλλη πλευρά, τα τελευταία χρόνια η πρόοδος της τεχνολογίας συγχρόνως με την αύξηση του όγκου μετάδοσης της πληροφορίας έχει αναπόφευκτα οδηγήσει στη ανάπτυξη τεχνολογιών επικοινωνίας που λειτουργούν σε υψηλές ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων, για τις οποίες είναι απαραίτητη η χρήση υψηλών συχνοτήτων δηλαδή στη μικροκυματική περιοχή. Ηλεκτρονικές συσκευές οι οποίες χρησιμοποιούνται ευρύτατα αφορούν τηλεπικοινωνιακούς δορυφόρους, διάφορα συστήματα ραντάρ, ασύρματα τοπικά δίκτυα, κινητή τηλεφωνία και πολλά άλλα.

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που παράγονται από αυτές τις ηλεκτρονικές συσκευές επηρεάζουν την λειτουργία άλλων συσκευών με δυσμενή αποτελέσματα. Αυτό είναι το γνωστό φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής (electromagnetic interference ή EMI), η οποία μπορεί να προκαλέσει δυσλειτουργία σε ευαίσθητες ιατρικές συσκευές, διάφορα ρομποτικά συστήματα ή ακόμη και βλάβες στον ανθρώπινο οργανισμό και έτσι καταλήγει σε δημόσιο μπελά για τον άνθρωπο.

Πιθανές δημόσιες και/ή ιδιωτικές περιοχές που μπορούν να επηρεαστούν σημαντικά από τη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι σχολεία, παιδικοί σταθμοί, οικίες, δωμάτια ξενοδοχείων, δωμάτια νοσοκομείων και γενικότερα ιατρικοί χώροι, ερευνητικοί/επιστημονικοί χώροι αλλά και ο περιβάλλον χώρος ηλεκτρονικών συσκευών, ειδικά αυτών που αφορούν την εκπομπή και λήψη σημάτων. Για να αντιμετωπιστούν τα προβλήματα αυτά ήταν και είναι απαραίτητη η ανάπτυξη υλικών θωράκισης για τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές για την περιοχή των μικροκυμάτων. Η ανάπτυξη και ο χαρακτηρισμός των υλικών αυτών γίνεται με γοργό ρυθμό και με όλο και μεγαλύτερο ενδιαφέρον.

Βασικά υπάρχουν δύο μέθοδοι θωράκισης από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία: (α) με απορρόφηση, όπου ένα απορροφητικό υλικό μετατρέπει την προσπίπτουσα ακτινοβολία σε θερμότητα ή και άλλου είδους ενέργεια ωφέλιμη ή όχι, και (β) με ανάκλαση, όπου ένα υλικό ανακλά, προς μία ή περισσότερες διευθύνσεις, την προσπίπτουσα σε αυτό ακτινοβολία μίας ή περισσοτέρων συχνοτήτων. Οι μέθοδοι αυτές βασίζονται σε φυσικά υλικά ή σύνθετα υλικά, με την σχετική απόδοση να εξαρτάται από τον τρόπο κατασκευής τους, τη γεωμετρία τους, τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες καθώς και τις ιδιότητες της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (συχνότητα, πόλωση, κατανομή και ισχύ).

Συνήθως, τα υλικά που χρησιμοποιούνται για ηλεκτρομαγνητική θωράκιση είναι μεταλλικού τύπου, με ότι αυτό συνεπάγεται αναφορικά με την ευχρηστία και την αντοχή στο περιβάλλον. Στη αιχμή της τεχνολογίας σήμερα βρίσκονται καινοτόμα σύνθετα υλικά που διαθέτουν άριστες ιδιότητες ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης αλλά και πολύ καλές μηχανικές ιδιότητες, μειωμένο βάρος, είναι περισσότερο ελαστικά, δεν διαβρώνονται, δεν οξειδώνονται και μπορούν να αντικαταστήσουν με μεγάλη επιτυχία τα μεταλλικά υλικά σε πάρα πολλές εφαρμογές.

Η νανοτεχνολογία φαίνεται να αποτελεί μία άριστη προσέγγιση προς την κατεύθυνση αυτή, λόγω των μοναδικών φυσικών και χημικών ιδιοτήτων διαφόρων νανοϋλικών, όπως για παράδειγμα το γραφένιο, οι νανοσωλήνες και οι νανοΐνες άνθρακα9,10, τα μεταλλικά νανοσωματίδια 11 και οι νανοδομές οξειδίων μετάλλων 12,13, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως νανοπρόσθετα για την ανάπτυξη νανοσύνθετων υλικών. Τα νανοϋλικά αυτά χρησιμοποιούνται σήμερα σε συνδυασμό με δομικά ή γενικά κατασκευαστικά υλικά, όπως προϊόντα τσιμέντου, πολυμερών και κεραμικών με πολύ ελπιδοφόρα αποτελέσματα.

Η πρόταση στηρίζεται σε δύο παράλληλες καινοτόμες δράσεις.

Η 1η δράση αφορά την παρασκευή οργανικών PCMs από παραφίνες (C16-C18, n-οκταδεκάνιο) ενισχυμένων με νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλού τοιχώματος (Multi-Walled NanoTubes-MWNTs) τα οποία θα προσροφηθούν σε πορώδη ενεργό άνθρακα (Activated Carbon-AC) ή διογκωμένο γραφίτη (Expanded Graphite-EG) που θα λειτουργήσουν ως σταθεροποιητές σχήματος (Shape Stabilizers-SS). Όταν τα υλικά αυτά εισάγονται στα εξωτερικά ή εσωτερικά δομικά στοιχεία ενός κτιρίου, κατά τη διάρκεια της ημέρας απορροφούν θερμότητα από το περιβάλλον. Καθώς τήκονται σταθεροποιούν την εσωτερική θερμοκρασία του κτιρίου. Η χρήση των PCMs σε κτίρια αποτρέπει απότομες αλλαγές στην εσωτερική τους θερμοκρασία και εξοικονομεί ενέργεια μειώνοντας τις απαιτήσεις θέρμανσης / ψύξης.

Η 2η δράση αφορά την ανάπτυξη σύνθετων κεραμικών αφρών (Ceramic Foams-CF) με ενθυλάκωση γραφίτη ή ενεργού άνθρακα, τα οποία ως πληρωτικά υλικά γυψοσανίδων και τσιμεντοσανίδων θα τις ενισχύσουν με ιδιότητες ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης. Τα προηγμένα δομικά υλικά που θα αναπτυχθούν θα μπορούν να προσροφούν ηλεκτρομαγνητική (ΕΜ) ακτινοβολία και να χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές ηλεκτρονικής θωράκισης ως ασπίδες ηλεκτρονικών παρεμβολών (ElectroMagnetic Interference-ΕΜΙ). Ως πρώτες ύλες για την ανάπτυξη των κεραμικών αφρών θα χρησιμοποιηθεί κυρίως ερυθρά ιλύς (red mud), ένα κατάλοιπο από την προ απαιτούμενη επεξεργασία του βωξίτη της εγχώριας βιομηχανίας αλουμινίου και ανακτημένο υαλόθραυσμα, γεγονός που εγγυάται το χαμηλό κόστος παραγωγής των μητρών και το περιβαλλοντικό όφελος. Επιπρόσθετα, οι κεραμικοί αφροί- μήτρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σταθεροποιητές σχήματος των PCMs για παραγωγή άλλου τύπου δομικών στοιχείων με χρήση υλικών μεταβολής φάσεως.

Τα νέα δομικά στοιχεία που θα αναπτυχθούν θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή πρωτότυπου δωματίου μετρήσεων για την αξιολόγηση της απόδοσης των νέων δομικών στοιχείων ως μέσων αποθήκευσης θερμικής ενέργειας και ως ασπίδων παρεμβολών ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Τόσο οι ερευνητικές ομάδες όσο και οι εμπλεκόμενες επιχειρήσεις στο έργο έχουν την απαιτούμενη εμπειρία και τεχνογνωσία ώστε να ολοκληρώσουν με επιτυχία τις ενότητες εργασίας που αναλαμβάνουν, δημιουργώντας νέα καινοτόμα ανταγωνιστικά προϊόντα. Τα αποτελέσματα του έργου αναμένουμε να προβάλουν και να αναδείξουν την συνεισφορά της νανοτεχνολογίας και των νέων τεχνολογιών παραγωγής υλικών στην τεχνολογία των έξυπνων κατασκευών.

Η κύρια καινοτομία του έργου αφορά την ανάπτυξη νέων προηγμένων δομικών στοιχείων τύπου ξηράς δόμησης που θα φέρουν υβριδικές ιδιότητες ώστε ταυτόχρονα να εξοικονομούν ενέργεια μειώνοντας τις απαιτήσεις θέρμανσης / ψύξης των κατασκευών στις οποίες χρησιμοποιούνται ενώ παράλληλα απορροφούν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία λειτουργώντας ως ασπίδες προσφέροντας ηλεκτρονική θωράκιση. Παράλληλα όμως στο πλαίσιο του παρόντος έργου καινοτόμες δράσεις είναι και :
i) η ανάπτυξη σύνθετων υλικών PCMs ενισχυμένων θερμικά και ταυτόχρονα σταθεροποιημένων σχηματικά με δύο νανουλικά άνθρακα ώστε να μην χρειάζονται ενθυλάκωση σε μικρο ή μακρο κάψουλες.
ii) η ανάπτυξη σύνθετων κεραμικών αφρών με ενθυλακωμένο γραφίτη ή άλλες μορφές άνθρακα, σε ένα στάδιο χαμηλής ενεργειακής απαίτησης, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως νέες ασπίδες ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.
iii) η χρήση βιομηχανικών καταλοίπων της εγχώριας βιομηχανίας και του ανακτημένου υαλοθραύσματος, ως πρώτων υλών για την παρασκευή προηγμένων υλικών ευρείας χρήσεως γεγονός που μειώνει το εθνικό οικολογικό αποτύπωμα και ενισχύει την κυκλική οικονομία.

Tο έργο επίσης αποσκοπεί στην αποτελεσματική και ουσιαστική σύμπραξη δύο ερευνητικών φορέων με δύο επιχειρηματικούς φορείς και στην εκτεταμένη ανταλλαγή τεχνογνωσίας μεταξύ τους για την ανάπτυξη προηγμένων δομικών υλικών με τη βοήθεια των νέων εξελίξεων στον τομέα των νανοϋλικών άνθρακα και των διαδικασιών παραγωγής κεραμικών υλικών. Δυνητικοί χρήστες των καινοτόμων δομικών υλικών είναι εταιρίες και ιδιώτες που ενδιαφέρονται να κατασκευάσουν κατοικίες και πάσης φύσεως κτίρια με βελτιωμένο ενεργειακό και περιβαλλοντικό αποτύπωμα.

Το συνεργατικό σχήμα του έργου αποτελείται από δύο ερευνητικούς φορείς, το Εργαστήριο Κεραμικών και Σύνθετων Υλικών (CCL) του Τμήματος Μηχανικών Επιστήμης Υλικών του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων (ΠΙ), το Εργαστήριο Φωτονικών-, και Μετα-υλικών (PPM Group, IESL-FORTH) Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ (ΙΗΔΛ) του Ιδρύματος Τεχνολογίας Έρευνας (ΙΤΕ) και δύο επιχειρηματικούς φορείς, την ΤΕΚΜΑΡ Ο.Ε. (ΤΕΚΜΑΡ) εταιρεία παροχής ολοκληρωμένων λύσεων περιβαλλοντικής και ενεργειακής διαχείρισης κτιριακών έργων και ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και η εταιρία Energy Houses (ENHSS) η οποία δραστηριοποιείται στο χώρο των προκατασκευασμένων ενεργειακών κατοικιών, συνδυάζοντας άρρηκτα την υψηλή ποιότητα με το ιδιαίτερα χαμηλό κόστος.

Το SEMI-WEB υλοποιείται στο πλαίσιο της Δράσης Εθνικής Εμβέλειας “ΕΡΕΥΝΩ – ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ – ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ” της Παρέμβασης ΙΙ (Β' κύκλος)– Συμπράξεις Επιχειρήσεων με Ερευνητικούς Οργανισμούς, η οποία συγχρηματοδοτείται από εθνικούς πόρους (μέσω του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα & Καινοτομία – ΕΠΑνΕΚ, ΕΣΠΑ 2014-2020) και από κοινοτικούς πόρους (Ευρωπαϊκή Ένωση, Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης) (κωδικός έργου Τ2ΕΔΚ-02073).