HEAL DSpace

ΜΕΛΕΤΗ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΓΑΛΑΚΤΟΣ ΚΑΙ ΥΠΕΡΒΙΟΤΙΚΩΝ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΓΑΛΑΚΤΟΚΟΜΙΚΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ

DSpace/Manakin Repository

Show simple item record

dc.contributor.author ΤΣΕΒΔΟΥ, ΜΑΡΙΑ el
dc.contributor.author TSEVDOU, MARIA en
dc.date.accessioned 2015-09-08T08:21:05Z
dc.date.available 2016-09-08T02:00:16Z
dc.date.issued 2015-09-08
dc.identifier.uri https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41207
dc.identifier.uri http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.2309
dc.rights Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα *
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/ *
dc.subject ΥΠΕΡΥΨΗΛΗ ΠΙΕΣΗ el
dc.subject ΤΡΑΝΣΓΛΟΥΤΑΜΙΝΑΣΗ el
dc.subject ΓΙΑΟΥΡΤΙ el
dc.subject ΠΑΓΩΤΟ el
dc.subject ΔΕΙΚΤΕΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ el
dc.subject HIGH PRESSURE en
dc.subject TRANSGLUTAMINASE en
dc.subject YOGHURT en
dc.subject ICE CREAM en
dc.subject QUALITY INDICES en
dc.title ΜΕΛΕΤΗ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΓΑΛΑΚΤΟΣ ΚΑΙ ΥΠΕΡΒΙΟΤΙΚΩΝ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΓΑΛΑΚΤΟΚΟΜΙΚΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ el
dc.title STUDY OF MILK TREATMENT ALTERNATIVE TECHNOLOGIES AND OF PROBIOTIC MICROORGANISMS IN THE PRODUCTION AND PRESERVATION OF DAIRY PRODUCTS en
dc.contributor.department ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ el
heal.type doctoralThesis
heal.classification ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ el
heal.classification FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY en
heal.language el
heal.access free el
heal.recordProvider ntua el
heal.publicationDate 2015-05-08
heal.abstract Τα ζυμωμένα προϊόντα γάλακτος αποτελούν προϊόντα ευρείας κατανάλωσης από ανθρώπους κάθε ηλικιακής ομάδας με υψηλή διατροφική αξία και γνωστά οφέλη για την υγεία. Η υφή των προϊόντων αυτών εξαρτάται από τη σύσταση του γάλακτος και τις εφαρμοζόμενες μεθόδους κατά την παραγωγή τους. Ειδικότερα κατά την παρασκευή γιαουρτιού, προκειμένου να επιτευχθεί η επιθυμητή υφή του πήγματος, προϊόντα γάλακτος σε μορφή σκόνης, συμπεριλαμβανομένων του αφυδατωμένου άνευ λιπαρών γάλακτος και συμπυκνωμάτων πρωτεϊνών γάλακτος ορρού , αναμιγνύονται με το γάλα κατά τη διαδικασία της τυποποίησης. Σταθεροποιητές, όπως πηκτίνη ή ζελατίνη, προστίθενται συχνά στο γάλα προκειμένου να ενισχυθούν ή να διατηρηθούν οι επιθυμητές ιδιότητες του πήγματος του γιαουρτιού, συμπεριλαμβανομένων της υφής, της αίσθηση στο στόμα, του ιξώδους όπως και της πρόληψης φαινομένων συναίρεσης. Παρόλα αυτά, είναι πιθανό να παρατηρηθούν ατέλειες σχετιζόμενες με την υφή του προϊόντος είτε λόγω υπερβολικής ή λόγω μειωμένης χρήσης σταθεροποιητών, με αποτέλεσμα την εμφάνιση πολύ πηχτού πήγματος ή πολύ ρευστού πήγματος, αντίστοιχα. Ένας ακόμη σημαντικός παράγοντας της ποιότητας των ζυμωμένων προϊόντων γάλακτος που επηρεάζεται ιδιαίτερα από τη σύσταση αλλά και τη διαδικασία παραγωγής τους είναι και το άρωμα. Έχει αποδειχθεί ότι τα επιμέρους στάδια παραγωγής των προϊόντων αυτών, όπως η ομογενοποίηση, η θερμική επεξεργασία, η επώαση και η ψύξη, μπορούν να διαφοροποιήσουν σε μεγάλο βαθμό την ανάπτυξη και απελευθέρωση του αρώματος στα προϊόντα αυτά. Η επεξεργασία με Υπερυψηλή Πίεση (ΥΠ) είναι μία μέθοδος που έχει προταθεί με δυνατότητα να συμβάλει στη βελτίωση της υφής των γαλακτοκομικών προϊόντων εφαρμοζόμενη είτε στο νωπό γάλα, είτε στο τελικό προϊόν. Ο ρυθμός οξίνισης του επεξεργασμένου με ΥΠ γάλακτος είναι υψηλότερος από τον αντίστοιχο του θερμικά επεξεργασμένου γάλακτος, δημιουργώντας πήγματα σε υψηλότερες τιμές pH, και παρέχοντας προϊόντα που εμφανίζουν χαμηλότερα ποσοστά αποβαλλόμενου ορρού και αυξημένες τιμές σφικτότητας. Η τρανσγλουταμινάση (TGase) είναι ένα ένζυμο ικανό να δημιουργεί ομοιοπολικές διασυνδέσεις σε πρωτεϊνικά συστήματα. Ανάμεσα στις πρωτεΐνες του γάλακτος, η καζεΐνη είναι δυνατόν να διασυνδεθεί με τη βοήθεια της TGase λόγω της ευέλικτης και μικρής τακτικής δευτεροταγούς δομής της, ενώ οι πρωτεΐνες του ορρού δεν δύναται να διασυνδεθούν αποτελεσματικά λόγω της σφαιρικής συμπαγούς δομής τους. Μία τέτοια επεξεργασία με TGase μπορεί να εφαρμοστεί προηγούμενα ή ταυτόχρονα με τη ζύμωση του γάλακτος. Στην πρώτη περίπτωση, το ένζυμο θα πρέπει να απενεργοποιείται καταλλήλως στη συνέχεια, συνήθως μέσω θερμικής επεξεργασίας. Η χρήση της TGase κατά την παραγωγή ζυμωμένων γαλακτοκομικών προϊόντων έχει ως αποτέλεσμα τη βελτίωση των χαρακτηριστικών υφής και του ιξώδους του τελικού προϊόντος, της ικανότητάς του για συγκράτηση του νερού, της σταθερότητάς του και των μηχανικών του ιδιοτήτων, καθώς και την αύξηση του ρυθμού οξίνισης των επεξεργασμένων με TGase γαλάτων. Το αντικείμενο του πρώτου μέρους της παρούσας διατριβής ήταν α) η αξιολόγηση της επίδρασης της επεξεργασίας με ΥΠ ή/και της ενζυμικής επεξεργασίας με TGase του γάλακτος στις ποιοτικές παραμέτρους γιαουρτιού τύπου σετ και ανακατεμένου γιαουρτιού με διαφορετικό πρωτεϊνικό περιεχόμενο, β) η μελέτη των μεταβολών των ενδογενών αρωματικών ενώσεων θερμικά επεξεργασμένου και επεξεργασμένου με ΥΠ γάλακτος, απουσία και παρουσία ενός σταδίου ενζυμικής επεξεργασίας του γάλακτος, και γ) η διερεύνηση της επίδρασης των παραπάνω τεχνολογιών στη διατηρησιμότητα των παραγόμενων προϊόντων προκειμένου να αξιολογηθεί η πιθανή παραγωγή και εμπορική βιωσιμότητα ενός τέτοιου προϊόντος. Από τα αποτελέσματα αποδείχθηκε ότι, ο συνδυασμός της επεξεργασίας με ΥΠ (600 MPa/55°C για 10 min) ή/και με TGase (σε συγκέντρωση ενζύμου 2,2 Units/g πρωτεΐνης για το σετ και 2,2 και 3,5 Units/g πρωτεΐνης για το ανακατεμένο γιαούρτι) του γάλακτος οδήγησε σε βελτίωση των χαρακτηριστικών υφής των τελικών προϊόντων, τόσο στην περίπτωση του σετ όσο και του ανακατεμένου γιαουρτιού. Για το σετ γιαούρτι με 3,00% πρωτεϊνικό περιεχόμενο, η επεξεργασία του γάλακτος με TGase μετά από τη θερμική του επεξεργασία αλλά και η αντικατάσταση της θερμικής του επεξεργασίας με επεξεργασία με ΥΠ επέφεραν αύξηση των τιμών της σφικτότητας των τελικών προϊόντων, σημειώνοντας τιμές περίπου 220 και 145 g, έναντι της αντίστοιχης τιμής των 110 g για τα προϊόντα από θερμικά μόνο επεξεργασμένο γάλα. Και στην περίπτωση του ανακατεμένου γιαουρτιού, η ενζυμική επεξεργασία με TGase, όταν εφαρμόστηκε είτε μετά τη θερμική επεξεργασία είτε μετά την επεξεργασία του γάλακτος με ΥΠ, βρέθηκε να αυξάνει την τιμή της σφικτότητας των τελικών ζυμωμένων προϊόντων (μέσες τιμές: 24 και 40 g αντίστοιχα) σε σχέση με την αντίστοιχη για τα ζυμωμένα προϊόντα από θερμικά μόνο επεξεργασμένο γάλα (μέση τιμή: 16 g). Η αύξηση του πρωτεϊνικού περιεχομένου του γάλακτος βρέθηκε να ενισχύει τη βελτίωση των τιμών της σφικτότητας του γιαουρτιού, για όλες τις μελετώμενες επεξεργασίες του γάλακτος. Χαρακτηριστικά αναφέρονται ότι οι τιμές σφικτότητας των προϊόντων από επεξεργασμένο με ΥΠ και ακόλουθα με TGase (σε συγκέντρωση 3,5 Units/g πρωτεΐνης) γάλα βρέθηκαν ίσες με 33,6, 44,1 και 59,8 g για πρωτεϊνικό περιεχόμενο 3,00, 3,40 και 3,75% κ.β. Οι μελετώμενες εναλλακτικές τεχνολογίες, όταν εφαρμόζονται είτε μεμονωμένα ή ακόμη πιο αποτελεσματικά διαδοχικά, αποδείχθηκε ότι επιδρούν θετικά και στα φαινόμενα συναίρεσης των προϊόντων, επιτυγχάνοντας μείωση του ποσοστού αποβαλλόμενου ορρού από τα ζυμωμένα προϊόντα συγκριτικά με το αντίστοιχο ποσοστό των προϊόντων από θερμικά επεξεργασμένο γάλα. Ειδικότερα, για το γιαούρτι σετ με 3,75% πρωτεϊνικό περιεχόμενο, τα ποσοστά αποβαλλόμενου ορρού βρέθηκαν ίσα με 35,9, 32,7, 31,2 και 28,3% για τα προϊόντα από θερμικά επεξεργασμένο, θερμικά και ακόλουθα ενζυμικά με TGase (σε συγκέντρωση 3,5 Units/g πρωτεΐνης) επεξεργασμένο, επεξεργασμένο με ΥΠ και επεξεργασμένο με ΥΠ και ακόλουθα ενζυμικά με TGase (σε συγκέντρωση 3,5 Units/g πρωτεΐνης) επεξεργασμένο γάλα, αντίστοιχα. Η οργανοληπτική αξιολόγηση των προϊόντων έδειξε ότι τα προϊόντα που προέρχονται από επεξεργασμένο με ΥΠ γάλα (χωρίς διαδοχική επεξεργασία με TGase) καθώς και τα προϊόντα που προέρχονται από επεξεργασμένο με TGase γάλα (μετά από τη θερμική επεξεργασία του γάλακτος) εμφάνισαν τις υψηλότερες βαθμολογίες συνολικής οργανοληπτικής αποδοχής. Στην περίπτωση του γιαουρτιού τύπου σετ, η βελτίωση των ποιοτικών χαρακτηριστικών του προϊόντος επιτεύχθηκε χωρίς να υπάρχει ανάγκη για εμπλουτισμό του γάλακτος με πηγή πρωτεΐνης ή με σταθεροποιητές, ενώ στην περίπτωση του γιαουρτιού ανακατεμένου τύπου, κρίθηκε απαραίτητη η προσθήκη μικρής ποσότητας εξωγενούς πρωτεΐνης (0,40% κ.β.), προκειμένου να επιτευχθεί παρόμοια βελτίωση. Αναφορικά με τα αρωματικά χαρακτηριστικά των προϊόντων, η μελέτη της ανάπτυξης και απελευθέρωσης των αρωματικών ενώσεων με Φασματομετρία Μάζας Αντίδρασης Μεταφοράς Πρωτονίων (Proton TRansfer Time-of-Flight Mass Spectrometry, PTR-ToF-MS) έδειξε ότι, η ακεταλδεΰδη ήταν η βασική πτητική ουσία σε μεγαλύτερη ποσότητα, και ακολουθούσαν το διακετύλιο, η ακετοΐνη και η 2-βουτανόνη, ενώ πλήθος άλλων πτητικών οργανικών ενώσεων, όπως κετόνες, αλδεΰδες, καρβοξυλικά οξέα, μονοτερπένια και τερπενοειδή, θειούχες και αζωτούχες ενώσεις ανιχνεύθηκαν επίσης κατά τη διάρκεια της επώασης του γάλακτος. Για τα προϊόντα από γάλα επεξεργασμένο με TGase, ο ρυθμός σχηματισμού των οργανικών πτητικών ουσιών ήταν σημαντικά χαμηλότερος (13,1 ppbv/min-1 για την ακεταλδεΰνη, 1,34 ppbv/min-1 για την ακετοΐνη και 1,06 ppbv/min-1 για τη βουτανόνη) από τον αντίστοιχο για τα προϊόντα από θερμικά επεξεργασμένο γάλα (25,7 ppbv/min-1 για την ακεταλδεΰνη, 4,63 ppbv/min-1 για την ακετοΐνη και 1,29 ppbv/min-1 για τη βουτανόνη). Αναφορικά με την επίδραση της επεξεργασίας του γάλακτος με ΥΠ, αυτή βρέθηκε να διπλασιάζει το ρυθμό σχηματισμού όλων των πτητικών ουσιών κατά τη διάρκεια της ζύμωσης (50,4 ppbv/min-1 για την ακεταλδεΰνη, 2,11 ppbv/min-1 για το διακετύλιο και 8,96 ppbv/min-1 για την ακετοΐνη) σε σχέση με τη συμβατική θερμική επεξεργασία του γάλακτος (25,7 ppbv/min-1 για την ακεταλδεΰνη, 1,44 ppbv/min-1 για το διακετύλιο και 4,63 ppbv/min-1 για την ακετοΐνη). Τα τελευταία χρόνια η παγκόσμια αγορά τροφίμων έχει εστιάσει στα λειτουργικά τρόφιμα και σε αυτή τη βάση αυξάνεται συνεχώς ο αριθμός των γαλακτοκομικών προϊόντων που περιέχουν υπερβιοτικούς μικροοργανισμούς (probiotics). Επιπλέον, δεδομένου ότι η επεξεργασία με ΥΠ μπορεί να εφαρμοστεί στο τελικό στάδιο της παραγωγής των ζυμωμένων γαλάτων, κρίθηκε σκόπιμο να μελετηθεί η συμπεριφορά των μικροοργανισμών αυτών υπό συνθήκες ΥΠ. Έτσι, το αντικείμενο του δεύτερου μέρους της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη της επίδρασης της ΥΠ στη βιωσιμότητα υπερβιοτικών μικροοργανισμών (Bifidobacterium ssp. και Lactobacillus casei) και η αξιολόγηση της εφαρμογής της επεξεργασίας με ΥΠ σε λειτουργικά γαλακτοκομικά προϊόντα με σκοπό τη βελτίωση των ποιοτικών τους παραμέτρων και την αύξηση της διατηρησιμότητάς τους. Επιπρόσθετα, μελετήθηκε η επίδραση της επεξεργασίας με ΥΠ κατά το τελικό στάδιο παραγωγής ρευστού/πόσιμου λειτουργικού επιδόρπιου γιαουρτιού που περιείχε τους μικροοργανισμούς Lactobacillus acidophilus και Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB12. Επεξεργασία με ΥΠ (100-400 MPa στους 20-35ºC για χρόνους επεξεργασίας 10 min) εφαρμόστηκε σε συστήματα μοντέλου που περιείχαν υπερβιοτικούς μικροοργανισμούς και είχαν διαφορετικές τιμές pH (4,80 και 6,50) καθώς και σε λειτουργικά επιδόρπια γιαουρτιού διαφορετικών γεύσεων (φυσική γεύση και γεύση κεράσι). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, στις επιλεγμένες συνθήκες επεξεργασίας με ΥΠ δεν προκαλείται σημαντική μείωση της βιωσιμότητας των εξεταζόμενων υπερβιοτικών μικροοργανισμών. Με βάση τη μέγιστη μείωση του ζωντανού μικροβιακού φορτίου, περίπου κατά 0,4log10CFU/mL, αξιολογήθηκε ότι η επεξεργασία με ΥΠ στις παραπάνω συνθήκες θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε προϊόντα με παρόμοιους μικροοργανισμούς. Προκειμένου να περιγραφεί η επίδραση των συνθηκών εφαρμοζόμενης πίεσης και θερμοκρασίας στη βιωσιμότητα των εξεταζόμενων μικροοργανισμών, αναπτύχθηκε ένα πολυ-παραμετρικό μοντέλο, στο οποίο λαμβάνονται υπόψη οι επιδράσεις τόσο της θερμοκρασίας όσο και της πίεσης στις σταθερές αντίστασης στην πίεση και θερμικής αντίστασης των μικροοργανισμών, αντίστοιχα. Όταν η επεξεργασία με ΥΠ εφαρμόστηκε σε λειτουργικό επιδόρπιο γιαουρτιού στο τελικό στάδιο της παραγωγής του, οι ρεολογικές ιδιότητες του τελικού προϊόντος βελτιώθηκαν και τα φαινόμενα συναίρεσης μειώθηκαν σημαντικά συγκριτικά με τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά τόσο των συμβατικά επεξεργασμένων προϊόντων (μόνο ομογενοποίηση) όσο και των προϊόντων στα οποία εφαρμόστηκε η ΥΠ μετά τη συμβατική επεξεργασία. Ειδικότερα, παρατηρήθηκε αύξηση του συντελεστή συνεκτικότητας (5,57-11,0 Pa•sn έναντι 1,80 Pa•sn) και μείωση του δείκτη ρεολογικής συμπεριφοράς (0,30-0,19 έναντι 0,44), αύξηση του φαινόμενου ιξώδους στα 50s-1 (13,6-24,0 Pa•s έναντι 8,28 Pa•s) και της % ικανότητας συγκράτησης νερού (25,0-27,8% έναντι 24,8%) των εναλλακτικά επεξεργασμένων (σε όλο το εύρος των μελετώμενων πιέσεων) έναντι των συμβατικά επεξεργασμένων προϊόντων φυσικής γεύσης. Οι μεταβολές αυτές βρέθηκαν παρόμοιες και στην περίπτωση των προϊόντων με γεύση κεράσι, σημειώνοντας τιμές 3,89-7,33 Pa•sn και 2,14 Pa•sn για το συντελεστή συνεκτικότητας, 0,35-0,31 και 0,41 για το δείκτη ρεολογικής συμπεριφοράς, 15,8-26,1 Pa•s και 8,41 Pa•s για το ιξώδες στα 50s-1, και 29,7-32,0% και 29,9% για την ικανότητα συγκράτησης νερού, για τα εναλλακτικά επεξεργασμένα (σε όλο το εύρος των μελετώμενων πιέσεων) και τα συμβατικά επεξεργασμένα προϊόντα αντίστοιχα. Επιπλέον, η απώλεια στη βιωσιμότητα των εξεταζόμενων μικροοργανισμών ήταν μικρότερες από 0,5log10CFU/g, και κυμάνθηκαν μεταξύ 0,1-0,5log10CFU/g και 0,1-0,9log10CFU/g για την υπερβιοτική καλλιέργεια και την καλλιέργεια εκκίνησης αντίστοιχα κατά την αποθήκευση των παραγόμενων προϊόντων για 28 ημέρες. Αξίζει να σημειωθεί ότι, για τα επεξεργασμένα με ΥΠ προϊόντα, η βιωσιμότητα των υπερβιοτικών μικροοργανισμών ήταν μεγαλύτερη σε σχέση με τα χωρίς επεξεργασία προϊόντα, γεγονός που σχετίζεται με τη μικρότερη οξύτητα των επεξεργασμένων έναντι των μη επεξεργασμένων προϊόντων, και επομένως με τη διατήρηση ενός ευνοϊκού για την ανάπτυξη των μικροοργανισμών περιβάλλοντος, υποδηλώνοντας ότι η επεξεργασία με ΥΠ μπορεί να αυξήσει τη διατηρησιμότητα των επεξεργασμένων με ΥΠ προϊόντων. Τα κατεψυγμένα επιδόρπια γάλακτος (όπως π.χ. το παγωτό) αποτελούν τρόφιμα ιδιαίτερου ενδιαφέροντος, λόγω της πολύπλοκης δομής τους, αλλά και των δυναμικών μεταβολών που υφίστανται κατά την παραγωγή και την αποθήκευσή τους. Τόσο ο έλεγχος των συνθηκών παραγωγής τους όσο και η επιλογή των κατάλληλων συστατικών αποτελούν βασικές παραμέτρους, προκειμένου να παραχθούν προϊόντα υψηλής ποιότητας, υψηλής αποδοχής από τους καταναλωτές, υψηλής σταθερότητας και παρατεταμένης διάρκειας ζωής. Ένα από τα βασικά συστατικά του παγωτού είναι οι πρωτεΐνες γάλακτος οι οποίες είναι υπεύθυνες για πολλά από τα ποιοτικά χαρακτηριστικά αλλά και τις λειτουργικές ιδιότητες του παγωτού. Ο ρόλος των πρωτεϊνών του γάλακτος είναι καθοριστικός σε ότι αφορά στη γαλακτωματοποίηση των λιπαρών στο μείγμα παγωτού, στην ενσωμάτωση των φυσαλίδων αέρα κατά την παρασκευή του παγωτού, καθώς και στην αναστολή του σχηματισμού παγοκρυστάλλων μεγάλου μεγέθους. Ο σχηματισμός παγοκρυστάλλων μεγάλου μεγέθους καθώς και η παρουσία φαινομένων ανακρυστάλλωσης που συμβαίνουν κατά την αποθήκευση του παγωτού, επηρεάζουν άμεσα τα ποιοτικά του χαρακτηριστικά καθώς και το ρυθμό τήξης του. Αρκετά συστατικά, όπως οι σταθεροποιητές, είναι γνωστό ότι ελέγχουν το σχηματισμό παγοκρυστάλλων, μέσω της ελάττωσης του συντελεστή διάχυσης του νερού της μη κρυσταλλωμένης φάσης. Οι σταθεροποιητές είναι ικανοί να σχηματίζουν ελαστικά πήγματα ή πολύπλοκα δίκτυα, αναστέλλοντας τα φαινόμενα ανακρυστάλλωσης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται για την αντικατάσταση μέρους των λιπαρών του μείγματος παγωτού και βελτιώνουν τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του παγωμένου μείγματος. Ερευνήθηκε η χρήση εναλλακτικών τεχνολογιών, όπως η επεξεργασία με ΥΠ (600 MPa/55°C για 10 min) και η ενζυμική επεξεργασία με TGase (σε συγκεντρώσεις της τάξης του 1, 2, 3 και 4 Units/g πρωτεΐνης του μείγματος παγωτού), εφαρμοζόμενες είτε μεμονωμένα είτε διαδοχικά, στην προετοιμασία μειγμάτων παγωτού και μελετήθηκαν οι πιθανές θετικές επιδράσεις στα ποιοτικά χαρακτηριστικά, και επομένως στη σταθερότητα κατά την αποθήκευση, του τελικού προϊόντος. Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι οι παραπάνω τεχνολογίες έχουν και συνεργιστική δράση πέραν της μεμονωμένης εφαρμογής τους. Ειδικότερα, η ενζυμική επεξεργασία με TGase των μειγμάτων παγωτού μετά τη συμβατική τους επεξεργασία (θερμική επεξεργασία και ομογενοποίηση) οδήγησε σε αύξηση του σύνθετου ιξώδους, μείωση του ρυθμού τήξης, αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας και μείωση της αντικειμενικής σκληρότητας των τελικών παγωμένων προϊόντων σε σχέση με τις τιμές των παραμέτρων για τα αντίστοιχα προϊόντα από μη ενζυμικά επεξεργασμένα μείγματα. Παρόμοιες μεταβολές των παραπάνω παραμέτρων προέκυψαν και για τα προϊόντα από επεξεργασμένα με ΥΠ μείγματα, ενώ για τα προϊόντα από μείγματα επεξεργασμένα με ΥΠ και στη συνέχεια με TGase, οι αντίστοιχες μεταβολές στις τιμές των μελετώμενων παραμέτρων βρέθηκαν ακόμα πιο έντονες. Συγκεκριμένα, ο ρυθμός τήξης βρέθηκε ίσος με 1,37-1,52 g•g-1•min-1 έναντι 2,05 g•g-1•min-1, η θερμική αγωγιμότητα βρέθηκε ίση με 0,682-0,750 W/mK έναντι 0,355 W/mK, η αντικειμενική σκληρότητα βρέθηκε ίση με 9663-5249 g έναντι 12184 g, και το σύνθετο ιξώδες βρέθηκε ίσο με 61325-72475 Pa•s έναντι 39075 Pa•s, για τα προϊόντα από επεξεργασμένα με ΥΠ και στη συνεχεία με TGase μείγματα (για συγκεντρώσεις ενζύμου 1,0-3,0 Units/g πρωτεΐνης) και τα προϊόντα από συμβατικά επεξεργασμένα μείγματα, αντίστοιχα. Συνεπώς, οι παραπάνω τεχνολογίες μπορούν να βρουν εφαρμογή για την παραγωγή βελτιωμένων προϊόντων παγωτού, προκειμένου να αντικατασταθεί η χρήση σταθεροποιητικών μέσων. Με βάση τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής, προτείνεται η αντικατάσταση της θερμικής επεξεργασίας και συμβατικής ομογενοποίησης των μειγμάτων από επεξεργασία με ΥΠ, ή/και η εφαρμογή μίας ενζυμικής επεξεργασίας των μειγμάτων, χρησιμοποιώντας συγκεντρώσεις ενζύμου της τάξης των 2,0-3,0 Units/g πρωτεΐνης, είτε κατόπιν της συμβατικής μεθόδου θερμικής επεξεργασίας και ομογενοποίησης είτε σε συνδυασμό με επεξεργασία με ΥΠ. Συμπερασματικά, τόσο η επεξεργασία με ΥΠ όσο και η ενζυμική επεξεργασία με TGase του γάλακτος μπορούν να βελτιώσουν τα χαρακτηριστικά υφής και τις ρεολογικές ιδιότητες ποικίλων γαλακτοκομικών προϊόντων, συμπεριλαμβανομένων και λειτουργικών τροφίμων, να αποτρέψουν φαινόμενα συναίρεσης σε προϊόντα γιαουρτιού και φαινόμενα ανακρυστάλλωσης σε προϊόντα παγωτού, να οδηγήσουν σε αύξηση του ρυθμού σχηματισμού των κυριότερων αρωματικών ενώσεων και να επιμηκύνουν τη διάρκεια ζωής των τελικών προϊόντων, χωρίς να μεταβάλλουν τη λειτουργικότητά τους και χωρίς να απαιτούν υποχρεωτικά την προσθήκη πρόσθετων ουσιών (π.χ. πρωτεϊνικά παρασκευάσματα, σταθεροποιητές), ικανοποιώντας ταυτόχρονα τις απαιτήσεις του σύγχρονου καταναλωτικού κοινού για «φρέσκα» τρόφιμα. el
heal.abstract Fermented milks are widely consumed dairy products by people of all age-group with high nutritional value and well-known health benefits. The texture of these products is determined by the composition of the milk base and the method which is used for their production. In yoghurt production practice, in order to achieve a final gel of increased firmness, demanded by the current consumer trends, milk powders, including non-fat dry milk, whey protein concentrates or milk protein concentrates, are blended with the milk during the standardization procedure. Stabilizers, such as, pectin or gelatin, are often added to the milk base to enhance or maintain the appropriate yoghurt properties including texture, mouth-feel, appearance, viscosity/consistency and to prevent wheying-off phenomena. However, there can be textural defects related to the use of stabilizers, including over-stabilization or under-stabilization that may result in a “jello-like” springy texture or “runny” body of yoghurt, respectively. Moreover, flavour is amongst the most important parameters affecting the perceived quality of fermented milks, being influenced by compositional and processing factors. It is well established that individual processing steps such as homogenization, thermal treatment, incubation and cooling may change flavour development and release. High Pressure (HP) processing has been proposed as a method that could contribute to texture improvement of dairy products and, it can be applied either to raw milk which is used for the production of dairy products, or to the final product. The rate of acidification of HP-treated milk is higher than of thermally treated milk, it coagulates at higher pH value and, fermented products prepared from HP-treated milk exhibit lower amounts of whey separation and increased gel strengths. Transglutaminase (TGase) is an enzyme able to introduce covalent cross-links in proteinaceous systems. Among milk proteins, caseins can be easily cross-linked by TGase due to their flexible and limited secondary structure, while whey proteins are not efficiently cross-linked due to their globular compact structure. TGase treatment of milk can be applied prior or during the fermentation of the milk. In the first case the enzyme should be subsequently inactivated, usually by a thermal treatment step. The utilization of TGase in dairy products results in altered firmness, viscosity/consistency, water holding capacity, stability, fermentation capacity and mechanical properties of the gel. The objectives of the first part of this study were a) to evaluate the effect of HP or TGase treatment or the combination of the above treatments of milk on the quality attributes of set and stirred yoghurt of different protein levels, b) to monitor the endogenous flavour compounds changes of thermally or HP treated milk, in the presence or absence of a TGase pre-treatment step, and c) to investigate the effect of the above treatments of milk on the shelf life of yoghurt during refrigerated storage, in order to determine whether such a product could be produced and be commercially viable. The results of this study indicated that, HP treatment of milk (600 MPa/55°C for 10 min), when applied individually or more effectively in sequence to enzyme treatment with TGase (in an enzyme concentration of 2.2 Units/g protein for the set yoghurt and, 2.2 and 3.5 Units/g protein for stirred yoghurt) led to improvement of the textural attributes of the final fermented product, both in case of set and stirred yoghurt. In the cese of set yoghurt with 3.0% protein content, enzyme treatment of milk with TGase applied subsequently to thermal treatment but also the replacement of thermal treatment by HP treatment led to an increased in the instrumental hardness of the final product, exhibiting values of 220 and 145 g, as compared to the corresponding one of 110 g of products prepared from thermally treated milk. Similarly, in the case of stirred yoghurt, enzyme treatment of milk, applied after either thermal or HP treatment of milk, found to increase instrumental hardness of the final fermented product (mean values of hardness: 24 and 40 g respectively) when compared to product prepared from thermally treated milk ((mean value of hardness: 16 g). The increase in the protein content of milk found to improve the textural attributes of the final product for all tested treatments of milk, only in the case of stirred yoghurt, revealing e.g. values of instrumental hardness equal to 33.6, 44.1 and 59.8 g for samples prepared from HP- and subsequently TGase-treated milk with 3.00, 3.40 and 3.75% protein content respectively. Moreover, the alternative treatments of milk, when applied solely or in combination, found to improve also the water holding capacity of the final product, achieving reduction in the percentage of eliminated serum in comparison to the corresponding percentage of eliminated serum in products prepared from thermally-treated milk. For example, in the case of set yoghurt with 3.75% protein content, the percentage of eliminated serum were equal to 35.9, 32.7, 31.2 and 28.3% for samples prepared from thermally treated, thermally and subsequently TGase (in enzyme concentration of 3.5 Units/g protein) treated, HP-treated and, HP- and subsequently TGase (in enzyme concentration of 3.5 Units/g protein) treated milk respectively. Sensory evaluation indicated that yoghurt samples prepared from HP-treated milk and those prepared from thermally and subsequently TGase treated milk exhibited the highest scores of overall acceptance. Conclusively, in the case of set yoghurt, the improvement of quality characteristics of the final fermented product was achieved without the need of solid fortification of milk (e.g. external protein source, stabilizer etc.). However in the case of stirred yoghurt, the addition of a small amount of external protein source (0.40%w/w) was required in order to achieve similar improvement on the quality indices of the final fermented product. Furthermore, analysis of flavour development and release by Proton TRansfer Time-of-Flight Mass Spectrometry (PTR-ToF-MS) showed that acetaldehyde was the most abundant volatile organic compound (VOC) followed by diacetyl, acetoin and 2-butanone, while a great number of other VOCs, e.g. ketones, aldehydes, carboxylic acids, monoterpens and και terpenes, sulphur and nitrogen compounds were also detected during the lactic acid fermentation of milk. For TGase-treated milk, the rates of VOCs (acetaldehyde, diacetyl, acetoin, 2-butanone) formation was significantly lower (13.1 ppbv/min-1 for acetaldehyde, 1.34 ppbv/min-1 for acetoin and, 1.06 ppbv/min-1 for 2-butanone) to the ones thermally treated ones (25.7 ppbv/min-1 for acetaldehyde, 4.63 ppbv/min-1 for acetoin and, 1.29 ppbv/min-1 for 2-butanone). With regard to the effect of HP treated of milk on the rates of VOCs formation, it was observed that HP treatment doubled the rate of all VOCs formation (50.7 ppbv/min-1 for acetaldehyde, 2.11 ppbv/min-1 for diacetyl and, 8.96 ppbv/min-1 for acetoin) compared to the ones observed for thermally-treated milk (25.7 ppbv/min-1 for acetaldehyde, 1.44 ppbv/min-1 for diacetyl and, 4.63 ppbv/min-1 for acetoin) during the fermentation process. In recent years, an increasing number of dairy products include probiotic microorganisms since the global market focuses on functional foods. Additionally, since HP treatment can be applied at the final stage of fermented milks production, it was the behaviour of probiotic microorganisms under HP processing has to be considered. Thus, the objectives of the second part of this research was to study the effect of HP treatment on the viability of probiotic microorganisms (Bifidobacterium spp. and Lactobacillus casei) and to evaluate the applicability of the HP process to a functional dairy product in order to improve its quality parameters and shelf life. Furthermore, the effect of HP processing on the quality characteristics of probiotic drinking yoghurt (comprising Lactobacillus acidophilus and Bifidobacterium lactis BB12) was studied. Based on literature data, HP processing (100-400 MPa at 20 to 35ºC for process time of 10 min) was applied in model systems of various pH values (4.80 and 6.50) and in probiotic drinking yoghurt of different flavours (plain and cherry). Results indicated that the applied conditions were not detrimental to the viability of the examined probiotic bacteria (Bifidobacteria ssp. and Lactobacillus casei). The maximum calculated inactivation due to the HP process was reduction of approximately 0.4log10CFU/mL in viable cells of the bacteria and hence, it is possible to be applied in products with this kind of probiotic culture. In order to describe the effect of pressure and temperature process conditions on the viability of the tested probiotic bacteria, a single multi-parameter equation was applied. This proposed equation takes into account the effect of pressure on the zT-value, while the zP-value does not depend on process temperature within the tested pressure-temperature range. The parameters of this model were estimated for the most baro-sensitive microorganisms and for each growth medium individually. When HP processing was applied in probiotic drinking yoghurt at the final stage of its production, the rheological attributes of the final product were improved and the whey separation phenomena where significantly decreased compare to the corresponding characteristics of both conventionally prepared products and those where HP processing was applied subsequently to the conventional treatment. In particular, it was observed an increase in consistency coefficient (5.57-11.0 Pa•sn compared to 1.80 Pa•sn) and a decrease in flow behaviour index (0.30-0.19 compared to 0.44), and an increase in viscosity (13.6-24.0 Pa•s compared to 8.28 Pa•s) and water holding capacity (25.0-27.8% compared to 24.8%) of the alternative treated products (in the whole range of tested pressures) of plain flavour as compared to the conventionally treated ones. Similar results were observed in the case of cherry flavoured products, revealing values of 3.89-7.33 Pa•sn and 2.14 Pa•sn of the consistency coefficient, 0.35-0.31 and 0.41 of the flow behaviour index, 15.8-26.1 Pa•s and 8.41 Pa•s of the viscosity at 50s-1 and, 29.7-32.0% and 29.9% f the water holding capacity, for the alternative treated products (in the whole range of tested pressures) and the conventionally treated ones, respectively. Additionally, the viability loss of the tested microorganisms (yoghurt starter culture, Bifidobacterium animalis ssp. lactis BB12 and Lactobacillus acidophilus LA5) was lower than 0.5log10CFU/g, and it was ranged between 0.1-0.5log10CFU/g and 0.1-0.9log10CFU/g for the starter culture bacteria and probiotic bacteria, respectively, at the end of the shelf life of the products (28days). A greater viability of probiotic microorganisms was observed in the HP-treated samples than that in the untreated ones, which may be due to lower acidity of HP-treated samples compared to the untreated ones and thus, with the maintenance of a favourable environment for the growth of these bacteria, indicating a potential for extending shelf life of the HP-treated products. Frozen milk desserts (e.g. ice cream) are products of high interest due to the complicacy of their structure and the dynamic changes which occur during their production process and storage. The monitor of the production process conditions as well as the selection of the optimal ingredients are the major parameters in order to achieve products of high quality and consumer acceptability, high product stability and extended shelf life. One of the main ingredients of ice cream is milk proteins which are related to the quality characteristics and functional properties of the final product. Milk protein play an important role in emulsification of fat in the ice cream mix, stabilization of the air bubbles when the mixes are aerated during manufacture, and structuring the (unfrozen) aqueous phase to prevent excessive growth of ice crystals. The formation of large size of ice crystals and the occurrence of ice recrystallization phenomena during storage affect the rheological properties and melting resistance of ice cream. Several substances, such as stabilizers, are known to control ice crystallization by reducing the water diffusion coefficient of unfrozen phase. Stabilizers are able to form elastic colloidal gels and/or complex networks that prevent ice recrystallization. Moreover, they can be used in ice cream production to replace fat content and to improve sensorial perception of the final product. At the third part of this research, a first approach on the application of alternative technologies, such as HP (600 MPa/55°C for 10 min) and enzymatic (in enzyme concentrations of 1.0, 2.0, 3.0 and 4.0 Units/g protein) pre-treatment of ice cream mixes, when applied solely or subsequently, and their possible positive effects on the quality characteristics and thus to the storage stability of the final product was conducted. The results of the present dissertation indicated that the above technologies may also have a synergistic action in addition to their individual application. In particular, the enzyme treatment with TGase of ice cream mixtures after conventional treatment (heat treatment and homogenization) led to an increase in the complex viscosity, decrease in melting rate, increase in thermal conductivity and instrumental hardness of the final frozen products, as compared to the corresponding frozen products prepared from enzyme untreated mixes. Similar changes were also observed for the frozen products prepared from HP-treated mixes, while for products prepared from mixes prepared with HP- and subsequently TGase-treated mixes, the corresponding changes in the quality parameters were found even more acute. Particularly, melting rate was found to be equal to 1.37-1.52 g•g-1•min-1 compared to 2.05 g•g-1•min-1, thermal conductivity was found to be equal to 0.682-0.750 W/mK compared to 0.355 W/mK, instrumental hardness was found equal to 9663-5249 g compared to 12184 g, and complex viscosity was found equal to 61325-72475 Pa•s compared to 39075 Pa•s, for frozen products prepared from HP- and subsequently TGase-treated mixes (in enzyme concentrations of 1.0-3.0 Units/g protein) compared to the ones of conventionally treated mixes. Thus, the above technologies are capable to be applied in ice cream production in order to replace the use of stabilizers. According to the results of the present study, the replacement of homogenization and thermal treatment of ice cream mixes by treatment with HP, and/or the application of an enzymatic pre-treatment step (using enzyme concentrations of 2.0-3.0Units/g protein) either subsequent to conventional thermal treatment and homogenization, or in combination with HP treatment of ice cream mixes are proposed. In conclusion, HP and TGase treatment of milk can improve the textural and rheological properties of a great variety of dairy products, including functional ones, prevent the occurrence of whey separation phenomena in yoghurt-like products and ice recrystallization phenomena in frozen milk products (and thus it can reduce the need of costly solid fortification of the milk base), lead to a significant increase in the formation rate of the volatile compounds and, extend the shelf life of the final product, while maintaining the functionality of these products, without the use of added substances (e.g. protein preparations or stabilizers) being mandatory and, at the same time satisfying the demand of modern consumers for “fresh” products. en
heal.sponsor Η παρούσα διατριβή χρηματοδοτήθηκε μέσω υποτροφίας του Ιδρύματος Κρατικών Υποτροφιών (Νοέμβριος 2006 - Νοέμβριος 2009) el
heal.advisorName ΤΑΟΥΚΗΣ, ΠΕΤΡΟΣ el
heal.committeeMemberName ΤΑΟΥΚΗΣ, ΠΕΤΡΟΣ el
heal.committeeMemberName ΤΖΙΑ, ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΑ el
heal.committeeMemberName ΧΡΙΣΤΑΚΟΠΟΥΛΟΣ, ΠΑΥΛΟΣ el
heal.committeeMemberName ΜΠΕΖΙΡΤΖΟΓΛΟΥ, ΕΥΓΕΝΙΑ el
heal.committeeMemberName ΩΡΑΙΟΠΟΥΛΟΥ, ΒΑΣΙΛΙΚΗ el
heal.committeeMemberName ΚΡΟΚΙΔΑ, ΜΑΓΔΑΛΗΝΗ el
heal.committeeMemberName ΣΤΟΦΟΡΟΣ, ΝΙΚΟΛΑΟΣ el
heal.academicPublisher Σχολή Χημικών Μηχανικών el
heal.academicPublisherID ntua
heal.numberOfPages 324
heal.fullTextAvailability true


Files in this item

The following license files are associated with this item:

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα Except where otherwise noted, this item's license is described as Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα