Έξυπνη συσκευασία:  Έρευνα και επιλογή συνδυασμού ενζύμου–υποστρώματος για την ανάπτυξη ΤΤΙ με  χρονο-θερμοκρασιακή απόκριση κατάλληλη για τον έλεγχο ποιότητας και ασφάλειας στη ψυκτική αλυσίδα στρειδιών

Καλιούπη, Καλλιόπη; Kalioupi, Kalliopi

dc.contributor.author	Καλιούπη, Καλλιόπη	el
dc.contributor.author	Kalioupi, Kalliopi	en
dc.date.accessioned	2017-01-25T09:04:36Z
dc.date.available	2017-01-25T09:04:36Z
dc.date.issued	2017-01-25
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44242
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13680
dc.rights	Default License
dc.subject	Έξυπνες συσκευασίες	el
dc.subject	Χρονο-θερμοκρασιακοί δείκτες	el
dc.subject	Στρείδια	el
dc.title	Έξυπνη συσκευασία: Έρευνα και επιλογή συνδυασμού ενζύμου–υποστρώματος για την ανάπτυξη ΤΤΙ με χρονο-θερμοκρασιακή απόκριση κατάλληλη για τον έλεγχο ποιότητας και ασφάλειας στη ψυκτική αλυσίδα στρειδιών	el
dc.title	Smart packaging:Development and application of enzymatic TTI for monitoring quality and safety of oysters in the cold chain	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη και τεχνολογία τροφίμων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	30-09
heal.abstract	Η ψυκτική αλυσίδα των τροφίμων χαρακτηρίζεται από μεγάλες απώλειες ποιότητας σε συνδυασμό με πιθανά ζητήματα ασφάλειας που προκύπτουν, λόγω σημαντικών αποκλίσεων από τις προδιαγραφές της επιτρεπόμενης θερμοκρασίας. Τρόφιμα υψηλής θρεπτικής αξίας αλλά και ιδιαίτερα ευαλλοίωτα, όπως είναι τα θαλασσινά, μπορεί να υπόκεινται σε ποιοτική υποβάθμιση και μερικές φορές η διάρκεια ζωής τους να διαφέρει από την προβλεπόμενη λόγω έκθεσής τους σε κρίσιμες θερμοκρασίες. H απόκλιση της θερμοκρασίας από τα επιτρεπτά όρια θα μπορούσε να οδηγήσει σε ορισμένες περιπτώσεις σε ανάπτυξη παθογόνων μικροοργανισμών, θέτοντας σε κίνδυνο την υγεία του καταναλωτή. Ο έλεγχος της χρονο-θερμοκρασιακής έκθεσης των τροφίμων, είναι ένα σημαντικό ζήτημα για τη διατήρησή τους και για το λόγο αυτό υπάρχει ανάγκη ανάπτυξης και τυποποίησης κατάλληλων δεικτών με ευέλικτο φάσμα τόσο θερμοκρασιακής ευαισθησίας, όσο και χρόνου απόκρισης. Το σκοπό αυτό εξυπηρετούν οι χρονο-θερμοκρασιακοί δείκτες (Time Temperature Indicators- TTI) που είναι οικονομικές, έξυπνες μικροδιατάξεις οι οποίες δείχνουν, μέσω εύκολα μετρήσιμων αλλαγών, το χρονο-θερμοκρασιακό ιστορικό του τροφίμου στο οποίο είναι προσαρμοσμένες. Σκοπό της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτέλεσε η κινητική μελέτη της απόκρισης νέων ενζυμικών ΤΤΙ τύπου LP σε ευρύ θερμοκρασιακό εύρος (0-30οC), η εύρεση του κατάλληλου ΤΤΙ και η χρήση του για τον έλεγχο της ποιότητας και ασφάλειας στρειδιών κατά τη συντήρηση και διακίνησή τους σε πραγματικές συνθήκες, καθώς και η ανάπτυξη μοντέλου πρόβλεψης της ανάπτυξης του παθογόνου μικροοργανισμού V. parahaemolyticus που αναπτύσσεται στα στρείδια. Η αρχή λειτουργίας των μελετηθέντων ενζυμικών δεικτών έχει ως βάση την αντίδραση ενζύμου-υποστρώματος, η οποία εξελίσσεται με σταθερό ρυθμό σε μία συγκεκριμένη θερμοκρασία και η οποία χαρακτηρίζεται από αλλαγή χρώματος (από πράσινο χρώμα κατά την ενεργοποίησή του, σε σταδιακή αλλαγή σε κίτρινο και τελικά κόκκινο χρώμα κατά τη λήξη του ΤΤΙ). Στους ενζυμικούς δείκτες που μελετήθηκαν το ένζυμο των δεικτών ήταν λιπάση από Rhizopus oryzae και το υπόστρωμα μίγμα τριλαουρίνης τριπαλμιτίνης (τύπου LP). Οι δείκτες που μελετήθηκαν είχαν διαφορετική περιεκτικότητα ενζύμου (LP_5U, LP_10U, LP_20U, LP_50U, LP_100U, LP_200U, LP_400U, LP_600U). Κατά το πρώτο στάδιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκε κινητική μελέτη της απόκρισης των ενζυμικών δεικτών ΤΤΙ τύπου LP σε θερμοκρασίες ψύξης (0-15οC) αλλά και υψηλότερες (15-30οC), μέσω της οποίας προέκυψαν οι συναρτήσεις απόκρισης, τα κινητικά χαρακτηριστικά και οι χρόνοι λήξεις των μελετηθέντων δεικτών. Για το καθένα από τα δύο μελετηθέντα θερμοκρασιακά εύρη, πραγματοποιήθηκε ανάπτυξη συνολικού μαθηματικού μοντέλου, μέσω του οποίου διατυπώθηκε η εξάρτηση της απόκρισης των ενζυμικών ΤΤΙ τύπου LP από τη θερμοκρασία, το χρόνο και τη συγκέντρωση περιεχόμενου ενζύμου. Για το εύρος θερμοκρασιών 0-15οC η ενέργεια ενεργοποίησης EA υπολογίστηκε ίση με 143.4 kJ/mol και για το εύρος 15-30οC ίση με 105.8 kJ/mol. Η αξιοπιστία των δεικτών ελέγχθηκε και κρίθηκε αποδεκτή μέσω πειράματος έκθεσής τους σε εναλλασσόμενες θερμοκρασιακές συνθήκες. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας πραγματοποιήθηκε μελέτη της μικροβιολογικής ανάπτυξης σε στρείδια Crassosteria gigas με απώτερο σκοπό την επιλογή κατάλληλων δεικτών για την παρακολούθηση της ποιότητας και ασφάλειας του συγκεκριμένου τροφίμου κατά τη διακίνησή του στην ψυκτική αλυσίδα. Τα στρείδια είναι ένα τρόφιμο που αποτελεί εξαιρετικό υπόστρωμα για την ανάπτυξη μικροοργανισμών και λόγω της μεγάλης επικινδυνότητάς του και της έκθεσής του σε υψηλές θερμοκρασίες, αποτέλεσε ενδιαφέρον αντικείμενο μελέτης. Μελετήθηκαν η μικροβιακή αλλοίωση, η μεταβολή του pH, ενώ πραγματοποιήθηκε και οργανοληπτική αξιολόγηση. Με επεξεργασία των αποτελεσμάτων αναπτύχθηκε και επαληθεύτηκε μαθηματικό μοντέλο πρόβλεψης της ανάπτυξης των ψευδομονάδων, οι οποίες κρίθηκαν κύριος αλλοιογόνος μικροοργανισμός στα στρείδια για την υποβάθμιση της ποιότητάς τους. Η ενέργεια ενεργοποίησης ΕΑ του ρυθμού ανάπτυξης των ψευδομονάδων υπολογίστηκε 66.8 kJ/mol για θερμοκρασία αναφοράς 4oC. Υπολογίστηκε ότι σε θερμοκρασία 0οC, η διάρκεια ζωής των στρειδιών αντιστοιχεί σε 13 ημέρες, στους 5οC σε 8 ημέρες, στους 10οC σε 5 ημέρες ενώ στους 15οC σε μόλις 3 ημέρες. Ακολούθησε επαλήθευση του μαθηματικού μοντέλου ανάπτυξης του μικροοργανισμού V. parahaemolyticus σε στρείδια. Παρατηρήθηκε ότι η ανάπτυξη του συγκεκριμένου μικροοργανισμού είναι δυνατή στο θερμοκρασιακό εύρος 15-30οC. Η επίδραση της θερμοκρασίας στο ρυθμό ανάπτυξής του εκφράστηκε μέσω της ενέργειας ενεργοποίησης η οποία προσδιορίστηκε ίση με 78.9 kJ/mol. Στο τελικό στάδιο της διπλωματικής εργασίας, πραγματοποιήθηκε μελέτη για την εύρεση του κατάλληλου ΤΤΙ και τη χρήση του για τον έλεγχο της ποιότητας και ασφάλειας των στρειδιών κατά τη διακίνησή τους στην ψυκτική αλυσίδα. Αυτό επιτεύχθηκε μέσω συσχέτισης της ανάπτυξης του κυρίου αλλοιογόνου μικοοργανισμού και του παθογόνου μικροοργανισμού V. parahaemolyticus με την κινητική απόκρισης των μελετηθέντων ΤΤΙ. Με βάση τα συνολικά μαθηματικά μοντέλα που προέκυψαν για τα ενζυμικά ΤΤΙ τύπου LP και λαμβάνοντας υπόψη το χρόνο ζωής των στρειδιών βάσει της ανάπτυξης του κυρίου αλλοιογόνου μικροοργανισμού και του παθογόνου V. parahaemolyticus, ο δείκτης που κρίθηκε ως ο καταλληλότερος για την παρακολούθηση της χρονοθερμοκρασιακής έκθεσης των στρειδιών κατά τη διακίνησή τους στην ψυκτική αλυσίδα και τη διασφάλιση της ποιότητας και ασφάλειάς τους, ήταν ο LP_200U.	el
heal.abstract	ABSTRACT The cold chain is characterized by high quality losses, combined with critical safety issues. These issues arise due to significant deviations from the specifications of the permitted temperature. Highly nutritious and high risk foods, such as seafood, can be subjected to quality degradation and their shelf life might be different from the predicted due to the exposure to critical temperatures. The temperature deviations from the recommended limits might result t he growth of pathogens, threat ening consumer’s health. Effective control of the chilled distribution of food products is vital to their commercial viability. A substantial portion of chilled products are exposed, throughout the distribution, to effective temperatures that deviate signi ficantly from the recommended range. Application of an optimized quality and safety assurance system for product distribution requires continuous monitoring of storage conditions, from production to consumption. Smart packaging systems can provide informat ion on the quality of food, which may be either indirect (e.g. time temperature integrators) or direct. Time Temperature Integrators (TTI) can show an easily measurable, time - temperature dependent change that cumulatively reflects the time - temperature hist ory of the food product. In the present study, new enzymatic TTI with lipase from Rhizopus oryzae and substrate mixture of tripalmitin and trilaourin (LP type) were kinetically studied in a wide temperature range (0 - 30 ο C). The objective was the development of a TTI based cold chain management system for safety monitoring of oysters at harvesting and the evaluation of its applicability for monitoring Vibrio parahaemolyticus risk. Additionally, a mathematical model that pred icts V. par a haemolyticus growth in oyster meat was validated at isothermal and variable conditions. The operating principle of an enzymatic indicator is based on the enzyme - substrate reaction, which progresses at a steady rate over a certain temperature an d characterized by a color change (the TTI changes from an initial green color, becomes progressively yellow/oran ge and reaches a final red colo r). The tested enzymatic indicators were LP type with various enzyme concentrations (LP_5U, LP_10U, LP_20U, LP_5 0U, LP_100U, LP_200U, LP_400U, LP_600U). Firstly, the response of the enzymatic TTI (LP type) was studied at two temperature ranges (0 - 15 o C and 15 - 30 o C). Through this, the response functions, the kinetic characteristics and the response times of the studie d TTI were estimated. For each temperature range, a mathematical model was developed for the correlation of the response of the enzymatic TTI with temperature, time and the enzyme concentration. For the temperature range 0 - 15 o C, the activation energy was c alculated equal to 143.4 kJ/mol and for the range 15 - 30 o C equal to 105.8 kJ/mol. The reliability of LP TTI was evaluated by validation experiments at variable conditions. The overall objective of the study was the selection of appropriate indicators for mo nitoring the quality and safety risk of oysters in the cold chain. Oysters are extremely perishable food products and their quality deteriorates rapidly at ambient temperaturesFor this purpose, microbial spoilage, pH change and sensory scoring were evaluat ed during isothermal storage at 0 - 15°C and at variable conditions. Spoilage of oysters was dominated by Pseudomonas spp. growth. A mathematical model for Pseudomonas spp. growth was developed and validated. The activation energy was calculated equal to 66. 8 kJ/mol (T ref =4 o C) and the shelf life of oysters was estimated 13 d at 0 o C, 8 d at 5 o C, 5 d at 10 o C and 3 d at 15 o C. Furthermore, a mathematical model for V. parahaemolyticus growth in oysters was validated at 15 - 30°C and at variable conditions. The temperature effect on the growth rate expressed by the activation energy was calculated 78.9kJ/mol. At the final stage of this study, appropriate TTI matched with Pseudomonas spp. and V. parahaemolyticus growth was selected. A TTI - based system lead to a realistic control of the cold chain, optimization of stock rotation, waste reduction and a more efficient management of product shelf - life. Assuming different scenarios of the actu al transportation of oysters and using the developed V. parahaemolyticus and Pseudomonas spp. growth models, it was concluded that LP_200U enzymatic TTI can be reliably used as monitoring tool in validating improved handling, cooling procedures and recomm ended temperature during distribution and storage of oyst	en
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Τζιά, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Καραγιάννη, Χάιδω-Στεφανία	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	194 σ.
heal.fullTextAvailability	true