Κινητική μελέτη απόκρισης ενζυμικών και μικροβιακών χρονοθερμοκρασιακών ολοκληρωτών ΤΤΙ και της διατηρησιμότηττας προϊόντων καπνιστής πέστροφας με εφαρμογή στη διαχείριση της ψυκτικής αλυσίδας

Ευαγγελοπούλου, Άννα-Μαρία; Evangelopoulou, Anna-Maria

dc.contributor.author	Ευαγγελοπούλου, Άννα-Μαρία	el
dc.contributor.author	Evangelopoulou, Anna-Maria	en
dc.date.accessioned	2017-07-18T08:16:18Z
dc.date.available	2017-07-18T08:16:18Z
dc.date.issued	2017-07-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45255
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14404
dc.rights	Default License
dc.subject	Έξυπνες συσκευασίες	el
dc.subject	Χρονο-θερμοκρασιακοί δείκτες	el
dc.subject	Καπνιστές πέστροφες	el
dc.subject	Smart packaging	en
dc.subject	Time temperature indicators	el
dc.subject	Smoked trouts	el
dc.title	Κινητική μελέτη απόκρισης ενζυμικών και μικροβιακών χρονοθερμοκρασιακών ολοκληρωτών ΤΤΙ και της διατηρησιμότηττας προϊόντων καπνιστής πέστροφας με εφαρμογή στη διαχείριση της ψυκτικής αλυσίδας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Kinetic study of the response of enzymatic and microbial Time Temperature Integrators (TTI) and of the shelf life of smoked trout products for application in the management of the cold chain	en
heal.classification	Τεχνολογία και μηχανική τροφίμων	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/1206d77258fd66c88274d85384bf2041de953cef
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-02-24
heal.abstract	Η ψυκτική αλυσίδα των τροφίμων χαρακτηρίζεται από μεγάλες απώλειες ποιότητας λόγω σημαντικών αποκλίσεων από τις προδιαγραφές της θερμοκρασίας. Με τη θερμοκρασία να αποτελεί τη σημαντικότερη παράμετρο που επιδρά στο ρυθμό της ποιοτικής αλλοίωσης των τροφίμων, η σωστή διαχείριση της ψυκτικής αλυσίδας κρίνεται αναγκαία για τη διασφάλιση της ποιότητας ευαλλοίωτων προϊόντων, όπως οι ιχθύες, που πρέπει να διακινηθούν και να συντηρηθούν υπό ψύξη (δηλαδή ιδανικά στους 0οC έως 4οC). Ωστόσο, η αλληλουχία των θερμοκρασιακών συνθηκών στις οποίες εκτίθεται ένα τρόφιμο κατά τη διακίνησή του είναι δύσκολο να καταγραφούν, να παρακολουθηθούν και να ποσοτικοποιηθούν. Τη λύση στο πρόβλημα αυτό έρχονται να δώσουν οι Χρονοθερμοκρασιακοί Δείκτες ή Ολοκληρωτές (ΤΤΙ: Time Temperature Indicators or Integrators). Οι ΤΤΙ έχουν τη μορφή μίας χαμηλού κόστους αυτοκόλλητης ετικέτας πάνω στη συσκευασία του τροφίμου, η οποία με μια εύκολα μετρήσιμη οπτική απόκριση (π.χ. μεταβολή χρώματος) εξαρτώμενη από το χρόνο και τη θερμοκρασία, δείχνει το χρονοθερμοκρασιακό ιστορικό και την ποιοτική κατάσταση του τροφίμου που συνοδεύει. Πρόκειται για ένα έξυπνο σύστημα επισήμανσης των τροφίμων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί επικουρικά της αμετάβλητης αναγραφόμενης ημερομηνίας ανάλωσης, ως μια «ζωντανή» ημερομηνία λήξης, που παρέχει τη δυνατότητα ελέγχου ενδεχόμενης θερμοκρασιακής κακομεταχείρισης του προϊόντος και κατ'επέκταση εντοπισμού και βελτίωσης των προβληματικών σημείων της ψυκτικής αλυσίδας. Σκοπό της συγκεκριμένης εργασίας αποτέλεσε η κινητική μελέτη της απόκρισης ενζυμικών και μικροβιακών τύπων ΤΤΙ, η μέλετη της διατηρησιμότητας συσκευασμένων υπό κενό καπνιστών φιλέτων πέστροφας και η επιλογή και αντιστοίχιση κατάλληλου χρονοθερμοκρασιακού ολοκληρωτή για τη βελτίωση της διαχείρισης της ποιότητας του τροφίμου στην ψυκτική αλυσίδα. Στο πρώτο μέρος της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκε κινητική μελέτη διαφόρων ενζυμικών και μικροβιακών ΤΤΙ σε θερμοκρασίες ψύξης (0-15oC) από όπου προσδιορίστηκαν οι συναρτήσεις απόκρισης και τα κινητικά τους χαρακτηριστικά, και ακολούθως ελέγχθηκε η αξιοπιστία τους σε συνθήκες που προσομοιάζουν τις θερμοκρασιακές διακυμάνσεις της ψυκτικής αλυσίδας. Η λειτουργία των ενζυμικών ΤΤΙ στηρίζεται σε μια ελεγχόμενη ενζυμική υδρόλυση υποστρώματος λιπιδίων. Στους ενζυμικούς δείκτες τύπου LP που μελετήθηκαν, το ένζυμο παγκρεατική λιπάση αντιδρούσε με υπόστρωμα τριλαουρίνης-τριπαλμιτίνης. Tα προϊόντα της αντίδρασης μείωναν το pH του διαλύματος στο δείκτη και η μείωση αυτή παρατηρούταν οπτικά ως αλλαγή χρώματος. Το αρχικό πράσινο χρώμα κατά την ενεργοποίηση του ΤΤΙ άλλαζε σταδιακά σε κίτρινο/πορτοκαλί και τελικά σε κόκκινο χρώμα κατά τη λήξη του ΤΤΙ. Το μικροβιακό ΤΤΙ στηρίζει την αρχή λειτουργίας του στην ανάπτυξη και τη μεταβολική δραστηριότητα ενός στελέχους του γαλακτικού βακτηρίου Lactobacillus sakei σε υπόστρωμα γλυκόζης. Η παραγωγή γαλακτικού οξέος από τον μικροοργανισμό προκαλούσε πτώση του pH και κατά συνέπεια μια εμφανή χρωματική μεταβολή ενός χημικού δείκτη, που επίσης περιλαμβανόταν στο σύστημα, από τον αρχικό ιώδη στον τελικό κίτρινο χρωματισμό. Μετά την κινητική μελέτη των χρονο-θερμοκρασιακών δεικτών, προσδιορίστηκαν τα συνολικά μαθηματικά μοντέλα απόκρισης των ενζυμικών και μικροβιακών ΤΤΙ. Το μαθηματικό μοντέλο των ενζυμικών ΤΤΙ περιγράφει την εξάρτηση της απόκρισής τους από τη θερμοκρασία συντήρησης, το χρόνο και τη συγκέντρωση του ενζύμου στο ΤΤΙ, ενώ το μαθηματικό μοντέλο των μικροβιακών ΤΤΙ περιγράφει την εξάρτηση της απόκρισης αυτών από το χρόνο, τη θερμοκρασία και το αρχικό επίπεδο εμβολίου του Lactobacillus sakei στο σύστημα του ΤΤΙ. Με βάση τα συνολικά μαθηματικά μοντέλα, η ενέργεια ενεργοποίησης ΕΑ εκτιμήθηκε για τα ενζυμικά ΤΤΙ τύπου LP σε 131.4 kJ/mol ενώ για τα μικροβιακά ΤΤΙ σε 105.5 kJ/mol. Στο δεύτερο μέρος της διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκε κινητική μελέτη των παραμέτρων ποιοτικής υποβάθμισης των καπνιστών φιλέτων ιριδίζουσας πέστροφας (Oncorhynchus mykiss) συσκευασμένων υπό κενό, τόσο σε ισοθερμοκρασιακές (0, 5 και 10oC) όσο και σε εναλλασσόμενες συνθήκες ψύξης. Στόχος ήταν η ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων πρόβλεψης της ποιοτικής τους υποβάθμισης, προκειμένου να αξιολογηθεί η εφαρμοσιμότητα των μοντέλων στην ψυκτική αλυσίδα. Ταυτόχρονα, για τον έλεγχο της αξιοπιστίας του ενζυμικού δείκτη τύπου LP για την παρακολούθηση της ψυκτικής αλυσίδας των καπνιστών φιλέτων πέστροφας πραγματοποιήθηκε επικόλληση ενζυμικών δεικτών διαφορετικών συγκεντρώσεων στη συσκευασία του τροφίμου. Ανά τακτά χρονικά διαστήματα διεξάγονταν μικροβιακή ανάλυση των δειγμάτων, προσδιορισμός pH, μέτρηση χρώματος, ανάλυση υφής, οργανοληπτική αξιολόγησή τους και μέτρηση τους χρώματος των επικολλημένων δεικτών. Ως δείκτες της ποιοτικής αλλοίωσης των καπνιστών φιλέτων πέστροφας συσκευασμένων υπό κενό, ορίστηκαν η ανάπτυξη των γαλακτικών βακτηρίων (αλλοιογόνος μικροοργανισμός) και η υποβάθμιση της συνολικής οργανοληπτικής εντύπωσης. Για τους δύο αυτούς δείκτες ποιότητας εφαρμόστηκε το μοντέλο Arrhenius από όπου προσδιορίστηκαν τα κινητικά τους χαρακτηριστικά. Η ενέργεια ενεργοποίησης ΕΑ για την ανάπτυξη των γαλακτικών βακτηρίων βρέθηκε ίση με 91 kJ/mol ενώ για την υποβάθμιση της συνολικής οργανοληπτικής εντύπωσης βρέθηκε ίση με 105.5 kJ/mol. Στο τρίτο και τελευταίο μέρος της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκε μελέτη για την εύρεση του κατάλληλου ενζυμικού και μικροβιακού ΤΤΙ που θα παρακολουθεί και θα καταγράφει την κατάσταση ποιότητας των καπνιστών συσκευασμένων υπό κενό φιλέτων πέστροφας κατά τη διακίνησή τους στην ψυκτική αλυσίδα. Απαραίτητη προϋπόθεση για να γίνει η συσχέτιση της απόκρισης των ΤΤΙ με την ποιοτική αλλοίωση των καπνιστών φιλέτων πέστροφας (με βάση τη συνολική οργανοληπτική εντύπωση) είναι οι ενέργειες ενεργοποίησής τους και οι χρόνοι ζωής τους να έχουν παραπλήσιες τιμές. Ικανοποιώντας την απαίτηση για παραπλήσιες τιμές EA, οι χρόνοι ζωής των δύο τύπων ΤΤΙ υπολογίστηκαν βάσει των αναπτυγμένων συνολικών μαθηματικών μοντέλων και συσχετίστηκαν με τους αντίστοιχους χρόνους ζωής του υπό εξέταση τροφίμου. Οι μικροβιακοί δείκτες κρίθηκαν ακατάλληλοι, διότι είχαν πολύ μικρότερη διάρκεια ζωής από τα καπνιστά φιλέτα. Καταλληλότερος ενζυμικός δείκτης για τα καπνιστά συσκευασμένα υπό κενό φιλέτα πέστροφας ήταν ο LP_17U, όπως επαληθεύτηκε και από τα πειράματα σε μεταβαλλόμενες θερμοκρασιακές συνθήκες ψύξης με ΤΤΙ κατά τη διάρκεια των οποίων ήταν κολλημένα πάνω στις συσκευασίες των καπνιστών προϊόντων.	el
heal.abstract	The food cold chain is characterized by great quality losses due to significant deviations from temperature standards. Since temperature is the main post-processing parameter that affects the rate of spoilage on foods, the proper management of cold chain is essential for the quality assurance of perishable products, such as fish, which have to be transferred and stored at refrigeration temperatures (ideally from 0οC to 4οC). However, the succession of temperature conditions, in which a food product is exposed during its handling, is quite difficult to be recorded, monitored and quantified. A practical solution to this problem is the usage of Time Temperature Indicators or Integrators (TTI). TTIs are defined as simple and cost-effective labels which can show an easily measurable time- and temperature-dependent change (e.g. color change) that reflects the time-temperature history and the quality status of the food products to which they are attached. It is about a smart food labeling system than can be used in conjunction with the stated expiration date, as an active expiration date, which can provide information on product's possible temperature misuse and as a result lead to a realistic control and a more efficient management of the cold chain. The objectives of the present study were the kinetic modeling of enzymatic and microbial TTI response, the kinetic study of quality deterioration of vacuum packed smoked trout fillets and the selection of the optimum TTIs which can effectively monitor the quality status of smoked trout fillets in the cold chain. In the first part of the project, kinetic study of several enzymatic and microbial TTIs was conducted at refrigerated conditions (0, 5 and 10oC) so as the response functions and the kinetic parameters of the TTIs to be determined. Subsequently, in order to assess the reliability of the TTIs at the temperature fluctuations that prevail in the real chill chain, experiments at non-isothermal conditions were performed. The enzymatic TTIs are based on a color change caused by a pH decrease which is the result of a controlled enzymatic hydrolysis of a lipid substrate. In the examined LP-type enzymatic TTI a pancreatic lipase was reacted with a trilaurin-tripalmitin substrate. Hydrolysis of the substrate provoked acid release and the corresponding pH drop induced a color change of a pH indicator. Hence, the initially green colored TTI, gradually turned into yellow/orange and finally red. The microbial TTIs are based on the growth and the metabolic activity of a Lactobacillus sakei strain in a glucose substrate. In the designed system, the lactic acid production from the microorganism provoked a pH decline and progressively an irreversible color change of a chemical chromatic indicator from violet to yellow color. Once the kinetic study of the examined TTI labels was completed, composite models for their response were determined. The composite model of the enzymatic TTIs allows the calculation of their response at a selected time-temperature scenario and at any enzyme concentration while the composite model of the microbial TTIs describes the dependence of their response from the temperature storage, the time and the inoculum level of the bacterial strain. Based on the developed composite models, the activation energy ΕΑ for the enzymatic and the microbial TTIs was estimated at 131.4 kJ/mol and 105.5 kJ/mol, respectively. In the second part of the thesis, kinetic study of the vacuum packed smoked trout (Oncorhynchus mykiss) fillets' quality indices was conducted at isothermal (0, 5 and 10oC) and dynamic refrigerated conditions. The objective was the development of mathematical models that predict their quality deterioration and the assessment of the applicability of these models in the cold chain. Simultaneously, in order to check the credibility of the examined LP-type enzymatic TTI for monitoring the cold chain of the smoked trout fillets, enzymatic TTIs of different enzyme's concentrations were attached on the products' packaging. Samples were taken in appropriate time intervals for microbiological analysis, pH measurement, color measurement, texture and sensory analysis, as well as for color measurement of the attached TTIs. The lactic acid bacteria (LAB) growth and the degradation of the sensory overall impression were considered as the quality indices for the vacuum packed smoked trout fillets. For these specific quality indices the Arrhenius model was used in order to define the respective kinetic parameters. The activation energy ΕΑ for the LAB growth was calculated at 91 kJ/mol while for the degradation of the overall sensory impression was calculated at 105.5 kJ/mol. Lastly, a study was conducted in order for the suitable enzymatic and microbial TTI, which can monitor and record the quality status of the vacuum packed smoked trout fillets in the cold chain, to be found. Prerequisite for the correlation of the TTIs response with the quality deterioration of the smoked trout fillets (based on overall sensory impression) is their activation energy and their shelf-life values to be similar. Satisfying the requirement for similar activation energy values, the response times of both enzymatic and microbial TTIs were calculated by the developed composite models and were correlated with the respective shelf-life of the smoked fillets. The microbial TTI labels were unsuitable because they had shorter shelf-life from the smoked trout fillets. LP_17U was found to be the optimum enzymatic TTI for the vacuum packed smoked trout fillets, as also verified from experiments with TTIs at non-isothermal temperature conditions during which the indicators were attached on the packaging of the smoked products.	en
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Τζιά, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Λοϊζίδου, Μαρία	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	198 σ.
heal.fullTextAvailability	true