Υποκατάσταση λιπαρών σε δείγματα σοκολάτας γάλακτος και βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων τους

Αργυρίου, Ιωάννα; Argyriou, Ioanna

dc.contributor.author	Αργυρίου, Ιωάννα	el
dc.contributor.author	Argyriou, Ioanna	en
dc.date.accessioned	2017-07-24T10:59:31Z
dc.date.available	2017-07-24T10:59:31Z
dc.date.issued	2017-07-24
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45341
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14266
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	Milk chocolate	en
dc.subject	Inulin	en
dc.subject	Fat substitution	en
dc.subject	Emulsifiers	en
dc.subject	Whey protein	en
dc.subject	Σοκολάτα γάλακτος	el
dc.subject	Υποκατάσταση λιπαρών	el
dc.subject	Ινουλίνη	el
dc.subject	Γαλακτωματοποιητές	el
dc.title	Υποκατάσταση λιπαρών σε δείγματα σοκολάτας γάλακτος και βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων τους	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Functional foods	en
heal.classification	Gastronomy	el
heal.classification	Food engineers	el
heal.classificationURI	http://lod.nal.usda.gov/412
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85053492
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85050274
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-02
heal.abstract	Η σοκολάτα αποτελεί ένα από τα πιο δημοφιλή σνακ στον κόσμο, πλούσιο σε υδατάνθρακες- όπως ζάχαρη- και λιπαρά. Η μοναδική της υφή και γεύση οφείλεται σε ένα συνεχές δίκτυο λιπαρών που συγκρατεί τα στερεά σωματίδια της ζάχαρης και της σκόνης του κακάο. Ωστόσο, η αυξημένη κατανάλωσή της οδηγεί σε αρνητικές επιπτώσεις στον οργανισμό συμβάλλοντας στην εκδήλωση παθήσεων όπως η παχυσαρκία, ο σακχαρώδης διαβήτης κ.α. Έτσι, η παραγωγή καινοτόμων διαιτητικών προϊόντων, όπως είναι η σοκολάτα με χαμηλά λιπαρά, αποτελεί στόχο της βιομηχανίας και της έρευνας. Η πρόκληση για την υποκατάσταση των λιπαρών στη σοκολάτα έγκειται στο γεγονός ότι το βούτυρο του κακάο συνιστά το δίκτυο λιπαρών στη σοκολάτα και άρα τον «σκελετό» στον οποίο στηρίζονται όλα τα υπόλοιπα συστατικά. Η υπερβολική μείωσή του συντελεί στην κατάρρευση του εν λόγω δικτύου και τελικά στην παραγωγή μιας ασταθούς σοκολάτας. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η υποκατάσταση των λιπαρών σε δείγματα σοκολάτας γάλακτος που θα διατηρούν τις φυσικές ιδιότητές τους και τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά τους. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, μελετήθηκε η υποκατάσταση των λιπαρών με χρήση πρωτεϊνών ορού γάλακτος (whey) και ινουλίνης, συστατικά επωφελή για τον οργανισμό. Συγκεκριμένα, παρήχθησαν δείγματα σοκολάτας γάλακτος με βαθμούς υποκατάστασης του βουτύρου του κακάο 20%, 30% και 40% και σε κάθε βαθμό εξετάστηκαν οι αναλογίες υποκαταστατών ινουλίνη: whey πρωτεΐνη 30%- 70% , 50%- 50% και 70%- 30%, αντίστοιχα. Αρχικά, σχεδιάστηκε η διαδικασία παραγωγής σοκολάτας γάλακτος και επιλέχθηκε η συνταγή που έπειτα από οργανοληπτικές δοκιμές συγκέντρωσε τις μεγαλύτερες τιμές αρεσκείας. Στη συνέχεια, βάσει αυτής της συνταγής πραγματοποιήθηκαν οι υποκαταστάσεις του βουτύρου του κακάο και κάθε δείγμα υποβλήθηκε σε ποικίλους ελέγχους ώστε να βρεθούν οι τυχόν αποκλίσεις των ιδιοτήτων του από το δείγμα αναφοράς. Συγκεκριμένα, σε κάθε δείγμα μετρήθηκαν οι ρεολογικές του ιδιότητες, το χρώμα, το θερμοκρασιακό του προφίλ με έμφαση στο σημείο τήξης του, η σκληρότητα και προσδιορίστηκε η θερμιδική του αξία. Επιπλέον, το περιεχόμενο σε πρωτεΐνες και λιπαρά των δειγμάτων σοκολάτας προσδιορίστηκε μέσω της μεθόδου Κjeldahl και βαρομετρικά μέσω της εκχύλισης με μικροκύματα και Soxhlet, αντίστοιχα. Οι παράμετροι της ρεολογίας που ποσοτικοποιούνται μέσω του μοντέλου του Casson, που περιγράφει τη ρεολογία της σοκολάτας, είναι το ιξώδες και η τάση διαρροής. Αυξανόμενου του βαθμού υποκατάστασης και οι δύο αυτοί παράμετροι αυξάνονται σε τέτοιο βαθμό που τα δείγματα της σοκολάτας τείνουν να αποκλίνουν από το μοντέλο του Casson. Η whey πρωτεΐνη ως υποκαταστάτης διατηρεί σε φυσιολογικά επίπεδα το ιξώδες και την τάση διαρροής στους μικρούς βαθμούς υποκατάστασης ενώ όταν αυξηθεί επαρκώς η ποσότητά της στο δείγμα (40% υποκατάσταση), οδηγεί σε μια απότομη και μεγάλη ποσοτικά αύξηση και των δύο παραμέτρων. Αντίθετα, με τη σταδιακή αύξηση της ποσότητας της ινουλίνης, στα δείγματα που βρίσκεται σε αναλογία 70%, παρατηρείται σταδιακή αύξηση των ρεολογικών παραμέτρων χωρίς να προσεγγίζουν τις τιμές που θα προσέγγιζαν τελικά υπό την επιρροή της whey. Επιπλέον, μελετήθηκε η επίδραση της υποκατάστασης και του χρόνου αποθήκευσης (3oC) στη σκληρότητα. Αυξανόμενου του βαθμού υποκατάστασης, το δίκτυο τείνει να καταρρεύσει, η σοκολάτα γίνεται λιγότερο συνεκτική και η σκληρότητα μειώνεται. Η whey που δημιουργεί πλέγμα με τα συστατικά της σοκολάτας, σταθεροποιεί τη δομή της, αυξάνοντας τη σκληρότητα ενώ η ινουλίνη σχεδόν δεν επεμβαίνει σε αυτή. Βέλτιστη σκληρότητα στο 40% της υποκατάστασης βρέθηκε να παρουσιάζει η αναλογία 50% ινουλίνη- 50% whey καθώς το μέτρο ελαστικότητάς της είναι το πλησιέστερο σε αυτό του δείγματος αναφοράς. Η σκληρότητα αυξάνεται με τον χρόνο αποθήκευσης της σοκολάτας ενώ συνδέεται άμεσα με την ακεραιότητα του δικτύου των λιπαρών. Ούτε ο βαθμός υποκατάστασης αλλά ούτε κάποιος συγκεκριμένος υποκαταστάτης θεωρήθηκε ότι επηρεάζει το χρώμα της σοκολάτας. Επιπροσθέτως, τα σημεία τήξης ανήκαν στο εύρος 24-25,5oC και δεν φάνηκαν να επηρεάζονται σημαντικά από τον βαθμό ή τύπο υποκατάστασης. Η μέγιστη πτώση της θερμιδικής αξίας ήταν της τάξης του 9% σε σχέση με το δείγμα αναφοράς και παρατηρήθηκε στο δείγμα με 40% υποκατάσταση και αναλογία 70% ινουλίνη- 30% whey. Στη συνέχεια, έγιναν προσπάθειες για βελτιστοποίηση της ρεολογίας του δείγματος με βαθμό υποκατάστασης 40% και αναλογία ινουλίνης: whey 50%:50% με χρήση των γαλακτωματοποιητών AMP και PGPR 4150 που ενδείκνυνται για πολύ ιξώδη δείγματα. Πράγματι, το AMP και το PGPR 4150 βρέθηκαν να είναι πολύ πιο αποτελεσματικοί στη βελτίωση των ρεολογικών χαρακτηριστικών των υποκατεστημένων δειγμάτων σοκολάτας συγκριτικά με τους συμβατικούς γαλακτωματοποιητές (όπως η λεκιθίνη). Συγκεκριμένα, η βέλτιστη αναλογία, η οποία οδήγησε στο ελάχιστο ιξώδες του δείγματος, επιτυγχάνεται για 0,5% (wt.) AMP έναντι του 0,6% (wt.) λεκιθίνης, ενώ στις μεγαλύτερες τιμές περιεκτικότητες AMP, το ιξώδες παραμένει σταθερό. Επιπλέον, το AMP επεμβαίνει στην τάση διαρροής πιο έντονα από τη λεκιθίνη γεγονός που καθιστά δυνατή και την αυτόνομη χρησιμοποίησή του στη σοκολάτα σε αντίθεση με τη λεκιθίνη που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το PGPR 4150. Αφού εξετάστηκε και η επιρροή του PGPR 4150 στην τάση διαρροής, βρέθηκε ότι το βέλτιστο δείγμα περιείχε 0,5% AMP και 0,15% PGPR και παρουσίασε ιξώδες και τάση διαρροής με τιμές κοντινές σε αυτές ενός παραδοσιακού δείγματος (3,42 Pa s και 7,91 Pa, αντίστοιχα). Στους οργανοληπτικούς ελέγχους που διεξήχθησαν, η αναλογία των υποκαταστατών στον μέγιστο βαθμό υποκατάστασης δεν παρουσίασε σημαντικές διαφορές σε καμία από τις παραμέτρους που βαθμολογήθηκαν παρά μόνο στη γλυκύτητα που παρουσιάζει αυξημένες τιμές καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε ινουλίνη κατά το αναμενόμενο. Ο βαθμός υποκατάστασης αν και επηρέασε μερικές ιδιότητες όπως την υφή και το χρώμα των δειγμάτων δεν ξεχώρισε τα δείγματα στη συνολική αρέσκεια. Τέλος, οι δοκιμαστές ξεχώρισαν εμφανώς το βελτιστοποιημένο ρεολογικά δείγμα με 40% υποκατάσταση και αναλογία 50% ινουλίνη- 50% whey και το αξιολόγησαν θετικά σε όλες σχεδόν τις εξεταζόμενες παραμέτρους (εκτός από την πικρία και τη γλυκύτητα που δεν παρουσίασαν διαφορές) σε σύγκριση με το ίδιο δείγμα που περιείχε τους συνήθεις γαλακτωματοποιητές.	el
heal.abstract	Chocolate is one of the most popular snacks in the world, rich in carbohydrates-such as sucrose-and fat. Its unique texture and taste is due to a continuous fat phase formed by the cocoa butter, in which the solid particles of cocoa, sucrose and milk powder are dispersed. However, its overconsumption can lead to negative effects in health, contributing in obesity, diabetes etc. Therefore, the production οf dietary innovative products, such as low fat chocolate, is an aim of the food industry and research. The challenge for the substitution of fat in chocolate is that cocoa butter forms the fat phase and thus the "backbone" in which all the remaining components are based. Excessive reduction of fat contributes to the collapse of the network and ultimately to the production of an unstable final product. The purpose of this thesis is the substitution of fat in milk chocolate samples which will maintain their physical properties and sensory characteristics. Whey protein and inulin were used as fat substitutes in the current research which are ingredients beneficial for health. The grades of substitution that took place were 20%, 30% and 40% while in each grade the proportions of substitutes that were studied were 30% inulin-70% whey, 50% inulin-50% whey and 70% inulin-30% whey. Initially, the process of the laboratorial production of chocolate was designed and the recipe that was evaluated best in sensory evaluations was chosen. Then, based on this formula, the substituted samples were produced and subjected to various tests in order to find any deviations of the properties from the ones of the reference sample (0% substitution). Specifically, rheological properties, color, temperature profiles (melting points) and hardness of the samples were measured and their calorific value was determined. Furthermore, the contents of protein and fat were specified in chocolate samples by Kjeldahl method and gravimetrically by extraction with microwaves and Soxhlet, respectively. The parameters of the rheology quantified using the Casson model -which describes the rheology of the chocolate-were viscosity and yield stress. While the degree of substitution was increasing, the two parameters were increased to such an extent that the samples of chocolate tend to deviate from Casson model. Whey protein, at low degrees of substitution, maintains viscosity and yield stress at normal levels but when its quantity in the sample is increased (at 40% substitution), a sharp and large quantitatively increase of both parameters is observed. Instead, the gradual increase in the amount of inulin (located in the ratio of 70%) of samples contributes to a gradual increase of rheological parameters that don’t approach the values that they would acquire under the influence of whey. Moreover, the effect of the storage time (3oC) and substitution on hardness was studied. It was found that hardness increases with the increase in storage time of the chocolate while the integrity of the fatty network as linked to hardness. With the increase in the degree of substitution, the network tends to collapse, the chocolate becomes less cohesive and its hardness decreases. Whey protein has the capacity of forming a matrix with the ingredients of chocolate, stabilizing the structure and therefore increasing the hardness while Inulin does not seem to intervene in this quality. Optimum Hardness at 40% substitution was exhibited by the sample with 50% inulin-50% whey. Neither the degree of substitution nor a specific substitute was considered to affect the color of chocolate. Furthermore, melting points of chocolate samples were in the range 24-25,5oC and did not appear to be significantly affected by the degree or substitution type. The maximum drop of calorific value was approximately 9% and it vi was observed at the sample with 40% substitution and 70% inulin-30% whey. The optimization of the rheology of the sample whose degree of substitution was 40% and ratio of Inulin: whey was 50%: 50%, was attempted by using the AMP and PGPR 4150,emulsifiers suitable for highly viscous samples. Indeed, in the graphs connecting the two heological parameters with the emulsifier content, AMP and PGPR 4150 were found to be much more effective than conventional emulsifiers and impart clear trends in the affected parameters. The minimum viscosity of the sample is obtained when the content of AMP in chocolate is 0.5% while it would take 0.6% lecithin for the same decrease in viscosity. In addition, if the content of AMP is further increased, viscosity will remain at the minimum price. Furthermore, AMP decreases yield stress more intensively than lecithin allowing its autonomous use in chocolate samples while lecithin should be used in conjunction with PGPR. After the influence of PGPR 4150 on yield stress was studied, the optimum rheologically sample was produced containing 0,5% AMP and 0,15% PGPR and its viscosity and yield stress values (3,42 Pa s and 7.91 Pa respectively) were close enough to those of traditional formulations. Sensory evaluations were performed leading to some crucial information. The proportions of substitute is seemed to interfere only in sweetness while samples containing larger quantities of inulin were evaluated with higher values in sweetness, as expected. Although the degree of substitution affected some properties such as texture and color of the samples, it didn’t show any significant difference between the samples when it came to total acceptance. Finally, testers clearly showed their preference at the rheologically optimized samples and positively evaluated them in almost all test parameters (except the bitterness and sweetness which showed no differences) when they were compared to the same samples that contained the usual emulsifier.	en
heal.sponsor	Θα ήθελα να ευχαριστήσω την εταιρία Γιώτης ΑΕ για τις χρήσιμες συμβουλές που μου έδωσαν λόγω της χρόνιας εμπειρίας τους στην παραγωγή προϊόντων σοκολάτας και για την υλική στήριξή της στο ερευνητικό έργο.	el
heal.advisorName	Κροκίδα, Μαγδαληνή	el
heal.committeeMemberName	Παππά, Αθηνά	el
heal.committeeMemberName	Λοϊζίδου, Μαρία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	119 σ.
heal.fullTextAvailability	true