Μελέτη και εφαρμογή ωσμωτικής διεργασίας για την παραγωγή καινοτόμου προϊόντος αφυδατωμένου λευκού τυριού με βέλτιστη οργανοληπτική ποιότητα και μακρά διατηρησιμότητα

Κουμανδράκη, Χαρίκλεια; Koumandraki, Charikleia

dc.contributor.author	Κουμανδράκη, Χαρίκλεια	el
dc.contributor.author	Koumandraki, Charikleia	en
dc.date.accessioned	2017-09-12T09:58:10Z
dc.date.available	2017-09-12T09:58:10Z
dc.date.issued	2017-09-12
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45588
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14640
dc.rights	Default License
dc.subject	Τυρί	el
dc.subject	Φέτα	el
dc.subject	Ωσμωτική αφυδάτωση	el
dc.subject	Ξήρανση με αέρα	el
dc.subject	Διατηρησιμότητα	el
dc.subject	Cheese	en
dc.subject	Dairy products	en
dc.subject	Osmotic dehydration	en
dc.subject	Air drying	en
dc.subject	Self-life	en
dc.title	Μελέτη και εφαρμογή ωσμωτικής διεργασίας για την παραγωγή καινοτόμου προϊόντος αφυδατωμένου λευκού τυριού με βέλτιστη οργανοληπτική ποιότητα και μακρά διατηρησιμότητα	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημεία και Τεχνολογία Τροφίμων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-06-30
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης της ωσμωτικής αφυδάτωσης ως προκατεργασία της συμβατικής ξήρανσης με αέρα σε τυρί Φέτα, και η εφαρμογή της για την παραγωγή ενός καινοτόμου προϊόντος αφυδατωμένου λευκού τυριού, με βέλτιστη οργανοληπτική ποιότητα και μακρά διατηρησιμότητα. Το τυρί είναι ένα ευαλλοίωτο τρόφιμο με περιορισμένη διάρκεια ζωής. Η ωσμωτική αφυδάτωση των τροφίμων είναι μία φυσική μέθοδος επεξεργασίας που έχει ως στόχο τη βελτίωση των θρεπτικών, φυσικοχημικών και λειτουργικών ιδιοτήτων τους με ταυτόχρονη ελάττωση της ενεργότητας νερού (aw). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του ρυθμού ανάπτυξης των μικροοργανισμών αλλά και όλων των δράσεων υποβάθμισης των τροφίμων. Η ξήρανση με αέρα είναι μια διεργασία που εφαρμόζεται ευρέως στη Βιομηχανία Τροφίμων. Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας, η ξήρανση έχει εφαρμοστεί με σκοπό την περαιτέρω μείωση της ενεργότητας νερού του τροφίμου, σε επίπεδα κάτω του 0,6, με σκοπό την αναστολή όλων των μικροβιακών και ενζυμικών δράσεων στο τρόφιμο. Αντικείμενο επομένως της παρούσας μελέτης υπήρξε η συνδυαστική εφαρμογή ώσμωσης και ξήρανσης, με βάση τις αρχές της τεχνολογίας εμποδίων (hurdle technology), με στόχο την παράταση της ζωής των τροφίμων (αύξηση διατηρησιμότητας). Η διεξαγωγή των πειραμάτων χωρίστηκε σε 3 Θεματικές Ενότητες. Κατά την Πρώτη Θεματική Ενότητα, πραγματοποιήθηκε μελέτη της επίδρασης της ωσμωτικής επεξεργασίας στην ενεργότητα νερού, στα φαινόμενα μεταφοράς νερού και στερεών, καθώς και στα οργανοληπτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά τυριού Φέτας σε κύβους, με σκοπό τον προσδιορισμό των βέλτιστων συνθηκών επεξεργασίας (θερμοκρασία, συγκέντρωση ωσμωτικού διαλύματος, αναλογία τροφίμου προς ωσμωτικό μέσο, χρόνος ωσμωτικής επεξεργασίας). Τα 2 ωσμωτικά διαλύματα που χρησιμοποιήθηκαν περιελάμβαναν 55-65% γλυκερόλη, 16% ξύδι, 10% μαλτοδεξτρίνη, 5% αλάτι, 1,5% CaCl2 και 12,5- 2,5% H2O αντίστοιχα. Μέσω της εφαρμογής του 2ου νόμου του Fick για τη μεταφορά μάζας, έγινε προσδιορισμός των συντελεστών διάχυσης νερού και στερεών από και προς το τρόφιμο, αντίστοιχα. Επιπλέον, μετρήθηκαν η ενεργότητα νερού του τροφίμου και προσδιορίστηκαν ποιοτικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του (χρώμα, σκληρότητα, οργανοληπτική αρέσκεια) στις εκάστοτε συνθήκες. Λαμβάνοντας υπόψιν την ενεργότητα νερού του τελικού τροφίμου, τα ποιοτικά και οργανοληπτικά του χαρακτηριστικά καθώς και το εκτιμώμενο κόστος της διεργασίας, επιλέχθηκαν ως βέλτιστες συνθήκες επεξεργασίας, θερμοκρασία 15˚C, αναλογία τροφίμου προς ωσμωτικό μέσο 1:4, συγκέντρωση ωσμωτικού μέσου 65% και χρόνος ωσμωτικής επεξεργασίας 30 min. Στις δεδομένες συνθήκες επεξεργασίας, επιτεύχθηκε απώλεια νερού (WL) από τα δείγματα Φέτας 0,28 g H2O/ g ξηρής βάσης και πρόσληψη στερεών (SG) κατά 0,1035 g στερεών/ g ξηρής βάσης, ενώ η τελική υγρασία των δειγμάτων ήταν 40% και η ενεργότητα νερού 0,88. Με επεξεργασία των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από την κινητική μελέτη, προσδιορίστηκε ένα συνολικό μαθηματικό μοντέλο το οποίο δείχνει την εξάρτηση των συντελεστών διάχυσης (Dew, Des), από τη θερμοκρασία, τη συγκέντρωση του ωσμωτικού μέσου καθώς και την αναλογία ωσμωτικού μέσου προς τρόφιμο. Μέσω του συγκεκριμένου μαθηματικού μοντέλου προσδιορίστηκαν οι συντελεστές διάχυσης (Dew, Des), σε όλες τις συνθήκες επεξεργασίας.6 Κατά τη Δεύτερη Θεματική Ενότητα, μελετήθηκε η επίδραση της ξήρανσης με αέρα σε ωσμωτικά προκατεργασμένα δείγματα Φέτας στις βέλτιστες συνθήκες ώσμωσης (θερμοκρασία 15˚C, συγκέντρωση γλυκερόλης 65%, αναλογία τροφίμου προς ωσμωτικό μέσο 1:4 και χρόνος ωσμωτικής επεξεργασίας 30 min) καθώς και σε ανεπεξέργαστα δείγματα (control), με σκοπό την επιλογή των βέλτιστων συνθηκών ξήρανσης που να επιτυγχάνουν διατήρηση της ποιότητας και των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών του τροφίμου και ταυτόχρονα όσο το δυνατόν ηπιότερες συνθήκες επεξεργασίας. Αρχικά, προσδιορίστηκαν οι καμπύλες ξήρανσης των ωσμωτικά προκατεργασμένων και των ανεπεξέργαστων δειγμάτων σε θερμοκρασίες, 40, 55 και 67°C. Με χρήση του 2ου νόμου του Fick, υπολογίστηκε ο φαινόμενος συντελεστής διάχυσης των δειγμάτων (Deff) στην εκάστοτε θερμοκρασία ξήρανσης. Η εξάρτηση του ρυθμού διάχυσης από τη θερμοκρασία εκφράστηκε με την τιμή ενέργειας ενεργοποίησης της εξίσωσης Arrhenius. Μετά από υπολογισμό του χρόνου ξήρανσης των ωσμωτικά προκατεργασμένων δειγμάτων για 5% εναπομένουσα υγρασία, εμφανής ήταν η επίδραση της ωσμωτικής προκατεργασίας στο χρόνο ξήρανσης. Συγκεκριμένα, στους 40⁰C η ωσμωτική επεξεργασία μειώνει το χρόνο ξήρανσης κατά 35%, στους 55⁰C κατά 51% και στους 67⁰C κατά 65%. Ως βέλτιστη θερμοκρασία ξήρανσης για το τελικό προϊόν επιλέχθηκαν οι 67⁰C, καθώς για την επίτευξη ενεργότητας νερού κάτω από 0,6, ο χρόνος ξήρανσης που απαιτούνταν σε μικρότερες θερμοκρασίες ήταν πολύ μεγαλύτερος. Αυτό θα καταστούσε τη διεργασία οικονομικά ασύμφορη αλλά και πολύ χρονοβόρα για χρήση της σε βιομηχανική κλίμακα. Επομένως, για την παρασκευή του τελικού προϊόντος, εφαρμόστηκε ξήρανση για 4 h στους 67°C. Κατά την Τρίτη Θεματική Ενότητα, μελετήθηκε η διατηρησιμότητα και παράμετροι ποιότητας των τελικών αφυδατωμένων προϊόντων λευκού τυριού τύπου Φέτας (ωσμωτικά προκατεργασμένων και ξηραμένων στις βέλτιστες συνθήκες που επιλέχθηκαν για την εκάστοτε διεργασία), κατά την αποθήκευσή τους σε θερμοκρασίες 15, 25, 35 και 40°C. Για χρόνο αποθήκευσης έξι μηνών, το τυρί φάνηκε μικροβιολογικά σταθερό σε όλες τις θερμοκρασίες αποθήκευσης. Στις χαμηλές θερμοκρασίες δεν παρατηρήθηκε μεταβολή της ενεργότητας νερού (σταθερή aw) ενώ στις υψηλότερες θερμοκρασίες (35-40°C) παρατηρήθηκε μείωσή της λόγω της περαιτέρω αφυδάτωσης του τυριού. Το χρώμα και τα οργανοληπτικά του χαρακτηριστικά παρουσίασαν ελαφρά μεταβολή, κυρίως στις υψηλές θερμοκρασίες αποθήκευσης και αυτό που τελικά καθόρισε τη διάρκεια ζωής του προϊόντος ήταν ο οξειδωτικός ταγγισμός που υπέστη με βάση την οργανοληπτική του αξιολόγηση. Τελικά, ως χρόνος ζωής του προϊόντος σε θερμοκρασία περιβάλλοντος ορίστηκαν οι 6 μήνες. Συμπερασματικά, φάνηκε ότι η ωσμωτική προκατεργασία είχε σημαντική επίδραση στο χρόνο ξήρανσης με αποτέλεσμα μικρότερες απαιτήσεις χρόνου και ενέργειας. Επιπλέον, ο συνδυασμός της ωσμωτικής αφυδάτωσης και της ξήρανσης με αέρα είχε σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός καινοτόμου προϊόντος αφυδατωμένου λευκού τυριού με βέλτιστη οργανοληπτική ποιότητα και μακρά διατηρησιμότητα σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.	el
heal.abstract	The aim of the present thesis was to apply and study the effect of osmotic dehydration as a retreatment of the conventional air drying in Feta cheese, in order to produce an innovative dehydrated white cheese product with optimum sensory quality and long durability.In general, cheese is a perishable food with limited self life. The osmotic dehydration is a natural method of food treatment that aims to improve its nutritional, physicochemical and functional properties while decreasing its water activity (aw). This results in re ducing the growth rate of microorganisms and all degradation actions in food. Air drying is a process widely applied in food industry. Within this thesis, drying has been applied to further reduce the water activity of the food, below 0.6, in order to inhibit all the microbial and enzymatic activities in Feta cheese.Therefore,the object of this study was the combined application of osmosis and air drying, according to the principles of hurdle technology, in order to extend the self life of the cheese.Experiments were divided into three sets.At the First Set of experiments,a study of the effect of osmotic pretreatment on the water activity andthe transport phenomena of water and solids was onducted, while at the same time the organoleptic and qualitative characteristics of Feta cheese cubes were measured, in order to determine the best pretreatment conditions (temperature, oncentration of osmotic solution , food to osmotic agentratio, osmotic pretreatment time). The two osmotic agents that were used, included 55-65% glycerol, 16% vinegar, 10% maltodextrin, 5% salt , 1,5% CaCl2and12,5-2,5% H2Orespectively. Through Fick’s Second Lawfor mass transfer,diffusion coefficients of water and solids from and to the food, were determined. Moreover,the water activity and the qualityand organoleptic characteristics of the cheese (color, hardness, sensory characteristics )were determined, under the particular conditions. The optimal processing conditions were selected taking into consideration the water activity of the final product, the qualitative and organoleptic oharacteristics and the estimated cost of the process. Hence, the optimal processing conditions are: temperature 15 ̊C, food to osmotic agentratio1: 4, concentration of osmotic agent 65% and time for osmoticpretreatment 30min. With these processing conditions, the water loss(WL) that was achievedin samples of Fetacheese was 0,28 g H2O / g of dry mass and the solid gain(SG) was 0,1035 g of solid / g of dry mass, while the final moisture of the samples was 40% and the water activity was0.88. Making use of the results obtained from the kinetic study, an overall athematical model was developed,which shows the dependence of the diffusion coefficients (Dew, Des) from temperature, concentration of the osmotic agent and from food to osmotic agent ratio. Through the particular mathematical model,the diffusion coefficients (Dew, Des) to all processing conditions were determined. At the Second Set of experiments, the effect of air-drying in osmotically pretreated samples of Feta cheesein the optimal conditions of osmotic dehydration (temperature 15 ̊C, concentration of glycerol 65%, food to osmotic agentratio1: 4, 30 min of osmotic treatment)was studied. The same study was also performed in untreated samples (control), in order to select the best drying conditions that maintain the quality and the organoleptic characteristics of the food and at the same time achieve as milder processing conditions as possible. Initially, the drying curves of osmotically pretreated and untreated samples at 8temperatures of 40,55 and 67 ° C were identified. Using the Fick’s Second law, the apparent diffusion coefficient of the samples (Deff)was calculated in each drying temperature. The dependence of the diffusion rate from the temperature ,was expressed by the activation energy which was calculated using the Arrhenius equation. After the calculation of the drying time of osmotically pretreated and untreated samples for 5% resid ual moisture,the influence of osmotic pretreatment on drying time, was evident. More specifically, at 40⁰C the osmotic pretreatment reduced the drying time for35%, at 55⁰C for51%and 67⁰C for65%. For the final product,67⁰C were chosen as an optimal drying temperature,because the drying time at lower temperatures was much longer. This would make the process uneconomical and too time consuming for use on an industrial scale. Thus, for the preparation of the final product, the air-drying was applied for 4 h at 67 ° C.At the Third Set of experiments,the sustainability and the quality parameters of the final dehydrated white cheese product (osmotic pretreated and dried in optimal conditions selected for each process)were studied, during storage at temperatures of 15, 25, 35 and 40° C. For storage time of sixmonths, the cheese was microbiologically stable at all storage temperatures. At lower temperatures,no change in water activity (constant aw)was observed, while at higher temperatures (35-40°C) a decrease was observed due to further dehydration of the cheese.A change in the colour and the organoleptic characteristics was measured, particularly at the high storage temperatures and the characteristic that determined the self-life of the product was its oxidative rancidity according to the sensory evaluation. Finally, the self-life of the product stored at ambient temperature, was determined to be 6 months.In conclusion, it seemed that the osmotic pretreatment had a significant effect on drying time ,resulting in less time and energy requirements. Furthermore, the combination of osmotic dehydration and air drying resulted in the creation of an innovative dehydrated white cheeseproduct,with optimal organoleptic quality and long durability to am bient temperature	en
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Τζιά, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Καραγιάννη, Χάιδω-Στεφανία	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	133 σ.
heal.fullTextAvailability	true