Επίδραση της υπερυψηλής πίεσης στην ενεργότητα και την ικανότητα πήξης γάλακτος πρωτεασών κυττάρων μαγιάς κατά την αυτόλυση

Αεράκης, Ευάγγελος - Μαρίνος; Aerakis, Efangelos - Marinos

dc.contributor.author	Αεράκης, Ευάγγελος - Μαρίνος	el
dc.contributor.author	Aerakis, Efangelos - Marinos	en
dc.date.accessioned	2020-10-16T10:15:41Z
dc.date.available	2020-10-16T10:15:41Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51477
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19175
dc.rights	Default License
dc.subject	Αυτόλυση	el
dc.subject	Μαγιά αρτοποιίας	el
dc.subject	Υπερυψηλή πίεση	el
dc.subject	Πρωτεάσες μαγιάς	el
dc.subject	Ικανότητα πήξης γάλακτος	el
dc.subject	Autolysis	en
dc.subject	Saccharomyces cerevisiae	en
dc.subject	High pressure processing	en
dc.subject	Yeast proteases	en
dc.subject	Milk clotting capacity	en
dc.title	Επίδραση της υπερυψηλής πίεσης στην ενεργότητα και την ικανότητα πήξης γάλακτος πρωτεασών κυττάρων μαγιάς κατά την αυτόλυση	el
dc.title	Study of the proteolytic activity and milk clotting capacity of crude yeast autolysates	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Τεχνολογία τροφίμων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-02-21
heal.abstract	Μια από τις βασικότερες εφαρμογές προϊόντων μαγιάς (Saccharomyces cerevisiae) στη βιομηχανία τροφίμων είναι το εκχύλισμα μαγιάς, το οποίο χρησιμοποιείται ως ενισχυτικό γεύσης. Το εκχύλισμα μαγιάς μπορεί να προστεθεί σε διάφορα τρόφιμα και να βελτιώσει τη γεύση τους, με χαρακτηριστικά παραδείγματα να είναι οι σούπες και οι σάλτσες. Η παρασκευή του εκχυλίσματος μαγιάς μπορεί να πραγματοποιηθεί με τρεις τρόπους, την αυτόλυση, την πλασμόλυση και την υδρόλυση. Η παραγωγή εκχυλισμάτων μαγιάς με αυτόλυση έχει διάφορα πλεονεκτήματα σε σχέση με την παραγωγή με πλασμόλυση και με υδρόλυση. Κυριότερα από αυτά είναι ότι δεν απαιτεί ειδικό εξοπλισμό ή χρήση διαλυτών, των οποίων η απομάκρυνση είναι απαραίτητη μετά το πέρας της διεργασίας. Επίσης, τα προϊόντα που προκύπτουν με αυτή τη διαδικασία έχουν χαμηλή περιεκτικότητα σε νάτριο. Ένα μειονέκτημα της παρασκευής εκχυλισμάτων μαγιάς με αυτόλυση είναι ο μεγάλος χρόνος διεργασίας (> 20 h) που απαιτείται για να προκύψει ένα ικανοποιητικό προϊόν για χρήση στη βιομηχανία τροφίμων. Συγκεκριμένα, για την παρασκευή εκχυλίσματος μαγιάς με αυτόλυση, το αιώρημα μαγιάς επωάζεται σε σταθερή θερμοκρασία, συνήθως στους 52οC. Στις συνθήκες της επώασης, πραγματοποιείται ενεργοποίηση των υδρολυτικών ενζύμων των κυττάρων της μαγιάς, τα οποία προκαλούν τη λύση του κυττάρου, απελευθερώνοντας έτσι διάφορα ενδοκυτταρικά συστατικά στο περιβάλλον υγρό. Τα συστατικά αυτά είναι διάφοροι υδατάνθρακες, νουκλεϊκά οξέα και πρωτεΐνες, η παρουσία των οποίων καθιστά το εκχύλισμα μαγιάς ικανοποιητικό ενισχυτικό γεύσης. Οι μη θερμικές διεργασίες ερευνώνται και εφαρμόζονται τα τελευταία χρόνια, λόγω της ικανότητας διατήρησης των περισσότερων θρεπτικών και ποιοτικών χαρακτηριστικών των τροφίμων μετά την επεξεργασία τους. Η υπερυψηλή πίεση, η οποία ανήκει στις μη θερμικές μεθόδους επεξεργασίας τροφίμων, έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζει τα ένζυμα που περιέχονται σε αυτά, προκαλώντας την ενεργοποίηση ή την απενεργοποίησή τους ανάλογα με τις συνθήκες επεξεργασίας. Τα πρωτεολυτικά ένζυμα της μαγιάς έχουν κυρίαρχο ρόλο στην πραγματοποίηση της αυτόλυσης, γι’ αυτό στην παρούσα έρευνα μελετήθηκε η επίδραση της υπερυψηλής πίεσης και της θερμοκρασίας στην οποία πραγματοποιείται η αυτόλυση στην ενεργότητα των ενζύμων αυτών. Στη γαλακτοβιομηχανία, ο βασικότερος τρόπος παραγωγής τυροκομικών προϊόντων είναι με τη χρήση πυτιάς, η οποία απομονώνεται από το στομάχι νεαρών μηρυκαστικών θηλαστικών, συνηθέστερα μόσχου, και αποτελείται κυρίως από τα ένζυμα χυμοσίνη και iii πεψίνη. Λόγω της μεγάλης ζήτησης τυροκομικών και της πολύ περιορισμένης παραγωγής πυτιάς, έχουν πραγματοποιηθεί πολλές έρευνες για την εύρεση υποκατάστατων πυτιάς. Ήδη σήμερα, η πυτιά στη γαλακτοβιομηχανία χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με άλλα ένζυμα για να μπορούν να καλυφθούν οι ανάγκες της αγοράς. Με βάση τα παραπάνω, δεύτερο σκέλος της παρούσας έρευνας αποτέλεσε η μελέτη της πηκτικής ικανότητας των πρωτεολυτικών ενζύμων του εκχυλίσματος μαγιάς, για να εξεταστεί η δυνατότητα χρησιμοποίησής τους ως υποκατάστατα πυτιάς ή σε συνδυασμό με αυτή. Στην παρούσα εργασία, μελετήθηκε αρχικά η επίδραση της υπερυψηλής πίεσης στην ενεργότητα των ολικών πρωτεολυτικών ενζύμων του αιωρήματος μαγιάς, αλλά και στην ενεργότητα δύο συγκεκριμένων ενζύμων της μαγιάς, γνωστά για την πρωτεολυτική τους δράση, της πρωτεϊνάσης Α και της πρωτεϊνάσης Β. Μελετήθηκαν πιέσεις από 200 έως 600 MPa και χρόνοι επεξεργασίας από 0 έως 30 min σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Τα πρωτεολυτικά ένζυμα του αιωρήματος μαγιάς ενεργοποιήθηκαν σε συνθήκες πίεσης 200 και 400 MPa, ενώ απενεργοποιήθηκαν σε πίεση 600 MPa. Η μέγιστη αύξηση της ολικής πρωτεολυτικής ενεργότητας ήταν 220% και παρουσιάστηκε κατά την επεξεργασία με πίεση 200 MPa για 30 min. Για την πρωτεϊνάση Α, όλες οι συνθήκες που μελετήθηκαν είχαν αρνητική επίδραση στην ενεργότητα. Συγκεκριμένα για επεξεργασία στα 200, 400 και 600 MPa υπήρξε μείωση της ενεργότητας κατά 31, 44 και 86% αντίστοιχα. Η πρωτεϊνάση Β παρουσίασε παρόμοια συμπεριφορά με το σύνολο των πρωτεολυτικών ενζύμων, δηλαδή ενεργοποιήθηκε με επεξεργασία στα 200 και 400 MPa ενώ απενεργοποιήθηκε στα 600 MPa. Επεξεργασία σε πίεση 400 MPa για 10 min οδήγησε σε 451% αύξηση στην ενεργότητά της. Στη συνέχεια, τα επεξεργασμένα με πίεση δείγματα επωάστηκαν στις θερμοκρασίες 32, 42 και 52οC αντίστοιχα, με στόχο να μελετηθεί η επίδραση της θερμοκρασίας και του χρόνου επώασης καθώς και η επίδραση της επεξεργασίας με υπερυψηλή πίεση στην ενεργότητα των πρωτεολυτικών ενζύμων. Έχει βρεθεί ότι τόσο ο χρόνος όσο και η θερμοκρασία επώασης οδηγούν σε διαφορετική συμπεριφορά ως προς την ενεργοποίηση και την απενεργοποίηση των ενζύμων. Και στις τρεις θερμοκρασίες που μελετήθηκαν, η επεξεργασία στα 600 ΜPa δεν προκάλεσε αύξηση της ολικής πρωτεολυτικής ενεργότητας σε κανέναν από τους χρόνους επεξεργασίας που μελετήθηκαν. Αυτό είναι αναμενόμενο καθώς, όπως προαναφέρθηκε, η επεξεργασία σε αυτή την πίεση προκάλεσε έντονη απενεργοποίηση των πρωτεολυτικών ενζύμων της μαγιάς. Η μέγιστη ενζυμική ενεργότητα επιτυγχάνεται από ανεπεξέργαστο αιώρημα μαγιάς μετά από 23 h επώαση στους 32οC και είναι ίση με 114.82 ± 1.19 U/mL, ενώ με προεπεξεργασία σε πίεση 200 MPa για 10 min επιτυγχάνεται ενεργότητα 112.38 ± 0.81 U/mL στις 8 h, δηλαδή 15 ώρες νωρίτερα από το ανεπεξέργαστο δείγμα. Στους 42οC, το ανεπεξέργαστο δείγμα παρουσιάζει μέγιστη ολική πρωτεολυτική ενεργότητα ίση με 98.12 ± 0.40 U/mL μετά από 8 h επώασης, ενώ τα επεξεργασμένα δείγματα φτάνουν στην ίδια ενεργότητα με μόλις 4 h επώασης. Επίσης, η μέγιστη ολική πρωτεολυτική ενεργότητα που επιτεύχθηκε στις συνθήκες που μελετήθηκαν είναι 123.14 ± 3.03 U/mL και παρατηρήθηκε μετά από στιγμιαία επεξεργασία σε πίεση 400 MPa και αυτόλυση στους 42οC για 8 h. Και στους 52οC παρατηρήθηκε αύξηση της ενεργότητας μετά από επεξεργασία σε συγκεκριμένες συνθήκες υπερυψηλής πίεσης, όμως iv συνολικά, η ολική πρωτεολυτική ενεργότητα στους 52οC ήταν πολύ χαμηλότερη από τις άλλες δύο θερμοκρασίες. Η πρωτεϊνάση Α έχει ενεργότητα 25.98 ± 0.15 U/mL σε ανεπεξέργαστο αιώρημα χωρίς επώαση. Οι περισσότερες συνθήκες πίεσης και χρόνου επεξεργασίας είτε μειώνουν την ενεργότητα αυτή, είτε προκαλούν μικρή αύξηση αλλά μετά από αρκετές ώρες επώασης. Συγκεκριμένα, η μέγιστη ενεργότητα που επιτυγχάνεται είναι 32.10 ± 1.41 U/mL και παρατηρείται μετά από 15 h επώασης στους 42οC αφού προηγηθεί επεξεργασία στα 400 MPa για 2.5 min. Η μέγιστη ενεργότητα της πρωτεϊνάσης Β που επιτυγχάνεται χωρίς επεξεργασία με υπερυψηλή πίεση είναι 15.67 ± 0.06 U/mL μετά από 23h επώασης στους 32οC, ενώ με στιγμιαία εφαρμογή πίεσης 200 MPa και επώαση στους 42οC για 8 h επιτυγχάνεται ενεργότητα 15.04 ± 0.45 U/mL, συνεπώς επιτυγχάνεται παραπλήσια ενεργότητα 15 h νωρίτερα. Στη συνέχεια, για επιλεγμένα δείγματα, μελετήθηκε η ικανότητα πήξης του γάλακτος σε θερμοκρασίες από 40 έως 75οC με δύο υποστρώματα γάλακτος με διαφορετική συγκέντρωση σε χλωριούχο ασβέστιο (CaCl2), 10 mM και 20mM. Παρατηρήθηκε ότι η υψηλότερη συγκέντρωση του υποστρώματος σε ιόντα ασβεστίου οδήγησε σε ταχύτερη πήξη. Η αύξηση της θερμοκρασίας στην οποία πραγματοποιήθηκε η διαδικασία είχε θετική επίδραση στο χρόνο πήξης, εμφανίζοντας βέλτιστη θερμοκρασία 60°C για το υπόστρωμα με 10 mM CaCl2. Σε θερμοκρασίες 65-75οC παρατηρήθηκε μερική απενεργοποίηση των ενζύμων. Έτσι, κυρίως κατά την πήξη υποστρώματος με μικρότερη συγκέντρωση ιόντων ασβεστίου υπήρχε αύξηση του χρόνου πήξης στις θερμοκρασίες πάνω από 60οC, ενώ η πήξη του υποστρώματος με μεγαλύτερη συγκέντρωση ιόντων ασβεστίου ήταν γενικά ταχύτερη στις ψηλότερες θερμοκρασίες εκτός από κάποιες εξαιρέσεις στις οποίες η γρήγορη απενεργοποίηση των ενζύμων δεν επέτρεπε την πήξη του υποστρώματος. Συγκρίνοντας τα παρασκευασμένα εκχυλίσματα μαγιάς ως προς τον χρόνο πήξης που πετυχαίνουν, λαμβάνοντας υπόψη και την επεξεργασία με υπερυψηλή πίεση που έπρεπε να υποστεί το κάθε δείγμα για να πετύχει τον αντίστοιχο χρόνο πήξης, προέκυψε ότι το καλύτερο δείγμα από αυτά που μελετήθηκαν ως προς την ικανότητα πήξης του γάλακτος, είναι αυτό στο οποίο εφαρμόστηκε πίεση 400 MPa για 2.5 min και στη συνέχεια επωάστηκε για 6 h στους 42οC. Το δείγμα αυτό πέτυχε χρόνο πήξης 2.9 ± 0.2 min στους 60οC για υπόστρωμα με 20 mM CaCl2, και χρειάστηκε τουλάχιστον 7 h λιγότερη επώαση από τα υπόλοιπα δείγματα που έδωσαν τον ίδιο χρόνο πήξης. Η ενεργότητα της πρωτεϊνάσης Α, της πρωτεϊνάσης Β και η ολική πρωτεολυτική ενεργότητα για το δείγμα αυτό είναι 20.68 ± 0.85, 12.71 ± 0.10 και 96.20 ± 1.24 U/mL αντίστοιχα. Συμπερασματικά, η επεξεργασία του αιωρήματος μαγιάς με υπερυψηλή πίεση μπορεί να μειώσει τον απαιτούμενο χρόνο αυτόλυσης και να αυξήσει την ενεργότητα των πρωτεολυτικών ενζύμων κατά την αυτόλυση, ενώ μπορεί να βελτιώσει και την πηκτική ικανότητα των πρωτεολυτικών ενζύμων της μαγιάς, καθιστώντας τα πιθανούς υποψήφιους για χρήση στη γαλακτοβιομηχανία σε συνδυασμό με την πυτιά. Το γεγονός ότι η μαγιά αποτελεί παραπροϊόν της βιομηχανίας ζυθοποιίας, εξασφαλίζει την πολύ οικονομική παραλαβή της και τη μεγάλη αφθονία της σε σχέση με την πυτιά. Επίσης, το εκχύλισμα μαγιάς, ως ενισχυτικό γεύσης, μπορεί εκτός από την πήξη του γάλακτος να πετυχαίνει και τη v βελτίωση των ποιοτικών χαρακτηριστικών του τελικού προϊόντος. Γι’ αυτό και ως συνέχεια της παρούσας έρευνας μπορεί να πραγματοποιηθεί μελέτη της ποιότητας των προϊόντων που προκύπτουν από την πήξη του γάλακτος με ένζυμα εκχυλίσματος μαγιάς. Τέλος, άλλη πρόταση για μελλοντική έρευνα είναι η μελέτη της επίδρασης άλλων μη θερμικών διεργασιών, όπως τα παλμικά ηλεκτρικά πεδία (PEF), στο αιώρημα μαγιάς ώστε να μπορέσει να γίνει σύγκριση των μεθόδων.	el
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Τζια, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	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	112 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false