Κινητική μελέτη ποιοτικών και διατροφικών δεικτών αφυδατωμένων προϊόντων τροφίμων - Εφαρμογή σε καινοτόμο ρόφημα κακάο

Μπακογιάννη, Μαρία; Bakogianni, Maria

dc.contributor.author	Μπακογιάννη, Μαρία	el
dc.contributor.author	Bakogianni, Maria	en
dc.date.accessioned	2021-04-12T09:55:41Z
dc.date.available	2021-04-12T09:55:41Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53322
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21020
dc.rights	Default License
dc.subject	Βιταμίνη C	el
dc.subject	Βιταμίνη Α	el
dc.subject	Οξείδωση	el
dc.subject	Ενεργότητα νερού	el
dc.subject	Θερμοκρασία	el
dc.subject	Arrhenius equation	en
dc.subject	Vitamins degradation	en
dc.subject	Water activity	en
dc.subject	Temperature	en
dc.subject	Kinetic study	en
dc.title	Κινητική μελέτη ποιοτικών και διατροφικών δεικτών αφυδατωμένων προϊόντων τροφίμων - Εφαρμογή σε καινοτόμο ρόφημα κακάο	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημεία, τεχνολογία τροφίμων	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-03-04
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια, το αυξανόμενο ενδιαφέρον των καταναλωτών προς την υγιεινή διατροφή έχει οδηγήσει τη βιομηχανία τροφίμων στην ανάπτυξη νέων προϊόντων, λειτουργικών τροφίμων, μέσω και του εμπλουτισμού τους με θρεπτικά συστατικά. Τα αφυδατωμένα σοκολατούχα ροφήματα αποτελούν μερικά από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα προϊόντα στην παιδική και νεανική διατροφή, και ο εμπλουτισμός τους με θρεπτικά και βιολειτουργικά συστατικά αποτελεί μια επιτυχημένη πρακτική η οποία μπορεί να εφαρμοστεί και στο σχεδιασμό καινοτόμων προϊόντων. Η ποιότητα των αφυδατωμένων προϊόντων, παρ’ ότι αυτά θεωρούνται υψηλής σταθερότητας και μακράς εμπορικής ζωής χωρίς απαίτηση ψύξης, εξαρτάται από τις μεταβολές της θερμοκρασίας (T) και της ενεργότητας νερού (aw), με αποτέλεσμα τη μείωση της διάρκειας ζωής τους, όταν αποθηκεύονται σε συνθήκες πέρα των συνιστώμενων. Η υποβάθμιση της ποιότητάς τους με την πάροδο του χρόνου, αφορά τόσο στη θρεπτική αξία όσο και στα οργανοληπτικά τους χαρακτηριστικά. Συνεπώς, είναι απαραίτητη η ποσοτική γνώση της μεταβολής των διατροφικών και οργανοληπτικών ποιοτικών δεικτών ως συνάρτηση της θερμοκρασίας και της ενεργότητας νερού, προκειμένου να μπορεί να προβλεφθεί με ακρίβεια η διάρκεια ζωής τους σε διαφορετικές συνθήκες συντήρησης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η διατηρησιμότητα καινοτόμου αφυδατωμένου ροφήματος στιγμής με κακάο και βύνη, εμπλουτισμένου με θρεπτικά συστατικά και βιολειτουργικά συστατικά (βιταμίνες, β-γλυκάνη και ω-3 πολυακόρεστα λιπαρά οξέα). Για την εκτίμηση της διάρκειας ζωής του εμπλουτισμένου προϊόντος, εφαρμόστηκε η μεθοδολογία του Επιταχυνόμενου Ελέγχου Διατηρησιμότητας (ΜΕΕΔ). Συνολικά, εξετάσθηκαν εννέα διαφορετικές συνθήκες αποθήκευσης οι οποίες προέκυψαν από το συνδυασμό τριών διαφορετικών θερμοκρασιών (25°C, 35°C, 50°C) και τριών τιμών ενεργότητας νερού (0.28, 0.37 και 0.45). Στις επιλεγόμενες συνθήκες συμπεριλαμβάνονται οι συνθήκες αναφοράς (Τ=25°C και aw=0.28) όσο και ακραίες συνθήκες (π.χ. Τ=50°C και aw=0.45). Αρχικά, πραγματοποιήθηκε ο εμπλουτισμός του προϊόντος με μίγμα βιταμινών σε ποσοστό 0.6% w/w, εικοσιδυεξανοϊκό οξύ (DHA σε αφυδατωμένο φορέα) σε ποσοστό 0.5% w/w, έτσι ώστε το προϊόν να μπορεί να θεωρηθεί “πηγή ω-3 λιπαρών οξέων” και τη β-γλυκάνη από βρώμη σε ποσοστό 28% w/w, έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο ισχυρισμός ότι το προϊόν “περιέχει β-γλυκάνη από βρώμη που συμβάλλει στη μείωση της αύξησης της γλυκόζης στο αίμα μετά το συγκεκριμένο γεύμα”. Στη συνέχεια, προσδιορίστηκε η ισόθερμη ρόφησης του ροφήματος στους 25°C, προκειμένου να συσχετισθεί η περιεχόμενη υγρασία του με την ενεργότητα νερού. Τα δεδομένα προσαρμόστηκαν στις εξισώσεις GAB και BET και προσδιορίστηκαν οι αντίστοιχες σταθερές τους. Ενδεικτικά, οι παράμετροι της GAB ήταν m0=2.30 g H2O/100g ξηρού βάρους, C=14.49 και K=1.02. Σε δεύτερη φάση διεξήχθη η μελέτη της διατηρησιμότητας του εμπλουτισμένου ροφήματος σε σκόνη. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας αποθήκευσης και της ενεργότητας νερού στο χρόνο ζωής του προϊόντος, λαμβάνοντας υπόψη ως δείκτες αλλοίωσης την απώλεια των βιταμινών C και A, την οξείδωση των λιπαρών,το μη ενζυμικό μαύρισμα και την οργανοληπτική του αλλοίωση. Παρατηρήθηκε ότι η μείωση της συγκέντρωσης της βιταμίνης C συναρτήσει του χρόνου ακολουθεί κινητική 1ης τάξης. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι σε θερμοκρασία 25οC και aw=0.28 προσδιορίστηκε ρυθμός ίσος με 0.0012 d-1, ενώ σε θερμοκρασία 50οC και aw=0.45 προσδιορίστηκε ίσος με 0.0009 d-1. Η επίδραση της θερμοκρασίας αποθήκευσης στο ρυθμό απώλειας της βιταμίνης C (kvit.C) περιγράφηκε από την εξίσωση Arrhenius, μέσω της οποίας υπολογίστηκαν οι τιμές της ενέργειας ενεργοποίησης Εa για κάθε τιμή της ενεργότητας νερού. Η δε επίδραση της ενεργότητας νερού περιγράφηκε από μια αρνητικής κλίσης γραμμική εξίσωση με ικανοποιητική προσαρμογή σε κάθε μελετώμενη θερμοκρασία. Αναπτύχθηκε ένα συνολικό μαθηματικό μοντέλο που περιγράφει τη συνδυασμένη επίδραση της ενεργότητας νερού και της θερμοκρασίας αποθήκευσης στη διατηρησιμότητα του τροφίμου, θεωρώντας ως κύριο παράγοντα αλλοίωσης τη μείωση της συγκέντρωσης της βιταμίνης C. Οι παράμετροι του συνολικού μοντέλου προσδιορίστηκαν με τη μέθοδο της μη γραμμικής παλινδρόμησης (IBM SPSS Statistics 25) και βρέθηκαν ίσες με c1=-0.005, c2=0.001 και Ea=17.82 kJ/mol. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το προϊόν θεωρείται πλέον μη αποδεκτό όταν η συγκέντρωση της βιταμίνης C μειωθεί κατά 50%, οι εκτιμώμενοι χρόνοι διατηρησιμότητας που προέκυψαν από το μοντέλο για τους 25 οC ήταν 19.3, 38.5 και 77.0 μήνες για ενεργότητες 0.28,0.37 και 0.45 αντίστοιχα, για τους 35 οC ήταν 17.8, 25.7 και 57.8 μήνες για ενεργότητες 0.28,0.37 και 0.45 αντίστοιχα ενώ για τους 50 οC ήταν 13.6, 21.0 και 25.7 μήνες για ενεργότητες 0.28,0.37 και 0.45 αντίστοιχα. Από τη μελέτη της συγκέντρωσης της βιταμίνης Α, παρατηρήθηκε ότι η βιταμίνη Α μειώνεται εκθετικά με το χρόνο ακολουθόντας κινητική 1ης τάξης. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι σε θερμοκρασία 25οC και aw=0.28 προσδιορίστηκε ρυθμός ίσος με 0.0073 d-1, ενώ σε θερμοκρασία 50οC και aw=0.45 προσδιορίστηκε ίσος με 0.0035 d-1. Η επίδραση της θερμοκρασίας αποθήκευσης στο ρυθμό απώλειας της βιταμίνης Α (kvit.Α) περιγράφηκε από την εξίσωση Arrhenius, μέσω της οποίας υπολογίστηκαν οι τιμές της ενέργειας ενεργοποίησης Εa για κάθε τιμή της ενεργότητας νερού. Η δε επίδραση της ενεργότητας νερού περιγράφηκε από μια αρνητικής κλίσης γραμμική εξίσωση με ικανοποιητική προσαρμογή σε κάθε μελετώμενη θερμοκρασία. Όπως και προηγουμένως, αναπτύχθηκε ένα συνολικό μαθηματικό μοντέλο που περιγράφει τη συνδυασμένη επίδραση της ενεργότητας νερού και της θερμοκρασίας αποθήκευσης στη διατηρησιμότητα του τροφίμου, θεωρώντας ως κύριο παράγοντα αλλοίωσης τη μείωση της συγκέντρωσης της βιταμίνης Α. Οι παράμετροι του συνολικού μοντέλου προσδιορίστηκαν με τη μέθοδο της μη γραμμικής παλινδρόμησης (IBM SPSS Statistics 25) και βρέθηκαν ίσες με c1=-0.040, c2=0.005 και Ea=18.01 kJ/mol. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το προϊόν θεωρείται πλέον μη αποδεκτό όταν η συγκέντρωση της βιταμίνης Α μειωθεί κατά 50%, οι εκτιμώμενοι χρόνοι διατηρησιμότητας που προέκυψαν από το μοντέλο για τους 25 οC ήταν 3.2, 9.6 και 38.5 μήνες για ενεργότητες 0.28,0.37 και 0.45 αντίστοιχα, για τους 35 οC ήταν 2.7, 4.8 και 8.0 μήνες για ενεργότητες 0.28,0.37 και 0.45 αντίστοιχα ενώ για τους 50 οC ήταν 2.1, 4.2 και 6.6 μήνες για ενεργότητες 0.28,0.37 και 0.45 αντίστοιχα. Η οξείδωση των λιπαρών, όπως προσδιορίστηκε με τη μέθοδο των υπεροξειδίων, ακολούθησε κινητική φαινόμενης πρώτης τάξης, μόνο για τα δείγματα των 50οC, αποτελούμενη από δύο γραμμικά στάδια, αυτό της φάσης έναρξης και αυτό της φάσης διάδοσης. Για τα δείγματα ενεργότητας 0.28, ο ρυθμός μεταβολής του αριθμού υπεροξειδίων της φάσης έναρξης βρέθηκε ίσος με 0.1123 d-1, ενώ της φάσης διάδοσης ίσος με 0.8656 d-1. Για τα δείγματα ενεργότητας 0.37, ο ρυθμός μεταβολής του αριθμού υπεροξειδίων της φάσης έναρξης βρέθηκε ίσος με 0.0645 d-1, ενώ η φάση διάδοσης πιθανότατα δεν έχει ξεκινήσει στο μελετώμενο χρονικό διάστημα. Τέλος, για τα δείγματα ενεργότητας 0.45, ο ρυθμός μεταβολής του αριθμού υπεροξειδίων της φάσης έναρξης βρέθηκε ίσος με 0.0409 d-1, ενώ η φάση διάδοσης πιθανότατα δεν έχει ξεκινήσει στο μελετώμενο χρονικό διάστημα. Στις χαμηλότερες θερμοκρασίες αποθήκευσης δεν παρατηρήθηκε αύξηση του αριθμού υπεροξειδίων στο μελετώμενο χρονικό διάστημα. Η ανάπτυξη των δευτερογενών προϊόντων οξείδωσης, που εκφράστηκε μέσω της αύξησης τη συγκέντρωσης της εννεανάλης, ακολούθησε κινητική 1ης τάξης μόνο για τα δείγματα των 50οC. Οι ρυθμοί μεταβολής της συγκέντρωσης της εννεανάλης βρέθηκαν ίσοι με 0.0139 d-1, 0.0160 d-1 και 0.0143 d-1 για ενεργότητες 0.28, 0.37 και 0.45 αντίστοιχα. Ωστόσο, τα αποτελέσματα αυτά δε θεωρούνται αξιόπιστα, καθώς η μοντελοποίηση βασίστηκε σε πολύ λίγα δεδομένα. Σχετικά με την αλλοίωση του χρώματος της σκόνης, παρατηρήθηκε μείωση της φωτεινότητας των δειγμάτων μονο για τα δείγματα των 50οC και κυρίως στις πιο υψηλές τιμές ενεργότητας νερού. Συγκεκριμένα, η μείωση της φωτεινότητας των δειγμάτων ακολούθησε κινητική μηδενικής τάξης για τα δείγματα ενεργότητας 0.37, 0.45, 0.53, 0.69 και 0.75 με ρυθμούς 0.0125 d-1, 0.0153 d-1, 0.0202 d-1, 0.0229 d-1 και 0.0390 d-1 αντίστοιχα, ενώ για τα δείγματα ενεργότητας 0.28 δεν παρατηρήθηκε καμία μεταβολή στο χρώμα. Η επίδραση της ενεργότητας νερού στο ρυθμό αμαύρωσης της σκόνης περιγράφηκε από μια γραμμική εξίσωση με ικανοποιητική προσαρμογή. Στη συνέχεια της επεξεργασίας, πραγματοποιήθηκε οργανοληπτική αξιολόγηση τόσο της σκόνης του προϊόντος όσο και του παρασκευασμένου σοκολατούχου ροφήματος συναρτήσει του χρόνου αποθήκευσης, από την οποία προέκυψε ότι η συνολική αρέσκεια της σκόνης του προϊόντος μειώνεται γραμμικά με το χρόνο. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι σε θερμοκρασία 25oC και aw=0.28 προσδιορίστηκε ρυθμός ίσος με 0.0022 d-1, ενώ σε θερμοκρασία 50οC και aw=0.45 προσδιορίστηκε ίσος με 0.0221 d-1. Η επίδραση της θερμοκρασίας αποθήκευσης στο ρυθμό μεταβολής της συνολικής αρέσκειας περιγράφηκε από την εξίσωση Arrhenius, μέσω της οποίας υπολογίστηκαν οι τιμές της ενέργειας ενεργοποίησης Εa για κάθε τιμή της ενεργότητας νερού. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το προϊόν θεωρείται πλέον μη αποδεκτό όταν η συνολική αρέσκεια της σκόνης συγκεντρώσει βαθμολογία μικρότερη από 4, οι εκτιμώμενοι χρόνοι διατηρησιμότητας που προέκυψαν για τους 25 οC ήταν 61, 31 και 23 μήνες για ενεργότητες 0.28,0.37 και 0.45 αντίστοιχα, για τους 35 οC ήταν 22, 8 και 9 μήνες για ενεργότητες 0.28,0.37 και 0.45 αντίστοιχα ενώ για τους 50 οC ήταν 6, 5 και 6 μήνες για ενεργότητες 0.28,0.37 και 0.45 αντίστοιχα. Ωστόσο, δεν αναπτύχθηκε ένα συνολικό μαθηματικό μοντέλο που να περιγράφει τη διατηρησιμότητα του τροφίμου ως συνάρτηση της θερμοκρασίας και της ενεργότητας νερού, καθώς φάνηκε ότι δε μπορεί να εξαχθεί κάποια μαθηματική συσχέτιση που να περιγράφει ικανοποιητικά τη συνολική αρέσκεια συναρτήσει της ενεργότητας νερού. Επίσης, όσο αφορά το έτοιμο παρασκευασμένο σοκολατούχο ρόφημα, παρατηρήθηκε αρνητική συσχέτιση μεταξύ της έντασης και της αρέσκειας του αρώματος, της αντίληψης ταγγισμού και της αρέσκειας του αρώματος, ενώ αντίστοιχα θετική συσχέτιση παρατηρήθηκε μεταξύ της αντίληψης ταγγισμού και της έντασης του αρώματος. Συνολικά, η διατηρησιμότητα του προϊόντος εξαρτάται από τη μεταβολή των παραπάνω μελετώμενων ποιοτικών δεικτών οι οποίοι οδηγούν σε μείωση της θρεπτικής του αξίας και μείωση της οργανοληπτικής του ποιότητας. Το προϊόν παραμένει μικροβιολογικά σταθερό ακόμα και για ενεργότητα 0.45 και συνεπώς, στο τέλος της διάρκειας ζωής του είναι ασφαλές για κατανάλωση αλλά υποβαθμισμένο, λόγω μειωμένης θρεπτικής αξίας και οργανοληπτικής ποιότητας. Σα γενικό συμπέρασμα, μπορεί να εξαχθεί ότι τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας αποτελούν χρήσιμο εργαλείο για τη βελτιστοποίηση της διατηρησιμότητας και συντήρησης του προϊόντος, επιτρέποντας τον υπολογισμό της επίδρασης των συνθηκών αποθήκευσης. Επιπλέον, ενδεχομένως να οδηγήσουν σε τροποποιήσεις στις παραγωγική διαδικασία ή τις προδιαγραφές του τελικού προϊόντος, όπως για παράδειγμα την αύξηση της ενεργότητας νερού, με στόχο την αύξηση της διάρκειας ζωής του, ακόμα και σε συνθήκες που ξεφεύγουν από τις προβλεπόμενες.	el
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Ωραιοπούλου, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Καβουσανάκης, Μιχάλης	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	180 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false