Μελέτη ενεργής και έξυπνης συσκευασίας φρέσκων προϊόντων λαβρακιού για τον έλεγχο της ψυκτικής αλυσίδας

Γκικοπούλη, Χριστίνα; Gkikopouli, Christina

dc.contributor.author	Γκικοπούλη, Χριστίνα	el
dc.contributor.author	Gkikopouli, Christina	en
dc.date.accessioned	2022-07-21T11:33:59Z
dc.date.available	2022-07-21T11:33:59Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55481
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23179
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Λαβράκι	el
dc.subject	Χρονοθερμοκρασιακοί δείκτες	el
dc.subject	Εκπομπείς διοξειδίου του άνθρακα	el
dc.subject	Διατηρησιμότητα	el
dc.subject	Seabass	en
dc.subject	Κινητική μελέτη	el
dc.subject	Shelf-life	en
dc.subject	TTI	en
dc.subject	CO2 emitters	en
dc.subject	Food safety	en
dc.title	Μελέτη ενεργής και έξυπνης συσκευασίας φρέσκων προϊόντων λαβρακιού για τον έλεγχο της ψυκτικής αλυσίδας	el
dc.contributor.department	Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV), Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική τροφίμων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-02-18
heal.abstract	Τα ιχθυηρά και τα προϊόντα τους αποτελούν εξαιρετικά ευαλλοίωτα προϊόντα, τα οποία υποβαθμίζονται ποιοτικά, κυρίως μέσω της ανάπτυξης μικροοργανισμών. Το γεγονός αυτό, έχει οδηγήσει στη μελέτη και στην ανάπτυξη συστημάτων τα οποία μπορούν να παρατείνουν την διατηρησιμότητα των προϊόντων αυτών, όπως είναι καινοτόμες εφαρμογές όσον αφορά τη συσκευασία. Στις εφαρμογές αυτές εντάσσεται η ενεργή (active) και η έξυπνη (smart) συσκευασία. Για την παράταση του χρόνου ζωής των ιχθυηρών, λοιπόν, από τις πλέον μελετώμενες και δοκιμασμένες είναι η συσκευασία με τη χρήση τροποποιημένης ατμόσφαιρας, δηλαδή ένα μείγμα αερίων, συνηθέστερα οξυγόνου (O2), διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και αζώτου (Ν2), που αντικαθιστά τον αέρα στη συσκευασία των τροφίμων. Η ενεργή συσκευασία αποτελεί ένα, ακόμη, σύστημα που έχει μελετηθεί, στην οποία το τρόφιμο και το περιβάλλον της συσκευασίας αλληλοεπιδρούν οδηγώντας έτσι σε ακόμα μεγαλύτερη παράταση της διάρκειας ζωής του τρόφιμου. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτής της κατηγορίας ενεργής συσκευασίας είναι η προσθήκη εκπομπέων διοξειδίου του άνθρακα στο εσωτερικό της συσκευασίας, τα συστατικά των οποίων αντιδρούν με την υγρασία του συσκευασμένου τρόφιμου εκλύοντας διοξείδιο του άνθρακα. Η διατήρηση της ασφάλειας και της ποιότητας των τροφίμων, και ιδιαίτερα των ιχθυηρών, εξαρτάται σημαντικά από τη θερμοκρασία. Αποτελεί, επομένως, επιτακτική ανάγκη η ορθή διαχείριση της ψυκτικής αλυσίδας, από την παραγωγή έως και την κατανάλωση. Οι αποκλίσεις που παρατηρούνται στις προτεινόμενες θερμοκρασίες αποθήκευσης, οδηγούν στην ταχύτερη ποιοτική υποβάθμιση των τροφίμων, και πιθανώς στην έκθεση του καταναλωτή σε κίνδυνο. Η έξυπνη συσκευασία αποτελεί την καινοτόμα τεχνολογία που μελετάται για τον έλεγχο της ψυκτικής αλυσίδας. Οι χρονοθερμοκρασιακοί ολοκληρωτές ή δείκτες TTI, αποτελούν το πλέον μελετώμενο και εφαρμοζόμενο παράδειγμα έξυπνης συσκευασίας, είναι διατάξεις χαμηλού κόστους που τοποθετούνται στη συσκευασία των προϊόντων και οι οποίοι με μια εύκολα μετρήσιμη αλλαγή (ορατή αλλαγή που είναι συνήθως χρωματική), εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία και το χρόνο, μπορούν να προσδιορίζουν πληροφορίες για το χρονοθερμοκρασιακό προφίλ του προϊόντος. Οι δείκτες TTI μπορούν να λειτουργήσουν επικουρικά με την ημερομηνία λήξης, και να προσφέρουν πληροφορίες για την πιθανή κακομεταχείριση των προϊόντων. Ο στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της κινητικής αλλοίωσης φιλέτων και απεντερωμένου ολόκληρου λαβρακιού ιχθυοκαλλιέργειας συσκευασμένων σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα και η επίδραση της ενεργής συσκευασίας με τη χρήση διαφορετικών εμπορικά διαθέσιμων εκπομπέων CO2 ( CO2 emitters, αναφερόμενοι στην παρούσα εργασία ως PADs) στην επιβράδυνση της ποιοτική υποβάθμιση και στην παράταση ζωής του ιχθυηρού. Ο δεύτερος στόχος, της παρούσας διπλωματικής εργασίας αφορά την κινητική μελέτη της απόκρισης ενζυμικών χρονοθερμοκρασιακών ολοκληρωτών κατάλληλου συνδυασμού ενζύμου- υποστρώματος, ώστε οι χρόνοι απόκρισης και η θερμοκρασιακή εξάρτηση να αντιστοιχεί στην κινητική αλλοίωσης του μελετώμενου προϊόντος. Επομένως, από την κινητική μελέτη της ποιοτικής υποβάθμισης του ιχθυηρού και την κινητική της απόκρισης των ολοκληρωτών TTI μπορεί να επιλεχθεί ο κατάλληλος δείκτης για κάθε επιλεγμένο μελετώμενο προϊόν, με απώτερο στόχο την παρακολούθηση της ασφάλειας του λαβρακιού στην ψυκτική αλυσίδα. Σε αυτό το πλαίσιο, στο τελευταίο μέρος της παρούσας διπλωματικής η επιλογή των βέλτιστων TTI επαληθεύτηκε σε μεταβαλλόμενες θερμοκρασιακά συνθήκες αποθήκευσης. Σε πρώτο στάδιο έγινε η μελέτη της ποιοτικής υποβάθμισης φιλέτων και ολόκληρου απεντερωμένου λαβρακιού, που περιλάμβανε τον προσδιορισμό της ανάπτυξης αλλοιογόνων μικροοργανισμών και τη μελέτη διαφόρων φυσικοχημικών παραμέτρων. Τα δείγματα αποθηκεύτηκαν σε ισοθερμοκρασιακές συνθήκες, συγκεκριμένα στους 0, 2.5, 5 και 10οC, και συσκευάστηκαν σε συνθήκες τροποποιημένης ατμόσφαιρας (για το ολόκληρο λαβράκι 20% O2-20% CO2-60% N2, για το φιλέτο 60% CO2-40% αέρα) χωρίς και με τη χρήση εκπομπέων CO2, διαφορετικών διαστάσεων με κωδικοποίηση PAD1, PAD2 (για το ολόκληρο) και PAD3 (για το φιλέτο), και στην περίπτωση του ολόκληρου απεντερωμένου λαβρακιού δείγματα αποθηκεύτηκαν επίσης και σε αερόβιες συνθήκες συσκευασίας. Όσον αφορά τη μικροβιακή ανάλυση, αναπτύχθηκαν τα μαθηματικά μοντέλα περιγραφής της ανάπτυξης των μικροοργανισμών, ολικής μικροβιακής χλωρίδας, ψευδομονάδων, εντεροβακτηρίων και βακτηρίων που παράγουν υδρόθειο, με την ανάπτυξη της ολικής μικροβιακής χλωρίδας να αποτελεί και τον βασικό παράγοντα στον υπολογισμό της διατηρησιμότητας των ιχθυηρών. Από το μοντέλο Baranyi έγινε ο υπολογισμός των ρυθμών αύξησης των μικροοργανισμών, συγκεκριμένα για το ολόκληρο λαβράκι η ταχύτερη ανάπτυξη εμφανίζεται στα αερόβια αποθηκευμένα δείγματα, ενώ είναι φανερή η θετική επίδραση των εκπομπέων CO2, κυρίως στην ανάπτυξη της μικροβιακής χλωρίδας, μέσω της οποίας καθορίζεται ο χρόνος διατηρησιμότητας του λαβρακιού, και των βακτηρίων που παράγουν υδρόθειο, η ανάπτυξη των οποίων επιδρά σημαντικά στην οργανοληπτική υποβάθμιση του προϊόντος. Για τα δείγματα φιλέτου, παρατηρήθηκαν αντίστοιχα αποτελέσματα, με τη θετική επίδραση του PAD να είναι εμφανής στους 5oC σε σύγκριση με τα αποθηκευμένα δείγματα σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα. Για κάθε συνθήκη αποθήκευσης υπολογίστηκαν οι ενέργειες ενεργοποίησης Εα για την εξάρτηση των ρυθμών μικροβιακής ανάπτυξης από τη θερμοκρασία για το ολόκληρο απεντερωμένο λαβράκι από το μοντέλο Arrhenius και τα αποτελέσματα για τη μικροβιακή χλωρίδα ήταν 83.1, 63.5, 84.4 και 94.0 kJ/mol για αερόβια συσκευασία, για τα δείγματα συσκευασμένα σε MAP, και για τα δείγματα με χρήση PAD1 και PAD2 αντίστοιχα. Ενώ αντίστοιχα υπολογίστηκε η Εα 131,9 kJ/mol για το φιλέτο λαβρακιού με χρήση PAD3. Τα αποτελέσματα της διατηρησιμότητας έδειξαν παράταση του χρόνου ζωής σε συνθήκες τροποποιημένης ατμόσφαιρας, και ακόμα μεγαλύτερη παράταση σε συνθήκες ενεργής συσκευασίας, τόσο για το φιλέτο όσο και για το ολόκληρο. Οι χρόνοι ζωής, για το ολόκληρο λαβράκι βρέθηκαν ίσοι με 9, 6, 4 και 2 μέρες για τα συσκευασμένα αερόβια δείγματα, για τα συσκευασμένα σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα 14, 8, 7 και 3 ημέρες, για τα συσκευασμένα με τη χρήση του PAD1 18, 10, 7 και 3 ημέρες, και για τα συσκευασμένα με χρήση PAD2 18, 10, 8 και 3 ημέρες, σε θερμοκρασίες 0, 2.5, 5 και 10οC, αντίστοιχα. Για το φιλέτο, η διατηρησιμότητα ήταν 22, 13, 6 και 4 ημέρες στα συσκευασμένα με χρήση PAD3 δείγματα σε θερμοκρασίες 0, 2.5, 5 και 10οC, αντίστοιχα, και 5 ημέρες για τα δείγματα σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα στους 5οC. Οι υπόλοιποι δείκτες ποιότητας που μελετήθηκαν για το λαβράκι, ήταν η αέρια σύσταση, το pH, το χρώμα, η υφή και η οξείδωση των λιπαρών οξέων. Τα αποτελέσματα για τη μεταβολή της σύστασης του οξυγόνου έδειξαν μείωση καθ’ όλη τη διάρκεια αποθήκευσης, η οποία παρατηρήθηκε λιγότερο έντονη στα δείγματα υπό τροποποιημένες συνθήκες συγκριτικά με τα αερόβια. Η σύσταση του CO2 αρχικά παρουσιάζει μείωση, και στη συνέχεια αυξάνεται, με την εμφάνιση του ελαχίστου σημείου να διακρίνεται πιο γρήγορα στα δείγματα υπό τροποποιημένη ατμόσφαιρα έναντι των δειγμάτων με τη χρήση εκπομπεών CO2 . Επιπλέον, για το ολόκληρο λαβράκι η συγκέντρωση CO2 των δειγμάτων με τη χρήση PAD έφτασε σε τιμές 35-40%, ενώ στις συσκευασίες σε συνθήκες MAP δεν ξεπέρασε το 25%. Οι αντίστοιχες μέγιστες τιμές CO2 για την περίπτωση του φιλέτου ήταν 40% για τις συνθήκες MAP ενώ έφτασε έως και 70% με τη χρήση του PAD. H μεταβολή του pH παρουσίασε αρχικά μείωση ακολουθούμενη από αύξηση, οι οποίες μπορούν να αποδοθούν στην παραγωγή γαλακτικού οξέος και στις μεταβολικές δραστηριότητες που λαμβάνουν χώρα στο μυϊκό ιστό των ιχθύων, αντίστοιχα. Όσον αφορά, την ανάλυση υφής και χρώματος, παρατηρήθηκαν αυξομειώσεις σε όλες τις συνθήκες, με την σκληρότητα της υφής να παρουσιάζει μια αυξητική τάση. Καταληκτικά, για την οξείδωση των λιπαρών οξέων δεν εξήχθη κάποια τάση με το χρόνο αποθήκευσης, αξίζει όμως να σημειωθεί πως κανένα δείγμα δεν ξεπέρασε το όριο αποδοχής προς κατανάλωση, δηλαδή την τιμή 7 mg MDA/kg. Στο δεύτερο σκέλος του πειραματικού μέρους έγινε κινητική μελέτη ενζυμικών δεικτών ΤΤΙ, που έχουν ως αρχή λειτουργίας την αντίδραση του ενζύμου λιπάσης από Rhizopus oryzae και υπόστρωμα μυριστικό μεθυλεστέρα, με συγκέντρωση ενζύμου 15u και 20u σε θερμοκρασίες 2.5, 5 και 10οC και 25u, 50u, 75u και 100u, σε θερμοκρασίες 0, 2.5, 5 και 10οC. Τα πειραματικά σημεία προσαρμόστηκαν σε κατάλληλα σιγμοειδή μοντέλα για κάθε ενεργότητα και κάθε θερμοκρασία και υπολογίστηκαν οι κινητικές σταθερές, οι οποίες προσαρμόστηκαν στην εξίσωση Arrhenius. Αναπτύχθηκε επίσης ένα συνολικό μαθηματικό μοντέλο συσχέτισης της απόκρισης των δεικτών με τη συγκέντρωση του περιεχόμενου ενζύμου, το χρόνο αποθήκευσης και τη θερμοκρασία για τον ενζυμικό δείκτη τύπου Μ και η ενέργεια ενεργοποίησης που υπολογίστηκε είχε τιμή 96,99 kJ/ mol. Οι χρόνοι απόκρισης που υπολογίστηκαν μέσω του μοντέλου αυτού, για ενδεικτική θερμοκρασία 5 oC, έχουν τιμές 10.4, 7.9, 6.4, 3.4, 2.3 και 1.8 για συγκέντρωση ενζύμου 15u, 20u, 25u, 50u, 75u, 100u, αντίστοιχα. Για την αξιολόγηση του μοντέλου έγινε συσχέτιση των πειραματικών χρόνων ζωής με τους χρόνους ζωής που προκύπτουν από το μοντέλο, το οποίο θεωρείται αξιόπιστο με συντελεστή προσαρμογής R2 ίσο με 0,96. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας, πραγματοποιήθηκε διερεύνηση για την επιλογή του κατάλληλου δείκτη ΤΤΙ προσαρμοσμένου στη συσκευασία του λαβρακιού (ολόκληρο και φιλέτο) για την παρακολούθηση της ασφάλειας του. Η επαλήθευση της επιλογής του κατάλληλου δείκτη επιβεβαιώθηκε και με πείραμα σε μεταβαλλόμενες θερμοκρασιακά συνθήκες οι οποίες αντιπροσωπεύουν τις θερμοκρασιακές διακυμάνσεις στις οποίες μπορεί να εκτεθεί το τρόφιμο στην ψυκτική αλυσίδα, που αντιστοιχεί σε ισοθερμοκρασιακή συντήρηση σε ενεργή θερμοκρασία Teff=4,8. Για τη συσχέτιση του δείκτη με το τρόφιμο, πρέπει να έχει τις κατάλληλες τιμές χρόνου απόκρισης και θερμοκρασιακής εξάρτησης (διαφορά ενέργειας ενεργοποίησης <40 kJ/mol). Από τα συνολικά μαθηματικά μοντέλα, ως καταλληλότερος δείκτης επιλέχθηκε το Μ-25u διότι στις υψηλότερες θερμοκρασίες εμφάνισε ελαφρά μικρότερο χρόνο απόκρισης (ζωής), επομένως θα λειτουργεί προστατευτικά σε περίπτωση έκθεσης του προϊόντος σε ακατάλληλες συνθήκες, ενώ στις ενδεικνυόμενες θερμοκρασίες για το προϊόν ο χρόνος ζωής θα καθορίζεται από την ημερομηνία λήξης. Συγκεκριμένα, ο χρόνος απόκρισης του δείκτη υπολογίστηκε σε 13.8, 9.3, 6.4 και 3.0 ημέρες για θερμοκρασίες 0, 2.5, 5 και 10oC αντίστοιχα, οι οποίοι εμφανίζονται παραπλήσιοι με τους χρόνους ζωής που αναφέρθηκαν για τα δείγματα λαβρακιού σε τροποποιημένες συνθήκες. Για το πείραμα επαλήθευσης, οι χρόνοι ζωής των δειγμάτων λαβρακιού μετρήθηκαν σε 7, 8, 9 και 9 ημέρες για τα δείγματα ολόκληρου λαβρακιού σε συνθήκες MAP, MAP-PAD1, MAP-PAD2 και φιλέτου για συνθήκη MAP-PAD3 αντίστοιχα. Η συμπεριφορά τόσο των δειγμάτων λαβρακιού όσο και του επιλεγμένου δείκτη στις μεταβαλλόμενες θερμοκρασιακά συνθήκες επιβεβαίωσε την επιλογή καθώς παρουσίασαν παρόμοια συμπεριφορά, ιδιαίτερα όταν το ιχθυηρό φτάνει στο όριο αποδεκτότητας.	el
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Γώγου, Ελένη	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Αθανάσιος	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	151 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false