Βελτιστοποίηση και εφαρμογή εδώδιμων επικαλύψεων με στόχο την βελτίωση της ποιότητας και της διάρκειας ζωής διαφόρων τροφίμων

Τσακίρη-Μαντζώρου, Ζωή; Tsakiri-Mantzorou, Zoi

dc.contributor.author	Τσακίρη-Μαντζώρου, Ζωή	el
dc.contributor.author	Tsakiri-Mantzorou, Zoi	en
dc.date.accessioned	2023-05-24T08:01:34Z
dc.date.available	2023-05-24T08:01:34Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57763
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25460
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Πατάτα	el
dc.subject	Εδώδιμη επικάλυψη	el
dc.subject	Ενζυμικό μαύρισμα	el
dc.title	Βελτιστοποίηση και εφαρμογή εδώδιμων επικαλύψεων με στόχο την βελτίωση της ποιότητας και της διάρκειας ζωής διαφόρων τροφίμων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-02-22
heal.abstract	Τον τελευταίο καιρό, το επιστημονικό ενδιαφέρον στη βιομηχανία τροφίμων έγκειται στην ανάπτυξη λειτουργικών τροφίμων με ανώτερα ποιοτικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά και παρατεταμένη διάρκεια ζωής. Μια αγορά σε αυτόν τον τομέα που παρουσιάζει αυξημένη ζήτηση από τους καταναλωτές χάρη στην ευκολία χρήσης τους και την υψηλή θρεπτική τους αξία, είναι αυτή των προσυσκευασμένων, φρεσκοκομμένων φρούτων και λαχανικών. Ένα από τα πιο δημοφιλή τρόφιμα παγκόσμιας ζήτησης της κατηγορίας αυτής είναι οι τεμαχισμένες πατάτες. Ωστόσο, δεδομένου ότι οι κομμένες πατάτες συνιστούν ζωντανούς ιστούς υφίστανται υποβάθμιση της ποιότητας τους όταν απομακρύνεται η φυσική τους προστασία και προκαλείται φυσική βλάβη, εξαιτίας μιας σειράς φαινομένων που λαμβάνουν χώρα όπως είναι το ενζυμικό μαύρισμα, η απώλεια υφής και η αυξημένη ευαισθησία σε μικροβιακές αλλοιώσεις, με αποτέλεσμα τη μειωμένη διάρκεια ζωής τους και τη δυσχέρεια μεταφοράς τους σε μεγάλες αποστάσεις. Επομένως, αποτελεί επιτακτική ανάγκη η εφαρμογή καινοτόμων, φιλικών προς το περιβάλλον μεθόδων προ-επεξεργασίας της πατάτας για την μακροπρόθεσμη συντήρηση της, διατηρώντας ταυτόχρονα τα ποιοτικά της χαρακτηριστικά. Έτσι, στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη προϊόντων τεμαχισμένης πατάτας με αυξημένη διάρκεια ζωής χρησιμοποιώντας την τεχνολογία των εδώδιμων επικαλύψεων με ή χωρίς την ενσωμάτωση εγκλεισμένων και μη αντιοξειδωτικών και αντιμικροβιακών ουσιών. Η πατάτα καλλιεργείται ευρεία σε όλο τον Ελλαδικό χώρο, με αποτέλεσμα τόσο η αγορά της φρέσκιας πατάτας όσο και της μεταποιημένης να έχει σημειώσει ραγδαία ανάπτυξη. Η ανάπτυξη των βιομηχανιών επεξεργασίας πατάτας συνεπάγεταιτην αύξηση των παραπροϊόντών της όπως οι φλούδες πατάτας, και συνεπώς υπάρχει έντονο ενδιαφέρον για την αξιοποίηση τους σε προϊόντα προστιθέμενης αξίας. Έτσι, στο πλαίσιο αυτής της διπλωματικής εξετάστηκε επίσης η αξιοποίηση παραπροϊόντων της βιομηχανικής επεξεργασίας πατάτας, με σκοπό την ανάκτηση χρήσιμων συστατικών. Συγκεκριμένα, φλούδες πατάτας χρησιμοποιήθηκαν ως πρώτη ύλη για την ανάκτηση αμύλου με σκοπό τη μετέπειτα χρήση του στις εδώδιμες μεμβράνες, συμβάλλοντας με αυτόν τον τρόπο στη μείωση του περιβαλλοντικού αντίκτυπου και επιφέροντας οικονομικά οφέλη, στο πλαίσιο του μοντέλου της κυκλικής οικονομίας. Πιο αναλυτικά, στο πρώτο μέρος της διπλωματικής, χρησιμοποιήθηκαν ξηραμένες φλούδες που προέκυψαν από τη γραμμή παραγωγής πατατών Νάξου για την ανάκτηση αμύλου μέσω καινοτόμων μεθόδων εκχύλισης. Συγκεκριμένα, η ανάκτηση του αμύλου πραγματοποιήθηκε με χρήση νερού ως διαλύτη και μέσω πράσινων μεθόδων εκχύλισης με μικροκύματα (MAE) ή/και υπερήχους (UAE). Οι συνθήκες εκχύλισης του αμύλου αριστοποιήθηκαν με κριτήριο την απόδοση των εκχυλισμάτων σε αμυλόζη ανά g φλούδας και οι παράμετροι που μελετήθηκαν ήταν η ένταση των μικροκυμάτων, η ένταση των υπερήχων, η αναλογία στερεού : υγρού και ο χρόνος εκχύλισης με χρήση πειραματικού σχεδιασμού κεντρικού σημείου. Με βάση τα αποτελέσματα των πειραμάτων προέκυψε ότι το βέλτιστο δείγμα περιέχει 216,55 mg αμυλόζης/ g φλούδας και επιτεύχθηκε στις ακόλουθες συνθήκες: ένταση μικροκυμάτων ίση με 0 W, ένταση υπερήχων ίση με 700 W, αναλογία στερεού: υγρού ίση με 1:30 w/v και διάρκεια 5 min. Παρατηρήθηκε πως η χρήση μικροκυμάτων, η χρήση πυκνών ως προς το στερεό διαλυμάτων και η παρατεταμένη διάρκεια εκχύλισης δεν ευνοήσαν τη διεργασία. Ακόμη, με βάση τη μεθοδολογία αποκριτικής επιφάνειας, βρέθηκε ότι η αναλογία στερεού: υγρού και ο χρόνος εκχύλισης σε συνδυασμό με την ένταση των υπερήχων παρουσίασαν τη μεγαλύτερη επίδραση στην απόδοση της εκχύλισης. Στο δεύτερο μέρος της διπλωματικής, η τεχνολογία των εδώδιμων επικαλύψεων σε δείγματα τεμαχισμένων πατατών μελετήθηκε με σκοπό την ανάσχεση του ενζυμικού μαυρίσματος και την αύξηση της διατηρισιμότητας των ποιοτικών τους χαρακτηριστικών. Συγκεκριμένα, σε δείγματα κομμένων πατατών εφαρμόστηκαν με τη μέθοδο της εμβάπτισης, δύο εδώδιμες, σύνθετες επικαλύψεις, μία με άμυλο και πηκτίνη σε αναλογίες 1% και 2% w/v ως προς το επικαλυπτικό διάλυμα (Α-Π) και μία με άμυλο και χιτοζάνης σε αναλογίες 1% και 1% w/v (Α-Χ) ως προς το επικαλυπτικό διάλυμα. Το διάστημα αποθήκευσης των δειγμάτων χωρίς την εφαρμογή των εδώδιμων επικαλύψεων (C) και των επικαλυμμένων δειγμάτων που μελετήθηκε ήταν οι 14 ημέρες στους 4οC και η δειγματοληψία γινόταν ανά 2 μέρες. Τα δείγματα αξιολογήθηκαν ως προς τα ποιοτικά τους χαρακτηριστικά (εμφάνιση, απώλεια βάρους, χρώμα, υφή, μικροβιολογικό φορτίο) καθώς και την ενεργότητα του ενζύμου πολυφαινολική οξειδάση (PPO), το οποίο είναι υπεύθυνο για την ενζυμική αμαύρωση της πατάτας. Με βάση τα αποτελέσματα των μετρήσεων, η επικάλυψη της πηκτίνης οδήγησε σε πιο εμφανίσιμα δείγματα που διατήρησαν καλύτερα το χρώμα, το βάρος και την υφή τους σε σχέση με τα δείγματα που επικαλύφθηκαν με χιτοζάνη, τα οποία οδήγησαν σε μη αποδεκτές εμφανισιακά πατάτες με έντονα σκούρα στίγματα από τις αρχικές μέρες αποθήκευσης. Η επικάλυψη της πηκτίνης σημείωσε αυξημένη διατήρηση όλων των ποιοτικών χαρακτηριστικών που μελετήθηκαν συγκριτικά με τα δείγματα χωρίς επεξεργασία, φανερώνοντας την αποτελεσματικότητα της βρώσιμης επικάλυψης ως τεχνολογία επεξεργασίας των τεμαχισμένων πατατών. Ωστόσο, οι μικροβιακοί έλεγχοι δεν έδωσαν ικανοποιητικά αποτελέσματα, ενώ η παρεμπόδιση του ενζυμικού μαυρίσματος φάνηκε να φθίνει στις τελευταίες μέρες αποθήκευσης. Για την ενίσχυση της δράσης των μεμβρανών αμύλου-πηκτίνης, επιλέχθηκαν ως πρόσθετα το ασκορβικό οξύ καιτο αιθέριο έλαιο δεντρολίβανου τα οποία είναι γνωστά για τις αντιοξειδωτικές και αντιμικροβιακές τους ικανότητες. Το αιθέριο έλαιο δεντρολίβανου εγκλείστηκε σε πολυμερική μήτρα πρωτεΐνης ορού γάλακτος : πουλλουλάνης (WPI:PUL) με δύο τεχνικές εγκλεισμού, της ευρέως χρησιμοποιούμενης ξήρανσης με ψεκασμό (SP) (spray drying) και της καινοτόμου μεθόδου της ηλεκτροστατικής ινοποίησης (EL) (electrospinning). Οι αποδόσεις εγκλεισμού για κάθε τεχνική υπολογίστηκαν έμμεσα μέσω του προσδιορισμού του ολικού φαινολικού περιεχομένου (TPC) μέσω της μεθόδου Folin-Ciocalteu και υπολογίστηκαν ίσες με 87% και 83% αντίστοιχα. Στη συνέχεια, τα προϊόντα εγκλεισμού που προέκυψαν μελετήθηκαν ως προς τη μορφολογία τους με χρήση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM), ενώ επιβεβαιώθηκε η παρουσία των επιλεγμένων ουσιών στις δομές εγκλεισμού μέσω της φασματοσκοπίας σάρωσης μειωμένης ολικής ανάκλασης (ATR-FTIR). Μετά τις διαδικασίες εγκλεισμού, προέκυψαν τρία νέα διαλύματα επικάλυψης αμύλου-πηκτίνης με πρόσθετα, ένα όπου το έλαιο βρισκόταν σε ελεύθερη μορφή (Α-Π-Ε) και άλλα δύο όπου βρισκόταν σε εγκλεισμένη μορφή μέσω spray drying (Α-Π-SP) και electrospinning (Α-Π-EL). Το ασκορβικό οξύ και το αιθέριο έλαιο προστέθηκαν στην επικάλυψη σε περιεκτικότητα 0,5% και 0,75 %w/v, αντίστοιχα. Τα δείγματα εξετάστηκαν εκ νέου ως προς τα ποιοτικά τους χαρακτηριστικά και την ενζυμική ενεργότητα. Το δείγμα Α-Π-Ε απέτρεψε σε μεγαλύτερο βαθμό την απώλεια βάρους σε σχέση με όλα τα δείγματα. Ωστόσο, όλα τα δείγματα παρουσίασαν μειωμένες τιμές σκληρότητας σε σχέση με τα Α-Π και τα C δείγματα. Επιπλέον, τα αποτελέσματα των μετρήσεων απέδειξαν τη δράση των αντιοξειδωτικών παραγόντων έναντι του ενζυμικού μαυρίσματος, καθώς διατηρήσαν καλύτερα το χρώμα τους και παρεμπόδισαν σε μεγάλο βαθμό την αύξηση της δραστικότητας του PPO. Ιδιαίτερα τα δείγματα με το εγκλεισμένο έλαιο και κυρίως το Α-Π-EL, φάνηκε να παρεμποδίζουν αποτελεσματικά την ενζυμική αμαύρωση έως και την τελευταία μέρα αποθήκευσης, αποδεικνύοντας την επιτυχή ελεγχόμενη αποδέσμευση του εγκλεισμένου συστατικού. Παρόμοια αποτελέσματα προέκυψαν και από τους μικροβιακούς ελέγχους οι οποίοι έδειξαν ότι όλα τα δείγματα ήταν βρώσιμα μέχρι και το τέλος της αποθήκευσης, ενώ οι πατάτες με το εγκλεισμένο έλαιο παρουσίασαν χαμηλότερο μικροβιακό φορτίο χάρη στη σταδιακή αποδέσμευση του αντιμικροβιακού ελαίου. Από την παρούσα διπλωματική εργασία, συμπεραίνεται αρχικά ότι οι φλούδες πατάτας συνιστούν σημαντική πηγή αξιοποίησης αμύλου, το οποίο είναι εφικτό να ανακτηθεί μέσω πράσινων τεχνολογιών εκχύλισης. Επιπλέον, αποδείχθηκε πως οι εδώδιμες επικαλύψεις συνιστούν μια αποτελεσματική τεχνολογία αύξησης της διατηρησιμότητας των ποιοτικών χαρακτηριστικών τεμαχισμένων πατατών και ανάσχεσης του ενζυμικού μαυρίσματος. Τέλος, η ύπαρξη αντιοξειδωτικών και αντιμικροβιακών ουσιών ενίσχυσε την αποτελεσματικότητα της τεχνολογίας των εδώδιμων επικαλύψεων, ειδικότερα κατά την ενσωμάτωση των συστατικών σε εγκλεισμένη μορφή.	el
heal.advisorName	Κροκίδα, Μαγδαληνή	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Θεοδώρου, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Κροκίδα, Μαγδαληνή	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Σχεδιασμού και Ανάλυσης Διεργασιών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	156 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false