Δράση ενζύμων και διαιτητικών ινών στα ποιοτικά χαρακτηριστικά αρτοσκευασμάτων

Abstract

Οι διαιτητικές ίνες αποτελούνται από υδατανθρακικά πολυμερή και ολιγομερή, ανθεκτικά στην πέψη και την απορρόφηση στο λεπτό έντερο, με πλήρη ή μερική ζύμωση στο παχύ έντερο. Είναι από τα πιο σημαντικά συστατικά (διατροφικά) των σιτηρών, αφού συνδέονται με ευεργετικές επιδράσεις στην υγεία (π.χ. καλή λειτουργία εντέρου, μείωση κινδύνου εμφάνισης καρδιαγγειακών νοσημάτων και διαβήτη κλπ.). Τη σημερινή εποχή στις ανεπτυγμένες χώρες η πρόσληψη διαιτητικών ινών είναι κατά μέσο όρο κάτω από το συνιστώμενο όριο λήψης (23-25 g ινών/ημέρα). Για το λόγο αυτό γίνονται προσπάθειες ανάπτυξης τροφίμων εμπλουτισμένων με διαιτητικές ίνες, και ειδικότερα αρτοσκευασμάτων. Το θέμα αυτό σχετίζεται άμεσα με το αντικείμενο της παρούσας διατριβής που ήταν ο εμπλουτισμός δύο αρτοσκευασμάτων, κυρίως κέικ και δευτερευόντως άρτου ελεύθερου γλουτένης. Από το σύνολο των αρτοσκευασμάτων, το κέικ επιλέχθηκε ως τρόφιμο ιδιαίτερα αρεστό στους καταναλωτές, επομένως και ιδανικός φορέας βιοδραστικών συστατικών, ενώ ο άρτος ελεύθερος γλουτένης επιλέχθηκε λόγω της ιδιαίτερα μειωμένης πρόσληψης διαιτητικών ινών των ασθενών με κοιλιοκάκη. Ο σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη της επίδρασης της προσθήκης διάφορων πηγών διαιτητικών ινών στα ποιοτικά και διατροφικά χαρακτηριστικά και στη διατηρησιμότητα των συγκεκριμένων αρτοσκευασμάτων, και ακολούθως η βελτιστοποίηση των αντίστοιχων εμπλουτισμένων προϊόντων. Για αυτό το λόγο προηγήθηκε ανάλυση της επίδρασης της προσθήκης των διαφορετικών πηγών διαιτητικών ινών στα χαρακτηριστικά της ζύμης/ζυμαριού και του αρτοσκευάσματος. Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε, επίσης, στην παραγωγή κέικ υψηλής ποιότητας με χρήση φτηνών πηγών διαιτητικών ινών, και ενσωμάτωσή τους μετά από ενζυμική επεξεργασία. Τα ένζυμα που χρησιμοποιήθηκαν ανήκαν στην οικογένεια των ενδοξυλανασών. Προκειμένου να προσδιοριστούν τα αποτελέσματα της δράσης των ενδοξυλανασών πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική ανασκόπηση της εφαρμογής τους σε άρτο (εμπλουτισμένο και μη με διαιτητικές ίνες), σε απομονωμένες αραβινοξυλάνες και σε πηγές/προϊόντα διαιτητικών ινών. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή χρησιμοποιήθηκαν συμβατικές πηγές διαιτητικών ινών (απομονωμένες διαιτητικές ίνες σίτου, βρώμης, κριθαριού και καλαμποκιού) και χαμηλού κόστους πηγές ινών (πίτυρα σίτου, βρώμης, ρυζιού). Στις πηγές αυτές προσδιορίστηκε η σύσταση και το είδος των περιεχόμενων ινών (διαλυτές, αδιάλυτες), οι λειτουργικές τους ιδιότητες (ικανότητα συγκράτησης νερού, ικανότητα δέσμευσης νερού και ελαίου, διόγκωση), η κατανομή μεγέθους των σωματιδίων τους, η μικροδομή τους (με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο SEM), καθώς και η κατανομή μοριακού βάρους των περιεχόμενων αραβινοξυλανών. Για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών της ζύμης (για την περίπτωση του κέικ) ή του ζυμαριού (για την περίπτωση του άρτου ελεύθερου γλουτένης) των αρτοσκευασμάτων μετρήθηκαν τα φυσικοχημικά (ειδικό βάρος, υγρασία, ενεργότητα νερού), ρεολογικά (συντελεστής συνεκτικότητας, δείκτης ρεολογικής συμπεριφοράς) και τα θερμικά χαρακτηριστικά τους (θερμοκρασία και ΔΗ ζελατινοποίησης αμύλου), ενώ τα προσδιοριζόμενα ποιοτικά χαρακτηριστικά των αρτοσκευασμάτων περιελάμβαναν τον ειδικό όγκο τους, το χρώμα της ψίχας και της κόρας, καθώς και την υγρασία, την ενεργότητα νερού, το πορώδες και τα χαρακτηριστικά υφής της ψίχας τους. Επιπροσθέτως διενεργήθηκε και οργανοληπτική αξιολόγηση των αρτοσκευασμάτων. Η εξέλιξη της παλαίωσης κατά την αποθήκευση εκτιμήθηκε μέσω της μέτρησης της απώλειας υγρασίας και της αύξησης της σκληρότητας της ψίχας, καθώς και του προσδιορισμού της αναδιαμόρφωσης του αμύλου και της υποβάθμισης των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών των αρτοσκευασμάτων. Αντικείμενο των αρχικών πειραμάτων ήταν η μελέτη των λειτουργικών ιδιοτήτων των απομονωμένων διαιτητικών ινών σίτου, καλαμποκιού, βρώμης και κριθαριού. Οι λειτουργικές ιδιότητες είναι ιδιαίτερα σημαντικές γιατί σχετίζονται τόσο με τις επερχόμενες φυσιολογικές επιδράσεις, όσο και με την επιτυχή ενσωμάτωση και την ποιότητα του αρτοσκευάσματος. Οι πηγές αυτές παρουσίασαν παρόμοια ικανότητα διόγκωσης (SC: 9.18-9.49 mL/g ινών), ικανότητα συγκράτησης νερού (WHC: 8.77-9.01 g νερού/g ινών) και κατανομή μεγέθους σωματιδίων (PSD). Αντιθέτως, η ικανότητα δέσμευσης νερού (WBC) ήταν σημαντικά μεγαλύτερη για τις ίνες σίτου (8.6 g νερού/g ινών), σε σχέση με τις υπόλοιπες πηγές (8 g νερού/g ινών). Σε άρτο ελεύθερο γλουτένης πραγματοποιήθηκε μελέτη προσθήκης 3-9 % απομονωμένων διαιτητικών ινών (από σιτάρι, καλαμπόκι, βρώμη και κριθάρι). Η προσθήκη ινών αύξησε τη θερμοκρασία και μείωσε το ΔΗ ζελατινοποίησης του αμύλου, ενώ σε όλες τις περιπτώσεις (εκτός από της προσθήκης ινών κριθαριού) αυξήθηκε και ο συντελεστής συνεκτικότητας του ζυμαριού. Η προσθήκη ινών καλαμποκιού και βρώμης αύξησε τον όγκο του αρτοσκευάσματος, ενώ για τον άρτο με ίνες καλαμποκιού παρατηρήθηκαν ιδιαίτερα βελτιωμένα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά (κυρίως όσον αφορά την εμφάνιση, το χρώμα και τη δομή της ψίχας των δειγμάτων). Η προσθήκη ινών κριθαριού δεν επηρέασε τον όγκο του άρτου, όμως βελτίωσε το χρώμα των αντίστοιχων προϊόντων, σε σχέση με τον άρτο χωρίς ίνες. Εξαιτίας του γεγονότος ότι η προσθήκη των ινών καλαμποκιού έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα, αποφασίστηκε η μελέτη να προχωρήσει σε βελτιστοποίηση του προϊόντος και υπολογισμό των ταυτόχρονων επιδράσεων τόσο της ποσότητας των ινών όσο και της ποσότητας του νερού στις ιδιότητες του άρτου (ειδικός όγκος, σκληρότητα ψίχας, χρώμα ψίχας). Η προσθήκη 6.5 % ινών καλαμποκιού έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα στον οργανοληπτικό έλεγχο (κυρίως όσον αφορά την εμφάνιση, το χρώμα και την υφή της ψίχας των δειγμάτων), στον ειδικό όγκο (3.2 και 2.9 cm3/g), στη σκληρότητα ψίχας (3.5 και 4.9 N) και στο χρώμα ψίχας L (57.12 και 73). H εξέταση των χαρακτηριστικών του βέλτιστου άρτου ελεύθερου γλουτένης εμπλουτισμένου με ίνες κατά την αποθήκευση, που ολοκλήρωσε τη σχετική μελέτη, έδειξε ότι όταν ο άρτος αποθηκεύεται συσκευασμένος σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα επιβραδύνεται ο ρυθμός παλαίωσής του. Στην περίπτωση των κέικ, αρχικά διεξήχθησαν πειράματα σταδιακής υποκατάστασης (10-30 %) του αλεύρου σίτου από απομονωμένες διαιτητικές ίνες (από σιτάρι, καλαμπόκι, βρώμη και κριθάρι) ή πίτυρα (από σιτάρι, βρώμη και ρύζι). Το ιξώδες της ζύμης (αναφοράς: 2.96, 30 % ίνες σίτου: 20.21, 10 % πίτυρα ρυζιού: 0.47 Pa*sn), ο ειδικός όγκος του κέικ (αναφοράς: 2.27, 20 % ίνες σίτου: 2.83, 30 % πίτυρα ρυζιού: 1.94 cm3/g), το πορώδες (αναφοράς: 0.75, 30 % ίνες σίτου: 0.81, πίτυρα ρυζιού 30 %: 0.69) και η περιεχόμενη υγρασία της ψίχας (αναφοράς: 20.07 %, 30 % ίνες σίτου: 26.45 %, 30 % πίτυρα βρώμης: 13.89 %) παρουσίασαν σημαντική αύξηση (P<0.05) στα κέικ με διαιτητικές ίνες και μείωση στα κέικ με πίτυρα. Επίσης, η χρήση διαιτητικών ινών είχε ως αποτέλεσμα την παραγωγή κέικ με πιο μαλακή ψίχα (αναφοράς: 4.20 N, 20 % ίνες σίτου: 3.19 N), ενώ η χρήση πιτύρων προκάλεσε σκλήρυνση της ψίχας (30% πίτυρα ρυζιού: 10.84 N), συγκριτικά με το δείγμα αναφοράς (χωρίς ίνες). Όσον αφορά το χρώμα της ψίχας και της κρούστας των κέικ, δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές για τα κέικ με διαιτητικές ίνες, ενώ στα κέικ με πίτυρα παρατηρήθηκε σημαντική μείωση της φωτεινότητας (παράμετρος L) της ψίχας, η οποία εντεινόταν αυξανομένου του ποσοστού υποκατάστασης, που οφείλεται στο σκουρότερο χρώμα των πιτύρων. Συνολικά, τα κέικ με ίνες βρώμης και σίτου χαρακτηρίζονταν από το μεγαλύτερο όγκο, τη χαμηλότερη σκληρότητα ψίχας και τα βέλτιστα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά, ενώ τα κέικ με πίτυρα βρώμης και ρυζιού παρουσίασαν υποδεέστερα χαρακτηριστικά. Τέλος, η ενσωμάτωση απομονωμένων διαιτητικών ινών, επιβράδυνε την απώλεια υγρασίας και τη σκλήρυνση της ψίχας των αντίστοιχων κέικ κατά την αποθήκευση (25 0C για 7 ημέρες), με αποτέλεσμα η βαθμολογία της οργανοληπτικής αποδοχής τους να μειωθεί σημαντικά μετά την 4η ημέρα αποθήκευσης. Με βάση τα προηγούμενα αποτελέσματα, η ενσωμάτωση πιτύρου βρώμης και ρυζιού υποβάθμισε τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των αντίστοιχων κέικ. Λόγω όμως του ότι τα πίτυρα ρυζιού και βρώμης αποτελούν πηγές διαιτητικών ινών χαμηλού κόστους, με οικεία γεύση στους καταναλωτές, η προσθήκη τους διερευνήθηκε περαιτέρω. Ειδικότερα, τα πίτυρα βρώμης και ρυζιού επεξεργάστηκαν με διαφορετικά επίπεδα (0, 70 and 700 ppm) εμπορικής ενδοξυλανάσης και ενσωματώθηκαν σε κέικ σε ποσοστό 30 % (υποκαθιστώντας το άλευρο σίτου). Τα ένζυμα αυτά επιλέχθηκαν με σκοπό να επηρεάσουν τις ιδιότητες των πιτύρων και να περιορίσουν τις αρνητικές επιπτώσεις που προκαλεί η προσθήκη τους στο κέικ. Η ενζυμική επεξεργασία αύξησε το ποσοστό των διαλυτών διαιτητικών ινών (πίτυρα βρώμης:~10%, ενζυμικά επεξεργασμένα πίτυρα βρώμης: ~14%, πίτυρα ρυζιού: ~7%, ενζυμικά επεξεργασμένα πίτυρα ρυζιού: ~10%), λόγω της διαλυτοποίησης των μη εκχυλίσιμων αραβινοξυλανών, όπως έγινε φανερό από την κατανομή του μοριακού βάρους των αραβινοξυλανών, και αντιστοίχως μείωσε το ποσοστό των αδιάλυτων διαιτητικών ινών. Επιπροσθέτως, μείωσε την ικανότητα συγκράτησης νερού (πίτυρα βρώμης: ~3.8, ενζυμικά επεξεργασμένα πίτυρα βρώμης: ~3.2, πίτυρα ρυζιού: ~4.5, ενζυμικά επεξεργασμένα πίτυρα ρυζιού: ~3.9 g νερού/g πιτύρου), και ικανότητα δέσμευσης νερού των πιτύρων (πίτυρα βρώμης: ~3.2 g, ενζυμικά επεξεργασμένα πίτυρα βρώμης: ~3, πίτυρα ρυζιού: ~3.4, ενζυμικά επεξεργασμένα πίτυρα ρυζιού: ~3.2 g νερού/g πιτύρων), ενώ η ικανότητα διόγκωσης (πίτυρα βρώμης: ~5.4, πίτυρα ρυζιού: ~4.5 mL/g ινών) και η ικανότητα συγκράτησης λιπαρού (πίτυρα βρώμης: ~3.2, πίτυρα ρυζιού: ~2.8 g λιπαρού/g πιτύρου) επηρεάστηκαν μόνο από τη διαφορετική πηγή των πιτύρων. Αυτά επιβεβαιώθηκαν και με τις διαφορές που παρατηρήθηκαν στη δομή των παραπάνω πιτύρων. Η προσθήκη ενζυμικά επεξεργασμένων πιτύρων στη συνταγή του κέικ προκάλεσε αύξηση του ιξώδους και της θερμοκρασίας ζελατινοποίησης και μείωση της ενεργότητας νερού της ζύμης, σε σχέση με τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά της ζύμης με μη επεξεργασμένα πίτυρα. Η αύξηση του ιξώδους, που οφείλεται πιθανότατα στο υψηλότερο ποσοστό διαλυτών διαιτητικών ινών, είναι ιδιαίτερα σημαντική καθώς συμβάλλει στη διατήρηση του ενσωματωμένου κατά την ανάμιξη αέρα μέχρι το τέλος του κλιβανισμού, και επομένως στην επίτευξη μεγαλύτερου όγκου κέικ. Η αύξηση στη θερμοκρασία ζελατινοποίησης που παρατηρήθηκε στα δείγματα με επεξεργασμένα πίτυρα μπορεί να οφείλεται στην αλληλεπίδραση ανάμεσα στο άμυλο και τις ομάδες υδροξυλίου των διαλυτών αραβινοξυλανών, και είναι επίσης κρίσιμη καθώς καθυστερεί τη λήξη της διόγκωσης του κέικ και επομένως αυξάνει τον όγκο του. Επιπροσθέτως, η χαμηλότερη ενεργότητα νερού της ζύμης με ενζυμικά επεξεργασμένα πίτυρα δείχνει τη μικρότερη διαθεσιμότητα του νερού για την ζελατινοποίηση του αμύλου, μετατοπίζοντας τη θερμοκρασία ζελατινοποίησης των αντίστοιχων δειγμάτων σε υψηλότερες περιοχές. Η υψηλότερη θερμοκρασία ζελατινοποίησης παρατηρήθηκε στην ζύμη με επεξεργασμένα πίτυρα βρώμης (92.289 °C) και η χαμηλότερη στην ζύμη με μη επεξεργασμένα πίτυρα ρυζιού (89.721°C).Οι μεταβολές αυτές συνδέονται τόσο με την αύξηση του όγκου, όσο και με τη βελτίωση του πορώδους, της υφής και των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών που παρατηρήθηκε στα αντίστοιχα κέικ. Κατά την παλαίωση των κέικ παρατηρήθηκε σε όλα τα δείγματα, όπως ήταν αναμενόμενο, αύξηση της σκληρότητας της ψίχας τους και της ενθαλπίας αναδιαμόρφωσης της αμυλοπηκτίνης, μείωση της υγρασίας της ψίχας και υποβάθμιση των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών και της αποδοχής των κέικ. Η ενζυμική επεξεργασία των πιτύρων βρώμης και ρυζιού καθυστέρησε την παλαίωση των κέικ, επιβραδύνοντας το ρυθμό απώλειας υγρασίας και αναδιαμόρφωσης του αμύλου, που είχε ως αποτέλεσμα την επιβράδυνση της σκλήρυνσης της ψίχας του κέικ και της υποβάθμισης των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών του. Ειδικότερα, η σκληρότητα της ψίχας των κέικ με ενζυμικά επεξεργασμένα πίτυρα βρώμης ήταν 35 % μικρότερη συγκρινόμενη με τη σκληρότητα της ψίχας των αντίστοιχων τυφλών δειγμάτων κατά την αποθήκευση, ενώ στην περίπτωση των πιτύρων ρυζιού η σκληρότητα της ψίχας των κέικ με ενζυμικά επεξεργασμένα πίτυρα ήταν 43% μικρότερη μετά από 1 ημέρα και 31% μετά από 7 ημέρες αποθήκευσης, συγκρινόμενη με τη σκληρότητα της ψίχας των αντίστοιχων τυφλών δειγμάτων. Η διαφορετική συμπεριφορά των δειγμάτων με ενδοξυλανάση πιθανότατα οφείλεται στην υδρόλυση των πολυσακχαριτών του κυτταρικού τοιχώματος που επηρεάζει την ισορροπία του νερού και παρεμβαίνει στην αλληλεπίδραση πρωτεΐνης-αμύλου, ενώ ιδιαίτερο ρόλο παίζει και το υψηλότερο ποσοστό διαλυτών διαιτητικών ινών των ενζυμικά επεξεργασμένων πιτύρων, που είναι πιο απορροφητικές από τις αδιάλυτες ίνες. Η επιμήκυνση του χρόνου αποθήκευσης είναι ιδιαίτερα σημαντική για τα αρτοσκευάσματα, λόγω του γενικώς μικρού χρόνου ζωής τους και του οικονομικού αντίκτυπου της καταστροφής των ληγμένων προϊόντων. Τέλος, πρέπει να αναφερθεί ότι το επίπεδο της ενδοξυλανάσης που χρησιμοποιήθηκε κατά την ενζυμική επεξεργασία των πιτύρων, δεν διαφοροποίησε σημαντικά ούτε τις ιδιότητες των πιτύρων, ούτε τα χαρακτηριστικά των κέικ και την εξέλιξη των ιδιοτήτων των κέικ κατά την αποθήκευση. Λόγω του ότι η προσθήκη διαιτητικών ινών βρώμης (επεξεργασμένου πιτύρου από τις φθηνές πηγές και απομονωμένων ινών από τις συμβατικές) επέδειξε τα καλύτερα αποτελέσματα, εφαρμόστηκε το στατιστικό εργαλείο της μεθοδολογίας επιφανειών απόκρισης (RSM), προκειμένου να προσδιοριστεί το ποσοστό προσθήκης των αντίστοιχων πηγών στο μίγμα της συνταγής, που οδηγεί σε κέικ με τα βέλτιστα χαρακτηριστικά. Η βέλτιστη συνταγή περιείχε 15 % ίνες βρώμης και 15 % ενζυμικά επεξεργασμένα πίτυρα βρώμης (κατά βάρος του αλεύρου), και τα αντίστοιχα κέικ είχαν ιδιαίτερα υψηλό ειδικό όγκο (3.263 cm3/g), χαμηλή σκληρότητα ψίχας (3.483 N) και υψηλή οργανοληπτική αποδοχή (8.55/9), οι οποίες βρέθηκαν πλησίον των προβλεπόμενων τιμών με βάση την RSM. Τέλος, η υποκατάσταση του αλεύρου του κέικ προκάλεσε ελάττωση του αφομοιώσιμου αμύλου, επιφέροντας και τη μείωση του αναμενόμενου γλυκαιμικού δείκτη (eGI). Τα κέικ με διαιτητικές ίνες βρώμης και κριθαριού παρουσίασαν το χαμηλότερο eGI.

Dietary fibers consist of polysaccharides resistant to digestion and absorption in the human small intestine with complete or partial fermentation in the large intestine. They are besides the most important classes of compounds in cereal grains, as they relate to positive health effects (beneficial effects against diseases such as cardiovascular diseases, gastrointestinal disease, decreasing blood cholesterol, diverticulosis, diabetes and colon cancer). Nowadays, in developed countries, the average dietary fiber intake is below the RDI (23-25 g/day). Thus, efforts have been made to develop dietary fiber enriched foods, and in particular bakery products. This issue is directly related with the topic of the present dissertation, which was the enrichment of two bakery products, mainly cake and secondary gluten free bread. From all the bakery products available, the cake was selected as a product highly liked by the consumers all over the world, and because of its high consumption it can potentially be used as carrier of bioactive compounds, while the gluten free bread was selected due to the coeliac patients’ low intake of dietary fiber. The objective of this study was to examine the effect of addition of various sources of dietary fiber on the quality characteristics, the nutritive value and the staling process of the aforementioned selected bakery products, followed by the optimization of the enriched bakery products’ formula. The investigation of the effect of the diefferent dietary fiber sources on the quality attributes of the dough/batter of the product, preceded. Special attention was given to the incorporation of low cost dietary fiber sources after their enzymatic modification, in order to achieve high quality cakes. The enzymes used were endoxylanases. In order to specify the effects of endoxylanase treatment, previous references of their application in bread (normal and fortified with dietary fiber), in isolated arabinoxylans and in dietary fiber sources/products, were reviewed. In the present dissertation study, conventional (isolated dietary fibers from wheat, oat, barley and maize) and low cost (rice bran, wheat bran and oat bran) dietary fiber sources were used. The chemical composition, the type (soluble, insoluble), the functional properties (water holding capacity, water binding capacity, fat binding capacity, swelling), the particle size distribution, the structure (using SEM) and the molecular weight distribution of the arabinoxylans, were determined in the aforementioned dietary fiber sources. For the determination of the batter (for the case of cake) or dough (for the case of gluten free bread) characteristics of the bakery products, the physicochemical (specific gravity, moisture, aw), rheological (consistency index, flow behaviour index), and the thermal (gelatinization temperatures and ΔΗ) were measured, while the quality attributes of the bakery products determined included specific volume of the cake, crumb and crust colour, and moisture, aw, porosity and textural attributes of the crumb. In addition, sensory evaluation of the bakery products was conducted. The staling evolution during storage was estimated through monitoring of moisture losses, increase in crumb firmness and starch retrogradation, as well as through deterioration of the sensory characteristics of the bakery products. The first objective was to study the functional properties of the conventional (isolated) dietary fibers from wheat, maize, oat and barley. The functional properties are particularly essential, as they relate to the expected physiological effects, as well as the successful incorporation and the quality of the enriched bakery product. The sources studied showed similar swelling capacity (SC: 9.18-9.49 mL/g fiber), water holding capacity (WHC: 8.77-9.01 g water/g fiber) and particle size distribution (PSD). However, the water binding capacity (WBC) was significantly higher for wheat fiber (8.6 g water/g fiber), compared to the other fiber sources (8 g water/g fiber). Wheat, maize, oat and barley fibers were added at 3-9% level into a gluten-free bread formulation. Dietary fiber addition increased starch gelatinization temperatures and decreased ΔΗgel, while in all cases (except for barley fiber addition), dough consistency index was also higher. Maize and oat fibre addition to gluten-free bread acquired a positive impact on bread specific volume, while for the case of maize fiber addition improved sensory properties were noticed (mainly in respect to bread appearance, crumb colour and structure). The formulation containing barley fibre produced loaves that had volume comparable to the control bread (with no added fiber) and more intense colour. Due to the fact that maize fiber addition induced the greatest improvement in the quality characteristics of gluten free breads (when compared to the other fiber sources), it was decided to continue the study with the optimization of the formula and assess the impact of the maize fiber and the water level on the quality characteristics (specific volume, crumb firmness, crumb colou- L value) of gluten free bread. The optimal formulation, determined from the data, contained 6.5 % maize fiber (starch/flour base) and resulted to the highest specific volume (3.2 cm3/g compared to 2.9 cm3/g), lowest crumb firmness (3.5 N compared to 4.9 N) and darker crumb colour (lowest L value: 57.12 compared to 73). In addition, the former formulation exhibited the best sensory characteristics (mainly in relation to loaf appearance, crumb colour and texture). Shelf-life study of the optimized formulation, that concluded the part of gluten free bread enrichment, revealed that bread stored under modified atmosphere packaging exhibited slower staling rate. The effect of successively replacing (10 %-30 %) wheat flour by isolated dietary fibers (wheat, oat, barley and maize) or cereal brans (wheat, oat and rice) on cake batter and cake quality parameters, as well as on product shelf-life, was studied. Batter viscosity (control: 2.96, wheat fiber 30 %: 20.21, rice bran 10 %: 0.47 Pa*sn), cake specific volume (control: 2.27, wheat fiber 20 %: 2.83, rice bran 30 %: 1.94 cm3/g), porosity (control: 0.75, wheat fiber 30 %: 0.81, rice bran 30 %: 0.69), and crumb moisture content (control: 20.07 %, wheat fiber 30 %: 26.45 %, oat bran 30 %: 13.89 %) increased significantly (P<0.05) when adding dietary fibers, while decreased when adding cereal brans. Dietary fiber addition also resulted in cakes with softer crumb (control: 4.20 N, wheat fiber 20 %: 3.19 N) while cereal bran addition in increased crumb firmness (rice bran 30 %: 10.84 N), respectively. Minor differences were observed in the colour (crumb and crust) of the dietary fiber cakes, compared to the control cake. Regarding the colour of the crumb, the L values decreased significantly (P<0.05) with the addition of cereal brans and moreover with increasing levels, indicating a darker colour. Among the studied sources of fiber, oat and wheat fiber resulted in cakes with the highest volume and the lowest crumb firmness; that was also depicted in the sensory evaluation, while oat and rice bran containing cakes exhibited inferior characteristics. During storage (25 0C for a 7-day period), isolated dietary fiber addition delayed the moisture losses and the firming of the cakes, thus their overall acceptance scores decreased significantly after 4 days of storage. Based on the above results, the incorporation of isolated dietary fiber and wheat bran resulted to cakes with superior quality characteristics, while oat and rice bran addition resulted to defective products. However, due to the fact that oat and rice bran are low cost and appealing to consumers sources of dietary fiber, their incorporation was studied further. In particular, oat and rice bran were treated with different levels (0, 70 and 700 ppm) of a commercial endoxylanase enzyme and were added to the cakes at 30 % flour base (replacing wheat flour). Endoxylanases were selected as the appropriate enzymes that can change the bran properties and diminish the negative effects that are caused by their addition into cakes. Endoxylanase treatment increased the soluble fiber content (oat bran:~10 %, endoxylanase treated oat bran: ~14 %, rice bran: ~7 %, endoxylanase treated rice bran: ~10 %), due to the solubilisation of the water unextractable arabinoxylans, as indicated also in the molecular weight distribution of the arabinoxylans, and accordingly decreased the insoluble fiber content. In addition, endoxylanase treated brans were found to have decreased water holding capacity (oat bran:~3.8, endoxylanase treated oat bran: ~3.2, rice bran: ~4.5, endoxylanase treated rice bran: ~3.9 g water/g bran), and water binding capacity (oat bran:~3.2, endoxylanase treated oat bran: ~3, rice bran: ~3.4, endoxylanase treated rice bran: ~3.2 g water/g bran), while swelling capacity (oat bran:~5.4, rice bran: ~4.5 mL/g bran) and fat binding capacity (oat bran:~3.2, rice bran: ~2.8 g fat/g bran) were only affected by the source of dietary fiber. Investigation of the brans’ structure confirmed these results. The addition of endoxylanase treated brans was found to be effective in increasing the batter viscosity and gelatinization temperature, and decreasing the batter water activity, compared to the respective characteristics of the batters containing non treated brans. The increase in batter viscosity, which is possibly related to the increased soluble fiber content, is important as it helps retaining the incorporated through mixing air until the end of the baking time, and thus the achievement of more voluminous cakes. The increase in gelatinization temperature, that was observed in the batters containing endoxylanase treated brans, could be due to the interaction between the starch and the hydroxyl groups of the soluble arabinoxylans, and is also crucial, as it delays the end of oven spring and thus allows more time for the cake to expand and increase its volume. In addition, the diminished water activity of the batter containing endoxylanase treated brans, indicates less water available for starch gelatinization, relocating the gelatinization temperatures of the respective samples in higher temperature areas. The highest gelatinization temperature was observed in the batter containing endoxylanase treated oat bran (91. 289 °C) and the lowest in the batter containing rice bran (89.721 °C). The aforementioned changes relate both with the increase in the cake volume, and the improvement of the porosity, the texture and the sensory characteristics attained in the respective cakes. During storage, cake staling induced an increase in crumb firmness and enthalpy of amylopectin retrogradation, while crumb moisture and sensory quality and acceptability scores of cakes decreased, as expected. Endoxylanase treatment of brans delayed cake staling, by slowing down the rate of crumb moisture loss and amylopectin retrogradation, which induced slower crumb firming and deterioration of the sensory characteristics in the respective cakes. In particular, cake crumb firmness with endoxylanase treated oat bran was 35 % lower compared to the firmness of the crumb of the respective samples with untreated oat bran during storage, while in the case of the rice bran containing cakes, crumb firmness of the cakes containing endoxylanase treated rice bran was 43 % lower after 1 day of storage and 31 % after 7 days of storage than the respective untreated rice bran containing cakes. A possible explanation of the antistaling action of endoxylanases is that they lead to the hydrolysis of the cell wall polysaccharides that could affect the water balance and may interfere with protein–starch interaction during storage, while the higher soluble fiber content of the endoxylanase treated brans, that is more absorptive than insoluble dietary fiber, is also an important factor to be taken into consideration. The elongation of the storage time is very important for bakery products, as they are generally characterized by short shelf-life and the financial impact of destroying the expired products is big. Finally, it should be mentioned that the level of endoxylanase treatment did not differentiate significantly (P<0.05) the functional properties of the brans, the quality characteristics of the cakes or any of the cake staling attributes. Due to the fact that the incorporation of dietary fiber from oat (endoxylanase treated bran from the low cost sources and isolated fiber from the conventional sources), induced the greatest improvement on the product quality, response surface methodology (RSM) was used to determine the addition level of the respective fiber sources in the cake formula that results to the cakes with the optimum quality characteristics. The optimal formulation contained 15 % oat fiber and 15 % endoxylanase treated oat bran (flour weight basis) and had the highest specific volume (3.263 cm3/g), the lowest crumb firmness (3.483 N) and the best sensory perception (8.55/9). The developed mathematical models for the measured responses could be successfully used for their prediction during baking. Finally, cake flour replacement decreased the digestible starch content of the cakes, inducing a decrease also in the expected glycaemic index (eGI) value. Cakes containing oat fiber and barley fiber exhibited the lowest in vitro eGI, compared to cakes containing the other dietary fiber sources and cakes with no added fiber.