Δομημένα συστήματα λίπους γάλακτος και φυτικών ελαίων για την παραγωγή καινοτόμων τροφίμων
Authors: Προδρομίδης Πρόδρομος 
Published: January 2024

Τα δομημένα συστήματα ελαίων αποτελούν μια καινοτόμο προσέγγιση για την υποκατάσταση του λίπους σε προϊόντα τροφίμων. Η δόμηση επιτυγχάνεται μέσω της αυτο-διάταξης των πηκτωματοποιητών. Παρόλο που η δόμηση των ελαίων έχει μελετηθεί εκτενώς από την ερευνητική κοινότητα, υπάρχουν αρκετές ελλείψεις στην κατανόηση του τρόπου σχηματισμού των δομημένων συστημάτων και επιπλέον, έχουν δημιουργηθεί αρκετά προβλήματα στην υφή και στη σταθερότητα των προϊόντων τροφίμων μετά τη χρήση δομημένων συστημάτων. Ωστόσο, έχουν αναπτυχθεί σύνθετοι πηκτωματοποιητές για τη βελτίωση της σταθερότητας των δομημένων συστημάτων. Παράλληλα, τα τελευταία χρόνια έχουν αυξηθεί οι καταναλωτικές απαιτήσεις για προϊόντα εναρμονισμένα με τους ισχυρισμούς υγείας περί χαμηλών λιπαρών, για προϊόντα φυτικής προέλευσης και ζωικών παραγώγων ή αποκλειστικά προϊόντα φυτικής προέλευσης. Τα συγκεκριμένα προϊόντα έχουν τραβήξει την προσοχή τόσο της βιομηχανίας, όσο και των ερευνητών. Αντικείμενο της διατριβής ήταν η ανάπτυξη δομημένων συστημάτων λιπών και ελαίων με πηκτωματοποιητές φυτικής προέλευσης ή από παράγωγα του γάλακτος με απώτερο στόχο τη βελτίωση της σταθερότητας των δομημένων συστημάτων. Επιπλέον, τα εν λόγω συστήματα χαρακτηρίστηκαν για να γίνει εμβάθυνση στο μηχανισμό σχηματισμού τους και ενσωματώθηκαν σε προϊόντα τροφίμων, με απώτερο σκοπό να εμπίπτουν στον ισχυρισμό υγείας περί χαμηλών κορεσμένων λιπαρών. Στην πρώτη πειραματική ενότητα αξιολογήθηκε η πηκτωματοποιητική ικανότητα του λίπους του γάλακτος για την ανάπτυξη δομημένων συστημάτων λιπών και ελαίων. Επίσης, πραγματοποιήθηκε ξηρή κλασμάτωση του λίπους του γάλακτος και ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των κλασμάτων. Οι τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό των κλασμάτων λίπους του γάλακτος ήταν αέρια χρωματογραφία (GC), διαφορική μικροθερμιδομετρία σάρωσης (μDSC), φασματοσκοπίες FT-IR και Raman, ρεολογία, πολωμένη οπτική μικροσκοπία και συνεστιακή μικροσκοπία (CLSM). Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις αναλύσεις GC, FT-IR και Raman δείχνουν διαφορές στο βαθμό ακορεστότητας και στο μήκος της ανθρακικής αλυσίδας των λιπαρών, μειώνοντας τη θερμοκρασία κλασμάτωσης. Από τα αποτελέσματα του μDSC, της μικροδομής και της ρεολογίας των κλασμάτων προκύπτουν τροποποιήσεις στα θερμομηχανικά χαρακτηριστικά μεταξύ των κλασμάτων. Επιπλέον, μελετήθηκε η πηκτωματοποιητική ικανότητα των κλασμάτων μέσω CLSM, μDSC και ρεολογίας για το σχηματισμό ελαιοπηκτών ελαιόλαδου. Από τα αποτελέσματα προέκυψε αυξημένη πηκτωματοποιητική ικανότητα, χρησιμοποιώντας κλάσμα λίπους του γάλακτος και προσομοίωση των θερμομηχανικών χαρακτηριστικών του λίπους του γάλακτος χρησιμοποιώντας ένα σύστημα ελαιοπηκτής χαμηλής περιεκτικότητας σε κορεσμένα λιπαρά. Ακόμα, παρασκευάστηκαν γαλακτώματα με τις συγκεκριμένες ελαιοπηκτές ως λιπαρή φάση και χαρακτηρίστηκαν ως προς το μέγεθος των σταγονιδίων τους και τη μικροδομή τους, όπου δεν βρέθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των δειγμάτων. Τέλος, τα γαλακτώματα χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή ζυμούμενου γαλακτοκομικού προϊόντος, το οποίο αξιολογήθηκε ως προς την κινητική οξίνησης του και την ικανότητα συγκράτησης νερού (ΙΣΝ), όπου δεν βρέθηκαν διαφορές. Στις επόμενες ενότητες, μελετήθηκε η ανάπτυξη δομημένων συστημάτων αποκλειστικά φυτικής προέλευσης χρησιμοποιώντας ένα σύστημα σύνθετων πηκτωματοποιητών από μονογλυκερίδια και Tween 20. Στη δεύτερη πειραματική ενότητα, παρασκευάστηκαν ελαιοπηκτές μονογλυκεριδίων και Tween 20. Οι ελαιοπηκτές χαρακτηρίστηκαν μέσω διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC), FT-IR, ρεολογίας, πολωμένης μικροσκοπίας και CLSM. Ακόμα, στις ελαιοπηκτές μελετήθηκε και η επίδραση των υπερήχων στην κρυστάλλωση τους. Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι η μεταστάθεια των μονογλυκεριδίων μπορεί να ελεγχθεί, επιταχύνοντας τη δευτερογενή κρυστάλλωση των μονογλυκεριδίων. Η προσθήκη του Tween 20 και η εφαρμογή υπερήχων επηρεάζουν τα θερμομηχανικά χαρακτηριστικά των ελαιοπηκτών μονογλυκεριδίων, ενώ από τη μικροδομή προκύπτει ότι παρουσία Tween 20 δημιουργείται ένα γαλάκτωμα o/o, όπου οι κρύσταλλοι των μονογλυκεριδίων προτιμούν να τοποθετούνται στη διεπιφάνεια των σταγονιδίων του γαλακτώματος. Στην τρίτη πειραματική ενότητα μελετήθηκε η ανάπτυξη δομημένων γαλακτωμάτων μονογλυκεριδίων και Τween 20. Επίσης, μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας ομογενοποίησης και της έντασης των υπερήχων, αλλά και αναπτύχθηκαν κρύσταλλοι μονογλυκεριδίων και Tween 20 σε υδατικό διάλυμα. Τα δομημένα γαλακτώματα και οι διασπορές MGs/Tw20 χαρακτηρίστηκαν μέσω DSC, ρεολογίας, πολωμένης οπτικής μικροσκοπίας και CLSM. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι η θερμοκρασία ομογενοποίησης παίζει σημαντικό ρόλο στη σταθεροποίηση των γαλακτωμάτων, επηρεάζοντας τα θερμομηχανικά χαρακτηριστικά και τη μικροδομή των γαλακτωμάτων. Επίσης, η ένταση υπερήχων βρέθηκε ότι ενισχύει την κρυστάλλωση των γαλακτωμάτων, αλλά σε μικρότερο βαθμό. Τέλος, όταν η κρυστάλλωση γίνεται in-situ το σύστημα ήταν σταθερό και σε αρκετές περιπτώσεις αυτο-υποστηριζόμενο, καθώς οι κρύσταλλοι δρούσαν ως σωματίδια τύπου Pickering, ενώ όταν το σύστημα προ-κρυστάλλωνε σε νερό παρατηρήθηκαν φαινόμενα συνένωσης. Επιλεγμένα δομημένα γαλακτώματα, ενσωματώθηκαν σε προϊόν τύπου γιαουρτιού και τα παραγόμενα προϊόντα μελετήθηκαν ως προς την κινητική οξίνισης τους, τη μικροδομή τους και την ΙΣΝ. Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι τα γαλακτώματα προκάλεσαν υστέρηση στην πήξη του προϊόντος, αλλά ενίσχυσαν τη δομή, καθώς τοποθετήθηκαν οι κρύσταλλοι σε κενούς χώρους και αυξήθηκε η ΙΣΝ των δειγμάτων. Η διερεύνηση των παραπάνω στόχων πραγματοποιήθηκε για την ενίσχυση της υπάρχουσας γνώσης για τους μηχανισμούς σχηματισμού των δομημένων συστημάτων, με απώτερο σκοπό την αύξηση της σταθερότητάς τους και την παραγωγή καινοτόμων τροφίμων χαμηλής περιεκτικότητας σε κορεσμένα λιπαρά και βελτιωμένες λειτουργικές ιδιότητες.