Παραγωγή εδωδίμων μεμβρανών μέσω βιοτεχνολογικής αξιοποίησης τυρογάλακτος και μελέτη καταναλωτή σε εφαρμογές τροφίμων
Authors: Κουκουμάκη Δανάη-Ιωάννα 
Published: November 2024

Στo πλαίσιo της βιωσιμότητας κρίνεται απαραίτητη η μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος, η κατανάλωση λιγότερης ενέργειας και η ανάπτυξη προϊόντων φιλικών προς το περιβάλλον. Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η ανάπτυξη εδώδιμων μεμβρανών βιοτεχνολογικής προέλευσης και η μελέτη καταναλωτή στο τελικό προϊόν. Ειδικότερα, είναι γνωστό πως οι μικροοργανισμοί είναι ικανοί να παράγουν προϊόντα προστιθέμενης αξίας με ταυτόχρονη αξιοποίηση παραπροϊόντων ή και αποβλήτων του αγροτοβιομηχανικού τομέα. Σε αυτά τα προϊόντα, συμπεριλαμβάνεται και η μονοκυτταρική πρωτεΐνη (Single cell protein- SCP), η οποία αποτελεί μια εναλλακτική πηγή πρωτεΐνης και αναφέρεται σε ξηρά κύτταρα μικροοργανισμών, ενώ μπορεί να παραχθεί μέσω βιοδιεργασιών από πληθώρα υποστρωμάτων, όπως το τυρόγαλο. Το τυρόγαλο αποτελεί το κύριο παραπροϊόν της παραγωγής τυριού, συνεπώς η διαχείριση του κρίνεται απαραίτητη. Απόρροια των παραπάνω ήταν η χρήση μονοκυτταρικής πρωτεΐνης βιοτεχνολογικής προέλευσης ως βιοπολυμερές για την ανάπτυξη εδώδιμων μεμβρανών. Αρχικά, εξετάστηκαν τέσσερα στελέχη του ζυμομύκητα Kluyveromuces marxianus (ΕΧF-6231, 6232, 9072 και 5288), ο οποίος έχει χαρακτηριστεί ως GRAS μικροοργανισμός, ως προς την ικανότητα τους να παράγουν μονοκυτταρική πρωτεΐνη μέσω της αξιοποίησης πρωτογενούς τυρογάλακτος. Έπειτα η ικανότητα μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από το στέλεχος EXF-5288, το οποίο παρουσίασε την καλύτερη απόδοση, εξετάστηκε κάτω από διαφορετικές θερμοκρασίες (20.0, 25.0, 30.0 και 35.0οC) και σε αυξημένες συγκεντρώσεις λακτόζης τυρογάλακτος (35.0- 100.0 g/L) σε κωνικές φιάλες, ενώ η ανάπτυξη του μελετήθηκε και σε ζυμώσεις μεγάλης κλίμακας 3L (βιοαντιδραστήρας μονής τροφοδοτούμενης παρτίδας και βιοαντιδραστήρας ημισυνεχούς τροφοδοτούμενης παρτίδας). Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι η μέγιστη παραγωγή βιομάζας και μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (14.24±0.70 and 6.14±0.66 g/L, αντίστοιχα) σημειώθηκε κατά την ανάπτυξη του στελέχους στους 20.0οC. Έπειτα, τα πλούσια σε μονοκυτταρική πρωτεΐνη ξηρά κύτταρα χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη εδώδιμων μεμβρανών με διαφορετικές συγκεντρώσεις γλυκερόλης ως πλαστικοποιητή (30, 40 και 50% w/w επί ξηρής ουσίας). Τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των εδώδιμων μεμβρανών εξετάστηκαν ως προς τις παραμέτρους χρώματος, υγρασίας, διαλυτότητας, δείκτη διόγκωσης, μηχανικών ιδιοτήτων, διαπερατότητας φραγμού υδρατμών και διαβροχής επιφάνειας. Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι η αυξημένη συγκέντρωση γλυκερόλης αύξησε σημαντικά την περιεκτικότητα σε υγρασία (MC %) και τη διαλυτότητα (S %), αλλά δεν υπήρξε σημαντική διαφορά σε άλλες παραμέτρους. Όσον αφορά τη διαβροχή, οι εδώδιμες μεμβράνες βιοτεχνολογικής προέλευσης θα μπορούσαν να χαρακτηριστούν ως ελαιόφιλες, καθώς ο βαθμός γωνίας επαφής λαδιού (OCA) κυμαινόταν μεταξύ 46.7o ±1.3 έως 54.0o ±0.5. Αν και ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των εδώδιμων μεμβρανών βιοτεχνολογικής προέλευσης υποδεικνύει πως η εφαρμογή τους είναι εφικτή, η αντίληψη του καταναλωτή και η αποδοχή τέτοιων εναλλακτικών συσκευασιών απαιτεί διερεύνηση. Στην παρούσα διατριβή, η μελέτη καταναλωτή προσεγγίστηκε αρχικά μέσω ομάδων εστίασης με σκοπό την αξιολόγηση της στάσης των καταναλωτών απέναντι σε εδώδιμες μεμβράνες (προερχόμενες από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ή από πολυσακχαρίτη) επισημαίνοντας ανησυχίες σχετικά με τα οργανοληπτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά, ενώ προέκυψαν προτάσεις σχετικά με την πιθανή εφαρμογή σε τρόφιμα, το κόστος και την ετικέτα. Στη συνέχεια, η αντίληψη των καταναλωτών για τη χρήση μικροοργανισμών στην παραγωγή εδώδιμων συσκευασιών διερευνήθηκε σε μια διαδικτυακή έρευνα που περιλάμβανε την αξιολόγηση 33 συναισθηματικών αντιδράσεων σε ένα ερωτηματολόγιο Check-All-That-Apply. Οι εδώδιμες συσκευασίες σχετίστηκαν με θετικά συναισθήματα ανεξάρτητα από τη χρήση μικροοργανισμών. Στη συνέχεια, η εφαρμογή εδώδιμων μεμβρανών σε δείγματα γιαουρτιού ως αντικατάσταση της εσωτερικής μεμβράνης εξετάστηκε ως μελέτη περίπτωσης μέσω ανάλυσης εστίασης ματιού. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι καταναλωτές επηρεάστηκαν αρνητικά από το καφέ χρώμα της μεμβράνης, ενώ οι φιλικοί προς το περιβάλλον ισχυρισμοί σχετικά με τη συσκευασία επηρέασαν θετικά την αποδοχή τους. Τέλος, πραγματοποιήθηκε αισθητηριακή ανάλυση της έντασης των χαρακτηριστικών και της αρέσκειας για εμφάνιση, υφή, οσμή και συνολική αποδοχή πλαστικών και εδώδιμων συσκευασιών τροφίμων (με βάση πολυσακχαρίτες και SCP), υποδεικνύοντας υψηλή βαθμολογία για την υφή των εδώδιμων μεμβρανών από SCP και χαμηλή βαθμολογία για την οσμή που συσχετίζεται με το χαρακτηριστικό «χαλασμένο/ληγμένο». Συμπερασματικά, με την παρούσα διατριβή παρουσιάζεται για πρώτη φορά η ανάπτυξη εδώδιμων μεμβρανών από μονοκυτταρική πρωτεΐνη και παράλληλα μια ολιστική πρόταση για την εφαρμογή των προϊόντων προστιθέμενης αξίας που προκύπτουν μέσω βιοδιεργασιών καθώς και της συμπεριφοράς του καταναλωτή απέναντι σε αυτά.