Δομημένα συστήματα λίπους γάλακτος και φυτικών ελαίων για την παραγωγή καινοτόμων τροφίμων
Creators: name: Προδρομίδης, Πρόδρομος Δ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Κλασμάτωση λίπους γάλακτος
Δομημένα συστήματα ελαίων
Υποκατάσταση κορεσμένων λιπαρών ζωικής προέλευσης
Κρυστάλλωση
Milk fat fractionation
Structured lipid systems
Substitution of saturated fat of animal origin
Crystallization

description: 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. 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. 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. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις αναλύσεις δείχνουν διαφορές στο βαθμό ακορεστότητας και στο μήκος της ανθρακικής αλυσίδας των λιπαρών, μειώνοντας τη θερμοκρασία κλασμάτωσης. Ακόμα, μελετήθηκε η πηκτωματοποιητική ικανότητα των κλασμάτων για το σχηματισμό ελαιοπηκτών ελαιόλαδου, όπου παρουσιάστηκε αυξημένη πηκτωματοποιητική ικανότητα, χρησιμοποιώντας κλάσμα λίπους του γάλακτος και προσομοιάστηκαν τα χαρακτηριστικά του λίπους του γάλακτος, χρησιμοποιώντας ένα σύστημα ελαιοπηκτής χαμηλής περιεκτικότητας σε κορεσμένα λιπαρά. Ακόμα, παρασκευάστηκαν γαλακτώματα με τις συγκεκριμένες ελαιοπηκτές και χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή ζυμούμενων γαλακτοκομικών προϊόντων, όπου δεν βρέθηκαν διαφορές. Στις επόμενες ενότητες, μελετήθηκε η ανάπτυξη δομημένων συστημάτων αποκλειστικά φυτικής προέλευσης χρησιμοποιώντας ένα σύστημα σύνθετων πηκτωματοποιητών από μονογλυκερίδια και Tween20. Στη δεύτερη πειραματική ενότητα, παρασκευάστηκαν ελαιοπηκτές μονογλυκεριδίων και Tween 20 και 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. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι η θερμοκρασία ομογενοποίησης και η ένταση των υπερήχων παίζουν σημαντικό ρόλο στη σταθεροποίηση των γαλακτωμάτων, επηρεάζοντας τα θερμομηχανικά χαρακτηριστικά και τη μικροδομή των γαλακτωμάτων. 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, όπου προκάλεσαν υστέρηση στην πήξη του προϊόντος, αλλά ενίσχυσαν τη δομή, καθώς τοποθετήθηκαν οι κρύσταλλοι σε κενούς χώρους και αυξήθηκε η ικανότητα συγκράτησης νερού 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.
description: Structured lipid systems represent an innovative approach for replacing fats in food products. The oil structuring is achieved through the self-assembly of structurants. Although the structuring of lipids has been extensively studied, there are still several gaps in understanding the formation of structured systems, as well as challenges in their application in food products. However, complex structurants have been developed to stabilize structured lipid systems. The thesis focuses on the development of structured lipid and oil systems using plant-based or milk-derived structuring agents, with the ultimate goal of improving the stability of these structured systems. Furthermore, these systems were characterized to delve into the mechanism of their formation and were incorporated into food products with the aim of meeting health claims for low saturated fats. In the first experimental section, the gelling ability of milk fat for the development of structured oil systems was assessed. Dry fractionation of milk fat was performed, and the fractions were characterized. Results indicated differences in unsaturation degree and carbon chain length of the fats, resulting in alterations in fractions’ crystallization temperature. Moreover, modifications showed in thermal properties and microstructure among the fractions. The results revealed an increased gelling ability when using milk fat fractions, and the thermal characteristics of milk fat were simulated using a low-saturated fat oleogel system. Emulsions were prepared using these oleogels and were used to manufacture yogurt-type products, where no significant differences were observed. In the subsequent sections, the development of structured systems consisting solely of plant-based ingredients was investigated using complex structurants comprised of monoglycerides (MGs) and Tween20. In the second experimental section, oleogels of MGs and Tween20 were prepared. Additionally, the effect of ultrasound on the crystallization of these oleogels was studied. Results showed that the polymorphic transition of MGs can be controlled, by accelerating the secondary crystallization of MGs. The addition of Tween20 and the application of ultrasound were found to influence the thermal properties of MGs oleogels, while microscopy results revealed that the presence of Tween 20 formed an o/o emulsion, where the MGs crystals showed preference in droplets interface. In the third experimental section, structured emulsions products were developed using MGs and Tween 20. The impact of homogenization temperature and ultrasonication intensity was studied, and crystalline structures of MGs and Tween 20 in aqueous solutions were developed. The results showed that homogenization temperature and ultrasound intensity played a significant role in stabilizing the emulsions, affecting their thermal properties and microstructure. When crystallization occurred in-situ, the system remained stable, as the crystals acted as Pickering particles, whereas pre-crystallization in water led to aggregation phenomena. Finally, selected structured emulsions were incorporated into yogurt-type products and evaluated for acidification kinetics, microstructure and water-holding capacity. These products exhibited delayed gelling but improved structure, as the crystals occupied voids in the matrix, resulting in increased water-holding capacity. The investigation of the above objectives aimed to enhance the existing knowledge of the mechanisms of structured systems formation, ultimately improving their stability and producing innovative low-saturated fat foods with enhanced functional properties.