Αξιοποίηση αποβλήτων παραγωγής καφέ για την ανάπτυξη πρώτων υλών της βιομηχανίας τροφίμων
Creators: name: Μαναβάκη, Μαλαματένια Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Αντίδραση Maillard
Χρησιμοποιημένοι κόκκοι καφέ
Maillard reaction
FT-IR
Spent coffee grounds

description: Ο καφές αποτελεί ένα από το πιο εμπορεύσιμα προϊόντα στο κόσμο και κατά τη διαδικασία της επεξεργασίας του κόκκου και παραγωγής του ροφήματος του καφέ παράγεται μεγάλος αριθμός παραπροϊόντων και αποβλήτων. To απόβλητο που μένει από την παραγωγή του ροφήματος του καφέ, οι χρησιμοποιημένοι κόκκοι καφέ, παράγονται σε ποσότητες έξι εκατομμυρίων τόνων ετησίως. Αποτελεί ένα υλικό πλούσιο σε βιοενεργά συστατικά, υδατάνθρακες, πρωτεΐνες και λιπίδια. Η αξιοποίηση αυτού του υλικού ως πηγή απομόνωσης χρήσιμων συστατικών και η ανάπτυξη προϊόντων προστιθέμενης αξίας από αυτό είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για να ελαχιστοποιηθεί η απόρριψη τους στις χωματερές. Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η αξιοποίηση των χρησιμοποιημένων κόκκων καφέ για την παραλαβή των υδατανθράκων και συγκεκριμένα των μαννανών. Για τις ανάγκες της διατριβής έγινε μελέτη της εκχύλισης και της παραλαβής των πολυσακχαριτών που απαντούν στο απόβλητο του καφέ. Παράλληλα έγινε ενζυμική υδρόλυση των πολυσακχαριτών που απομονώθηκαν από τους χρησιμοποιημένους κόκκους καφέ, με τη χρήση κατάλληλων ενζύμων για την παραλαβή αναγωγικών σακχάρων. Τα αναγωγικά σάκχαρα υπολογίστηκαν σε 1,5 g/L πριν την ενζυμική υδρόλυση και σε 8,7 g/L μετά την διαδοχική υδρόλυση με τα δύο ένζυμα και υπάρχει στατιστικά σημαντική αύξηση. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε αντίδραση μη ενζυμικής αμαύρωσης με τη προσθήκη ασπαραγινικού οξέος. Οι παράμετροι που μελετήθηκαν ήταν το pH με τιμές 7.0, 9.0 και 11.0, και ο χρόνος της αντίδρασης σε χρονικές στιγμές 0, 1, 2 και 3h. Η αναλογία των αντιδρώντων που ήταν (1:1) καθώς και η θερμοκρασία (Τ) (1000C) ήταν σταθερά. Παράλληλα έγινε και κινητική μελέτη της αντίδρασης. Στο τελικό στάδιο της διατριβής έγινε λήψη φασμάτων υπέρυθρου σε όλους τους συνδυασμούς συνθηκών. Τα φάσματα αξιολογήθηκαν σχετικά με την έκβαση της αντίδρασης και στη συνέχεια ακολούθησε ανίχνευση των πιθανώς σχηματιζόμενων ενώσεων με την χρήση χρωματογραφίας UPLC-QTOF. Βάσει των αποτελεσμάτων παρατηρήθηκε πως η αντίδραση μη ενζυμικής αμαύρωσης πραγματοποιήθηκε σε όλες τις εξεταζόμενες συνθήκες. Όσο αναφορά τους εξεταζόμενους παράγοντες, παρατηρήθηκε θετική επίδραση του χρόνου της αντίδρασης στον σχηματισμό προϊόντων Maillard. Ανάλογη αύξηση παραγωγής προϊόντων Maillard παρατηρήθηκε και κατά την αύξηση του pH του διαλύματος. Στη συνέχεια λήφθησαν φάσματα υπερύθρου των αντιδρώντων και προϊόντων των αντιδράσεων και παρατηρήθηκε ότι ο σχηματισμός προϊόντων της αντίδραση έγινε με βέλτιστο χρόνο αντίδρασης 2h. To αποτέλεσμα αυτό, φαίνεται να οφείλεται στην σταδιακή αποδόμηση των προϊόντων Maillard μετά το πέρας των 2h. Τέλος, μελετήθηκαν συγκριτικά επιλεγμένα δείγματα που είχαν υποστεί την αντίδραση με άλλα που δεν είχαν υποστεί τη θερμική επεξεργασία με σκοπό να βρεθεί εάν υπάρχει διαφορά στις σχηματιζόμενες ενώσεις και να γίνει ανίχνευση αυτών. Ανιχνεύθηκε η φαινυλακεταλδεύδη που αποτελεί αρωματική αλδεΰδη. Η φαινυλακεταλδεύδη μπορεί να αξιοποιηθεί βιομηχανικά, για την παραγωγή αρωμάτων, γευστικών πρόσθετων και πολυμερών. Συμπερασματικά, το δείγμα με αυτή τη μεταχείριση μπορεί ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί στην βιομηχανία τροφίμων σαν πρόσθετο για να διαμορφώσει ένα οργανοληπτικό προφίλ διαφορετικό σε ένα υπάρχον τρόφιμο
description: Coffee is one of the most marketable products worldwide but during grain processing and coffee drink production a large number of by-products and waste are generated. It is reported that six million tons of spent coffee grounds are produced per year. Spent coffee grounds is a material rich in bioactive ingredients, carbohydrates, proteins and lipids. The valorization of this material for the recovery of bioactive compounds and the development of value-added products is an effective way of minimizing their disposal in landfills. The purpose of the present study was the valorization of spent coffee grounds for the extraction of carbohydrates and more specifically mannans. The polysaccharides present in spent coffee grounds were recovered through extraction. Subsequently, the polysaccharides were enzymatically hydrolyzed, using appropriate enzymes, for the production of reducing sugars. Reducing sugars were estimated at 1,5 g/L before enzymatic hydrolysis and at 8,7 g/L after sequential hydrolysis with both enzymes. This increase was found statistically significant. A non-enzymatic browning reaction was then performed with the addition of aspartic acid. The parameters studied were pH, with values of 7.0, 9.0 and 11.0, and reaction time, at 0, 1, 2 and 3h. The ratio of the reactants was 1: 1 and the temperature (T=100°C) was constant. In addition, a kinetic study of the reaction was performed. Finally, FTIR spectra were obtained, and they were evaluated regarding the outcome of the reaction, followed by detection of potentially formed compounds using UPLCQTOF chromatography. Based on the results, it was observed that the non-enzymatic browning reaction was performed in all the tested conditions. Regarding the tested factors, a positive effect of the reaction time on the formation of Maillard products was observed. A similar increase in production of Maillard products was observed as the pH of the solution increased. FTIR spectra of the reactants and reaction products showed that the formation of the latter was achieved at the optimal reaction time of 2h. This result was attributed to the gradual decomposition of Maillard products after 2h. Finally, samples that were subjected to the reaction were compared with non-heat-treated samples for the detection of possible differences regarding the produced compounds. An aromatic aldehyde, namely phenylacetaldehyde, was detected. Phenylacetaldehyde can be industrially used to produce fragrances, flavor additives and polymers. In conclusion, the sample with this treatment may be used in the food industry as an additive to form a different organoleptic profile in food products