Ανάπτυξη εδώδιμων βιοπολυμερών τροποποιημένης δομής και αξιολόγηση των ποιοτικών τους παραμέτρων

Abstract

Η υφή των τροφίμων είναι ένα βασικό αισθητηριακό χαρακτηριστικό που όχι μόνο εκτιμάται καλά από τους καταναλωτές αλλά χρησιμοποιείται επίσης από τους καταναλωτές ως δείκτης ποιότητας ενός τροφίμου. Η μελέτη της υφής των τροφίμων έχει γίνει ένας πολύ ενεργός επιστημονικός τομέας της επιστήμης και της τεχνολογίας των τροφίμων και έχει λάβει αυξανόμενη προσοχή από τους επιστήμονες της επιστήμης τροφίμων και των σχετικών κλάδων. Τις τελευταίες δεκαετίες, έχουν σημειωθεί σημαντικές πρόοδοι στη θεμελιώδη κατανόηση των ιδιοτήτων της υφής και των πρακτικών εφαρμογών αυτής της γνώσης στην ανάπτυξη υγιεινών και νόστιμων προϊόντων διατροφής. Στην παρούσα διπλωματική εργασία διερευνήθηκε η επίδραση διαφόρων ειδών διάτμησης στις ρεολογικές και θερμικές ιδιότητες εδώδιμων βιοπολυμερών. Η μελέτη στοχεύει στην ανάπτυξη εδώδιμων βιοπολυμερών τροποποιημένης δομής, στα οποία θα προσδιορισθούν η βέλτιστη αναλογία των συστατικών (άμυλο-πρωτεΐνη-υδροκολλοειδές), καθώς και το βέλτιστο είδος διάτμησης. Για το σκοπό αυτό, στο πρώτο μέρος της έρευνας προσδιορίστηκε η βέλτιστη σύσταση της πηκτής μέσω της παρασκευής σημαντικού αριθμού πηκτών με βασικό συστατικό το φυσικό άμυλο καλαμποκιού, πατάτας και σίτου, σε συνδυασμό με πρωτεΐνη αρακά και περαιτέρω προσθήκη αραβικού κόμμεως, κόμμεως ξανθάνης και κ-καραγενάνης σε διάφορες αναλογίες και συνδυασμούς. Στο δεύτερο μέρος, και αφού επιλέχθηκε το άμυλο πατάτας (20 και 25%) και η κ-καραγενάνη (1%), αξιολογήθηκε η επίδραση διαφορετικών ειδών διάτμησης (απλή διάτμηση, διάτμηση μέσω υπερήχων, υψηλή διάτμηση) με περαιτέρω προσθήκη των φυτικών πρωτεϊνών ρυζιού, κολοκύθας, αρακά και φάβας (5%). Μέσω της παραπάνω έρευνας, η παρούσα διπλωματική εργασία αποσκοπεί: a) Στη δημιουργία εδώδιμων βιοπολυμερών, b) Στην αξιολόγηση των θερμικών και ρεολογικών ιδιοτήτων τους, μέσω της οποίας θα προκύψει μία σταθερή πηκτή για χρήση ως βιομελάνι σε 3D εκτύπωση, και c) Στην αξιολόγηση της επίδρασης των διαφόρων ειδών διάτμησης και των υπερήχων στη σταθερότητα των βιοπολυμερών, σε μία προσπάθεια τροποποίησης της δομής τους μέσω εισαγωγής φυσαλίδων αέρα εντός της μάζας τους. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των πειραμάτων, όλα τα δείγματα που εξετάσθηκαν είχαν ψευδοπλαστική συμπεριφορά (διατμητική λέπτυνση, shear thinning). Η συμπεριφορά αυτή επιβεβαιώθηκε πειραματικά και από τον εκθέτη ρεολογικής συμπεριφοράς (n) ο οποίος ήταν μικρότερος της μονάδας για όλα τα δείγματα. Για τον προσδιορισμό και οριοθέτηση της γραμμικής ιξωδοελαστικής περιοχής (LVR), πραγματοποιήθηκαν δοκιμές μεταβαλλόμενης παραμόρφωσης, με τη τιμή της παραμόρφωσης (strain,γ) να ορίζεται στο 0,3%. Ακολούθησαν μετρήσεις των ιξωδοελαστικών παράμερων G΄, G΄΄ και tanδ, υπό σταθερή παραμόρφωση (strain, γ = 0,3 %), για μια περιοχή συχνοτήτων με εύρος 0-100 Hz. Από τις σαρώσεις συχνοτήτων διαπιστώθηκε πως ο συντελεστής αποθήκευσης G΄ ήταν μεγαλύτερος από τον συντελεστή απώλειας G΄΄ ενισχύοντας έτσι την διαπίστωση ότι όλα τα δείγματα παρουσίαζαν μεγαλύτερη συμπεριφορά ρευστού (πραγματικές πηκτές, true gels), και ειδικότερα αυτά με το μεγαλύτερο ιξώδες. Επιπροσθέτως, έγιναν μετρήσεις του ιξώδους συναρτήσει του μεταβαλλόμενου ρυθμού διάτμησης γ (1-100 s-1), για το προσδιορισμό της ρεολογικής συμπεριφοράς των παρακευασθέντων πηκτών. Παράλληλα, διερευνήθηκαν οι θερμικές ιδιότητες των πηκτών με Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης (Differential Scanning Calorimetry, DSC), και συγκεκριμένα προσδιορίσθηκαν οι θερμικές μεταπτώσεις της ζελατινοποίησης του αμύλου, για τη μελέτη των αλληλεπιδράσεων των βιοπολυμερών.