«Άλεση σίτου με πεπιεσμένο αέρα Επίδραση της κοκκομετρίας αλεύρου στις λειτουργικές ιδιότητες ζυμαριού και ψωμιού»

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ Γ. ΒΟΥΡΗ Πτυχιούχου Γεωπόνου «Άλεση σίτου με πεπιεσμένο αέρα Επίδραση της κοκκομετρίας αλεύρου στις λειτουργικές ιδιότητες ζυμαριού και ψωμιού» ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Επιβλέπουσα: Αθηνά Λαζαρίδου, Λέκτορας ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2014

2

3 ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ Γ. ΒΟΥΡΗ «Άλεση σίτου με πεπιεσμένο αέρα Επίδραση της κοκκομετρίας αλεύρου στις λειτουργικές ιδιότητες ζυμαριού και ψωμιού» ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Υποβλήθηκε στη Γεωπονική Σχολή Τομέας Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων Ημερομηνία Προφορικής Εξέτασης: Εξεταστική Επιτροπή Λέκτορας: Α. Λαζαρίδου, Επιβλέπουσα Καθηγητής: Κ. Γ. Μπιλιαδέρης, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής Επίκ. Καθηγ.: Θ. Μοσχάκης, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής

4 Δημήτριος Γ. Βούρης Α.Π.Θ. «Άλεση σίτου με πεπιεσμένο αέρα Επίδραση της κοκκομετρίας αλεύρου στις λειτουργικές ιδιότητες ζυμαριού και ψωμιού» ISBN «Η έγκριση της παρούσης Μεταπτυχιακής Διατριβής από το Τμήμα Γεωπονίας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέως» (Ν. 5343/1932, άρθρο 202, παρ. 2).

5 Ευχαριστίες Η παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Χημείας και Βιοχημείας Τροφίμων, στο Αγρόκτημα του Α.Π.Θ., στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος της Γεωπονικής Σχολής. Θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες στην επιβλέπουσα κ. Λαζαρίδου Αθηνά, Λέκτορα του Τομέα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων, για την ευκαιρία που μου έδωσε να πραγματοποιήσω την παρούσα μελέτη και για την ουσιαστική συμβολή στην περάτωση της. Η καθοδήγηση και οι συμβουλές καθ όλη τη διάρκεια της πειραματικής διαδικασίας, καθώς και η βοήθειά της κατά τη συγγραφή της μελέτης ήταν πολύτιμες. Επίσης, νιώθω την ανάγκη να την ευχαριστήσω για τη σπάνια ευκαιρία που μου προσέφερε να συμμετέχω μαζί της σε δύο επιστημονικά συνέδρια. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Καθηγητή του Τομέα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων και διευθυντή του Εργαστηρίου Χημείας και Βιοχημείας Τροφίμων, κ. Μπιλιαδέρη Κωνσταντίνο, για την άδεια και ενθάρρυνση χρήσης του εξοπλισμού του Εργαστηρίου, καθώς και για την άμεση και καίρια συμβολή του όποτε αυτό απαιτήθηκε. Ευχαριστώ τον κ. Μοσχάκη Θωμά, Λέκτορα του Τομέα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων και μέλος της Τριμελούς Επιτροπής, για την άψογη συνεργασία μας και τη βοήθεια του κατά τη χρήση του οπτικού μικροσκοπίου. Νιώθω την ανάγκη να εκφράσω ένα μεγάλο ευχαριστώ σε όλους του συναδέλφους και συνεργάτες με τους οποίους ήρθα σε επαφή καθ όλη τη διάρκεια της παρουσίας μου στο Εργαστήριο Χημείας και Βιοχημείας Τροφίμων, μεταπτυχιακούς φοιτητές, υποψήφιους διδάκτορες, προπτυχιακούς φοιτητές, μέλη ΔΕΠ, μέλη ΕΕΔΙΠ και τεχνικό προσωπικό. Ιδιαίτερη αναφορά θα ήθελα να κάνω στις φίλες και συνεργάτιδες Μυγδαλιά Αγγελική και Μποσνέα Λουλούδα, για την ανεκτίμητη και ανιδιοτελή βοήθεια τους, σε όλη τη διάρκεια της μελέτης. Τις ευχαριστώ μέσα από την καρδιά μου για την

6 καθημερινή τους προσφορά και συμπαράσταση. Επίσης, στον Γιώργο Σιδηρόπουλο, για την ειλικρινή φιλία που αναπτύξαμε στο διάστημα αυτό, καθώς και την καθημερινή του συμπαράσταση. Πολλά ευχαριστώ προς την κ. Μαντάλα Ιωάννα, Επίκουρη Καθηγήτρια του Τμήματος Επιστήμης Τροφίμων & Διατροφής του Ανθρώπου, για την προμήθεια των δειγμάτων αλεύρων σίτου (χονδρόκοκκο αλεύρι και λεπτόκοκκα κλάσματα από το μύλο πεπεισμένου αέρα) που απαιτήθηκαν καθ όλη τη διάρκεια της μελέτης. Οφείλω να ευχαριστήσω τον προσωπικό φίλο Γκανά Βασίλειο, Επιστήμονα Τεχνολόγο Τροφίμων, ειδικό στην οργανοληπτική εξέταση των τροφίμων, για την πολύτιμη βοήθεια που απλόχερα μας πρόσφερε ώστε να διοργανωθεί το «1 ο Εργαστήριο Οργανοληπτικής Εξέτασης Δειγμάτων Άρτου», από το οποίο εξήχθησαν τα αποτελέσματα της ενότητας του οργανοληπτικού ελέγχου. Αξίζουν ιδιαίτερης μνείας η άρτια εκπαίδευση που μας πρόσφερε, η λεπτομερής βοήθεια κατά την διεξαγωγή του Εργαστηρίου, η εκτέλεση της στατιστικής ανάλυσης και ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Θα ήθελα να εξάρω την πολύτιμη συνεισφορά της ομάδας των κριτών του Οργανοληπτικού Ελέγχου, διότι συμμετείχαν ακούραστα σε όλες τις συνεδρίες εκπαίδευσης και εξέτασης, βοήθησαν στη βελτίωση της διαδικασίας και συνετέλεσαν στη διεξαγωγή και διεκπεραίωση μιας σημαντικής ενότητας της διατριβής. Συγκριμένα τους: Αδαμάκη Ιωάννη, Ασπρίδου Ζαφειρώ, Γουγουλή Μαρία, Δεδούση Χρήστο, Δεργιαδέ Ισμήνη, Δημακοπούλου Παπάζογλου Δάφνη, Κακαγιάννη Μυρσίνη, Κατσάνο Χρήστο, Κωστακόπουλο Άγγελο, Μάρα Αθανάσιο, Μπόμπολα Φωτεινή, Μποσνέα Λουλούδα, Μυγδαλιά Παρασκευή, Περίδη Νικόλαο, Στεφανίδου Όλγα και Φωτίου Μαρία. Θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές ευχαριστίες προς τον κ. Ζουμπουλάκη Παναγιώτη, ερευνητή του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών, για την εκτέλεση του πειραματικού μέρους του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού και την εξήγηση των αποτελεσμάτων. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον φίλο Χάντζο

7 Νικόλαο, μεταπτυχιακό φοιτητή του Τομέα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων και αξιωματικό του Ε.Σ., για την προσφορά του φαρινογράφου και εκτατογράφου και τη βοήθεια κατά την εκτέλεση των πειραμάτων και ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Τέλος, οφείλω να κάνω ιδιαίτερη μνεία στους αφανείς υποστηρικτές αυτής της προσπάθειας. Αρχικά στην οικογένεια μου, τους γονείς μου Γιώργο και Αρετή και τα αδέρφια μου Άγγελο και Μελίνα, στους οποίους οφείλω τα μέγιστα και ευχαριστώ μέσα από την καρδιά μου για την αμέριστη συμπαράσταση και υπομονή σε όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. Κλείνοντας, αφιερώνω το ειλικρινέστερο και θερμότερο ευχαριστώ στη φίλη μου, Φωτεινή, για όλη την αμέριστη, ειλικρινή και αγόγγυστη συμπαράσταση και στήριξη όλο αυτό το διάστημα.

8

9 Περιεχόμενα Πίνακας Περιεχομένων Περιεχόμενα Πινάκων Περιεχόμενα Σχημάτων Περίληψη (στην ελληνική γλώσσα) Περίληψη (στην αγγλική γλώσσα) Σελίδα i ix xiii xxi xxiii 1. Εισαγωγή 1 2. Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Εισαγωγή Κόκκος σιταριού Άλεση του κόκκου σιταριού Ιστορικό πλαίσιο της άλεσης δημητριακών καρπών Μετατροπή του δημητριακού καρπού σε αλεύρι Μέθοδοι άλεσης Ξηρή άλεση (Dry milling) Υγρή άλεση (Wet milling) Μέγεθος σωματιδίων αλεύρου και εύρος κοκκομετρικής 15 κατανομής Μηχανικά θραυσμένο άμυλο Άλεση με πεπιεσμένο αέρα (Jet milling) Γενικά στοιχεία Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Τύποι μύλων με πεπιεσμένο αέρα Αρχή λειτουργίας μύλου jet mill 27 i

10 2.4.4 Κινήσεις των σωματιδίων στο θάλαμο άλεσης και μηχανισμός 28 μείωσης του μεγέθους τους Παράμετροι που επηρεάζουν το μέγεθος τεμαχιδίων του 30 τελικού προϊόντος Χαρακτηριστικά του υπό άλεση (μητρικού) υλικού Χαρακτηριστικά τελικού προϊόντος άλεσης Εφαρμογές της τεχνολογίας άλεσης με πεπιεσμένο αέρα Γενικά Εφαρμογές της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στα 38 τρόφιμα 2.5 Επίδραση της κοκκομετρίας στα χαρακτηριστικά του αλεύρου, του 43 σχηματιζόμενου ζυμαριού και του παραγόμενου τελικού προϊόντος Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων στα ποιοτικά 43 χαρακτηριστικά του αλεύρου Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου στη 44 ρεολογική συμπεριφορά ζυμαριών Αρτοποιητική διαδικασία και επίδραση του μεγέθους 48 σωματιδίων του αλεύρου στα ποιοτικά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος Οργανοληπτική Εξέταση και επίδραση του μεγέθους 51 σωματιδίων του αλεύρου στα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος 3. Σκοπός της μελέτης Υλικά και μέθοδοι Υλικά Μέθοδοι εξέτασης αλεύρων 56 ii

11 4.2.1 Χημικές αναλύσεις αλεύρων Προσδιορισμός μέσης κοκκομετρίας αλεύρων (d 50 ) Προσδιορισμός υγρασίας και τέφρας αλεύρων Προσδιορισμός περιεκτικότητας σε ολικό και μηχανικά 58 θραυσμένο άμυλο των αλεύρων Προσδιορισμός περιεκτικότητας των αλεύρων σε 60 ολικές πεντοζάνες Προσδιορισμός χρωματικών παραμέτρων των αλεύρων Εκχύλιση και καθαρισμός υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών Προσδιορισμός φαινομενικού μοριακού βάρους των 64 απομονωμένων υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών Χαρακτηρισμός πρωτοταγούς δομής των υδατοδιαλυτών 65 αραβινοξυλανών με τη βοήθεια πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) 4.3 Μέθοδοι ανάλυσης ζυμαριών Παρασκευή ζυμαριών Μηχανικές δοκιμές μεγάλων παραμορφώσεων στα ζυμάρια Ανάλυση του προφίλ υφής ζυμαριών (TPA) Δοκιμή χαλάρωσης της τάσης (stress relaxation) Δοκιμή ερπυσμού - ανάκτησης (creep recovery test) Διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης σε αιωρήματα αλεύρων Εμπειρικές τεχνικές εξέτασης ρεολογικών χαρακτηριστικών 75 των αλεύρων Μελέτη της απορρόφησης νερού από το αλεύρι και της 75 συμπεριφοράς του σχηματιζόμενου ζυμαριού με τη βοήθεια φαρινογράφου iii

12 Μελέτη της συμπεριφοράς του ζυμαριού κατά την 78 έκταση με εκτατογράφο 4.4 Αναλύσεις και δοκιμές σε ψωμιά Διαδικασία αρτοποίησης Χαρακτηριστικά ψωμιών Προσδιορισμός απώλειας βάρους κατά το ψήσιμο και 82 ειδικού όγκου ψωμιών Προσδιορισμός υγρασίας και ενεργότητας νερού 82 ψωμιών Προσδιορισμός χρωματικών παραμέτρων κόρας Ανάλυση πορώδους της ψίχας Ανάλυση Υφής ψίχας και κόρας Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης (DSC) για τον 88 προσδιορισμό της επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης Εξέταση της επανακρυστάλλωσης αμύλου και ρυθμού 88 σκλήρυνσης της ψίχας με την εξίσωση Avrami Προσδιορισμός βαθμού ενζυμικής υδρόλυσης των ολικών 89 πεπτών υδατανθράκων (in-vitro) της ψίχας του ψωμιού Οργανοληπτικός έλεγχος των δειγμάτων άρτου Επιλογή της μεθόδου Επιλογή κριτών Εκπαίδευση των κριτών Παρουσίαση των δειγμάτων Ερωτηματολόγιο Εξέταση των δειγμάτων Στατιστική ανάλυση των δεδομένων 99 iv

13 4.5 Στατιστική ανάλυση πειραματικός σχεδιασμός Αποτελέσματα και Συζήτηση Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα (jet milling) στις 103 ιδιότητες των αλεύρων σίτου Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στην κοκκομετρία 103 του αλεύρου Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στη σύσταση των 106 αλεύρων Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στις χρωματικές 112 παραμέτρους των αλεύρων σίτου Ολικές πεντοζάνες, εκχύλιση και καθαρισμός των 113 υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών και μοριακή δομή τους Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στο ποσοστό 113 των ολικών πεντοζανών των αλεύρων σίτου Απομόνωση και καθαρισμός του κλάσματος των 115 υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στη μοριακή 117 δομή των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών 5.2 Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στις ιδιότητες των 125 παραγόμενων ζυμαριών Εξέταση των ρεολογικών ιδιοτήτων των ζυμαριών με 125 εμπειρικές μεθόδους Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στην 126 απορρόφηση νερού από το αλεύρι και τη συμπεριφορά του σχηματιζόμενου ζυμαριού Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στη 132 v

14 συμπεριφορά του ζυμαριού κατά την έκταση Εξέταση των ρεολογικών ιδιοτήτων των ζυμαριών με 135 θεμελιώδεις μεθόδους Ανάλυση του Προφίλ Υφής (TPA) Δοκιμή της χαλάρωσης τάσης (Stress relaxation test) Δοκιμή ερπυσμού ανάκτησης (creep recovery test) Διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (προφίλ ζελατινοποίησης 153 αμύλου) 5.3 Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στα χαρακτηριστικά των 157 παραγόμενων ψωμιών Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου στην 157 απώλεια βάρους (%) κατά το ψήσιμο και τον ειδικό όγκο των ψωμιών Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στο χρώμα της 161 κρούστας των ψωμιών Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου στο πορώδες 164 της ψίχας Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στην υγρασία και 169 ενεργότητα νερού των ψωμιών Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στις ιδιότητες υφής 172 των ψωμιών Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στην 174 επανακρυστάλλωση της αμυλοπηκτίνης Εφαρμογή του μοντέλου Avrami στην κινητική του 182 «μπαγιατέματος» των ψωμιών Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στην κινητική της in 185 vi

15 vitro ενζυμικής πέψης των ολικών πεπτών υδατανθράκων των σχηματιζόμενων ψωμιών Οργανοληπτικός έλεγχος Επιδόσεις κριτών Βαθμολογία ψωμιών Συμπεράσματα και προτάσεις για μελλοντική έρευνα Ένθετα παραρτήματα Βιβλιογραφία 243 vii

16 viii

17 Περιεχόμενα Πινάκων Σελίδα Πίνακας 2.1. Τύποι σιταριού, κύρια χαρακτηριστικά τους και κύριες 5 χρήσεις τους σε προϊόντα τροφίμων (Atwell, 2001). Πίνακας 2.2. Συνήθης σύσταση κόκκου σιταριού και αλεύρου βαθμού 12 άλεσης 70% (Atwell, 2001). Πίνακας 2.3. Συνθήκες λειτουργίας μύλου άλεσης με πεπιεσμένο αέρα, 26 για επίτευξη συγκεκριμένου βαθμού λεπτοτεμαχισμού σε διάφορα υλικά (Chamayou and Dodds, 2007). Πίνακας 2.4. Κλίμακα Mohs και παραδείγματα αντιπροσωπευτικών 35 υλικών (Yaeger, hmicronpowder.com). Πίνακας 2.5. Εφαρμογές της άλεσης με υπερπεπιεσμένο άερα (Russell, ). Πίνακας 4.1. Ένζυμα και λοιπά αντιδραστήρια που χρησιμοποιήθηκαν για 57 τις διαφορετικές αναλύσεις της παρούσας μελέτης. Πίνακας 4.2. Πρότυπα δείγματα αραβινοξυλανών που χρησιμοποιήθηκαν 65 για την κατασκευή πρότυπης καμπύλης στο σύστημα HPSEC-RI (Skendi et al., 2011). Πίνακας 4.3. Σύσταση των δειγμάτων ψωμιού. 80 Πίνακας 4.4. Συνθήκες που χρησιμοποιήθηκαν κατά την αρτοποίηση των 81 δειγμάτων. Πίνακας 4.5. Επεξήγηση χρωματικών παραμέτρων. 84 Πίνακας 4.6. Οι 3-ψήφιοι κωδικοί που δόθηκαν σε κάθε εξεταζόμενο 96 δείγμα στις δύο επαναλήψεις της οργανοληπτικής εξέτασης Πίνακας 4.7. Επίδραση των παραγόντων που εξετάστηκαν (μέγεθος 101 σωματιδίων, χρόνος αποθήκευσης) στις λειτουργικές ix

18 ιδιότητες των ζυμαριών και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των ψωμιών. Πίνακας 5.1. Χαρακτηριστικά λειτουργίας θαλάμου κατά την άλεση jet milling και κοκκομετρία (d 50 ) των παραγόμενων αλεύρων σίτου. Πίνακας 5.2. Περιεκτικότητα των αλεύρων (μητρικό, λεπτόκοκκα) σε υγρασία, τέφρα, ολικό άμυλο και μηχανικά θραυσμένο άμυλο. Πίνακας 5.3. Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στις χρωματικές παραμέτρους (L*, a*, b*) των αλεύρων σίτου. Πίνακας 5.4. Ποσοστό των ολικών πεντοζανών, των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών (WEΑΧ) και το μοριακό τους βάρος σε κλάσματα σίτου διαφορετικής κοκκομετρίας. Πίνακας 5.5. Χαρακτηριστικά πρωτοταγούς δομής υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών (AX) από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας που προσδιορίστηκαν με φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR). Πίνακας 5.6. Επίδραση της κοκκομετρίας αλεύρων σίτου στα ρεολογικά χαρακτηριστικά των ζυμαριών (παράμετροι εκτατογράφου). Πίνακας 5.7. Επίδραση της κοκκομετρίας αλεύρων σίτου στα ρεολογικά χαρακτηριστικά των ζυμαριών (παράμετροι εκτατογράφου). Πίνακας 5.8. Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων αλεύρων σίτου στις παραμέτρους υφής των αντίστοιχων ζυμαριών με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:44. Πίνακας 5.9. Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων αλεύρων σίτου στις ρεολογικές παραμέτρους των αντίστοιχων ζυμαριών με x

19 αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:44, που προσδιορίστηκαν από τη δοκιμή χαλάρωσης τάσης και το τροποποιημένο μοντέλο του Maxwell. Πίνακας Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων αλεύρων σίτου στις ρεολογικές παραμέτρους των αντίστοιχων ζυμαριών με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:44, που υπολογίστηκαν από τη δοκιμή ερπυσμού ανάκτησης και το μοντέλο Burgers. Πίνακας Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων αλεύρου σίτου στη ζελατινοποίηση του αμύλου (μελέτη σε αιωρήματα αλεύρι:νερό, 30:70, με διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης). Πίνακας Επίδραση της κοκκομετρίας των αλεύρων σίτου στις χρωματικές παραμέτρους των σχηματιζόμενων ψωμιών. Πίνακας Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου σίτου στα χαρακτηριστικά του πορώδους ψίχας των σχηματιζόμενων ψωμιών. Πίνακας Επίδραση του μεγέθους των σωματιδίων και του χρόνου αποθήκευσης στην υγρασία και ενεργότητα νερού (ψίχας και κόρας) των δειγμάτων ψωμιού. Πίνακας Επίδραση του μεγέθους των σωματιδίων αλεύρου και του χρόνου αποθήκευσης στις ιδιότητες υφής της ψίχας και της κόρας των σχηματιζόμενων ψωμιών. Πίνακας Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου και του χρόνου αποθήκευσης, στις παραμέτρους επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης της ψίχας των ψωμιών. (λυοφιλιωμένο ψωμί:νερό 30:70, ρυθμός θέρμανσης 5 o C/min) xi

20 Πίνακας Παράμετροι της εξίσωσης Avrami που εφαρμόστηκε στην κινητική επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης της ψίχας των δειγμάτων ψωμιού από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. Τα κινητικά δεδομένα πρόεκυψαν από μετρήσεις της φαινομενικής ενθαλπίας επανακρυστάλλωσης με θερμιδόμετρο (DSC) σε αιώρημα λυοφιλιωμένου ψωμιού (ψωμί:νερό 30:70) με ρυθμό θέρμανσης 5 ο C/min. Πίνακας Παράμετροι της εξίσωσης Avrami που εφαρμόστηκε στην κινητική σκλήρυνσης της ψίχας των δειγμάτων ψωμιού από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. Τα κινητικά δεδομένα πρόεκυψαν από μετρήσεις της σκληρότητας της ψίχας σε αναλυτή υφής (δοκιμή ΤPA). Πίνακας Βαθμολογία των κριτών κατά την οργανοληπτική εξέταση των δειγμάτων ψωμιού διαφορετικής κοκκομετρίας, αποθηκευμένα για διαφορετικό χρονικό διάστημα (0, 1, 3 ημέρες) (25 ο C) xii

21 Περιεχόμενα Σχημάτων Σελίδα Σχήμα 2.1. Μέσος όρος παραγωγής σιταριού (FAO, 2009). 5 Σχήμα 2.2. Διαγραμματική παράσταση της δομής του κόκκου σιταριού 6 (Figoni, 2007). Σχήμα 2.3. Διαγραμματική παράσταση της ξηρής άλεσης κόκκων σιταριού 13 (κύρια στάδια) (Owens, 2001). Σχήμα 2.4. Τομή θαλάμου άλεσης ενός σπειροειδή μύλου άλεσης με πεπιεσμένο 22 αέρα (Midoux et al., 1999). Σχήμα 2.5. α) Εξωτερική εμφάνιση του θαλάμου άλεσης ενός οβάλ μύλου 23 άλεσης πεπιεσμένου αέρα, β) Τυπικός σχεδιασμός και τμήματα του θαλάμου άλεσης (Nykamp et al., 2002). Σχήμα 2.6. Τυπική διάταξη ενός οβάλ μύλου άλεσης με πεπιεσμένο αέρα 24 (Fluid Energy Processing and Equipment Energy, Σχήμα 2.7. Σχέδιο ενός μύλου αντίστροφης ρευστοποιημένης κλίνης (Hosokawa 25 Micron Corp. Σχήμα 2.8. Μηχανισμοί μείωσης μεγέθους σωματιδίων κατά την άλεση με 30 πεπιεσμένο αέρα (Palaniandy et al., 2008). Σχήμα 2.9. Επίδραση των παραμέτρων κατασκευής : α) γωνία ακροφυσίου, β) 32 διάμετρος ακροφυσίου και γ) ύψος θαλάμου άλεσης του σπειροειδούς μύλου άλεσης πεπιεσμένου αέρα στο μέγεθος των σωματιδίων του τελικού προϊόντος (Katz and Kalman, 2007). Σχήμα Επίδραση των παραμέτρων άλεσης με σπειροειδή μύλο πεπιεσμένου 33 στο μέγεθος των σωματιδίων του τελικού προϊόντος: α) της ροής αέρα, β) της ροής τροφοδοσίας, γ) της κοκκομετρίας του μητρικού υλικού, δ) της φύσης του υλικού τροφοδοσίας και ε) του αριθμού περασμάτων του xiii

22 υλικού (Katz and Kalman, 2007). Σχήμα 4.1 Απομόνωση και καθαρισμός κλάσματος υδατοδιαλυτών 63 αραβινοξυλανών από άλευρα σίτου. Σχήμα 4.2. Αντιπροσωπευτικό γράφημα της ανάλυσης του προφίλ υφής 68 (Ferreira et al., 2006). Σχήμα 4.3. Αντιπροσωπευτικό γράφημα της δοκιμής χαλάρωσης τάσης. 71 Σχήμα 4.4. Περιγραφή του μοντέλου Burgers σε αντιπροσωπευτική καμπύλη 74 δοκιμής ερπυσμού ανάκτησης (Lazaridou and Biliaderis, 2009). Σχήμα 4.5. Αντιπροσωπευτικό φαρινογράφημα με περιγραφή των 77 παραμέτρων που υπολογίζονται ( Σχήμα 4.6. Αντιπροσωπευτικό εκτατογράφημα με περιγραφή των παραμέτρων 79 που υπολογίζονται ( Σχήμα 4.7. α) Περιοχή εξέτασης της ψίχας δειγμάτων ψωμιού και β) 85 μετατροπή της εικόνας σε κλίμακα του γκρί 8-bit. Σχήμα 4.8. Κλίμακα βαθμολόγησης/αξιολόγησης της κάθε παραμέτρου που 93 εξετάστηκε κατά την Οργανοληπτική εξέταση δειγμάτων άρτου. Σχήμα 4.9. Θάλαμος οργανοληπτικής εξέτασης προετοιμασμένος κατάλληλα 98 για την εξέταση των δειγμάτων άρτου. Σχήμα 5.1. Μικρογραφίες των κλασμάτων αλεύρου σίτου (οπτικό 105 μικροσκόπιο), και κοκκομετρική κατανομή τους α) W 80, β) W mix, γ) W 25 δ) W 15. Σχήμα 5.2. Μικρογραφίες (οπτικό μικροσκόπιο) των αλεύρων σίτου W (μητρικό) (α και β) και W 15 (λεπτόκοκκο) (γ και δ) πριν (α και γ) και μετά (β και δ) τη εφαρμογή πολωμένου φωτός. Σχήμα 5.3. Εμφάνιση αμυλοκόκκων σε μικρογραφίες των αλεύρων W 80 και 112 W 15 με χρήση πολωμένου φωτός. xiv

23 Σχήμα 5.4. Χρωματογραφήματα έκλουσης των απομονωμένων υδατοδιαλυτών 119 αραβινοξυλανών (WEAX) από άλευρα σιταριού διαφορετικής κοκκομετρίας, με το σύστημα HPSEC RI. Δίνονται τα μοριακά βάρη και τα χρονικά σημεία έκλουσης (βέλη) των πρότυπων δειγμάτων που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή της πρότυπης καμπύλης (ένθετο διάγραμμα). Σχήμα 5.5. Τυπικό διάγραμμα φασματοσκοπίας πυρηνικού μαγνητικού 121 συντονισμού (NMR). Σημειώνονται οι κορυφές της μη υποκατεστημένης, U (-Χ-), καθώς και της μόνο, Μ (-Χ3-Α), και δι, D (-Χ2,3-Α), υποκατεστημένης μονάδας ξυλόζης, Xylp. Σχήμα 5.6. Φάσματα πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού ( 1 H NMR, D 2 O, o C, 600 MHz) των κλασμάτων των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών (WEAX) των δειγμάτων αλεύρου σίτου διαφορετικής κοκκομετρίας (W 80, W 25, W 15 τα α και β αναφέρονται στις δύο επαναλήψεις). Σχήμα 5.7. Αντιπροσωπευτικό φαρινογράφημα κατά την εξέταση του 127 αλεύρου W 80 στο φαρινογράφο. Σχήμα 5.8. Αντιπροσωπευτικό εκτατογράφημα κατά την εξέταση του 133 αλεύρου W 80 στον εκτατογράφο. Σχήμα 5.9. Αντιπροσωπευτικά γραφήματα ανάλυσης προφίλ υφής (TPA) 137 ζυμαριών από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:44. Σχήμα Αντιπροσωπευτικές καμπύλες δοκιμής συμπίεσης χαλάρωσης 142 ζυμαριών από άλευρα σιταριού διαφορετικής κοκκομετρίας με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:44. Σχήμα Αντιπροσωπευτικές καμπύλες ερπυσμού - ανάκτησης ζυμαριών 148 xv

24 από άλευρα σιταριού διαφορετικής κοκκομετρίας με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:44. Σχήμα Ελαστική (J e ) και ιξώδης (J v ) ενδοτικότητα εκφρασμένη ως ποσοστό (%) της μέγιστης ενδοτικότητα (J max ) για τα ζυμάρια από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:44. Σχήμα Αντιπροσωπευτικά θερμογραφήματα των αιωρημάτων αλεύρων σίτου (αλεύρι:νερό 30:70, ρυθμός θέρμανσης 5 o C/min). Οι τιμές της φαινομενικής ενθαλπίας ζελατινοποίησης είναι υπολογισμένες επί ξηρού βάρους των αλεύρων. Σχήμα Επίδραση της κοκκομετρίας του αλεύρου σίτου στην απώλεια βάρους κατά το ψήσιμο (% του βάρους του ζυμαριού) και του ειδικού όγκου του σχηματιζόμενου ψωμιού. Σχήμα Εξωτερική εμφάνιση αντιπροσωπευτικών ψωμιών από άλευρα σίτου διαφορετικής κοκκομετρίας. Σχήμα Κατανομή μεγέθους των πόρων της ψίχας, σε ψωμιά που παρασκευάστηκαν από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. Στο ένθετο διάγραμμα δίνεται το ποσοστό των μικρότερων πόρων ( 4mm 2 ) (ένθετες φωτογραφίες: εμφάνιση της ψίχας κάθε δείγματος). Σχήμα Κατανομή κυκλικού χαρακτήρα των πόρων της ψίχας, σε ψωμιά που παρασκευάστηκαν από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. Σχήμα Αντιπροσωπευτικές φωτογραφίες τομής των δειγμάτων ψωμιού από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. Σχήμα Επίδραση της κοκκομετρίας του αλεύρου σίτου στην υγρασία και ενεργότητα νερού (ψίχας και κόρας) των σχηματιζόμενων ψωμιών xvi

25 κατά τη διάρκεια της αποθήκευσής τους (25 ο C). Σχήμα Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου σίτου στη σκληρότητα της κόρας των σχηματιζόμενων ψωμιών κατά τη διάρκεια αποθήκευσης τους (25 ο C). Σχήμα Αντιπροσωπευτικά θερμογραφήματα της επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης των ψωμιών (λυοφιλιωμένο ψωμί:νερό 30:70, ρυθμός θέρμανσης 5 o C/min): α) επίδραση της κοκκομετρίας του αλεύρου (5 η ημέρα αποθήκευσης) και β) επίδραση του χρόνου αποθήκευσης (για το Β 80 δείγμα). Σχήμα Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου σίτου στην πορεία επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης της ψίχας, κατά τη διάρκεια αποθήκευσης των ψωμιών (λυοφιλιωμένο ψωμί:νερό 30:70, ρυθμός θέρμανσης 5 o C/min). Σχήμα Επίδραση α) του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου και β) του χρόνου αποθήκευσης των ψωμιών στην κινητική ενζυμικής (in vitro) απελευθέρωσης της γλυκόζης από τους πεπτούς υδατάνθρακες της ψίχας των ψωμιών. Σχήμα Χαρακτηριστικά της ομάδας κριτών που εκπαιδεύτηκε για την οργανοληπτική εξέταση των ψωμιών από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας και διαφορετικού χρόνου αποθήκευσης. Σχήμα Μέσες τιμές της κάθε μετρούμενης παραμέτρου των εξεταζόμενων ψωμιών για κάθε κριτή ξεχωριστά (οι μπάρες δίνουν την τυπική τους απόκλιση). Η σειρά με την οποία παρουσιάζονται οι παράμετροι (στους άξονες X) είναι: Οσμή σιταρένιου ψωμιού (1), Χρώμα κόρας (2), Λάμψη κόρας (3), Ομοιομορφία κόρας (4), Ομοιομορφία πορώδους (5), Σκληρότητα ψίχας (6), Ελαστικότητα xvii

26 ψίχας (7), Συνεκτικότητα ψίχας (8), Δυσκολία στη μάσηση ψίχας (9), Γεύση σιταρένιου ψωμιού (10). Σχήμα Διαγράμματα «Tucker 1» για κάθε οργανοληπτική παράμετρο των ψωμιών, όπως αυτές αξιολογήθηκαν από εκπαιδευμένη ομάδα κριτών. Σχήμα Διαγράμματα «p*mse» για κάθε μετρούμενη παράμετρο των ψωμιών ξεχωριστά, όπως αυτές αξιολογήθηκαν από την εκπαιδευμένη ομάδα κριτών. Σχήμα Ανάλυση κύριων συνιστωσών σε οργανοληπτική εξέταση ψωμιών από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας και διαφορετικού χρόνου αποθήκευσης. Σχήμα Κύριες επιδράσεις 3 παραγόντων (κριτής, δείγμα, επανάληψη) κατά την ανάλυση διακύμανσης για τις παραμέτρους οργανοληπτικής εξέτασης σε δείγματα ψωμιά από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας και διαφορετικού χρόνου αποθήκευσης. Σχήμα Αλληλεπιδράσεις 3 παραγόντων (κριτής, δείγμα, επανάληψη) κατά την ανάλυση διακύμανσης για τις παραμέτρους οργανοληπτικής εξέτασης σε ψωμιά από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας και διαφορετικού χρόνου αποθήκευσης. Σχήμα Προφίλ των ψωμιών από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας και διαφορετικού χρόνου αποθήκευσης, όπως αυτό καταγράφηκε από την οργανοληπτική τους εξέταση και την ανάλυση διακύμανσης παραγόντων (3-way ANOVA). ** παράμετροι που τα δείγματα διαφέρουν στατιστικά σημαντικά σε α = 0,01 και ***, παράμετροι που τα δείγματα διαφέρουν στατιστικά σημαντικά σε α = 0, xviii

27 xix

28 xx

29 Περίληψη Ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η εξέταση της επίδρασης της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα (jet milling) στις ιδιότητες του παραγόμενου, λεπτοτεμαχισμένου αλεύρου σίτου, καθώς και τις λειτουργικές ιδιότητες του παραγόμενου ζυμαριού και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του αντίστοιχου ψωμιού. Για το σκοπό αυτό, μελετήθηκαν τρία διαφορετικά κλάσματα αλεύρου σίτου. Το πρώτο ήταν το μητρικό, χονδρόκοκκο αλεύρι, W 80, ενώ τα άλλα δύο, W 25 και W 15, ήταν λεπτόκοκκα, και προέκυψαν από άλεση του W 80, στο μύλο με πεπιεσμένο αέρα (jet mill) εφαρμόζοντας διαφορετική παροχή τροφοδοσίας αλεύρου, 27kg/h και 15kg/h, αντίστοιχα. Η εξέταση της σύστασης των αλεύρων έδειξε ότι η άλεση με πεπιεσμένο αέρα οδήγησε σε άλευρα με πολύ μικρό μέγεθος σωματιδίων (d 50 <25μm), αλλά όχι με εκτεταμένη μηχανική θραύση του αμύλου. Η άλεση βελτίωσε την εκχύλιση του υδατοδιαλυτού κλάσματος των αραβινοξυλανών, ωστόσο δεν επηρέασε καθόλου τη μοριακή δομή τους, όπως αυτή εξετάστηκε με τεχνικές υγρής χρωματογραφίας (HPSEC) και πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR). Παρατηρήθηκε ότι το φαινομενικό μοριακό βάρος των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών δε μεταβλήθηκε, ενώ δεν παρατηρήθηκαν μεταβολές ούτε στις αναλογίες μονάδων αραβινόζης/ξυλόζης (A/X), μονοϋποκατεστημένων/διυποκατεστημένων μονομερών (M/D) και υποκατεστημένων/μη-υποκατεστημένων μονομερών ((M+D)/U). Τα λεπτόκοκκα άλευρα σε σύγκριση με το μητρικό παρουσίασαν αυξημένες τιμές απορρόφησης νερού και. μικρότερους βαθμούς εξασθένησης του σχηματιζόμενου ζυμαριού κατά τo συνεχόμενο ζύμωμα, όπως αυτές εκτιμήθηκαν σε φαρινογράφο. Η εξέταση στον εκτατογράφο έδειξε ότι τα λεπτόκοκκα κλάσματα αλεύρου σίτου έδωσαν ζυμάρια με μεγαλύτερη αντίσταση στην έκταση. Κατά την ανάλυση του προφίλ υφής (TPA) xxi

30 παρατηρήθηκε ότι τα ζυμάρια από τα λεπτόκοκκα κλάσματα ήταν περισσότερο σκληρά, συνεκτικά και εμφάνισαν μεγαλύτερες τιμές προσκολλητικότητας σε σχέση με το χονδρόκοκκο άλευρο. Η δοκιμή χαλάρωσης της τάσης έδειξε ότι η μείωση του μεγέθους σωματιδίων των αλεύρων είχε ως αποτέλεσμα περισσότερο σκληρά και ελαστικά ζυμάρια (αυξημένες τιμές χρόνου ημίσειας χαλάρωσης και εκτατικού ιξώδους). Η δοκιμή ερπυσμού ανάκτησης επιβεβαίωσε την αύξηση του ελαστικού χαρακτήρα του ζυμαριού, με μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου (μικρότερες τιμές παραμέτρων ενδοτικότητας για τα λεπτόκοκκα κλάσματα). Η διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης έδειξε ότι η ενθαλπία ζελατινοποίησης του αμύλου ελαττώθηκε, καθώς το μέγεθος των σωματιδίων του αλεύρου μειώθηκε. Η μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου είχε ως αποτέλεσμα την παρασκευή ψωμιών με μικρότερο ειδικό όγκο, περισσότερο «χρυσαφένιο» - καφέ χρώμα κόρας και περισσότερο κλειστό και ομοιόμορφο πορώδες ψίχας. Η εξέταση της ψίχας με την ανάλυση προφίλ υφής έδειξε ότι η μείωση της κοκκομετρίας έδωσε ψωμιά με περισσότερο σκληρή ψίχα, λιγότερο ελαστικά και με μεγαλύτερη δυσκολία μάσησης. Επίσης, η επανακρυστάλλωση της αμυλοπηκτίνης ήταν μικρότερη στα ψωμιά από άλευρα μικρότερης κοκκομετρίας, όπως αυτή υπολογίστηκε με τη διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης. Η επίδραση της κοκκομετρίας του αλεύρου στο ρυθμό σκλήρυνσης της ψίχας και επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης της ψίχας κατά τη διάρκεια αποθήκευσης των ψωμιών μελετήθηκε με το μοντέλο Avrami. Ωστόσο, τα παραπάνω φαινόμενα δε φάνηκε να επηρεάζονται από το μέγεθος σωματιδίων του αλεύρου. Τέλος, η οργανοληπτική εξέταση των ψωμιών επιβεβαίωσε ότι τα ψωμιά από λεπτόκοκκα άλευρα είχαν περισσότερο ομοιόμορφο πορώδες και σκληρότερη ψίχα σε σχέση με τα αντίστοιχα από το μητρικό αλεύρι. xxii

31 Abstract The objective of the present study was to evaluate the effect of jet milling process on properties of wheat flour streams, as well as the dough functional properties and the quality characteristics of the respective bread. For this purpose, three wheat flour milling streams were studied. The first flour was the feed material of the jet mill (coarse wheat flour, W 80 ), which was milled at two different feeding rates of the milling chamber of the unit (27kg/h and 15kg/h). The milling process resulted in two other wheat flour samples, differing in terms of mean particle size (fine wheat flour, W 25 and W 15 ). Although the jet milling led to flour streams with very small mean particle size (d 50 <25μm), no excessive starch damage in fine flour streams was noted. Jet milling also enhanced the extractability of water-extractable arabinoxylans (WEAX), while it did not seem to have any destructive effect in their fine structure (as it was determined by the HPSEC and NMR techniques). More specifically, neither any alteration was observed in the molecular peak weight (Mp) of WEAX, nor any alteration in the relative sugar residue ratios (arabinose/xylose residues, mono-/di-substituted residues and substituted/unsubstituted residues). The Farinograph test showed that the flour water absorption was increased, as the flour mean particle size was reduced; moreover, the resultant dough from the finer flour showed lower degree of softening. The Extesigraph test showed that the dough made from flour with fine particle size was more resistant to extension, than the dough made from coarse flour. Texture Profile Analysis test (TPA) revealed harder, more consistent and more adhesive dough structures with decrease in flour particle size. Stress relaxation tests showed that the decrease in flour mean particle size resulted in harder and more elastic dough (higher half relaxation times and higher elongational viscosity values were observed). Creep recovery test xxiii

32 results were in agreement with the stress relaxation data, showing that fine flours formed more elastic doughs. While the flour mean particle size was reduced, the apparent starch gelatinization enthalpy was reduced as probed by Differential Scanning Calorimetry (DSC). The decrease in flour mean particle size (d 50 ) resulted in lower loaf specific volume values, more golden-brown crust and finer crumb structures. As it was shown by Texture Profile Analysis, the decrease in mean flour particle size resulted in breads with harder, less elastic crumb and higher chewiness values. Moreover, the apparent retrogradation enthalpy of amylopectin decreased, as the flour mean particle size was reduced (DSC measurements). The effect of flour mean particle size on the rate of amylopectin retrogradation and crumb hardening during storage was analyzed by the Avrami mathematical model; no significant effects were noted in this respect. Finally, the sensory analysis conducted on breads showed that samples made from the fine flour streams presented a finer crumb porosity, harder crumb and were more difficult to be chewed, in contrast to the breads made from the coarse flour (in agreement with TPA results). xxiv

33 xxv

34 xxvi

35 Εισαγωγή 1. Εισαγωγή Ένα από τα σημαντικότερα ποιοτικά χαρακτηριστικά των αλεύρων δημητριακών καρπών είναι η κοκκομετρία τους. Τόσο το μέγεθος των σωματιδίων του αλεύρου, όσο και το εύρος της κοκκομετρικής κατανομής επηρεάζουν τις ιδιότητες του αλεύρου. Κατά συνέπεια, η κοκκομετρία του αλεύρου είναι ένας από τους παράγοντες που επηρεάζουν τις λειτουργικές ιδιότητες του ζυμαριού, αλλά και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος αρτοποιίας. Επομένως, η άλεση, δηλαδή η διαδικασία που μετατρέπει το δημητριακό καρπό σε αλεύρι είναι κεφαλαιώδους σημασίας, καθώς δύναται να επηρεάσει τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του αλεύρου, και επομένως την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Οι συμβατικές τεχνικές άλεσης (κυλινδρόμυλοι, σφυρόμυλοι, καρφόμυλοι, αλλά και οι εργαστηριακοί σφαιρόμυλοι) δίνουν αλεύρι με διαφορετικά ποιοτικά χαρακτηριστικά, τα οποία εξαρτώνται από τις παραμέτρους της άλεσης (είδος και ένταση αναπτυσσόμενων δυνάμεων, παράμετροι γεωμετρίας μύλου, παράμετροι λειτουργίας μύλου). Η άλεση με πεπιεσμένο αέρα (jet milling) είναι μια τεχνική άλεσης, η οποία οδηγεί σε σκόνη (τελικό προϊόν) με πολύ μικρό μέγεθος σωματιδίων (<10μm) και πολύ μικρό εύρος κοκκομετρίας. Βρίσκει πολλές εφαρμογές στην άλεση ορυκτών, φαρμακευτικών ουσιών, εκρηκτικών υλών, αλλά και την κοσμετολογία, τόσο σε ερευνητικό, όσο και σε βιομηχανικό επίπεδο, ενώ οι εφαρμογές της στον κλάδο των τροφίμων είναι περιορισμένες και αφορούν κατά κύριο λόγο τη χρήση της σε ερευνητικό επίπεδο. Στο μύλο πεπιεσμένου αέρα, η άλεση του προϊόντος γίνεται με τη βοήθεια αέρα υπέρ-υψηλής πίεσης και η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων του προς άλεση υλικού επιτυγχάνεται με κρούσεις των σωματιδίων μεταξύ τους, αλλά και κρούσεις των σωματιδίων με τα τοιχώματα του θαλάμου άλεσης. Το μικρό εύρος κοκκομετρίας 1

36 Εισαγωγή επιτυγχάνεται με τη λειτουργία ενός αεροδιαχωριστή, που επιτρέπει να απομακρύνονται από το θάλαμο άλεσης, μόνο σωματίδια συγκεκριμένου μεγέθους. Η άλεση με πεπιεσμένο αέρα, λόγω του τρόπου λειτουργίας της, ο οποίος αποτρέπει την υπερθέρμανση των υλικών που αλέθονται, είναι κατάλληλη για εφαρμογές σε θερμοευαίσθητα υλικά, ενώ παράλληλα δεν επιβαρύνει το τελικό προϊόν με επιμολύνσεις. Στο αλεύρι σίτου, η μικρή κοκκομετρία μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένη απορρόφηση νερού και απελευθέρωση αρωματικών συστατικών, καθώς και βελτιωμένη βιοδιαθεσιμότητα των βιοενεργών συστατικών. Επίσης, όσο μικρότερο είναι το εύρος της κοκκομετρίας του αλεύρου (δηλαδή, οι κόκκοι του αλεύρου έχουν παραπλήσιο μέγεθος), τόσο πιο εύκολη είναι η πρόβλεψη της συμπεριφοράς του αλεύρου κατά την αρτοποιητική διαδικασία. Συνεπώς, η άλεση με πεπιεσμένο αέρα είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνική στο πεδίο της άλεσης δημητριακών καρπών, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε άλευρα με καλύτερες λειτουργικές ιδιότητες και υψηλότερη προστιθέμενη αξία. 2

37 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας 2. Ανασκόπηση βιβλιογραφίας 2.1 Εισαγωγή Τα δημητριακά και τα προϊόντα που παράγονται με βάση τα δημητριακά αποτελούν, από αρχαιοτάτων χρόνων, το κύριο συστατικό της ανθρώπινης διατροφής. Οι δημητριακοί καρποί παρέχουν στον ανθρώπινο οργανισμό ενέργεια, περίπου φορές περισσότερο σε σχέση με τα περισσότερα φρούτα και λαχανικά (Rossell, 2011). Οι κύριοι δημητριακοί καρποί είναι το σιτάρι, το ρύζι, το κριθάρι, και το καλαμπόκι, με τα δύο πρώτα να θεωρούνται τα σημαντικότερα για την ανθρώπινη διατροφή και να αποτελούν το 55% της συνολικής κατανάλωσης δημητριακών. Το σιτάρι είναι ένας από τους περισσότερο γνωστούς και εκτενέστερα καλλιεργήσιμους καρπούς. Θεωρείται ότι καλλιεργήθηκε για πρώτη φορά ως τρόφιμο περίπου το π.χ. (Orth and Schellenmerger, 1988), ως μέρος της «Νεολιθικής Επανάστασης» (Neolithic Revolution), κατά την διάρκεια της οποίας παρατηρήθηκε μια αλλαγή δραστηριοτήτων, από το κυνήγι στην οργανωμένη γεωργία (Shewry, 2009). Στις μέρες μας, τρία είδη σιταριού καλλιεργούνται κατά κύριο λόγο: α) το Triticum aestivum (μαλακό ή κοινό σιτάρι), με τις κατηγορίες hard red winter (HRW), hard red spring (HRS), soft red winter (SRW), hard white (HW), soft white (SW), β) το Triticum compactum, υποείδος του T.aestivum που περιλαμβάνει τα συμπαγή σιτάρια (club wheats) και γ) το Triticum durum (σκληρό σιτάρι), με τις κατηγορίες durum και red durum (Atwell, 2001). Η κατηγοριοποίηση των σύγχρονων ειδών σιταριού γίνεται με τρεις τρόπους. Η κατηγοριοποίηση του κοινού σιταριού σε μαλακό και σκληρό 3

38 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας κόκκο αφορά τη σκληρότητα του ενδοσπερμίου. Γενικά, το σιτάρι με σκληρό κόκκο απαιτεί περισσότερη ενέργεια κατά την άλεση, σε σύγκριση με το σιτάρι μαλακού κόκκου. Η δεύτερη κατηγοριοποίηση, σε ερυθρό και άσπρο, σχετίζεται με την παρουσία ή απουσία μιας ερυθρής χρωστικής στα εξωτερικά στρώματα του κόκκου σιταριού. Η διαφορά μεταξύ των δύο ειδών είναι εμφανής με μια απλή οπτική εξέταση. Τέλος, οι όροι χειμερινό και θερινό σιτάρι αναφέρονται στη χρονική περίοδο που πρέπει να γίνει η σπορά του (Atwell, 2001). Η παγκόσμια παραγωγή σίτου έχει αυξηθεί δραματικά, αφενός λόγω των εξελίξεων της επιστημονικής έρευνας στον τομέα της αναπαραγωγής του, και αφετέρου στη βελτίωση των τεχνολογιών παραγωγής από το 1960 και έπειτα. Όπως παρουσιάζεται στο σχήμα 2.1, η παγκόσμια παραγωγή σιταριού υπερδιπλασιάστηκε από 1.1 ton/ha το 1961 σε 2.83 ton/ha το Οι ευρωπαϊκές χώρες έχουν τη «μερίδα του λέοντος» στην παραγωγή σιταριού, ενώ οι ασιατικές βρίσκονται λίγο κάτω από τον παγκόσμιο μέσο όρο (FAO, 2009). Από τους διάφορους τύπους σιταριού, δεν είναι όλοι κατάλληλοι για την παραγωγή των διαφορετικών τροφίμων. Στον πίνακα 2.1 παρουσιάζονται οι τύποι των διαφορετικών ειδών σιταριού και οι αντίστοιχες συνηθέστερες χρήσεις τους σε προϊόντα τροφίμων. Γενικά, τα σιτάρια σκληρού κόκκου χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο για την παρασκευή ψωμιού και σχετικών αρτοσκευασμάτων με χρήση μαγιάς, εξαιτίας της ικανότητάς των αλεύρων τους να διατηρούν τα παραγόμενα αέρια της ζύμωσης στο ζυμάρι και να επιτρέπουν το σχηματισμό του επιθυμητού πορώδους στην ψίχα. Από την άλλη πλευρά, τα σιτάρια μαλακού κόκκου χρησιμοποιούνται περισσότερο για την παρασκευή κέικ, κράκερ και μπισκότων (Atwell, 2001). 4

39 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Σχήμα 2.1. Μέσος όρος παραγωγής σιταριού (FAO, 2009). Πίνακας 2.1. Τύποι σιταριού, κύρια χαρακτηριστικά τους και κύριες χρήσεις τους σε προϊόντα τροφίμων (Atwell, 2001). Τύποι σιταριού (Class) Hard Red Winter (HRW) Soft Red Winter (SRW) Hard Red Spring (HRS) Hard White Soft White Durum Γενικά Χαρακτηριστικά Υψηλή περιεκτικότητα πρωτεΐνης, δυνατή γλουτένη, υψηλή ικανότητα απορρόφησης νερού Χαμηλή περιεκτικότητα πρωτεΐνης, αδύνατη γλουτένη, χαμηλή ικανότητα απορρόφησης νερού Πολύ υψηλή περιεκτικότητα πρωτεΐνης, δυνατή γλουτένη, υψηλή ικανότητα απορρόφησης νερού Υψηλή περιεκτικότητα πρωτεΐνης, δυνατή γλουτένη, υψηλή ικανότητα απορρόφησης νερού, το πίτυρο δεν περιέχει χρωστικές Χαμηλή περιεκτικότητα πρωτεΐνης, αδύνατη γλουτένη, χαμηλή ικανότητα απορρόφησης νερού, το πίτυρο δεν περιέχει χρωστικές Υψηλή περιεκτικότητα πρωτεΐνης, δυνατή γλουτένη, υψηλή ικανότητα απορρόφησης νερού Γενικές Χρήσεις Ψωμί και σχετικά προϊόντα Κέικ, μπισκότα, cookies, κράκερ Ψωμί, bagels, pretzels και σχετικά προϊόντα Ψωμί και σχετικά προϊόντα Noodles, κράκερ, γκοφρέτες και προϊόντα στα οποία τα στίγματα είναι ανεπιθύμητα Ζυμαρικά 5

40 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Γενικά, το σιτάρι αποτελεί βασικό συστατικό της διατροφής σε παγκόσμιο επίπεδο, εξαιτίας της προσαρμοστικότητας του ως καλλιέργεια, της ευκολίας αποθήκευσής του, της διατροφικής αξίας του και της ικανότητάς του παραγόμενου αλεύρου να συμμετέχει στην παρασκευή μεγάλου αριθμού προϊόντων τροφίμων (Orth and Schellenmerger, 1988). 2.2 Κόκκος σιταριού Ο κόκκος του σιταριού έχει μια σύνθετη δομή, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.2. Ωστόσο, σύμφωνα με την επεξεργασία που ακολουθείται κατά την άλεσή του, οι κύριες ανατομικές περιοχές είναι τρεις: α) τα εξωτερικά προστατευτικά στρώματα του κόκκου, που αποτελούν το πίτυρο (~14% του βάρους του κόκκου, υψηλή περιεκτικότητα σε τέφρα και διαιτητικές ίνες) β) το εσωτερικό τμήμα του κόκκου που είναι υπεύθυνο για την αναπαραγωγή του φυτού, το φύτρο (~3% του κόκκου, πλούσιο σε λιπίδια και λοιπά θρεπτικά συστατικά) και γ) το υπόλοιπο, ενδιάμεσο τμήμα, το ενδοσπέρμιο (πλούσιο σε άμυλο και πρωτεΐνη) (Atwell, 2001). Σχήμα 2.2. Διαγραμματική παράσταση της δομής του κόκκου σιταριού (Figoni, 2007). 6

41 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Το ενδοσπέρμιο είναι το κυριότερο τμήμα του κόκκου σιταριού και το κυρίαρχο συστατικό του παραγόμενου αλεύρου. Το εξωτερικό στρώμα του ενδοσπερμίου (ανάμεσα στο ενδοσπέρμιο και το πίτυρο) καλείται αλευρώνη και είναι πλούσιο σε ένζυμα (Pomeranz, 1988). Η αλευρώνη έχει αρκετά αρνητική επίδραση στο αλεύρι κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης, και για την αλευροβιομηχανία θεωρείται ως τμήμα του πιτύρου (Popper et al., 2007), συνεπώς απομακρύνεται μαζί με αυτό κατά την άλεση (Atwell, 2001). Το σιτάρι και τα προϊόντα του αναγνωρίζονται γενικά ως σημαντικές πηγές απαραίτητων θρεπτικών συστατικών και ενέργειας (Shewry, 2009). Είναι πλούσιο σε υδατάνθρακες, διαιτητικές ίνες, πρωτεΐνη, βιταμίνες του συμπλέγματος Β, ιχνοστοιχεία (σίδηρο, ασβέστιο, φωσφόρο, ψευδάργυρο, κάλιο, μαγνήσιο). Τo κύριο συστατικό του ενδοσπερμίου είναι το άμυλο (>70%) και το άσπρο του χρώμα οφείλεται ακριβώς σε αυτή την πολύ υψηλή συγκέντρωση αμύλου. Το άμυλο είναι ο κύριος αποθηκευτικός πολυσακχαρίτης του σπόρου και βρίσκεται κατανεμημένο ανάμεσα στο τρισδιάστατο δομικό πλέγμα της πρωτεΐνης. Η κύρια πρωτεΐνη του ενδοσπερμίου είναι η γλουτένη, η οποία διακρίνεται σε δύο κλάσματα, τη γλοιαδίνη και τη γλουτενίνη. Τα προαναφερθέντα κλάσματα της γλουτένης δίνουν στο σιτάρι (και τους υπόλοιπους δημητριακούς καρπούς στους οποίους περιέχονται) τα ιδιαίτερα τεχνολογικά χαρακτηριστικά του (Popper et al., 2007). Γενικά το σιτάρι περιέχει σημαντικά μεγαλύτερη ποσότητα πρωτεΐνης σε σχέση με τα υπόλοιπα δημητριακά. Επίσης, σημαντικό χαρακτηριστικό του κόκκου σιταριού είναι οι περιεχόμενες σε αυτό διαιτητικές ίνες. Αποτελούν περίπου το 3-8% του κόκκου, με τις αραβινοξυλάνες να είναι οι κυριότερες. Η ποσότητα και η δομή τους διαφέρουν σημαντικά μεταξύ των ποικιλιών σίτου (Saulnier et al., 2007), ωστόσο η θετική επίδρασή τους στις ιδιότητες και τη θρεπτική 7

42 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας αξία των τελικών προϊόντων έχει μελετηθεί εκτενώς (Michniewicz et al., 1992; Izydorczyk and Biliaderis, 1995; Courtin and Delcour, 2001) Τα λιπίδια που περιέχονται στο σιτάρι περιλαμβάνουν κατά κύριο λόγο λιπαρά οξέα, όπως: παλμιτικό (16:0), στεαρικό (18:0), ολεϊκό (18:1, n-9), λινολεϊκό (18:2, n-6), και α-λινολενικό (18:3, n-3) (Morrisson, 1988). Ανεπιθύμητο συστατικό του κόκκου σιταριού είναι το φυτικό οξύ, το οπoίο παρουσιάζει αρνητικά διατροφικά αποτελέσματα, καθώς δεσμεύει τα επιθυμητά ιόντα μετάλλων. Κατά κύριο λόγο, απορρίπτεται με τα παραπροϊόντα της άλεσης, ενώ βρίσκεται σε μικρές ποσότητες στα ζυμαρικά, καθώς περιέχεται στο χρησιμοποιούμενο αλεύρι και σιμιγδάλι (Pomeranz, 1988). 2.3 Άλεση του κόκκου σιταριού Ιστορικό πλαίσιο της άλεσης δημητριακών καρπών Η μετατροπή των δημητριακών καρπών σε σκόνη (αλεύρι) είναι μία από τις πρώτες ανακαλύψεις του ανθρώπου και η ιστορία της έχει συνδεθεί με την ανάπτυξη και εξέλιξη του ανθρώπινου πολιτισμού. Έδωσε τη δυνατότητα στον άνθρωπο να εξελίξει την αγροτική παραγωγή, δημιουργώντας νέες δυνατότητες χρήσης των καρπών, αλλά και αναγκάζοντάς τον να βελτιώσει σταδιακά τα υπάρχοντα εργαλεία άλεσης. Kατά τη διάρκεια της Εποχής του Λίθου (Stone Age), ο άνθρωπος χρησιμοποιούσε συχνά πέτρες για να σπάσει σκληρούς καρπούς, ώστε να τους καταστήσει ευκολότερους για μάσηση. Το αρχικό σπάσιμο των καρπών μεταξύ δύο πετρών, έδωσε σταδιακά τη θέση του σε οργανωμένους τρόπους άλεσης με τη βοήθεια μεγάλων λίθων και επέτρεψε στο ανθρώπινο είδος να οργανώσει την παραγωγή δημητριακών και να 8

43 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας δημιουργήσει κοινότητες γύρω από αυτή την ασχολία (Bass, 1988). Η παλαιότερη αναφορά για εφαρμογή άλεσης τοποθετείται χρονικά στην προϊστορική περίοδο, όταν η επεξεργασία των σπόρων δημητριακών αφορούσε την απομάκρυνση του σκληρού προστατευτικού περιβλήματος για την κατανάλωση του εσωτερικού του σπόρου (McGee, 2004). Οι αρχαίοι Έλληνες θεωρούνται ως οι πρώτοι που κατασκεύασαν ένα μύλο, για εμπορική χρήση (devegt, 2007). Οι πρώτοι μύλοι βασίζονταν στη χρήση δύο λίθων, οι οποίοι συνέθλιβαν τον καρπό για την παρασκευή σκόνης. Τέτοιου είδους μύλοι ήταν οι ανεμόμυλοι και οι υδρόμυλοι, στους οποίους ο ένας λίθος ήταν σταθερός (στερεωμένος) στο έδαφος, ενώ ο άλλος κινούνταν κυκλικά με μικρή ή μεγάλη ταχύτητα, σε πολύ μικρή απόσταση από τον πρώτο. Η πορεία εξέλιξης της άλεσης οδήγησε στη συνέχεια στη χρήση ζώων, για την κίνηση των λίθων. Κατά την περίοδο της Βιομηχανικής Επανάστασης έλαβε χώρα μια τεράστια αλλαγή στο χώρο των εργαλείων και μηχανών, με αποτέλεσμα τα σύγχρονα εργαλεία και μηχανήματα άλεσης, να βασίζονται σε μεγάλο βαθμό, στα αντίστοιχα εκείνης της περιόδου (devegt, 2007). Πλέον, οι μύλοι μηχανές μπορούσαν να παράγουν πολλαπλάσιες ποσότητες αλεύρων, αλλά και να αλέσουν κι αλλά υλικά (ανόργανα), πέραν των δημητριακών καρπών. Με αυτόν τον τρόπο, τα άλευρα έγιναν πιο φθηνά, τόσο στην παραγωγή, όσο και στην αγορά. Ο στόχος της άλεσης παραμένει διαχρονικά ο ίδιος, δηλαδή μετατροπή της πρώτης ύλης σε μικρότερα σωματίδια (διάφορων μεγεθών), με σκοπό τη δυνατότητα χρησιμοποίησής τους για διάφορα τελικά προϊόντα. Ωστόσο, οι σύγχρονες τεχνικές άλεσης έχουν γίνει αρκετά πιο σύνθετες. Στις μέρες μας, είναι δυνατόν η πρώτη ύλη να αλεστεί σε ποικιλία μεγεθών, έτσι ώστε να καθίσταται δυνατή η παραγωγή ενός προϊόντος με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Τα προϊόντα μιας εφαρμογής άλεσης σε δημητριακούς καρπούς ορίζονται ως «άλευρα». Η σύσταση των 9

44 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας τελικών προϊόντων ποικίλει σε μεγάλο βαθμό κι εξαρτάται από το είδος του καρπού που αλέθεται, τις συνθήκες ανάπτυξής του, την τεχνική άλεσης και τη διαδικασία καθαρισμού που ακολουθεί την άλεση (Chiang and Yeh, 2002) Στις μέρες μας, η αυτοματοποίηση στην άλεση έχει φτάσει σε πολύ υψηλό βαθμό και καλύπτει ένα πολύ μεγάλο εύρος προϊόντων, όπως μέταλλα, χημικές ουσίες, αγροτικά προϊόντα, τρόφιμα και φάρμακα. Ο βαθμός άλεσης ενός προϊόντος έχει μεγάλη σημασία για τις λειτουργικές ιδιότητες της σκόνης - αλεύρι και του τελικού προϊόντος, το ρυθμό παραγωγής του, αλλά και για τις ενεργειακές απαιτήσεις Μετατροπή του δημητριακού καρπού σε αλεύρι Πριν τη διαδικασία της άλεσης, ο καρπός υφίσταται καθαρισμό και κοντισιονάρισμα. Κατά το στάδιο του καθαρισμού, απομακρύνονται τα μη επιθυμητά υλικά, ενώ κατά το στάδιο του κοντισιοναρίσματος, όπου η υγρασία του αυξάνεται σε ένα επιθυμητό επίπεδο, ο καρπός μαλακώνει και είναι ευκολότερο να διαχωριστούν τα τμήματά του και να αλεστεί. Στη συνέχεια, ακολουθεί το στάδιο της άλεσης (Atwell, 2001). Η άλεση είναι μια διαδικασία δύο σταδίων: της θραύσης και του διαχωρισμού. Σκοπός της άλεσης είναι να σπάσει ο καρπός, ώστε να ανοίξει για να παραληφθεί όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ποσότητα ενδοσπερμίου (δηλ. να αποχωριστεί από το πίτυρο) και στη συνέχεια, να υπάρξει σταδιακή μείωση του μεγέθους σωματιδίων του καθαρού πλέονενδοσπερμίου και να μετατραπεί σε αλεύρι. Ακολουθεί το κοσκίνισμα του αλεύρου, ώστε να παραληφθεί το καθαρό αλεύρι (Bass, 1988). Τα κομμάτια που παραμένουν στο κόσκινο διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες: 10

45 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας α) καθαρό πίτυρο, β) τεμάχια ενδοσπερμίου, ενωμένα με πίτυρο, και γ) τεμάχια ενδοσπερμίου μεγάλου μεγέθους. Κατά τη διαδικασία της άλεσης, το φύτρο και το πίτυρο απομακρύνονται κατά τα πρώτα στάδια της διαδικασίας. Αυτά τα τμήματα του σπόρου, όμως, περιέχουν το μεγαλύτερο ποσοστό των ινών, σημαντικά ποσοστά ελαίου, βιταμίνες συμπλέγματος Β και, σε ορισμένες περιπτώσεις, περισσότερο από 25% του συνολικού πρωτεϊνικού περιεχομένου. Στον πίνακα 2.2 παρουσιάζονται οι μεταβολές στη σύσταση που λαμβάνουν χώρα κατά την άλεση του καρπού σιταριού. Η απομάκρυνση του φύτρου και του πιτύρου είναι, γενικά, επιθυμητή, διότι ο καταναλωτής προτιμά τα προϊόντα από λευκό αλεύρι (ενδοσπέρμιο), καθώς αυτός ο τύπος αλευριού είναι πιο εύκολος στη χρήση του κατά το μαγείρεμα, ενώ παράλληλα οδηγεί και σε τελικό προϊόν, με πολύ ελκυστικό χρώμα. Επιπρόσθετα, η απομάκρυνση του πιτύρου επιτρέπει σημαντική μείωση της περιεκτικότητας του αλεύρου σε λιπίδια, τα οποία μπορεί να οδηγήσουν σε υποβάθμιση του τελικού προϊόντος, λόγω οξείδωσης (Potter and Hotchkiss 1995; McGee 2004). 11

46 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Πίνακας 2.2. Συνήθης σύσταση κόκκου σιταριού και αλεύρου βαθμού άλεσης 70% (Atwell, 2001). Αλεύρι Συστατικά Κόκκος σιταριού (βαθμού άλεσης 70%) Τέφρα (%) Πρωτεΐνη (%) Άμυλο (%) Λιπιδικό περιεχόμενο (%) Διαιτητικές ίνες (%) 2.17 Ίχνη Θειαμίνη (μg/g) Ριβοφλαβίνη (μg/g) Νιασίνη (μg/g) Σίδηρος (mg/g) Μέθοδοι άλεσης Υπάρχει ποικιλία μεθόδων και εξοπλισμού άλεσης που πετυχαίνουν τη μείωση του μεγέθους του πυρήνα του καρπού. Δύο συνηθισμένες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται, είτε μόνες τους, είτε σε συνδυασμό, ανάλογα με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος είναι η ξηρή και η υγρή άλεση. Η κύρια διαφορά μεταξύ των δύο μεθόδων έγκειται στο γεγονός ότι στην υγρή επεξεργασία, το προϊόν «διαβρέχεται» ή υγραίνεται για συγκεκριμένη ώρα και θερμοκρασία, ενώ ο σπόρος στην ξηρή άλεση αλέθεται είτε ως έχει, είτε μετά από κοντισιονάρισμα (Dupont and Osman, 1987). 12

47 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Ξηρή άλεση (Dry milling) Η ξηρή άλεση είναι η περισσότερο διαδεδομένη τεχνική άλεσης. Αφορά την κονιορτοποίηση του καρπού σε ένα συγκεκριμένο μέγεθος κόκκου, χωρίς τη χρήση νερού και συχνά είναι η προτιμότερη μέθοδος άλεσης, καθώς η κατανάλωση ενέργειας και νερού είναι σημαντικά λιγότερη (Phillips 1982; Potter and Hotchkiss 1995). Ο εξοπλισμός της άλεσης που χρησιμοποιείται συνήθως περιλαμβάνει άλεση με κυλίνδρους, σφυριά, λίθους, δίσκους, σφαιρίδια και ακροφύσια. Η άλεση με σφαιρίδια (ball milling) και η άλεση με ακροφύσια που εκτοξεύουν αέρα (jet milling) χρησιμοποιούνται όταν το μέγεθος των σωματιδίων του τελικού προϊόντος απαιτείται να είναι πολύ μικρό (Sanguansri and Augustin, 2006). Στο σχήμα 2.3 παρουσιάζονται τα κύρια στάδια που ακολουθούνται κατά τη διαδικασία άλεσης των κόκκων σιταριού. Σχήμα 2.3. Διαγραμματική παράσταση της ξηρής άλεσης κόκκων σιταριού (κύρια στάδια) (Owens, 2001). 13

48 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Υγρή άλεση (Wet milling) Ο σκοπός της υγρής άλεσης είναι ο διαχωρισμός και απομόνωση του αμύλου και της γλουτένης. Το μητρικό υλικό της υγρής άλεσης δεν είναι ο καρπός σιταριού, αλλά το αλεύρι. Για την υγρή άλεση, το αλεύρι αλέθεται πρώτα από σκληρά σιτάρια στη Β. Αμερική και από μαλακά σιτάρια στην Ευρώπη (Sayaslan, 2004). Η υγρή άλεση μπορεί να πραγματοποιηθεί με πολλούς τρόπους, αλλά γενικά περιλαμβάνει αρχικά τη διαβροχή του αλεύρου, και ανάμιξη με το νερό ώστε να σχηματιστεί ένα μαλακό ή αδύνατο αλεύρι. Στο ζυμάρι, η γλουτένη σχηματίζει μία συνεχή μάζα, η οποία μπορεί να διαχωριστεί από τους αμυλοκόκκους με μηχανική μάλαξη σε ρεύμα νερού. Το άμυλο, τα υδατοδιαλυτά συστατικά και το νερό απομακρύνονται διάμεσου ενός κόσκινου, ενώ η γλουτένη κατακρατείται πάνω σε αυτό. Με επαναλαμβανόμενο πλύσιμο, η γλουτένη μπορεί να καθαριστεί σε βαθμό 75%, ενώ το άμυλο δύναται να καθαριστεί περαιτέρω με φυγοκέντρηση. Τέλος, γίνεται προσεκτική ξήρανση των δύο προϊόντων, ώστε να μην υπάρξει αλλοίωση της λειτουργικότητάς τους (Atwell, 2001). Ωστόσο κάποια μειονεκτήματα που εμφανίζονται, όταν η υγρή άλεση συγκρίνεται με την ξηρή, είναι το κόστος που σχετίζεται με τον εξοπλισμό, τη διαδικασία ξήρανσης, τη σπατάλη/ κατανάλωση νερού και μια μεγαλύτερη πιθανότητα για μικροβιακή υποβάθμιση (Phillips, 1982). Η γενικότερη βελτίωση της τεχνολογίας υγρής άλεσης, έχει οδηγήσει σε μείωση των ανωτέρω προβλημάτων. Παρόλα αυτά, είναι παρόντα και είναι ύψιστης σημασίας, εάν η διαδικασία δεν ελέγχεται σωστά (Dupont and Osman 1987; Sayaslan 2004). 14

49 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας κατανομής Μέγεθος σωματιδίων αλεύρου και εύρος κοκκομετρικής Κάθε διαδικασία άλεσης έχει ως στόχο την παρασκευή ποιοτικού τελικού προϊόντος. Στην περίπτωση της άλεσης σιταριού, η ποιότητα προσδιορίζεται από τη μέτρηση ορισμένων χαρακτηριστικών του αλεύρου, όπως η ποσότητα και η ποιότητα της περιεχόμενης πρωτεΐνης, η περιεκτικότητα σε τέφρα, το χρώμα, η υγρασία, η ενζυμική δραστικότητα, το μέγεθος των σωματιδίων και η κοκκομετρική κατανομή τους, καθώς και το ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου (Mailhott and Patton, 1988). Ορισμένοι παράγοντες εξαρτώνται από το είδος του σπόρου που αλέστηκε, την ποικιλία του και τις συνθήκες ανάπτυξής και μεταχείρισής του, ενώ άλλοι αντανακλούν στη μέθοδο άλεσης (π.χ. κοκκομετρία). Το μέγεθος των σωματιδίων του παραγόμενου αλεύρου και η κοκκομετρική κατανομή τους θεωρούνται ως ένα στοιχείο ποιότητας του αλεύρου, στην περίπτωση που απαιτείται ο λεπτοτεμαχισμός του μητρικού προϊόντος κάτω από ένα συγκεκριμένο επίπεδο μεγέθους. Το μέγεθος σωματιδίων σε ένα συμβατικά αλεσμένο αλεύρι είναι μια έμμεση ένδειξη της ευθρυπτότητας του ενδοσπερμίου. Ορισμένες ποικιλίες αποφλοιώνονται και αλέθονται εύκολα (μαλακός κόκκος), ενώ άλλες απαιτούν μεγαλύτερη προσφορά ενέργειας (σκληρός κόκκος). Οι μετρήσεις στη διασπορά μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου (κοκκομετρική κατανομή) αποδεικνύουν ότι το αλεύρι δεν είναι ένα ομοιογενές υλικό. Τα ποσοστά των διαφορετικών μεγεθών σωματιδίων ορίζουν και τις ιδιότητες του συνολικού αλεύρου. Σε αλεύρι σίτου, σωματίδια με διάμετρο έως 17μm (Stokes equivalent diameter - SED), είναι σε μεγάλο βαθμό ελεύθερα πρωτεΐνης, αναμεμιγμένα με μικρά σωματίδια αμύλου, κυτταρικών τοιχωμάτων και μηχανικά θραυσμένο άμυλο. Σωματίδια με διάμετρο έως 17-40μm είναι κατά κύριο λόγο 15

50 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας αμυλόκοκκοι με μικρές ποσότητες προσκολλημένων πρωτεϊνών (περίπου 5%). Σωματίδια με διάμετρο μεγαλύτερη από 40μm αποτελούν κατά βάση το χονδρόκοκκο κλάσμα (Mailhott and Patton, 1988). Ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που επηρεάζουν την κοκκομετρία του τελικού προϊόντος είναι η σκληρότητα του μητρικού υλικού. Γενικά, το σιτάρι με σκληρό κόκκο δίνει σημαντικά μεγαλύτερα μεγέθη σωματιδίων σε σχέση με τις ποικιλίες μαλακού κόκκου (Atwell, 2001; Dziki and Laskowski, 2011). Δεύτερος παράγοντας είναι η τεχνική άλεσης (ένταση, περάσματα από μύλο). Στην περίπτωση που χρησιμοποιηθεί αεροδιαχωρισμός για το διαχωρισμό των διαφορετικών (σε τάξη μεγέθους) κλασμάτων αλεύρου, τότε μπορεί να εξεταστεί η ένταση της τεχνικής άλεσης, με προσδιορισμό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου στα διαφορετικά κλάσματα (Mailhott and Patton, 1988). Τέλος, το είδος του καρπού που αλέθεται μπορεί να οδηγήσει σε διαφορετική μέση κοκκομετρία τελικού προϊόντος και διαφορετική κοκκομετρική κατανομή, με δεδομένες συνθήκες άλεσης, όπως έδειξαν οι Hossen et al. (2011) για δείγματα καφέ και άσπρου ρυζιού. Γενικά, όσο περισσότερο λεπτοτεμαχισμένο είναι το αλεύρι, τόσο μεγαλύτερος ο ρυθμός προσρόφησης νερού. Στην περίπτωση της άλεσης μαλακού κόκκου σιταριού, αυτό μπορεί να αποτελέσει πρόβλημα, καθώς τα σωματίδια έχουν την τάση να σχηματίζον συσσωματώματα και να διαχωρίζονται δύσκολα (Atwell, 2001) Μηχανικά θραυσμένο άμυλο Ως μηχανικά θραυσμένο άμυλο ορίζεται το σύνολο των αμυλοκόκκων που έχουν υποστεί θραύση (μηχανική) κατά τη διάρκεια της άλεσης (Atwell, 2001). Όπως η κοκκομετρία, έτσι και το ποσοστό του 16

51 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας μηχανικά θραυσμένου αμύλου είναι δείκτης ποιότητας του αλεύρου, καθώς επηρεάζει σημαντικά την απορρόφηση νερού του αλεύρου και ενισχύει την παραγωγή αερίων σε ζυμάρια ορισμένων αρτοσκευασμάτων που παρασκευάζονται με χρήση μαγιάς. Συνήθως εξετάζεται παράλληλα με την κοκκομετρία του αλεύρου, διότι η μείωση της κοκκομετρίας συνεπάγεται και αύξηση του ποσοστού του μηχανικά θραυσμένου αμύλου, όταν οι υπόλοιπες συνθήκες διατηρούνται σταθερές (Sun et al., 2007). Οι παράγοντες που επηρεάζουν το ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου στο αλεύρι είναι: α) ο τύπος του καρπού που αλέθεται (ποικιλία, σκληρότητα ενδοσπερμίου) (Di Stasio et al., 2007) β) η υγρασία κοντισιοναρίσματος γ) ο ρυθμός τροφοδοσίας μύλου δ) το είδος της τεχνικής άλεσης (Prabhasankar and Rao, 2001; Sun et al., 2007) ε) ο αριθμός των περασμάτων από το θάλαμο άλεσης (Hasjim et al., 2012). 2.4 Άλεση με πεπιεσμένο αέρα (jet milling) Γενικά στοιχεία Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Η άλεση με πεπιεσμένο αέρα (jet milling) είναι μια, σχετικά, νέα τεχνική άλεσης, η οποία οδηγεί σε σκόνη με πολύ μικρός μέγεθος σωματιδίων (υπερλεπτόκοκκη). Κατατάσσεται στην κατηγορία των μεθόδων υψηλής έντασης άλεσης και χρησιμοποιείται για παραγωγή σωματιδίων με διαστάσεις κάτω των 10μm. Εφαρμόζεται κατά κύριο λόγο 17

52 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας σε ορυκτά, φαρμακευτικές ουσίες και, τελευταία, επιχειρείται η χρήση της στη Βιομηχανία Τροφίμων. Τα κύρια χαρακτηριστικά ενός μύλου άλεσης με πεπιεσμένο αέρα είναι τα εξής (Midoux et al., 1999; Chamayou and Dodds, 2007): α) Παραγωγή υπερλεπτόκοκκων σωματιδίων β) Καλός έλεγχος του μεγέθους σωματιδίων του τελικού προϊόντος και του εύρους διασποράς γ) Εφαρμογή σε μεγάλο αριθμό υλικών, διαφορετικού βαθμού σκληρότητας δ) Χαμηλή επιμόλυνση του τελικού προϊόντος ε) Ελάχιστα μετακινούμενα μέρη - τμήματα στ) Αρκετά ενεργοβόρα διαδικασία To στενό εύρος μέσης κοκκομετρίας, την καθιστά απαραίτητη μέθοδο άλεσης για τη Βιομηχανία καθαρών χημικών ουσιών. Το προηγούμενο πλεονέκτημα συμπληρώνουν η απουσία υποβάθμισης του τελικού προϊόντος (εξαιτίας του μηχανισμού άλεσης), ο χαμηλός θόρυβος κατά τη λειτουργία της διάταξης και η ικανότητα άλεσης θερμοευαίσθητων προϊόντων (Berthiaux and Dodds, 1999; Midoux et. al., 1999; Kolacz, 2004). Ένα μεγάλο πρόβλημα των τεχνικών άλεσης είναι η θερμότητα που παράγεται, τόσο από τη λειτουργία του μύλου, όσο και από τις τριβές που αναπτύσσονται κατά την κατάτμηση των σωματιδίων. Η παραγόμενη θερμότητα μπορεί να ξεπεράσει τους 75 ο C (Prabhasankar and Rao, 2001), με αποτέλεσμα να προκαλέσει σημαντική υποβάθμιση της λειτουργικότητας της περιεχόμενης γλουτένης (Doblado-Maldonado et al., 2012) και οξείδωση των ακόρεστων λιπαρών οξέων (Prabhasankar and Rao, 2001). Η τεχνική άλεσης με πεπιεσμένο αέρα είναι κατάλληλη για την άλεση θερμοευαίσθητων προϊόντων, εξαιτίας του φαινομένου Joule- 18

53 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Thomson που λαμβάνει χώρα κατά την εκτόνωση του αέρα, όταν εισέρχεται στο θάλαμο άλεσης (Yokohama and Inoue, 2007). Στο φαινόμενο Joule Thomson λαμβάνει χώρα η μεταβολή (ελάττωση) της θερμοκρασίας ενός αερίου, η οποία είναι αποτέλεσμα της εκτόνωσης του τελευταίου (από υψηλή σε χαμηλή πίεση), χωρίς ταυτόχρονη παραγωγή θερμότητας (αδιαβατική διαδικασία). Από τη στιγμή που ο θάλαμος άλεσης του μύλου jet mill είναι θερμικά μονωμένος και δεν επιτρέπει την ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον, η εκτόνωση του αερίου άλεσης (από την υπερ-υψηλή πίεση που έχει αποκτήσει από τον αεροσυμπιεστή, στην ατμοσφαιρική πίεση) οδηγεί σε μείωση της θερμοκρασίας του. Με τον τρόπο αυτό αντισταθμίζεται το ποσό θερμότητας που παράγεται κατά τις κρούσεις των σωματιδίων και η θερμοκρασία του προϊόντος, όταν αυτό απομακρύνεται από το θάλαμο, δεν είναι μεγαλύτερη από την αντίστοιχη του αέρα. Οι μύλοι πεπιεσμένου αέρα δεν περιέχουν κινούμενα μέρη με αποτέλεσμα να μειώνεται ο κίνδυνος μόλυνσης των προϊόντων από τριβή ή λιπαντικά που χρησιμοποιούνται στις άλλες μεθόδους άλεσης (Chamayou and Dodds, 2007). Ο συνεχής μικροτεμαχισμός κάνει τον συγκεκριμένο τύπο άλεσης ιδανικό για περιπτώσεις, στις οποίες είναι επιθυμητό πολύ μικρό μέγεθος των τελικών σωματιδίων, όπως στα φαρμακευτικά προϊόντα ή υποκατάστατα λίπους. Αν και η άλεση με πεπιεσμένο αέρα έχει πολλά πλεονεκτήματα, παραμένει μια ενεργοβόρα διαδικασία (Tavares, 2004; Palaniandy et al., 2008), με μόνο 2-5% της διαθέσιμης ενέργειας να χρησιμοποιείται για να σχηματιστούν οι νέες επιφάνειες (Mebtoul et al., 1996). Πέρα από την υψηλή κατανάλωση ενέργειας, το δεύτερο μειονέκτημά της είναι το υψηλό κόστος που απαιτείται για τη συμπίεση του αερίου που χρησιμοποιείται (Eskin et al., 2001). Οι Gommeren et al. (2000) πρότειναν το μοντέλο μιας άλεσης με πεπιεσμένο αέρα, με σκοπό να μειώσουν την κατανάλωση 19

54 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας ενέργειας κατά 50%. Η ανάπτυξη μιας διαδικασίας υπέρλεπτης άλεσης με πεπιεσμένο αέρα, ενεργειακά αποτελεσματικότερη, συνεπάγεται μια καλύτερη κατανόηση των παραγόντων που εμπλέκονται στον κατακερματισμό των σωματιδίων, όπως πίεση άλεσης στο θάλαμο, ποσότητα υλικού που διατηρείται στο θάλαμο άλεσης, σχήμα των σωματιδίων, αλλά και σχεδιαστικές παράμετροι, όπως ταχύτητα διαχωριστή, απόσταση ακροφυσίου, ρυθμός τροφοδοσίας και πίεση άλεσης (Kolacz, 2004). Γενικά, κάθε υλικό που είναι εύθρυπτο ή κρυσταλλικό μπορεί να επεξεργαστεί με τεχνική άλεσης με πεπιεσμένο αέρα (Midoux et al., 1999). Για παράδειγμα, τα διαμάντια μπορούν εύκολα να λεπτοαλεστούν, αλλά ένα άμορφο υλικό δύσκολα επεξεργάζεται με τη συγκεκριμένη διαδικασία. Τα περισσότερα υλικά μπορούν να ξηραθούν και να αλεστούν ταυτόχρονα, με χρήση θερμού αέρα ή υπέρθερμου ατμού (π.χ. στην περίπτωση των υδαρών υλικών). Επίσης, στην περίπτωση άλεσης εκρηκτικών υλών, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί άζωτο ως αέριο άλεσης (Bentham et al., 2004; Fukunaka et al., 2005; Yokohama and Inoue, 2007) Τύποι μύλων με πεπιεσμένο αέρα Υπάρχουν πέντε διαφορετικοί τύποι μύλων άλεσης με πεπιεσμένο αέρα, οι οποίοι παρουσιάζονται στη συνέχεια. α) Μύλοι κρούσης με ρεύμα αέρα (Fluid impact mills) Στο συγκεκριμένο τύπο μύλου, τα σωματίδια του προς άλεση υλικού χτυπούν πάνω σε συγκεκριμένο στόχο, με τη βοήθεια ενός ρεύματος αέρα υψηλής ταχύτητας. Ήταν το πρώτο είδος μύλου τύπου jet mill (1882). Στις βελτιωμένες εκδοχές του, οι πιέσεις που 20

55 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας χρησιμοποιούνται, μπορούν να οδηγήσουν σε ταχύτητες αέρα μεγαλύτερες από την αντίστοιχη του ήχου. Έχει χρησιμοποιηθεί σε κάποιο βαθμό και σε εργαστηριακές μελέτες (Chamayou and Dodds, 2007). β) Μύλοι αντίστροφων ακροφυσίων (Opposed jet mills) Η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων γίνεται με δύο ρεύματα αέρα, τα οποία τοποθετούνται το ένα σε αντίθετη κατεύθυνση με το άλλο. Με τον τρόπο αυτό, επιτυγχάνεται ο περιορισμός της φθοράς του υλικού κατασκευής του θαλάμου άλεσης. Το υλικό τροφοδοσίας εισέρχεται στο θάλαμο άλεσης και τα σωματίδια του υλικού ελαττώνονται σε μέγεθος, εξαιτίας των δυνάμεων που αναπτύσσονται από αντίθετα ρεύματα αέρα (εκτοπίζονται από τα αντίθετα τοποθετημένα ακροφύσια). Η άλεση συνεχίζεται μέχρι τα σωματίδια να γίνουν αρκετά λεπτόκοκκα, ώστε να μπορέσουν να απομακρυνθούν από τον διαχωριστή (Midoux et al., 1999; Chamayou and Dodds, 2007). γ) Σπειροειδείς μύλοι (spiral jet mills) Σε αυτόν τον τύπο μύλου, τα σωματίδια του υλικού τροφοδοσίας εισέρχονται στο θάλαμο άλεσης μέσω ενός σωλήνα venturi. Ο θάλαμος άλεσης είναι σε σχήμα δίσκου και φέρει ακροφύσια στην περιφέρειά του, από τα οποία διοχετεύεται ο αέρας. Η περιστρεφόμενη δίνη που αναπτύσσεται στο θάλαμο άλεσης οδηγεί σε ένα στιγμιαίο διαχωρισμό των σωματιδίων (λόγω φυγόκεντρων δυνάμεων) και λειτουργεί σαν ένας εσωτερικός διαχωριστής. Τα λεπτοτεμαχισμένα σωματίδια απομακρύνονται από την κεντρική έξοδο, ενώ όσα από τα χονδρόκοκκα συνεχίζουν να περιστρέφονται στην περιφέρεια του θαλάμου αλέθονται περαιτέρω. Οι σπειροειδείς μύλοι πεπιεσμένου αέρα έχουν χρησιμοποιηθεί εκτενώς σε πολλούς τομείς της βιομηχανίας, λόγω της δυνατότητάς τους να 21

56 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας αλέθουν υλικά σκληρότητας άνω του 3.5 (στην κλίμακα σκληρότητας Mohs). Βρίσκουν τις περισσότερες εφαρμογές τους στη βιομηχανία φαρμάκων (Chamayou and Dodds, 2007). Στο σχήμα 2.4 δίνεται η τομή του θαλάμου άλεσης ενός σπειροειδή μύλου πεπιεσμένου αέρα. Αποτελείται από ένα κυλινδρικό θάλαμο άλεσης με 4 έως 8 ακροφύσια (nozzles), προσαρμοσμένα περιμετρικά στα τοιχώματά του. Τα ακροφύσια είναι συμμετρικά διατεταγμένα, υπό γωνία που κυμαίνεται συνήθως από 52-60, με σκοπό την έξοδο του ατμού με υψηλή ταχύτητα περιστροφής μέσα στο θάλαμο, όταν εφαρμοστεί ανάλογη πίεση. Επιπλέον, υπάρχει ένα ακόμα ακροφύσιο, το οποίο αποτελεί την είσοδο του προς άλεση προϊόντος (τροφοδοσία) μέσα στο θάλαμο άλεσης. Σχήμα 2.4. Τομή θαλάμου άλεσης ενός σπειροειδή μύλου άλεσης με πεπιεσμένο αέρα (Midoux et al., 1999). δ) Μύλοι πεπιεσμένου αέρα με οβάλ θάλαμο άλεσης (oval chamber jet mills) Οι μύλοι πεπιεσμένου αέρα με οβάλ θάλαμο άλεσης έχουν πολλές ομοιότητες με την προηγούμενη κατηγορία μύλων. Η κύρια διαφορά τους είναι ότι ο θάλαμος άλεσης έχει οβάλ σχήμα (όχι κυκλικό) και τοποθετείται 22

57 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας κάθετα και όχι οριζόντια. Επίσης, τα ακροφύσια είναι λιγότερα και τοποθετούνται κατά κύριο λόγο στη βάση του θαλάμου άλεσης, κοντά στο σημείο που βρίσκεται η είσοδος του υλικού τροφοδοσίας. Στο σχήμα 2.5 παρουσιάζεται το κύριο τμήμα ενός οβάλ μύλου, ο θάλαμος άλεσης (εξωτερικά), όπως και ο σχεδιασμός του. Σχεδιάστηκε για πρώτη φορά από την εταιρεία Jet-O-Mizer (1941). Όπως και στην περίπτωση των σπειροειδών μύλων πεπιεσμένου αέρα, η κοκκομετρική κατανομή του τελικού προϊόντος είναι συνάρτηση της ενέργειας που απαιτείται για την άλεση. Γενικά, έχουν πολύ μεγαλύτερες δυναμικότητες από τους σπειροειδείς μύλους και έχουν σημειωθεί αποδόσεις έως και 6 ton/h. Ερευνητικά έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς σε μια ποικιλία υλικών (Mobley, 1998; Nykamp et al., 2002; Steckel et al., 2003; Rasenack et al., 2004). Σχήμα 2.5. α) Εξωτερική εμφάνιση του θαλάμου άλεσης ενός οβάλ μύλου άλεσης πεπιεσμένου αέρα, β) Τυπικός σχεδιασμός και τμήματα του θαλάμου άλεσης (Nykamp et al., 2002). Μια τυπική, ολοκληρωμένη διάταξη ενός οβάλ μύλου άλεσης παρουσιάζεται στο σχήμα 2.6. Τα κύρια τμήματα της διάταξης είναι ο συμπιεστής, ο θάλαμος άλεσης και ο διαχωριστής. Ο αέρας συμπιέζεται 23

58 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας στον αεροσυμπιεστή (air-compressor), ώστε να αποκτήσει την απαιτούμενη πίεση, κατάλληλη για την άλεση που πρόκειται να λάβει χώρα. Φιλτράρεται και ξηραίνεται, ώστε να μην υπάρξουν επιμολύνσεις στο τελικό προϊόν, ούτε προβλήματα με τη μεταφερόμενη υγρασία. Η άλεση πραγματοποιείται στο θάλαμο άλεσης (milling chamber), ο οποίος τροφοδοτείται με το προς άλεση υλικό. Το λεπτοαλεσμένο πλέον- υλικό, καθώς απομακρύνεται από το θάλαμο άλεσης, διέρχεται από τον διαχωριστή και καταλήγει στο θάλαμο συγκέντρωσης (Chamayou and Dodds, 2007). Σχήμα 2.6. Τυπική διάταξη ενός οβάλ μύλου άλεσης με πεπιεσμένο αέρα (Fluid Energy Processing and Equipment Energy, ε) Μύλοι αντίστροφης ρευστοποιημένης κλίνης (Fluidized bed opposed jet mills) Στους μύλους αντίστροφης ρευστοποιημένης κλίνης, τα ρεύματα αέρα δίνουν πολύ μεγαλύτερη ενέργεια στα σωματίδια για να λεπτοτεμαχιστούν, ενώ τα σωματίδια βρίσκονται σε μορφή αιωρήματος. 24

59 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Τα σωματίδια εισέρχονται στο θάλαμο άλεσης με τη βοήθεια ενός περιστρεφόμενου κοχλία και η έξοδός τους βρίσκεται στην κορυφή, όπου είναι προσαρμοσμένος ένας περιστρεφόμενος διαχωριστής (Σχήμα 2.7). Η ταχύτητα περιστροφής του διαχωριστή είναι αυτή που ορίζει και το μέγιστο μέγεθος των σωματιδίων που δύνανται να περάσουν και να εξαχθούν από το θάλαμο άλεσης. Χρησιμοποιούνται σε πολλούς τομείς και συναντώνται σε διαφορετικές διαστάσεις (διάμετρος θαλάμου άλεσης 10 cm 1.25 m και δυναμικότητα 10 kg/h έως 2 ton/h) (Chamayou and Dodds, 2007). Σε ερευνητικό επίπεδο έχουν μελετηθεί σε μεγάλο βαθμό οι δυνατότητες του συγκεκριμένου τύπου (Berthiaux and Dodds, 1999; Fukunaka et al., 2005; Fukunaka et al., 2006; Zhang et al., 2013) Σχήμα 2.7. Σχέδιο ενός μύλου αντίστροφης ρευστοποιημένης κλίνης (Hosokawa Micron Corp. Οι περισσότερο χρησιμοποιούμενοι μύλοι πεπιεσμένου αέρα είναι οι σπειροειδείς, oι οβάλ θαλάμου άλεσης και οι ρευστοποιημένης κλίνης, ωστόσο οι τελευταίοι έχουν περισσότερα πλεονεκτήματα και θεωρούνται ως η νεότερη και πιο εξελιγμένη γενιά στο πεδίο των μύλων πεπιεσμένου αέρα. Οι δυνατότητες λειτουργίας του μύλου εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το είδος του προς άλεση υλικού και το επιθυμητό τελικό μέγεθος 25

60 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας σωματιδίων. Στον πίνακα 2.3 παρουσιάζονται η πίεση και η παροχή αέρα που απαιτούνται για δεδομένο βαθμό λεπτοτεμαχισμού διαφορετικών υλικών. Πίνακας 2.3. Συνθήκες λειτουργίας μύλου άλεσης με πεπιεσμένο αέρα, για επίτευξη συγκεκριμένου βαθμού λεπτοτεμαχισμού σε διάφορα υλικά (Chamayou and Dodds, 2007). Απαιτήσεις επεξεργασίας Υλικό Βαθμός λεπτοτεμαχισμού Κατανάλωση αέρα (Nm 3 /kg) Πίεση αέρα (bar) Πολύ υψηλή Ηλεκτρονικά 99% <20μm καθαρότητα υλικά 97% <20μm Alumina (οξείδιο 99.9% <10μm του αλουμινίου) 99.5% <5μm 34 6 Λειαντικά Κορούνδιο 99.9% <20μm 3 10 Χαλαζίας All <10μm Καρβίδιο του 99.9% <10μm πυριτίου 99% <20μm Χρωστικές 99.9% <63μm Ζιζανιοκτόνα 99.7% <10μm 3 6 Θερμοευαίσθητα υλικά Toner 99.9% <20μm

61 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Αρχή λειτουργίας μύλου πεπιεσμένου αέρα Η αρχή λειτουργίας της άλεσης με -πεπιεσμένο αέρα είναι εύκολα κατανοητή και είναι παρόμοια σε όλα τα είδη μύλων που περιγράφηκαν προηγούμενα. Ο θάλαμος τροφοδοτείται με αέρα υψηλής πίεσης (ή με ατμό ή αδρανές αέριο), με συγκεκριμένη πίεση (άρα σταθερή ταχύτητα), η οποία δημιουργεί έναν «κυκλώνα» εντός του θαλάμου άλεσης. Από διαφορετική είσοδο, ο θάλαμος τροφοδοτείται με το προς άλεση υλικό, το οποίο «εκτοπίζεται» προς τα τοιχώματα του θαλάμου (ταχύτητες έως και 150m/s) (Letang et al., 2001), λόγω του εξερχόμενου αέρα από τα ακροφύσια (περιμετρικά του θαλάμου). Οι συγκρούσεις μεταξύ των σωματιδίων και των τοιχωμάτων του θαλάμου άλεσης, αλλά και οι συγκρούσεις ανάμεσα στα σωματίδια είναι οι αιτίες μείωσης του μεγέθους των σωματιδίων του υλικού (Benz et al., 1996; Letang et al., 2001). Η ισορροπία στο θάλαμο επιτυγχάνεται με σταθερή ροή μητρικού υλικού στο θάλαμο, ίση με τη ροή εξόδου του λεπτοαλεσμένου υλικού από αυτόν. Η περιμετρική τοποθέτηση και η υπό γωνία διάταξη των ακροφυσίων έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία κυκλωνικής ροής εντός του θαλάμου. Τα μεγαλύτερου μεγέθους σωματίδια (coarse particles) μεταφέρονται στην περιφέρεια του θαλάμου, εξαιτίας των φυγόκεντρων δυνάμεων που αναπτύσσονται. Ενισχύουν τη συχνότητα των συγκρούσεων και βελτιώνουν την αποτελεσματικότητα της άλεσης (Levy and Kalman, 2007). Τα λεπτόκοκκα σωματίδια μεταφέρονται, με τη βοήθεια του αερίου, προς τη μεριά του διαχωριστή. Ο διαχωριστής είναι ρυθμισμένος ώστε να επιτρέπει συγκεκριμένου μεγέθους σωματίδια να εξέλθουν του θαλάμου. Όσα σωματίδια είναι μεγαλύτερα από τα περάσματα του διαχωριστή, επιστρέφουν στα κατώτερα επίπεδα του θαλάμου άλεσης και η διαδικασία άλεσής τους επαναλαμβάνεται. 27

62 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Οι διαχωριστές είναι διατάξεις, οι οποίες απομακρύνουν σωματίδια διαφορετικού μεγέθους, με μια ροή αερίου ή υγρού. Είναι πολύ εύκολες στη σχεδίαση, σχετικά οικονομικές και μπορούν να λειτουργήσουν κάτω από ποικιλία συνθηκών (Buttner, 1999). Η λειτουργία ενός διαχωριστή είναι η εξής: μία ροή ρευστού (συνήθως αέρα) μεταφέρει τα σωματίδια που προέκυψαν από την άλεση και εισέρχονται στη διάταξη του. Ο διαχωριστής φέρει κατάλληλα διαμορφωμένα περάσματα, με αποτέλεσμα τα λεπτόκοκκα σωματίδια (με μέγεθος μικρότερο από το αντίστοιχο των περασμάτων) περνούν από το διαχωριστή και καταλήγουν σε μία συσκευή συλλογής. Λόγω της περιστροφικής κίνησης του διαχωριστή, τα χονδρόκοκκα σωματίδια επιστρέφουν πίσω στο θάλαμο άλεσης, ώστε να λεπτοτεμαχιστούν περαιτέρω Κινήσεις των σωματιδίων στο θάλαμο άλεσης και μηχανισμός μείωσης του μεγέθους τους Το υλικό που έχει εισέλθει στο θάλαμο άλεσης υπόκειται σε δύο αντίθετες δυνάμεις, οι οποίες είναι υπεύθυνες για την κίνησή του. Η πρώτη ασκείται στα σωματίδια από την επιτάχυνση της βαρύτητας και τη φυγόκεντρο δύναμη, που μεταφέρεται από τα ακροφύσια στα σωματίδια μέσω του στροβιλισμού (δύναμη μάζας, mass force). Η δεύτερη αφορά τη δύναμη που ωθεί τα σωματίδια προς το διαχωριστή, λόγω της ροής αερίου που δημιουργείται, δηλαδή είναι η δύναμη αντίστασης στη ροή και ονομάζεται οπισθέλκουσα δύναμη (drag force). Το μέγεθος σωματιδίου στο οποίο οι δύο δυνάμεις είναι ίσες ορίζεται ως «cut point» (σημείο περικοπής). Η δύναμη μάζας έχει μεγαλύτερη επίδραση στα σωματίδια με μέγεθος μεγαλύτερο από το cut point και για αυτό το λόγο επιστρέφονται στη ζώνη άλεσης του θαλάμου. Η οπισθέλκουσα δύναμη δρα στα 28

63 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας σωματίδια με μέγεθος μικρότερο από το cut point και μεταφέρονται προς τον διαχωριστή, όπου παραλαμβάνονται ως τελικό προϊόν. Η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων στην άλεση με πεπιεσμένο αέρα οφείλεται σε α) κρούση μεταξύ των σωματιδίων και του τοίχου του θαλάμου και β) κρούσεις ανάμεσα στα σωματίδια (Benz et al., 1996; Letang et al., 2001). Έχουν αναπτυχθεί διαφορετικά μοντέλα και προσομοιώσεις της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα, ώστε να κατανοηθεί ο μηχανισμός ελάττωσης μεγέθους των σωματιδίων (Gommeren et al., 2000; Eskin et al., 2001), παρόλα αυτά τα αποτελέσματα δεν ήταν αρκετά, ώστε να τεκμηριωθούν. Ο κύριος μηχανισμός μείωσης αφορά θραύση λόγω των συγκρούσεων, όμως συμμετοχή έχουν και άλλοι μηχανισμοί, όπως τριβές ή το φαινόμενο του σχισμού, που είναι δυνατόν να εμφανιστεί κατά την άλεση κρυσταλλικών ορυκτών. Η έκταση δράσης του κάθε μηχανισμού εξαρτάται από τις παραμέτρους λειτουργίας του μύλου. Υψηλές πιέσεις αέρα (κατά συνέπεια υψηλότερες ταχύτητες και μεγαλύτερα ποσά προσφερόμενης ενέργειας) έχουν ως αποτέλεσμα τη μείωση λόγω θραύσης, και οδηγούν σε σωματίδια με περισσότερες γωνίες. Αντίθετα, σε χαμηλές πιέσεις επικρατούν οι τριβές, με αποτέλεσμα τα παραγόμενα σωματίδια να αποκτούν περισσότερο «σμιλεμένες» γωνίες (Palaniandy et al., 2008; Berthiaux and Dodds, 1999; Tasirin and Geldart, 1999; Mebtoul et al., 1996). 29

64 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Σχήμα 2.8. Μηχανισμοί μείωσης μεγέθους σωματιδίων κατά την άλεση με πεπιεσμένο αέρα (Palaniandy et al., 2008) Παράμετροι που επηρεάζουν το μέγεθος σωματιδίων του τελικού προϊόντος Η θραύση των σωματιδίων στο θάλαμο εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το σχεδιασμό - γεωμετρία του θαλάμου και τις παραμέτρους λειτουργίας του μύλου, καθώς προσδιορίζουν την ποιότητα των σωματιδίων σχετικά με το τελικό μέγεθός τους, την κατανομή του μεγέθους και το σχήμα τους (Palaniandy, 2008). Το τελικό μέγεθος των σωματιδίων και η κοκκομετρική κατανομή τους επηρεάζονται από: α) το ρυθμό τροφοδοσίας του θαλάμου άλεσης με μητρικό υλικό β) τη ροή/παροχή του αέρα γ) το ύψος και τη διάμετρο του θαλάμου δ) τον αριθμό των ακροφυσίων ε) τη γωνία στην οποία είναι διατεταγμένα τα ακροφύσια στ) το μέγεθος των ακροφυσίων ζ) το αρχικό μέγεθος των σωματιδίων του μητρικού υλικού η) τις ρυθμίσεις του διαχωριστή 30

65 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας θ) τη φύση του μητρικού υλικού ι) το είδος του αεριού που χρησιμοποιείται (αέρας, άζωτο, ατμός) κ) τον αριθμό «περασμάτων» του υλικού από το μύλο (Tuunila and Nystrom, 1998; Gommeren et al., 2000; Katz and Kalman, 2007). Οι παραπάνω παράμετροι μπορούν να προσαρμοστούν κατά τη διάρκεια της άλεσης. Ωστόσο, από τη στιγμή που η άλεση ξεκινήσει, είναι πιθανότερο να αλλάζει μόνο ο ρυθμός τροφοδοσίας του μητρικού υλικού, ώστε να επιτευχθεί η απαιτούμενη κοκκομετρία του τελικού προϊόντος. Ο ρυθμός τροφοδοσίας του προϊόντος και ο ροή τροφοδοσίας του αέρα είναι οι πιο σημαντικές παράμετροι στη λειτουργία του μύλου πεπιεσμένου αέρα. Πιο συγκεκριμένα, έχει παρατηρηθεί ότι το μέσο μέγεθος των παραγόμενων σωματιδίων μειώνεται με αύξηση της ογκομετρικής παροχής του αέρα και με μείωση του ρυθμού τροφοδοσίας του προϊόντος (Katz and Kalman, 2007). Οι Katz and Kalman (2007) εξέτασαν μια σειρά από παραμέτρους σε σπειροειδή μύλο πεπιεσμένου αέρα και την επίδρασή τους στο τελικό μέγεθος σωματιδίων του παραγόμενου προϊόντος. Στο σχήμα 2.9 παρουσιάζεται η επίδραση των παραμέτρων κατασκευής του μύλου, ενώ στο σχήμα 2.10 παρουσιάζεται η επίδραση των παραμέτρων της διαδικασίας άλεσης στην κοκκομετρία του τελικού προϊόντος. Όπως γίνεται φανερό, η μείωση της γωνίας και η μείωση της διαμέτρου των ακροφυσίων οδηγούν σε ελάττωση του μεγέθους των σωματιδίων, ενώ σε ίδιο συμπέρασμα κατέληξαν και οι Alessi et al. (1996). Η μείωση της ροής του αέρα οδήγησε σε μείωση της κοκκομετρίας, όπως και η μείωση της ροής τροφοδοσίας του θαλάμου με το προς άλεση υλικό, συμπέρασμα που επιβεβαιώνεται και από τους Palaniandy et al. (2008). Τέλος, η αύξηση στον αριθμό περασμάτων οδηγεί σε σημαντική μείωση της μέσης κοκκομετρίας. 31

66 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Σχήμα 2.9. Επίδραση των παραμέτρων κατασκευής : α) γωνία ακροφυσίου, β) διάμετρος ακροφυσίου και γ) ύψος θαλάμου άλεσης του σπειροειδούς μύλου άλεσης πεπιεσμένου αέρα στο μέγεθος των σωματιδίων του τελικού προϊόντος (Katz and Kalman, 2007). 32

67 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Σχήμα Επίδραση των παραμέτρων άλεσης με σπειροειδή μύλο πεπιεσμένου στο μέγεθος των σωματιδίων του τελικού προϊόντος: α) της ροής αέρα, β) της ροής τροφοδοσίας, γ) της κοκκομετρίας του μητρικού υλικού, δ) της φύσης του υλικού τροφοδοσίας και ε) του αριθμού περασμάτων του υλικού (Katz and Kalman, 2007). 33

68 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Χαρακτηριστικά του υπό άλεση (μητρικού) υλικού Η εγκατάσταση του κατάλληλου μύλου άλεσης είναι κεφαλαιώδους σημασίας για μια οικονομική και χωρίς προβλήματα λειτουργία. Πριν την άλεση, πρέπει να ληφθούν υπόψη ορισμένα χαρακτηριστικά του υλικού, όπως: α) σκληρότητα, β) ευθραυστότητα, γ) ανθεκτικότητα, δ) συγκολλητικότητα, ε) θερμοκρασία τήξης, στ) δομή, ζ) ειδικό βάρος, η) υγρασία, θ) χημική σταθερότητα, ι) ομοιογένεια και κ) καθαρότητα. Η σκληρότητα του υλικού είναι ίσως το σημαντικότερο χαρακτηριστικό, κατά την επιλογή του κατάλληλου μύλου άλεσης. Για παράδειγμα, υπάρχει σημαντική διαφορά στη σκληρότητα μεταξύ των ορυκτών και των καρπών δημητριακών. Η σκληρότητα των υλικών εκφράζεται με την κλίμακα του Mohs μια κλίμακα με βαθμολογία από το 1 έως το 10 (πίνακας 2.4). Για την περίπτωση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα, το προς άλεση υλικό θα πρέπει να βρίσκεται στην κλίμακα σκληρότητας σε επίπεδα μεγαλύτερα από 3 (Joshi, 2011). Όσο πιο σκληρό είναι το υλικό, τόσο περισσότερο εξειδικευμένος (και, συνεπώς, ακριβός) πρέπει να είναι ο μύλος. Επιπρόσθετα, εάν ένας συγκεκριμένος μύλος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ένα εύρος σκληρότητας, τότε όσο πιο σκληρό το υλικό, τόσο μικρότερη είναι η απόδοση για ένα δεδομένο μέγεθος. Ένα άλλο χαρακτηριστικό που λαμβάνεται υπόψη είναι η ευθρυπτότητα, η οποία δείχνει το βαθμό ευκολίας για να θρυμματιστεί ένα υλικό. Η ευθρυπτότητα δε σχετίζεται με τη σκληρότητα, καθώς τα εύθρυπτα υλικά μπορεί να είναι τόσο σκληρά, όσο και μαλακά. Υλικά τα οποία δεν είναι εύθρυπτα σε κάποιο βαθμό, δεν αλέθονται εύκολα. 34

69 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Πίνακας 2.4. Κλίμακα Mohs και παραδείγματα αντιπροσωπευτικών υλικών (Yaeger, hmicronpowder.com). Βαθμός σκληρότητας Τιμή στην κλίμακα Moh s Παράδειγμα υλικού Μαλακό 1 Ταλκ Μαλακό 2 Γύψος Μαλακό 3 Ασβεστίτης Μέτρια σκληρότητα 4 Φθορίτης Μέτρια σκληρότητα 5 Απατίτης Μέτρια σκληρότητα 6 Άστριος Σκληρό 7 Χαλαζίας Σκληρό 8 Τοπάζι Σκληρό 9 Κορούνδιο Σκληρό 10 Διαμάντι Η περιεχόμενη υγρασία του υλικού θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν λιγότερη, για την ξηρή άλεση. Το πρόβλημα που μπορεί να προκύψει σε περιβάλλοντα αυξημένης υγρασίας, είναι το αλεσμένο προϊόν να κολλήσει στα μηχανήματα άλεσης (Yokohama and Inoue, 2007). Διαφορετικοί μύλοι συμπεριφέρονται διαφορετικά με υλικά υψηλής περιεχόμενης υγρασίας και σε μερικές περιπτώσεις απαιτείται πρώτα η ξήρανση της πρώτης ύλης. Τα κοκκώδη υλικά (π.χ. κάρβουνο, ορυκτά) μπορούν να θραυστούν ικανοποιητικά με την επίδραση δυνάμεων συμπίεσης, κρούσης κτλ. Για τα ινώδη υλικά όμως, είναι απαραίτητη η εφαρμογή δυνάμεων διάτμησης, ώστε να επιτευχθεί ικανοποιητική ελάττωση μεγέθους. Γενικά, κάθε υλικό που είναι κρυσταλλικό μπορεί να επεξεργαστεί με τεχνική άλεσης με πεπιεσμένο αέρα. Για παράδειγμα, τα διαμάντια μπορούν εύκολα να λεπτοαλεστούν, αλλά ένα άμορφο υλικό δύσκολα επεξεργάζεται με τη 35

70 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας συγκεκριμένη διαδικασία. Τα περισσότερα υλικά μπορούν να αφυδατωθούν και να αλεστούν ταυτόχρονα, με χρήση θερμού αέρα ή υπέρθερμου ατμού (π.χ στην περίπτωση των υδαρών υλικών) Χαρακτηριστικά τελικού προϊόντος άλεσης Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος άλεσης είναι η τεράστια αύξηση της ειδικής επιφάνειας. Με αυτή την αύξηση, δίνεται η δυνατότητα σε χημικές ή φαρμακευτικές ουσίες να αντιδρούν πολύ πιο εύκολα, με αποτέλεσμα να βελτιώνεται η βιοδιαθεσιμότητά τους (Fukunaka et al., 2005). Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι οι ελαχιστοποιημένοι χρόνοι αντίδρασης (καύσης) χημικών στην εκτόξευση πυραύλων, καθώς και η καλύτερη απορρόφηση των φαρμάκων από τον οργανισμό. Το τελικό μέγεθος των σωματιδίων είναι, επίσης, πολύ σημαντικό για υλικά που χρησιμοποιούνται ως λειαντικά. Εάν είναι επιθυμητή μια αδρή λείανση, τότε το μέγεθος του κόκκου δε χρειάζεται να είναι μεγάλο, ενώ ένας λεπτός κόκκος οδηγεί σε καλύτερη λείανση, χωρίς γρατζουνιές. Στην περίπτωση χρωστικών ουσιών διαφορετικό μέγεθος του κόκκου δίνει διαφορετική απορρόφηση του φωτός, άρα και διαφορετική ένταση στη χρώση του προϊόντος. Τα καλλυντικά παρουσιάζουν μια μεταξένια απαλότητα όταν έχουν επεξεργαστεί με μύλο πεπιεσμένου αέρα, μια πολύ επιθυμητή ιδιότητα για τα καλλυντικά προσώπου. Φαρμακευτικά σκευάσματα για ασθενείς που πάσχουν από άσθμα πρέπει να διέλθουν από τους πνεύμονες και φάρμακα που περιλαμβάνουν λεπτοαλεσμένα σωματίδια έχουν καλύτερη δράση στον οργανισμό, καθώς μπορούν να μεταφέρονται ευκολότερα (Desai et al., 2002). Η αύξηση στη συνολική επιφάνεια των κόκκων έχει σαν αποτέλεσμα, να πετυχαίνεται η ίδια δράση του φαρμάκου με μικρότερες δόσεις (Midoux et al., 1999). 36

71 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Εφαρμογές της τεχνολογίας άλεσης με πεπιεσμένο αέρα Γενικά Η άλεση με πεπιεσμένο αέρα έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς τα τελευταία χρόνια στην επιστήμη των υλικών. Ενδεικτικά αναφέρονται ορισμένες εφαρμογές στον πίνακα 2.5. Όσον αφορά τα τρόφιμα και ιδιαίτερα τα συστατικά τροφίμων, ο συγκεκριμένος τύπος άλεσης έχει αρχίσει να βρίσκει εφαρμογές κυρίως τα τελευταία χρόνια. Πίνακας 2.5. Εφαρμογές της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα (Russell, 1989). Τομέας Προϊόν προς άλεση Χημικά χλωριούχο ασβέστιο, οξείδιο του χρωμίου, αδιπικό οξύ, τιτανικό βάριο Κεραμικά ένυδρα άλατα του αλουμινίου, γυαλί, οξείδιο του ζιρκονίου, καρβίδιο του πυριτίου, φερίτης Μέταλλα χαλκός, δισουλφίδιο του μολυβδενίου, ευγενή μέταλλα Ορυκτά βωξίτης, ασβεστίτης, γραφίτης, γύψος, ταλκ Χρώματα, βαφές χρωστικές φθορισμού, μελάνι εκτύπωσης, αιθάλη Φάρμακα αντιβιοτικά, ασπιρίνες, καλλυντικά, ομεπραζόλη, αλμπενδαζόλη Πλαστικά σταθεροποιητές PVC, PTFE Διάφορα σοκολάτα, χρωστικές τροφίμων, γη διατόμων, μίγματα βολφραμίτη 37

72 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Εφαρμογές της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στα τρόφιμα Όπως προαναφέρθηκε, η άλεση με πεπιεσμένο αέρα χρησιμοποιείται εκτενώς στη φαρμακευτική και τη βιομηχανία ανόργανων υλικών, ενώ μόλις τις τελευταίες δεκαετίες έχει μελετηθεί η χρήση του και σε συστήματα τροφίμων. Οι Hayakawa et al. (1993) εφάρμοσαν την τεχνική άλεσης με πεπιεσμένο αέρα για την παραγωγή μικροσωματιδίων πρωτεΐνης (λευκού του αυγού, καζεΐνης και πρωτεΐνης σόγιας), με σκοπό την ενίσχυση του υδρόφοβου χαρακτήρα τους και τη μετέπειτα χρήση τους ως υποκατάστατα λίπους. Με το μικροτεμαχισμό, τα υδρόφοβα τμήματα της πρωτεΐνης «απεγκλωβίζονται», συνεπώς ενισχύεται ο υδρόφοβος χαρακτήρας τους και προσομοιάζουν τον αντίστοιχο των λιπαρών ουσιών. Ο μικροτεμαχισμός των συστημάτων πρωτεΐνης οδήγησε σε ενθαρρυντικά αποτελέσματα για την καζεΐνη και την πρωτεΐνη λευκού του αυγού, ενώ δεν είχε επίδραση στις λειτουργικές ιδιότητες της πρωτεΐνης σόγιας. Οι Hossen et al. (2011) επιχείρησαν τη σύγκριση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα με την άλεση σε σφυρόμυλο, με παράλληλη εξέταση των μεταβολών σε ορισμένες παραμέτρους της άλεσης (πίεση αέρα, απόσταση ακροφυσίων, ροή τροφοδοσίας θαλάμου). Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση του μεγέθους των σωματιδίων στο μηχανικά θραυσμένο άμυλο και τις ρεολογικές ιδιότητες αλεύρου ρυζιού. Η άλεση με πεπιεσμένο αέρα οδήγησε σε παρασκευή λεπτόκοκκου αλεύρου (μέσο μέγεθος <10μm), με μικρότερο εύρος κατανομής μεγέθους, σε σχέση με την άλεση σε σφυρόμυλο. Το ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου αυξήθηκε δραματικά σε επίπεδα μεγέθους σωματιδίων <10μm, ενώ σωματίδια με όμοιο μέγεθος (<60μm) εμφάνισαν διαφορετικά επίπεδα μηχανικά θραυσμένου αμύλου μεταξύ των δύο τεχνικών άλεσης με μικρότερο ποσοστό να παρατηρείται κατά την άλεση με πεπιεσμένο αέρα. 38

73 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Η άλεση με πεπιεσμένο αέρα έχει, επίσης, χρησιμοποιηθεί για την απομόνωση αμύλου με χαμηλό πρωτεϊνικό περιεχόμενο, από αλεύρι σίτου. Οι Letang et al. (2002) έδειξαν ότι ο συνδυασμός της εν λόγω τεχνικής με αεροδιαχωρισμό, δίνει καλά αποτελέσματα και φαίνεται ότι μπορεί να παραχθεί άμυλο σίτου με πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε υπολείμματα πρωτεϊνικού περιεχομένου (<2% ξηρής μάζας αμύλου). Επίσης, το λιπιδικό περιεχόμενο και η περιεκτικότητα σε πεντοζάνες μειώθηκαν στο πλούσιο σε άμυλο κλάσμα. Οι van Crayeveld et al. (2008) σύγκριναν την άλεση με σφαιρόμυλο (ball milling) και με πεπιεσμένο αέρα, όσον αφορά το μέγεθος των σωματιδίων, το βαθμό εκχύλισης των αραβινοξυλανών και τη μεταβολή των ιδιοτήτων τους, σε φλοιό σπόρων psyllium. Με την άλεση με πεπιεσμένο αέρα επιτεύχθηκε κοκκομετρία συγκρίσιμη με της άλεσης σε σφαιρόμυλο μετά από 8 ώρες επεξεργασίας, ενίσχυσε ελαφρά την ικανότητα εκχύλισης των αραβινοξυλανών και δεν φάνηκε να επηρεάζει τη δομή τους, σε αντίθεση με την άλεση με σφαιρόμυλο (μείωση φαινομενικού μοριακού βάρους αραβινοξυλανών, μεταβολή της αναλογίας Α/Χ). Οι Chau et al. (2006) εξέτασαν τις επιδράσεις της υπέρλεπτης άλεσης στα χαρακτηριστικά και τις φυσικοχημικές ιδιότητες α) ενός αδιάλυτου κλάσματος από φλούδα πορτοκαλιού, πλούσιο σε διαιτητικές ίνες και β) ενός κλάσματος κυτταρίνης. Παρατήρησαν μείωση του μεγέθους σωματιδίων του υλικού σε επίπεδα μικροκλίμακας και βελτίωση των φυσικοχημικών ιδιοτήτων (ικανότητα συγκράτησης νερού, ικανότητα συγκράτησης ελαίου, ικανότητα προσρόφησης γλυκόζης και ικανότητα κατιοντο-ανταλλαγής) σε διαφορετικό βαθμό. Επίσης, η ανασταλτική δράση έναντι της α-αμυλάσης και της παγκρεατικής λιπάσης ενισχύθηκε, έως 5.8 και 7.8 φορές, αντίστοιχα. Το συμπέρασμα που εξήχθη είναι ότι η τεχνική άλεσης με πεπιεσμένο αέρα μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά 39

74 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας τις λειτουργικές ιδιότητες των δύο εξεταζόμενων δειγμάτων (ίνες από φλούδα πορτοκαλιού και κυτταρίνη), με απώτερο στόχο τη χρήση τους σε συστήματα τροφίμων, ως συστατικά πλούσια σε διαιτητικές ίνες. Η ίδια ερευνητική ομάδα (Chau et al., 2007) εξέτασε την επίδραση διαφορετικών τεχνικών άλεσης (άλεση με πεπιεσμένο αέρα, σε σφυρόμυλο και σε υπερ-υψηλή πίεση) στα χαρακτηριστικά και τις διάφορες λειτουργικές ιδιότητες του πυρήνα καρότου (πλούσιος σε διαιτητικές ίνες). Η άλεση με πεπιεσμένο αέρα έδωσε μεγαλύτερου μεγέθους σωματίδια (με ένα πέρασμα από το μύλο) σε σχέση με την άλεση σε σφυρόμυλο, ωστόσο ήταν πολύ περισσότερο αποτελεσματική από πλευράς χρόνου. Επίσης, βελτίωσε την υδατοδιαλυτότητα των διαιτητικών ινών και την ικανότητα συγκράτησης ελαίου (όχι, όμως στο βαθμό που επετεύχθησαν από το λεπτοτεμαχισμό με υπερ-υψηλή πίεση). Η άλεση με πεπιεσμένο αέρα, σε συνδυασμό με αεροδιαχωρισμό μελετήθηκε και από τους Pelgrom et al. (2012). Πιο συγκεκριμένα, εκτιμήθηκε η χρήση της ως εναλλακτική μέθοδος για την εκχύλιση πρωτεΐνης από φάβα (Pisum sativum). Διαπίστωσαν εξαιρετικά μικρό μέγεθος σωματιδίων του αλεύρου (D 0,5 <10 μm) σε ταχύτητα του αεροδιαχωριστή 8000 rpm, με μεγάλη ποσοστιαία αύξηση του μηχανικά θραυσμένου αμύλου. Σε ταχύτητα 4000 rpm, η μέση διάμετρος των σωματιδίων υπολογίστηκε σε ~12 μm και ενώ το ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου ήταν σημαντικά μικρότερο. Η συνολική συμπεριφορά του αλεύρου ήταν περισσότερο ικανοποιητική όταν η ταχύτητα του αεροδιαχωριστή ήταν 4000 rpm (καλύτερη ικανότητα ροής του αλεύρου κατά την επεξεργασία). Οι Hamada et al. (2012) παρατήρησαν ότι η άλεση με πεπιεσμένο αέρα σε μαύρο ρύζι, σε συνδυασμό με προηγούμενη διαβροχή και ξήρανση του καρπού, βελτίωσε την εμφάνιση ενός ψωμιού από ρυζάλευρο και γλουτένη, δίνοντας ειδικό όγκο συγκρίσιμο με ψωμί από άσπρο ρυζάλευρο. 40

75 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Ο συγκεκριμένος τρόπος άλεσης έδωσε αλεύρι με πολύ χαμηλές τιμές μηχανικά θραυσμένου αμύλου. Διαφορετικές ποικιλίες ρυζιού και η εξέτασή τους με μύλο jet mill και καρφόμυλο (pin mill) ήταν το αντικείμενο μελέτης των Ashida et al. (2010). Συγκεκριμένα, εξετάστηκε η επίδραση των δύο τεχνικών άλεσης στο περιεχόμενο άμυλο, το μηχανικά θραυσμένο άμυλο, την κοκκομετρική κατανομή του αλεύρου και τον ειδικό όγκο των παραγόμενων ψωμιών. Και οι δύο τεχνικές άλεσης έδωσαν υπερλεπτόκοκκα άλευρα, ωστόσο η τεχνική με πεπιεσμένο αέρα είχε ως αποτέλεσμα αλεύρι με χαμηλότερο ποσοστό μηχανικά θραυσμένου αμύλου, υψηλότερο ποσοστό αμύλου (% σε ξηρή ουσία) και ελαφρώς μεγαλύτερες τιμές ειδικού όγκου στα παραγόμενα ψωμιά. Οι Lee et al. (2008) εφάρμοσαν την άλεση με πεπιεσμένο αέρα σε φλοιό σόγιας και στη συνέχεια παρασκεύασαν μίγματα αυτών των αλεύρων σόγιας με σιτάλευρο (σε διαφορετικές αναλογίες), τα οποία χρησιμοποίησαν για την παρασκευή ντόνατς (doughnuts). Η μελέτη έδειξε ότι ο λεπτοτεμαχισμός του φλοιού σόγιας οδήγησε σε τελικό προϊόν με μικρότερο περιεχόμενο λίπους, χωρίς να μεταβληθεί το άρωμα, η τραγανότητα, η γεύση και η γενικότερη αποδοχή του προϊόντος. Πιθανόν, ο υπερλεπτόκοκκος φλοιός της σόγιας οδήγησε σε σχηματισμό προστατευτικού στρώματος κατά τη διαδικασία ψησίματος, επομένως η άλεση μπορεί να οδηγήσει στην παρασκευή προϊόντων με βελτιωμένα διατροφικά χαρακτηριστικά. Οι Wu et al. (2007) εξέτασαν δύο διαφορετικές τεχνικές άλεσης: α) άλεση με πεπιεσμένο αέρα και β) άλεση υψηλής πίεσης (~11600 psi) με χρήση νερού (1:50 w/v), σε κλάσμα αδιάλυτων διαιτητικών ινών πορτοκαλιού και την επίδρασή της κοκκομετρίας στη βελτίωση της διατροφής χάμστερ, με ενθαρρυντικά αποτελέσματα. 41

76 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Μία διαφορετική προσέγγιση της τεχνικής άλεσης με πεπιεσμένο αέρα μελέτησαν οι Picot and Lacroix (2003). Εφάρμοσαν την άλεση σε λυοφιλιωμένες σκόνες προβιοτικών βακτηρίων (Bifidobacterium breve R070 (BB R070), Bifidobacterium longum R023 (BL R023) και Lactobacillus acidophilus R335 (LA R335)), ώστε να ελαττώσουν το μέγεθος των σωματιδίων της σκόνης που χρησιμοποιείται για ενσωμάτωση σε μικροκάψουλες μικρής διαμέτρου. Εξετάστηκε η επίδραση της πίεσης του αέρα που χρησιμοποιείται για την άλεση και της ροής τροφοδοσίας του θαλάμου με το προς άλεση προϊόν στην κατανομή των σωματιδίων και τη βιωσιμότητα των βακτηρίων. Βρέθηκε ότι η επιβίωση των μικροοργανισμών εξαρτάται από το τελικό μέγεθος των σωματιδίων της σκόνης. Ο λεπτοτεμαχισμός αποδείχτηκε ότι είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος μείωσης του μεγέθους των σωματιδίων σκόνης λυοφιλιωμένων βακτηριακών στελεχών, με ελάχιστα αρνητική επίδραση στη βιωσιμότητά τους, καθιστώντας τα κατάλληλα για χρήση σε εφαρμογές ακινητοποίησης κυττάρων, με ήπια θερμική επεξεργασία. Οι Sotome et al. (2011) παρατήρησαν θετική επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στην ελάττωση του μικροβιακού φορτίου σε ποικιλίες ρυζιού. Η μείωση της μέσης κοκκομετρίας (d 50 ) από 3000μm σε επίπεδα μεγέθους μικρότερα από 10μm είχε ως αποτέλεσμα την ελάττωση του μικροβιακού φορτίου για περισσότερο από 2 δεκαδικούς λογάριθμους. Τέλος, αξίζει να σημειωθεί μια έμμεση εφαρμογή της τεχνικής με πεπιεσμένο αέρα σε συστήματα τροφίμων από την εταιρεία TEMPTIME Corp., Morris Plains, N.J. Συγκεκριμένα, εφάρμοσαν το συγκεκριμένο τύπο άλεσης σε σκόνη που χρησιμοποίησαν ως χρονο-θερμοκρασιακό δείκτη σε συσκευασίες τροφίμων, προκειμένου να πετύχουν μικρότερο μέγεθος σωματιδίων και μικρότερο εύρος κατανομής μεγέθους προκειμένου να πετύχουν περισσότερο αξιόπιστα αποτελέσματα ( 42

77 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας 2.5 Επίδραση της κοκκομετρίας στα χαρακτηριστικά του αλεύρου, του σχηματιζόμενου ζυμαριού και του παραγόμενου τελικού προϊόντος Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων στα ποιοτικά χαρακτηριστικά του αλεύρου Η άλεση οδηγεί πρώτα από όλα στην ελάττωση του μεγέθους σωματιδίων του καρπού, ενώ σχετίζεται και με την αύξηση του ποσοστού μηχανικά θραυσμένου αμύλου. Η συσχέτιση της κοκκομετρίας του αλεύρου με το μηχανικά θραυσμένο άμυλο έχει μελετηθεί εκτενώς και έχει παρουσιαστεί από πολλούς ερευνητές (Gaines et al., 1988; Wang and Flores, 2000; Sun et al., 2007). Ωστόσο, η μείωση της κοκκομετρίας έχει επίδραση και στα υπόλοιπα χαρακτηριστικά και ιδιότητες του αλεύρου. Οι Sullivan et al. (1959) μελέτησαν τη σύσταση κλασμάτων διαφορετικής κοκκομετρίας που προήλθαν από άλεση σκληρού σίτου και αεροδιαχωρισμό. Παρατήρησαν ότι η υγρασία μειώθηκε με μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου, ενώ η τέφρα παρουσίασε διακυμάνσεις. Παρόμοια αποτελέσματα παρατήρησαν και οι Scanlon et al. (1988), σε άλευρα σίτου τύπου φαρίνα. Ο Bass (1988) έδειξε ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη αυξάνεται σημαντικά σε κλάσματα μικρότερης κοκκομετρίας αλεύρου μαλακού σίτου. Οι Dornez et al. (2006) παρατήρησαν ότι η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου σίτου, με χρήση κυλινδρόμυλου, οδήγησε σε αύξηση του ποσοστού των ολικών και των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών. Παρόμοια αποτελέσματα παρουσίασαν και οι Ramseyer et al. (2011), οι οποίοι τονίζοντας την επίδραση των αραβινοξυλανών στη λειτουργικότητα του αλεύρου, πρότειναν ότι προσδιορίζοντας την κατανομή των αραβινοξυλανών στα διάφορα κλάσματα κατά την άλεση, 43

78 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας μπορούν να παραληφθούν περισσότερο λειτουργικά άλευρα, χωρίς την προσθήκη χημικών πρόσθετων. Οι van Crayeveld et al. (2008) έδειξαν ότι η άλεση φλοιού psyllium σε σφαιρόμυλο είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της κοκκομετρίας με την αύξηση του χρόνου άλεσης (2 168h), ενώ ενίσχυσε σημαντικά την ικανότητα εκχύλισης των αραβινοξυλανών. Σχετικά με τα χαρακτηριστικά των αραβινοξυλανών, η μείωση της κοκκομετρίας αύξησε την αναλογία αραβινόζης προς ξυλόζη (Α/Χ) στην πολυμερική αλυσίδα, ενώ ελάττωσε το μοριακό τους βάρος, το εσωτερικό ιξώδες και την ικανότητα συγκράτησης νερού. Η μείωση του βαθμού πολυμερισμού και του μοριακού βάρους αποδόθηκαν στη φύση της άλεσης και το σπάσιμο των ομοιοπολικών δεσμών των αραβινοξυλανών. Το χρώμα του αλεύρου είναι ακόμη μία παράμετρος που επηρεάζεται από την κοκκομετρία του αλεύρου. Σύμφωνα με τους Barbosa-Canovas and Yan (2003) η μείωση του μεγέθους σωματιδίων έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της φωτεινότητας στο αλεύρι. Τα περισσότερο χονδρόκοκκα σωματίδια προσδίδουν σκουρότερο χρώμα στο αλεύρι Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου στη ρεολογική συμπεριφορά ζυμαριών Η ρεολογία αποτελεί έναν κλάδο της μηχανικής, ο οποίος μελετά την παραμόρφωση και τη ροή των υλικών σαν απόκριση υπό μία εφαρμοζόμενη τάση ή παραμόρφωση. Το ζυμάρι αποτελεί ένα από τα πιο ενδιαφέροντα υλικά, για εξέταση των ρεολογικών του χαρακτηριστικών, λόγω του ιξωδοελαστικού χαρακτήρα που παρουσιάζει. Ο λόγος για τον οποίο εξετάζεται η ρεολογία ενός ζυμαριού είναι διότι δίνει τη δυνατότητα της εκτίμησης της ποιότητας του χρησιμοποιούμενου αλεύρου (Hadnađev 44

79 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας et al., 2011), αλλά και την εκτίμηση της συμπεριφοράς του κατά το μετέπειτα χειρισμό και την αρτοποίηση (Bourne, 1982). Ο σχηματισμός του ζυμαριού περιλαμβάνει, αρχικά, την ανάμιξη αλεύρου και νερού, ενώ είναι δυνατόν να προστεθούν αλάτι και άλλα συστατικά. Κατά την εξέταση των ζυμαριών δεν προστίθεται μαγιά, διότι επηρεάζει τις μετρούμενες παραμέτρους. Καθώς το νερό προστίθεται στο αλεύρι, τα σωματίδια του ενυδατώνονται (σε κάποιο βαθμό), χωρίς το ζυμάρι να έχει ακόμη σχηματιστεί. Απαιτείται η προσφορά μηχανικής ενέργειας στο σύστημα, η οποία επιτυγχάνεται με το ζύμωμα (mixing) του μίγματος (Bourne, 1982). Με τον τρόπο αυτό, δίνεται η δυνατότητα στην περιεχόμενη γλουτένη, αλλά και τα υπόλοιπα συστατικά να επιτελέσουν το λειτουργικό ρόλο τους και να σχηματίσουν το ζυμάρι. Η εξέταση των ρεολογικών χαρακτηριστικών του ζυμαριού έχει αποτελέσει αντικείμενο εκτενούς έρευνας στο πεδίο της επιστήμης και τεχνολογίας των δημητριακών (Bloksma and Bushuk, 1988; Lazaridou et al., 2007; Huttner et al., 2010; Ktenioudaki et al., 2010; Blanchard et al., 2012; Figueroa et al., 2013). Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται διακρίνονται σε 2 κατηγορίες: τις εμπειρικές και τις θεμελιώδεις. Στις εμπειρικές μεθόδους περιλαμβάνονται τεχνικές που πραγματοποιούνται με τη βοήθεια οργάνων, όπως ο φαρινογράφος, ο εκτατογράφος, ο μιξογράφος και ο αλβεογράφος, ενώ στις θεμελιώδεις μεθόδους περιλαμβάνονται όργανα όπως αναλυτής υφής και το ρεόμετρο και οι τεχνικές που εφαρμόζονται είναι η ανάλυση προφίλ υφής, η δοκιμή χαλάρωσης τάσης, ο προσδιορισμός των μηχανικών φασμάτων και η δοκιμή ερπυσμού - ανάκτησης. Η διαφορά μεταξύ των δύο κατηγοριών μπορεί να περιγραφεί με την παρακάτω άποψη που εκφράστηκε από τους Popper et al. (2007): - Με τις εμπειρικές μεθόδους δε γνωρίζουμε τι μετράμε, αλλά αυτό που υπολογίζουμε έχει σχέση με την αρτοποιητική διαδικασία («αποδίδει») 45

80 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας - Με τις θεμελιώδεις μεθόδους γνωρίζουμε τι μετράμε, αλλά αυτό που υπολογίζουμε δεν έχει σχέση με την αρτοποιητική διαδικασία («δεν αποδίδει») Με τον όρο «αποδίδει» εννοείται ότι οι τιμές που υπολογίζονται δείχνουν μια καλή εκτίμηση της συμπεριφοράς του υλικού (αλεύρι) κατά την επεξεργασία και της ποιότητας του τελικού προϊόντος, όμως δεν εξετάζουμε θεμελιώδεις παραμέτρους του ζυμαριού (δηλαδή, σε θεμελιώδεις μονάδες μέτρησης), κάτω από αυστηρά ελεγχόμενες συνθήκες, όπως συμβαίνει στην περίπτωση των θεμελιωδών μεθόδων. Ο όρος «δεν αποδίδει», στις θεμελιώδεις τεχνικές, αναφέρεται στη δυσκολία χρήσης των τεχνικών αυτών από μη επιστημονικό προσωπικό και στην εξαγωγή άμεσων συμπερασμάτων, χρήσιμων σε έναν αρτοποιό διότι πολλές φορές οι θεμελιώδεις παράμετροι που μετράμε στο ζυμάρι δεν σχετίζονται άμεσα με τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος. Οι Wang and Flores (1999) εξέτασαν την επίδραση της κοκκομετρίας του αλεύρου από διαφορετικές ποικιλίες σιταριού στις ιδιότητες των τορτίγια (tortillas). Παρατήρησαν την αύξηση του ποσοστού μηχανικά θραυσμένου αμύλου στα λεπτόκοκκα κλάσματα των αλεύρων. Επίσης, στα άλευρα από σκληρό σιτάρι παρατηρήθηκε αύξηση των μικρού μοριακού βάρους (LMW) πρωτεϊνών στα κλάσματα με μικρότερο μέγεθος σωματιδίων. Η απορρόφηση νερού από το αλεύρι (όπως μετρήθηκε στο φαρινογράφο) παρουσίασε αύξηση στα κλάσματα ενδιάμεσης κοκκομετρίας. Παρόμοια συμπεριφορά εμφάνισε και ο χρόνος ανάπτυξης του ζυμαριού (peak time), ενώ όσον αφορά τη σταθερότητα του σχηματιζόμενου ζυμαριού κατά την ανάμιξη, τα κλάσματα από σκληρό σιτάρι με μέγεθος σωματιδίων <38μm εμφάνισαν αξιοσημείωτα μικρότερες τιμές, ενώ παρατηρήθηκε η αντίθετη συμπεριφορά στο αλεύρι από μαλακό σιτάρι. Γενικά, η μείωση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου είχε ως 46

81 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας αποτέλεσμα την παραγωγή τορτίγια με υποβαθμισμένα ποιοτικά χαρακτηριστικά. Η συμπεριφορά των κλασμάτων με κοκκομετρία <38μm αποδόθηκε στη χαμηλή περιεκτικότητά τους σε πρωτεΐνη και στην παρεμπόδιση του σχηματισμού ικανοποιητικού πλέγματος της γλουτένης κατά την ανάπτυξη του ζυμαριού. Οι Gaines et al. (1988) εξέτασαν την επίδραση μιας σειράς παραμέτρων, ανάμεσα στις οποίες ήταν το μέγεθος των κόκκων του αλεύρου και το μηχανικά θραυσμένο άμυλο, στις ιδιότητες του σχηματιζόμενου ζυμαριού για παρασκευή cookies, από μίγματα αλεύρων μαλακού σιταριού. Διαπιστώθηκε η αρνητική, σχεδόν γραμμική, συσχέτιση μεταξύ των δύο προαναφερθέντων παραμέτρων. Το παραπάνω συμπέρασμα οδήγησε και στην καλύτερη κατανόηση των αποτελεσμάτων στη ρεολογία των ζυμαριών. Παρατηρήθηκε ότι, οι παράμετροι με τις οποίες το μέγεθος σωματιδίων έδειξε θετική συσχέτιση, εμφάνισαν παράλληλα αρνητική συσχέτιση με το μηχανικά θραυσμένο άμυλο (προσκολλητικότητα). Αντίστροφα, οι παράμετροι που παρουσίασαν αρνητική συσχέτιση με την κοκκομετρία του αλεύρου (σκληρότητα, συνεκτικότητα) έδειξαν θετική συσχέτιση με το μηχανικά θραυσμένο άμυλο. Η επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου στη ρεολογία του ζυμαριού μελετήθηκε και από τους Moreira et al. (2010), για δείγματα αλεύρου από κάστανο. Η μείωση της κοκκομετρίας οδήγησε σε αύξηση της απορρόφησης νερού από τα άλευρα για το σχηματισμό ζυμαριού συγκεκριμένης συνεκτικότητας (εξέταση με φαρινογράφο), ενώ μείωσε σημαντικά τη σταθερότητα του ζυμαριού κατά την ανάμιξη. Η δοκιμή ερπυσμού ανάκτησης και η εφαρμογή του μοντέλου του Burgers στα πειραματικά δεδομένα δεν έδειξε διαφορά στο ιξώδες μηδενικού ρυθμού παραμόρφωσης (η 0 ) των σχηματιζόμενων ζυμαριών, ωστόσο η μέγιστη ενδοτικότητα ερπυσμού (J max ) αυξήθηκε με αύξηση της μέσης 47

82 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας κοκκομετρίας του αλεύρου. Ο ελαστικός χαρακτήρας των ζυμαριών ποίκιλε με την κοκκομετρία του αλεύρου, ωστόσο οι τιμές που παρατηρήθηκαν ήταν πολύ χαμηλές (αρκετά ιξώδη δείγματα, τυπική συμπεριφορά ζυμαριών από ελεύθερα γλουτένης άλευρα). Η μελέτη της επίδρασης του μεγέθους σωματιδίων σε δείγματα σιμιγδαλιού από τους Vinci et al. (2013) έδειξε μεγαλύτερη απορρόφηση νερού από τα άλευρα με μείωση της κοκκομετρίας τους. Επίσης η μείωση του μεγέθους των κόκκων του αλεύρου είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση την αντίστασης στην έκταση, αλλά και της αναλογίας P/L (αντίσταση στην έκταση/εκτατότητα), όπως αυτές προσδιορίστηκαν με τον αλβεογράφο. Στη μελέτη των Sapirstein et al. (2007), η ελάττωση του μεγέθους σωματιδίων σε σιμιγδάλι οδήγησε πέρα από την αύξηση της απορρόφησης νερού από το αλεύρι και σε μείωση του χρόνου ανάπτυξης του ζυμαριού, όπως έδειξαν μετρήσεις σε φαρινογράφο και μιξογράφο. Επίσης, η μείωση της κοκκομετρίας είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση του ποσοστού του μηχανικά θραυσμένου αμύλου, γεγονός στο οποίο οι συγγραφείς απέδωσαν τις μεταβολές στα ρεολογικά χαρακτηριστικά των ζυμαριών Αρτοποιητική διαδικασία και επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου στα ποιοτικά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος Το αλεύρι αποτελεί την πρώτη ύλη που θα επεξεργαστεί με κατάλληλο τρόπο ώστε τελικά να σχηματίσει ένα προϊόν - τρόφιμο. Το κυριότερο τρόφιμο που παρασκευάζεται από το αλεύρι σίτου είναι το ψωμί. Τα συστατικά που απαιτούνται για την παρασκευή ενός ψωμιού είναι: αλεύρι, νερό, αλάτι, ζάχαρη, λάδι, μαγιά. Στα ψωμιά που παράγονται σε βιομηχανική κλίμακα, η προσθήκη επιπλέον συστατικών (πρόσθετων) που ονομάζονται βελτιωτικά αλεύρου θεωρείται απαραίτητη. 48

83 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Τα γενικά στάδια της αρτοποίησης (σε βιομηχανική κλίμακα) είναι τα εξής: α) ζύγιση συστατικών, β) ανάμιξη, γ) διαμοιρασμός ζυμαριού σε κατάλληλες μερίδες, δ) μορφοποίηση αρτιδίων, ε) τοποθέτηση στη στόφα, στ) τοποθέτηση σε φόρμες, ζ) δεύτερη τοποθέτηση στη στόφα, η ) ψήσιμο (Kulp, 1988). Οι τρόποι παρασκευής του ψωμιού ποικίλουν και οι διαφοροποιήσεις αφορούν τον τρόπο επεξεργασίας του ζυμαριού (διαδικασία straight-dough, διαδικασία sponge-dough) (Armero and Collar, 2007; Bosmans et al., 2013), διαφορετικούς χρόνους παραμονής και θερμοκρασίες στη στόφα, διαφορετικούς χρόνους παραμονής και θερμοκρασίες στο φούρνο, χρήση ατμού ή όχι (Sun et al., 2007; Baardseth et al., 2009; Jekle and Becker, 2012). Όπως και στην περίπτωση του ζυμαριού, τόσο η κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου αλεύρου, όσο και το ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου επηρεάζουν τις ιδιότητες του τελικού προϊόντος. Οι Hayashi et al. (1976) εξέτασαν διαφορετικά κλάσματα αλεύρου σκληρού σιταριού, τα οποία αλέστηκαν σε καρφόμυλο και παραλήφθηκαν με αεροδιαχωρισμό. Διαπίστωσαν ότι τα περισσότερο χονδρόκοκκα κλάσματα έδωσαν ψωμιά και cookies με καλύτερες ιδιότητες. Η όχι και τόσο καλή αρτοποιητική συμπεριφορά των λεπτόκοκκων κλασμάτων αποδόθηκε στην πιθανή μη-καλή ανάπτυξη του πλέγματος της γλουτένης. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε η ίδια συμπεριφορά των αλεύρων κατά την παρασκευή κέικ. Επίσης, οι Dick et al. (1979) απέδωσαν τη φτωχή αρτοποιητική συμπεριφορά ορισμένων μιγμάτων αλεύρου σκληρού σιταριού, στο μικρό μέγεθος σωματιδίων και τις υψηλές τιμές μηχανικά θραυσμένου αμύλου. Οι El-Porai et al. (2013) εξέτασαν δύο διαφορετικούς τρόπους άλεσης (κανονική και έντονη άλεση normal, hard milling) σε 2 ποικιλίες σιταριού και 3 διαφορετικούς χρόνους κοντισιοναρίσματος και την επίδρασή τους στις ιδιότητες του παραγόμενου ψωμιού (pan bread). H διαφορά των δύο τρόπων άλεσης αφορούσε την απόσταση των κυλίνδρων 49

84 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας μεταξύ τους (μικρότερη απόσταση στην περίπτωση της «έντονης» άλεσης). Η «έντονη» άλεση έδωσε άλευρα με υψηλότερα ποσοστά μηχανικού θραυσμένου αμύλου και στις δύο ποικιλίες σίτου. Επίσης, και ο παράγοντας ποικιλία είχε επίδραση στην έκταση της μηχανικής θραύσης του αμύλου. Η απορρόφηση νερού από το αλεύρι (όπως προσδιορίστηκε με το φαρινογράφο) ήταν αυξημένη στα άλευρα που προέκυψαν από την «έντονη» άλεση. Όμοια μεταβολή παρατηρήθηκε και για την ελαστικότητα των ζυμαριών. Σχετικά με τη σκληρότητα του ψωμιού, αλλά και την οργανοληπτική αποδοχή του προϊόντος από δοκιμαστές, η μέθοδος άλεσης έδειξε να έχει κάποια επίδραση, η οποία όμως ήταν μικρότερη από την αντίστοιχη της ποικιλίας και του χρόνου κοντισιοναρίσματος. Η επίδραση της κοκκομετρίας αλεύρου σίτου ολική άλεσης στα χαρακτηριστικά του ψωμιού εξετάστηκε από τους Kihlberg et al. (2004). Κατέληξαν, όμως, σε αλεύρι διαφορετικής κοκκομετρίας χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικά είδη άλεσης (κυλινδρόμυλος, πετρόμυλος). Παρατήρησαν ότι το αλεύρι με μεγαλύτερο μέγεθος σωματιδίων έδωσε ψωμί με περισσότερο έντονη γλυκύτητα, ενώ το λεπτόκοκκο έδωσε τελικό προϊόν με περισσότερο έντονη την αίσθηση αλμυρής γεύσης. Το αλεύρι μικρότερης κοκκομετρίας δεν έδωσε τόσο καλά αποτελέσματα υφής, σε σχέση με το χονδρόκοκκο. Οι de la Hera et al. (2013) εξέτασαν την επίδραση της κοκκομετρίας και της ενυδάτωσης του ζυμαριού (2 διαφορετικά επίπεδα προστιθέμενου νερού) σε συστήματα ψωμιών ελεύθερων γλουτένης (από ρυζάλευρο). Βρήκαν ότι η μεγαλύτερη κοκκομετρία, σε συνδυασμό με την υψηλή ενυδάτωση του ζυμαριού, έδωσε καλύτερο όγκο τελικού προϊόντος, ενώ η μείωση της κοκκομετρίας οδήγησε σε ψωμιά με σκληρότερη ψίχα. Αντίθετα, οι Gomez et al. (2010) έδειξαν ότι η μικρή κοκκομετρία σε αλεύρι σίτου έδωσε καλά αποτελέσματα στις ιδιότητες του παρασκευαζόμενου κέικ (μεγαλύτερο όγκο και μικρότερες τιμές 50

85 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας σκληρότητας). Απέδωσαν τις διαφορές στο χαμηλότερο ποσοστό πρωτεΐνης αυτών των κλασμάτων, ωστόσο πρότειναν ότι τα αποτελέσματα θα πρέπει να επιβεβαιωθούν με επιπλέον μελέτες, καθώς αντιτίθενται στη βιβλιογραφία Οργανοληπτική Εξέταση και επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου στα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος Η οργανοληπτική ποιότητα στο ψωμί αποτελεί μια πολύ σημαντική παράμετρο της συνολικής ποιότητας του προϊόντος και περιγράφεται από τις ανθρώπινες αισθήσεις: την όραση, την οσμή, τη γεύση, την αφή και σε κάποιες περιπτώσεις την ακοή (Meilgaard et al., 1999). Υπάρχουν πολλές τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση των οργανοληπτικών επιδόσεων των προϊόντων, ωστόσο η περιγραφική οργανοληπτική ανάλυση (Descriptive Sensory Analysis) είναι η πιο εξελιγμένη τεχνική για τον ερευνητή. Δίνει τη δυνατότητα στον ερευνητή να αποκτήσει ολοκληρωμένη αντίληψη για ένα προϊόν, να αντιληφθεί τις μεταβολές που προκύπτουν λόγω συστατικών ή διαφορετικών επεξεργασιών, και/ή να καθορίσει ποιες παράμετροι είναι σημαντικοί για την αποδοχή του προϊόντος (Lawless and Hildegarde, 2010). Για τη διεξαγωγή μιας περιγραφικής οργανοληπτικής ανάλυσης συνήθως χρησιμοποιούνται 8 12 κριτές (panelists), οι οποίοι προηγούμενα εκπαιδεύονται κατάλληλα, με τη βοήθεια προτύπων αναφοράς (reference standards), ώστε να κατανοήσουν και να συμφωνήσουν στο νόημα των προσδιοριζόμενων παραμέτρων (Gambaro et al., 2002; Westad et al., 2003; Kihlberg et al., 2004; Jensen et al., 2011). Οι δοκιμαστές σημειώνουν τα αποτελέσματά τους σε μία κλίμακα που 51

86 Ανασκόπηση βιβλιογραφίας εκφράζει την ένταση της παραμέτρου, δίνοντας τη δυνατότητα στον ερευνητή να εφαρμόσει στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων. Οι δοκιμαστές δεν ερωτώνται για την προσωπική τους άποψη, αλλά ο στόχος είναι να δώσουν αντικειμενικές απαντήσεις σύμφωνα με τη βαθμονόμηση που προηγήθηκε με τα πρότυπα αναφοράς (Lawless and Hildegarde, 2010). Η εφαρμογή της περιγραφικής οργανοληπτικής ανάλυσης σε προϊόντα ψωμιού έχει εφαρμοστεί από πολλούς ερευνητές, τόσο για την εκτίμηση των μεταβολών σε διάφορους παράγοντες (Baardseth et al., 2000; Kihlberg et al., 2004; Heenan et al., 2010; Jensen et al., 2010; Jensen et al., 2011; Primo-Martin et al., 2010; Morais et al., 2014), όσο και για τον συσχετισμό των αποτελεσμάτων με τα αντίστοιχα ευρήματα από την ενόργανη ανάλυση (Gambaro et al., 2002; Jensen et al., 2011Matos and Rosell, 2012). Η επίδραση της κοκκομετρίας, του χρησιμοποιούμενου ως πρώτη ύλη, αλεύρου στις ιδιότητες του ψωμιού, αν και έχει εξετασθεί σε μεγάλο βαθμό με τεχνικές ενόργανης ανάλυσης, παρόλα αυτά δεν έχει εξετασθεί με οργανοληπτικές τεχνικές. Οι Kilhberg et al. (2004) μελέτησαν, με τη βοήθεια της περιγραφικής οργανοληπτικής ανάλυσης, την επίδραση διαφορετικών τύπων άλεσης (σε κυλινδρόμυλο και πετρόμυλο), καλλιεργητικών τεχνικών και συνταγών αρτοποίησης στις παραμέτρους ψωμιού από αλεύρι ολικής άλεσης (τραγανότητα, αλμυρή γεύση, γλυκύτητα, άρωμα σιταρένιου ψωμιού). Διαπίστωσαν ότι η παράμετρος «τεχνική άλεσης» έχει μεγαλύτερη επίδραση στα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος σε σχέση με τις άλλες δύο παραμέτρους. Τα ψωμιά που παρασκευάστηκαν από αλεύρι που προήλθε από άλεση σε κυλινδρόμυλο εμφάνισαν περισσότερο χυμώδη γεύση και ήταν περισσότερο συμπαγή, ενώ τα αντίστοιχα δείγματα από αλεύρι από πετρόμυλο εμφάνισαν περισσότερο αλμυρή γεύση και παραμορφώνονταν πιο εύκολα. 52

87 Σκοπός της μελέτης 3. Σκοπός της μελέτης Ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση της επίδρασης της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα (jet milling) στις ιδιότητες του παραγόμενου, λεπτοτεμαχισμένου αλεύρου σίτου, καθώς και τις πιθανές μεταβολές που μπορεί να προκαλέσει στη λειτουργικότητα και μηχανική συμπεριφορά του παραγόμενου ζυμαριού και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του αντίστοιχου ψωμιού. Στη μελέτη αυτή εξετάστηκαν δύο λεπτόκοκκα κλάσματα αλεύρου σίτου διαφορετικής κοκκομετρίας, τα οποία προέκυψαν μετά από άλεση στο μύλο με πεπιεσμένο αέρα (jet mill) ενός εμπορικού αλεύρου (μητρικό). Πιο συγκεκριμένα, διερευνήθηκαν οι πιθανές μεταβολές της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα τόσο στη σύσταση του αλεύρου (υγρασία, τέφρα, ολικό άμυλο, ολικές πεντοζάνες και υδατοδιαλυτές αραβινοξυλάνες), όσο και στη λειτουργικότητα του αμύλου (μηχανική θραύση) και των αραβινοξυλανών (μοριακό βάρος και πρωτοταγής δομή). Επίσης, μελετήθηκαν οι μηχανικές ιδιότητες (σκληρότητα, ελαστικότητα, εκτατότητα, ιξώδες) των παραγόμενων ζυμαριών από το χονδρόκοκκο και λεπτόκοκκα κλάσματα αλεύρου και μίγμα τους, προκειμένου εξεταστεί η επίδραση αυτής της τεχνικής άλεσης στη ρεολογική συμπεριφορά του ζυμαριού, αλλά και το εάν και κατά πόσο τα σχηματιζόμενα ζυμάρια από κλάσματα του μύλου με πεπιεσμένο αέρα είναι κατάλληλα για περαιτέρω μεταχειρίσεις (αρτοποίηση). Για τον ίδιο σκοπό, μελετήθηκε και το φαινόμενο της ζελατινοποίησης του αμύλου των προαναφερθέντων αλεύρων σε αιωρήματα τους. Τέλος, διερευνήθηκε η επίδραση της συγκεκριμένης τεχνικής άλεσης και ταυτόχρονα και της κοκκομετρίας του αλεύρου στις λειτουργικές ιδιότητες και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των ψωμιών. Συγκεκριμένα, εξετάστηκε ο ειδικός όγκος, των ψωμιών, η απώλεια 53

88 Σκοπός της μελέτης βάρους κατά το ψήσιμο, το χρώμα της κόρας και το πορώδες της ψίχας, καθώς και η υγρασία και ενεργότητα νερού (a w ) ψίχας και κόρας. Επιπλέον οι ιδιότητες υφής της ψίχας και η σκληρότητα της κόρας, καθώς και το φαινόμενο της επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης της ψίχας αξιολογήθηκαν στην παρούσα μελέτη. Επειδή η διάρκεια αποθήκευσης αποτελεί κρίσιμο ζήτημα για προϊόντα, όπως το ψωμί, παράλληλα με την κοκκομετρία του αλεύρου εξετάσθηκε και η επίδραση του χρόνου αποθήκευσης στην υγρασία και ενεργότητα νερού (κόρας και ψίχας), τις ιδιότητες υφής των ψωμιών, και την επανακρυστάλλωση της αμυλοπηκτίνης της ψίχας. Ο σκοπός ήταν να εξετασθεί εάν η κοκκομετρία επηρεάζει σε κάποια έκταση το σύνθετο φαινόμενο του μπαγιατέματος του ψωμιού. Επιπρόσθετα, για να εξετασθεί εάν η κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου αλεύρου επηρεάζει το ρυθμό των φαινομένων που συντελούν στο μπαγιάτεμα του ψωμιού, εφαρμόστηκε στα ληφθέντα δεδομένα από την σκληρότητα και την φαινομενική ενθαλπία επανακρυστάλλωσης του αμύλου της ψίχας το μαθηματικό μοντέλο του Avrami. Είναι γνωστό ότι, η εξέταση των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των ψωμιών με ενόργανες τεχνικές δίνει τη δυνατότητα αντικειμενικής σύγκρισης μεταξύ των δειγμάτων, αλλά όχι και το πραγματικό προφίλ ποιότητας που αντιλαμβάνεται ο καταναλωτής. Για το λόγο αυτό, πραγματοποιήθηκε και οργανοληπτική αξιολόγηση των ψωμιών από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας, και διαφορετικής διάρκειας αποθήκευσης. Για την επίτευξη αυτής της εξέτασης εκπαιδεύτηκε κατάλληλα μια ομάδα κριτών. 54

89 Υλικά και μέθοδοι 4. Υλικά και Μέθοδοι 4.1 Υλικά Στην παρούσα μελέτη εξετάστηκαν άλευρα σίτου διαφορετικής κοκκομετρίας, που προήλθαν από άλεση με πεπιεσμένο αέρα ενός χονδρόκοκκου αλεύρου του εμπορίου «Τύπου 70» (μητρικό αλεύρι). Επίσης, εξετάστηκαν ζυμάρια και ψωμιά που παρασκευάσθηκαν εργαστηριακά από τα προαναφερθέντα άλευρα. Το αλεύρι σίτου εμπορίου προήλθε από την αλευροβιομηχανία Μύλοι Λούλη Α.Ε. (Κερατσίνι, Αθήνα). Στη συνέχεια, αλέστηκε σε μύλο με πεπιεσμένο αέρα (00 Jet-O- Mizer, Fluid Energy Processing & Equipment Company, USA πιλοτική κατασκευή). Χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικές συνθήκες άλεσης του χονδρόκοκκου αλεύρου: α) ρυθμός τροφοδοσίας του θαλάμου άλεσης με το προς άλεση υλικό: 27kg/h, πίεση αέρα:8 bar και, β) ρυθμός τροφοδοσίας του θαλάμου άλεσης με το προς άλεση υλικό: 15kg/h, πίεση αέρα:8 bar. Προέκυψαν δύο κλάσματα αλεύρου (λεπτόκοκκα) με διαφορετική μέση κοκκομετρία (λεπτόκοκκο κλάσμα 1 και λεπτόκοκκο κλάσμα 2). Οι ονομασίες που δόθηκαν στα δείγματα ήταν οι εξής: - Χονδρόκοκκο, μητρικό αλεύρι σίτου (Τ70, εμπορίου): W 80 - λεπτόκοκκο κλάσμα 1 (από jet mill): W 25 - λεπτόκοκκο κλάσμα 2 (από jet mill): W 15 Τα αντίστοιχα ζυμάρια (Doughs, D) που μελετήθηκαν ήταν: - Ζυμάρια που προέκυψαν από το αλεύρι σίτου εμπορίου: D 80 - Ζυμάρια που προέκυψαν από το λεπτόκοκκο κλάσμα 1: D 25 - Ζυμάρια που προέκυψαν από το λεπτόκοκκο κλάσμα 2: D 15 - Ζυμάρια που προέκυψαν από μίγμα αλεύρου (W 80 :W 25, σε αναλογία 1:1): D mix. Τέλος, τα αντίστοιχα ψωμιά (Breads, B) που μελετήθηκαν ήταν: 55

90 Υλικά και μέθοδοι - Ψωμιά που προέκυψαν από το αλεύρι σίτου εμπορίου: B 80 - Ψωμιά που προέκυψαν από το λεπτόκοκκο κλάσμα 1: B 25 - Ψωμιά που προέκυψαν από μίγμα αλεύρου (W 80 :W 25, σε αναλογία 1:1): B mix. Οι δείκτες στις ονομασίες των δειγμάτων αναφέρονται στη μέση κοκκομετρία (d 50 ) του εκάστοτε δείγματος αλεύρου. Στον πίνακα 4.1 παρουσιάζονται όλα τα ένζυμα και λοιπά αντιδραστήρια που χρησιμοποιήθηκαν για την περάτωση των τεχνικών και αναλύσεων της παρούσας διατριβής. 4.2 Μέθοδοι εξέτασης αλεύρων Χημικές αναλύσεις αλεύρων Προσδιορισμός μέσης κοκκομετρίας αλεύρων (d 50 ) Ο προσδιορισμός της μέσης κοκκομετρίας των δειγμάτων αλεύρου σίτου έγινε με τη βοήθεια μικροσκοπίου Olympus BX51 (Olympus corporation, Tokyo, Japan) και οι φωτογραφίες αναλύθηκαν με τη βοήθεια του λογισμικού επεξεργασίας εικόνας, ImageJ (version 1.47). Όλες οι φωτογραφίες τροποποιήθηκαν σε κλίμακα του γκρι (μορφή 8-bit, άσπρο - μαύρο). Ορίστηκε η κλίμακα μέτρησης για κάθε φωτογραφία, η οποία έδωσε τη δυνατότητα στο λογισμικό να υπολογίσει τις πραγματικές διαστάσεις των σωματιδίων, βασισμένες στις μετρήσεις των pixels. Από το μέγεθος των σωματιδίων που εμφανίζονται στις φωτογραφίες υπολογίστηκε η αθροιστική κατανομή του μεγέθους τους. Από το διάγραμμα της αθροιστικής κατανομής του μεγέθους των σωματιδίων, προσδιορίστηκε η διάμεσος της διαμέτρου των σωματιδίων (d 50 ) για κάθε δείγμα αλεύρου. 56

91 Υλικά και μέθοδοι Πίνακας 4.1. Ένζυμα και λοιπά αντιδραστήρια που χρησιμοποιήθηκαν για τις διαφορετικές αναλύσεις της παρούσας μελέτης. Ένζυμα Εταιρεία παραγωγής α-αμυλάση (από πάγκρεας χοίρου) Πεψίνη (από βλεννογόνο στομάχου χοίρου), P7012) Αμυλογλυκοσιδάση (από μύκητες του γένους Rhizopus) Οξειδάση της γλυκόζης (EC Type VII-S από Aspergillus niger) Sigma-Aldrich Co (Gillingham, Dorset) α-αμυλάση (από πάγκρεας χοίρου) Ιμβερτάση (από Saccharomyces cerevisiae) Θερμοανθεκτική α-αμυλάση (από Bacillus licheniformis) Υπεροξειδάση από χρένο (Cochlearia armoracia) (Type II) Megazyme International Ltd. (Bray, Wicklow, Ireland). Υπόλοιπα αντιδραστήρια 4 Αμινοαντιπυρίνη Άλας νατρίου του MOPS (3-(N-Morpholino)propanesulfonic) acid Δισόξινο φωσφορικό κάλιο (KH 2 PO 4 ) Δισόξινο φωσφορικό νάτριο (NaH 2 PO 4.2H 2 O και NaH 2 PO 4.7H 2 O) Θειικό αμμώνιο ((ΝΗ 4 ) 2 SO 4 ) p-υδροξυβενζοϊκό οξύ Νιτρικό νάτριο (NaNO 3 ) Χλωριούχο ασβέστιο (CaCl 2.H 2 O) Sigma-Aldrich Co (Gillingham, Dorset) Sigma-Aldrich Co (Gillingham, Dorset) Merck (Darmstadt, Germany) Merck (Darmstadt, Germany) ChemLab NV (Zedelgem, Belgium) Panreac Quimica SA (Barcelona, Spain) Panreac Quimica SA (Barcelona, Spain) AppliChem, GmbH (Darmstadt, Germany) 57

92 Υλικά και μέθοδοι Προσδιορισμός υγρασίας και τέφρας αλεύρων Ο προσδιορισμός της περιεκτικότητας των αλεύρων σίτου σε υγρασία και τέφρα έγινε σύμφωνα με τις επίσημες μεθόδους και της American Association of Cereal Chemists International (AACC International, 2010), αντίστοιχα. Προσδιορισμός υγρασίας: Τρία γραμμάρια (3g) από κάθε δείγμα (αλεύρι) ζυγίστηκαν με ακρίβεια και τοποθετήθηκαν για ξήρανση σε φούρνο (130 ο C, 1,5 h). Στη συνέχεια, τα δείγματα τοποθετήθηκαν σε ξηραντήρα μέχρι να αποκτήσουν τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και ακολούθως ζυγίστηκαν. Προσδιορισμός τέφρας: Ένα γραμμάριο (1g) από κάθε δείγμα (αλεύρι) ζυγίστηκε με ακρίβεια και τοποθετήθηκε σε κλίβανο (550 ο C, 5h). Στη συνέχεια, τα δείγματα τοποθετήθηκαν σε ξηραντήρα μέχρι να αποκτήσουν τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και ακολούθως ζυγίστηκαν. Τα αποτελέσματα εκφράστηκαν σε ποσοστό % ξηρού βάρους και κάθε τιμή ήταν ο μέσος όρος τριών μετρήσεων Προσδιορισμός περιεκτικότητας σε ολικό και μηχανικά θραυσμένο άμυλο των αλεύρων Προσδιορισμός ολικού αμύλου: Ο προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε ολικό άμυλο και μηχανικά θραυσμένο άμυλο έγινε με τη βοήθεια των κατάλληλων ενζυμικών kit της Megazyme International. Το ολικό άμυλο υπολογίστηκε μετρώντας τη γλυκόζη που απελευθερώθηκε ύστερα από την υδρόλυση του αμύλου με αμυλολυτικά ένζυμα (θερμοανθεκτική α-αμυλάση (Megazyme International, 3000 U/ml; 54 U/mg,) και αμυλογλυκοσιδάση (Megazyme International, 200 U/ml)). Αρχικά, 100mg δείγματος (αλεύρι, αλλά και δείγμα καθαρού αμύλου 58

93 Υλικά και μέθοδοι αραβοσίτου που χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο της ακρίβειας της μεθόδου) ενυδατώθηκαν με 80% v/v αιθανόλη. Έγινε προσθήκη της θερμοανθεκτικής α-αμυλάσης (300U, σε 3ml φωσφορικού ρυθμιστικού διαλύματος) και ακολούθησε επώαση των δειγμάτων σε βραστό νερό για 9min. Στη συνέχεια, προστέθηκαν 4ml ρυθμιστικού διαλύματος οξικού νατρίου (200mM, ph 4.5). Ακολούθησε υδρόλυση με αμυλογλυκοσιδάση (20U) στους 50 ο C για 60min. Μετά το πέρας της επώασης, τα δείγματα αραιώθηκαν μέχρι όγκο 100ml και σε ποσότητα 0,1ml (εις διπλούν) από το αραιωμένο διάλυμα μετρήθηκε η γλυκόζη με χρήση του ενζυμικού συστήματος οξειδάσης της γλυκόζης υπεροξειδάσης (Trinder, 1969). Αρχικά η γλυκόζη παρουσία της οξειδάσης της γλυκόζης οξειδώνεται σε γλυκονικό οξύ με ταυτόχρονη παραγωγή υπεροξειδίου του υδρογόνου, το οποίο παρουσία της υπεροξειδάσης, ενός φαινολικού παραγώγου (pυδροξυβενζοϊκό οξύ) και 4-αμινοαντιπυρίνης σχηματίζει μία ερυθρή χρωστική κινονιμίνης (quinoneimine). Αυτές οι αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα σε ph 7,4 με χρήση 50mM ρυθμιστικού διαλύματος KH 2 PO 4. Μετρήθηκε η απορρόφηση στα 510 nm. Η ποσότητα του ολικού αμύλου εκφράστηκε σε ισοδύναμα γλυκόζης (χρησιμοποιώντας πρότυπα διαλύματα γλυκόζης, 0,25-1 mg/ml) ως ποσοστό % αρχικού βάρους του δείγματος και κάθε τιμή ήταν ο μέσος όρος τριών μετρήσεων. Προσδιορισμός μηχανικά θραυσμένου αμύλου: Για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας των δειγμάτων αλεύρου σε μηχανικά θραυσμένο άμυλο απαιτήθηκαν ~100mg αλεύρου, τα οποία αρχικά επωάστηκαν με μυκητιακή (fungal) α-αμυλάση (στους 40 ο C για 10 min). Στη συνέχεια η αμυλάση αδρανοποιήθηκε με την προσθήκη θειικού οξέος. Ακολούθησε φυγοκέντρηση των δειγμάτων και παραλήφθηκε ποσότητα 0,1ml (εις διπλούν), η οποία επωάστηκε με αμυλογλυκοσιδάση (40 ο C, 10 min) και η γλυκόζη του απελευθερώθηκε προσδιορίστηκε με με χρήση του ενζυμικού συστήματος οξειδάσης της γλυκόζης - υπεροξειδάσης. 59

94 Υλικά και μέθοδοι Μετρήθηκε η απορρόφηση στα 510 nm. Η ποσότητα του μηχανικά θραυσμένου αμύλου εκφράστηκε σε ισοδύναμα γλυκόζης ως ποσοστό % αρχικού βάρους του δείγματος και κάθε τιμή ήταν ο μέσος όρος τριών μετρήσεων. Η παρουσία του μηχανικά θραυσμένου άμυλου εξετάστηκε και μικροσκοπικά, με τη βοήθεια του προαναφερθέντος μικροσκοπίου, Olympus BX51, με τη χρήση φακού πολωμένου φωτός Προσδιορισμός περιεκτικότητας των αλεύρων σε ολικές πεντοζάνες Η περιεκτικότητα των αλεύρων σε ολικές πεντοζάνες προσδιορίστηκε σύμφωνα με τη μέθοδο που προτάθηκε από τον Douglas (1981). Μια ποσότητα αλεύρου (~5mg) υπέστη όξινη υδρόλυση με διάλυμα οξικού οξέος, υδροχλωρικού οξέος και φλορογλυκίνης (phloroglucinol), υπό συνθήκες βρασμού. Η απορρόφηση του διαλύματος μετρήθηκε σε δύο μήκη κύματος (552nm και 510nm) και υπολογίστηκε η διαφορά των δύο τιμών. Το σύμπλοκο φουρφουράλης - φλορογλυκίνης που προέρχεται από τις πεντόζες δίνει πολύ καλή απορρόφηση στα 552nm, αλλά ελάχιστη στα 510nm. Αντίθετα, το σύμπλοκο φουρφουράλης - φλορογλυκίνης που προέρχεται από τις εξόζες δίνει την ίδια απορρόφηση στα 552nm και τα 510nm. Κατά συνέπεια, η διαφορά των απορροφήσεων στα δύο μήκη κύματος επιτρέπει την ποσοτικοποίηση των πεντοζών. Για τον προσδιορισμό, κατασκευάστηκε πρότυπη καμπύλη αναφοράς από διαλύματα γνωστής συγκέντρωσης ξυλόζης ( μg/ml). Τα αποτελέσματα εκφράστηκαν σε ποσοστό % ξηρού βάρους και κάθε τιμή ήταν ο μέσος όρος τριών μετρήσεων. 60

95 Υλικά και μέθοδοι Προσδιορισμός χρωματικών παραμέτρων των αλεύρων Ο προσδιορισμός των χρωματικών παραμέτρων των αλεύρων (τιμές L*, a* and b*) έγινε με τη χρήση χρωματόμετρου (CR-400/410, Konica Minolta, Kyoto, Japan), αφού πρώτα έγινε η βαθμονόμησή του με λευκό πλακίδιο (L* = 96.9, a* = -0.04, b* = 1.84). Η κάθε τιμή που προέκυψε ήταν ο μέσος όρος πέντε μετρήσεων Εκχύλιση και καθαρισμός υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών Οι υδατοδιαλυτές αραβινοξυλάνες εκχυλίστηκαν και καθαρίστηκαν σύμφωνα με τη μέθοδο που περιγράφηκε από τους Izydorczyk et al. (1990). Στο σχήμα 4.1 παρουσιάζεται διαγραμματικά η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την απομόνωση και τον καθαρισμό των κλασμάτων υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών από τα άλευρα σίτου. Πριν την εκχύλιση, μια ποσότητα αλεύρου (~100g) αναμίχθηκε με 1 L μίγματος αιθανόλης: νερού (αναλογία 90:10) και υπέστη διεργασία βρασμού κατ αντιρροή (reflux 85 ο C, 2h) και ξήρανση του αλεύρου μετά από διήθηση του μίγματος. Η εν λόγω διεργασία κρίθηκε αναγκαία, προκειμένου να αποφευχθεί ο αποπολυμερισμός των αραβινοξυλανών από τις ενδογενείς ξυλανάσες, ενώ παράλληλα απομάκρυνε λιπίδια και μικρού μοριακού βάρους σάκχαρα από το αλεύρι. Η υδατική εκχύλιση του αλεύρου πραγματοποιήθηκε με ανάμιξη του με νερό (αναλογία αλεύρου: νερό = 1:5) σε μπλέντερ για 15 min, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Στη συνέχεια, το μίγμα φυγοκεντρήθηκε (στα g για 20min) και το υπερκείμενο υγρό φιλτραρίστηκε σε κοινό διηθητικό ηθμό και συμπυκνώθηκε υπό κενό (95 ο C), σε περιστροφικό εξατμιστή υγρών (rotary evaporator). Ακολούθησε η ανάμιξη του με γη διατόμων (Fuller s earth 20 g/l) και η συνεχής ανάδευση του μίγματος 61

96 Υλικά και μέθοδοι για 30 min, ώστε να απομακρυνθούν οι πρωτεΐνες και εν συνεχεία διήθηση για απομάκρυνση του προσροφητικού υλικού. Τα εκχυλίσματα επωάστηκαν με α-αμυλάση (ph 6.9, 37 o C, 18h) και ακολούθησε εκτενής διαπίδυση (exhaustive dialysis) με αποσταγμένο νερό. Η α-αμυλάση αδρανοποιήθηκε με θέρμανση των διαλυμάτων στους 90 o C για 30 min και, στη συνέχεια, το κατακρημνισμένο υλικό απομακρύνθηκε με φυγοκέντρηση (στα 2450 g για 20 min). Στο υπερκείμενο υγρό πραγματοποιήθηκε επιλεκτική κατακρήμνιση με θειικό αμμώνιο (NH 4 ) 2 SO 4, (βαθμός κορεσμού: 95%) και παρέμεινε σε ηρεμία για 18h σε θερμοκρασία δωματίου. Για να παραληφθεί το κατακρημνισμένο υλικό, το διάλυμα φυγοκεντρήθηκε εκ νέου (στα 2450 g για 20 min), επαναδιαλυτοποιήθηκε με αποσταγμένο νερό και υπέστη εκτενή διαπίδυση, ώστε να απομακρυνθεί πλήρως το θειικό αμμώνιο ((NH 4 ) 2 SO 4 ). Τέλος, το διάλυμα λυοφιλιώθηκε, ώστε να παραληφθεί το κλάσμα των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών του δείγματος. Το λυοφιλιωμένο κλάσμα ζυγίστηκε προκειμένου να υπολογιστεί η περιεκτικότητα του αλεύρου σε υδατοδιαλυτές αραβινοξυλάνες. Κάθε τιμή αποτελεί το μέσο όρο δύο απομονώσεων και τα αποτελέσματα εκφράστηκαν σε g/100g ξηρής μάζας του αρχικού αλεύρου. 62

97 Υλικά και μέθοδοι Σχήμα 4.1 Απομόνωση κλάσματος υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών από άλευρα σίτου. 63

98 Υλικά και μέθοδοι Προσδιορισμός φαινομενικού μοριακού βάρους των απομονωμένων υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών Ο προσδιορισμός του φαινομενικού μοριακού βάρους της κορυφής (Mp) των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών προσδιορίστηκε σε σύστημα Χρωματογραφίας Αποκλεισμού Μεγέθους Υψηλής Απόδοσης (High Performance Size Exclusion Chromatography - HPSEC). Το σύστημα αποτελούνταν από: α) αντλία (Marathon IV, Rigas Labs, Greece) β) χειροκίνητη βαλβίδα εισαγωγής του δείγματος με βρόγχο 200μL γ) προστήλη (TSK PWH, TosoHaas GmbH, Stuttgart, Germany) δ) δύο στήλες συνδεμένες σε σειρά (TSKgel G6000PW and TSKgel G5000PW, TosoHaas GmbH, Stuttgart, Germany) και ε) ανιχνευτή δείκτη διάθλασης (Refractive Index detector, RI) (ERC-7515A, ERC-Inc. Nishiaoki, Kawaguchi-City, Japan). Η κινητή φάση που χρησιμοποιήθηκε ήταν διάλυμα νιτρικού νατρίου (0,15M), το οποίο περιείχε αζίδιο (NaN 3 ) 0,02%. Πρώτα διηθήθηκε σε μεμβράνη από πολυαμίδιο με διάμετρο πόρων 0,45μm (SMI- Lab Hut Ltd.) και πριν την κυκλοφορία της στο σύστημα, απαερώθηκε με ήλιο (He). Η ταχύτητα ροής της κινητής φάσης ρυθμίστηκε στα 0,5 ml/min, ο χρόνος της ανάλυσης ήταν 90 min και η όλη διαδικασία έλαβε χώρα σε θερμοκρασία δωματίου. Τα πρότυπα δείγματα αραβινοξυλανών που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή της πρότυπης καμπύλης προσδιορισμού του Mp των απομονωθέντων αραβινοξυλανών στην παρούσα μελέτη, είχαν απομονωθεί και το απόλυτο μοριακό βάρος της κορυφής έκλουσης τους είχε προσδιοριστεί σε παρόμοιο HPLC σύστημα χρησιμοποιώντας ανιχνευτή σκεδασμού του φωτός υπό πολλαπλές γωνίες (multiple angle laser light scattering, MALLS), όπως αναλυτικά περιγράφεται από τους Skendi et al. (2011) (Πίνακας 4.2): 64

99 Υλικά και μέθοδοι Πίνακας 4.2. Πρότυπα δείγματα αραβινοξυλανών που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή πρότυπης καμπύλης στο σύστημα HPSEC-RI (Skendi et al., 2011). Ποικιλία από την οποία απομονώθηκε το πρότυπο M p (Da) Dodoni Generozo Strimonas Dion Τα δείγματα διαλυτοποιήθηκαν σε νερό (κατάλληλο για ανάλυση σε διατάξεις HPLC), με θέρμανση στους 85 ο C, μέχρι την πλήρη διαλυτοποίησή τους και, στη συνέχεια, διηθήθηκαν με μεμβράνη πολυαμιδίου διαμέτρου πόρων 0,22μm (BGB Analytik AG USA LCC). Το HPLC σύστημα διέθετε το λογισμικό ChromeQuest (έκδοση 2.51). Κάθε τιμή Μp αποτελεί το μέσο όρο τεσσάρων εκλούσεων Χαρακτηρισμός πρωτοταγούς δομής των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών με χρήση πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) Ποσότητα 8mg των απομονωμένων αραβινοξυλανών διαλυτοποιήθηκε με 0.6ml D 2 O. Πενήντα (50) μl DSS προστέθηκαν στο κάθε δείγμα ως ένωση αναφοράς. Γενικά, οι αραβινοξυλάνες σχηματίζουν διαλύματα υψηλού ιξώδους που έχει ως αποτέλεσμα να δίνουν ευρείες, αλληλεπικαλυπτόμενες κορυφές στα φάσματα NMR. Για το λόγο αυτό, η λήψη των φασμάτων συνήθως γίνεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες φτάνοντας στους ο C Στις συγκεντρώσεις που χρησιμοποιήθηκαν, επιτεύχθηκε η καλύτερη αναλογία σήμα προς θόρυβο (signal-to-noise) και με τον τρόπο αυτό διευκολύνθηκε η ανάλυση των φασμάτων. Τα φάσματα 65

100 Υλικά και μέθοδοι καταγράφηκαν στους 40 0 C σε πεδίο 600 MHz και φασματογράφο Varian χρησιμοποιώντας σωληνίσκους NMR NOREL 509UP, 5mm. O παλμός των 90 o υπολογίστηκε στα 8,1 μs και ο χρόνος εφησυχασμού (Relaxation Delay - RD) τέθηκε ίσος με 10,5 s για τη λήψη ποσοτικών φασμάτων. Συνολικά, ελήφθησαν 64 σαρώσεις, με εύρος φάσματος 4200 Hz και χρήση 16 K σημείων (complex points). Η επεξεργασία των ληφθέντων φασμάτων (μετασχηματισμός Fourier, διόρθωση γραμμής βάσης, διόρθωση φάσης, ολοκλήρωση κορυφών, επιλογή κορυφής αναφοράς του DSS στα 0ppm, καταστολή σήματος νερού) πραγματοποιήθηκε με το λογισμικό MestReNova (Mestrelab Research). Η κατανόηση της δομής βασίστηκε σε προηγούμενες μελέτες (Skendi et al., 2011; Hoffmann et al., 1992) και ταυτοποιήθηκε με τη χρήση διδιάστατης φασματοσκοπίας 2D NMR. Επειδή ο σκοπός της συγκεκριμένης ανάλυσης ήταν ο υπολογισμός των αναλογιών μεταξύ των μη-, μόνο- και δι- υποκατεστημένων μονομερών αραβινόζης, δεν επιχειρήθηκε ξανά η πλήρης ταυτοποίηση στα πλαίσια της παρούσας μελέτης. 4.3 Μέθοδοι ανάλυσης ζυμαριών Παρασκευή ζυμαριών Τα ζυμάρια από τα άλευρα σίτου που εξετάστηκαν στην παρούσα μελέτη, παρασκευάσθηκαν με ζύμωμα (με το χέρι) σε αναλογία αλεύρου:νερού = 56:44 (w/w ξηρής μάζας αλεύρου) και ο χρόνος ζυμώματος ήταν 5 λεπτά. Πριν την εξέταση, όλα τα δείγματα τυλίχθηκαν με προσοχή με μεμβράνη τροφίμων (σελοφάν), ώστε να αποφευχθεί η απώλεια υγρασίας από τα δείγματα, και παρέμειναν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος για τουλάχιστον 20 min. 66

101 Υλικά και μέθοδοι ζυμάρια Μηχανικές δοκιμές μεγάλων παραμορφώσεων στα Οι μηχανικές δοκιμές που εφαρμόσθηκαν για την ανάλυση των δειγμάτων ζυμαριών ήταν η ανάλυση του προφίλ της υφής (Texture Profile Analysis TPA) και η δοκιμή χαλάρωσης της τάσης (Stress Relaxation). Πραγματοποιήθηκαν σε αναλυτή υφής (texture analyser) TA-XT 2 (Stable Microsystems, Godalming, Surrey, UK). Το έμβολο συμπίεσης που χρησιμοποιήθηκε ήταν κυλινδρικό με διάμετρο 75mm (SMS P/75). Κάθε δείγμα ζυμαριού που εξετάστηκε, κόπηκε σε κυλινδρικά τεμάχια με τη βοήθεια μεταλλικής μήτρας (διάμετρος 25mm και ύψος 15mm), τυλίχθηκε εκ νέου με μεμβράνη τροφίμων (σελοφάν), και αφέθηκε για χαλάρωση για 20min σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Πριν την εξέταση, ο αναλυτής υφής βαθμονομήθηκε με πρότυπο βάρους 5kg. Το δείγμα τοποθετήθηκε μεταξύ του εμβόλου και της οριζόντιας βάσης του οργάνου για να πραγματοποιηθούν οι δοκιμές Ανάλυση του προφίλ υφής ζυμαριών (TPA) Η ανάλυση του προφίλ υφής είναι μία δοκιμή που περιλαμβάνει δύο κύκλους παραμόρφωσης του δείγματος. Ο κάθε κύκλος περιλαμβάνει ένα στάδιο συμπίεσης του δείγματος, ακολουθούμενο από το στάδιο της αποσυμπίεσης (επαναφορά του εμβόλου στην αρχική του θέση). Κατά την ανάλυση του προφίλ υφής των δειγμάτων ζυμαριών, η ταχύτητα του εμβόλου ήταν 0,5 mm/s, η παραμόρφωση στην οποία υποβλήθηκαν τα ζυμάρια ήταν 60% και ο χρόνος παραμονής του εμβόλου στη θέση τελικής παραμόρφωσης, μεταξύ των δύο κύκλων συμπίεσης, ήταν 5 sec. 67

102 Υλικά και μέθοδοι Οι παράμετροι υφής που προσδιορίστηκαν κατά τη συγκεκριμένη δοκιμή ήταν οι εξής: σκληρότητα, συνεκτικότητα, ελαστικότητα, προσκολλητικότητα, κομμιώδης χαρακτήρας. Ο τρόπος υπολογισμού τους δίνεται παρακάτω (Σχήμα 4.2). Σχήμα 4.2. Αντιπροσωπευτικό γράφημα της ανάλυσης του προφίλ υφής (Ferreira et al., 2006). Σκληρότητα (hardness): η μέγιστη δύναμη που σημειώνεται κατά την 1 η συμπίεση (F max ).Υπολογίζεται σε μονάδες δύναμης (Newtons). Συνεκτικότητα (consistency): είναι το άθροισμα του εμβαδού της 1 ης και της 2 ης κορυφής συμπίεσης. (Επιφάνεια 1 + επιφάνεια 2) Υπολογίζεται σε μονάδες έργου. Ελαστικότητα (springiness): Είναι ο λόγος της απόστασης που διανύει το έμβολο από το σημείο της έναρξης της κορυφής της 2 ης συμπίεσης έως το σημείο που παρατηρείται η αντίστοιχη μέγιστη δύναμη (απόσταση 2) προς την απόσταση που διανύει το έμβολο από το σημείο της έναρξης της 68

103 Υλικά και μέθοδοι κορυφής της 1 ης συμπίεσης έως το σημείο που παρατηρείται η αντίστοιχη μέγιστη δύναμη (απόσταση 1). Πρόκειται για αδιάστατο μέγεθος. Προσκολλητικότητα (adhesiveness): είναι το εμβαδόν της αρνητικής κορυφής που παρατηρείται κατά την αποσυμπίεση του προϊόντος που μεσολαβεί ανάμεσα στους δύο κύκλους συμπίεσης και μετριέται σε μονάδες έργου. Κομμιώδης χαρακτήρας (gumminess): Είναι το γινόμενο της σκληρότητας επί τη συνοχή (cohesiveness) (Συνοχή: εμβαδόν κορυφής 2 ης συμπίεσης / εμβαδόν κορυφής 1 ης συμπίεσης). Μετριέται σε μονάδες δύναμης. Ικανότητα (δυσκολία) μάσησης (chewiness): είναι το γινόμενο της σκληρότητας επί τη συνοχή επί την ελαστικότητα και μετριέται σε μονάδες δύναμης. Δεν έχει ιδιαίτερη σημασία για την εξέταση του ζυμαριού, αλλά όπως θα αναφερθεί στη συνέχεια, έχει μεγάλη σημασία για την εξέταση της ψίχας των ψωμιών. Όλες οι παράμετροι υπολογίστηκαν με τη χρήση του λογισμικού Texture Expert (version 1.22) και το Microsoft Excel Κάθε τιμή των παραπάνω παραμέτρων αποτελούσε το μέσο όρο έξι επαναλήψεων Δοκιμή χαλάρωσης της τάσης (stress relaxation) Η δοκιμή χαλάρωσης της τάσης που εφαρμόστηκε στην παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε αμέσως μετά από μονοαξονική συμπίεση (uniaxial compression) σε ζυμάρι, το οποίο προηγουμένως είχε υποστεί λίπανση (lubricated squeezing flow, LSF). Το δείγμα ζυμαριού, που επρόκειτο να εξεταστεί, λιπάνθηκε επιφανειακά με λεπτό στρώμα παραφινέλαιου και, στη συνέχεια, τοποθετήθηκε μεταξύ του εμβόλου και της επιφάνειας - βάσης του οργάνου. Οι συνθήκες που χρησιμοποιήθηκαν κατά τη δοκιμή ήταν οι ακόλουθες: η ταχύτητα του εμβόλου ήταν 0,5 mm/s 69

104 Υλικά και μέθοδοι και η παραμόρφωση στην οποία υποβλήθηκαν τα ζυμάρια ήταν 40% (Fustier et al. 2007). Με το πέρας της συμπίεσης που διήρκησε 26 sec, η εφαρμοζόμενη τάση απομακρύνθηκε και καταγράφηκε η χαλάρωση της τάσης του εξεταζόμενου ζυμαριού για 180 sec (Σχήμα 4.3). Τα πειραματικά δεδομένα, που προέκυψαν κατά τη δοκιμή χαλάρωσης τάσης, προσαρμόστηκαν στο τροποποιημένο, μη-γραμμικό μοντέλο Maxwell, που προτάθηκε από τους Bartolucci and Launay (2000): σ(t) = σ i [1 + k((1/n)-1)t] n/(n-1) όπου σ είναι η τάση σε οποιαδήποτε χρόνο (t), σ i η τάση σε χρόνο t = 0 (έναρξη χαλάρωσης), k είναι η σταθερά ρυθμού χαλάρωσης της τάσης και n είναι ο δείκτης συμπεριφοράς στη ροή. Οι παράμετροι που προσδιορίστηκαν από τη δοκιμή συμπίεσης σε λιπασμένο ζυμάρι - χαλάρωσης της τάσης ήταν: α) η μέγιστη δύναμη (F max ) που σημειώθηκε κατά τη συμπίεση του δοκιμίου ζυμαριού και αποτελεί δείκτη της σκληρότητας του, β) ο χρόνος ημίσειας χαλάρωσης (Tla), γ) η σταθερά ρυθμού χαλάρωσης, k δ) ο δείκτης συμπεριφοράς στη ροή, n ε) το εκτατικό ιξώδες (elongational viscosity). 70

105 Υλικά και μέθοδοι Σχήμα 4.3. Αντιπροσωπευτικό γράφημα της δοκιμής χαλάρωσης τάσης. Πιο συγκεκριμένα, η σκληρότητα (hardness, F max ) αποτελεί τη μέγιστη δύναμη συμπίεσης που εμφανίζεται κατά την έναρξη της χαλάρωσης. Ο χρόνος ημίσειας χαλάρωσης (Tla) είναι ο χρόνος που απαιτείται για να μειωθεί η μέγιστη δύναμη συμπίεσης στο μισό (F max /2). Υψηλές τιμές Τla, αποτελούν ένδειξη μεγαλύτερης ταχύτητας ανάκτησης του αρχικού σχήματος του ζυμαριού. Η σταθερά ρυθμού χαλάρωσης της τάσης (k) είναι ο ρυθμός απόσβεσης των εσωτερικών τάσεων που αναπτύσσονται στο ζυμάρι. Υψηλή τιμή k υποδηλώνει ότι η χαλάρωση των τάσεων στο ζυμάρι γίνεται με γρήγορο ρυθμό, με αποτέλεσμα οι εσωτερικές τάσεις του ζυμαριού που είναι υπεύθυνες για την επαναφορά στο αρχικό σχήμα να είναι μικρότερες (Fustier et al. 2007). Τέλος, το εκτατικό ιξώδες υπολογίζεται από τον τύπο: 2Fh/R 2 V z 71

106 Υλικά και μέθοδοι όπου, F: μέγιστη δύναμη, F max (N) h: ύψος του ζυμαριού στο τέλος της παραμόρφωσης (σε mm εδώ: 9mm) R: ακτίνα του ζυμαριού στο τέλος της παραμόρφωσης (σε mm) V z : ταχύτητα εμβόλου (σε mm/s) Κάθε τιμή των παραπάνω παραμέτρων αποτελούσε το μέσο όρο έξι επαναλήψεων Δοκιμή ερπυσμού - ανάκτησης (creep recovery test) Η δοκιμή ερπυσμού ανάκτησης πραγματοποιήθηκε σε περιστροφικό ρεόμετρο Paar Physica MCR 300 (Physica Messtechnic GmbH, Stuttgart, Germany). Χρησιμοποιήθηκε η διάταξη παράλληλων πλακών με περιστρεφόμενη πλάκα διαμέτρου 50 mm. Η θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της δοκιμής ρυθμίστηκε στους 25 ο C (ακρίβεια ±0.1 o C) με σύστημα Peltier (TEZ 150P/MCR) και με τη βοήθεια ενός υδατόλουτρου με ανακυκλοφορία νερού (Paar Physica) για την αποφυγή υπερθέρμανσης. Η εφαρμοζόμενη τάση ρυθμίστηκε στα 150 Pa και η απόσταση μεταξύ των δύο πλακών ρυθμίστηκε στα 2mm. Το δείγμα απομακρύνθηκε από το αρχικό ζυμάρι προσεκτικά, με τη βοήθεια μιας σπάτουλας, και τοποθετήθηκε στη βάση του οργάνου. Όταν το έμβολο κατέβηκε σε απόσταση ελάχιστα μεγαλύτερη από τα 2mm, η ποσότητα δείγματος που προεξείχε απομακρύνθηκε προσεκτικά. Πριν την έναρξη κάθε μέτρησης, το δείγμα αφέθηκε να χαλαρώσει για 15min σε θερμοκρασία δωματίου. Η αποφυγή της απώλειας υγρασίας επιτεύχθηκε με την τοποθέτηση παγίδας διαλύτη και βρεγμένου βαμβακιού γύρω από το δείγμα. Η συγκεκριμένη μέθοδος έχει αποδειχτεί αποτελεσματική για τον περιορισμό της απώλειας 72

107 Υλικά και μέθοδοι υγρασίας, για χρονικό διάστημα μεγαλύτερο της μίας ώρας. Τα δεδομένα των ρεολογικών μετρήσεων αναλύθηκαν με τη βοήθεια του λογισμικού προγράμματος US200 V2.21. Τα δεδομένα της δοκιμής ερπυσμού ανάκτησης μπορούν να περιγραφούν ως συνάρτηση της ενδοτικότητας ερπυσμού (J) με το χρόνο. Ως ενδοτικότητα ενός ιξωδοελαστικού υλικού ορίζεται το αντίστροφο του μέτρου ελαστικότητας ή μέτρο του Young (E=σ/γ), επομένως J=γ/σ, όπου γ είναι η παραμόρφωση του δείγματος και σ είναι η εφαρμοζόμενη τάση (Steffe, 1992). Τα δεδομένα της καμπύλης ενδοτικότητας προσαρμόστηκαν ικανοποιητικά στο μοντέλο Burgers (Σχήμα 4.4): J (t) = J (0) + J m (1 exp(-t/λ)) + t/η 0 για τη φάση ερπυσμού και J (t) = J max J o J m (1 exp(-t/λ)) για τη φάση ανάκτησης (Lazaridou et al., 2007) όπου J max : η μέγιστη ενδοτικότητα ερπυσμού, J o η στιγμιαία ενδοτικότητα, J m η ιξωδοελαστική ενδοτικότητα, n 0: ιξώδες μηδενικού ρυθμού διάτμησης και λ: ο μέσος χρόνος καθυστέρησης J e και J v : το ελαστικό και το ιξώδες τμήμα, αντίστοιχα, της μέγιστης ενδοτικότητας ερπυσμού, μετά την απομάκρυνση της τάσης Κάθε τιμή των παραπάνω παραμέτρων αποτελούσε το μέσο όρο πέντε επαναλήψεων. 73

108 Υλικά και μέθοδοι Σχήμα 4.4. Περιγραφή του μοντέλου Burgers σε αντιπροσωπευτική καμπύλη δοκιμής ερπυσμού ανάκτησης (Lazaridou and Biliaderis, 2009). αλεύρων Διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης σε αιωρήματα Η ανάλυση διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης πραγματοποιήθηκαν σε θερμιδόμετρο Pyris Diamond DSC (Perkin Elmer Instruments, Shelton, USA). Το ίνδιο χρησιμοποιήθηκε για τη βαθμονόμηση του οργάνου, ενώ ο αέρας (άδειο καψύλλιο) χρησιμοποιήθηκε ως δείγμα αναφοράς (reference). Τα δείγματα που εξετάστηκαν ήταν 20-25mg αιωρήματος αλεύρου (αναλογία αλεύρου:νερό = 35:65) και είχαν σφραγιστεί ερμητικά σε κατάλληλα 74

109 Υλικά και μέθοδοι καψύλλια για δοκιμές θερμιδομετρίας από ανοξείδωτο ατσάλι. Το προφίλ θέρμανσης που επιλέχθηκε για τη δοκιμή περιελάμβανε θέρμανση από τους 5 έως τους 130 o C, με σταθερό ρυθμό θέρμανσης 5 ο C/min. Προσδιορίστηκαν οι εξής παράμετροι: α) η θερμοκρασία έναρξης ζελατινοποίησης του αμύλου (gelatinization onset temperature, T o ) β) η θερμοκρασία ζελατινοποίησης του αμύλου (gelatinization peak temperature, T p ), και γ) η φαινομενική ενθαλπία ζελατινοποίησης του αμύλου (starch gelatinization enthalpy, ΔH gel ). Ο υπολογισμός των παραπάνω παραμέτρων από τα θερμογραφήματα πραγματοποιήθηκε με το λογισμικό Pyris software (Perkin Elmer). Κάθε τιμή τους αποτελούσε το μέσο όρο τριών επαναλήψεων. των αλεύρων Εμπειρικές μέθοδοι μελέτης ρεολογικών χαρακτηριστικών Τα ρεολογικά χαρακτηριστικά των αλεύρων εκτιμήθηκαν και με εμπειρικές μεθόδους, όπως ο φαρινογράφος (farinograph) και ο εκτατογράφος (extensigraph) Μελέτη της απορρόφησης νερού από το αλεύρι και της συμπεριφοράς του σχηματιζόμενου ζυμαριού με φαρινογράφο Ο φαρινογράφος που χρησιμοποιήθηκε ήταν της εταιρείας Brabender (Duisburg, Germany) και η εξέταση των δειγμάτων έγινε με 75

110 Υλικά και μέθοδοι βάση την επίσημη μέθοδο ICC-standard 115/1 (1992b). Περίπου 300g αλεύρου ζυγίστηκαν και τοποθετήθηκαν στον ειδικό θάλαμο ανάμιξης του φαρινογράφου. Πριν την εξέταση, το αλεύρι αναμίχθηκε για 1min, ώστε να αποκτήσει την κατάλληλη θερμοκρασία. Έπειτα, προστέθηκε νερό με τη βοήθεια προχοΐδας, θερμοκρασίας 30 ο C. Η θερμοκρασία του νερού είναι σημαντική παράμετρος κατά την εξέταση με το φαρινογράφο, και δεν πρέπει να αποκλίνει από τους 30 ο C περισσότερο από 0.2 ο C, γι αυτό και ρυθμίζεται από υδατόλουτρο με επανακυκλοφορία νερού. Η ποσότητα νερού που χρησιμοποιήθηκε αρχικά υπολογίστηκε από το λογισμικό του οργάνου (BRABENDER Farinograph σύμφωνα με την υγρασία του αλεύρου που του δόθηκε. Εξετάστηκε η συμπεριφορά του σχηματιζόμενου ζυμαριού για 20min. Η πρώτη εξέταση ήταν δοκιμαστική, ώστε να υπολογιστεί η απόκλιση της καμπύλης από τα 500BU, με βάση την ποσότητα νερού που προσθέσαμε. Με βάση την πρώτη καμπύλη, το λογισμικό έδωσε τη διορθωμένη τιμή του νερού που έπρεπε να προστεθεί στο συγκεκριμένο αλεύρι, ώστε να προκύψει καμπύλη με συνεκτικότητα εντός των ορίων της ορθής μέτρησης (500 ± 20BU). Στη συνέχεια, το αλεύρι εξετάστηκε με βάση τη διορθωμένη ποσότητα νερού. Οι παράμετροι που προσδιορίστηκαν με το φαρινογράφο ορίζονται παρακάτω (Σχήμα 4.5): 76

111 Υλικά και μέθοδοι Σχήμα 4.5. Αντιπροσωπευτικό φαρινογράφημα με περιγραφή των παραμέτρων που υπολογίζονται ( Απορρόφηση νερού (διόρθωση για συνεκτικότητα 500FU): είναι η ποσοτητα του νερού που απαιτείται για συγκεκριμένη ποσότητα αλεύρου, ώστε το σχηματιζόμενο ζυμάρι να αποκτήσει συγκεκριμένη συνεκτικότητα. Η ποσότητα αλεύρου που χρησιμοποιείται είναι συνήθως 50 ή 300g, ενώ η τιμή συνεκτικότητας είναι τα 500 FU (τιμή στην οποία θα πρέπει να κεντράρεται η καμπύλη του φαρινογραφήματος). Απορρόφηση νερού (διόρθωση για συνεκτικότητα ζυμαριού, με υγρασία αλεύρου 14%): είναι η ποσότητα του νερού που απαιτείται για συγκεκριμένη ποσότητα αλεύρου (50 ή 300g), υγρασίας 14% ώστε το σχηματιζόμενο ζυμάρι να αποκτήσει συγκεκριμένη συνεκτικότητα (500FU). Χρόνος ανάπτυξης: Γνωστός και ως χρόνος ανάμιξης ή χρόνος κορυφής. Είναι ο χρόνος που απαιτείται ώστε η καμπύλη του φαρινογραφήματος να φτάσει στη μέγιστη τιμή της, μετρούμενος από την έναρξη της ανάμιξης. 77

112 Υλικά και μέθοδοι Σταθερότητα: Η διαφορά (σε min) μεταξύ του σημείου που η καμπύλη «φτάνει» στα 500FU (χρόνος άφιξης) και το σημείο που η καμπύλη κατεβαίνει κάτω από τα 500FU (χρόνος αναχώρησης). Βαθμός εξασθένησης (10min από την έναρξη): είναι η διαφορά σε FU μεταξύ του σημείου που η καμπύλη φτάνει τα 500FU και του σημείου που βρίσκεται η καμπύλη 10min αργότερα. Βαθμός εξασθένησης (12 λεπτά από το μέγιστο): είναι η διαφορά σε FU μεταξύ του σημείου που η καμπύλη φτάνει τη μέγιστη τιμή της και του σημείου που βρίσκεται η καμπύλη 12min αργότερα Μελέτη της συμπεριφοράς του ζυμαριού κατά την έκταση με εκτατογράφο Αρχικά, σχηματίστηκε ένα δείγμα ζυμαριού στο φαρινογράφο, με βάση την απαιτούμενη ποσότητα νερού που υπολογίσθηκε προηγούμενα. Στο προς εξέταση αλεύρι προστέθηκαν με ακρίβεια 6g NaCl (2% του αλεύρου) και παρακολουθήθηκε η συμπεριφορά του ζυμαριού για 5min. Αν η καμπύλη του φαρινογράφου κυμαινόταν εντός των επιθυμητών ορίων (500 ± 20BU), τότε το σχηματιζόμενο ζυμάρι ήταν έτοιμο για εξέταση στον εκτατογράφο. Αν όχι, τότε η διαδικασία επαναλαμβάνονταν από την αρχή, μέχρι να σχηματιστεί ένα ζυμάρι κατάλληλο για εξέταση. Αφού το ζυμάρι παραλήφθηκε από το φαρινογράφο, ακολούθησε η εξέτασή του στον εκτατογράφο (Brabender, Duisburg, Germany). Δύο δείγματα ζυμαριού σχηματίστηκαν (από περίπου 150g), πλάστηκαν σε στρογγυλό σχήμα αρχικά και, εν συνεχεία, μορφοποιήθηκαν σε κυλινδρικό σχήμα και τοποθετήθηκαν στη στόφα του εκτατογράφου (30 ± 2 ο C). Μετά από 45, 90 και 135min χαλάρωσης των ζυμαριών στη στόφα, κάθε ένα υπέστη έκταση στον εκτατογράφο με τη χρήση ενός γάντζου, όπως περιγράφεται από την επίσημη μέθοδο ICC-standard 114/1 (1992a), ενώ 78

113 Υλικά και μέθοδοι καταγράφονταν η δύναμη που απαιτούνταν για την έκταση του ζυμαριού ως συνάρτηση της παραμόρφωσης (απόστασης) (Σχήμα 4.6). Οι παράμετροι του εκτατογράφου που προσδιορίστηκαν δίνονται παρακάτω (Hadnađev et al., 2011): Σχήμα 4.6. Αντιπροσωπευτικό εκτατογράφημα με περιγραφή των παραμέτρων που υπολογίζονται ( (Μέγιστη) Αντίσταση στην έκταση: είναι η μέγιστη αντίσταση ή η αντίσταση του ζυμαριού στα πρώτα 5cm από την αρχή της έκτασης (stretching) (εκφρασμένη σε BU). Η δεύτερη παράμετρος είναι προτιμότερη στα εργαστήρια ανάλυσης δημητριακών, καθώς δίνει τη δυνατότητα μέτρησης της αντίστασης σε δεδομένη τιμή έκτασης, επομένως επιτρέπει τη σύγκριση διαφορετικών δειγμάτων μεταξύ τους. Εκτατότητα: αντιπροσωπεύει την απόσταση (σε mm) που διανύει το ζυμάρι κατά την έκτασή του, έως τη στιγμή που κόβεται (διάρρηξη). Ενέργεια: η επιφάνεια (εκφρασμένη σε cm 2 ) που περιλαμβάνεται κάτω από την καμπύλη του εκτατογραφήματος και αντιστοιχεί στην ενέργεια που απαιτείται για να εκταθεί ένα ζυμάρι μέχρι τη στιγμή που κόβεται. 79

114 Υλικά και μέθοδοι Αναλογία της αντίστασης προς την εκτατότητα: είναι ο λόγος της αντίστασης στην έκταση προς την εκτατότητα. Υψηλές τιμές της αναλογίας καταδεικνύουν αδύνατα ζυμάρια (φτωχή γλουτένη), τα οποία καταλήγουν σε αρτοσκευάσματα με μικρό όγκο. 4.4 Αναλύσεις και δοκιμές σε ψωμιά Διαδικασία αρτοποίησης Η συνταγή που ακολουθήθηκε για την παρασκευή των εργαστηριακών ψωμιών δίνεται στον Πίνακα 4.3. Πίνακας 4.3. Σύσταση των δειγμάτων ψωμιού. Συστατικά (% ξηρή μάζα αλεύρου) Αλεύρι 100 Νερό 82 Ζάχαρη 2 Αλάτι 1 Ηλιέλαιο 1 Ξηρή μαγιά 2 Παρασκευάστηκαν τρία διαφορετικά είδη δειγμάτων (ψωμιών): α) ψωμί 100% από μητρικό αλεύρι (W 80 ) (ονομάστηκε B 80 ) β) ψωμί από μίγμα μητρικού αλεύρου (W 80 ) και λεπτόκοκκο αλεύρου 1 (W 25 ), σε αναλογία 50:50 (ονομάστηκε B mix ) γ) ψωμί 100% από λεπτόκοκκο αλεύρι 1 (W 25 ) (ονομάστηκε B 25 ). Η αρτοποίηση που ακολουθήθηκε περιελάμβανε τα εξής στάδια: α) ανάμιξη όλων των συστατικών (εκτός του νερού και του ηλιέλαιου) για 1min, μίξερ (ταχύτητα 1) 80

115 Υλικά και μέθοδοι β) προσθήκη νερού και ηλιέλαιου, και ανάμιξη όλων των συστατικών για 5 λεπτά (ταχύτητα 1) γ) μηχανικό πλάσιμο του σχηματιζόμενου ζυμαριού για 10min δ) χωρισμός του ζυμαριού σε τέσσερα τεμάχια (~180g το καθένα) και τοποθέτηση σε φόρμες ε) τοποθέτηση σε στόφα - φούρνο συνολικά για 1h και 25min. Οι συνθήκες λειτουργίας της στόφας και του φούρνου κατά τη διόγκωση του ζυμαριού και ψήσιμο του ψωμιού, αντίστοιχα δίνονται στον Πίνακα 4.4. Πίνακας 4.4. Συνθήκες που χρησιμοποιήθηκαν κατά την αρτοποίηση των δειγμάτων ψωμιού. Σχετική Διάρκεια Θερμοκρασία υγρασία Στόφα 60 min 40 ο C 100% Ψήσιμο 25 min 185 ο C 100% Το μίξερ που χρησιμοποιήθηκε ήταν της εταιρείας Kenwood (KMM023, Kenwood Major Titanium, Kenwood Ltd., UK). Ο φούρνος που χρησιμοποιήθηκε για τη διαδικασία της στόφας και του ψησίματος ήταν της εταιρείας Electrolux Proffesional (SpA, Italy) (air-o-stream combi oven). Οι φόρμες ψησίματος ήταν μεταλλικές, με διαστάσεις: μήκος 130mm, πλάτος 65mm, ύψος 60mm, και πριν την τοποθέτηση των ζυμαριών είχε προηγηθεί η επάλειψη με λεπτό στρώμα αλεύρου, ώστε να διευκολυνθεί η απομάκρυνση των ψωμιών μετά το ψήσιμο. Μετά το ψήσιμο, τα ψωμιά αφαιρέθηκαν από τις φόρμες και αφέθηκαν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος για να κρυώσουν (περίπου 1,5 ώρα), μετρήθηκε το βάρος και ο ειδικός όγκος τους και τοποθετήθηκαν σε πλαστικές σακούλες. Τα ψωμιά που παρασκευάστηκαν αποθηκεύτηκαν σε θάλαμο σταθερής θερμοκρασίας 25 ο C (Sanyo Incubator, MIR-154, Sanyo 81

116 Υλικά και μέθοδοι Electric Co. Ltd, Ora-Gun, Gunma, Japan) μέχρι την ημέρα εξέτασης τους. Τα τέσσερα ψωμιά που ετοιμάστηκαν από κάθε παρτίδα ζύμης, προορίζονταν για τις αναλύσεις διαφόρων φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των ψωμιών για 4 διαφορετικά χρονικά διαστήματα συντήρησης του προϊόντος (φρέσκα και 1, 3 και 5 ημέρες αποθήκευσης) Χαρακτηριστικά ψωμιών Προσδιορισμός απώλειας βάρους κατά το ψήσιμο και ειδικού όγκου ψωμιών Αρχικά προσδιορίσθηκε η απώλεια βάρους κατά το ψήσιμο (εκφρασμένη %), σύμφωνα με την εξίσωση: Απώλεια βάρους (%) = 100 * [αρχική μάζα (g) τελική μάζα (g)]/ αρχική μάζα (g) Προσδιορίστηκε ο ειδικός όγκος των δειγμάτων ψωμιών, ο οποίος ορίζεται ο λόγος του όγκου του δείγματος προς τη μάζα του (cm 3 /g). Ο προσδιορισμός του όγκου των παρασκευασθέντων ψωμιών έγινε σε χειροκίνητο μετρητή όγκου ψωμιού, ο οποίος κατασκευάστηκε από plexiglass σύμφωνα με τους Vanhamel et al. (1991) και βασίζονταν στη μέθοδο εκτόπισης σπόρων ελαιοκράμβης (AACC, ) Προσδιορισμός υγρασίας και ενεργότητας νερού ψωμιών Η υγρασία (ψίχας και κόρας) προσδιορίστηκε σύμφωνα με την επίσημη μέθοδο της AACC (ΑΑCC International, 2010). Τρία 82

117 Υλικά και μέθοδοι γραμμάρια (3g) δείγματος (είτε ψίχας ή κόρας) ζυγίστηκαν και αφέθηκαν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος για 18h. Στη συνέχεια, ακολούθησε η ξήρανσή τους για 1,5 h στους 130 ο C. Έπειτα, τα δείγματα τοποθετήθηκαν σε ξηραντήρα και αφού αφέθηκαν να κρυώσουν, ζυγίστηκαν. Ο υπολογισμός της υγρασίας έγινε σύμφωνα με την εξίσωση: Υγρασία δείγματος (%) = 100 * [αρχική μάζα (g) τελική μάζα (g)]/ αρχική μάζα (g) Η ενεργότητα νερού (water activity a w ) της ψίχας και της κόρας προσδιορίστηκαν με μετρητή ενεργότητας νερού (Aqualab, series 3 TE, Decagon Devices Inc., Pullman,WA, USA) Προσδιορισμός χρωματικών παραμέτρων κόρας Οι χρωματικές παράμετροι (Πίνακας 4.5) της κόρας των δειγμάτων ψωμιού προσδιορίστηκαν με χρωματόμετρο (CR-400/410, Konica Minolta, Kyoto, Japan), αφού πρώτα έγινε η βαθμονόμησή του με λευκό πλακίδιο (L* = 96,9, a* = -0,04, b* = 1,84). Για το υπολογισμό της τιμής της κάθε παραμέτρου, χρησιμοποιήθηκαν πέντε σημεία από την κόρα κάθε ψωμιού. Το πρώτο σημείο αφορούσε το κέντρο της κόρας, ενώ τα άλλα τέσσερα χωροθετούνταν στα άκρα ενός νοητού «σταυρού». 83

118 Υλικά και μέθοδοι Πίνακας 4.5. Επεξήγηση χρωματικών παραμέτρων. Παράμετρος Σύμβολο Επεξήγηση Τιμών α) Φωτεινότητα L* Παίρνει τιμές (0:μαύρο, 100: λευκό) β) Απόχρωση ερυθρού a* Δεν υπάρχουν αριθμητικά όρια Θετικές τιμές: ερυθρό χρώμα Αρνητικές τιμές: πράσινο χρώμα γ) Απόχρωση κίτρινου b* Δεν υπάρχουν αριθμητικά όρια Θετικές τιμές: κίτρινο χρώμα Αρνητικές τιμές: μπλε χρώμα δ) Χροιά h ab Μετράται σε μοίρες και προσδιορίζει την απόχρωση 0 ο κόκκινο-πορφυρό, 90 ο κίτρινο 180 ο γαλαζοπράσινο και 270 ο μπλέ Υπολογίζεται από την εξίσωση: h ab = * arc tan(b*/a*) ε) Χρωματική πυκνότητα C* ab Προσδιορίζει την συγκέντρωση δηλαδή την ένταση ή την καθαρότητα του χρώματος ή διαφορετικά τη σχέση μεταξύ της έντασης και της φωτεινότητας της μελετώμενης απόχρωσης. Υπολογίζεται από την εξίσωση: 84

119 Υλικά και μέθοδοι Ανάλυση πορώδους της ψίχας Το πορώδες της ψίχας των δειγμάτων άρτου εξετάστηκε με την τεχνική της ανάλυσης εικόνας. Κάθε δείγμα κόπηκε με ακρίβεια στο κέντρο του, κάθετα προς τον οριζόντιο άξονά του. Η τομή του κάθε δείγματος φωτογραφήθηκε με φωτογραφική μηχανή Olympus SP-720UZ (Olympus Imaging Corp., Tokyo, Japan). Η κάθε φωτογραφία επεξεργάστηκε με το λογισμικό επεξεργασίας εικόνας, ImageJ (έκδοση 1.47). Οι αναλύσεις έγιναν σε τεμάχιο από το κέντρο της ψίχας, διαστάσεων 40 40mm. Αρχικά, μετατράπηκε σε κλίμακα του γκρι (8-bit). Ορίστηκε η κλίμακα για κάθε φωτογραφία (σύμφωνα με αντικείμενο γνωστών διαστάσεων), ώστε να έχει το πρόγραμμα τη δυνατότητα να μετατρέψει τα pixel σε mm. Ένα παράδειγμα της περιοχής εξέτασης της ψίχας και της μετατροπής της εικόνας από το λογισμικό παρουσιάζεται στο Σχήμα cm 2 Σχήμα 4.7. α) Περιοχή εξέτασης της ψίχας δειγμάτων ψωμιού και β) μετατροπή της εικόνας σε κλίμακα του γκρι 8-bit. Στην παρούσα μελέτη, προσδιορίστηκαν οι παρακάτω παράμετροι: 85

120 Υλικά και μέθοδοι - η αναλογία ύψος/πλάτος - ο αριθμός των πόρων στην εξεταζόμενη επιφάνεια της ψίχας (16cm 2 ) - η επιφάνεια που καλύπτουν οι πόροι της ψίχας (% της συνολικής εξεταζόμενης επιφάνειας) - το μέσο μέγεθος των πόρων (υπολογισμένο ως επιφάνεια, mm 2 ) - το μέγιστο μέγεθος πόρων (υπολογισμένο ως επιφάνεια, mm 2 ) - το εύρος μεγέθους των πόρων, δηλ. η διαφορά μεγέθους μεταξύ του μεγαλύτερου και του μικρότερου πόρου - το ποσοστό (%) των μικρών πόρων (μέγεθος <4mm 2 ) επί του ολικού αριθμού των πόρων - το ποσοστό (%) των μεγάλων σε μέγεθος πόρων (όσων το μέγεθος υπερβαίνει τα 20mm 2 ) επί του ολικού αριθμού των πόρων. Επιπρόσθετα, προσδιορίστηκε η κατανομή μεγέθους και η κατανομή του κυκλικού χαρακτήρα των πόρων. Δώδεκα ψωμιά αναλύθηκαν από κάθε επίπεδο κοκκομετρίας (τέσσερα σε κάθε αρτοποίηση) Ανάλυση Υφής ψίχας και κόρας Για την εξέταση υφής της ψίχας χρησιμοποιήθηκε η δοκιμή «Ανάλυση του Προφίλ Υφής TPA», με τη βοήθεια του αναλυτή υφής (texture analyzer) TA-XT 2, ο οποίος περιγράφηκε στην ενότητα Από κάθε δείγμα-ψωμί κόπηκαν τρεις φέτες, πάχους 30mm. Με τη βοήθεια κυλινδρικής μεταλλικής μήτρας, από το κέντρο της κάθε φέτας κόπηκε ένα κυλινδρικό δείγμα ψίχας, διαμέτρου 40mm και ύψους 30mm (τρία δείγματα ψίχας από κάθε ψωμί). Το έμβολο που χρησιμοποιήθηκε για την εξέταση ήταν κυλινδρικό διαμέτρου 75mm (SMS P/75). Οι συνθήκες της δοκιμής ήταν οι ακόλουθες: ταχύτητα εμβόλου 0,5 mm/s, εφαρμοζόμενη παραμόρφωση 40% του αρχικού ύψους του δείγματος, χρόνος αναμονής 86

121 Υλικά και μέθοδοι μεταξύ των δύο κύκλων «συμπίεσης αποσυμπίεσης» 5 sec. Οι παράμετροι που προσδιορίστηκαν ήταν: η σκληρότητα, η συνεκτικότητα, η ελαστικότητα 1 (springiness), η ελαστικότητα 2 (resilience) και η δυσκολία μάσησης. Η παράμετρος resilience αποτελεί και αυτή, όπως και η παράμετρος springiness μέτρο της ελαστικότητας ενός υλικού και υπολογίζεται από τον λόγος της επιφάνειας της κορυφής της 1 ης συμπίεσης από το σημείο που αντιστοιχεί στη μέγιστη δύναμη του 1 ου κύκλου συμπίεσης μέχρι το τέλος αυτού του κύκλου προς την επιφάνεια της κορυφής της 1 ης συμπίεσης από το σημείο έναρξης του 1 ου κύκλου συμπίεσης μέχρι το σημείο που αντιστοιχεί στη μέγιστη δύναμη αυτής της κορυφής (Σχήμα 4.2). Αυτή η παράμετρος είναι αδιάστατο μέγεθος. Για την εξέταση της κόρας εφαρμόστηκε η δοκιμή διάτρησης (puncture test), με χρήση σφαιρικού εμβόλου ακτίνας 2,5 mm (P/0.25S). Ένα τμήμα κόρας (μήκους 40mm και πλάτους 30mm), αφού πρώτα καθαρίστηκε από τα υπολείμματα της ψίχας, τοποθετήθηκε στη βάση εξέτασης του οργάνου και μετρήθηκε με ταχύτητα εμβόλου (1 mm/s). Από τις καμπύλες δύναμης απόστασης υπολογίστηκε η παράμετρος της σκληρότητας της κόρας που αντιστοιχεί στη μέγιστη δύναμη που απαιτείται για τη διάτρηση της κόρας. Όλες οι παράμετροι, τόσο για την ψίχα, όσο και για την κόρα, υπολογίστηκαν με τη χρήση του λογισμικού Texture Expert (version 1.22) και το Microsoft Excel Για κάθε συνδυασμό κοκκομετρίας αλεύρου και χρόνου αποθήκευσης μετρήθηκαν εννιά δείγματα ψίχας και εννιά δείγματα κόρας (3 αρτοποιήσεις), για την ανάλυση του προφίλ υφής και τη δοκιμή διάτρησης, αντίστοιχα. 87

122 Υλικά και μέθοδοι Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης (DSC) για τον προσδιορισμό της επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης Για τη μελέτη της επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης ~10mg λυοφιλιωμένης ψίχας, αναμίχθηκε με κατάλληλη ποσότητα αποσταγμένου νερού, ώστε η τελική αναλογία ψίχας: νερού στο αιώρημα να είναι ίση με 30:70 (w/w). Τα σχηματιζόμενα αιωρήματα σφραγίστηκαν ερμητικά σε μεταλλικά καψύλλια και αφέθηκαν για 2h σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Ακολούθησε η σάρωση των δειγμάτων, με το ίδιο θερμιδόμετρο που χρησιμοποιήθηκε για τη ζελατινοποίηση του αμύλου, στην ενότητα και το ίδιο προφίλ θέρμανσης του δείγματος από τους 5 στους 130 ο C, με ρυθμό θέρμανσης 5 ο C/min. Οι παράμετροι που προσδιορίστηκαν ήταν η θερμοκρασίας έναρξης τήξης (onset temperature, T o ), η θερμοκρασία τήξης (melting peak temperature, T p ) και η φαινομενική ενθαλπία τήξης της επανακρυσταλλωμένης αμυλοπηκτίνης (apparent melting enthalpy, ΔH ret ). Για κάθε συνδυασμό κοκκομετρίας αλεύρου και χρόνου αποθήκευσης μετρήθηκαν έξι δείγματα (3 αρτοποιήσεις) Μελέτη του ρυθμού επανακρυστάλλωσης αμύλου και σκλήρυνσης της ψίχας με την εξίσωση Avrami Οι τιμές της σκληρότητας της ψίχας, όπως αυτή προσδιορίστηκε από την ανάλυση του προφίλ υφής (TPA) και οι τιμές της φαινομενικής ενθαλπίας τήξης της επανακρυσταλλωμένης αμυλοπηκτίνης, όπως προσδιορίστηκε κατά τη Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης σε συνάρτηση με το χρόνο προσαρμόστηκαν στην ακόλουθη εξίσωση Avrami (Avrami, 1939): 88

123 Υλικά και μέθοδοι Θ = (A - A t ) / (A - A o ) = exp(-kt n ) όπου Θ: η σχετική σκληρότητα ή κρυσταλλικότητα τη χρονική στιγμή t. A, A t, A o : οι πειραματικές τιμές για την εξεταζόμενη παράμετρο σε «άπειρη» χρονική στιγμή, τη χρονική στιγμή t και τη χρονική στιγμή μηδέν, n: η εκθετική παράμετρος της εξίσωσης Avrami k: η σταθερά ρυθμού της εξίσωσης Avrami Από τις τιμές των παραμέτρων n και k προσδιορίστηκε ο χρόνος ημίσειας επανακρυστάλλωσης αμυλοπηκτίνης και σκλήρυνσης ψίχας (half time value, t 1/2 ), σύμφωνα με την παρακάτω εξίσωση: t 1/2 = (-ln0,5/k) 1/n Προσδιορισμός βαθμού ενζυμικής υδρόλυσης των ολικών πεπτών υδατανθράκων (in vitro) της ψίχας του ψωμιού Η in-vitro ενζυμική υδρόλυση των ολικών πεπτών υδατανθράκων είναι μια αναλυτική διαδικασία η οποία προσομοιάζει τη διαδικασία πέψης που συντελείται στον ανθρώπινο οργανισμό και καταλήγει στην εκτίμηση της απελευθερούμενης γλυκόζης από τους αφομοιώσιμους υδατάνθρακες. Μία ποσότητα ψίχας ψωμιού (περίπου 5g) που είχε κατατμηθεί σε τεμάχια διαστάσεων 0,2 cm 3 προστέθηκε σε 35ml φωσφορικού ρυθμιστικού διαλύματος (ph 6,9, 20 mm). Το ph ρυθμίστηκε στο 1,5, με 2N HCl και ακολούθησε ενζυμική υδρόλυση του αιωρήματος με προσθήκη πεψίνης (730U) και επώαση σε ανακινούμενο υδατόλουτρο (Memmert, SV-1422, Schwabach, Germany), υπό συνεχή ανάδευση (37 ο C, 89

124 Υλικά και μέθοδοι 30min) που προσομοίαζε το στάδιο της πέψης στο στομάχι. Στη συνέχεια, η πεψίνη αδρανοποιήθηκε με απότομη αλλαγή του ph στο 6,9, με τη προσθήκη 2N NaOH, ώστε να αποφευχθεί περαιτέρω υδρόλυση. Το μίγμα μεταφέρθηκε σε μεμβράνες διαπίδυσης οξικής κυτταρίνης (Sigma-Aldrich Co., Mw Cut off ), ενώ το ξέπλυμα της φιάλης που περιείχε το παραπάνω αιώρημα έγινε με 30ml φωσφορικού ρυθμιστικού διαλύματος (pη 6,9). Ακολούθησε το δεύτερο στάδιο ενζυμικής υδρόλυσης που μιμούνταν τη πέψη στο έντερο, με την προσθήκη α-αμυλάσης και ιμβερτάσης. Στη συνέχεια, κάθε μεμβράνη τοποθετήθηκε σε φιάλη Duran 500ml, ενώ προστέθηκαν στη φιάλη 435 ml φωσφορικού ρυθμιστικού διαλύματος (ph 6,9). H υδρόλυση έλαβε χώρα στο ίδιο ανακινούμενο υδατόλουτρο, υπό συνεχή ανάδευση (37 o C, 5 h). Σε 5 συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα από την τοποθέτηση της φιάλης στο υδατόλουτρο (20min, 2h, 3h, 4h και 5h), παραλήφθηκαν δείγματα (1 ml) από το διάλυμα που περιέβαλλε την μεμβράνη. Μια ποσότητα αυτών των δειγμάτων (0,1ml) επωάστηκε με 1,16U αμυλογλυκοσιδάση από μύκητες του γένους Rhizopus (E.C , Sigma Aldrich Co.) στους 37 o C για 15min. Η ποσότητα της απελευθερούμενης γλυκόζης προσδιορίστηκε με τη μέθοδο της οξειδάσης/υπεροξειδάσης που περιγράφηκε αναλυτικά στην ενότητα Ο βαθμός πέψης (in vitro ενζυμικής υδρόλυσης) των πεπτών υδατανθράκων εκφράστηκε σε γραμμάρια γλυκόζης ανά 100 γραμμάρια πεπτών υδατανθράκων. 90

125 Υλικά και μέθοδοι Οργανοληπτικός έλεγχος των δειγμάτων άρτου Τα δείγματα (ψωμιά) που επιλέχθηκαν να εκτιμηθούν από την ομάδα (panel) των κριτών ήταν το B 80 και το B 25 μετά από 0, 1 και 3 ημέρες αποθήκευσης (δηλ. 2 x 3 = 6 διαφορετικά δείγματα) Επιλογή της μεθόδου Η μέθοδος που επιλέχθηκε για την εξέταση του προφίλ των δειγμάτων ψωμιού με οργανοληπτικές τεχνικές ήταν η ποσοτική περιγραφική ανάλυση (Quantitative Descriptive Analysis). Η συγκεκριμένη μέθοδος απαιτεί μία εκπαιδευμένη ομάδα κριτών. Σύμφωνα με τους Lawless and Heymann (2010) μπορεί να γίνουν ορισμένες τροποποιήσεις στην αρχική μέθοδο. Στην παρούσα μελέτη, η τροποποίηση αφορούσε την εκπαίδευση των κριτών-δοκιμαστών (panelists), οι οποίοι κρίθηκε ότι είναι αρκετό να εκπαιδευτούν σε δύο συνεδρίες Επιλογή κριτών Επειδή η εξέταση που διεξήχθη ήταν μια περιγραφική εξέταση, απαιτούνταν κριτές-δοκιμαστές. Τελικά επιλέχθηκαν 16, οι οποίοι ήταν φοιτητές και εργαζόμενοι του Τομέα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων, του Τμήματος Γεωπονίας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης (Α.Π.Θ.) (11 από τους 16), ενώ επιλέχθηκαν και κριτές εκτός του Τομέα (5 από τους 16). Κριτήριο επιλογής των κριτών ήταν η τακτική κατανάλωση άσπρου ψωμιού (τουλάχιστον μία φορά την εβδομάδα). 91

126 Υλικά και μέθοδοι Εκπαίδευση των κριτών Οι συμμετέχοντες κριτές δεν είχαν προηγούμενη εμπειρία στην οργανοληπτική εξέταση δειγμάτων άρτου, οπότε η εκπαίδευση κρίθηκε απαραίτητη. Για την εκπαίδευση τους απαιτήθηκαν δύο συνεδρίες (περίπου 1,5 h η κάθε μία). Μελετήθηκαν παράμετροι που σχετίζονται με την οσμή, τη γεύση, την εμφάνιση και την υφή των δειγμάτων. Συγκεκριμένα, οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν: 1. Οσμή 2. Γεύση 3. Χρώμα κόρας 4. Λάμψη κόρας 5. Ομοιομορφία χρωματισμού κόρας 6. Ομοιομορφία πορώδους ψίχας 7. Σκληρότητα ψίχας 8. Ελαστικότητα ψίχας 9. Συνεκτικότητα ψίχας 10. Δυσκολία μάσησης ψίχας Ο κριτής κλήθηκε να βαθμολογήσει με βάση μια κλίμακα προκειμένου να αξιολογήσει τα δείγματα-. Η κλίμακα είχε μήκος 10 cm και ο δοκιμαστής έπρεπε να βαθμολογήσει πάνω στην κλίμακα. Το αριστερό άκρο αντιπροσώπευε την ελάχιστη τιμή της παραμέτρου, ενώ το δεξί άκρο τη μέγιστη. Για να βαθμολογήσει ο κριτής, έπρεπε να γνωρίζει το δεξί άκρο της κλίμακας αντιστοιχούσε στο «πολύ» της κάθε οργανοληπτικής παραμέτρου. Για κάθε παράμετρο δόθηκε από ένα δείγμα πρότυπο (standard), η τιμή του οποίου αντιστοιχούσε εξ ορισμού στο δεξί άκρο της κλίμακας (μέγιστο). Η κλίμακα δεν ήταν βαθμολογημένη, ενώ τα άκρα της («άγκυρες») ορίστηκαν στην άκρη. Κατά την εκπαίδευση (όχι στην εξέταση), δόθηκαν δείγματα στους δοκιμαστές που 92

127 Υλικά και μέθοδοι αντιστοιχούσαν σε κάθε άκρο της κλίμακας, ώστε να αντιληφθούν τα όρια και να μπορέσουν να τη χρησιμοποιήσουν αποτελεσματικά. Σχήμα 4.8. Κλίμακα βαθμολόγησης/αξιολόγησης της κάθε παραμέτρου που εξετάστηκε κατά την Οργανοληπτική εξέταση δειγμάτων άρτου. Επειδή οι δοκιμαστές δεν ήταν εκπαιδευμένοι, η κλίμακα και ο τρόπος χρήσης της έπρεπε να εξηγηθεί, ενώ θα έπρεπε να είναι εύκολη στην κατανόηση. Είναι πιθανό κάποιος δοκιμαστής να έχει προτίμηση ή αποστροφή προς έναν αριθμό, οπότε μπορεί να διαλέξει ή να αποφύγει το συγκεκριμένο αριθμό. Για το λόγο αυτό, χρησιμοποιήθηκε μια κλίμακα μη βαθμολογημένη, ώστε να περιοριστούν πιθανές βαθμολογίες των δοκιμαστών που βασίζονται σε προτίμηση ή προκατάληψη (Giovanni and Pangborn, 1983). Στην 1 η εκπαιδευτική συνεδρία, οι δοκιμαστές εξοικειώθηκαν με τους στόχους της οργανοληπτικής εξέτασης, τη συγκεκριμένη τεχνική οργανοληπτικού ελέγχου, τον ορισμό και αποσαφήνιση των παραμέτρων που επρόκειτο να εξεταστούν, την έννοια της κλίμακας βαθμολόγησης και τον τρόπο της βαθμολόγησης. Ακολούθησε μια δοκιμαστική εξέταση, ώστε ο κάθε δοκιμαστής να γνωρίσει στην πράξη όσα του ζητήθηκαν. Για κάθε παράμετρο δόθηκε το πρότυπο, ώστε να οριστεί η κλίμακα. Στη συνέχεια κλήθηκαν να εξετάσουν ένα άγνωστο δείγμα, το οποίο αντιστοιχούσε σχεδόν στο αντίθετο άκρο (αριστερό) της κλίμακας και ένα πρότυπο, το οποίο σερβιρίστηκε ως άγνωστο. Ο σκοπός της πρώτης συνεδρίας ήταν να εντοπιστεί αν κάποιος εξεταστής δυσκολεύεται να αντιληφθεί τις διαφορές μεταξύ δύο «ακραίων» δειγμάτων, σε οποιαδήποτε παράμετρο. 93

128 Υλικά και μέθοδοι Τα πρότυπα που χρησιμοποιήθηκαν κατά την εκπαίδευση των κριτών ήταν: - Για την οσμή και γεύση σιταρένιου ψωμιού χρησιμοποιήθηκε ως πρότυπο μία φέτα σιταρένιου ψωμιού εμπορίου (φρέσκο ψωμί, από φούρνο). - Για τη σκληρότητα της ψίχας, το πρότυπο ήταν μία φέτα από ζυμωτό ψωμί εμπορίου (από φούρνο). - Για την ελαστικότητα της ψίχας χρησιμοποιήθηκε η ψίχα από εμπορικό τσουρέκι, κομμένη σε τετράγωνο σχήμα (διαστάσεις 3x3x3). - Για τη συνεκτικότητα της ψίχας, το πρότυπο που χρησιμοποιήθηκε ήταν η ψίχα ενός pretzel εμπορίου (φρέσκο, από φούρνο). - Για τη δυσκολία μάσησης ψίχας, χρησιμοποιήθηκε άλλη μία φέτα από το ζυμωτό ψωμί που αναφέρθηκε στην περίπτωση της σκληρότητας ψίχας. - Για τις χρωματικές παραμέτρους, τα πρότυπα δίνονται στο Παράρτημα Β. Πριν τη 2η εκπαιδευτική συνεδρία, πραγματοποιήθηκε προσωπική συνομιλία με κάθε κριτή ξεχωριστά, ώστε να προσδιοριστούν οι αδυναμίες και οι δυσκολίες που συνάντησε κατά την 1 η εκπαιδευτική συνεδρία. Ακολούθησε δεύτερη εξέταση όλων των παραμέτρων, αλλά με διαφορετικά δείγματα σε σχέση με την πρώτη. Για την εκπαίδευση των κριτών, για κάθε παράμετρο χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικά δείγματα, ώστε να κατανοήσουν την κάθε παράμετρο ξεχωριστά. Στην εξέταση των δειγμάτων που ακολούθησε, κάθε δείγμα εξετάστηκε για όλες τις παραμέτρους. 94

129 Υλικά και μέθοδοι Παρουσίαση των δειγμάτων Ο χώρος στον οποίο διεξήχθη η εκπαίδευση των κριτών και η εξέταση των δειγμάτων παρέμεινε σταθερός (η Αίθουσα Οργανοληπτικής Εξέτασης του Εργαστηρίου Χημείας και Βιοχημείας Τροφίμων). Η θερμοκρασία ήταν περιβάλλοντος (20 25 ο C), ο φωτισμός ήταν ουδέτερος και ο χώρος ήταν απαλλαγμένος από οσμές και θορύβους. Κάθε ψωμί τεμαχίστηκε σε 5 κομμάτια, από τα οποία οι δύο άκρες απομακρύνονταν, ενώ το υπόλοιπο τμήμα του δείγματος χωρίζονταν σε τρεις (3) φέτες, πάχους 25 cm έκαστη. Οι άκρες απομακρύνθηκαν, διότι θεωρήθηκαν μηαξιόπιστα δείγματα προς εξέταση, καθώς είχαν πολύ μικρότερο μέγεθος σε σχέση με τις υπόλοιπες φέτες. Κάθε δείγμα χαρακτηρίστηκε με ένα τριψήφιο κωδικό (π.χ. 362) (Πίνακας 4.6). Μεταξύ των επαναλήψεων, κάθε δείγμα άλλαζε κωδικό (συνολικά δώδεκα κωδικοί χρησιμοποιήθηκαν). Ο λόγος ήταν να μη δοθεί στους κριτές καμία πληροφορία σχετικά με τα δείγματα, ώστε να μην επηρεαστούν κατά τη διάρκεια της εξέτασης. Τα δείγματα ετοιμάστηκαν 3 ημέρες και 1 ημέρα πριν την ημέρα της εξέτασης (B 80-3, B 25-3 και Β 80-1, Β 25-1, αντίστοιχα), ενώ μία παρτίδα δειγμάτων ετοιμάστηκε την ίδια ημέρα (Β 80-0, Β 25-0). 95

130 Υλικά και μέθοδοι Πίνακας 4.6. Οι 3-ψήφιοι κωδικοί που δόθηκαν σε κάθε εξεταζόμενο δείγμα στις δύο επαναλήψεις της οργανοληπτικής εξέτασης. Τριψήφιοι Κωδικοί Δείγμα Ημέρα 1 η επανάληψη 2 η επανάληψη Β Β Β Β Β Β Ερωτηματολόγιο Το ερωτηματολόγιο που δόθηκε στους κριτές κατά τις συνεδρίες εξέτασης δίνεται στο παράρτημα Γ. Αποτελούνταν από 22 σελίδες, στις οποίες δόθηκαν οδηγίες διεξαγωγής της εξέτασης, ενώ ζητήθηκε η εξέταση των 10 παραμέτρων για κάθε δείγμα. Στις πρώτες σελίδες του ερωτηματολογίου περιέχονταν γενικές ερωτήσεις για τους κριτές, ενώ στο τέλος ζητήθηκε μία γενική αξιολόγηση των δειγμάτων που εξετάστηκαν. Το ερωτηματολόγιο συνοδευόταν από το παράρτημα Α (επεξήγηση παραμέτρων) και το παράρτημα Β (κλίμακες χρωματικών παραμέτρων) Εξέταση των δειγμάτων Πριν την εξέταση των δειγμάτων, ετοιμάστηκαν κατάλληλα όλοι οι θάλαμοι της αίθουσας οργανοληπτικής εξέτασης. Κάθε θάλαμος περιείχε: - κατάλληλα ρυθμισμένο φωτισμό - 6 δείγματα προς εξέταση 96

131 Υλικά και μέθοδοι - 1 πρότυπο σιταρένιου ψωμιού για οσμή/γεύση - 1 πρότυπο για σκληρότητα της ψίχας - 1 πρότυπο για ελαστικότητα της ψίχας - 1 πρότυπο για συνεκτικότητα της ψίχας - 1 πρότυπο για δυσκολία στη μάσηση της ψίχας - 1 παράρτημα με εξήγηση των παραμέτρων (Παράρτημα Α) - 1 παράρτημα με τις κλίμακες των χρωματικών παραμέτρων (Παράρτημα Β) - 1 ερωτηματολόγιο (Παράρτημα Γ) - μολύβι - μπουκάλι νερό και ποτήρι - μαχαίρι - χαρτοπετσέτα Το κάθε δείγμα και το πρότυπο οσμής/γεύσης τοποθετήθηκαν σε πλαστικούς περιέκτες με καπάκι πριν σερβιριστούν στους κριτές. Σε κάθε κριτή εξηγήθηκε προφορικά η διαμόρφωση (format) της εξέτασης, ενώ τονίστηκε σε όλους να ακολουθήσουν ακριβώς τις οδηγίες που τους δόθηκαν. Η εξέταση έγινε με τη σειρά που είχαν δοθεί οι σελίδες του ερωτηματολογίου. Τα δείγματα προσφέρθηκαν στους δοκιμαστές με τυχαία σειρά, η οποία μάλιστα ήταν διαφορετική κατά τη δεύτερη συνεδρία εξέτασης. Όταν ο κάθε δοκιμαστής ολοκλήρωνε την εξέταση, εξερχόταν από το δωμάτιο οργανοληπτικού ελέγχου και λάμβανε μια μικρή επιβράβευση, ώστε να μην απολεστεί το κίνητρο του για την εξέταση. Η εξέταση των δειγμάτων ολοκληρώθηκε σε δύο συναντήσεις (6 δείγματα εξετάστηκαν σε κάθε συνεδρία). Στο σχήμα παρουσιάζεται ένας θάλαμος οργανοληπτικής εξέτασης πριν την έναρξη του ελέγχου. 97

132 Υλικά και μέθοδοι Σχήμα 4.9. Θάλαμος οργανοληπτικής εξέτασης προετοιμασμένος κατάλληλα για την εξέταση των δειγμάτων άρτου. 98

133 Υλικά και μέθοδοι Στατιστική ανάλυση των δεδομένων α) Επίδοση της ομάδας κριτών Η πρώτη στατιστική ανάλυση που πραγματοποιήθηκε με το τέλος της περιγραφικής οργανοληπτικής εξέτασης αφορούσε την επίδοση (συμφωνία κρίσεων) της ομάδας κριτών, αν και ο κύριος στόχος της οργανοληπτικής εκτίμησης ήταν ο έλεγχος των διαφορών στις οργανοληπτικές παραμέτρους ανάμεσα στα δείγματα. Η μέθοδος που εφαρμόστηκε για τη μελέτη της επίδοσης των κριτών ήταν η οπτική ερμηνεία των διαγραμμάτων «Τucker 1». β) Διαφορές ανάμεσα στα ψωμιά Η περιγραφική στατιστική ανάλυση ακολουθεί τις βασικές αρχές της ποσοτικής περιγραφικής ανάλυσης και δέχεται ότι οι κριτές χρησιμοποιούν την κλίμακα με διαφορετικό τρόπο. Σαν αποτέλεσμα, προκύπτουν διαφορές, οι οποίες δεν είναι απόλυτες, ούτε δίνουν κάποια χρήσιμη πληροφορία. Γενικά, στην περιγραφική οργανοληπτική ανάλυση, η εκτίμηση των αποτελεσμάτων προκύπτει από τις επαναλήψεις. Για το λόγο αυτό, η στατιστική ανάλυση που χρησιμοποιήθηκε είναι η ανάλυση της παραλλακτικότητας (ANOVA), η οποία περιορίζει το προαναφερθέν πρόβλημα. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε διάγραμμα «αράχνη» για την οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων. Η ανάλυση της παραλλακτικότητας που χρησιμοποιήθηκε για την παρατήρηση των διαφορών μεταξύ των δειγμάτων ήταν 3 παραγόντων (3- way ANOVA). Για τις πολλαπλές συγκρίσεις μέσων όρων (multiple mean comparisons, p <0,05), χρησιμοποιήθηκε το κριτήριο της ελάχιστα σημαντικής διαφοράς του Fischer (Fisher s Least Significant Differences - LSD). Για την οπτικοποίηση της διασποράς των παραμέτρων και των προϊόντων στο χώρο και της συσχέτισης τους, οι μέσοι όροι των 99

134 Υλικά και μέθοδοι αποτελεσμάτων των δοκιμαστών για κάθε παράμετρο χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή του διαγράμματος της ανάλυσης κύριων συνιστωσών (Principal Component Analysis PCA). Η διεξαγωγή όλων των αναλύσεων και ο σχεδιασμός των διαγραμμάτων πραγματοποιήθηκαν με το λογισμικό πρόγραμμα Panel Check V1.4.0 (Nofima Mat, Denmark). 4.5 Στατιστική ανάλυση πειραματικός σχεδιασμός Η επίδραση του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου σίτου στις ιδιότητες των αλεύρων, στις λειτουργικές ιδιότητες των ζυμαριών και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των παραγόμενων ψωμιών εξετάστηκε με παραγοντική ανάλυση. Ο πειραματικός σχεδιασμός που ακολουθήθηκε στην παρούσα μελέτη παρουσιάζεται λεπτομερώς στον Πίνακα 4.7. Οι παράγοντες και τα επίπεδα τους διέφεραν ανάλογα με την παράμετρο που εξετάζονταν. Κατά την εξέταση των ζυμαριών, σχηματίστηκαν 2 φορές τα ζυμάρια (δηλ. 2 επαναλήψεις) για τις αναλύσεις: ανάλυση προφίλ υφής, δοκιμή χαλάρωσης τάσης και δοκιμή ερπυσμού - ανάκτησης. Για την εξέταση των ψωμιών πραγματοποιήθηκε παραγοντική ανάλυση 3 x 4 (3x4x3): 3 επίπεδα κοκκομετρίας (W 80, W mix, W 25 ) 4 επίπεδα χρόνου αποθήκευσης (0 η, 1 η, 3 η, 5 η ημέρα), ενώ η αρτοποίηση επαναλήφθηκε 3 φορές. Η ανάλυση διακύμανσης των παραγόντων (ANOVA) έγινε ξεχωριστά για κάθε παράμετρο και τα δεδομένα επεξεργάστηκαν και αναλύθηκαν με τη βοήθεια του στατιστικού πακέτου SPSS 19. Οι μέσοι όροι συγκρίθηκαν σύμφωνα με το κριτήριο της ελάχιστης σημαντικής διαφοράς (Least Significant Difference LSD) και το επίπεδο 100

135 Υλικά και μέθοδοι σημαντικότητας ορίστηκε ως α = 0,05. Ο υπολογισμός του συντελεστή συσχέτισης Pearson (για τις συσχετίσεις παραμέτρων που αυτός χρησιμοποιήθηκε) πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια του στατιστικού πακέτου SPSS 19. Η στατιστική ανάλυση της Οργανοληπτικής εξέτασης περιγράφηκε στην προηγούμενη ενότητα ( ). Πίνακας 4.7. Επίδραση των παραγόντων που εξετάστηκαν (μέγεθος σωματιδίων, χρόνος αποθήκευσης) στις λειτουργικές ιδιότητες των ζυμαριών και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των ψωμιών. Δείγμα Παράγοντες Επίπεδα Εξαρτημένες μεταβλητές Αλεύρι Μέγεθος σωματιδίων W 80 - W 25 - W 15 Υγρασία Τέφρα Χρωματικοί παράμετροι Ολικό άμυλο Μηχανικά θραυσμένο άμυλο Ολικές πεντοζάνες Υδατοδιαλυτές AX, Mp Παράμετροι πρωτοταγούς δομής ΑΧ (NMR) Ζυμάρι Μέγεθος σωματιδίων W 80 W mix -W 25 Παράμετροι φαρινογράφου W 80 - W 25 Παράμετροι εκτατογράφου W 80 - W mix -W 25 - W 15 Παράμετροι ανάλυσης προφίλ υφής W 80 - W mix -W 25 - W 15 Παράμετροι δοκιμής χαλάρωσης τάσης W 80 - W mix -W 25 - W 15 Παράμετροι δοκιμής ερπυσμού ανάκτησης W 80 - W mix -W 25 - W 15 Παράμετροι ζελατινοποίησης αμύλου Ψωμί Μέγεθος σωματιδίων W 80 W mix -W 25 Όγκος ψωμιού, απώλεια βάρους Χρώμα κόρας Μέγεθος σωματιδίων W 80 W mix -W 25 Υγρασία ψίχας, υγρασία κόρας a w ψίχας, a w κόρας Χρόνος αποθήκευσης 0, 1, 3, 5 η ημέρα Παράμετροι πορώδους ψίχας Παράμετροι υφής ψίχας (TPA) Παράμετροι κρυστάλλωσης αμυλοπηκτίνης Μέγεθος σωματιδίων Χρόνος αποθήκευσης W 80 - W 25 0, 1, 3 η ημέρα Παράμετροι οργανοληπτικής εξέτασης 101

136 Αποτελέσματα και συζήτηση 102

137 Αποτελέσματα και συζήτηση 5. Αποτελέσματα και συζήτηση 5.1 Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα (jet milling) στις ιδιότητες των αλεύρων σίτου Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στην κοκκομετρία του αλεύρου Οι συνθήκες άλεσης έχουν αξιοσημείωτη επίδραση τόσο στη μέση κοκκομετρία του αλεύρου, όσο και στο εύρος του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου. Όσον αφορά την άλεση με πεπιεσμένο αέρα (jet milling), που εξετάστηκε στην παρούσα μελέτη, ο ρυθμός τροφοδοσίας του θαλάμου της διάταξης άλεσης (feeding rate, kg/h) θεωρείται ως ένας σημαντικός παράγοντας που καθορίζει το τελικό μέγεθος και τη μέση διάμετρο των σωματιδίων του υλικού (Chamayou and Dodds, 2007; Katz and Kalman, 2007). Πιο συγκεκριμένα, όσο μικρότερος είναι ο ρυθμός τροφοδοσίας του θαλάμου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ένταση των εφαρμοζόμενων δυνάμεων στα σωματίδια του προς άλεση υλικού, και συνεπώς τόσο μικρότερα τα μεγέθη σωματιδίων που προκύπτουν, άρα και η διάμεσος της διαμέτρου τους, d 50. Σημειώνεται ότι οι υπόλοιπες παράμετροι της άλεσης (πίεση αέρα, παροχή αέρα, αριθμός ακροφυσίων, γωνία ακροφυσίων κτλ) παρέμειναν σταθερές, επομένως η όποια διαφορά στη κοκκομετρία των αλεύρων (d 50 ) αποδίδεται αποκλειστικά στο ρυθμό τροφοδοσίας του προς άλεση αλεύρου στο θάλαμο. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 5.1, το χονδρόκοκκο (μητρικό) αλεύρι (W 80 ) είχε τιμή d 50 ελαφρώς μικρότερη από 80μm. Το πρώτο λεπτόκοκκο κλάσμα (W 25 ), το οποίο προήλθε από ρυθμό τροφοδοσίας του θαλάμου 27kg/h, είχε τιμή d 50 ελαφρώς μικρότερη από 80μm. Τέλος, το δεύτερο λεπτόκοκκο κλάσμα (W 15 ), το οποίο προήλθε από ρυθμό τροφοδοσίας του 103

138 Αποτελέσματα και συζήτηση θαλάμου 15kg/h, είχε d 50 ελαφρώς μικρότερη από 15μm. Η κοκκομετρία του κάθε αλεύρου (δείκτης δίπλα από το κάθε κεφαλαίο, λατινικό γράμμα) έδωσε την αντίστοιχη ονομασία στο κάθε δείγμα, της παρούσας μελέτης. Πίνακας 5.1. Χαρακτηριστικά λειτουργίας θαλάμου κατά την άλεση jet milling και κοκκομετρία (d 50 ) των παραγόμενων αλεύρων σίτου. Δείγμα (αλεύρι σίτου) Ρυθμός τροφοδοσίας θαλάμου Πίεση Μέση κοκκομετρία (d 50 ) Ονομασία (σύμβολο) δείγματος Μητρικό (χονδρόκοκκο) - - <80μm W 80 Λεπτόκοκκο κλάσμα 1 27 kg/h 8 bar <25μm W 25 Λεπτόκοκκο κλάσμα 2 15 kg/h 8 bar <15μm W 15 Γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι, η ελάττωση του ρυθμού τροφοδοσίας του προς άλεση μητρικού αλεύρου στο θάλαμο άλεσης προκάλεσε τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων. Το αποτέλεσμα συμφωνεί με τις αντίστοιχες παρατηρήσεις στη βιβλιογραφία (Chamayou and Dodds, 2007; Katz and Kalman, 2007). Η διαφορά στη διάμεσο της διαμέτρου (d 50 ) και στο εύρος της κοκκομετρικής κατανομής των δειγμάτων έγινε εύκολα αντιληπτή με τη χρήση μικροσκοπικών μεθόδων, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.1. Η μικρογραφία του W 80 δείγματος έδειξε κυρίως μεγάλα σωματίδια αλεύρου (Σχήμα 5.1.α), ενώ στα δείγματα W 25 (Σχήμα 5.1.γ) και W 15 (Σχήμα 5.1.δ), η παρουσία των μεγάλων σωματιδίων περιορίστηκε και το μέγεθος των σωματιδίων ελαττώνεται σημαντικά. Ιδιαίτερα το δείγμα W 15 εμφάνισε 104

139 Αποτελέσματα και συζήτηση πολλά σωματίδια υπερβολικά μικρά σε μέγεθος, τα οποία πιθανόν αντιστοιχούν σε ελεύθερους αμυλόκοκκους που απελευθερώθηκαν Σχήμα 5.1. Μικρογραφίες των κλασμάτων αλεύρου σίτου (οπτικό μικροσκόπιο), και κοκκομετρική κατανομή τους α) W 80, β) W mix, γ) W 25 δ) W 15. κατά την άλεση. Όσον αφορά το δείγμα αλεύρου W mix, έγινε εμφανές ότι, στο μίγμα αλεύρου παρουσιάζονται τόσο τα μεγάλα σωματίδια του W 80, όσο και τα πολύ μικρά που προήλθαν από την άλεση με πεπιεσμένο αέρα, του δείγματος W 25 (Σχήμα 5.1.β). 105

140 Αποτελέσματα και συζήτηση Η μείωση του εύρους της κοκκομετρίας κατά την άλεση αποδίδεται αποκλειστικά στον τρόπο λειτουργίας της διάταξης «jet milling» και πιο συγκεκριμένα στην παρουσία του διαχωριστή (classifier). Ο διαχωριστής επιτρέπει τη διέλευση σωματιδίων (δηλ. την έξοδό τους από το θάλαμο άλεσης) με μέγεθος ίσο ή μικρότερο από αυτό για το οποίο έχει ρυθμιστεί. Τα μεγαλύτερα σωματίδια που φτάνουν στο διαχωριστή επιστρέφουν στα χαμηλότερα επίπεδα του θαλάμου άλεσης και συνεχίζουν να αλέθονται μέχρι να αποκτήσουν το επιθυμητό μέγεθος και να εξέλθουν από το θάλαμο άλεσης (Bass, 1988; Coutinho and Embiruçu, 2007). Στα ένθετα διαγράμματα του Σχήματος 5.1 παρουσιάζεται η αθροιστική κατανομή του μεγέθους σωματιδίων των αλεύρων και σημειώνεται η τιμή d 50 των αλεύρων. των αλεύρων Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στη σύσταση Ανάμεσα στις πολλές δοκιμές που χρησιμοποιούνται για την εξέταση των αλεύρων σίτου, οι αναλύσεις που αφορούν τη σύσταση του εξεταζόμενου αλεύρου είναι πρωταρχικής σημασίας. Γνωρίζοντας ο ερευνητής τη σύσταση του αλεύρου, δύναται να προβλέψει σε κάποιο βαθμό τη μετέπειτα συμπεριφορά του τόσο στην παρασκευή ζυμαριού, όσο και κατά την αρτοποιητική διαδικασία. Επίσης, μπορεί να αντιληφθεί αν το αλεύρι βρίσκεται εντός των προδιαγραφών που καθορίζει η νομοθεσία (π.χ. υγρασία <14.5%) και αν είναι ακατάλληλο ή όχι για τη χρήση που προορίζεται. Γενικά, η άλεση έχει επίδραση στη σύσταση των παραγόμενων αλεύρων. Στον Πίνακα 5.2 φαίνεται ότι η άλεση με πεπιεσμένο αέρα (jet milling) είχε πράγματι επίδραση στη σύσταση του αλεύρου, καθώς 106

141 Αποτελέσματα και συζήτηση μετέβαλλε τα ποσοστά υγρασίας, τέφρας, ολικού αμύλου και μηχανικά θραυσμένου αμύλου, σε σχέση με το αρχικό, μητρικό αλεύρι. Η περιεκτικότητα των αλεύρων σε υγρασία (% ξηρή μάζα, ξ.μ.) μειώθηκε στατιστικά σημαντικά (p<0,05), καθώς η διάμεσος της διαμέτρου των σωματιδίων του αλεύρου ελαττώθηκε από σχεδόν 80 σε 15μm. Η μείωση του ποσοστού της περιεχόμενης υγρασίας είναι πιθανόν να οφείλεται σε ένα βαθμό στην «αφυδάτωση» την οποία υφίσταται το προς άλεση μητρικό αλεύρι (W 80 ), εξαιτίας του ρεύματος αέρα υπερ-υψηλής πίεσης που αυτό δέχεται κατά τη διάρκεια της άλεσης. Πίνακας 5.2. Περιεκτικότητα των αλεύρων (μητρικό, λεπτόκοκκα) σε υγρασία, τέφρα, ολικό άμυλο και μηχανικά θραυσμένο άμυλο. Δείγμα (αλεύρι) W 80 W 25 W 15 LSD (0,05) Υγρασία (% ξ.μ. αλεύρου) 14,17 c 1 8,36 b 5,59 a 0,42 Τέφρα (% ξ.μ. αλεύρου) 0,45 b 0,30 a 0,32 a 0,05 Ολικό άμυλο (%) 68,28 a 69,34 a 70,75 a 3,21 Μηχανικά θραυσμένο άμυλο (%) 5,32 a 8,04 b 11,54 c 0,65 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD. Όπως στην περίπτωση της υγρασίας, η περιεκτικότητα των δειγμάτων σε τέφρα παρουσίασε ελάττωση με μείωση της κοκκομετρίας 107

142 Αποτελέσματα και συζήτηση (p<0.05). Παρόμοια αποτελέσματα έδειξαν και οι Hatcher et al. (2002), οι οποίοι παρατήρησαν μείωση του ποσοστού της τέφρας σε αλεύρι σίτου (Canadian Western Red Spring) που αλέστηκε σε κυλινδρόμυλο, καθώς η κοκκομετρία των δειγμάτων μειώνονταν. Την ίδια τάση διαπίστωσαν και οι Wang and Flores (2000) σε δείγματα αλεύρων σίτου, με κοκκομετρία <38 έως 75 μm. Η περιεκτικότητα των αλεύρων σε τέφρα είναι μία σημαντική παράμετρος για τις αλευροβιομηχανίες. Πιο συγκεκριμένα, όσο μικρότερη είναι η περιεκτικότητα σε τέφρα, τόσο καλύτερη η ποιότητα του παραγόμενου αλεύρου (Singh et al., 1998, Sun et al., 2007). Σύμφωνα με τα κριτήρια που παραθέτουν οι Mailhot και Patton (1988), το ποσοστό τέφρας των λεπτόκοκκων αλεύρων W 25 και W 15 βρίσκεται σε πολύ χαμηλά επίπεδα ( % ξ.μ. αλεύρου), γεγονός που τα καθιστά κατάλληλα για πληθώρα αρτοσκευασμάτων. Η περιεκτικότητα του (φαινομενικού) ολικού αμύλου (total starch) έδειξε μια μικρή, αλλά όχι σημαντική αύξηση, με μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου (p>0.05). Η μεταβολή αυτή ίσως οφείλεται στην αύξηση της ειδικής επιφάνειας του παραγόμενου αλεύρου μετά την άλεση, η οποία καθιστά ευκολότερη την υδρόλυση του αμύλου από τα αμυλολυτικά ένζυμα κατά τον προσδιορισμό του. Η αποτελεσματικότερη δράση των αμυλολυτικών ενζύμων στα λεπτόκοκκα άλευρα έχει ως αποτέλεσμα την εκτενέστερη απελευθέρωση μονάδων γλυκόζης, οι οποίες προσδιορίζονται στο τελευταίο στάδιο της ανάλυσης. Σύμφωνα με τους Mailhot και Patton (1988), τα σωματίδια με μέγεθος 0-20 μm και μm περιέχουν μεγάλο ποσοστό ελεύθερων αμυλοκόκκων, ενώ τα σωματίδια μεγέθους >35 μm έχουν μεγάλο ποσοστό συμπλεγμάτων αμύλου πρωτεΐνης. Πιθανόν τα σύμπλοκα αμύλου πρωτεΐνης να αποτελεί εμπόδιο στη δράση των αμυλολυτικών ενζύμων, με αποτέλεσμα να υπολογίζεται μεγαλύτερο ποσοστό φαινομενικού ολικού αμύλου στο δείγματα W 25 και W 15. Οι τιμές περιεκτικότητας ολικού αμύλου για όλα τα δείγματα 108

143 Αποτελέσματα και συζήτηση συμφωνούν με τις αντίστοιχες της βιβλιογραφίας (Atwell, 2001). Στο σχήμα 5.2. γ και δ, είναι εμφανής η εκτενέστερη απελευθέρωση των αμυλοκόκκων στο λεπτόκοκκο κλάσμα W 15. Σχήμα 5.2. Μικρογραφίες (οπτικό μικροσκόπιο) των αλεύρων σίτου W 80 (μητρικό) (α και β) και W 15 (λεπτόκοκκο) (γ και δ) πριν (α και γ) και μετά (β και δ) τη εφαρμογή πολωμένου φωτός. Το μηχανικά θραυσμένο άμυλο (damaged starch) είναι το σύνολο των αμυλοκόκκων που έχουν υποστεί ρήξη (θραύση) κατά τη διάρκεια της άλεσης (Atwell, 2001). Θεωρείται ως ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες της εκτίμησης ποιότητας των αλεύρων, καθώς επηρεάζει σε σημαντικό βαθμό παραμέτρους, όπως η απορρόφηση νερού (από το αλεύρι), οι ρεολογικές ιδιότητες των αντίστοιχων ζυμαριών, καθώς και η συνολική εμφάνιση του τελικού προϊόντος (στην παρούσα μελέτη: ψωμί). Η μείωση της κοκκομετρίας (d 50 ) των εξεταζόμενων δειγμάτων οδήγησε σε 109

144 Αποτελέσματα και συζήτηση στατιστικά σημαντική αύξηση του περιεχόμενου ποσοστού μηχανικά θραυσμένου αμύλου (p<0.05). Στην παρούσα μελέτη, οι τιμές του μηχανικά θραυσμένου αμύλου είναι συγκρίσιμες με τις αντίστοιχες των Letang et al. (2002) και έρχονται σε συμφωνία με προγενέστερες μελέτες που υποστηρίζουν ότι, όταν το μέγεθος των σωματιδίων του αλεύρου μειώνεται, τότε το ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου αυξάνεται, (Wang and Flores, 2000, Sun et al., 2007, Hasjim et al., 2012). Οι Chung et al. (2010) παρατήρησαν υψηλότερα ποσοστά μηχανικά θραυσμένου αμύλου σε άλευρα σίτου που προέκυψαν από λεπτοτεμαχισμό με ρεύμα αέρα υψηλής ταχύτητας και είχαν κοκκομετρία παρόμοια με αυτή που παρατηρήθηκε στην παρούσα μελέτη. Αντίθετα, οι Di Stasio et al. (2007) ισχυρίστηκαν ότι δεν υπάρχει ξεκάθαρη συσχέτιση μεταξύ του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου και του ποσοστού του μηχανικά θραυσμένου αμύλου (%). Πρέπει να σημειωθεί ότι το πλέον λεπτόκοκκο κλάσμα (W 15 ) παρουσίασε περίπου διπλάσιο ποσοστό (%) μηχανικά θραυσμένου αμύλου, σε σύγκριση με το χονδρόκοκκο μητρικό (W 80 ) (Πίνακας 5.2). Το αποτέλεσμα αυτό μπορεί να θεωρηθεί ως ένα πολύ σημαντικό πλεονέκτημα της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα (jet milling) σε σχέση με τις έως τώρα γνωστές και εφαρμοζόμενες τεχνικές άλεσης (είτε εργαστηριακής, είτε βιομηχανικής κλίμακας), οι οποίες αν και καταλήγουν σε τόσο μικρά μεγέθη σωματιδίων, εντούτοις οδηγούν σε πολύ μεγαλύτερη έκταση μηχανικής θραύσης των αμυλοκόκκων (Wang and Flores, 2000, Hasjim et al., 2012). Είναι γνωστό ότι η τεχνολογία άλεσης επηρεάζει το ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου (Sullivan et al., 1960; Prabhasankar and Haridas Rao, 2007; Di Stasio et al., 2007) και η τεχνολογία άλεσης με πεπιεσμένο αέρα φαίνεται να πλεονεκτεί σε αυτόν τον τομέα. 110

145 Αποτελέσματα και συζήτηση Καθώς η τιμή d 50 των δειγμάτων ελαττώθηκε από τα 80 στα 25μm, παρατηρήθηκε μια ελαφρά αύξηση στις τιμές του μηχανικά θραυσμένου αμύλου (%), σε αντίθεση με τη μείωση από της τιμής από τα 25 στα 15 μm, για την οποία η έκταση της αύξησης του ποσοστού μηχανικά θραυσμένου αμύλου είναι σημαντικά υψηλότερη. Εάν ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι, η διάμεσος της διαμέτρου των σωματιδίων (d 50 ) του δείγματος W 15 είναι σχεδόν ίση με τη μέση διάμετρο των αμυλοκόκκων (Α μορφή αμυλοκόκκων: >10 μm και Β μορφή αμυλοκόκκων: <10 μm) (Evers, 1971; Gem et al., 2006; Zheng et al., 2011), γίνεται εύκολα κατανοητό ότι σημαντικό ποσοστό των αμυλοκόκκων έχει υποστεί θραύση, καθώς η κοκκομετρία περνά σε μεγέθη μικρότερα από τα 25μm. Στο Σχήμα 5.3 φαίνεται η διαφορά στο περιεχόμενο μηχανικά θραυσμένο άμυλο μεταξύ του W 80 και του W 15 αλεύρου. Το μητρικό, χονδρόκοκκο αλεύρι (W 80 ) εμφάνισε ένα μικρό αριθμό ελεύθερων αμυλοκόκκων και περιορισμένη έκταση μηχανικά θραυσμένου αμύλου, ενώ αντίθετα, το λεπτόκοκκο κλάσμα (W 15 ) εμφάνισε σημαντικά μεγαλύτερο αριθμό ελεύθερων αμυλοκόκκων και μεγαλύτερη έκταση μηχανικής θραύσης του αμύλου που έγινε φανερή από την απώλεια της διπλοθλαστικότητας, η οποία γίνεται αντιληπτή κατά την παρατήρηση στο μικροσκόπιο με πολωτή φωτός. Η διπλοθλαστικότητα αποτελεί ιδιότητα των αμυλοκόκκων να στρέφουν το επίπεδο του πολωμένου φωτός, λόγω της οργανωμένης δομής τους (Lineback and Rasper, 1988). Στα μικρογραφήματα που παραλαμβάνονται από το οπτικό μικροσκόπιο, ο αμυλόκοκκος εμφανίζει χαρακτηριστική λάμψη και μορφή (σταυρός της Μάλτας Maltese cross) (Atwell, 2007). Όταν οι αμυλόκοκκοι υποστούν θραύση, η δομή τους χάνει την οργάνωσή τους, με αποτέλεσμα να χάνεται η διπλοθλαστικότητά τους. 111

146 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα 5.3. Εμφάνιση αμυλοκόκκων σε μικρογραφίες των αλεύρων W 80 και W 15 με χρήση πολωμένου φωτός Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στις χρωματικές παραμέτρους των αλεύρων σίτου Η τεχνική άλεσης με πεπιεσμένο αέρα επηρέασε και τις χρωματικές παραμέτρους του μητρικού αλεύρου (Πίνακας 5.3). Συγκεκριμένα, οδήγησε σε περισσότερο λευκά «φωτεινά» κλάσματα αλεύρου, όπως διαπιστώθηκε από την αύξηση των τιμών L* με τη μείωση της d 50 των αλεύρων. Η φωτεινότητα του αλεύρου σίτου σχετίζεται με την κοκκομετρία του (Symons and Dexter, 1991: Barbosa-Canovas and Yan, 2003), όμως τη μεγαλύτερη επίδραση στο χρώμα του αλεύρου την οφείλεται σε μεταβολές στο ποσοστό της τέφρας του (Ambalamaatil et al., 2002). Πράγματι, η υψηλότερη φωτεινότητα των λεπτόκοκκων κλασμάτων (W 25, W 15 ) πιθανόν οφείλεται στη μείωση της περιεκτικότητας της τέφρας, η οποία μειώθηκε με τη μείωση της κοκκομετρίας των αλεύρων (Πίνακας 5.2). Η ελάττωση της περιεκτικότητας του αλεύρου σε μεταλλικά στοιχεία οδηγεί σε περισσότερο «λαμπερά» κλάσματα αλεύρου. Παρόμοια 112

147 Αποτελέσματα και συζήτηση αποτελέσματα παρατήρησαν και οι Wang και Flores (2000), καθώς η φωτεινότητα του αλεύρου αυξήθηκε με μείωση της κοκκομετρίας, τόσο σε άλευρα από σκληρό, όσο και σε άλευρα από μαλακό σιτάρι. Η μείωση της κοκκομετρίας των αλεύρων οδήγησε σε σημαντική ελάττωση των χρωματικών τους παραμέτρων a* (κόκκινη απόχρωση) και b* (κίτρινη απόχρωση) (p<0.05) (Πίνακας 5.3). Πίνακας 5.3. Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στις χρωματικές παραμέτρους (L*, a*, b*) των αλεύρων σίτου. Δείγμα Χρωματικές παράμετροι (αλεύρι) L* a* b* W 80 91,07 a 1-1,69 c 14,49 c W 25 96,75 b - 1,38 b 6,93 b W 15 98,54 c - 0,24 a 3,93 a LSD (0,05) 1,78 0,23 1,25 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD Ολικές πεντοζάνες, εκχύλιση και καθαρισμός των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών και μοριακή δομή τους Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στο ποσοστό των ολικών πεντοζανών των αλεύρων σίτου Ο προσδιορισμός του ποσοστού των ολικών πεντοζανών στα άλευρα σίτου έγινε με τη μεθόδου του Douglas (1981). Είναι μια γρήγορη 113

148 Αποτελέσματα και συζήτηση και επαναλήψιμη μέθοδος, η οποία βασίζεται στην όξινη υδρόλυση των πεντοζανών και τον προσδιορισμό τους σε ισοδύναμα ξυλόζης. Ο υπολογισμός των πεντοζανών βασίζεται στη διαφορά μεταξύ των απορροφήσεων του προς εξέταση διαλύματος σε 2 διαφορετικά μήκη κύματος, στα 552 και στα 510nm, προκειμένου να γίνει η διόρθωση της απορρόφησης των εξοζών. Η τεχνική άλεσης πεπιεσμένου αέρα φαίνεται να έχει στατιστικά σημαντική επίδραση στο ποσοστό των ολικών πεντοζανών των αλεύρων (p<0.05). Καθώς η μέση κοκκομετρία (d 50 ) του αλεύρου μειώνεται, το ποσοστό των ολικών πεντοζανών αυξάνεται (p<0.05) (Πίνακας 5.4). Συγκεκριμένα, το ποσοστό των ολικών πεντοζανών (% ξ.μ. αλεύρου) στο χονδρόκοκκο (μητρικό) αλεύρι (W 80 ) είναι στατιστικά σημαντικά μικρότερο σε σχέση με το αντίστοιχο στα λεπτόκοκκα άλευρα (W 25, W 15 ). Το παραπάνω αποτέλεσμα υποδεικνύει μια πληρέστερη εκχύλιση των πεντοζανών, κατά την όξινη υδρόλυση στην οποία υπόκεινται τα δείγματα. Οι Letang et al. (2002), επίσης, προσδιόρισαν υψηλότερα ποσοστά ολικών πεντοζανών σε λεπτόκοκκα κλάσματα αλεύρου σίτου, τα οποία παραλήφθηκαν μετά από άλεση με πεπιεσμένο αέρα και αεροδιαχωρισμό. Τα ποσοστά που προσδιορίστηκαν στην παρούσα μελέτη είναι συγκρίσιμα με αυτά που αναφέρονται στη βιβλιογραφία (Izydorczyk et al., 1991). Οι Delcour et al. (1999) υπολόγισαν ποσοστό ολικών πεντοζανών περίπου 1,50 % σε αλεύρι σίτου με βαθμό άλεσης 70%, ενώ οι Shogren et al. (1986) προσδιόρισαν παρόμοια ποσοστά σε εμπορικά δείγματα αλεύρου σίτου που προήλθαν με αεροδιαχωρισμό. 114

149 Αποτελέσματα και συζήτηση Πίνακας 5.4. Ποσοστό των ολικών πεντοζανών, των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών (WEΑΧ) και το μοριακό τους βάρος σε κλάσματα σίτου διαφορετικής κοκκομετρίας. Δείγμα (αλεύρι) Ολικές πεντοζάνες (% ξ.μ.) WEAX (% ξ.μ.) WEAX Mp (x 10 5 ) W 80 1,12 a 1 0,42 a 2,22 a W 25 1,48 b 0,44 a 2,33 a W 15 1,55 b 0,53 b 2,22 a LSD (0,05) 0,38 0,05 0,16 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD Απομόνωση και καθαρισμός του κλάσματος των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών H απομόνωση και ο καθαρισμός του υδατοδιαλυτού κλάσματος των αραβινοξυλανών του σίτου έχει μελετηθεί σε μεγάλο βαθμό (Izydorczyk et al., 1991, Dornez et al. 2008; Skendi et al. 2011). Αποτελεί δομικό συστατικό των κυτταρικών τοιχωμάτων του ενδοσπερμίου με μεγάλη σημασία, τόσο τεχνολογική (Biliaderis et al., 1995; Courtin and Delcour, 2002) όσο και διατροφική (Lu et al., 2004). Η απόδοση των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών (Water Extractable Arabinoxylans WEAX) (% ξ.μ.) που παραλήφθηκαν από τα τρία διαφορετικά κλάσματα αλεύρου μετά από απομόνωση και καθαρισμό τους (Σχήμα 4.1), δίνεται στον Πίνακα 5.4. Παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση στο ποσοστό των WEAX (% ξ.μ. αλεύρου), καθώς η κοκκομετρία των εξεταζόμενων αλεύρων μειώθηκε (p<0.05), γεγονός που 115

150 Αποτελέσματα και συζήτηση οδηγεί στη θραύση των κυτταρικών τοιχωμάτων του ενδοσπερμίου σε μεγαλύτερο βαθμό και στην αύξηση της επιφάνειας τους, με αποτέλεσμα οι αραβινοξυλάνες να εκχυλίζονται-διαλυτοποιούνται πληρέστερα. Πιο συγκεκριμένα, το αλεύρι W 80 δε διέφερε στατιστικά σημαντικά από το πρώτο λεπτόκοκκο κλάσμα W 25, σε αντίθεση με το W 15 στο οποίο η αύξηση του ποσοστού διαλυτών αραβινοξυλανών ήταν στατιστικά σημαντική. Οι αποδόσεις των απομονωμένων WEAX ήταν συγκρίσιμες με τις αντίστοιχες που αναφέρονται συνηθέστερα στη βιβλιογραφία (Biliaderis et al., 1992; Delcour et al., 1999; Hartmann et al., 2005; Dornez et al., 2006; Ganguli and Turner, 2008; Shewry et al., 2010). Οι υψηλότερες τιμές WEAX που προσδιορίστηκαν από τους Izydorczyk et al. (1991) και τους Dornez et al. (2008) μπορούν να αποδοθούν στο γενότυπο των ποικιλιών που εξετάστηκαν. Παρομοίως, η άλεση σε κυλινδρόμυλο οδήγησε σε αύξηση του ποσοστού των WEAX με μείωση της κοκκομετρίας, σε κλάσματα αλεύρου που παραλήφθηκαν από διαφορετικά στάδια της άλεσης (Dornez et al., 2006). Οι van Crayeveld et al. (2008) έδειξαν ότι η μείωση της κοκκομετρίας (d 50 ) του φλοιού του φυτού psyllium κατά την άλεση σε σφαιρόμυλο οδήγησε σε αύξηση της εκχυλισιμότητας των διαλυτών αραβινοξυλανών. Στην ίδια μελέτη γίνεται σαφές ότι η εκχυλισιμότητα του διαλυτού κλάσματος αραβινοξυλανών από το φλοιό psyllium (% των ολικών αραβινοξυλανών) από το αλεύρι που προήλθε από άλεση με πεπιεσμένο αέρα ήταν ελαφρά αυξημένη σε σχέση με το αντίστοιχο μητρικό αλεύρι, ενώ ήταν συγκρίσιμη με το κλάσμα αλεύρου που προήλθε μετά από άλεση 2 ωρών στο σφαιρόμυλο. Στην παρούσα μελέτη, η άλεση με πεπιεσμένο αέρα έδειξε μικρή αύξηση του ποσοστού των WEAX, γεγονός που συμφωνεί με τα ευρήματα των van Crayeveld et al. (2008). Είναι φανερό ότι οι συμβατικές τεχνικές βελτιώνουν σημαντικά την ικανότητα εκχύλισης των διαλυτών αραβινοξυλανών, ωστόσο, στην 116

151 Αποτελέσματα και συζήτηση περίπτωση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα απαιτείται εκτενέστερη μελέτη, ώστε να αποδειχθεί ότι πράγματι ενισχύει (και σε ποιο βαθμό) την ικανότητα εκχύλισης του διαλυτού κλάσματος αραβινοξυλανών Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στη μοριακή δομή των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών Αρχικά, ο χαρακτηρισμός της μοριακής δομής των απομονωμένων κλασμάτων υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών, πραγματοποιήθηκε με το σύστημα υγρής χρωματογραφίας αποκλεισμού μεγέθους υψηλής απόδοσης (HPSEC), το οποίο ήταν εξοπλισμένο με ανιχνευτή δείκτη διάθλασης (RI). Πιο συγκεκριμένα, προσδιορίστηκε από το χρωματογράφημα το φαινομενικό μοριακό βάρος του κλάσματος του κλάσματος της κορυφής (Mp) του εκλουόμενου πολυσακχαρίτη. Για την εξέταση των δειγμάτων αλεύρου σίτου, κατασκευάστηκε πρώτα η πρότυπη καμπύλη από πρότυπα δείγματα αραβινοξυλανών με γνωστά φαινομενικά μοριακά βάρη του κλάσματος της κορυφής (Σχήμα 5.4). Τα πρότυπα δείγματα αναλύθηκαν με την ίδια τεχνική, όπως και τα προς εξέταση δείγματα, και αφού προσδιορίστηκαν οι χρόνοι έκλουσης τους, κατασκευάσθηκε η πρότυπη καμπύλη, σε διάγραμμα του δεκαδικού λογάριθμου του φαινομενικού μοριακού βάρους (logmp), με τον όγκο έκλουσης (elution volume) (Σχήμα 5.4, ένθετο) ο όγκος έκλουσης ισούται με το γινόμενο του χρόνου έκλουσης επί τη ροή της στήλης. Γνωρίζοντας το χρόνο έκλουσης του κάθε εξεταζόμενου, άγνωστου δείγματος, υπολογίστηκε από την πρότυπη καμπύλη το φαινομενικό μοριακό βάρος του κλάσματος της κορυφής τους, Mp (Σχήμα 5.4 και Πίνακας 5.4). Τα πρότυπα δείγματα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν απομονωμένα κλάσματα 117

152 Αποτελέσματα και συζήτηση υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών από διαφορετικές ποικιλίες σίτου (Δωδώνη, Generozo, Στρυμόνας, Δίον) (Skendi et al., 2011). Κατά την εξέταση των απομονωμένων κλασμάτων αραβινοξυλανών με τη συγκεκριμένη διάταξη HPLC, η ανάλυση της διακύμανσης δεν έδειξε στατιστικά σημαντική διαφορά (p>0.05) στις τιμές μοριακού βάρους του κλάσματος της κορυφής (Mp) μεταξύ των δειγμάτων που διέφεραν ως προς την κοκκομετρία (Πίνακας 5.4). Στην υγρή χρωματογραφία αποκλεισμού μεγέθους, σε μικρότερους χρόνους εκλούονται δείγματα υψηλότερου μοριακού βάρους, ενώ αντίθετα, σε μεγαλύτερους χρόνους εκλούονται δείγματα με μικρότερο μοριακό βάρος. Στο Σχήμα 5.4 απεικονίζονται αντιπροσωπευτικά χρωματογραφήματα των τριών εξεταζόμενων δειγμάτων (W 80, W 25, W 15 ), όπου δεν παρατηρήθηκε κάποια μετατόπιση της κορυφής των χρωματογραφημάτων προς μεγαλύτερους χρόνους, καθώς μειώθηκε η κοκκομετρία του αλεύρου σίτου. Επομένως, μπορούμε να ισχυριστούμε ότι η άλεση με πεπιεσμένο αέρα δεν επηρέασε τη μοριακή δομή των απομονωμένων υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών, καθώς δε φαίνεται ότι επηρεάζει το μοριακό βάρος τους. Οι τιμές φαινομενικού μοριακού βάρους που υπολογίστηκαν συμφωνούν με αυτές που παρατίθενται στη βιβλιογραφία (Maes and Delcour, 2002; Zheng et al., 2011; Morales-Ortega et al., 2013). 118

153 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα 5.4. Χρωματογραφήματα έκλουσης των απομονωμένων υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών (WEAX) από άλευρα σιταριού διαφορετικής κοκκομετρίας, με το σύστημα HPSEC RI. Δίνονται τα μοριακά βάρη και τα χρονικά σημεία έκλουσης (βέλη) των πρότυπων δειγμάτων που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή της πρότυπης καμπύλης (ένθετο διάγραμμα). Το τελευταίο συμπέρασμα έρχεται σε αντίθεση με όσα είναι έως τώρα γνωστά από τη βιβλιογραφία, για την καταστρεπτική επίδραση της άλεσης στη μοριακή δομή των διαιτητικών ινών. Οι van Crayeveld et al. (2009) διαπίστωσαν τη μείωση του φαινομενικού μοριακού βάρους υδατοδιαλυτών κλασμάτων αραβινοξυλανών από πίτυρο σιταριού και σίκαλης, τα οποία είχαν αλεστεί σε σφαιρόμυλο (ball milling), σε 119

154 Αποτελέσματα και συζήτηση διαφορετικούς βαθμούς πλήρωσης του θαλάμου άλεσης προκειμένου να επιτευχθεί μείωση της κοκκομετρίας των παραγόμενων αλεύρων. Παρόμοια ευρήματα είχαν και οι van Crayeveld et al. (2008) σε εξέταση του κλάσματος υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών από φλοιό psyllium, όπου η άλεση σε σφαιρόμυλο άλλαξε δραματικά τη δομή των αραβινοξυλανών, μειώνοντας σημαντικά το φαινομενικό τους μοριακό βάρος. Σε αντίθεση με τις γνωστές τεχνικές άλεσης, όπως η άλεση σε σφαιρόμυλο ή κυλινδρόμυλο, οι οποίες οδηγούν σε μερική αποικοδόμηση της πολυμερικής αλυσίδας και, κατά συνέπεια, σε μείωση του μοριακού βάρους των διαιτητικών ινών, και μεταβολή της δομής τους (Zheng et al., 2011), η τεχνική άλεσης με πεπιεσμένο αέρα φαίνεται ότι δεν έχει καταστρεπτική επίδραση στο μοριακό μέγεθος των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών. Το γεγονός αυτό πιθανόν να οφείλεται στη φύση των δυνάμεων που αναπτύσσονται κατά την άλεση με πεπιεσμένο αέρα, δηλαδή στις συγκρούσεις μεταξύ των σωματιδίων και τα τοιχώματα του θαλάμου άλεσης και στις συγκρούσεις ανάμεσα στα σωματίδια (Benz et al., 1996; Letang et al., 2001), οι οποίες οδηγούν σε στιγμιαία θραύση των σωματιδίων και στον περιορισμό της ανάπτυξης δυνάμεων τριβής. Ωστόσο, το τελευταίο συμπέρασμα καλό είναι να μη γενικευθεί, καθώς δεν υπάρχουν επαρκή δεδομένα για να τεκμηριωθεί, αν η τεχνική άλεσης με πεπιεσμένο αέρα έχει την ίδια συμπεριφορά σε όλες τις διαιτητικές ίνες, όλων των δημητριακών καρπών. Επίσης, το φαινομενικό μοριακό βάρος των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών του δείγματος W 80 πιθανόν να είχε ήδη μειωθεί από την πρώτη του άλεση και, ίσως, για το λόγο αυτό δε σημειώθηκαν διαφορές με τα αντίστοιχα λεπτόκοκκα άλευρα (W 25, W 15 ). Ακολούθησε η μελέτη της πρωτοταγούς δομής των απομονωμένων κλασμάτων υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών με την τεχνική της φασματοσκοπίας πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού, NMR. Στο Σχήμα 5.5. φαίνεται ένα τυπικό διάγραμμα 1 H NMR, από όπου προσδιορίστηκαν 120

155 Αποτελέσματα και συζήτηση η αναλογία μονάδων αραβινόζης προς μονάδες ξυλόζης (A/X), η αναλογία μονοϋποκατεστημένων προς διυποκατεστημένων μονάδων ξυλόζης (M/D) και η αναλογία υποκατεστημένων προς μη-υποκατεστημένων μονάδων ξυλόζης (M+D)/U. -Χ2,3-Α Σχήμα 5.5. Τυπικό διάγραμμα φασματοσκοπίας πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR). Σημειώνονται οι κορυφές της μη υποκατεστημένης, U (-Χ-), καθώς και της μόνο, Μ (-Χ3-Α), και δι, D (-Χ2,3-Α), υποκατεστημένης μονάδας ξυλόζης, Xylp. Η ταυτοποίηση των κορυφών πραγματοποιήθηκε με βάση τη βιβλιογραφία και με επαλήθευση με χρήση δισδιάστατης φασματοσκοπίας NΜR (τα δεδομένα δεν δίνονται). Η κορυφή στα περίπου- 5,42ppm αποδίδεται στα ανωμερή πρωτόνια των μονάδων αραβινόζης (Araf) που συνδέονται στο Ο-3 των μονοϋποκατεστημένων μονάδων ξυλόζης (Xylp), ενώ οι δύο κορυφές που εμφανίζονται στα 5,32 και 5,23 ppm αντιστοιχούν στα ανωμερή πρωτόνια των μονάδων αραβινόζης (Araf) που συνδέονται 121

156 Αποτελέσματα και συζήτηση στο Ο-3 και Ο-2 των διυποκατεστημένων μονάδων ξυλόζης (Xylp). Οι κορυφές που δεν έχουν ταυτοποιηθεί (προς τα δεξιά των κορυφών στα 5,23 και 5,32 ppm) πιθανόν οφείλονται στις μονάδες Araf που είναι συνδεδεμένες σε διαδοχικές μονάδες διυποκατεστημένης Xylp στην αλυσίδα της αραβινοξυλάνης (Hoffmann et al., 1992). Οι τιμές των αναλογιών των μόνο-, δι- και μη-υποκατεστημένων μονάδων ξυλόζης για τα δείγματα αλεύρου της παρούσας μελέτης δίνονται στον Πίνακα 5.5. Ο υπολογισμός τους έγινε με βάση τη μεθοδολογία ολοκλήρωσης του σήματος που έχει προταθεί από τον Toole et al. (2009). Τα αποτελέσματα δεν έδειξαν στατιστικά σημαντικές διαφορές ανάμεσα στα δείγματα, τόσο στο μητρικό αλεύρι σίτου, όσο και στα λεπτόκοκκα κλάσματα (p>0.05), σε καμία από τις παραμέτρους που υπολογίστηκαν. Οι τιμές της αναλογίας Α/Χ που υπολογίστηκε για το χονδρόκοκκο κλάσμα αλεύρου σίτου (W 80 ) συμφωνούν με τις αντίστοιχες της βιβλιογραφίας (Izydorczyk et al., 1991; Ordaz-Ortiz and Saulnier, 2005; Skendi et al., 2011), και πιθανές διαφορές μπορούν να αποδοθούν στο γενότυπο της εκάστοτε ποικιλίας ή στον τρόπο της εκχύλισης του κλάσματος (Cyran et al., 2004). Οι Delcour et al. (1999) είχαν παρόμοια ευρήματα σε άσπρο αλεύρι σίτου βαθμού άλεσης 70%. Επιπρόσθετα, η σχετική ένταση του σήματος του ΝΜR έδειξε ότι το μεγαλύτερο μέρος των υποκατεστημένων μονάδων ξυλόζης ήταν συνδεμένο με μία μονάδα αραβινόζης (στο Ο-3), οδηγώντας σε τιμές της αναλογίας M/D μονάδων ξυλόζης μεγαλύτερες της μονάδας για όλα τα δείγματα. Το τελευταίο έρχεται σε αντίθεση με τα αποτελέσματα των Skendi et al. (2011), οι οποίοι βρήκαν αναλογία M/D <1 σε αραβινοξυλάνες από διαφορετικές ποικιλίες σιταριού, καθώς και μικρότερες τιμές αναλογίας (M+D)/U σε σχέση με αυτές της παρούσας μελέτης. 122

157 Αποτελέσματα και συζήτηση Πίνακας 5.5. Χαρακτηριστικά πρωτοταγούς δομής υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών (AX) από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας που προσδιορίστηκαν με φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR). Δείγμα (αλεύρι) A/X 1 M/D 2 (M+D)/U 3 W 80 0,69 a 4 1,04 a 0,87 a W 25 0,68 a 1,04 a 0,84 a W 15 0,71 a 1,05 a 0,91 a 1 Αναλογία μονάδων αραβινόζης προς μονάδες ξυλόζης 2 Αναλογία μονοϋποκατεστημένων προς διυποκατεστημένων μονάδων ξυλόζης 3 Αναλογία υποκατεστημένων προς μη-υποκατεστημένων μονάδων ξυλόζης 4 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD Στο Σχήμα 5.6 απεικονίζονται τα φάσματα πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού όλων των κλασμάτων αλεύρου σίτου, από όπου διαπιστώνεται ότι το προφίλ του φάσματος δεν μεταβάλλεται με τη κοκκομετρία του αλεύρου, γεγονός που επιβεβαιώθηκε από την ανάλυση διακύμανσης που έγινε, στις υπολογιζόμενες παραμέτρους (Πίνακας 5.5). 123

158 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα 5.6. Φάσματα πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού ( 1 H NMR, D 2 O, 40 o C, 600 MHz) των κλασμάτων των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών (WEAX) των δειγμάτων αλεύρου σίτου διαφορετικής κοκκομετρίας (W 80, W 25, W 15 τα α και β αναφέρονται στις δύο επαναλήψεις). Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης έρχονται σε αντίθεση με την επιστημονική βιβλιογραφία, σύμφωνα με την οποία η άλεση με συμβατικές μεθόδους είναι ένας παράγοντας που μεταβάλλει τη δομή των αραβινοξυλανών (Delcour et al., 1999; van Crayeveld et al., 2009). Γενικά, η τεχνική άλεσης με πεπιεσμένο αέρα φαίνεται να έχει θετική επίδραση στο κλάσμα των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών που προέρχονται από άλευρα σίτου, καθώς ενισχύει την ικανότητα εκχύλισής τους, ενώ παράλληλα δε φαίνεται να αποτελεί καταστροφικό παράγοντα για τη μοριακή τους δομή. 124

159 Αποτελέσματα και συζήτηση 5.2 Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στις ιδιότητες των παραγόμενων ζυμαριών Εξέταση των ρεολογικών ιδιοτήτων των ζυμαριών με εμπειρικές μεθόδους Στις εμπειρικές τεχνικές, η ερμηνεία των ρεολογικών δεδομένων βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην εμπειρία του χειριστή του οργάνου και στο πως ερμηνεύει τα ευρήματα του εκάστοτε γραφήματος. Οι εμπειρικές τεχνικές έχουν το πλεονέκτημα ότι δίνουν γρήγορα και αξιόπιστα αποτελέσματα, όσον αφορά τη συσχέτιση των αποτελεσμάτων τους με τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του ζυμαριού και του τελικού προϊόντος, γεγονός που τις κάνει ελκυστικές σε αλευροβιομηχανίες, βιομηχανίες αρτοσκευασμάτων, αλλά και σε ερευνητικά εργαστήρια. Ουσιαστικά, οι εμπειρικές τεχνικές αποτυπώνουν την εμπειρική εκτίμηση του αρτοποιού σχετικά με τα ρεολογικά χαρακτηριστικά του σχηματιζόμενου ζυμαριού (π.χ δυνατό, αδύνατο, κολλώδες, ελαστικό κτλ.). Από την άλλη πλευρά, δε δίνουν τις τιμές των ρεολογικών παραμέτρων εκφρασμένες σε θεμελιώδεις μονάδες και επιπλέον, απαιτούν μεγάλες ποσότητες πρώτης ύλης (αλεύρι) και δεν μπορούν να εξετάσουν τη ρεολογική συμπεριφορά των ζυμαριών κάτω από μικρές παραμορφώσεις, οπότε η χρήση τους για ερευνητικούς σκοπούς έχει γίνει αντικείμενο κριτικής (Hadnađev et al., 2011). Παρ όλα αυτά, έχουν αναγνωριστεί ως επίσημες μέθοδοι από τις AACC, International Association for Cereal Science and Technology (ICC) και International Organization for Standardization (ISO), ενώ έχουν θεσπιστεί και διεθνή πρότυπα για αυτές. 125

160 Αποτελέσματα και συζήτηση Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στην απορρόφηση νερού από το αλεύρι και τη συμπεριφορά του σχηματιζόμενου ζυμαριού Από τις εμπειρικές τεχνικές, ο φαρινογράφος αποτελεί το περισσότερο χρησιμοποιούμενο όργανο που προσδιορίζει τη ρευστότητα (ροή) και τον πλαστικό χαρακτήρα του ζυμαριού, με βάση τη ροπή που το τελευταίο αναπτύσσει κατά την ανάμιξη του στο μίξερ του οργάνου και η οποία είναι ανάλογη του ιξώδους του (deman et al., 1976). Στη σύγχρονη μορφή του, ο φαρινογράφος συνδέεται με ένα ηλεκτρονικό υπολογιστή, στην οθόνη του οποίου εμφανίζεται σε πραγματικό χρόνο η συμπεριφορά του αλεύρου κατά την ανάμιξη και την μορφοποίηση του σε ζυμάρι. Η καμπύλη του φαρινογραφήματος, η οποία περιγράφει τις μεταβολές της αντίστασης του ζυμαριού κατά την ανάμιξη εκφρασμένη στις εμπειρικές μονάδες FU σε συνάρτηση με το χρόνο, αρχικά παρουσιάζει ανοδική πορεία, μέχρι να φτάσει ένα μέγιστο, και στη συνέχεια εμφανίζει καθοδική τάση (Σχήμα 5.7). Σε κάθε φαρινογράφημα, ο άξονας Y αντιπροσωπεύει τη συνεκτικότητα του ζυμαριού ( BU), ενώ ο άξονας X το χρόνο ανάμιξης (0-20 min). Για να είναι συγκρίσιμα τα αποτελέσματα μεταξύ διαφορετικών δειγμάτων, το μέσο σημείο του εύρους της καμπύλης πρέπει να είναι κοντά στα 500FU, γεγονός που μπορεί να επιτευχθεί με την κατάλληλη προσθήκη νερού (μετρούμενη με χρήση προχοΐδας) στο προς εξέταση άλευρο. Ένας έμπειρος χρήστης μπορεί να πετύχει τη σωστή καμπύλη με τη δεύτερη ή τρίτη προσπάθεια (Atwell, 2001). 126

161 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα 5.7. Αντιπροσωπευτικό φαρινογράφημα κατά την εξέταση του αλεύρου W 80 στο φαρινογράφο. Στον Πίνακα 5.6 παρατίθενται τα ρεολογικά χαρακτηριστικά του κάθε δείγματος κατά την εξέτασή τους στο φαρινογράφο. Καθώς η κοκκομετρία μειώνεται, η απορρόφηση του νερού από το αλεύρι αυξάνεται (τόσο για τη διόρθωση στα 500FU, όσο και για τη διόρθωση στο 14% υγρασία αλεύρου). Παρατηρούμε ότι το λεπτόκοκκο αλεύρι W 25, για να σχηματίσει ζυμάρι συνεκτικότητας 500FU (D 25 ), απορροφά ποσότητα νερού ίση με 65,1% της μάζας του αλεύρου, περίπου 8 ποσοστιαίες μονάδες περισσότερο από το αντίστοιχο χονδρόκοκκο (D 80 ). Υψηλότερη απορρόφηση νερού καταδεικνύει ότι απαιτούνται μεγαλύτερες ποσότητες νερού για να επιτευχθεί η επιθυμητή συνεκτικότητα του ζυμαριού, ωστόσο οι τιμές που προκύπτουν από το φαρινογράφο δεν είναι απαραίτητα ακριβείς (Atwell, 2001). Οι τιμές που προσδιορίστηκαν για την απορρόφηση νερού συμφωνούν με τη βιβλιογραφία (Ambalamaatil et al., 2002; Kawai et al., 2006; Sun et al., 2007; Gangadharapa et al., 2008; Ktenioudaki et al., 2010). 127

162 Αποτελέσματα και συζήτηση Η απορρόφηση νερού από το αλεύρι εξαρτάται από δύο παράγοντες, την περιεχόμενη πρωτεΐνη και το μηχανικά θραυσμένο άμυλο (Bushuk and Rasper, 1994). Επομένως, η διαφορά στην απορρόφηση νερού μεταξύ των δειγμάτων αλεύρου σίτου διαφορετικής κοκκομετρίας μπορεί να αποδοθεί σε μεγάλο βαθμό στη διαφορά τους στο περιεχόμενο μηχανικά θραυσμένο άμυλο. Σύμφωνα με τους Rakszegi et al. (2010), το μηχανικά θραυσμένο άμυλο απορροφά ποσότητα νερού ίση με 2 4% του βάρους του (πολύ υψηλότερο σε σχέση με το 0,4% του φυσικού αμύλου). Όπως παρουσιάστηκε προηγούμενα, η διαφορά στην έκταση της θραύσης του αμύλου μεταξύ του W 80 και του W 25 ανέρχεται περίπου στις 3 ποσοστιαίες μονάδες (Πίνακας 5.2), επομένως η διαφορά των 8 ποσοστιαίων μονάδων στην απορρόφηση του νερού κατά την εξέταση στο φαρινογράφο (Πίνακας 5.6) μπορεί να αποδοθεί στη διαφορά στο ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου που βρέθηκε ανάμεσα στα δύο κλάσματα αλεύρου. Τη σημαντική επίδραση του μηχανικά θραυσμένου αμύλου στην απορρόφηση νερού έδειξαν και άλλοι ερευνητές (Hatcher et al., 2002; Ljuan et al., 2007; Gangadharapa et al., 2008). Αν και οι υδατοδιαλυτές αραβινοξυλάνες απορροφούν σημαντικές ποσότητες νερού, δεν μπορεί να αποδοθεί σε αυτές κάποια επίδραση στην απορρόφηση νερού στην παρούσα μελέτη, καθώς μεταξύ του W 80 και του W 25 δεν εμφανίστηκε στατιστικά σημαντική διαφορά κατά την εκχύλιση τους (Πίνακας 5.4). 128

163 Αποτελέσματα και συζήτηση Πίνακας 5.6. Επίδραση της κοκκομετρίας αλεύρων σίτου στα ρεολογικά χαρακτηριστικά των ζυμαριών (παράμετροι εκτατογράφου). Παράμετροι φαρινογράφου D 80 D mix D 25 Απορρόφηση (διόρθωση για 500FU) (%) 57,3 61,1 65,1 Απορρόφηση (διόρθωση για 14% υγρασία 55.,1 57,8 60,6 αλεύρου) (%) Χρόνος ανάπτυξης (min) 1,7 2,0 1,9 Σταθερότητα (min) 13,0 13,7 13,3 Βαθμός εξασθένησης (10min μετά την 24,0 11,0 16,0 έναρξη) (FU) Βαθμός εξασθένησης (ICC/12min μετά το μέγιστο) (FU) 31,0 21,0 18,0 Ο χρόνος που απαιτείται για την ανάπτυξη του ζυμαριού φαίνεται να αυξάνεται καθώς το μέγεθος των σωματιδίων του χρησιμοποιούμενου αλεύρου ελαττώνεται αν και, η αύξηση αυτή δεν είναι μεγάλη. Ο χρόνος ανάπτυξης του ζυμαριού σημειώνεται όταν όλα τα σωματίδια του αλεύρου έχουν ενυδατωθεί (Letang et al., 1999) και εξαρτάται από την ποιότητα της γλουτένης του αλεύρου, το μέγεθος των αμυλοκόκκων και το μηχανικά θραυσμένο άμυλο (Hadnađev et al., 2011). Πιο συγκεκριμένα, αυξάνεται με τη μείωση του μεγέθους των αμυλοκόκκων και την αύξηση του ποσοστού μηχανικά θραυσμένου αμύλου, καθώς αυξάνεται η ειδική επιφάνεια του αμύλου το οποίο απορροφά μεγαλύτερη ποσότητα νερού. Καθώς το μέγεθος των τεμαχιδίων του αλεύρου ελαττώνεται και φθάνει σε επίπεδα μικρότερα από 25μm, η περιεκτικότητα του αλεύρου σε μηχανικά θραυσμένο άμυλο αυξάνεται και η κοκκομετρία των αμυλοκόκκων μειώνεται. Συνεπώς, η τάση αύξησης του χρόνου ανάπτυξης που παρατηρήθηκε στα ζυμάρια από άλευρα μικρότερης κοκκομετρίας (D mix, D 25 ), πιθανόν οφείλεται στις παραπάνω μεταβολές που προκύπτουν κατά 129

164 Αποτελέσματα και συζήτηση την άλεση. Οι τιμές που βρέθηκαν στη βιβλιογραφία σχετικά με το χρόνο ανάπτυξης του ζυμαριού ποικίλουν από μεγάλες (Ambalamaatil et al., 2002; Hatvher et al., 2002; Sun et al., 2007), έως μικρές (Sun et al., 2007; Ktenioudaki et al., 2010), όπως υπολογίστηκαν στην παρούσα μελέτη. Ένα τυπικό αλεύρι, με 14% «δυνατή» γλουτένη, εμφανίζει χρόνο ανάπτυξης περίπου 7 min (Bramble et al., 2010), οπότε τα άλευρα που εξετάστηκαν στην παρούσα μελέτη μπορούν να χαρακτηρισθούν ως σχετικά ασθενή. Πρέπει να σημειωθεί ότι, αν η κορυφή του φαρινογραφήματος (και κατά συνέπεια, ο χρόνος ανάπτυξης) είναι περίπου στα 1 3 min, το γράφημα θα πρέπει να εξετασθεί περισσότερο για την ύπαρξη και δεύτερης κορυφής, η οποία είναι πιθανόν να σχετίζεται καλύτερα με την ανάπτυξη του ζυμαριού. Στην παρούσα μελέτη, όλοι οι χρόνοι ανάπτυξης είναι μικρότεροι από 3min και τα ζυμάρια εμφανίζουν μια δεύτερη, ευρεία κορυφή στην πορεία της ανάμιξης, οπότε είναι πιθανό ο χρόνος ανάπτυξης των ζυμαριών να έχει υποεκτιμηθεί. Σε κάποιες περιπτώσεις, η δεύτερη κορυφή θα πρέπει να θεωρηθεί ως το ρεαλιστικό σημείο ανάπτυξης του ζυμαριού (Bason et al., 2005). Το μέγεθος των σωματιδίων δε φαίνεται να επηρεάζει τη σταθερότητα του σχηματιζόμενου ζυμαριού, αν και παρουσιάζεται μια αυξητική τάση στα δείγματα D mix και D 25. Ο όρος σταθερότητα αναφέρεται στο χρονικό διάστημα που μπορεί να ζυμωθεί επιπλέον το ζυμάρι μέχρι το δίκτυο της γλουτένης να καταρρεύσει, και σχετίζεται με τη «δύναμη» του αλεύρου, δηλαδή την ποιότητα της γλουτένης. Σύμφωνα με τους Masauskiene and Ceseviciene (2006), τα άλευρα καλής αρτοποιητικής ικανότητας εμφανίζουν τιμές σταθερότητας μεγαλύτερες από 10 min, σε αντίθεση με τα άλευρα όχι τόσο καλής αρτοποιητικής ικανότητας που εμφανίζουν τιμές σταθερότητας μικρότερες από 3min. Λαμβάνοντας υπόψη το προαναφερθέν κριτήριο, τα άλευρα της παρούσας μελέτης μπορούν να χαρακτηριστούν ως καλής αρτοποιητικής ικανότητας. 130

165 Αποτελέσματα και συζήτηση Τόσο η σταθερότητα, όσο και ο βαθμός εξασθένησης είναι δύο παράμετροι που καταδεικνύουν το βαθμό αντίστασης ενός αλεύρου στο επιπρόσθετο έργο που του προσφέρεται, αφού έχει επιτευχθεί η άριστη ανάμιξή του και εξαρτώνται σε σημαντικό βαθμό από την ποσότητα και την ποιότητα της περιεχόμενης γλουτένης (Wasik and Bushuk, 1975). Η κοκκομετρία του αλεύρου (d 50 ) φαίνεται να επηρέασε σε κάποια έκταση το βαθμό εξασθένησης του σχηματιζόμενου ζυμαριού (Πίνακας 5.6). Έτσι, παρατηρήθηκε ότι η ελάττωση της κοκκομετρίας οδήγησε σε ζυμάρια με χαμηλότερο βαθμό εξασθένησης (τόσο στη μέτρηση των 10min, όσο και με τη μέτρηση της ICC), δηλαδή σε περισσότερο σταθερά ζυμάρια κατά τη ζύμωση. Πιθανόν, η άλεση να οδήγησε σε ισχυροποίηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ της γλουτένης και του αμύλου, ενδυναμώνοντας σε κάποιο βαθμό το σχηματιζόμενο μοριακό πλέγμα της γλουτένης. Βαθμός εξασθένησης μικρότερος από 20BU καταδεικνύει δυνατό άλευρο, ενώ σε περιπτώσεις που είναι μεγαλύτερος από 50BU, καταδεικνύει αρκετά αδύναμο αλεύρι ( Στην παρούσα μελέτη, όλα τα άλευρα που εξετάστηκαν μπορούν να χαρακτηριστούν δυνατά με βάση το συγκεκριμένο κριτήριο. Γενικά, τα άλευρα με καλές αρτοποιητικές ικανότητες εμφανίζουν υψηλότερη απορρόφηση νερού, απαιτούν μεγαλύτερους χρόνους ανάμιξης και αντέχουν περισσότερο στην υπερβολική ανάμιξη, σε σχέση με τα άλευρα φτωχής αρτοποιητικής ικανότητας (Atwell, 2001). Η άλεση με πεπιεσμένο αέρα φαίνεται ότι οδηγεί σε άλευρα με μεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης νερού και πιο σταθερά στην περαιτέρω ανάμιξη, και συνεπώς πιθανόν να σχηματίζουν ζυμάρια με καλύτερη μηχανική συμπεριφορά και ευκολότερο χειρισμό. 131

166 Αποτελέσματα και συζήτηση Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στη συμπεριφορά του ζυμαριού κατά την έκταση Ο εκτατογράφος είναι ένα όργανο σχεδιασμένο για να προσδιορίζει την εκτατότητα και την αντίσταση στην έκταση ενός πλήρους ζυμωμένου και χαλαρωμένου ζυμαριού (Atwell, 2001). Σχεδιάστηκε ως συμπληρωματική τεχνική του φαρινογράφου, αλλά χρησιμοποιείται ευρέως και για την εξέταση της επίδρασης χημικών βελτιωτικών (π.χ. οξειδωτικών) στις ρεολογικές ιδιότητες των αλεύρων (Bourne, 1982). Η εξέταση του ζυμαριού με τον εκτατογράφο έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο, ώστε να προσομοιάζει το στάδιο της στόφας κατά την αρτοποιητική διαδικασία, η οποία διακόπτεται ώστε το ζυμάρι να μορφοποιηθεί ξανά (Bloksma and Bushuk, 1988) Τρεις επίσημες μέθοδοι περιγράφουν με ακρίβεια τη διαδικασία εξέτασης στον εκτατογράφο (ISO , ICC 114/1, AACC 54-10). Οι παράμετροι που εξετάζονται στον εκτατογράφο με τη μεγαλύτερη σημασία για το ρεολογικό χαρακτηρισμό του ζυμαριού είναι: α) η μέγιστη αντίσταση στην έκταση (R max ) και β) η εκτατότητα του ζυμαριού (Ε). Στον Πίνακα 5.7 παρουσιάζονται τα ρεολογικά χαρακτηριστικά των σχηματιζόμενων ζυμαριών από τα άλευρα W 80 και W 25, κατά την εξέταση στους στον εκτατογράφο. Θα πρέπει να τονισθεί ότι ο όρος «ενέργεια» που υπολογίζεται από το λογισμικό του εκτατογράφου αναφέρεται στην επιφάνεια που βρίσκεται κάτω από την καμπύλη του εκτατογραφήματος (Area Under the Curve - AUC) (Σχήμα 5.8). Η συγκεκριμένη περιοχή είναι ανάλογη της ενέργειας που απαιτείται για την έκταση του ζυμαριού μέχρι τη ρήξη του (Bloksma and Bushuk, 1988). Παρατηρούμε ότι η ενέργεια (AUC) που απαιτείται για την έκταση του ζυμαριού δε φαίνεται να διαφέρει σε μεγάλο βαθμό μεταξύ των δύο δειγμάτων. Η ενέργεια που απαιτείται για την έκταση του ζυμαριού εξαρτάται κατά κύριο λόγο από την περιεχόμενη στο αλεύρι 132

167 Αποτελέσματα και συζήτηση γλουτένη. Ωστόσο, φαίνεται ότι με την πάροδο του χρόνου, το δείγμα D 25 γίνεται ελαφρώς πιο δυνατό σε σχέση με το D 80, γεγονός που αποτελεί μια ένδειξη ότι η γλουτένη του λεπτόκοκκου αλεύρου, W 25, ίσως σχηματίζει πιο ισχυρό πλέγμα κατά τη διάρκεια της παραμονής του αντίστοιχου ζυμαριού στη στόφα. Πίνακας 5.7. Επίδραση της κοκκομετρίας αλεύρων σίτου στα ρεολογικά χαρακτηριστικά των ζυμαριών (παράμετροι εκτατογράφου). Παράμετροι εκτατογράφου D 80 D 25 Χρόνος εξέτασης (min) Ενέργεια (cm 2 ) - AUC 79,0 96,0 84,0 76,0 87,0 94,0 Αντίσταση στην έκταση (BU) 349,0 458,0 450,0 343,0 456,0 522,0 Εκτατότητα (mm) - E 133,0 129,0 119,0 133,0 122,0 120,0 Μέγιστη αντίσταση στην έκταση (BU) - R max 438,0 563,0 533,0 413,0 543,0 606,0 Αναλογία 2,6 3,0 3,8 2,6 3,7 4,4 Μέγιστη αναλογία - R max /E 3,3 4,4 4,5 3,1 4,4 5,1 Σχήμα 5.8. Αντιπροσωπευτικό εκτατογράφημα κατά την εξέταση του αλεύρου W 80 στον εκτατογράφο. 133

168 Αποτελέσματα και συζήτηση Τα ζυμάρια τόσο το από χονδρόκοκκο (D 80 ), όσο και από το λεπτόκοκκο αλεύρι (D 25 ) δεν εμφάνισαν διαφορές στην εκτατότητα τους (Ε), επομένως το μέγεθος των σωματιδίων του αλεύρου δεν επηρέασε σημαντικά τη συγκεκριμένη παράμετρο. Οι τιμές της εκτατότητας, όμως, που εξήχθησαν από την ανάλυση είναι σχετικά μικρές σε σύγκριση με τις αντίστοιχες που δίνονται στη σχετική βιβλιογραφία (Gracza, 1960; Chen et al., 2009; Boros, 2011). Επειδή το χονδρόκοκκο αλεύρι περιέχει σημαντικά μικρότερο ποσοστό μηχανικά θραυσμένου αμύλου, το νερό στο σχηματιζόμενο ζυμάρι αναμένεται να είναι πιο χαλαρά δεσμευμένο σε σχέση με το λεπτόκοκκο αλεύρι (Hatcher et al., 2002). Ως εκ τούτου, θα αναμέναμε μεγαλύτερη εκτατότητα του D 80 από το D 25, γεγονός όμως που δεν έγινε εμφανές κατά την εξέταση των ζυμαριών με τον εκτατογράφο. Το μέγεθος των σωματιδίων του αλεύρου φαίνεται να επηρέασε την αντίσταση στην έκταση και κατά συνέπεια την αναλογία R max /E, μόνο στο τέλος της εξέτασης (135 min) των ζυμαριών στον εκτατογράφο (Πίνακας 5.7). Οι Anderssen et al. (2004) αποδίδουν την αντίσταση στην έκταση στο αδιάλυτο σε αλκοολούχα διαλύματα κλάσμα της γλουτένης, τη γλουτενίνη. Η αντίσταση στην έκταση σχετίζεται με τις ελαστικές ιδιότητες του ζυμαριού, σε αντίθεση με την εκτατότητα (που αναφέρθηκε προηγούμενα), η οποία σχετίζεται με τον ιξώδη χαρακτήρα του ζυμαριού (Spies, 1990). Επομένως η αναλογία R max /E δείχνει την ισορροπία ανάμεσα στα δύο αυτά ρεολογικά χαρακτηριστικά. Το λεπτόκοκκο αλεύρι φαίνεται να σχηματίζει ζυμάρι (D 25 ) με ελαφρώς εντονότερο ελαστικό χαρακτήρα (Πίνακας 5.7), ενώ οι τιμές της αντίστασης στην εκτατότητα δείχνουν ότι και τα δύο ζυμάρια προέρχονται από δυνατά άλευρα. Ωστόσο, η αναλογία R max /E είναι αρκετά υψηλή και για τα δύο ζυμάρια, δείχνοντας ότι δε θα έχουν ικανοποιητική αρτοποιητική συμπεριφορά (Chen et al, 2009). Ζυμάρια με υψηλή αντίσταση στην έκταση, αλλά μικρή εκτατότητα (όπως στην 134

169 Αποτελέσματα και συζήτηση παρούσα μελέτη), προέρχονται συνήθως από άλευρα φτωχά σε πρωτεϊνικό περιεχόμενο (Weipert, 2007). Γενικά, η μορφή της καμπύλης του εκτατογραφήματος δίνει μια καλή ένδειξη για την μετέπειτα πορεία του ζυμαριού κατά την αρτοποίηση (Freund and Kim, 2006). Συνήθως, καμπύλες που δείχνουν χαμηλή αντίσταση στην έκταση σχετίζονται με ψωμιά μικρού όγκου και αντίθετα. Ως εκ τούτου, ένα ζυμάρι με ισορροπημένη αναλογία αντίστασης προς εκτατότητα θεωρείται κατάλληλο για παραγωγή ψωμιού. Λαμβάνοντας υπόψη την κατηγοριοποίηση των Miskelly and Batey (2010), τα ζυμάρια της παρούσας μελέτης χαρακτηρίζονται ως «μη ισορροπημένα» καθώς εμφανίζουν μεγάλη αντίσταση στην έκταση, δυσανάλογη προς την εκτατότητά τους (υψηλός λόγος R max /E) Εξέταση των ρεολογικών ιδιοτήτων των ζυμαριών με θεμελιώδεις μεθόδους Επειδή το ζυμάρι βρέθηκε ότι υπόκειται στους ίδιους φυσικούς νόμους με τα πολυμερή που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία πλαστικών, οι θεμελιώδεις τεχνικές με τις οποίες μελετούνται αυτές οι συνθετικές ουσίες εφαρμόζονται και στην επιστήμη των δημητριακών. Σύμφωνα με τον Bloksma (1972) η γνώση που λαμβάνεται με τις θεμελιώδεις τεχνικές είναι ποσοτική και όχι ποιοτική. Απώτερος, όμως, στόχος αποτελεί η συσχέτιση των μετρούμενων παραμέτρων που υπολογίζονται από τις θεμελιώδεις τεχνικές με την πραγματική (ρεαλιστική) συμπεριφορά του ζυμαριού κατά την επεξεργασία χειρισμό του και κατά την αρτοποίηση (deman, 1976). Οι θεμελιώδεις τεχνικές μπορούν να προσδιορίσουν μεγάλο αριθμό παραμέτρων εκφρασμένων σε θεμελιώδεις μονάδες μέτρησης, με ακρίβεια, αξιοπιστία 135

170 Αποτελέσματα και συζήτηση και υψηλό βαθμό ευαισθησίας. Ωστόσο, περιλαμβάνουν πολύ ακριβό εξοπλισμό, δύσκολο στο χειρισμό που απαιτεί εκπαιδευμένο επιστημονικό προσωπικό Ανάλυση του Προφίλ Υφής (TPA) Η ανάλυση του προφίλ υφής είναι μια δοκιμή που προσομοιάζει τη διαδικασία της μάσησης. Ένα δείγμα σε μέγεθος μπουκιάς συμπιέζεται δύο φορές (2 κύκλοι συμπίεσης αποσυμπίεσης), προκειμένου να μιμηθεί αυτή η δοκιμή τη μάσηση (Bourne, 1982). Από την καμπύλη δύναμης παραμόρφωσης που προκύπτει, υπολογίζονται μια σειρά από παραμέτρους υφής, οι οποίες έχουν συσχετιστεί σε αρκετά υψηλό βαθμό με τη βαθμολογία που δίνεται για χαρακτηριστικά υφής διαφόρων συστημάτων τροφίμων από τους κριτές κατά την οργανοληπτική εξέταση (Friedman, 1963). Πολλοί ερευνητές έχουν προσπαθήσει να βρουν μια συσχέτιση με τις ρεολογικές ιδιότητες των ζυμαριών με τις ιδιότητες των τελικών προϊόντων (π.χ. των παραγόμενων ψωμιών) (Autio and Laurikainen, 1997; Armero and Collar, 1997; Scanlon and Zgahl, 2001). Παρά το γεγονός ότι, μέχρι στιγμής, καμία ξεκάθαρη σχέση μεταξύ των προαναφερθέντων ιδιοτήτων δεν έχει βρεθεί, η ανάλυση του προφίλ υφής μπορεί να προσφέρει επαρκείς πληροφορίες σχετικά με τις ρεολογικές ιδιότητες των εξεταζόμενων ζυμαριών, καθώς και τον περαιτέρω χειρισμό τους και την αρτοποιητική τους συμπεριφορά. Στο Σχήμα 5.9 δίνονται αντιπροσωπευτικές καμπύλες ανάλυσης του προφίλ υφής, για τα ζυμάρια από τα τρία εξεταζόμενα άλευρα (D 80, D 25, D 15 ), αλλά και από το ζυμάρι που σχηματίστηκε από το μίγμα αλεύρου W 80 :W 25 σε αναλογία βάρους 1:1 (D mix ). 136

171 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα 5.9. Αντιπροσωπευτικά γραφήματα ανάλυσης προφίλ υφής (TPA) ζυμαριών από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:44. Μεταξύ των ζυμαριών που σχηματίστηκαν από το μητρικό (D 80 ) και τα λεπτόκοκκα άλευρα (D 25, D 15 ) σημειώθηκαν σημαντικές διαφορές στις περισσότερες από τις παραμέτρους που υπολογίστηκαν από τη δοκιμή της ανάλυσης του προφίλ υφής, ενώ το ζυμάρι που σχηματίστηκε από τη χρήση του μίγματος αλεύρων (D mix ) επέδειξε μια παρόμοια συμπεριφορά με το D 25 (Πίνακας 5.8). Πιο συγκεκριμένα, το ζυμάρι D 15 εμφάνισε σημαντικά μεγαλύτερες τιμές (p<0,05) σκληρότητας και συνεκτικότητας, σχεδόν διπλάσιες, σε σύγκριση με το D 80. Παράλληλα, βρέθηκε υψηλή θετική συσχέτιση μεταξύ της σκληρότητας των ζυμαριών και του ποσοστού του μηχανικά θραυσμένου αμύλου των αντίστοιχων αλεύρων (r = -0,993, p=0,075). Η συνεκτικότητα των ζυμαριών έδειξε μια παρόμοια 137

172 Αποτελέσματα και συζήτηση τάση, δείχνοντας ότι το μηχανικά θραυσμένο άμυλο έχει συνεισφορά και σε αυτή την παράμετρο λόγω της αυξημένης ικανότητας συγκράτησης νερού. Το παραπάνω αποτέλεσμα συμφωνεί με την άποψη των Barrera et al. (2007), που ισχυρίζονται ότι το μηχανικά θραυσμένο άμυλο έχει μεγάλη ικανότητα συγκράτησης νερού και η απουσία του οδηγεί σε μείωση της συνεκτικότητας του ζυμαριού. Επιπρόσθετα, αυτά τα ευρήματα έρχονται σε συμφωνία με τους Gaines et al. (1988), καταδεικνύοντας ότι τόσο το μέγεθος των τεμαχιδίων, όσο και το περιεχόμενο μηχανικά θραυσμένο άμυλο επηρεάζουν σημαντικά τη σκληρότητα και τη συνεκτικότητα των ζυμαριών. Η ελαστικότητα είναι μια παράμετρος που εξαρτάται από την ποιότητα της γλουτένης του αλεύρου. Οι τιμές της ελαστικότητας στην παρούσα μελέτη δεν έδειξαν κάποια σημαντική διαφορά (p>0,05) ανάμεσα στα δείγματα από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας (Πίνακας 5.8), επομένως φαίνεται ότι πιθανόν η λειτουργικότητα της γλουτένης του μητρικού αλεύρου (W 80 ) να μην επηρεάστηκε κατά την άλεση. Αντίθετα, καθώς η κοκκομετρία (d 50 ) των αλεύρων μειώθηκε, τα αντίστοιχα σχηματιζόμενα ζυμάρια έδειξαν αύξηση στις τιμές προσκολλητικότητας, αλλά και ένα περισσότερο κολλώδη χαρακτήρα (p<0,05) (Πίνακας 5.8). Η πιθανή εξήγηση αφορά τη μεγαλύτερη ικανότητα συγκράτησης νερού από τα ζυμάρια από λεπτόκοκκα κλάσματα αλεύρου, τόσο λόγω της αύξησης της ειδικής επιφάνειας του αλεύρου, όσο και λόγω της εκτενέστερης θραύσης του αμύλου. Οι Gaines et al. (2008) βρήκαν μια θετική συσχέτιση του μηχανικά θραυσμένου αμύλου με την προσκολλητικότητα των ζυμαριών, αλλά και μια ελαφρώς θετική συσχέτιση της κοκκομετρίας του αλεύρου με την τελευταία. 138

173 Αποτελέσματα και συζήτηση Πίνακας 5.8. Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων αλεύρων σίτου στις παραμέτρους υφής των αντίστοιχων ζυμαριών με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:44. Ανάλυση Προφίλ Υφής Δείγμα Σκληρότητα Συνεκτικότητα Ελαστικότητα Προσκολλητικότητα Κομμιώδης (Ζυμάρι) (N) (N.mm) (springiness) (N.mm) χαρακτήρας (N) D 80 5,03 a 1 26,83 a 0,78 a 4,62 a 2,77 a D mix 6,77 b 36,62 b 0,92 a 7,52 ab 4,23 b D 25 7,32 b 38,31 b 0,80 a 6,20 ab 3,89 ab D 15 11,90 c 66,85 c 0,81 a 9,66 b 6,69 c LSD (0,05) 1,48 7,27 0,25 3,64 1,19 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD. 139

174 Αποτελέσματα και συζήτηση Η αύξηση της προσκολλητικότητας της επιφάνειας των ζυμαριών, καθώς το μέγεθος των σωματιδίων του χρησιμοποιούμενου αλεύρου ελαττώθηκε, μπορεί να εξηγηθεί σε κάποια έκταση, με τη δράση της α- αμυλάσης. Η δράση της α-αμυλάσης οδηγεί στην παραγωγή δεξτρινών, οι οποίες συμβάλλουν στην αύξηση της ικανότητας συγκράτησης νερού από το αλεύρι. Όταν το ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου άμυλου αυξάνεται, η παραγωγή δεξτρινών αυξάνεται επίσης και συνεπώς ενισχύεται η ικανότητα συγκράτησης νερού του ζυμαριού, με αποτέλεσμα την παρασκευή ενός περισσότερο κολλώδους συστήματος (Barrera et al., 2007). Ο κομμιώδης χαρακτήρας αντιπροσωπεύει την ενέργεια που απαιτείται για την κατάποση. Αυτή η παράμετρος πρόκειται για ένα δευτερογενές χαρακτηριστικό υφής που υπολογίζεται από το γινόμενο της σκληρότητας και της συνοχής των ζυμαριών, οπότε η αύξηση του με τη μείωση της μέσης κοκκομετρίας του αλεύρου γίνεται εύκολα κατανοητή αν παρατηρήσουμε τις μεταβολές των δύο παραμέτρων με τη μείωση του μεγέθους των τεμαχιδίων του αλεύρου. Η συνοχή του ζυμαριού μειώνεται, καθώς το κλάσμα της γλουτένης που είναι υπεύθυνο για τον ελαστικό χαρακτήρα του ζυμαριού, η γλουτενίνη, διαλυτοποιείται όλο και περισσότερο (Kieffer, 2007). Στην παρούσα μελέτη δεν παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά στις τιμές της συνοχής ανάμεσα στα εξεταζόμενα ζυμάρια (p>0.05, δεν παρατίθενται δεδομένα), οπότε η επίδραση της γλουτενίνης στη συνοχή τους δεν είναι σημαντική και συνεπώς, η σκληρότητα είναι αυτή που επηρεάζει τον κομμιώδη χαρακτήρα των ζυμαριών. Εφόσον η μείωση της κοκκομετρίας οδήγησε σε αύξηση της σκληρότητας τους, συνεπώς οδηγεί και σε αύξηση του κολλώδους χαρακτήρα τους. Τόσο η κοκκομετρία, όσο και το ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου συσχετίστηκαν καλά με όλες σχεδόν τις παραμέτρους 140

175 Αποτελέσματα και συζήτηση του TPA που υπολογίστηκαν. Συγκεκριμένα, το μέγεθος σωματιδίων συσχετίστηκε αρνητικά με τη σκληρότητα (r = -0,842), τη συνεκτικότητα (r = -0,813), την προσκολλητικότητα (r = -0,830) και τον κομμιώδη χαρακτήρα (r = -0,830), ωστόσο καμία συσχέτιση δεν ήταν σημαντική (p>0,05). Όσον αφορά το μηχανικά θραυσμένο άμυλο, συσχετίστηκε θετικά με τη σκληρότητα (r = -0,993), τη συνεκτικότητα (r = -0,986), την προσκολλητικότητα (r = -0,990) και τον κομμιώδη χαρακτήρα (r = -0,986). Ωστόσο, μόνο η συσχέτιση με τη σκληρότητα και την προσκολλητικότητα ήταν σημαντικές (p<0,05). Από τα παραπάνω, καταδεικνύεται η σημαντική επίδραση του μεγέθους σωματιδίων και του μηχανικά θραυσμένου αμύλου στην υφή των ζυμαριών. Το παραπάνω εύρημα συμφωνεί, σε κάποιο βαθμό, και με τους Gaines et al. (2008), οι οποίοι έδειξαν ότι το μηχανικά θραυσμένο άμυλο έχει μεγαλύτερη επίδραση από το μέγεθος των τεμαχιδίων του αλεύρου σε όλες τις παραμέτρους υφής του ζυμαριού Δοκιμή της χαλάρωσης τάσης (Stress relaxation test) Η δεύτερη θεμελιώδης δοκιμή που εφαρμόστηκε για την εξέταση της ρεολογικής συμπεριφοράς των ζυμαριών ήταν η δοκιμή χαλάρωσης τάσης. Συγκεκριμένα, η ρεολογική μέθοδος που εφαρμόστηκε ήταν η δοκιμή «λιπασμένη ροή συμπίεσης» ακολουθουμένη από χαλάρωση τάσης (Lubricated Squeezing Flow stress relaxation test), η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη μελέτη της ρεολογικής συμπεριφοράς των ζυμαριών κάτω από μικρές, αλλά και μεγάλες παραμορφώσεις (Bartolucci and Launay, 2000). Το δοκίμιο-ζυμάρι που πρόκειται να εξετασθεί λιπαίνεται με παραφινέλαιο στις δύο του επίπεδες επιφάνειες και υπόκειται συμπίεση μέχρι συγκεκριμένη παραμόρφωση και στη συνέχεια μετριέται η τάση που απαιτείται για να διατηρηθεί σταθερή η παραμόρφωση σε συνάρτηση με το 141

176 Αποτελέσματα και συζήτηση χρόνο (Steffe, 1992). Στο Σχήμα 5.10 παρουσιάζονται τυπικές καμπύλες τάσης - παραμόρφωσης που πάρθηκαν όταν τα ζυμάρια από τα άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας υποβλήθηκαν σ αυτή τη δοκιμή. Τα δεδομένα που προέκυψαν από τη δοκιμή χαλάρωσης της τάσης προσαρμόστηκαν στο τροποποιημένο μοντέλο του Maxwell που προτάθηκε από τους Bartolucci and Launay (2000), από όπου υπολογίστηκαν η σταθερά ρυθμού χαλάρωσης της τάσης, k και ο δείκτης συμπεριφοράς στη ροή, n, των ζυμαριών. Σχήμα Αντιπροσωπευτικές καμπύλες δοκιμής συμπίεσης χαλάρωσης ζυμαριών από άλευρα σιταριού διαφορετικής κοκκομετρίας με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:44. Μεταξύ της ανάλυσης του προφίλ της υφής και της δοκιμής χαλάρωσης τάσης στα ζυμάρια σημειώθηκε συμφωνία, όσον αφορά τη σκληρότητα των ζυμαριών από τα άλευρα σίτου, όπως φαίνεται στον Πίνακα 5.9. Η δοκιμή χαλάρωσης της τάσης έδειξε σημαντική αύξηση στη 142

177 Αποτελέσματα και συζήτηση σκληρότητα των ζυμαριών (p<0,05), καθώς το μέγεθος των σωματιδίων του αλεύρου ελαττώθηκε. Συγκεκριμένα, το ζυμάρι D 15 σημείωσε περίπου 4 φορές υψηλότερες τιμές σκληρότητας σε σύγκριση με το ζυμάρι D 80 (από το μητρικό αλεύρι), κάτι το οποίο έρχεται σε συμφωνία με την αντίστοιχη παρατήρηση που έγινε προηγούμενα από τα δεδομένα της ανάλυσης του προφίλ υφής. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του φαρινογράφου, η μείωση της κοκκομετρίας οδηγεί σε αύξηση της ικανότητας συγκράτησης νερού από το αλεύρι. Στην παρούσα μελέτη, η εξέταση των ζυμαριών γίνεται σε κοινή αναλογία αλεύρου:νερού (ξ.μ. αλεύρου), και μάλιστα σε περιεκτικότητα υγρασίας μικρότερη από αυτή που υποδεικνύει ο φαρινογράφος. Επομένως, είναι αναμενόμενη η αύξηση στις τιμές σκληρότητας του ζυμαριού που παρατηρήθηκε με μείωση της κοκκομετρίας, καθώς τα ζυμάρια από αλεύρι μικρότερης κοκκομετρίας δεν έχουν την απαιτούμενη ποσότητα νερού για την πλήρη ανάπτυξη ενός τρισδιάστατου μοριακού δικτυώματος γλουτένης-αμύλου. Θα μπορούσε να υποθέσει κανείς ότι το νερό επιτελεί το ρόλο του «πλαστικοποιητή» σε μεγαλύτερο βαθμό στο ζυμάρι D 80 και ακολούθως, αυτή η δράση του μειώνεται καθώς ελαττώνεται η κοκκομετρία των αλεύρων. 143

178 Αποτελέσματα και συζήτηση Πίνακας 5.9. Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων αλεύρων σίτου στις ρεολογικές παραμέτρους των αντίστοιχων ζυμαριών με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:44, που προσδιορίστηκαν από τη δοκιμή χαλάρωσης τάσης και το τροποποιημένο μοντέλο του Maxwell. Δοκιμή Χαλάρωσης Τάσης Δείγμα Σκληρότητα Χρόνος ημίσειας χαλάρωσης Εκτατικό ιξώδες k n (Ζυμάρι) (N) Tla (s) (MPa s) (s -1 ) D 80 1,69 a 1 5,73 a 0,62 a 0,66 c 0,81 a D mix 2,05 a 6,84 a 0,79 b 0,65 bc 0,94 b D 25 2,45 b 8,78 b 0,96 c 0,62 b 0,94 b D 15 4,10 c 13,51 c 1,58 d 0,59 a 0,96 b LSD (0,05) 0,44 1,10 0,16 0,03 0,03 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD. 144

179 Αποτελέσματα και συζήτηση Επιπρόσθετα, τόσο ο χρόνος ημίσειας χαλάρωσης (Tla), όσο και το εκτατικό ιξώδες αυξήθηκαν σημαντικά (p<0,05), καθώς το μέγεθος των τεμαχιδίων των αντίστοιχων αλεύρων ελαττώθηκε. Υψηλότερες τιμές του χρόνου ημίσειας χαλάρωσης και εκτατικού ιξώδους αντιστοιχούν σε περισσότερο ελαστικά ζυμάρια και σχετίζονται με καλύτερη αρτοποιητική ικανότητα του ζυμαριού και βελτιωμένο ποιοτικά τελικό προϊόν (Wang and Sun, 2002 Patel and Chakrabarti-Bell, 2013). Υψηλές τιμές Tla αποτελούν ένδειξη μεγαλύτερης ανάκτησης του αρχικού σχήματος του ζυμαριού κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας του (Fustier et al., 2007). Σύμφωνα με τους Rao et al. (2000), ένα σύνηθες εύρος στο οποίο κυμαίνεται ο χρόνος ημίσειας χαλάρωσης ενός ζυμαριού είναι τα 1-5sec, αν και τα όρια αυτά δε θα πρέπει να θεωρούνται αυστηρά. Στην παρούσα μελέτη τα εξεταζόμενα ζυμάρια είχαν χρόνους ημίσειας χαλάρωσης μεγαλύτερους από 5sec, επομένως τα αντίστοιχα άλευρα θεωρούνται κατάλληλα για αρτοποίηση. Βέβαια, αν και τα άλευρα που είναι κατάλληλα για αρτοποίηση δίνουν υψηλούς χρόνους ημίσειας χαλάρωσης, εντούτοις το αντίθετο δεν ισχύει πάντα (Rao et al., 2000). Συνεπώς δεν μπορούμε να συμπεράνουμε με βεβαιότητα αν η αρτοποιητική ικανότητα του ζυμαριού βελτιώνεται, καθώς μειώνεται η κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου αλεύρου, με βάση το κριτήριο του χρόνου ημίσειας χαλάρωσης, παρά μόνο ότι η μείωση της κοκκομετρίας οδηγεί σε περισσότερο ελαστικά ζυμάρια. Η αύξηση του χρόνου ημίσειας χαλάρωσης των ζυμαριών αποδίδεται από τους Rao et al. (2001) στην ανάπτυξη καλύτερου πλέγματος της γλουτένης, γεγονός που στην παρούσα μελέτη μπορεί να λαμβάνει χώρα, λόγω των ισχυρότερων αλληλεπιδράσεων αμύλου γλουτένης, καθώς μειώνεται η κοκκομετρία του αλεύρου. Γενικά, τα δυνατά άλευρα δίνουν ζυμάρια με μεγαλύτερες τιμές Tla (Launay and Bure, 1974), αν και ορισμένοι ερευνητές υποστήριξαν το αντίθετο (Shelef and Bousso, 1964). Οι διαφορές είναι 145

180 Αποτελέσματα και συζήτηση πιθανόν να οφείλονται στις διαφορετικές συνθήκες εξέτασης των ζυμαριών. Το εκτατικό ιξώδες είναι μια παράμετρος ανάλογη της μέγιστης δύναμης (F max ) που αναπτύσσει το ζυμάρι (στην αρχή της φάσης χαλάρωσης) και αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της ακτίνας του ζυμαριού μετά το πέρας της δοκιμής (R 2 ). Καθώς η κοκκομετρία του χρησιμοποιουμένου αλεύρου ελαττώθηκε, οι τιμές της F max αυξήθηκαν (πιο σκληρά ζυμάρια), ενώ οι τιμές της τελικής ακτίνας των ζυμαριών μειώθηκαν (ζυμάρια που «άπλωσαν» λιγότερο). Συνεπώς, η αύξηση του εκτατικού ιξώδους με τη μείωση της d 50 (p<0,05) γίνεται εύκολα κατανοητή από τις επιμέρους μεταβολές των παραμέτρων υπολογισμού του. Τέλος, οι Rao et al. (2000) έδειξαν ισχυρή, θετική συσχέτιση του χρόνου χαλάρωσης με την αναλογία R max /E (που υπολογίζεται με τον εκτατογράφο), γεγονός που συμφωνεί με τα ευρήματα της παρούσας μελέτης. Η σταθερά ρυθμού χαλάρωσης (k) ελαττώθηκε σημαντικά (p<0,05) με τη μείωση της κοκκομετρίας, γεγονός που οδηγεί στο συμπέρασμα μιας πιο αργής χαλάρωσης των ζυμαριών από λεπτόκοκκα άλευρα, ενώ ο δείκτης συμπεριφοράς στη ροή (n) εμφάνισε ακριβώς την αντίστροφη τάση. Αύξηση της σταθεράς k υποδηλώνει ότι η χαλάρωση των εσωτερικών τάσεων του ζυμαριού πραγματοποιείται με γρήγορο ρυθμό, επομένως οι εσωτερικές τάσεις του ζυμαριού που είναι υπεύθυνες για την επαναφορά στο αρχικό σχήμα είναι μικρότερες (Fustier et al., 2007). Συνεπώς, η μείωση του μεγέθους των τεμαχιδίων του αλεύρου οδηγεί σε ζυμάρια που εμφανίζουν καλύτερη τάση διατήρησης του αρχικού τους σχήματος μετά την παραμόρφωση, γεγονός που όπως και στην περίπτωση του χρόνου ημίσειας χαλάρωσης- υποδηλώνει τη δημιουργία ενός ελαστικότερου ζυμαριού. 146

181 Αποτελέσματα και συζήτηση Γίνεται εύκολα αντιληπτό, ότι η μείωση του μεγέθους των τεμαχιδίων των αλεύρων σίτου με τη χρήση της τεχνικής άλεσης με πεπιεσμένο αέρα, έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της ελαστικότητας στα σχηματιζόμενα ζυμάρια Δοκιμή ερπυσμού ανάκτησης Το ζυμάρι αποτελεί ένα τυπικό, ιξωδοελαστικό υλικό. Συνεπώς, κάτω από συνθήκες σταθερής τάσης, εμφανίζει μια συνεχή παραμόρφωση (Skendi et al., 2009). Η δοκιμή ερπυσμού ανάκτησης είναι μια μέθοδος προσδιορισμού ρεολογικών χαρακτηριστικών κάτω από στατικές συνθήκες, κατά την οποία μια σταθερή τάση εφαρμόζεται για ορισμένο χρόνο στο υπό μελέτη δείγμα και η μεταβολή στην παραμόρφωση εξετάζεται με το χρόνο τόσο κατά τη φάση εφαρμογής της τάσης (φάση ερπυσμού), όσο και κατά τη φάση που ακολουθεί μετά την απομάκρυνση της εφαρμοζόμενης τάσης (φάση ανάκτησης) (van Bockstaele et al., 2011). Σύμφωνα με τον Steffe (1996), τα ιξωδοελαστικά υλικά παρουσιάζουν μια μη-γραμμική απόκριση στην παραμόρφωση, έχοντας της ικανότητάς τους να επανακάμπτουν (ως ένα βαθμό) εξαιτίας της αποθηκευμένης ενέργειας, ενώ παράλληλα εμφανίζουν εν μέρει μόνιμη παραμόρφωση (ροή), η οποία είναι μικρότερη από την ολική που εφαρμόστηκε στο σύστημα. Η συγκεκριμένη δοκιμή δίνει μία πλήρη περιγραφή του ιξωδοελαστικού χαρακτήρα του εξεταζόμενου ζυμαριού, ενώ ταυτόχρονα δίνεται η δυνατότητα να διαχωριστεί το αποτέλεσμα της τάσης σε δύο τμήματα: α) το μη ανακτήσιμο τμήμα (unrecoverable, ιξώδης ή πλαστική ροή) και β) το ανακτήσιμο (recoverable, ελαστική παραμόρφωση) (Faubion and Hoseney, 1990). 147

182 Αποτελέσματα και συζήτηση Για το λόγο αυτό, η δοκιμή ερπυσμού ανάκτησης εφαρμόστηκε στα ζυμάρια που σχηματίστηκαν από τα άλευρα W 80, W mix, W 25, και W 15, ώστε να δοθεί μία περισσότερο αναλυτική περιγραφή της ιξωδοελαστικής συμπεριφοράς των ζυμαριών και του τρόπου με τον οποίο η τελευταία επηρεάζεται από την κοκκομετρία του αλεύρου. Στο Σχήμα 5.11 δίνονται τα προφίλ των δειγμάτων (ζυμάρια) κατά τη δοκιμή ερπυσμού ανάκτησης, τα οποία επέδειξαν την τυπική, ιξωδοελαστική συμπεριφορά, χαρακτηριστική για τα ζυμάρια από άλευρα σίτου. Παρόμοιες καμπύλες έχουν παρουσιαστεί και από πολλούς ερευνητές (Wang and Sun, 2002; Sivaramakrishnan et al., 2004; Skendi et al., 2009; van Bockstaele et al., 2011; Figueroa et al., 2013). Σχήμα Αντιπροσωπευτικές καμπύλες ερπυσμού - ανάκτησης ζυμαριών από άλευρα σιταριού διαφορετικής κοκκομετρίας με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:

183 Αποτελέσματα και συζήτηση Η ανάλυση διακύμανσης έδειξε ότι η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου μείωσε σημαντικά (p<0,05) την μέγιστη παραμόρφωση (%γ) του σχηματιζόμενου ζυμαριού στο τέλος της φάσης ερπυσμού (Πίνακας 5.10). Τα αποτελέσματα έρχονται εν μέρει σε συμφωνία με τους Hatcher et al. (2002), οι οποίοι έδειξαν παρόμοια συμπεριφορά της κοκκομετρίας του αλεύρου σε δείγματα ζυμαριών για noodles, αλλά απέδωσαν τη μεταβολή της παραμόρφωσης, σε μεγαλύτερο βαθμό, στην αύξηση του μηχανικά θραυσμένου αμύλου. Πιθανόν, το σημαντικά μεγαλύτερο ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου στα λεπτόκοκκα άλευρα, σε συνδυασμό με την αύξηση της ειδικής επιφάνειας του αλεύρου, οδήγησε σε πολύ ισχυρότερη δέσμευση του νερού, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ζυμαριών περισσότερο ανθεκτικών στην παραμόρφωση. Οι Wang and Sun (2002) έδειξαν ότι η μέγιστη παραμόρφωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει την ακαμψία του ζυμαριού (σκληρότητα). Επίσης, ισχυρίστηκαν ότι τα ζυμάρια από δυνατότερα άλευρα (με μεγαλύτερη αντίσταση στην παραμόρφωση) έδειξαν μικρότερες τιμές μέγιστης παραμόρφωσης σε σχέση με τα αντίστοιχα από λιγότερο δυνατά άλευρα. Τελείως αντίθετη επίδραση του μεγέθους τεμαχιδίων του αλεύρου έδειξαν οι Moreira et al. (2010), σε άλευρα ελεύθερα γλουτένης (άλευρα κάστανου). Η μέγιστη ενδοτικότητα σχετίζεται με τη μέγιστη παραμόρφωση (%γ), καθώς προκύπτει από το λόγο γ max /σ. Έτσι, η μείωση της κοκκομετρίας των αλεύρων οδήγησε σε σημαντική μείωση των τιμών της μέγιστης ενδοτικότητας, J max (p<0,05) (Πίνακας 5.10)., δείχνοντας ότι τα κλάσματα αλεύρου που προέκυψαν από την άλεση με πεπιεσμένο αέρα οδήγησαν σε ζυμάρια (D 25 και D 15 ) με μεγαλύτερη αντίσταση στην παραμόρφωση σε σύγκριση με το αντίστοιχο από το χονδρόκοκκο, μητρικό αλεύρι (D 80 ). Μικρότερες τιμές παραμόρφωσης υποδεικνύουν μεγαλύτερη 149

184 Αποτελέσματα και συζήτηση ελαστικότητα του δείγματος κάτω από συνθήκες σταθερής τάσης, συνεπώς τα ζυμάρια D mix, D 25 και D 15 εμφάνισαν ένα περισσότερο ελαστικό χαρακτήρα σε σχέση με το D 80, όπως άλλωστε φάνηκε και από τη δοκιμή χαλάρωσης της τάσης στη προηγούμενη παράγραφο. Το ιξώδες μηδενικού ρυθμού παραμόρφωσης (η 0 ) είναι ένας δείκτης που χαρακτηρίζει την αντίσταση στη ροή του ζυμαριού, τη στιγμή που η εφαρμοζόμενη τάση απομακρύνεται. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 5.10, το ζυμάρι D 15 παρουσίασε σημαντικά υψηλότερες τιμές η 0 σε σχέση με όλα τα υπόλοιπα δείγματα (D 80, D mix, D 25 ) (p<0,05). Όσο μικρότερο το μέγεθος των τεμαχιδίων του αλεύρου, τόσο μεγαλύτερη η ειδική επιφάνεια του αλεύρου, γεγονός που οδηγεί σε μεγαλύτερη ικανότητα δέσμευσης του νερού από το αλεύρι και ισχυρότερο πλέγμα γλουτένης και κατά συνέπεια, μεγαλύτερη αντίσταση στη ροή του ζυμαριού (Blanchard et al., 2012). Το ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου ακολουθεί την ίδια τάση με τις τιμές του η 0, οπότε πιθανόν συνεισφέρει στην αύξηση των τιμών του η 0, επιπρόσθετα με τη μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου, λαμβάνοντας υπόψη τη θετική συνεισφορά του στην αύξηση της ικανότητας δέσμευσης νερού από το αλεύρι (Barrera et al., 2007). Το η 0 ήταν η μοναδική παράμετρος που παρουσίασε αυξητική τάση με τη μείωση της κοκκομετρίας, αντίθετα με όλες τις υπόλοιπες παραμέτρους που υπολογίστηκαν κατά τη φάση ερπυσμού, οι οποίες έδειξαν μείωση (Πίνακας 5.10). Παρόμοια συμπεριφορά παρατήρησαν και οι Lazaridou et al. (2007) σε ζυμάρια από άλευρα ελεύθερα γλουτένης, με προσθήκη υδροκολλοειδών. Οι τιμές των παραμέτρων ερπυσμού ανάκτησης που υπολογίστηκαν στην παρούσα μελέτη είναι μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες στη βιβλιογραφία για ζυμάρια από άλευρα σίτου (Sivaramakrishnan et al., 2004; Skendi et al., 2009; van Bockstaele et al., 2011), οι διαφορές, όμως, μπορούν να αποδοθούν στις διαφορετικές συνθήκες διεξαγωγής της δοκιμής ερπυσμού - ανάκτησης. 150

185 Αποτελέσματα και συζήτηση Μετά την απομάκρυνση της εφαρμοζόμενης τάσης, παρατηρήθηκε ελαστική επανάκτηση (J e /J max ) σε ποσοστό μικρότερο από 60% στα ζυμάρια D 80, D mix και D 25, στα οποία δεν παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά ανάμεσά τους, ενώ το D 15 εμφάνισε ένα σημαντικά ελαστικότερο προφίλ (p<0,05) με ελαστική επανάκτηση μεγαλύτερη από 80% (Σχήμα 5.12 και Πίνακας 5.10). Η ελαστική επανάκτηση αποτελεί δείκτη του βαθμού ανάπτυξης του πλέγματος της γλουτένης, οπότε τα παραπάνω ευρήματα δείχνουν καλύτερη ανάπτυξη του πλέγματος της γλουτένης στα ζυμάρια που σχηματίστηκαν από το λεπτόκοκκο κλάσμα αλεύρου σίτου με τη μικρότερη κοκκομετρία (D 15 ). Οι τιμές της ελαστικής επανάκτησης για τα τρία πρώτα ζυμάρια είναι συγκρίσιμες με τις αντίστοιχες των Sivaramakrishnan et al. (2004), ενώ όλα τα δείγματα μπορούν να συγκριθούν με τις τιμές των Skendi et al. (2009), για άλευρα από διαφορετικές ποικιλίες σίτου. 151

186 Αποτελέσματα και συζήτηση Πίνακας Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων αλεύρων σίτου στις ρεολογικές παραμέτρους των αντίστοιχων ζυμαριών με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56:44, που υπολογίστηκαν από τη δοκιμή ερπυσμού ανάκτησης και το μοντέλο Burgers. Φάση ερπυσμού Φάση ανάκτησης Δείγμα γ (Ζυμάρι) (%) J max J 0 J m n 0 J 0 J m λ J e /J max (10-5 1/Pa) (10-5 1/Pa) (10-5 1/Pa) (10 6 Pa s) (10-5 1/Pa) (10-5 1/Pa) (s) (%) D 80 0,36 b 1 8,35 b 2,43 b 3,08 c 2,44 a 3,14 a 1,80 a 27,98 a 59,10 a D mix 0,30 ab 6,39 ab 1,99 ab 2,16 b 2,81 a 2,70 a 1,33 a 25,83 a 59,55 a D 25 0,26 a 4,89 a 1,75 a 1,92 b 2,65 a 1,87 a 1,09 a 32,36 a 56,23 a D 15 0,23 a 3,85 a 1,53 a 1,14 a 5,11 b 2,22 a 0,93 a 50,07 b 81,79 b LSD (0,05) 0,08 2,60 0,53 0,63 1,60 1,23 0,51 16,51 15,95 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD. 152

187 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Ελαστική (J e ) και ιξώδης (J v ) ενδοτικότητα εκφρασμένη ως ποσοστό (%) της μέγιστης ενδοτικότητα (J max ) για τα ζυμάρια από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας με αναλογία αλεύρι (ξ.μ.):νερό 56: Διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (προφίλ ζελατινοποίησης αμύλου) Η ζελατινοποίηση του αμύλου είναι πολύ σημαντική για τη βιομηχανία τροφίμων, λόγω της επίδρασής της στην υφή των τροφίμων που περιέχουν άμυλο (Biliaderis, 1983). Η διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης είναι μια μέθοδος κατάλληλη για την παρατήρηση των μεταβολών φάσεων στα συστήματα αμύλου/νερού, καθώς δίνει τη 153

188 Αποτελέσματα και συζήτηση δυνατότητα μελέτης αυτών σε μεγάλο εύρος θερμοκρασιών, αλλά και περιεχόμενων υγρασιών. Σύμφωνα με τους Cooke and Gidley (1992), η ζελατινοποίηση χαρακτηρίζεται ως οι μη αντιστρεπτές μεταβολές, οι οποίες συνοδεύουν τη λύση της δομής του αμυλοκόκκου. Η ενθαλπία ζελατινοποίησης (gelatinization enthalpy) ορίζεται ως η ποσοτική παράμετρος του συγκεκριμένου φαινομένου και αντανακλά στην κρυσταλλικότητα των αμυλοκόκκων και το περιεχόμενο της διπλής έλικας (Cooke and Gidley, 1992). Τα αιωρήματα αλεύρου:νερού, που εξετάστηκαν, εμφάνισαν τα τυπικά θερμογραφήματα των αλεύρων σίτου, κατά την εξέτασή τους με το θερμιδόμετρο (Σχήμα 5.13). Τρεις ενδόθερμες κορυφές παρατηρήθηκαν κατά την εξέταση και των τεσσάρων αιωρημάτων, όπως άλλωστε αναμένονταν (Fessas and Schiraldi, 2000). Δεν σημειώθηκε διαφορά ανάμεσα στα δείγματα διαφορετικής κοκκομετρίας αλεύρου, όσον αφορά τη θερμοκρασία έναρξης ζελατινοποίησης (T onset ) και τη θερμοκρασία ζελατινοποίησης (T peak ) (p>0,05) (Πίνακας 5.11), γεγονός που έρχεται σε συμφωνία με τα ευρήματα των Barrera et al. (2012). Η φαινομενική ενθαλπία ζελατινοποίησης του αμύλου ελαττώθηκε σημαντικά, με τη μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου (p<0,05) (Πίνακας 5.11). Ωστόσο, το μέγεθος των σωματιδίων του αλεύρου δεν αποτελεί τον κύριο παράγοντα που επηρεάζει τη μεταβολή της ενθαλπίας ζελατινοποίησης. Είναι γνωστό ότι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που συνεισφέρουν στην ενθαλπία ζελατινοποίησης του αμύλου είναι το ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου. Πολλοί ερευνητές έχουν δείξει την αρνητική συσχέτιση ανάμεσα στο μηχανικά θραυσμένο άμυλο και την ενθαλπία ζελατινοποίησης του αμύλου (Morisson et al., 1994; Leon et al., 2006; Barrera et al., 2012). Τα τμήματα του μηχανικά θραυσμένου αμύλου ενυδατώνονται πολύ εύκολα σε κρύο νερό (δηλαδή σε θερμοκρασίες μικρότερες της θερμοκρασίας ζελατινοποίησης) και 154

189 Αποτελέσματα και συζήτηση συνεπώς, δε συνεισφέρουν στη διαδικασία ζελατινοποίησης (Barrera et al., 2012). Επίσης, οι Morrison et al. (1994), έδειξαν ότι η ενθαλπία ζελατινοποίησης σε δείγματα αμύλου σιταριού είχε θετική συσχέτιση με την κρυσταλλικότητά τους. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η αύξηση του μηχανικά θραυσμένου αμύλου οδηγεί σε ελάττωση της κρυσταλλικότητας του αμύλου, θα μπορούσε η μείωση της ενθαλπίας ζελατινοποίησης με τη μείωση της κοκκομετρίας να αποδοθεί στην αύξηση του μηχανικώς θραυσμένου αμύλου στα άλευρα που περιέχουν λεπτόκοκκα κλάσματα από το μύλο πεπιεσμένου αέρα. Επιπλέον, οι τιμές της θερμοκρασίας έναρξης και της ενθαλπίας ζελατινοποίησης που προσδιορίστηκαν στην παρούσα μελέτη έρχονται σε συμφωνία με τις αντίστοιχες τιμές που προσδιόρισαν στις μελέτες τους οι Leon et al. (2006) και Barrera et al. (2012). Οι Olkku and Rha (1978) υποστήριξαν ότι και οι πεντοζάνες πιθανόν συνεισφέρουν στη μείωση της ενθαλπίας ζελατινοποίησης του αμύλου, καθώς ανταγωνίζονται το άμυλο για τη δέσμευση του διαθέσιμου νερού. Επομένως, είναι πιθανόν, πέρα από το μηχανικά θραυσμένο άμυλο, στα αιωρήματα από τα λεπτόκοκκα άλευρα η μείωση της ενθαλπίας να οφείλεται, σε κάποιο βαθμό, και στο αυξημένο ποσοστό των ολικών πεντοζανών. 155

190 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Αντιπροσωπευτικά θερμογραφήματα των αιωρημάτων αλεύρων σίτου (αλεύρι:νερό 30:70, ρυθμός θέρμανσης 5 o C/min). Οι τιμές της φαινομενικής ενθαλπίας ζελατινοποίησης είναι υπολογισμένες επί ξηρού βάρους των αλεύρων. Πίνακας Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων αλεύρου σίτου στη ζελατινοποίηση του αμύλου (μελέτη σε αιωρήματα αλεύρι:νερό, 30:70, με διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης). Δείγμα (αιώρημα) T onset ( o C) T peak ( o C) ΔΗ gel (mj/mg αλεύρου ξ.μ.) S 80 59,67 a 1 65,33 a 7,75 b S mix 59,79 a 65,45 a 6,08 a S 25 59,90 a 65,49 a 5,35 a S 15 59,57 a 65,46 a 5,05 a LSD (0,05) 0,43 0,60 1,21 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD. 156

191 Αποτελέσματα και συζήτηση 5.3 Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στα χαρακτηριστικά των παραγόμενων ψωμιών Επίδραση του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου στην απώλεια βάρους (%) κατά το ψήσιμο και τον ειδικό όγκο των ψωμιών Η επίδραση της κοκκομετρίας του αλεύρου στο ποσοστό της απώλειας βάρους που λαμβάνει χώρα κατά την αρτοποίηση δίνεται στο Σχήμα Η απώλεια βάρους (% της μάζας του ζυμαριού) σημείωσε τις υψηλότερες τιμές της στα ψωμιά που σχηματίστηκαν από το μητρικό, χονδρόκοκκο αλεύρι (B 80 ) και το μίγμα των δύο αλεύρων (B mix ) χωρίς να παρατηρηθεί στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ των δύο δειγμάτων, σε αντίθεση με τα δείγματα (ψωμιά) από το λεπτόκοκκο κλάσμα (B 25 ), τα οποία σημείωσαν σημαντικά χαμηλότερες τιμές (p<0,05). Η σημαντική διαφορά μεταξύ των δειγμάτων σχετικά με την απώλεια βάρους κατά το ψήσιμο μπορεί να αποδοθεί στην υψηλότερη ικανότητα συγκράτησης νερού των μικρότερων σωματιδίων του αλεύρου, λόγω της μεγαλύτερης ειδικής επιφάνειάς τους. Όπως έχει βρεθεί από τους Liu et al. (2012) σε δείγματα noodles που παρασκευάστηκαν από αλεύρι σόργου, όσο μικρότερο ήταν το μέγεθος των σωματιδίων του αλεύρου, τόσο μεγαλύτερη ήταν και η ικανότητα πρόσληψης και συγκράτησης νερού στο τελικό προϊόν. Επίσης, το αυξημένο ποσοστό του μηχανικά θραυσμένου αμύλου στο λεπτόκοκκο αλεύρι, πιθανόν συνεισέφερε σε κάποιο βαθμό στην ισχυρότερη συγκράτηση νερού του τελικού προϊόντος, όπως αναφέρθηκε και προηγούμενα (Bushuk and Rasper, 1994; Rakszegi et al., 2010) 157

192 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Επίδραση της κοκκομετρίας του αλεύρου σίτου στην απώλεια βάρους κατά το ψήσιμο (% του βάρους του ζυμαριού) και του ειδικού όγκου του σχηματιζόμενου ψωμιού. Ο ειδικός όγκος αντανακλά στην ικανότητα του ζυμαριού να συγκρατεί τα παραγόμενα κατά την αρτοποίηση αέρια (λόγω της ζύμωσης των σακχάρων). Θεωρείται αποτέλεσμα της συνδυασμένης δράσης της ελαστικότητας του ζυμαριού και της ικανότητας συγκράτησης αερίων. Στον Σχήμα 5.14 φαίνεται ότι ο ειδικός όγκος των ψωμιών εμφάνισε την ίδια τάση που αναφέρθηκε προηγούμενα για την απώλεια βάρους κατά την αρτοποίηση. Καθώς η κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου αλεύρου ελαττώθηκε, ο ειδικός όγκος του αντίστοιχου τελικού προϊόντος (ψωμιού) επίσης ελαττώθηκε. Συνεπώς, τα ψωμιά που σχηματίστηκαν από το λεπτόκοκκο αλεύρι (B 25 ) σημείωσαν τις μικρότερες τιμές ειδικού όγκου (2,6 cm 3 /g), σε αντίθεση με τα ψωμιά που σχηματίστηκαν από το χονδρόκοκκο αλεύρι (B 80 ) τα οποία σημείωσαν τις υψηλότερες τιμές (3,2 cm 3 /g). Διαφορές στις τιμές του ειδικού όγκου 158

193 Αποτελέσματα και συζήτηση σημειώθηκαν ανάμεσα σε όλα τα δείγματα, διαφορετικής κοκκομετρίας (p<0,05) (B 80 > B mix > B 25 ), αν και η διαφορά ανάμεσα στα Β 80 και Β mix ψωμιά ήταν μικρή (~0,2 cm 3 /g). Η σκληρότητα του ζυμαριού (όπως υπολογίστηκε κατά την ανάλυση του προφίλ υφής, TPA) και ο χρόνος ημίσειας χαλάρωσης (που υπολογίστηκε από τη δοκιμή χαλάρωσης της τάσης) συσχετίστηκαν αρνητικά, σε υψηλό βαθμό, αν και όχι σημαντικά, με τον ειδικό όγκο των δειγμάτων (r = -0,850, p = 0,353 και r = -0,994, p=0,068 αντίστοιχα). Ωστόσο, τα ευρήματα αυτά έρχονται σε αντίθεση με τους Kawai et al. (2006), οι οποίοι έδειξαν θετικά συσχέτιση μεταξύ του χρόνου ημίσειας χαλάρωσης (Tla) και του ειδικού όγκου των ψωμιών. Οι Huttner et al. (2010), όμως, έδειξαν ότι το υψηλό ιξώδες του ζυμαριού δρα σαν παρεμποδιστής στην προσπάθεια έκτασης των πόρων (λόγω των παραγόμενων αερίων), γεγονός που έρχεται σε συμφωνία με τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης. Η διαφορά στο περιεχόμενο μηχανικά θραυσμένο άμυλο είναι πιθανό να συνεισφέρει στην ελάττωση του ειδικού όγκου, καθώς ενυδατώνεται ταχύτατα και αυξάνει σημαντικά το ιξώδες του ζυμαριού. Οι Barrera et al. (2007) βρήκαν αρνητική γραμμική συσχέτιση ανάμεσα στο ποσοστό μηχανικά θραυσμένου αμύλου του αλεύρου και τον ειδικό όγκο του παραγόμενου ψωμιού (r = -0,95), την οποία απέδωσαν στον ανταγωνισμό ανάμεσα στο άμυλο και τις πρωτεΐνες για πρόσληψη του διαθέσιμου νερού, που παρεμποδίζει την άριστη ενυδάτωση των τελευταίων και περιορίζει την ανάπτυξη του πλέγματος της γλουτένης. Επιπλέον, τα μικρότερα σωματίδια του αλεύρου ενισχύουν την ικανότητα συγκράτησης νερού, η οποία οδηγεί με τη σειρά της σε υψηλότερες τιμές ιξώδους του ζυμαριού και πιθανόν, σε χαμηλότερης ποιότητας τελικό προϊόν (ψωμί). Όσον αφορά τα ρεολογικά χαρακτηριστικά των ζυμαριών, ο Bloksma (1990) έδειξε ότι η περισσότερο σημαντική παράμετρος για την καλή αρτοποιητική ικανότητα είναι η εκτατότητα του ζυμαριού και όχι η 159

194 Αποτελέσματα και συζήτηση αντίσταση στην εκτατότητα. Οι Ktenioudaki et al. (2010) βρήκαν ότι αν οι υψηλές τιμές αντίστασης στην έκταση δε συνοδεύονται παράλληλα από υψηλές τιμές εκτατότητας, τότε δεν οδηγούν σε ψωμιά με υψηλούς όγκους. Η τελευταία παρατήρηση φαίνεται να συμφωνεί με τα ευρήματα της παρούσας μελέτης, στην οποία τα ψωμιά που σχηματίστηκαν εξ ολοκλήρου από το λεπτόκοκκο αλεύρι (B 25 ), έδειξαν μικρότερες τιμές όγκου (δεν παρουσιάζονται τα αποτελέσματα) και κατά συνέπεια ειδικού όγκου σε σχέση με τα ψωμιά Β 80, ενώ τα αντίστοιχα σχηματιζόμενα ζυμάρια που εξετάστηκαν στον εκτατογράφο έδειξαν μεγαλύτερη τιμή R max, για το D 25 σε σχέση με το D 80, χωρίς να μεταβληθεί η εκτατότητα (E) τους. Οι τιμές του ειδικού όγκου που υπολογίστηκαν στην παρούσα μελέτη συμφωνούν με ορισμένες που δίνονται στη βιβλιογραφία (Al-Saleh and Brennan, 2012; Barrera et al., 2007), ωστόσο είναι σχετικά χαμηλές σε σύγκριση με τις αντίστοιχες εμπορικών ψωμιών. Το παρόν μπορεί να εξηγηθεί αν σημειώσουμε ότι, στα δείγματα που παρασκευάστηκαν για τη μελέτη δε χρησιμοποιήθηκαν βελτιωτικά, όπως ένζυμα (αμυλάσες, ξυλανάσες), γαλακτωματοποιητές (μονογλυκερίδια κ.α.), ασκορβικό οξύ, βρωμιούχο κάλιο (KBrO 3 ) (Wang et al., 2002) ή χλωρίδιο του αμμωνίου (Cauvain and Young, 2000). Συνολικά, ο ειδικός όγκος των ψωμιών επηρεάστηκε σημαντικά από την κοκκομετρία των χρησιμοποιούμενων αλεύρων σίτου. 160

195 Αποτελέσματα και συζήτηση Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στο χρώμα της κρούστας των ψωμιών Το χρώμα ενός προϊόντος είναι το πρώτο χαρακτηριστικό που αντιλαμβάνεται ο καταναλωτής και είναι αρκετά σημαντικό για την αποδοχή του προϊόντος (Pedreschi et al., 2006). Κατά το ψήσιμο, το χρώμα του ζυμαριού από αλεύρι σίτου μεταβάλλεται, από σχεδόν άσπρο σε, καφέ και η μεταβολή είναι γνωστή ως «browning» (Purlis, 2010). Το χρώμα της κόρας που αποκτούν τα ψωμιά είναι αποτέλεσμα ορισμένων μη ενζυμικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια του ψησίματος, κυρίως των αντιδράσεων Maillard κατά τις οποίες παράγονται έγχρωμες ενώσεις (μελανοϊδίνες και των αντιδράσεων καραμελοποίησης, σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 120 o C (Fennema, 2007; Hadiyanto et al., 2007). Πριν το ψήσιμο, το ζυμάρι εμφανίζει τιμές φωτεινότητας L* μεγαλύτερες από 80, που εξαρτώνται από τα συστατικά του (Ramírez- Jiménez et al., 2000; Purlis and Salvadori, 2009), ενώ κατά το ψήσιμο η τιμή της ελαττώνεται. Οι μετρήσεις χρώματος πραγματοποιήθηκαν μόνο στην κόρα των εξεταζόμενων ψωμιών. Δε μετρήθηκε το χρώμα του ψωμιού εσωτερικά, διότι η «κυψελωτή» δομή της ψίχας του ψωμιού επηρεάζει τις μετρήσεις των χρωματικών παραμέτρων, λόγω σκιών που εμφανίζονται στους πόρους της (Cauvain and Young, 2000). Τα αποτελέσματα των μετρήσεων των χρωματικών παραμέτρων που αφορούν την κόρα των ψωμιών παρουσιάζονται στον Πίνακα Οι τιμές της παραμέτρου L* της κόρας αυξάνονται με αύξηση της κοκκομετρίας (p<0,05), ενώ όλα τα επίπεδα κοκκομετρίας διαφέρουν στατιστικά σημαντικά μεταξύ τους. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η μετατροπή του αμύλου σε δεξτρίνες, σε θερμοκρασίες πάνω από τους 180 o C, οδηγεί σε πιο σκούρο σχηματισμό χρώματος (Al-Dmoor, 2013), το 161

196 Αποτελέσματα και συζήτηση σκούρο χρώμα στα ψωμιά από αλεύρι μικρότερης μέσης κοκκομετρίας, μπορεί να αποδοθεί στη μεγαλύτερη έκταση ελεύθερου αμύλου σε αυτά. Πίνακας Επίδραση της κοκκομετρίας των αλεύρων σίτου στις χρωματικές παραμέτρους των σχηματιζόμενων ψωμιών. Χρωματικές παράμετροι Παράγοντας Επίπεδα L* a* b* C* h ab ( ο ) 80 68,60 c 1 6,29 a 29,84 a 30,52 a 78,16 c Μέγεθος mix 65,20 b 7,10 b 29,70 a 30,56 a 76,69 b σωματιδίων 25 63,12 a 7,66 c 29,95 a 30,94 a 75,79 a LSD (0,05) 1,09 0,53 0,74 0,81 0,01 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD. Όσον αφορά την παράμετρο a* (κόκκινη απόχρωση) των ψωμιών, όλα τα δείγματα παρουσίασαν θετικές τιμές a*, όπως ήταν αναμενόμενο, καταδεικνύοντας ότι το κόκκινο χρώμα είναι επικρατέστερο σε σχέση με το πράσινο (το αντίθετο στην κλίμακα μέτρησης a*). Καθώς η κοκκομετρία των αλεύρων μειώθηκε, η κόκκινη απόχρωση ενισχύθηκε (p<0,05), δηλαδή το ψωμί από το λεπτόκοκκο αλεύρι εμφάνισε την περισσότερο έντονη κόκκινη απόχρωση. Σχετικά με την παράμετρο b* (κίτρινη απόχρωση) των ψωμιών, όλα τα δείγματα εμφάνισαν θετικές τιμές που σημαίνει, όπως είναι αναμενόμενο, ο κίτρινος χρωματισμός είναι ο επικρατέστερος σε σχέση με το μπλε (το αντίθετο στην κλίμακα μέτρησης του b*). Ωστόσο, σε αντίθεση με την παράμετρο a*, τα ψωμιά από αλεύρι διαφορετικής μέσης κοκκομετρίας δεν παρουσίασαν σημαντικές διαφορές μεταξύ τους για την κίτρινη απόχρωση, b* (p>0,05). Ο υπολογισμός της χροιάς του χρώματος έδειξε ότι η μείωση του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου είχε σαν αποτέλεσμα το σχηματισμού κόρας περισσότερο κόκκινης, απ ότι κίτρινης (p<0,05). Ως 162

197 Αποτελέσματα και συζήτηση ένα βαθμό επιβεβαιώνονται και τα αποτελέσματα των παραμέτρων a* και b*, δηλαδή ότι επικρατούν τα χρώματα κόκκινο και κίτρινο. Τέλος, η παράμετρος χρωματική πυκνότητα (chroma) που εκφράζει ένταση ή καθαρότητα του χρώματος δεν παρουσίασε κάποια στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ των δειγμάτων (p>0,05). Σε μια μελέτη διαφορετικού συστήματος τροφίμου (noodles), οι Hatcher et al. (2002) έδειξαν ότι άλευρα με μικρότερο μέγεθος σωματιδίων έδωσαν περισσότερο λαμπερά noodles, καθώς το μηχανικά θραυσμένο άμυλο μειώνονταν σε αυτά τα άλευρα. Γενικά, στην παρούσα μελέτη, τα ψωμιά που παρασκευάστηκαν από τo λεπτόκοκκο αλεύρι (W 25 ) εμφάνισαν ένα περισσότερο «χρυσαφένιο» καφέ χρωματισμό κόρας, όπως διαπιστώθηκε και από μακροσκοπικές παρατηρήσεις, οι οποίες συμφωνούσαν με τις αντίστοιχες τιμές των χρωματικών παραμέτρων (Σχήμα 5.15). Σχήμα Εξωτερική εμφάνιση αντιπροσωπευτικών ψωμιών από άλευρα σίτου διαφορετικής κοκκομετρίας. 163

198 Αποτελέσματα και συζήτηση Επίδραση του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου στο πορώδες της ψίχας Εκτός του χρώματος της κόρας και του ειδικού όγκου, ένας εξίσου σημαντικός, παράγοντας εκτίμησης της ποιότητας του ψωμιού είναι και η εμφάνιση της ψίχας. Πολλοί ερευνητές έχουν ασχοληθεί με την εξέταση της εμφάνισης της ψίχας του ψωμιού (Datta et al., 2007; Hirte et al. 2012; Magdic et al., 2006; Scanlon and Zgahl, 2001; Wang et al., 2011; Ktenioudaki et al., 2010) και προσπάθησαν να καταλήξουν σε συσχετισμούς με τα χαρακτηριστικά υφής του τελικού προϊόντος. Η ανάλυση της εικόνας είναι ένα διαδεδομένο και αξιόπιστο εργαλείο για τον προσδιορισμό του πορώδους της ψίχας των ψωμιών και διάφορες τεχνικές έχουν χρησιμοποιηθεί για την ποσοτικοποίηση των παραμέτρων του (Scanlon and Zgahl, 2001; Wang et al., 2011; Demirkesen et al., 2013). Η εξέταση της εμφάνισης της ψίχας των ψωμιών της παρούσας μελέτης, έδειξε σημαντικές διαφορές στη δομή της, ανάμεσα σε όλα τα δείγματα, από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας (Πίνακα 5.13). Τα ψωμιά που παρασκευάστηκαν από το χονδρόκοκκο αλεύρι και το μίγμα αλεύρου (B 80 και B mix,) παρουσίασαν μια περισσότερο «ανοιχτή» δομή (δηλ. μικρότερος αριθμός πόρων στην εξεταζόμενη περιοχή και μεγαλύτερο εύρος μεγέθους των πόρων), σε σύγκριση με τα ψωμιά από το λεπτόκοκκο αλεύρι (B 25 ) (p<0,05), τα οποία επέδειξαν μία περισσότερο «κλειστή» και ομοιόμορφη δομή ψίχας (μικρό εύρος μεγέθους των πόρων, σημαντικά μεγαλύτερος αριθμός πόρων στην εξεταζόμενη περιοχή, ελάχιστοι πόροι με μέγεθος μεγαλύτερο από 20mm 2 ) (Πίνακας 5.13 και Σχήμα 5.16). Τα παραπάνω έρχονται σε συμφωνία με τους Lagrain et al. (2006), οι οποίοι πρότειναν την περιορισμένη έκταση του ζυμαριού κατά το ψήσιμο, ως τον κύριο λόγο για την περισσότερο ομοιόμορφη ψίχα που σχηματίζεται στα ψωμιά από λεπτόκοκκα άλευρα. Η περιορισμένη έκταση του ζυμαριού από λεπτόκοκκο αλεύρι μπορεί να αποδοθεί στο μεγαλύτερο 164

199 Αποτελέσματα και συζήτηση ιξώδες του, όπως έχει ήδη διαπιστωθεί κατά τη μελέτη της ρεολογικής συμπεριφοράς των ζυμαριών. Το πλέγμα της γλουτένης, πιθανόν να είναι αρκετά πιο ισχυρό στα ψωμιά από άλευρα μικρότερης κοκκομετρίας και δεν επιτρέπει στους αρχικούς πυρήνες αέρα που σχηματίζονται κατά το ζύμωμα στο ζυμάρι, να διογκωθούν και να σχηματίσουν μεγαλύτερους πόρους στο τελικό προϊόν. Το μέσο μέγεθος πόρου της ψίχας μειώθηκε με μείωση του μεγέθους σωματιδίων του χρησιμοποιούμενου αλεύρου (p<0,05) (Πίνακας 5.13). Οι Švec and Hruskova (2004) αναφέρουν παρόμοιες τιμές για τη συγκεκριμένη παράμετρο, σε σιταρένια ψωμιά από άλευρα διαφορετικών ποικιλιών. Οι ίδιοι ερευνητές, βρήκαν υψηλή θετική συσχέτιση του μέσου μεγέθους πόρου (r = 0,7145) και αρκετά υψηλή, αρνητική συσχέτιση του ολικού αριθμού πόρων (r = - 0,6609) με τον ειδικό όγκο του ψωμιού. Τα ψωμιά B mix και B 25 εμφάνισαν, επίσης, μικρότερη αναλογία διαστάσεων ύψους/πλάτος σε σχέση με το B 80 (p<0,05) (Πίνακας 5.13), καταδεικνύοντας έμμεσα ότι η ελάττωση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου έχει ως αποτέλεσμα την παρασκευή ψωμιών με μικρότερο όγκο, αφού το πλάτος είναι σχεδόν σταθερό, καθώς καθορίζεται από τη φόρμα που χρησιμοποιήθηκε. Η πιο συμπαγής δομή της ψίχας του ψωμιού B 25 μπορεί να διαπιστωθεί και από την κατανομή του μεγέθους των πόρων, διαπιστώνοντας την απουσία μεγάλων πόρων (μέγεθος >20 mm 2 ) (στατιστικά σημαντικές διαφορές ανάμεσα σε όλα τα δείγματα) (Σχήμα 5.16). Το ποσοστό των μικρών πόρων (<4mm 2 ) είναι μεγαλύτερο από 90% και για τα τρία δείγματα (Πίνακας 5.13 και Σχήμα 5.16, ένθετο διάγραμμα), αποτέλεσμα που συμφωνεί με τα ευρήματα των Tlapale- Valdivia et al. (2010), σε δείγματα σιταρένιων ψωμιών, που διέφεραν ως προς το χρόνο παραμονής τους στη στόφα. Το Σχήμα δείχνει τον κυκλικό χαρακτήρα που επέδειξαν οι πόροι στα διαφορετικά ψωμιά. Η κλίμακα κυμαίνεται από 0 έως 1, με τιμές 165

200 Αποτελέσματα και συζήτηση που τείνουν προς το 0 να δείχνουν ελλειψοειδές αντικείμενο, ενώ οι τιμές που τείνουν προς το 1 δείχνουν τον τέλειο κύκλο. Η εξέταση των πόρων της ψίχας ανάμεσα στα τρία διαφορετικά ψωμιά δεν έδειξε στατιστικά σημαντικές διαφορές, σε καμία κλάση κυκλικού χαρακτήρα. Και τα τρία δείγματα έδειξαν ξεκάθαρη εικόνα, ότι το σχήμα των πόρων τους τείνει περισσότερο προς την έλλειψη. Πιο συγκεκριμένα, και τα τρία εμφάνισαν την υψηλότερη τιμή τους στην κλάση , ενώ τα ποσοστά που ταξινομήθηκαν στην κλάση ήταν μηδαμινά. Επομένως, το μέγεθος σωματιδίων του χρησιμοποιούμενου αλεύρου δεν επηρέασε τον κυκλικό χαρακτήρα των πόρων της ψίχας. Οι διαφορές στο πορώδες της ψίχας ανάμεσα στα διαφορετικά δείγματα είναι εμφανείς και από τις φωτογραφίες της ψίχας που πάρθηκαν από την τομή του κάθε ψωμιού (Σχήμα 5.16, ένθετες φωτογραφίες και Σχήμα 5.18). Καθώς μειώνεται η κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου αλεύρου, το πορώδες γίνεται περισσότερο ομοιόμορφο και συμπαγές. 166

201 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Κατανομή μεγέθους των πόρων της ψίχας, σε ψωμιά που παρασκευάστηκαν από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. Στο ένθετο διάγραμμα δίνεται το ποσοστό των μικρότερων πόρων ( 4mm 2 ) (ένθετες φωτογραφίες: εμφάνιση της ψίχας κάθε δείγματος). Σχήμα Κατανομή κυκλικού χαρακτήρα των πόρων της ψίχας, σε ψωμιά που παρασκευάστηκαν από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. 167

202 Αποτελέσματα και συζήτηση Πίνακας Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου σίτου στα χαρακτηριστικά του πορώδους ψίχας των σχηματιζόμενων ψωμιών. Συνολική Δείγμα (ψωμί) Ύψος/ Πλάτος Αριθμός πόρων /16cm 2 επιφάνεια πόρων (mm 2 /16cm 2 ψίχας) Μέσο μέγεθος πόρων (mm 2 ) Μέγιστο μέγεθος πόρων (mm 2 ) Εύρος (mm 2 ) Πόροι <4mm 2 B 80 1,07 b a 340,79 a 1,43 b 39,42 b 39,37 b 91,95 a B mix 1,00 a 253 b 313,16 a 1,27 ab 39,51 b 34,59 b 93,36 a B 25 0,96 a 309 c 331,40 a 1,09 a 17,93 a 17,84 a 93,38 a LSD (0,05) 0, ,01 0,23 16,24 14,54 1,64 (%) 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD. Σχήμα Αντιπροσωπευτικές φωτογραφίες τομής των δειγμάτων ψωμιού από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. 168

203 Αποτελέσματα και συζήτηση Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στην υγρασία και ενεργότητα νερού των ψωμιών Η υγρασία και η ενεργότητα νερού (a w ) αποτελούν σημαντικές παραμέτρους για τον προσδιορισμό και εκτίμηση της υφής των τροφίμων, καθώς αντανακλούν στην αποδοχή του τελικού προϊόντος από τον καταναλωτή. Δεν παρατηρήθηκε κάποια διαφορά στην περιεχόμενη υγρασία ψίχας και κόρας των δειγμάτων B mix και B 25, ενώ το δείγμα B 80, το οποίο παρουσίασε υψηλότερες τιμές υγρασίας (p<0,05) (Πίνακας 5.14). Ωστόσο η διαφορά αυτή δε μπορεί να χαρακτηριστεί ως αξιοσημείωτη. Φαίνεται ότι το μέγεθος των σωματιδίων του αλεύρου δεν εμφανίζει αξιοσημείωτη επίδραση στην υγρασία του ψωμιού, τουλάχιστον στο εύρος κοκκομετρίας που εξετάζεται στην παρούσα μελέτη. Το μέγεθος των τεμαχιδίων του αλεύρου επίσης δε φαίνεται να έχει κάποια σημαντική επίδραση στην ενεργότητα νερού της κόρας των ψωμιών (p>0,05). Όπως ήταν αναμενόμενο, παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές στην περιεχόμενη υγρασία τόσο της ψίχας, όσο και της κόρας, με το χρόνο αποθήκευσης των δειγμάτων (Πίνακας 5.14). Η φρέσκια ψίχα (0 η ημέρα) έδειξε τις μεγαλύτερες τιμές περιεχόμενης υγρασίας, ενώ τα ψωμιά της 5 ης ημέρας είχαν αφυδατωθεί αρκετά. Η κόρα παρουσίασε αύξηση της περιεχόμενης υγρασίας της με την πάροδο του χρόνου (p<0,05), οπότε τα φρέσκα ψωμιά έδειξαν μια πολύ πιο τραγανή κόρα σε σχέση με τα δείγματα που είχαν αποθηκευτεί για κάποιο χρονικό διάστημα (έως και 40% λιγότερη υγρασία κόρας). Ο χρόνος αποθήκευσης έχει πολύ σημαντική επίδραση στην ανακατανομή του νερού στα διάφορα τμήματα του ψωμιού (κόρα ψίχα). Μάλιστα, οι Bosmans et al., (2013) έδειξαν ότι μετά από μια περίοδο 7 ημερών, η αναδιανομή του νερού ουσιαστικά λαμβάνει τέλος. Παρόμοιες ήταν και οι μεταβολές που παρατηρήθηκαν και 169

204 Αποτελέσματα και συζήτηση για τις τιμές a w των ψωμιών που μειώνονταν στην ψίχα και αυξάνονταν στην κόρα με το χρόνο αποθήκευσης τους (Πίνακας 5.14). Πίνακας Επίδραση του μεγέθους των σωματιδίων και του χρόνου αποθήκευσης στην υγρασία και ενεργότητα νερού (ψίχας και κόρας) των δειγμάτων ψωμιού. υγρασία (%) Παράγοντες Επίπεδα ψίχα κόρα ψίχα κόρα Β 80 41,198 b 1 18,923 b 0,972 a 0,864 a Μέγεθος Β mix 40,683 a 18,447 a 0,972 a 0,856 a σωματιδίων Β 25 40,305 a 18,585 a 0,970 a 0,857 a LSD (0,05) 0,392 0,396 0,002 0,008 Χρόνος 0 η ημέρα 42,622 d 1 13,663 a 0,974 d 0,752 a αποθήκευσης 1 η ημέρα 41,886 c 18,064 b 0,974 c 0,866 b 3 η ημέρα 39,926 b 20,667 c 0,971 b 0,904 c 5 η ημέρα 38,481 a 22,203 d 0,967 a 0,914 c LSD (0,05) 0,453 0,458 0,002 0,009 a w 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD. Στο Σχήμα 5.19 επίσης φαίνεται η προαναφερθείσα πορεία της υγρασίας και της ενεργότητας νερού, τόσο της ψίχας, όσο και της κόρας, στα τρία διαφορετικά δείγματα ψωμιού κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης. Επιπλέον, γίνεται εμφανές ότι η κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου αλεύρου δεν επηρέασε τις τιμές σε καμία από τις 2 παραμέτρους. Αυτή η εικόνα δεν άλλαξε ούτε κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης των προϊόντων. 170

205 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Επίδραση της κοκκομετρίας του αλεύρου σίτου στην υγρασία και ενεργότητα νερού (ψίχας και κόρας) των σχηματιζόμενων ψωμιών κατά τη διάρκεια της αποθήκευσής τους (25 ο C). 171

206 Αποτελέσματα και συζήτηση Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στις ιδιότητες υφής των ψωμιών Η ψίχα και η κόρα των σχηματιζόμενων ψωμιών εξετάστηκαν για τις παραμέτρους υφής τους με ανάλυση του προφίλ υφής και δοκιμή διάτρησης, αντίστοιχα. Η ανάλυση του προφίλ υφής στην ψίχα των ψωμιών έδειξε στατιστικά σημαντικές διαφορές στη σκληρότητα της ψίχας, ανάμεσα σε όλα τα διαφορετικά επίπεδα κοκκομετρίας των χρησιμοποιούμενων αλεύρων (p<0,05) (Πίνακας 5.15). Πιο συγκεκριμένα, η μείωση του μεγέθους τεμαχιδίων του αλεύρου, οδήγησε σε ψωμιά με περισσότερο σκληρή ψίχα. Τα αποτελέσματα αυτά συμφωνούν με αυτά της ανάλυσης του προφίλ υφής στα ζυμάρια, επομένως φαίνεται ότι η επίδραση της κοκκομετρίας και του μηχανικά θραυσμένου αμύλου στη σκληρότητα των ζυμαριών, συμβάλλει και στη σκληρότητα της ψωμιών. Οι Barrera et al. (2007) βρήκαν ισχυρή, θετική συσχέτιση μεταξύ του περιεχόμενου μηχανικά θραυσμένου αμύλου και της σκληρότητας της ψίχας σιταρένιου ψωμιού, καθώς και αρνητική συσχέτιση μεταξύ του ειδικού όγκου και της σκληρότητας της ψίχας, γεγονός που συμφωνεί με τα ευρήματα της παρούσας μελέτης. Πράγματι, καθώς η κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου αλεύρου ελαττώθηκε, ο ειδικός όγκος των παραγόμενων ψωμιών μειώθηκε και η σκληρότητα της ψίχας τους αυξήθηκε. 172

207 Αποτελέσματα και συζήτηση Πίνακας Επίδραση του μεγέθους των σωματιδίων αλεύρου και του χρόνου αποθήκευσης στις ιδιότητες υφής της ψίχας και της κόρας των σχηματιζόμενων ψωμιών. Παράγοντες Επίπεδα Σκληρότητα (N) Συνεκτικότητα (N mm) Ελαστικότητα 1 Ελαστικότητα 2 Δυσκολία μάσησης (N) Σκληρότητα Κόρας (Ν) Μέγεθος Β 80 4,26 a 1 64,79 a 0,94 b 0,35 b 2,32 a 7,03 b τεμαχιδίων Β mix 6,98 b 107,90 b 0,94 b 0,35 b 3,81 b 7,12 b Β 25 11,93 c 176,20 c 0,93 a 0,32 a 6,03 c 11,79 a LSD (0,05) 0,81 11,34 0,01 0,01 0,37 0,93 Χρόνος 0 η ημέρα 1,95 a 1 224,86 a 0,99 c 0,56 d 1,80 a 17,36 a αποθήκευσης 1 η ημέρα 5,79 b 311,70 b 0,94 b 0,35 c 3,74 b 7,98 b 3 η ημέρα 10,27 c 451,64 c 0,91 a 0,24 b 5,03 c 5,20 c 5 η ημέρα 12,89 d 588,71 d 0,89 a 0,21 a 5,65 d 4,05 c LSD (0,05) 0,94 13,10 0,02 0,01 0,42 1,07 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD. 173

208 Αποτελέσματα και συζήτηση Η περισσότερο συμπαγής δομή της ψίχας των ψωμιών από λεπτόκοκκο αλεύρι (B mix and B 25 ) είναι ο κυριότερος παράγοντας που συνεισφέρει στη σκληρότητα της ψίχας τους. Σύμφωνα με τους Wang et al., (2011), η δομή του ψωμιού επηρεάζει σε κάποιο βαθμό τη σκληρότητα της ψίχας, λόγω της πυκνότητας της. Για τον παραπάνω λόγο, η ανοιχτή δομή του ψωμιού από χονδρόκοκκο αλεύρι (B 80 ) που διαπιστώθηκε κατά την ανάλυση του πορώδους της ψίχας συντέλεσε σε μια πιο μαλακή ψίχα, σε σχέση με τα υπόλοιπα ψωμιά. Οι Pourfarzad et al. (2012) βρήκαν ισχυρή, αρνητική συσχέτιση ανάμεσα στο μέσο μέγεθος των πόρων της ψίχας και τη σκληρότητά της, γεγονός που έρχεται σε συμφωνία με τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης. Η ίδια επίδραση παρατηρήθηκε και στα δείγματα της κόρας. Έτσι, η μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου είχε ως αποτέλεσμα την παρασκευή ψωμιών με περισσότερο σκληρή κόρα (Πίνακας 5.15 και Σχήμα 5.20). Όσον αφορά τις υπόλοιπες παραμέτρους υφής της ψίχας των δειγμάτων ψωμιού, το λεπτόκοκκο αλεύρι έδωσε ψωμιά με περισσότερη συνεκτική ψίχα, αλλά λιγότερο ελαστικό προφίλ σε σύγκριση με τα άλλα δύο επίπεδα (B 80, B mix ). Η συνεκτικότητα της ψίχας αυξήθηκε με τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου, όπως προηγουμένως είχε βρεθεί και για τη συνεκτικότητα των ζυμαριών, ενισχύοντας την άποψη ότι υπάρχει μια σχέση μεταξύ της υφής του ζυμαριού και της υφής του τελικού προϊόντος. Το λεπτόκοκκο άλευρο, Β 25 λιγότερο ελαστικά ψωμιά σε σύγκριση με το χονδρόκοκκο και το μίγμα αλεύρου, όπως έδειξαν οι δύο παράμετροι ελαστικότητας που μετρήθηκαν (springiness και resilience) (Πίνακας 5.15). Η ελαστικότητα 1 (springiness) αντιστοιχεί στο ποσοστό του αρχικού ύψους στο οποίο επανακάμπτει το δείγμα ψίχας μετά τη συμπίεσή του, ενώ η ελαστικότητα 2 (resilience) αντιστοιχεί στην ταχύτητα με την οποία γίνεται η επανάκαμψη (Armero and Collar, 1997). Φαίνεται, λοιπόν, ότι η 174

209 Αποτελέσματα και συζήτηση ψίχα στα ψωμιά από λεπτόκοκκα άλευρα χάνει σε κάποιο βαθμό την ελαστικότητά της, ωστόσο, η διαφορά, αν και σημαντική δεν ήταν μεγάλη σε σχέση με τα υπόλοιπα δείγματα. Επιπλέον, βρέθηκε σημαντική διαφορά μεταξύ των διαφορετικών ψωμιών στη δυσκολία κατά τη μάσηση (p<0,05), δείχνοντας ότι το η μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου αυξάνει την ενέργεια που απαιτείται για τη μάσηση του ψωμιού (Πίνακας 5.15). Η δυσκολία κατά τη μάσηση αποτελεί το γινόμενο τριών παραμέτρων, της σκληρότητας, της συνοχής και της ελαστικότητας και επειδή η συνοχή (τα δεδομένα δε δίνονται) και η ελαστικότητα δε μεταβλήθηκαν σε μεγάλο βαθμό, οι διαφορές στη δυσκολία της μάσησης της ψίχας φαίνεται να οφείλονταν στην αύξηση της σκληρότητα της ψίχας που παρατηρήθηκε με τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου. Η ανάλυση διακύμανσης έδειξε ότι ο χρόνος αποθήκευσης επηρεάζει σημαντικά τη σκληρότητα της ψίχας των ψωμιών, καθώς οδήγησε σε περίπου 6 φορές σκληρότερη ψίχα στο τέλος του χρόνου αποθήκευσης (5η ημέρα) σε σχέση με τα φρέσκα ψωμιά (Πίνακας 5.15). Σύμφωνα με τους Bosmans et al. (2013), η επανακρυστάλλωση της αμυλοπηκτίνης, η ανακατανομή του νερού μεταξύ ψίχας και κόρας (η οποία οδηγεί σε μείωση της περιεχόμενης υγρασίας σε επίπεδα που η γλουτένη χάνει την πλαστικοποιητική της ικανότητα) και ο σχηματισμός ενός άκαμπτου μοριακού δικτυώματος αμύλου είναι οι υπεύθυνοι παράγοντες για την αύξηση της σκληρότητας της ψίχας με το χρόνο. Επιπρόσθετα, η ελαστικότητα του ζυμαριού ελαττώθηκε σημαντικά με το χρόνο, ενώ η δυσκολία στη μάσηση αυξήθηκε αξιοσημείωτα (Πίνακας 5.15). Όσον αφορά την κόρα, ο χρόνος αποθήκευσης των δειγμάτων επηρέασε σημαντικά τη σκληρότητά της, η οποία ελαττώθηκε (p<0,05). Η μεταβολή αυτή οφείλεται στη σταδιακή μεταφορά της υγρασίας από την ψίχα στην κόρα, καθ όλη τη διάρκεια της αποθήκευσης (Bosmans et al., 175

210 Αποτελέσματα και συζήτηση 2013). Στο Σχήμα 5.20 φαίνεται ότι το μέγεθος των σωματιδίων του χρησιμοποιούμενου αλεύρου επηρέασε τη σκληρότητα της κόρας σε κάθε χρονικό διάστημα αποθήκευσης. Το ψωμί από το λεπτόκοκκο αλεύρι (B 25 ) εμφάνισε περισσότερο σκληρή κόρα καθ όλη τη διάρκεια αποθήκευσης, ωστόσο οι διαφορές δεν μπορούν να θεωρηθούν αξιοσημείωτες. Σχήμα Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου σίτου στη σκληρότητα της κόρας των σχηματιζόμενων ψωμιών κατά τη διάρκεια αποθήκευσης τους (25 ο C) Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στην επανακρυστάλλωση της αμυλοπηκτίνης Το μπαγιάτεμα αποτελεί φυσική εξέλιξης της πορείας του ψωμιού κατά τη διάρκεια της αποθήκευσής του. Είναι ένα σύνθετο φαινόμενο δύσκολο να εξηγηθεί, καθώς αρκετοί παράγοντες υπεισέρχονται και το 176

211 Αποτελέσματα και συζήτηση επηρεάζουν. Ωστόσο, η αναδιάταξη του αμύλου (επανακρυστάλλωση της αμυλοπηκτίνης), θεωρείται ένας από τους κυριότερους παράγοντες που επηρεάζουν το μπαγιάτεμα του ψωμιού (Chinachoti and Vodovotz, 2001). Στην παρούσα μελέτη, η αναδιάταξη του αμύλου εξετάστηκε με διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC), προσδιορίζοντας τη φαινομενική ενθαλπία τήξης (ΔΗ ret ) της αμυλοπηκτίνης σε αιωρήματα της λυοφιλιωμένης ψίχας των δειγμάτων. Υψηλότερες τιμές φαινομενικής ενθαλπίας τήξης καταδεικνύουν μεγαλύτερο βαθμό επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης. Όλα τα δείγματα έδωσαν τα τυπικά θερμογραφήματα της τήξης της αναδιαταγμένης αμυλοπηκτίνης, με μια ενδόθερμη κορυφή περίπου στους o C (Σχήμα 5.21) και μια δεύτερη κορυφή σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 90 ο C. Η πρώτη ενδόθερμη κορυφή αντανακλά στην τήξη της αμυλοπηκτίνης και την επαναφορά της στην προηγούμενη, άμορφη κατάσταση. Η δεύτερη ενδόθερμη κορυφή αντανακλά στην τήξη του συμπλόκου αμυλόζης λιπιδίων (Biliaderis, 1991; Leon et al., 2006). Ανάμεσα στα δείγματα ψωμιών που μελετήθηκαν δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά στις θερμοκρασίες τήξης και έναρξης της τήξης (p>0,05) (Πίνακας 5,16). Οι τιμές των θερμοκρασιών που υπολογίστηκαν ήταν ελαφρώς χαμηλότερες από αυτές που βρέθηκαν στη βιβλιογραφία (Gudmundsson, 1994; Abd Karim et al., 2000). Η μείωση της κοκκομετρίας, ωστόσο, οδήγησε σε μείωση της ενθαλπίας τήξης της αναδιαταγμένης αμυλοπηκτίνης (ΔΗ ret ) της ψίχας (p<0,05) (Πίνακας 5.16). Το ψωμί που παρασκευάστηκε εξ ολοκλήρου από το λεπτόκοκκο αλεύρι (B 25 ) φαίνεται ότι μπαγιατεύει σε μικρότερη έκταση, όπως φαίνεται από τις μικρότερες τιμές της ενθαλπίας επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης σε σχέση με τις αντίστοιχες των άλλων ψωμιών. Στο Σχήμα 5.21 απεικονίζονται οι διαφορές ως προς την ενθαλπία τήξης της αναδιαταγμένης αμυλοπηκτίνης, ανάμεσα στα 177

212 Αποτελέσματα και συζήτηση διαφορετικά δείγματα ψωμιών. Η επανακρυστάλλωση ενισχύεται με αύξηση του περιεχόμενου νερού, καθώς η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης του συστήματος (T g ) μειώνεται σε επίπεδα χαμηλότερα της θερμοκρασίας περιβάλλοντος (Gudmudsson, 1994). Παρόλα αυτά, οι τιμές της υγρασίας της ψίχας στα ψωμιά από διαφορετικής κοκκομετρίας άλευρα δε βρέθηκε να διαφέρουν σε μεγάλο βαθμό (Πίνακας 5.14). Επιπλέον, το μηχανικά θραυσμένο άμυλο του χρησιμοποιούμενου αλεύρου έχει προταθεί από τους Leon et al. (2006) ως παράγοντας που καθορίζει την αναδιάταξη του αμύλου. Ωστόσο, η παραπάνω μελέτη έδειξε θετική συσχέτιση του περιεχόμενου μηχανικά θραυσμένου αμύλου με την ενθαλπία επανακρυστάλλωσης αμυλοπηκτίνης, γεγονός που έρχεται σε αντίθεση με τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης. Η καθυστέρηση της επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης με τη μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου ίσως οφείλεται στην καλύτερη συγκράτηση του νερού από τα λεπτόκοκκα άλευρα, η οποία οδηγεί σε μικρότερο βαθμό διαθέσιμου νερού που συνεισφέρει στην επαναδιάταξη του αμύλου. Όπως αναμενόταν, η μελέτη του βαθμού επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης έδωσε μια πιο ξεκάθαρη εικόνα, όταν εξετάστηκε η επίδραση του χρόνου εξετάστηκε ως ανεξάρτητος παράγοντας (Πίνακας 5.16). Οι τιμές ΔΗ ret, των ψωμιών αυξάνονταν σημαντικά με το χρόνο συντήρησης (p<0,05) (Πίνακας 5.16 και Σχήμα 5.21β). Τα φρέσκα ψωμιά ήταν αναμενόμενο να δείξουν τιμές ενθαλπίας κοντά στο μηδέν, ενώ η επιφάνεια της ενδόθερμης κορυφής επανακρυστάλλωσης αυξάνονταν σταδιακά στη πορεία της αποθήκευσης, γεγονός που συμφωνεί με τις παρατηρήσεις και άλλων ερευνητών (Axford and Colwell, 1967). Επιπλέον, οι τιμές ΔΗ ret που βρέθηκαν για τα ψωμιά της παρούσας μελέτης προσεγγίζουν αυτές αντίστοιχων μελετών της βιβλιογραφίας (Leon et al., 2006; Bosmans et al., 2013). 178

213 Αποτελέσματα και συζήτηση Πίνακας Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου και του χρόνου αποθήκευσης, στις παραμέτρους επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης της ψίχας των ψωμιών. (λυοφιλιωμένο ψωμί:νερό 30:70, ρυθμός θέρμανσης 5 o C/min). Παράγοντες Μέγεθος τεμαχιδίων Χρόνος αποθήκευσης Επίπεδα T onset T peak T end ( o C) ( o C) ( o C) ΔΗ ret (mj/mg ξ.μ. ψωμιού) B 80 43,64 a 1 51,12 a 58,50 b 1,69 b B mix 43,40 a 51,29 a 58,44 ab 1,59 ab B 25 43,37 a 51,10 a 57,34 a 1,52 a LSD (0,05) 0,37 0,34 0,62 0,06 0 η ημέρα 42,11 a 1 50,80 a 58,30 ab 0,27 a 1 η ημέρα 43,46 b 51,43 b 58,98 b 0,96 b 3 η ημέρα 43,61 b 50,95 a 57,34 a 2,49 c 5 η ημέρα 44,69 c 51,49 b 57,76 a 2,68 d LSD (0,05) 0,43 0,39 0,72 0,07 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD. 179

214 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Αντιπροσωπευτικά θερμογραφήματα της επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης των ψωμιών (λυοφιλιωμένο ψωμί:νερό 30:70, ρυθμός θέρμανσης 5 o C/min): α) επίδραση της κοκκομετρίας του αλεύρου (5 η ημέρα αποθήκευσης) και β) επίδραση του χρόνου αποθήκευσης (για το δείγμα Β 80 ). 180

215 Αποτελέσματα και συζήτηση Στο Σχήμα 5.22 απεικονίζεται η πορεία της ενθαλπίας επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης με το χρόνο αποθήκευσης, ξεχωριστά για κάθε ένα δείγμα ψωμιού από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. Είναι εμφανές ότι η ενθαλπία του ψωμιού B 25 παραμένει πάντα σε χαμηλότερα επίπεδα από το B mix και B 80, ωστόσο μόλις την 5 η ημέρα παρατηρείται σημαντική διαφορά ανάμεσα στο δείγμα από το κλάσμα του μύλου με πεπιεσμένο αέρα και το μητρικό άλευρο (B 25 και Β 80 ). Σχήμα Επίδραση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου σίτου στην πορεία επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης της ψίχας, κατά τη διάρκεια αποθήκευσης των ψωμιών (λυοφιλιωμένο ψωμί:νερό 30:70, ρυθμός θέρμανσης 5 o C/min). 181

216 Αποτελέσματα και συζήτηση Εφαρμογή του μοντέλου Avrami στην κινητική του «μπαγιατέματος» των ψωμιών Το φαινόμενο του μπαγιατέματος που συμβαίνει κατά την αποθήκευση του ψωμιού είναι πολύπλοκο να εξηγηθεί, καθώς πολλοί παράγοντες υπεισέρχονται σε αυτό και το επηρεάζουν (Leon et al., 2006). Γενικά, ορίζεται ως η σκλήρυνση της ψίχας, το μαλάκωμα της κόρας με παράλληλη απώλεια της αίσθησης φρεσκάδας του προϊόντος (Hebeda et al., 1990) και αποτελεί ο κύριος περιοριστικός παράγοντας της εμπορικής διάρκειας ζωής του προϊόντος (Mihhalevski et al., 2012), πέρα από την προσβολή του προϊόντος από μικροοργανισμούς που αφορά κυρίως την επιφανειακή ανάπτυξη μυκήτων. Το ψωμί μπορεί να χαρακτηριστεί ως ένα ασταθές υλικό και το μπαγιάτεμά του ως μία διαδικασία που περιλαμβάνει φυσικές, χημικές και οργανοληπτικές αλλαγές. Ο ακριβής μηχανισμός του φαινομένου του μπαγιατέματος δεν έχει, ακόμη, πλήρως προσδιοριστεί, ωστόσο η καθυστέρηση του (όσο το δυνατόν περισσότερο) έχει αποτελέσει τεράστιο πεδίο ερευνητικού ενδιαφέροντος. Η κινητική της επανακρυστάλλωσης του αμύλου, συγκεκριμένα της αμυλοπηκτίνης, έχει βρεθεί ότι έχει καλή προσαρμογή στην εξίσωση που έχει προτείνει ο Avrami (1939) για την κρυστάλλωση των πολυμερών υλικών, αν και χρησιμοποιείται με τροποποιήσεις σε σχέση με το αρχικό μοντέλο (Beck et al., 2011, Haros et al., 2002, Le-Bail et al., 2012, Tian et al., 2009). Επιπλέον, αρκετοί ερευνητές έχουν βρει ισχυρή συσχέτιση μεταξύ της κινητικής της κρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης και της σκλήρυνσης της ψίχας (Schiraldi and Fessas, 2001), επομένως η τελευταία, επίσης, έχει εξεταστεί σύμφωνα με το κινητικό μοντέλο του Avrami (Haros et al., 2001, Novotni et al., 2012). 182

217 Αποτελέσματα και συζήτηση Επειδή το άμυλο είναι ένα πολυμερές, θα μπορούσε η επανακρυστάλλωσή του να εξηγηθεί με βάση τη θεωρία που έχει προταθεί από τον Avrami (McIver et al., 1968). Τα κινητικά δεδομένα της επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης για όλα τα δείγματα ψωμιών από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας που προήλθαν από τη θερμιδομετρία προσαρμόστηκαν καλά στην εξίσωση Avrami (r 2 >0,87) (Πίνακας 5.17). Η εκθετική παράμετρος (n) που υπολογίστηκε από την εξίσωση δεν παρουσίασε διαφορές ανάμεσα στα δείγματα (p>0,05). Όλα τα ψωμιά παρουσίασαν τιμές της εκθετικής παραμέτρου μεγαλύτερες της μονάδας, καταδεικνύοντας ότι o ρυθμός ανάπτυξης μεγέθυνσης των κρυστάλλων της αμυλοπηκτίνης θα μπορούσε να περιγραφεί σαν «μία ραβδόμορφη ανάπτυξη από στιγμιαίους πυρήνες κρυστάλλωσης» (Beck et al., 2011). Παρόμοιες τιμές της εκθετικής παραμέτρου υπολογίστηκαν και από τους Kim and D Appolonia (1977) για πηκτές αμύλου από σιτάρι. Επιπλέον, δεν παρατηρήθηκε καμία στατιστικά σημαντική διαφορά στη σταθερά ρυθμού της επανακρυστάλλωσης (k) ανάμεσα στα δείγματα (p>0,05) (Πίνακας 5.17). Οι παραπάνω παρατηρήσεις οδηγούν στο συμπέρασμα ότι το μέγεθος των σωματιδίων του αλεύρου δεν επηρεάζει το ρυθμό της επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης, παρά μόνο το μέγεθός της (δηλ. τιμές της ενθαλπίας της). Η κινητική επανακρυστάλλωσης του αμύλου έχει βρεθεί να εξαρτάται από τη θερμοκρασία αποθήκευσης των δειγμάτων και τη συγκέντρωση του αμύλου (Cui, 2005), παράγοντες οι οποίοι δεν παρουσιάζουν διαφορές ανάμεσα στα δείγματα της παρούσας μελέτης. 183

218 Αποτελέσματα και συζήτηση Πίνακας Παράμετροι της εξίσωσης Avrami που εφαρμόστηκε στην κινητική επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης της ψίχας των δειγμάτων ψωμιού από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. Τα κινητικά δεδομένα πρόεκυψαν από μετρήσεις της φαινομενικής ενθαλπίας επανακρυστάλλωσης με θερμιδόμετρο (DSC) σε αιώρημα λυοφιλιωμένου ψωμιού (ψωμί:νερό 30:70) με ρυθμό θέρμανσης 5 ο C/min. Σταθερά Εκθετική Χρόνος ημίσειας ρυθμού Δείγμα παράμετρος επανακρυστάλλωσης k n t (ημέρες -1 1/2 (ημέρες) ) B 80 1,01 a 1 0,04 a 18,51 a 0,90 B mix 1,03 a 0,04 a 17,75 a 0,91 B 25 1,04 a 0,04 a 16,31 a 0,92 r 2 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD. Η εξίσωση Avrami εφαρμόστηκε, επίσης, ώστε να εξεταστεί ο ρυθμός της σκλήρυνσης της ψίχας των ψωμιών από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. Επειδή η σκλήρυνση της ψίχας δεν ακολουθεί κάποιο συγκεκριμένο μοντέλο, εξετάστηκε η πιθανότητα να ακολουθεί κινητική 0 ης (r 2 >0,92) ή 1 ης τάξης (r 2 >0,80). H προσαρμογή των κινητικών δεδομένων από τις μετρήσεις της σκληρότητας της ψίχα με μηχανικό αναλυτή στο μοντέλο Avrami ήταν πολύ καλή (r 2 >0,97) και καλύτερη από τα δύο παραπάνω κινητικά μοντέλα (Πίνακας 5.18). Δεν παρατηρήθηκαν διαφορές ανάμεσα στα δείγματα, σε καμία από τις παραμέτρους που υπολογίστηκαν από την Avrami, γεγονός που οδηγεί στο συμπέρασμά ότι, 184

219 Αποτελέσματα και συζήτηση το μέγεθος των σωματιδίων δεν επηρεάζει το ρυθμό σκλήρυνσης της ψίχας, παρά μόνο το μέγεθος της σκληρότητας της. Πίνακας Παράμετροι της εξίσωσης Avrami που εφαρμόστηκε στην κινητική σκλήρυνσης της ψίχας των δειγμάτων ψωμιού από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. Τα κινητικά δεδομένα πρόεκυψαν από μετρήσεις της σκληρότητας της ψίχας σε αναλυτή υφής (δοκιμή ΤPA). Σταθερός Χρόνος ημίσειας Εκθετική ρυθμός σκλήρυνσης ψίχας / Δείγμα παράμετρος k μαλακώματος κόρας n (ημέρες -1 ) t 1/2 (ημέρες) Ψίχα B 80 2,72 a 1 2,32 x 10-5 a 44,63 a 0,97 Ψίχα B mix 2,70 a 2,52 x 10-5 a 44,97 a 0,98 Ψίχα B 25 2,78 a 1,92 x 10-5 a 44,63 a 0,97 r 2 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD Επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στην κινητική της in vitro ενζυμικής πέψης των ολικών πεπτών υδατανθράκων των σχηματιζόμενων ψωμιών Η διαδικασία που χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη του βαθμού απελευθέρωσης γλυκόζης από τους πεπτούς υδατάνθρακες που περιέχονταν στα δείγματα ψωμιού προσομοίαζε τη διαδικασία της πέψης του ανθρώπινου οργανισμού. Δεν υπάρχει κάποια κοινά αποδεκτή μέθοδος για την προσομοίωση της διαδικασίας πέψης (Germaine et al., 2008; Woolnough et al., 2008), ωστόσο το πρωτόκολλο που ακολουθήθηκε στην 185

220 Αποτελέσματα και συζήτηση παρούσα μελέτη έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στη βιβλιογραφία, με τροποποιήσεις κατά περίπτωση (Muir et al., 1995; Germaine et al., 2008; Al-Rabadi et al., 2009; Htoon et al., 2009). Η κινητική της in-vitro απελευθέρωσης γλυκόζης κατά την ενζυμική υδρόλυση των ολικών πεπτών υδατανθράκων από ψωμιά παρασκευασμένα με άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας απεικονίζεται στο Σχήμα Στο Σχήμα 5.23α παρατίθεται η κινητική της πέψης των ολικών πεπτών υδατανθράκων των τριών φρέσκων δειγμάτων ψωμιού, με διαφορετική κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου αλεύρου. Δεν παρατηρήθηκαν διαφορές μεταξύ των δειγμάτων, για κανένα χρονικό διάστημα που διήρκησε η in-vitro ενζυμική υδρόλυση (από 20min μέχρι 5h). Σε όλα τα δείγματα, η καμπύλη της κινητικής της πέψης δείχνει να ακολουθεί γραμμικό μοντέλο (Σχήμα 5.23). Πράγματι, βρέθηκε ότι η πορεία της ενζυμικής υδρόλυσης των ολικών πεπτών υδατανθράκων με πεπτικά ένζυμα ακολούθησε κινητική μηδενικής τάξης (r 2 > 0,92). Το εύρημα αυτό έρχεται σε συμφωνία με τους Germaine et al. (2008), οι οποίοι έδειξαν ότι σε δοκιμές προσομοίωσης της πέψης με χρήση μεμβρανών διαπίδυσης που μιμούνται το επιθήλιο του εντέρου, όπως αυτή που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα μελέτη, παραλήφθηκαν παρόμοιες καμπύλες. Η επίδραση του χρόνου αποθήκευσης στην κινητική της ενζυμικής υδρόλυσης των ολικών πεπτών υδατανθράκων από την ψίχα των ψωμιών παρουσιάζεται στο Σχήμα 5.23β. Ο χρόνος αποθήκευσης δε φαίνεται να επηρεάζει σημαντικά την πέψη των ολικών πεπτών υδατανθράκων στα δείγματα ψωμιού που εξετάστηκαν (p>0,05). Συγκεκριμένα, δεν παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές ανάμεσα στα δείγματα, για κανένα χρονικό διάστημα που διήρκησε η in-vitro ενζυμικής τους υδρόλυση. 186

221 Αποτελέσματα και συζήτηση α β Σχήμα Επίδραση α) του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου και β) του χρόνου αποθήκευσης των ψωμιών στην κινητική ενζυμικής (in vitro) απελευθέρωσης της γλυκόζης από τους πεπτούς υδατάνθρακες της ψίχας των ψωμιών. 187

222 Αποτελέσματα και συζήτηση Οργανοληπτικός έλεγχος Η οργανοληπτική εκτίμηση αποτελεί τη μέτρηση της ποιότητας ενός προϊόντος με τη χρήση των πέντε αισθήσεων: οσμή, γεύση, αφή, όραση, ακοή (Bourne, 1982). Σε προϊόντα τροφίμων, ο οργανοληπτικός έλεγχος είναι κεφάλαιο ύψιστης σημασίας, κυρίως στην μέτρηση της υφής, διότι κανένα όργανο δε μπορεί να εκτιμήσει, να αναλύσει και να ερμηνεύσει τον εξαιρετικά μεγάλο αριθμό ερεθισμάτων που σημειώνονται την ίδια στιγμή (Larmond, 1976). Πολλά από τα όργανα που χρησιμοποιούνται για την εξέταση οργανοληπτικών χαρακτηριστικών των τροφίμων βαθμονομούνται και μετράνε σε θεμελιώδεις μονάδες όπως Newtons (δύναμη), millimetres (απόσταση), Pa s (ιξώδες), όμως οι τιμές που δίνουν δεν έχουν μεγάλη σημασία για την εμπορική αξία των τροφίμων αν δε συσχετιστούν με τα αποτελέσματα μιας οργανοληπτικής εξέτασης (Bourne, 1982). Σύμφωνα με τους Meilgaard et al. (1991), η καταλληλότερη σειρά για να εκτιμηθούν οι οργανοληπτικές παράμετροι είναι: εμφάνιση, οσμή, υφή, γεύση. Οι μέθοδοι οργανοληπτικής εξέτασης ενός τροφίμου ποικίλουν, ανάλογα με τα αποτελέσματα που θέλει να εξάγει ο ερευνητής. Η πιο γνωστή μέθοδος εξέτασης ενός προϊόντος είναι η μελέτη της προτίμησης των καταναλωτών (consumer preferences). Είναι γρήγορη, δεν απαιτεί εκπαίδευση των κριτών και οι ερωτήσεις που καλούνται να απαντήσουν οι κριτών είναι απλές. Ωστόσο, απαιτείται μεγάλος αριθμός κριτών για να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα. Από την άλλη, εάν απαιτείται μία βαθύτερη προσέγγιση των οργανοληπτικών ιδιοτήτων του προϊόντος, η μέθοδος που συνίσταται είναι η περιγραφική οργανοληπτική εξέταση (Descriptive Sensory Analysis). Σύμφωνα με τους Lawless and Heymann (2010), η περιγραφική οργανοληπτική εξέταση είναι το μεγαλύτερο όπλο του ερευνητή οργανοληπτικής εξέτασης και του δίνουν τη δυνατότητα να 188

223 Αποτελέσματα και συζήτηση περιγράψει πλήρως τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά ενός τροφίμου, να προσδιορίσει διαφορές σε συστατικά ή επεξεργασίες, αλλά και να καθορίσει ποιες παράμετροι είναι σημαντικοί για την αποδοχή του προϊόντος. Στην παρούσα μελέτη, επειδή στόχος ήταν η επίδραση της κοκκομετρίας του αλεύρου και του χρόνου στα τελικά οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των δειγμάτων (ψωμιών), επιλέχθηκε η μέθοδος της περιγραφικής οργανοληπτικής εξέτασης Επιδόσεις κριτών Στο Σχήμα 5.24 παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά της ομάδας των κριτών που διεξήγαγε την οργανοληπτική μελέτη των δειγμάτων ψωμιού. Επιλέχθηκαν κριτές οι οποίοι ήταν τακτικοί καταναλωτές ψωμιού (τουλάχιστον μία φορά την εβδομάδα), ενώ όλοι ήταν καταναλωτές σιταρένιου ψωμιού (9 προτιμούσαν το άσπρο ψωμί, ενώ 7 προτιμούσαν το ψωμί ολικής άλεσης). Επιλέχθηκαν τόσο άνδρες όσο και γυναίκες (αναλογία περίπου 40:60), ενώ η ηλικία τους παρουσίαζε μεγάλη διακύμανση (από 18 ετών έως και >35). Στο Σχήμα 5.25 δίνονται οι μέσες τιμές της βαθμολογίας που έδωσε ο κάθε κριτής ξεχωριστά για τις οργανοληπτικές παραμέτρους που εξέτασε. 189

224 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Χαρακτηριστικά της ομάδας κριτών που εκπαιδεύτηκε για την οργανοληπτική εξέταση των ψωμιών από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας και διαφορετικού χρόνου αποθήκευσης. 190

225 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Μέσες τιμές της κάθε μετρούμενης παραμέτρου των εξεταζόμενων ψωμιών για κάθε κριτή ξεχωριστά (οι μπάρες δίνουν την τυπική τους απόκλιση). Η σειρά με την οποία παρουσιάζονται οι παράμετροι (στους άξονες X) είναι: Οσμή σιταρένιου ψωμιού (1), Χρώμα κόρας (2), Λάμψη κόρας (3), Ομοιομορφία κόρας (4), Ομοιομορφία πορώδους (5), Σκληρότητα ψίχας (6), Ελαστικότητα ψίχας (7), Συνεκτικότητα ψίχας (8), Δυσκολία στη μάσηση ψίχας (9), Γεύση σιταρένιου ψωμιού (10). 191

226 Αποτελέσματα και συζήτηση Στο Σχήμα 5.26 δίνονται τα διαγράμματα «Tucker 1», τα οποία μας δίνουν μια γρήγορη εκτίμηση της συμφωνίας μεταξύ των κριτών και των πιθανών διαφορών τους. Δηλαδή, παραλαμβάνεται μια εικόνα της συμπεριφοράς της ομάδας των κριτών, για κάθε παράμετρο ξεχωριστά. Γενικά, το διάγραμμα Tucker 1 χρησιμοποιείται για την εξέταση μεγάλου αριθμού βαθμολογούμενων δειγμάτων (7 και πάνω) (Næs et al., 2010), ωστόσο στην παρούσα μελέτη έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα και για μικρότερο αριθμό (6). Το ενδιαφέρον στη συγκεκριμένη μέθοδο εστιάζεται στο πώς είναι κατανεμημένοι οι κριτές στο χώρο. Ο εσωτερικός ελλειψοειδής δίσκος αντιπροσωπεύει το 50% του μοντέλου (εξήγηση της παραλλακτικότητας), ενώ ο εξωτερικός αντιπροσωπεύει το 100%. Όταν σε κάποιο διάγραμμα, οι κριτές βρίσκονται στον εσωτερικό δίσκο, τότε έχουμε «θόρυβο» (noise). Για την ακρίβεια, δεν έχουμε σαφή εικόνα, αν οι κριτές μεταξύ τους έχουν συμφωνία. Για μια καλά εκπαιδευμένη και σωστά βαθμονομημένη (calibrated) ομάδα, οι κριτές είναι κατανεμημένοι στο χώρο ανάμεσα από τους δύο δίσκους. Τότε υπάρχει συμφωνία μεταξύ τους, η οποία ενισχύεται, όταν τείνουν να συγκεντρωθούν στο ίδιο σημείο (Næs et al., 2010). Είναι φανερό ότι, για κάθε παράμετρο, τα διαγράμματα Tucker 1 διαφέρουν ως προς την κατανομή των κριτών. Πιο συγκεκριμένα, για την παράμετρο «σκληρότητα ψίχας», το διάγραμμα δείχνει εξαιρετική συμφωνία όλων των κριτών. Συμπεραίνουμε ότι, οι κριτές διέκριναν ξεκάθαρα τις διαφορές όσον αφορά τη συγκεκριμένη παράμετρο. Τα διαγράμματα που αφορούν τις υπόλοιπες παραμέτρους υφής, δηλαδή «ελαστικότητα ψίχας», «συνεκτικότητα ψίχας» «δυσκολία μάσησης ψίχας» παρουσιάζουν πολύ καλή συμφωνία μεταξύ των κριτών, αλλά σε ελαφρά μικρότερο βαθμό σε σχέση με τη «σκληρότητα ψίχας». Όσον αφορά τις παραμέτρους εμφάνισης, τα διαγράμματα Tucker 1 δεν δείχνουν ικανοποιητική συμφωνία στη βαθμολογία ανάμεσα στους 192

227 Αποτελέσματα και συζήτηση διάφορους κριτές, εκτός από την περίπτωση της «ομοιομορφίας πορώδους ψίχας». Οι κριτές είναι συγκεντρωμένοι πολύ κοντά ο ένας με τον άλλο, γεγονός που επιτρέπει να συμπεράνουμε ότι σε ικανοποιητικό βαθμό συμφωνούν για τη διάκριση του «ομοιόμορφου» και «ανομοιόμορφου» πορώδους της ψίχας. Στα διαγράμματα των παραμέτρων «χρώμα κόρας», «λάμψη κόρας» και «ομοιομορφίας χρώματος κόρας», οι κριτές παρουσιάζονται τυχαία τοποθετημένοι στο χώρο, γεγονός που καταδεικνύει ότι δεν υπάρχει συμφωνία του ενός με τον άλλο, για την εκτίμηση των εν λόγω παραμέτρων. Ωστόσο, δεν μπορεί να εξαχθεί συμπέρασμα σχετικά με την εκπαίδευση ή την ορθή αξιολόγηση του κριτή, λόγω των ιδιαιτεροτήτων των παραπάνω παραμέτρων. Το χρώμα, η λάμψη αλλά και η ομοιομορφία της κόρας ενός ψωμιού μπορεί να διαφέρει σημαντικά από φέτα σε φέτα, με τα αποτελέσματα μιας ομάδας κριτών να είναι παρόμοια με αυτά που φαίνονται στο σχήμα. Παρόμοια με τις παραμέτρους της εμφάνισης, κατά την εκτίμηση της «οσμής» και της «γεύσης του σιταρένιου ψωμιού» δεν παρατηρήθηκε συμφωνία ανάμεσα στους κριτές. Γενικά, οι δύο αυτές παράμετροι είναι δύσκολο να εκτιμηθούν από μία μη εκπαιδευμένη ή ημι-εκπαιδευμένη ομάδα κριτών (όπως η ομάδα της παρούσας μελέτης). Περισσότερες συνεδρίες εκπαίδευσης, είναι πιθανόν να βοηθούσαν στην καλύτερη αντιμετώπιση της οσμής και της γεύσης. Είναι σύνηθες, στην εκτίμηση οσμής, γεύση και αρώματος ενός προϊόντος, οι κριτές να «παρασύρονται» από προσωπικές προτιμήσεις, πεποιθήσεις ή εκτιμήσεις, ακόμη και μετά από εκπαίδευση (Lawless and Heymann, 2010). Σε όλες τις παραμέτρους παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,001, εκτός της «Λάμψης κόρας». 193

228 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Διαγράμματα «Tucker 1» για κάθε οργανοληπτική παράμετρο των ψωμιών, όπως αυτές αξιολογήθηκαν από εκπαιδευμένη ομάδα κριτών. 194

229 Αποτελέσματα και συζήτηση Στο σχήμα 5.27 δίνονται τα διαγράμματα p*mse, που παριστούν την απεικόνιση των τιμών p-value με το μέσο τετράγωνο του σφάλματος (Mean Square Error), όπως αυτές προσδιορίστηκαν από την ανάλυση διακύμανσης παραγόντων, σε κοινό διάγραμμα διασποράς. Σε αυτά τα διαγράμματα, η ικανότητα του κριτή να διακρίνει διαφορές μεταξύ των δειγμάτων παριστάνεται γραφικά με την επαναληψιμότητα του (Tomic et al., 2010). Με κόκκινες κουκκίδες παριστάνονται οι κριτές ενώ οι ασπρόμαυρες κουκκίδες αντιστοιχούν στους συνδυασμούς «κριτές * παράμετροι» (16 * 10 = 160). Κάθε διάγραμμα αντιστοιχεί σε μία συγκεκριμένη παράμετρο. Σε αυτά τα διαγράμματα, ως ιδανικό σενάριο θεωρείται η τοποθέτηση των κριτών σε χαμηλές τιμές p και χαμηλές τιμές MSE, δηλαδή στην κάτω αριστερή γωνία του διαγράμματος. Το διάγραμμα p*mse είναι ένα πολύτιμο εργαλείο, ώστε να εντοπιστεί γρήγορα και εύκολα ποιοι κριτές είχαν χαμηλή απόδοση, για μια δεδομένη παράμετρο. Όσο μικρότερες οι τιμές p, τόσο καλύτερη η διάκριση των διαφορών της παραμέτρου από τους κριτές. Όσο μικρότερες οι τιμές MSE, τόσο καλύτερη η επαναληψιμότητα τους. Το σημαντικό πλεονέκτημα των διαγραμμάτων p*mse είναι η ταυτόχρονη απεικόνιση της επίδοσης της ομάδας και της επαναληψιμότητας του σε ένα και μόνο διάγραμμα (Tomic et al., 2007). Η ομάδα κριτών έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα στην εκτίμηση της «σκληρότητας ψίχας» (μικρές τιμές p και MSE), γεγονός που συμφωνεί με τις επιδόσεις των κριτών, όπως αυτές αποτυπώθηκαν και στα διαγράμματα «Tucker 1». Στις υπόλοιπες παραμέτρους υφής, η μεγάλη πλειοψηφία των κριτών έδωσε επίσης πολύ καλά αποτελέσματα, κυρίως στην επαναληψιμότητα τους. Οι παράμετροι εμφάνισης, όπως και στην περίπτωση της ανάλυσης «Tucker 1», έδειξαν ότι ορισμένοι κριτές «απομακρύνθηκαν» από το στόχο, σημειώνοντας σχετικά υψηλές τιμές p 195

230 Αποτελέσματα και συζήτηση και MSE. Ωστόσο, όπως αναφέρθηκε και προηγούμενα, η εκ φύσεως διαφορετικότητα των δειγμάτων είναι αυτή που πιθανόν οδήγησε σε αυτά τα αποτελέσματα. Από όλες τις παραμέτρους εμφάνισης, οι κριτές έδωσαν καλύτερα αποτελέσματα στην «Ομοιομορφία πορώδους ψίχας». Τα διαγράμματα p*mse της γεύσης και της οσμής σιταρένιου ψωμιού δεν έδωσαν πολύ καλά αποτελέσματα και η πιθανότερη εξήγηση είναι η ίδια που δόθηκε στην περίπτωση των «Tucker 1» διαγραμμάτων. Δηλαδή, οι προσωπικές προτιμήσεις, πεποιθήσεις εκτιμήσεις των κριτών, ίσως συνέβαλλαν στη διαμόρφωση του αποτελέσματος. Πρέπει να σημειωθεί ότι, γενικά σε όλες τις παραμέτρους παρατηρήθηκαν σχετικά χαμηλές τιμές MSE από τους περισσότερους κριτές. Αντίθετα, οι τιμές p κυμάνθηκαν σε ελαφρά υψηλότερες τιμές από τις επιθυμητές. Εξάγεται το συμπέρασμα ότι, το σύνολο σχεδόν των κριτών επέδειξε πολύ καλή επαναληψιμότητα στην κρίση του, ενώ η ικανότητα διάκρισης των διαφορών κυμαίνονταν σε ικανοποιητικά επίπεδα. Όπως και στην ανάλυση «Tucker plot 1», όλοι οι παράμετροι εμφάνισαν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,001, εκτός της «Λάμψης κόρας». 196

231 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Διαγράμματα «p*mse» για κάθε μετρούμενη παράμετρο των ψωμιών ξεχωριστά, όπως αυτές αξιολογήθηκαν από την εκπαιδευμένη ομάδα κριτών. 197

232 Αποτελέσματα και συζήτηση Βαθμολογία ψωμιών Η Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών (Principal Component analysis PCA) εφαρμόστηκε με την προοπτική να εξεταστεί αν υπάρχουν συσχετίσεις μεταξύ των εξεταζόμενων παραμέτρων και των δειγμάτων και ποιες είναι αυτές. Οι σχέσεις ανάμεσα στις παραμέτρους παρουσιάζονται στο Σχήμα Η πρώτη Κύρια Συνιστώσα (PC1) περιγράφει το 77.3% της συνολικής παραλλακτικότητας των δεδομένων, ενώ η δεύτερη Κύρια Συνιστώσα (PC2) περιγράφει το 13.5%. Παρατηρούμε ότι οι δύο κύριες συνιστώσες περιγράφουν συνολικά το μοντέλο σε ποσοστό μεγαλύτερο από 50% (συγκεκριμένα 90.8%), γεγονός που κρίνεται εξαιρετικά ικανοποιητικό, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία (Westad et al., 2003). Η PC1 περιγράφεται κυρίως από τις παραμέτρους υφής (περισσότερο τη σκληρότητα και λιγότερο τη συνεκτικότητα και δυσκολία μάσησης), ενώ η PC2 περιγράφεται καλύτερα από την ομοιομορφία του πορώδους και την ομοιομορφία της κόρας. Γενικά, ότι βρίσκεται κοντά στην περιοχή του κέντρου του διαγράμματος, δεν μπορεί να ερμηνευτεί πολύ καλά, διότι εμπεριέχει «θόρυβο». Ο «θόρυβος» (noise) είναι ένα κοινό πρόβλημα στις αναλύσεις οργανοληπτικού ελέγχου και έχουν προταθεί τρόποι για τον περιορισμό του. Από τις παραμέτρους, η «οσμή σιταρένιου ψωμιού», η «γεύση σιταρένιου ψωμιού» και το «χρώμα κόρας» έχουν τοποθετηθεί κοντά στο κέντρο, οπότε συμπεραίνουμε ότι τα αποτελέσματα της ομάδας των κριτών έχουν «θόρυβο». Αυτό το γεγονός δεν οδηγεί στη σκέψη ότι τα αποτελέσματα είναι λανθασμένα, παρά μόνο ότι δεν μπορούν να εξαχθούν σαφή συμπεράσματα για τις συγκεκριμένες παραμέτρους. Παίρνοντας υπόψη και τα αποτελέσματα που δίνονται στα Σχήματα 5.26 και 5.27, η τοποθέτηση των τριών παραπάνω παραμέτρων στο κέντρο του διαγράμματος του Σχήματος 5.28 μπορεί να εξηγηθεί από πιθανές 198

233 Αποτελέσματα και συζήτηση προσωπικές προτιμήσεις ή ανομοιομορφία του δείγματος από τη φύση του (χρώμα κόρας). Ανάμεσα στα διάφορα δείγματα που εξετάστηκαν, το ψωμί Β 25 που είχε αποθηκευτεί για 1 ημέρα (25-1) βρέθηκε κοντά στο κέντρο του διαγράμματος, οπότε σε αυτό μπορεί να αποδοθεί η παρουσία «θορύβου». Σχήμα Ανάλυση κύριων συνιστωσών σε οργανοληπτική εξέταση ψωμιών από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας και διαφορετικού χρόνου αποθήκευσης. Τα φρέσκα δείγματα Β 80 (80-0) και Β 25 (25-0) τοποθετήθηκαν στα αριστερά του άξονα PC1, ενώ τα μπαγιάτικα δείγματα 3 ημερών (80-3 και 25-3) τοποθετήθηκαν στα δεξιά. Τα δείγματα 80-1 και 25-1 τοποθετήθηκαν ενδιάμεσα από τις δύο παραπάνω ομάδες δειγμάτων. Ο άξονας PC1 περιγράφεται θετικά από την παράμετρο «σκληρότητα» ψίχας και αρνητικά από την παράμετρο «συνεκτικότητα ψίχας». Η παραπάνω 199

234 Αποτελέσματα και συζήτηση παρατήρηση υποδηλώνει ότι οι κριτές διέκριναν ξεκάθαρα τα δείγματα με σκληρή ψίχα, από τα δείγματα με μαλακή και ενδιάμεση σκληρότητα ψίχας. Όπως αναφέρθηκε και προηγούμενα, η «σκληρότητα ψίχας» ήταν η παράμετρος στην οποία οι κριτές επέδειξαν εξαιρετική επίδοση. Σχετικά με την παράμετρο «συνεκτικότητα ψίχας», οι κριτές έδειξαν ακριβώς τα αντίθετα αποτελέσματα από τη σκληρότητα της ψίχας. Συγκεκριμένα, τα φρέσκα δείγματα ήταν τα περισσότερο συνεκτικά (υψηλή συσχέτιση με τη «συνεκτικότητα ψίχας»), ενώ τα μπαγιάτικα ήταν τα λιγότερο συνεκτικά (περισσότερο εύθρυπτα). Επίσης, οι παράμετροι «σκληρότητα» και «συνεκτικότητα» τοποθετήθηκαν αντιδιαμετρικά, γεγονός που οδηγεί στο συμπέρασμα, ότι με το πέρασμα του χρόνου αποθήκευσης, αυξάνεται η σκληρότητα της ψίχας, αλλά ταυτόχρονα γίνεται και περισσότερο εύθρυπτη. Tα αποτελέσματα της οργανοληπτικής εξέτασης έρχονται σε συμφωνία με τα αποτελέσματα της ανάλυσης του προφίλ της ψίχας, τα οποία έδειξαν ότι, με το πέρασμα του χρόνου η ψίχα σκληραίνει και ελαττώνεται η συνοχή της. Όσον αφορά τις επιδράσεις της κοκκομετρίας των χρησιμοποιούμενων αλεύρων από τα οποία σχηματίστηκαν τα εξεταζόμενα ψωμιά, από την ανάλυση Κύριων Συνιστωσών φαίνεται ότι το δείγμα 25-0 σχετίζεται πολύ καλύτερα από το 80-0 με τη «συνεκτικότητα ψίχας», ενώ το δείγμα 25-3 σχετίζεται καλύτερα από το 80-3 με τη «Σκληρότητα ψίχας». Επίσης, το δείγμα 80-0 σχετίζεται αρνητικά (βρίσκεται αντιδιαμετρικά) με το Τα μπαγιάτικα δείγματα (80-3, 25-3) σχετίστηκαν πολύ καλά με τη «δυσκολία μάσησης ψίχας», ενώ τα φρέσκα δείγματα δεν παρουσίασαν δυσκολία μάσησης κατά την εξέτασής τους. Τα ευρήματα αυτά έρχονται σε συμφωνία με τα αντίστοιχα της ανάλυσης του προφίλ υφής (TPA), σύμφωνα με την οποία, ο παράγοντας χρόνος οδήγησε σε αύξηση της συγκεκριμένης παραμέτρους. Για την «ελαστικότητα ψίχας» δεν μπορεί να 200

235 Αποτελέσματα και συζήτηση εξαχθεί κάποιο ξεκάθαρο συμπέρασμα, ωστόσο φαίνεται να σχετίζεται καλύτερα με το φρέσκο ψωμί 80-0 και σίγουρα βρίσκεται σε θέση αντιδιαμετρικά αντίθετη με τα μπαγιάτικα δείγματα, τα οποία οι κριτές αξιολόγησαν ως τα λιγότερο ελαστικά, γεγονός που υποστηρίζει τα αποτελέσματα της δοκιμής TPA. Τα δείγματα που σχετίζονται με την παράμετρο «ομοιομορφία πορώδους ψίχας» είναι το 25-0 και το 25-3, και σε μικρότερο βαθμό το Το παραπάνω σημαίνει ότι οι κριτές αξιολόγησαν τα ψωμιά από λεπτόκοκκο αλεύρι ως αυτά με το περισσότερο ομοιόμορφο πορώδες ψίχας γεγονός που συμφωνεί με τα ευρήματα της ανάλυσης εικόνας της ψίχας που προαναφέρθηκαν. Η ανάλυση διακύμανσης ως προς τρεις παράγοντες (3-way ANOVA), κριτή, δείγμα και επανάληψη δίνεται στα Σχήματα 5.29 και Η επίδραση του κριτή σε κάποιες οργανοληπτικές παραμέτρους είναι στατιστικά σημαντική (p<0,05) (Σχήμα 5.29). Η σημαντική επίδραση του κριτή είναι αναμενόμενη, καθώς είναι συνηθισμένο φαινόμενο στις οργανοληπτικές δοκιμές και την ανάλυση παραλλακτικότητας τους, ακόμη κι αν οι κριτές είναι καλά εκπαιδευμένοι. Το παραπάνω μπορεί να εξηγηθεί, αν ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι δε χρησιμοποιούν όλοι οι κριτές την κλίμακα με τον ίδιο τρόπο (Husson et al., 2005). Κάποιοι κριτές βαθμολογούν, κατά μέσο όρο, υψηλότερα σε σχέση με κάποιους άλλους. Η επίδραση του δείγματος είναι στατιστικά σημαντική σε όλες τις παραμέτρους υφής, την «ομοιομορφία πορώδους της ψίχας» και τη «γεύση σιταρένιου ψωμιού» (Σχήμα 5.29). Αντίθετα, δεν παρατηρήθηκε σημαντική επίδραση του παράγοντα «Δείγμα» στις υπόλοιπες παραμέτρους εμφάνισης και την «οσμή σιταρένιου ψωμιού» (p>0,05). Η επίδραση του παράγοντα «Επανάληψη» δεν ήταν σημαντική σε καμία παράμετρο 201

236 Αποτελέσματα και συζήτηση (p>0,05), αποτέλεσμα που συμφωνεί με τα ευρήματα από τα διαγράμματα p*mse. Η αλληλεπίδραση του κριτή με το δείγμα ήταν στατιστικά σημαντική στη συνεκτικότητα της ψίχας (p<0,001), τη λάμψη κόρας, τη σκληρότητα ψίχας και τη δυσκολία μάσησης ψίχας (p<0,05) (Σχήμα 5.30). Η αλληλεπίδραση αποδίδεται μερικώς στη διαφορετική χρήση της κλίμακας αξιολόγησης από έναν ή περισσότερους κριτές, στις προαναφερθείσες παραμέτρους. Το υπόλοιπο μέρος της αλληλεπίδρασης αποδίδεται σε διαφορές ανάμεσα στους κριτές σχετικά με την ευαισθησία τους στα ερεθίσματα των παραμέτρων, την έλλειψη κινήτρου ή/και τις προσωπικές τους πεποιθήσεις (Carlucci and Monteleone, 2001). Η αλληλεπίδραση του κριτή με την επανάληψη βρέθηκε στατιστικά σημαντική σε όλες τις παραμέτρους (p<0,01 και p<0,001) (Σχήμα 5.30). Και σε αυτήν την περίπτωση, η αλληλεπίδραση μπορεί να αποδοθεί σε διαφορετική χρήση της κλίμακας από κάποιον/ους κριτές ή σε έλλειψη συνέπειας στη βαθμολογία τους (Carlucci and Monteleone, 2001). Ωστόσο, η δεύτερη περίπτωση θα πρέπει να απορριφθεί, καθώς οι κριτές έδειξαν πολύ καλή επαναληψιμότητα, όπως έχει ήδη παρουσιαστεί. Τέλος, δεν παρατηρήθηκε σημαντική αλληλεπίδραση του δείγματος με την επανάληψη για σχεδόν- όλες τις παραμέτρους (p>0,05), εκτός της οσμής σιταρένιου ψωμιού (p<0,05) (Σχήμα 5.30). Συνεπώς, υπήρξε καλή ομοιογένεια των δειγμάτων κατά τις επαναλήψεις της οργανοληπτικής εξέτασης. 202

237 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Κύριες επιδράσεις 3 παραγόντων (κριτής, δείγμα, επανάληψη) κατά την ανάλυση διακύμανσης για τις παραμέτρους οργανοληπτικής εξέτασης σε δείγματα ψωμιά από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας και διαφορετικού χρόνου αποθήκευσης. 203

238 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Αλληλεπιδράσεις 3 παραγόντων (κριτής, δείγμα, επανάληψη) κατά την ανάλυση διακύμανσης για τις παραμέτρους οργανοληπτικής εξέτασης σε ψωμιά από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας και διαφορετικού χρόνου αποθήκευσης. 204

239 Αποτελέσματα και συζήτηση Στον Πίνακα 5.19 παρουσιάζονται οι μέσοι όροι των βαθμολογιών των κριτών, για κάθε δείγμα και για κάθε παράμετρο, ενώ στο Σχήμα 5.31 απεικονίζεται το οργανοληπτικό προφίλ του κάθε προϊόντος υπό μορφή διαγράμματος «αράχνη». Για την παράμετρο «Οσμή σιταρένιου ψωμιού» και τις παραμέτρους εμφάνισης «χρώμα κόρας», «λάμψη κόρας» και «ομοιομορφία κόρας» δεν υπάρχει στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ των προϊόντων (σε α=0,05). Αντίθετα, για όλες τις παραμέτρους υφής, την «ομοιομορφία πορώδους ψίχας» και τη «γεύση σιταρένιου ψωμιού» βρέθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά ανάμεσα τα δείγματα (p<0,01), εκτός της «σκληρότητας ψίχας» που επηρεάζονταν σε υψηλότερο επίπεδο σημαντικότητας (p<0,001). Επομένως, οι κριτές αντιλήφθηκαν σημαντική διαφορά στο πορώδες μεταξύ των δειγμάτων από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας, γεγονός που έρχεται σε συμφωνία με τα ευρήματα της ανάλυσης εικόνας της ψίχας. Όσον αφορά τη «σκληρότητα ψίχας» παρατήρησαν μεταβολή της παραμέτρου με το χρόνο. Επίσης, φαίνεται ότι διαπίστωσαν μια μικρή, αλλά σημαντική διαφορά στη σκληρότητα της ψίχας ανάμεσα στα ψωμιά που προέρχονταν από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας (Β 25-1 και Β 25-0 έδειξαν μεγαλύτερες τιμές από Β 80-1 και Β 80-0, αντίστοιχα). Για την «ελαστικότητα ψίχας» πρέπει να σημειωθεί ότι οι κριτές αντιλήφθηκαν την επίδραση του χρόνου αποθήκευσης, παρόλα αυτά, η κοκκομετρία δε φάνηκε να επηρεάζει τη συγκεκριμένη παράμετρο. Παρόμοια αποτελέσματα εξάγονται και για την εκτίμηση της «συνεκτικότητας ψίχας», όπου η ομάδα των κριτών παρατήρησε μεταβολή της παραμέτρου με το χρόνο, αλλά όχι στατιστικά σημαντική μεταβολή εξαιτίας της διαφορετικής κοκκομετρίας του χρησιμοποιούμενου αλεύρου. Όσον αφορά τη «δυσκολία μάσησης ψίχας», οι κριτές σημείωσαν και εδώ μεταβολή της παραμέτρου με το χρόνο, όμως παρατήρησαν σημαντικά 205

240 Αποτελέσματα και συζήτηση υψηλότερες τιμές και στα δείγματα από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας. Συγκεκριμένα, τα ψωμιά από το λεπτόκοκκο αλεύρι έδωσαν ελαφρώς μεγαλύτερες τιμές «δυσκολίας μάσησης ψίχας» σε σχέση με τα ψωμιά από το χονδρόκοκκο, αν και δε διέφεραν σημαντικά (p<0,01). Τα ερήματα της οργανοληπτικής εξέτασης για το συγκεκριμένο χαρακτηριστικό δεν έρχονται σε συμφωνία με τα αποτελέσματα της ανάλυσης του προφίλ υφής της ψίχας, τα οποία έδειξαν σημαντική διαφορά (p<0,05) στις τιμές της δυσκολίας μάσησης, ανάμεσα σε όλα τα επίπεδα κοκκομετρίας του χρησιμοποιούμενου αλεύρου, με τα ψωμιά από λεπτόκοκκο αλεύρι να δίνουν τις μεγαλύτερες τιμές. Τέλος, η κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου αλεύρου δεν επηρέασε τη γεύση των ψωμιών. Πρέπει να τονιστεί, όμως, ότι οι κριτές σημείωσαν σημαντικά χαμηλότερες τιμές έντασης γεύσης στα «μπαγιάτικα» δείγματα (p<0,01), επομένως παρατήρησαν την επίδραση του χρόνου αποθήκευσης στη συγκεκριμένη παράμετρο. Σαν συμπέρασμα από την οργανοληπτική εξέταση των δειγμάτων άρτου, από άλευρα διαφορετικού μεγέθους σωματιδίων και διαφορετικής χρονικής διάρκειας αποθήκευσης, προκύπτει ότι οι κριτές αξιολόγησαν τα δείγματα από λεπτόκοκκο αλεύρι ως περισσότερο σκληρά και συνεκτικά σε σχέση με τα αντίστοιχα από χονδρόκοκκο αλεύρι που συμφωνεί με τα ευρήματα της ανάλυσης προφίλ Υφής, ενώ η εκτίμησή τους για την ομοιομορφία του πορώδους της ψίχας έρχεται σε συμφωνία με την τεχνική ανάλυσης της εικόνας. Επίσης, η αξιολόγηση της επίδρασης του χρόνου από τους κριτές συμφωνεί με την ανάλυση του προφίλ υφής για τη σκληρότητα της ψίχας και, σε κάποιο βαθμό, την ελαστικότητα της ψίχας. Σαν γενικό συμπέρασμα, εξάγεται ότι ο παράγοντας χρόνος έχει μεγαλύτερη επίδραση στα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των δειγμάτων που εξετάστηκαν, σε σχέση με την κοκκομετρία των χρησιμοποιούμενου αλεύρου. 206

241 Αποτελέσματα και συζήτηση Πίνακας Βαθμολογία των κριτών κατά την οργανοληπτική εξέταση των δειγμάτων ψωμιού διαφορετικής κοκκομετρίας, αποθηκευμένα για διαφορετικό χρονικό διάστημα (0, 1, 3 ημέρες) (25 ο C). Δείγμα Οσμή Χρώμα Λάμψη Ομοιομορφία Ομοιομορφία Σκληρότητα Ελαστικότητα Συνεκτικότητα Δυσκολία Γεύση** ψωμιού κόρας κόρας κόρας πορώδους** ψίχας*** ψίχας** ψίχας*** μάσησης (ημέρα ψίχας** αποθήκευσης) B 80 (0) 7,29 a 1 3,66 a 1,06 a 4,56 a 2,82 b 0,93 c 9,07 a 8,70 a 2,29 c 7,03 a B 80 (1) 6,32 a 4,47 a 1,11 a 5,82 a 3,39 b 2,92 c 7,01 b 1,96 c 2,84 c 6,09 a B 80 (3) 5,56 a 3,89 a 1,13 a 3,93 a 3,27 b 7,07 a 4,51 c 1,49 c 5,31 a 4,68 b B 25 (0) 5,80 a 4,56 a 1,34 a 4,53 a 5,76 a 1,94 bc 8,39 ab 8,74 a 3,29 bc 6,60 a B 25 (1) 6,58 a 4,94 a 1,45 a 4,94 a 5,20 a 3,11 b 7,75 ab 3,90 b 2,90 bc 6,13 a B 25 (3) 5,22 a 3,59 a 1,10 a 3,47 a 6,37 a 7,43 a 4,85 c 1,66 c 4,12 ab 4,85 b **, τα δείγματα διαφέρουν στατιστικά σημαντικά σε α = 0,01 ***, τα δείγματα διαφέρουν στατιστικά σημαντικά σε α = 0,001 1 Οι μέσες τιμές που φέρουν όμοια γράμματα δεν διαφέρουν σημαντικά σε επίπεδο σημαντικότητας α=0,05. Οι συγκρίσεις των μέσων όρων έχουν γίνει με τη δοκιμή LSD. 207

242 Αποτελέσματα και συζήτηση Σχήμα Προφίλ των ψωμιών από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας και διαφορετικού χρόνου αποθήκευσης, όπως αυτό καταγράφηκε από την οργανοληπτική τους εξέταση και την ανάλυση διακύμανσης παραγόντων (3-way ANOVA). ** παράμετροι που τα δείγματα διαφέρουν στατιστικά σημαντικά σε α = 0,01 και ***, παράμετροι που τα δείγματα διαφέρουν στατιστικά σημαντικά σε α = 0,

243 Συμπεράσματα και προτάσεις 6. Συμπεράσματα και προτάσεις για μελλοντική έρευνα 6.1 Συμπεράσματα Στην παρούσα μελέτη εξετάστηκε η επίδραση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα (jet milling) στις ιδιότητες του παραγόμενου, λεπτοτεμαχισμένου αλεύρου σίτου, καθώς και στις λειτουργικές ιδιότητες του παραγόμενου ζυμαριού και τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του αντίστοιχου ψωμιού. Συγκεκριμένα, εξετάστηκαν τρία διαφορετικά κλάσματα αλεύρου σίτου, ένα εμπορικό αλεύρι (μητρικό), ενώ τα άλλα δύο κλάσματα προήλθαν από άλεση με πεπιεσμένο αέρα του μητρικού αλεύρου, με χρήση διαφορετικής παροχής τροφοδοσίας του προς άλεση υλικού στο θάλαμο άλεσης. Επιπλέον, μελετήθηκαν οι ρεολογικές ιδιότητες των ζυμαριών από τα τρία κλάσματα αλεύρου, και ένα μίγμα του μητρικού με ένα λεπτόκοκκο άλευρο. Τέλος, τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των παραγόμενων ψωμιών από τα παραπάνω άλευρα εξετάστηκαν τόσο με ενόργανες τεχνικές, όσο και με οργανοληπτικές μεθόδους. Τα σημαντικότερα ευρήματα της παρούσας μελέτης συνοψίζονται παρακάτω: Η άλεση με πεπιεσμένο αέρα σε αλεύρι σίτου είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία νέων κλασμάτων αλεύρου με υπέρλεπτο μέγεθος κοκκομετρίας (d 50 <15μm). Τα μεγέθη αυτά μπορούν να επιτευχθούν και με συμβατικές τεχνικές (άλεση με σφαιρόμυλο), όμως θα πρέπει το υλικό να αλεστεί για μεγάλο χρονικό διάστημα (πολλές ώρες), με αποτέλεσμα να υποβαθμίζεται η συνολική ποιότητά του. Στην περίπτωση της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα, η παραπάνω κοκκομετρία επιτεύχθηκε με ένα μόνο πέρασμα από το μύλο. Τα λεπτόκοκκα άλευρα εμφάνισαν αυξημένο ποσοστό μηχανικά θραυσμένου αμύλου, σε σχέση με το μητρικό αλεύρι. Παρόλα αυτά, η 209

244 Συμπεράσματα και προτάσεις αύξηση δεν ήταν μεγάλη (περίπου 2 φορές περισσότερο), σε σύγκριση με τις συμβατικές τεχνικές άλεσης, οι οποίες καταλήγουν σε μεγάλη έκταση θραύσης του αμύλου, όταν η κοκκομετρία του αλεύρου φτάνει στα επίπεδα των 15μm. Το συγκεκριμένο σημείο μπορεί να θεωρηθεί ως πλεονέκτημα της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα, καθώς πετυχαίνει ταυτόχρονα μικρό μέγεθος σωματιδίων αλεύρου, με μικρή αύξηση του ποσοστού μηχανικά θραυσμένου αμύλου. Η ικανότητα εκχύλισης του υδατοδιαλυτού κλάσματος των αραβινοξυλανών ενισχύθηκε, σε κάποιο βαθμό, με τη μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου. Ωστόσο, το σημαντικότερο εύρημα αφορά τη δομή των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών, την οποία η άλεση δε φάνηκε να επηρέασε, όπως διαπιστώθηκε από την ανάλυση της μοριακής δομής των απομονωθέντων από τα άλευρα σίτου αραβινοξυλανών με υγρή χρωματογραφία αποκλεισμού μεγέθους υψηλής απόδοσης (HPSEC) και πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό (NMR). Το μοριακό βάρος του κλάσματος της κορυφής του χρωματογραφήματος του εκλουόμενου πολυσακχαρίτη δε μεταβλήθηκε με τη μείωση της κοκκομετρίας, ενώ δεν παρατηρήθηκε μεταβολή στην πρωτοταγή δομή των αραβινοξυλανών, όπως διαπιστώθηκε από τις παραμέτρους που προσδιορίστηκαν με το NMR, αναλογία μονάδων αραβινόζης προς ξυλόζη (A/X), αναλογία μονοϋποκατεστημένων προς διυποκατεστημένων μονάδων ξυλόζης (M/D) και αναλογία υποκατεστημένων προς μη-υποκατεστημένων μονάδων ξυλόζης (M+D)/U. Τα ευρήματα αυτά έρχονται σε πλήρη αντίθεση με την έως τώρα επιστημονική βιβλιογραφία για τις συμβατικές τεχνικές άλεσης, οι οποίες έχουν δυσμενή επίδραση στη δομή των πολυσακχαριτών των κυτταρικών τοιχωμάτων (π.χ. μείωση μοριακού μεγέθους). Κατά συνέπεια, η διατήρηση της μοριακής δομής των υδατοδιαλυτών αραβινοξυλανών μπορεί να θεωρηθεί ως ένα σημαντικό πλεονέκτημα 210

245 Συμπεράσματα και προτάσεις της τεχνικής άλεσης με πεπιεσμένο αέρα δεδομένου ότι συνδέεται άμεσα με τις βιολειτουργικές ιδιότητες αυτών των διαλυτών διαιτητικών ινών. Η εξέταση των αλεύρων στο φαρινογράφο έδειξε μεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης νερού και μικρότερο βαθμό εξασθένησης του ζυμαριού με μείωση του μεγέθους σωματιδίων του αλεύρου. Το μικρό μέγεθος των σωματιδίων του αλεύρου φαίνεται ότι συνετέλεσε στο σχηματισμό ενός ζυμαριού σταθερότερο κατά την επεξεργασία. Επιπλέον, μετρήσεις σε εκτατογράφο υπέδειξαν ότι η μείωση της κοκκομετρίας οδηγεί σε σχηματισμό ζυμαριών με μεγαλύτερη αντίσταση στην έκταση. Η μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου είχε ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ζυμαριών με αυξημένη σκληρότητα (περισσότερο από 2 φορές) και ελαστικότητα, καθώς και έναν περισσότερο κολλώδη χαρακτήρα (αύξηση προσκολλητικότητας), όπως διαπιστώθηκε από την ανάλυση προφίλ υφής. Κατά τη δοκιμή χαλάρωσης της τάσης παρατηρήθηκε ότι τα ζυμάρια από τα άλευρα μικρότερου μεγέθους σωματιδίων ήταν πιο σκληρά (συμφωνία με την ανάλυση προφίλ υφής), αλλά και περισσότερο ελαστικά. Ο χρόνος ημίσειας χαλάρωσης και το εκτατικό ιξώδες αυξήθηκαν με μείωση της κοκκομετρίας υποδηλώνοντας τον ενισχυμένο ελαστικό χαρακτήρα των αντίστοιχων ζυμαριών. Και οι δύο παράμετροι διπλασιάστηκαν στα ζυμάρια με κοκκομετρία (d 50 ) μικρότερη από 15μm, δείχνοντας ότι οι εσωτερικές τάσεις που αναπτύσσονται στο ζυμάρι καθυστερούν να χαλαρώσουν και διατηρούν για μεγαλύτερο χρόνο τη δομή του ζυμαριού. Η δοκιμή ερπυσμού ανάκτησης επιβεβαίωσε την ενίσχυση του ελαστικού χαρακτήρα στα ζυμάρια από λεπτόκοκκα άλευρα, ενώ παρατηρήθηκε ότι η μείωση της 211

246 Συμπεράσματα και προτάσεις κοκκομετρίας οδήγησε σε αύξηση του ιξώδους μηδενικού ρυθμού παραμόρφωσης του ζυμαριού. Όπως αναμενόταν, η φαινομενική ενθαλπία ζελατινοποίησης του αμύλου μειώθηκε σημαντικά, καθώς ελαττώθηκε το μέγεθος σωματιδίων του εξεταζόμενου αλεύρου, λόγω του αυξημένου ποσοστού μηχανικά θραυσμένου αμύλου στα λεπτόκοκκα άλευρα. Η μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου οδήγησε στο σχηματισμό ψωμιού με μικρότερη απώλεια βάρους κατά το και μικρότερο ειδικό όγκο (3,2cm 3 /g για το χονδρόκοκκο αλεύρι, 3 και 2,6cm 3 /g για τα λεπτόκοκκα). Ο λεπτοτεμαχισμός του αλεύρου σίτου είχε ως αποτέλεσμα την παραγωγή ψωμιού με κόρα καλύτερου χρώματος σε σύγκριση με αυτό του μητρικού αλεύρου. Πιο συγκεκριμένα, τα ψωμιά από το λεπτόκοκκο αλεύρι εμφάνισαν μικρότερες τιμές φωτεινότητας L*, και μεγαλύτερες τιμές της κόκκινης απόχρωσης, a*. Η μείωση της κοκκομετρίας του αλεύρου συνετέλεσε, λοιπόν, σε μια περισσότερο «χρυσαφένια» - καφέ κόρα ψωμιού. Το πορώδες της ψίχας των ψωμιών επηρεάστηκε από την κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου αλεύρου. Η χρήση λεπτόκοκκων αλεύρων οδήγησε σε ψωμί με πιο «κλειστή» και ομοιόμορφη δομή ψίχας, σε αντίθεση με τα ψωμιά από το χονδρόκοκκο (μητρικό) αλεύρι, τα οποία παρουσίασαν ψίχα με μεγαλύτερο αριθμό πόρων και μεγαλύτερο μέσο μέγεθος πόρου. Η υφή της ψίχας επίσης, επηρεάστηκε από τη μέση κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου αλεύρου, όπως έδειξε η ανάλυση του προφίλ υφής. Τα ψωμιά από λεπτόκοκκο αλεύρι εμφάνισαν σημαντικά σκληρότερη ψίχα, παράλληλα με αυξημένη δυσκολία μάσησης, ενώ αύξηση σκληρότητας παρατηρήθηκε και για την κόρα. Στις ιδιότητες υφής πρέπει να συνετέλεσε και η δομή της ψίχας που αναφέρθηκε 212

247 Συμπεράσματα και προτάσεις προηγουμένως (κλειστή δομή έχει ως αποτέλεσμα περισσότερο σκληρή ψίχα). Η επίδραση του χρόνου στις ιδιότητες υφής της ψίχας και της κόρας ήταν σημαντική, καταλήγοντας σε περισσότερο σκληρή κόρα και ψίχα, καθώς και περισσότερο δύσκολα να μασηθεί ψίχα. Το μέγεθος των σωματιδίων του αλεύρου επηρέασε την επανακρυστάλλωση της αμυλοπηκτίνης της ψίχας, καθώς η φαινομενική ενθαλπίας της επαναδιάταξης της αμυλοπηκτίνης μειώθηκε με μείωση της κοκκομετρίας. Η επίδραση του χρόνου αποθήκευσης ήταν πολύ περισσότερο εμφανής, δείχνοντας πολύ μεγάλη αύξηση στις τιμές ενθαλπίας επαναδιάταξης αμυλοπηκτίνης την 5 η ημέρα αποθήκευσης των ψωμιών. Η επίδραση της κοκκομετρίας του χρησιμοποιούμενου αλεύρου στην πορεία της επανακρυστάλλωσης της αμυλοπηκτίνης εξετάστηκε με το μοντέλο Avrami. Δεν παρατηρήθηκε κάποια σημαντική επίδραση του μεγέθους σωματιδίων στην εν λόγω παράμετρο. Επίσης, με το ίδιο μοντέλο έγινε προσπάθεια να εξεταστεί και η πορεία σκλήρυνσης της ψίχας. Ωστόσο, και σε αυτή την περίπτωση δε φάνηκε να έχει επίδραση η κοκκομετρία του χρησιμοποιούμενου αλεύρου στο ρυθμό σκλήρυνσης της ψίχας. Τα ψωμιά από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας δεν παρουσίασαν διαφορές στην ενζυμική υδρόλυση των ολικών πεπτών υδατανθράκων (in vitro διεργασία προσομοίωσης της πέψης), γεγονός που καταδεικνύει ότι η κοκκομετρία δεν είχε επίδραση ούτε στην πορεία, ούτε στην έκταση της απελευθέρωσης γλυκόζης κάτω από αυτές τις συνθήκες. Η οργανοληπτική εξέταση των ψωμιών από ομάδα εκπαιδευμένων κριτών έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα για τα ποιοτικά τους χαρακτηριστικά. Οι κριτές παρατήρησαν διαφορά στο πορώδες μεταξύ των ψωμιών από άλευρα διαφορετικής κοκκομετρίας (συμφωνία με την 213

248 Συμπεράσματα και προτάσεις ανάλυση εικόνας του πορώδους), ενώ έκριναν ότι τα ψωμιά από λεπτόκοκκο αλεύρι εμφάνισαν πιο σκληρή ψίχα (συμφωνία με ανάλυση προφίλ υφής). Το κυριότερο συμπέρασμα, όμως, που εξήχθη από την οργανοληπτική ανάλυση ήταν ότι ο παράγοντας «χρόνος» επηρεάζει σε μεγαλύτερο βαθμό τα χαρακτηριστικά του ψωμιού, σε σύγκριση με τον παράγοντα «κοκκομετρία». 6.2 Προτάσεις Η άλεση με πεπιεσμένο αέρα οδήγησε σε κλάσματα αλεύρου σίτου με πολύ μικρή κοκκομετρία και μικρή, σχετικά, αύξηση του ποσοστού μηχανικά θραυσμένου αμύλου. Επειδή το εύρος των τιμών κοκκομετρίας των αλεύρων που εξετάστηκαν δεν ήταν μεγάλο (80 15μm), είναι απαραίτητη η μελέτη της επίδρασης της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα στη συγκεκριμένο παράμετρο, έχοντας ως μητρικό υλικό ένα αλεύρι με μεγαλύτερη κοκκομετρία (π.χ. >150μm). Με τον τρόπο αυτό, θα μπορούσε να έχει κανείς μια πληρέστερη εικόνα της επίδρασης της άλεσης στο βαθμό της θραύσης των αμυλοκόκκων, καθώς και της επίδρασης του μεγέθους των σωματιδίων του αλεύρου στη μηχανική συμπεριφορά του ζυμαριού και στα ποιοτικά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος. Η μοριακή δομή του υδατοδιαλυτού κλάσματος των αραβινοξυλανών του αλεύρου σίτου βρέθηκε ότι δεν επηρεάζεται κατά την άλεση με πεπιεσμένο αέρα, γεγονός που αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα της εν λόγω τεχνικής και σημαντική διαφοροποίηση σε σχέση με τις συμβατικές τεχνικές άλεσης. Η εξέταση της επίδρασης της άλεσης με πεπιεσμένο αέρα και σε κλάσματα πολυσακχαριτών των κυτταρικών τοιχωμάτων και άλλων δημητριακών καρπών (π.χ. κριθάρι, σίκαλη, βρώμη) κρίνεται απαραίτητη, ώστε να εξαχθούν συμπεράσματα και για 214

249 Συμπεράσματα και προτάσεις τις διαιτητικές ίνες και άλλων δημητριακών καρπών, πέραν του σίτου. Η διατήρηση της μοριακής δομής των πολυσακχαριτών των κυτταρικών τοιχωμάτων κατά την άλεση με πεπιεσμένο αέρα δίνει τη δυνατότητα παρασκευής λεπτόκοκκων αλεύρων με βελτιωμένες βιολειτουργικές ιδιότητες (διαιτητικές ίνες μεγάλου μοριακού βάρους), ενώ τα συγκεκριμένα άλευρα καθίστανται κατάλληλα και για την παρασκευή μιγμάτων αλεύρων με βελτιωμένα χαρακτηριστικά. Η παρασκευή ψωμιών από λεπτόκοκκα άλευρα προτείνεται να μελετηθεί με προσθήκη της άριστης ποσότητας νερού που απαιτείται (σύμφωνα με την τιμή της απορρόφησης νερού που προσδιορίστηκε από το φαρινογράφο) και την κατάλληλη ανάμιξη του ζυμαριού (σύμφωνα με τις υπόλοιπες παραμέτρους του φαρινογράφου). Επίσης, κρίνεται απαραίτητη η χρήση βελτιωτικών παραγόντων, όπως ένζυμα (αμυλάσες) και να μελετηθεί αν τα λεπτόκοκκα άλευρα έχουν τη δυνατότητα να οδηγήσουν σε ψωμιά με βελτιωμένο ειδικό όγκο, όταν παρασκευαστούν κάτω από τις ιδανικές συνθήκες και σύσταση. Τέλος, προτείνεται η χρήση των λεπτόκοκκων αλεύρων και σε άλλα προϊόντα, όπως για παράδειγμα μπισκότα, κέικ, cookies, doughnuts κ.ά. και η μελέτη της επίδρασής τους στις λειτουργικές ιδιότητες αντιστοίχων ζυμαριών και τελικών προϊόντων. 215

250 216

251 7. Ένθετα παραρτήματα Παράμετρος ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α Οδηγίες για σωστή εκτίμηση της παραμέτρου ΟΣΜΗ ΕΜΦΑΝΙΣΗ ΥΦΗ Οσμή σιταρένιου ψωμιού (ένταση) Χρώμα κόρας Λάμψη κόρας Ομοιομορφία χρωματισμού κόρας Προφίλ πορώδους ψίχας Σκληρότητα ψίχας Εξετάστε το πρότυπο που αντιστοιχεί στην οσμή «σιταρένιου ψωμιού». Στη συνέχεια, αφού αφήσετε να ηρεμήσει η ρινική σας κοιλότητα, δοκιμάστε τα δείγματα και τοποθετήστε τα στην κλίμακα, σε σχέση με το πρότυπο. (ελάχιστα πολύ έντονο) Με βάση την κλίμακα «χρώμα κόρας» που σας έχει δοθεί, εκτιμήστε το χρώμα των δειγμάτων. (ανοιχτό καφέ σκούρο καφέ) Με βάση την κλίμακα «λάμψη κόρας» που σας έχει δοθεί, εκτιμήστε τη λάμψη του χρώματος κόρας των δειγμάτων. (καθόλου λαμπερό πολύ λαμπερό) Με βάση την κλίμακα «ομοιομορφία χρώματος κόρας» που σας έχει δοθεί, εκτιμήστε το βαθμό ομοιομορφίας του χρώματος κόρας των δειγμάτων. (περιοχές διαφορετικού χρωματισμού >1cm 2 ) (ανομοιόμορφο ομοιόμορφο) Με βάση την κλίμακα «προφίλ πορώδους ψίχας» που σας έχει δοθεί, εκτιμήστε το πορώδες των δειγμάτων. (κλειστό ανοιχτό) Με τη βοήθεια του αντίχειρα, πιέστε ελαφρά στο κέντρο της ψίχας του δείγματος, μέχρι να παραμορφωθεί στο 50%. Αξιολογείστε τα δείγματα, με βάση τη σκληρότητα του 217

252 αντίστοιχου προτύπου. (ελάχιστα σκληρό πολύ σκληρό) Ελαστικότητα ψίχας Με τη βοήθεια του δείκτη και του μέσου, πιέστε ελαφρά το κατάλληλο κομμάτι της ψίχας, μέχρι πλήρους συμπίεσης του δείγματος. Αφήνετε το δείγμα να επιστρέψει στη θέση του. Αξιολογείστε τα δείγματα, με βάση την ελαστικότητα του αντίστοιχου προτύπου. (ελάχιστα ελαστικό πολύ ελαστικό) Συνεκτικότητα ψίχας Με τη βοήθεια και των δύο χεριών, προσπαθήστε να πλάσετε το κατάλληλο κομμάτι της ψίχας για 5 δευτερόλεπτα. Εξετάζετε, με βάση το πρότυπο, το βαθμό κατά τον οποίο το δείγμα κράτησε τη συνεκτικότητα του. (εύθρυπτο πολύ συνεκτικό) Δυσκολία μάσησης ψίχας Δοκιμάστε το κατάλληλο κομμάτι ψίχας και αξιολογείστε τη δυσκολία που συναντάτε κατά τη μάσηση. Αξιολογείστε τα δείγματα, με βάση τη δυσκολία μάσησης του αντίστοιχου προτύπου. ΓΕΥΣΗ Γεύση Σιταρένιου ψωμιού (ένταση) (ελάχιστη μέγιστη) Εξετάστε το πρότυπο που αντιστοιχεί στη «γεύση σιταρένιου ψωμιού». Στη συνέχεια, αφού ξεπλύνετε με νερό και αφήσετε να ηρεμήσει η στοματική σας κοιλότητα, δοκιμάστε τα δείγματα και τοποθετήστε τα στη κλίμακα σε σχέση με το πρότυπο. 218

253 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β 219

254 Οργανοληπτική αξιολόγηση άρτου (1 η επανάληψη) Εργαστήριο Χημείας και Βιοχημείας Τροφίμων Τομέας Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων Γεωπονική Σχολή Α.Π.Θ. 220

255 Καλώς ήρθατε στις συνεδρίες εκπαίδευσης της οργανοληπτικής μας δοκιμής Σημειώστε με Χ το ονοματεπώνυμό σας Ονοματεπώνυμο Δοκιμαστή Ημερομηνία 221

256 Παρακαλώ, συμπληρώστε τα στοιχεία σας Φύλο Α Θ Ηλικία > 35 Πόσο συχνά καταναλώνετε ψωμί (τουλάχιστον 1 φέτα); Τι είδος ψωμιού προτιμάτε να καταναλώνετε; Σπάνια Μία φορά / εβδομάδα 2-4 φορές την εβδομάδα Κάθε μέρα Άσπρο ψωμί Ολικής άλεσης Άλλο Πόσα καρβέλια ψωμί αγοράζετε την εβδομάδα;

257 Πριν ξεκινήσει η εξέταση, παρακαλούμε διαβάστε ΠΡΟΣΕΚΤΙΚΑ τις οδηγίες Στην παρούσα εξέταση, θα δοκιμάσετε έξι (6) διαφορετικά δείγματα σιταρένιου ψωμιού. Ως δείγμα ορίζεται μία (1) φέτα ψωμιού, η οποία αποτελείται από τέσσερα τμήματα, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα: Το κάθε τμήμα θα αποτελείται από ψίχα και κόρα ή μόνο από ψίχα. Κάθε δείγμα θα εξετάζεται και θα αξιολογείται για: α. Οσμή β. Εμφάνιση γ. Υφή - εξέταση με το χέρι δ. Υφή - εξέταση με το στόμα ε. Γεύση Θα σας ζητηθεί να αξιολογήσετε τα δείγματα, σε μια σειρά από παραμέτρους. - Για τον ορισμό και τον τρόπο με τον οποίο θα γίνει η αξιολόγηση της κάθε παραμέτρου, ακολουθείστε τις οδηγίες που σας δόθηκαν κατά τη διάρκεια των συνεδριών εκπαίδευσης. Μπορείτε, επίσης, να συμβουλευτείτε το παράρτημα που σας δίνεται συμπληρωματικά. Τα δείγματα έχουν 3-ψήφιο κωδικό και τα πρότυπα παρουσιάζονται ονομαστικά. Πρέπει να δοκιμάσετε/ εξετάσετε πρώτα τα πρότυπα. Στη συνέχεια, δοκιμάζετε κάθε ένα από τα άγνωστα δείγματα και αξιολογείτε σύμφωνα με την ένταση της 223