ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΤΥΠΟΥ ΕΜΒΑΜΜΑΤΟΣ ΣΑΛΑΤΑΣ ΧΑΜΗΛΩN ΛΙΠΑΡΩΝ, ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΕΝΟ ME ΠΡΟΒΙΟΤΙΚΗ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΑΓΓΕΛΙΚΗ ΚΑΡΟΥΣΙΩΤΗ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΤΥΠΟΥ ΕΜΒΑΜΜΑΤΟΣ ΣΑΛΑΤΑΣ ΧΑΜΗΛΩN ΛΙΠΑΡΩΝ, ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΕΝΟ ME ΠΡΟΒΙΟΤΙΚΗ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΑΓΓΕΛΙΚΗ ΚΑΡΟΥΣΙΩΤΗ ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΦΑΝΗ ΜΑΝΤΖΟΥΡΙΔΟΥ (ΛΕΚΤΟΡΙΣΣΑ) ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΚΙΟΣΕΟΓΛΟΥ (ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ) ΑΔΑΜΑΝΤΙΝΗ ΠΑΡΑΣΚΕΥΟΠΟΥΛΟΥ (ΕΠΙΚΟΥΡΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ) ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ ΤΥΠΟΥ ΕΜΒΑΜΜΑΤΟΣ ΣΑΛΑΤΑΣ ΧΑΜΗΛΩN ΛΙΠΑΡΩΝ, ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΕΝΟ ME ΠΡΟΒΙΟΤΙΚΗ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΑΓΓΕΛΙΚΗ ΚΑΡΟΥΣΙΩΤΗ ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΦΑΝΗ ΜΑΝΤΖΟΥΡΙΔΟΥ (ΛΕΚΤΟΡΙΣΣΑ) ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΚΙΟΣΕΟΓΛΟΥ (ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ) ΑΔΑΜΑΝΤΙΝΗ ΠΑΡΑΣΚΕΥΟΠΟΥΛΟΥ (ΕΠΙΚΟΥΡΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ) ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2011

3 Περιεχόμενα ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 6 ABSTRACT ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Προϊόντα με χαμηλά λιπαρά Ξανθάνη Βρώμη Αλεύρι βρώμης Προβιοτικά τρόφιμα Πρεβιοτικά Ινουλίνη β-γλυκάνες Συμβιωτικές ενώσεις Γαλακτώματα Γαλακτωματοποιητές Ο ρόλος του κρόκου αυγού στα γαλακτώματα Ο ρόλος των πολυσακχαριτών στα γαλακτώματα Εμβάμματα σαλάτας ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΙΚΟΣ ΣΚΟΠΟΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Υλικά Αντιδραστήρια Συσκευές Πειραματική διαδικασία Παρασκευή θρεπτικών υποστρωμάτων Παρασκευή γαλακτωμάτων ελαίου σε νερό (ε/ν) Παρασκευή του διαλύματος πεψίνης Παρασκευή του διαλύματος παγκρεατίνης και χολικών αλάτων Διατήρηση και ανακαλλιέργεια του μικροοργανισμού Προετοιμασία του μικροοργανισμού για τον εμβολιασμό των γαλακτωμάτων Εμβολιασμός των γαλακτωμάτων με ελεύθερα κύτταρα του μικροοργανισμού Πειραματικός σχεδιασμός Μελέτη, με τη βοήθεια πολυωνυμικού μοντέλου με τη Μεθοδολογία της Επιφανειακής Απόκρισης, της επίδρασης του χρόνου αποθήκευσης και της σύστασης στη βιωσιμότητα του Lactobacillus paracasei subssp. paracasei DC412 και τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του γαλακτώματος Μικροβιολογικές αναλύσεις Δειγματοληψία

4 3.6.2 Καταμέτρηση του μικροοργανισμού Φυσικοχημικές μετρήσεις γαλακτωμάτων Μέτρηση του μεγέθους των σταγονιδίων του γαλακτώματος Πειράματα αποκορύφωσης Παρατήρηση των γαλακτωμάτων στο μικροσκόπιο Μέτρηση του ιξώδους των γαλακτωμάτων και των συνεχών τους φάσεων ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ-ΣΥΖΗΤΗΣΗ Επίδραση της ξανθάνης στη σταθερότητα των γαλακτωμάτων ως προς την αποκορύφωση Συγκριτική μελέτη της επίδρασης της ινουλίνης και του αλεύρου βρώμης στη βιωσιμότητα της προβιοτικού βακτηρίου στα γαλακτώματα Συγκριτική μελέτη της επίδρασης της ινουλίνης και του αλεύρου βρώμης στα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των γαλακτωμάτων Μελέτη της επίδρασης των ανεξάρτητων μεταβλητών στη βιωσιμότητα και στις φυσικοχημικές παραμέτρους ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή μελετήθηκε η ανάπτυξη ενός σταθερού προϊόντος τύπου εμβάμματος σαλάτας με χαμηλή λιποπεριεκτικότητα, το οποίο εμπλουτίστηκε με προβιοτική καλλιέργεια. Η εργασία πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων του Τμήματος Χημείας του Α.Π.Θ. στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών υπό την καθοδήγηση της Λεκτόρισσας Φανής Μαντζουρίδου και του Καθηγητή Βασίλειου Κιοσέογλου.. 5

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα εργασία έγινε προσπάθεια ανάπτυξης ενός νέου προβιοτικού τροφίμου τύπου εμβάμματος σαλάτας με χαμηλά λιπαρά με την ενσωμάτωση ξανθάνης και αλεύρου βρώμης, ως υποκατάστατα του ελαίου, και προβιοτικής καλλιέργειας Lactobacillus paracasei subsp. paracasei DC 412. Αρχικά μελετήθηκε η επίδραση της ξανθάνης στη σταθερότητα των γαλακτωμάτων με έλαιο (20% w/w) και κρόκο αυγού (3,5% w/w), ως προς την αποκορύφωση για διάστημα 15 ημερών. Από τα αποτελέσματα διαπιστώθηκε ότι η συγκέντρωση της ξανθάνης που σταθεροποιεί το γαλάκτωμα ως προς την αποκορύφωση είναι 0,35% w/w. Στη δεύτερη φάση της μελέτης εξετάστηκε η δράση της ινουλίνης (1%, 3% και 5% w/w) ως υποκατάστατο ελαίου και ως πρεβιοτικό σε γαλάκτωμα που περιείχε έλαιο (20% w/w), κρόκο αυγού (3,5% w/w) και ξανθάνη (0,35% w/w). Προσδιορίστηκε η βιωσιμότητα των κυττάρων του Lact. paracasei subsp. paracasei DC412 κατά την αποθήκευση για 7 εβδομάδες σε συνθήκες ψύξης (4 o C) και σε συνθήκες που επικρατούν στο γαστροεντερικό σύστημα, καθώς και η σταθερότητα ως προς την αποκορύφωση, το ph, το μέγεθος των σταγονιδίων και ο συντελεστής συνεκτικότητας των γαλακτωμάτων κατά την αποθήκευσή τους στους 4 o C για 7 εβδομάδες. Ο πληθυσμός των προβιοτικών κυττάρων που μετρήθηκε στα γαλακτώματα μετά από 7 εβδομάδες συντήρησης στους 4 ο C ήταν 6x10 8 cfu/g, και σε συνθήκες που επικρατούν στο γαστροεντερικό σύστημα ήταν 4x10 8 cfu/g, πληθυσμός που θεωρείται ικανοποιητικός. Ωστόσο, η τιμή του ph των γαλακτωμάτων ήταν πολύ χαμηλή (3,05) μετά το τέλος του διαστήματος αποθήκευσης. Με σκοπό την ενίσχυση του προϊόντος με ένα υποκατάστατο ελαίου που έχει πλεονέκτημα κόστους έναντι της ινουλίνης και εξαιτίας της αρνητικής επίδρασης της προσθήκης της ινουλίνης στο ph του γαλακτώματος, στην τρίτη φάση της εργασίας μελετήθηκε η επίδραση της αντικατάστασης της ινουλίνης με αλεύρι βρώμης (1%, 3% και 5% w/w) σε γαλάκτωμα παρόμοιας σύστασης με την παραπάνω. Από τα αποτελέσματα των πειραματικών δοκιμών βρέθηκε ότι ο πληθυσμός των κυττάρων που μετρήθηκε στα γαλακτώματα με 3% και 5% w/w 6

7 αλεύρι βρώμης μετά από 7 εβδομάδες συντήρησης στους 4 ο C ήταν 5,5x10 7 cfu/g, και σε συνθήκες που επικρατούν στο γαστροεντερικό σύστημα ήταν 3x10 7 cfu/g. Οι παραπάνω τιμές δεν διαφέρουν σημαντικά από εκείνες που μετρήθηκαν με την προσθήκη της ινουλίνης, και είναι υψηλότερες από το κατώτερο όριο τιμών ώστε ένα τρόφιμο να θεωρηθεί ως προβιοτικό (>10 6 cfu/g τροφίμου). Η τιμή του ph, σε αντίθεση με την προσθήκη της ινουλίνης, διατηρήθηκε σταθερή, με τελική τιμή 3,62. Το εύρημα αυτό μπορεί να αποδωθεί στην ρυθμιστική ικανότητα των πρωτεϊνών του αλεύρου βρώμης, που αποτρέπει τη μείωση της τιμής του ph λόγω του μικροβιακού μεταβολισμού. Οι πληροφορίες που συλλέχτηκαν από τις προκαταρκτικές πειραματικές δοκιμές χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη μαθηματικού μοντέλου πρόβλεψης του χρόνου διατήρησης του προϊόντος και των απαιτούμενων συγκεντρώσεων ελαίου, ξανθάνης και αλεύρου βρώμης ώστε να επιτευχθεί η παρασκευή ενός σταθερού από φυσικοχημική άποψη προϊόντος με αποδεκτή τιμή ph και με ικανοποιητικό πληθυσμό προβιοτικής καλλιέργειας μετά την αποθήκευσή του ή/και σε συνδυασμό με την έκθεσή του σε εργαστηριακές συνθήκες ανάλογες με αυτές της πέψης. Το γαλάκτωμα στο οποίο καταμετρήθηκε ο μεγαλύτερος αριθμός ζώντων κυττάρων ανά γραμμάριο προϊόντος (1,01 x 10 8 cfu/g) σε χρόνο 7,5 εβδομάδες, μετά από κατεργασία σε συνθήκες πέψης, είχε την εξής σύσταση: συγκέντρωση ελαίου (20% w/w), ξανθάνης (0,475% w/w) και αλεύρου βρώμης (3,0% w/w). Εκτός από την υψηλή βιωσιμότητα των κυττάρων, η παρουσία και του αλεύρου βρώμης και της ξανθάνης στη συνεχή φάση του γαλακτώματος οδήγησε σε βελτίωση των ρεολογικών ιδιοτήτων και στη σταθερότητα του γαλακτώματος. 7

8 ABSTRACT The concept of this study was to develop a low-in-oil salad dressing emulsion, based on oat flour, that combines the flour health-promoting potential of fibre and growth support of the probiotic Lactobacillus paracasei subsp. paracasei DC412 with the functional properties of oat starch e.g. emulsion stabilization and thickening ability. Probiotic viability, following emulsion storage and enzymatic treatment, was sustained in presence of oat flour at levels close to those found for inulin. The dressing emulsion was further investigated by applying response surface methodology to establish the relationships between the main factors (storage time, and oil, xanthan and oat flour content), on one hand, and the response variables (probiotic cell count before and after treatment with gastrointestinal track enzyme fluids, consistency index (K), and mean droplet diameter (d 43 ), on the other. The optimum formulation found was: 20% w/w oil, 0.475% w/w xanthan and 3.0% w/w oat flour, with viable cell counts of aged for 7.5 weeks emulsions in the treated with simulated gastric and intestinal juices reaching levels as high as 10 8 cfu/g. In addition to enhancing cell viability, oat flour incorporation led to an appreciable improvement of the emulsion rheological properties and physical stability. 8

9 1.ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1.1 Προϊόντα με χαμηλά λιπαρά Τα τελευταία χρόνια, οι καταναλωτές στρέφουν το ενδιαφέρον τους σε προϊόντα διατροφής με χαμηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά. Αυτό το ενδιαφέρον πηγάζει από την ανησυχία για την υγεία. Η ανάπτυξη των καρδιαγγειακών παθήσεων και του καρκίνου αποδίδεται, σε μεγάλο βαθμό, στην υψηλή πρόσληψη λίπους από τη διατροφή. Η αποφυγή αυτών των παθήσεων έχει οδηγήσει σε διατροφικές συνήθειες που προτείνουν τη μειωμένη πρόσληψη θερμίδων και λίπους στο 30% της συνολικής θερμιδικής κατανάλωσης. Ως αποτέλεσμα, ο αριθμός των καταναλωτών που ακολουθεί υγιεινή διατροφή, αυξάνεται συνεχώς (Setser et al., 1992). Η επιλογή, συνεπώς που έχει να κάνει ένας καταναλωτής είναι είτε να μειώσει την προτίμησή του σε τρόφιμα πλούσια σε λίπη είτε να βρει εναλλακτικές λύσεις τροφίμων με ευχάριστη γεύση και χαμηλή λιποπεριεκτικότητα. Το κοινό επιλέγει όλο και περισσότερο τρόφιμα που έχουν εκ φύσεως χαμηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά, καθώς και τρόφιμα με μειωμένα ή καθόλου λιπαρά που παρασκευάζονται με βιομηχανικές μεθόδους. Η ζήτηση για τα υποκατάστατα λίπους στις ΗΠΑ αυξήθηκε σε 1,2 δις δολάρια το Οι καταναλωτές που προσέχουν τη διατροφή τους και αναζητούν την μειωμένη πρόσληψη λίπους χωρίς όμως να θυσιάζουν τη γεύση και την υφή των προϊόντων αυτών, φέρνουν κέρδη στην παγκόσμια αγορά. Για τις βιομηχανίες, η ποιότητα και η γεύση είναι οι παράγοντες κλειδί στην αγορά των τροφίμων με μειωμένα επίπεδα λίπους. Το λίπος είναι ένα από τα κύρια θρεπτικά συστατικά των τροφίμων και είναι σημαντικό για την διατήρηση της καλής υγείας. Τα λίπη μεταφέρουν τις λιποδιαλυτές βιταμίνες Α, D, E και K και ενισχύουν την απορρόφησή τους στο έντερο. Είναι η μόνη πηγή για τα απαραίτητα λιπαρά οξέα λινελαϊκό και λινολενικό οξύ. Είναι επίσης μια σημαντική πηγή θερμίδων για τους ενήλικες και τα βρέφη που έχουν υψηλές ενεργειακές ανάγκες (το λίπος προσφέρει 9 9

10 θερμίδες ανά γραμμάριο, σε σύγκριση με τις πρωτεΐνες και τους υδατάνθρακες που προσφέρουν 4 θερμίδες ανά γραμμάριο) (Μπόσκου, 2004). Το λίπος είναι σημαντικό ως συστατικό τροφίμων, δεδομένου ότι δίνει γεύση, συνοχή και σταθερότητα στα τρόφιμα και η καταναλωσή του προάγει το αίσθημα κορεσμού. Φυσικά υπάρχουν όρια για την ποσότητα του λίπους που θα πρέπει να καταναλώνεται επειδή είναι υπεύθυνο για τα καρδιακά νοσήματα, το καρκίνο και το υπερβολικό βάρος, όπως προαναφέρθηκε. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (2003) συνιστά ότι η συνολική ημερήσια πρόσληψη λίπους θα πρέπει να περιορίζεται το ανώτερο στο 30% των θερμίδων και τα κορεσμένα λιπαρά να μην υπερβαίνουν το 10%. Η πρόσληψη χοληστερόλης επίσης, θα πρέπει να περιορίζεται σε όχι περισσότερες από 300 mg την ημέρα (Μπόσκου, 2004). Είναι γνωστό ότι τα κορεσμένα λίπη και η χοληστερόλη είναι οι ουσίες στα λιπαρά που προκαλούν καρδιακές νόσους, δεδομένου ότι βοηθούν στο σχηματισμό της αθηροσκλήρωσης. Στις ΗΠΑ το 1992 τα 2/3 του ενήλικου πληθυσμού δηλαδή 125 εκατομμύρια ήταν καταναλωτές προϊόντων χαμηλής θερμιδικής αξίας (Μπόσκου, 2004). Στην Ελλάδα τα τελευταία χρόνια παρατηρείται µια στροφή των καταναλωτών προς το γάλα µε μειωµένα λιπαρά. Πρόσφατες έρευνες δείχνουν, το 16,3% των Ελλήνων καταναλώνει γάλα µε χαµηλά λιπαρά, ενώ τα γιαούρτια με χαμηλά λιπαρά καταναλώνονται από το 30%. Σύμφωνα με τον Κώδικα Τροφίμων και Ποτών ο όρος «μειωμένης περιεκτικότητας σε λιπαρά» χρησιμοποιείται για τα προϊόντα που έχουν περιεκτικότητα σε λιπαρά άνω του 41% μέχρι και 62%, ενώ ο όρος «χαμηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά», «ελαφρύ» ή «light» χρησιμοποιείται για τα προϊόντα που έχουν περιεκτικότητα σε λιπαρά μέχρι και 41%. Στη διαδικασία παραγωγής ενός προϊόντος με χαμηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά, το έλαιο συμμετέχει σε ελάχιστο ποσοστό στο προϊόν, ενώ το υπόλοιπο αντικαθίσταται από κάποιο υποκατάστατο το οποίο έχει τις ίδιες λειτουργικές ιδιότητες µε το έλαιο αλλά πολύ λιγότερες ή και καθόλου θερµίδες. Νέα υλικά, φυσικά και συνθετικά, έχουν ενταχθεί στη βιομηχανία τροφίμων ως υποκατάστατα λίπους για την παραγωγή προϊόντων με μειωμένα λιπαρά. Τα 10

11 υποκατάστατα λίπους βοηθούν στη μείωση του λίπους της τροφής, διατηρώντας παράλληλα μερικές από τις επιθυμητές ιδιότητες που προσδίδουν τα λίπη στα τρόφιμα όπως η αίσθηση λίπους στο στόμα, η υφή και η γεύση. Επίσης τα υποκατάστατα λίπους χρησιμοποιούνται για να ρυθμίσουν το ιξώδες να συγκρατούν νερό και να σταθεροποιούν τα προϊόντα στα οποία προστίθενται (Μπόσκου, 2004). Υπάρχουν τρεις κύριες κατηγορίες των υποκατάστατων λίπους που χρησιμοποιούνται, αυτές είναι με βάση: τους υδατάνθρακες τις πρωτεΐνες τα λίπη Στον παρακάτω πίνακα φαίνεται η θερμιδική περιεκτικότητα των υποκατάστατων λίπους, οι ιδιότητες τους και σε ποια τρόφιμα χρησιμοποιούνται αυτά. Πίνακα 1. Θερμιδική περιεκτικότητα των υποκατάστατων λίπους, οι ιδιότητες αυτών και τρόφιμα που χρησιμοποιούνται. Υποκατάστατα λίπους Περιεκτικότητα σε θερμίδες Λειτουργικές ιδιότητες Χρήση σε τρόφιμα Που παράγονται από υδατάνθρακες Πολυδεξτρόζη (Polydextrose) 1 θερμίδα/γραμμάριο Διογκωτικό και συγκρατεί την υγρασία Σε ευρεία γκάμα τροφών όπως ψημένα τρόφιμα, παγωμένα επιδόρπια και εμβάμματα σαλάτας Τροποποιημένο άμυλο 1 4 θερμίδες/γραμμάριο Τροποποιημένη υφή, κολλώδες, παχύρρευστο, και σταθεροποιητής Επεξεργασμένα κρέατα, εμβάμματα σαλάτας, ψημένα τρόφιμα, παγωμένα επιδόρπια και άλλα Δεξτρίνη και μαλτοδεξτρίνες (Dextrin, maltodextrins) 4 θερμίδες/γραμμάριο Διογκωτικό και τροποποιεί την υφή Ψημένα τρόφιμα, γαλακτοκομικά προίόντα, εμβάμματα σαλάτας, σάλτσες, αλοιφές και άλλα Κόμμεα και πηκτίνες 0 θερμίδες Συγκρατεί την υγρασία τροποποιεί την υφή και την αίσθηση στο Σε ευρεία γκάμα τροφών όπως ψημένα τρόφιμα, εμβάμματα 11

12 στόμα σαλάτας Κυτταρίνη (Cellulose0 0 θερμίδες Τροποποιεί την αίσθηση στο στόμα και την υφή Γαλακτοκομικά προϊόντα ß-γλυκάνη 1 4 θερμίδες/γραμμάριο Που παράγονται από πρωτεΐνες Προσθέτει πυκνότητα και υφή Σε ψημένα τρόφιμα και σε ποικιλία από τρόφιμα Μετουσιωμένη πρωτεΐνη και τροποποιημένος ορός γάλατος 1 4 θερμίδες/γραμμάριο Τροποποιεί την αίσθηση στο στόμα Γαλακτοκομικά, αλοιφές και προϊόντα αρτοποιίας Που παράγονται από λίπη Olestra 0 θερμίδες Τροποποιεί την υφή και την αίσθηση στο στόμα Αλμυρά σνακ (σταθεροποιητής για τηγανητά τρόφιμα) Caprenin και salatrim 5 θερμίδες/γραμμάριο Παρόμοιες ιδιότητες με το βούτυρο από κακάο Ψημένα τρόφιμα και γαλακτοκομικά προϊόντα Μονο- ή Δι- γλυκερίδια 9 θερμίδες/γραμμάριο - μειώνουν την ποσότητα του λίπους που χρειάζεται για την παρασκευή ενός τροφίμου Προσθέτει υγρασία, τροποποιεί την υφή και την αίσθηση στο στόμα Ψημένα τρόφιμα, φυτικοί αντικαταστάτες γαλακτοκομικών Πολλά χαμηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά τρόφιμα είναι διαθέσιμα σήμερα, χάρη στην αυξανόμενη χρήση ενός ή περισσότερων υποκατάστατων λίπους. Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται τα κυριότερα προϊόντα με μειωμένα λιπαρά σε συνάρτηση με την ποσοστιαία προτίμηση των καταναλωτών. 12

13 Πίνακας 2. Δημοφιλή προϊόντα με χαμηλά λιπαρα σε συνάρτηση με την ποσοστιαία προτίμηση των καταναλωτών. Δημοφιλή προϊόντα με χαμηλά λιπαρά % ποσοστό προτίμησης των καταναλωτών Γάλα με χαμηλά ή καθόλου λιπαρά 62 Εμβάμματα σαλάτας, σάλτσες ή μαγιονέζα 56 Τυρί/γαλακτοκομικά προϊόντα 50 Μαργαρίνη 44 Chips/σνακ φαγητού 40 Προϊόντα κρέατος 39 Παγωτό/παγωμένα γλυκίσματα 36 Κέικ/προϊόντα αρτοποιίας 32 Καραμέλες 18 Στο σημείο αυτό πρέπει να τονιστεί ότι είναι απαραίτητο να αποφεύγονται οι υπερβολές, διότι μπορεί να επιφέρουν κινδύνους. Δεν πρέπει επίσης να αγνοούνται οι βασικές ιδιότητες των λιπών που αναφέρθηκαν παραπάνω (Μπόσκου, 2004). 1.2 Ξανθάνη Η ξανθάνη είναι ένας φυσικός πολυσακχαρίτης που παράγεται από το βακτήριο Xanthomonas campestris με αερόβια διεργασία (Lorez et al., 1999). Είναι ένας από τους σημαντικότερος πολυσακχαρίτες στη βιομηχανία, έχοντας αντικαταστήσει ως τώρα πολλά γνωστά φυσικά και συνθετικά υδατοδιαλυτά κόμμεα. Στη βιομηχανία τροφίμων χρησιμοποιείται ευρέως ως παχυντής, σταθεροποιητής και ως υποκατάστατο λίπους και αποτελεί αντικείμενο συστηματικής μελέτης λόγω των εξαιρετικών ρεολογικών της ιδιοτήτων. 13

14 Η ξανθάνη είναι ένας ανιονικός εξωκυτταρικός υψηλού μοριακού βάρους ετερο-πολυσακχαρίτης. Αποτελείται από τρεις διαφορετικούς μονοσακχαρίτες, D- γλυκόζη, D-μαννόζη και D-γλυκουρονικό οξύ σε αναλογία 2:2:1. Ο βασικός σκελετός αποτελείται από μόρια β-d-γλυκόζης ενωμένα με (1,4) γλυκοζιτικούς δεσμούς. Το τμήμα αυτό είναι όμοιο με της κυτταρίνης. Σε κάθε δεύτερο μόριο γλυκόζης (θέση C-3) αυτού του πλέγματος υπάρχει ενωμένη, με α-(1 3) γλυκοζιτικό δεσμό, μία πλευρική αλυσίδα (τρισακχαρίτης) που περιλαμβάνει ένα μόριο γλυκουρονικού οξέος μεταξύ δύο μορίων μαννόζης. Η σύνδεση του γλυκουρονικού οξέος με την εσωτερική και την εξωτερική μαννόζη πραγματοποιείται μέσω ενός β-(1 2) και ενός β-(1 4) γλυκοζιτικού δεσμού, αντίστοιχα. Η επαναλαμβανόμενη μονάδα της ξανθάνης είναι ένας πεντασακχαρίτης. Τμήματα ακραίων μονάδων της μαννόζης είναι ακετυλιωμένα ή συνδέονται με πυροσταφυλικό οξύ (κετονική ομάδα πυροσταφυλικού οξέος, μαννόζη 4- και 6- θέσεις). Τα μεταλλικά ιόντα ενισχύουν τη σταθερότητα του πολυμερούς ελαττώνοντας τις ηλεκτροστατικές απώσεις μεταξύ των καρβοξυλικών ομάδων (Μπόσκου, 2004) (Εικόνα 1). Στην παρουσία γλυκουρονικού και πυροσταφυλικού οξέος οφείλεται η ανιονική συμπεριφορά του πολυσακχαρίτη (Vanderbilt, 2000). Εικόνα 1. Επαναλαμβανόμενη μονάδα του πεντασακχαρίτη της ξανθάνης. 14

15 είναι: Οι κυριότερες ιδιότητες της ξανθάνης που την καθιστούν ιδιαίτερα χρήσιμη η μεγάλη διαλυτότητά της σε θερμά και σε ψυχρά υδατικά διαλύματα η μεγάλη τιμή του ιξώδους των διαλυμάτων της ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις του πολυμερούς η ψευδοπλαστική ρεολογική συμπεριφορά της η αμελητέα επίδραση της θερμοκρασίας στο ιξώδες των διαλυμάτων της η σταθερότητα της σε όξινα και αλκαλικά διαλύματα η συμβατότητά της με άλλους πολυσακχαρίτες (Becker et al., 1998, Casas et al., 2000 και Garcia-Ochoa et al., 2000). Η ψευδοπλαστική συμπεριφορά των διαλυμάτων της ξανθάνης (ελάττωση του ιξώδους με την αύξηση της διατμητικής τάσης και σχεδόν ακαριαία επαναφορά του με την απομάκρυνση της τάσης αυτής) μπορεί να εξηγηθεί ως εξής: τα υψηλού μοριακού βάρους άκαμπτα ραβδοειδή μόρια της ξανθάνης σχηματίζουν μία οργανωμένη διαμόρφωση πολύπλοκων μοριακών συσσωματωμάτων (δικτύων) από ελαφρά συνδεδεμένα με δεσμούς υδρογόνου μόριά της. Αυτό το υψηλά οργανωμένο δίκτυο άκαμπτων μορίων που περιπλέκονται μεταξύ τους αυξάνουν το ιξώδες σε χαμηλούς ρυθμούς διάτμησης. Με την εφαρμογή διατμητικής τάσης πραγματοποιείται διαχωρισμός αυτού του δικτύου και ευθυγράμμιση των μεμονωμένων πολυμερών κατά τη φορά της διατμητικής δύναμης. Παρόλα αυτά, όταν η τάση τερματιστεί, τα συσσωματώματα επανασχηματίζονται αμέσως (Kelco N.C., 1996). 15

16 Εικόνα 2. Σχηματική διαμόρφωση δικτύου της ξανθάνης (Kelco N.C., 1996). Το1969 το FDA (Food & Drug Administration) ενέκρινε τη χρήση της ως πρόσθετο τροφίμων, ως σταθεροποιητή και παχυντή. Το 1980 επίσης, εγκρίθηκε από την Ευρωπαϊκή Ένωση η χρήση της ως πρόσθετο τροφίμων (Ε-415). Η ξανθάνη βρίσκει εφαρμογή σε διάφορα τρόφιμα όπως σε προϊόντα αρτοποιίας για σταθεροποίηση ή ζαχαροπλαστικής για επικάλυψη ζαχαρωτών και σε χυμούς φρούτων ως μέσο διάλυσης. Επίσης, σε τρόφιμα όπως η μαγιονέζα, τα εμβάμματα σαλάτας και οι έτοιμες σούπες η προσθήκη ξανθάνης ωςμέσο παχυρευστοποίησης και σταθεροποίησης του ιξώδους, εξασφαλίζει τη σταθερότητά τους για μεγάλο χρονικό διάστημα. Στα γαλακτοκομικά προϊόντα, όπως το παγωτό, το σοκολατούχο γάλα με χαμηλά λιπαρά χρησιμοποιείται η ξανθάνη ως σταθεροποιητής. Ακόμη συχνά χρησιμοποιείται ο συνδυασμός της ξανθάνης με άλλα κόμμεα σε προϊόντα τύπου γιαούρτης και σε γλυκίσματα με βάση το γάλα. 1.3 Βρώμη Η βρώμη (Avena sativa) ανήκει στην οικογένεια των αγροστωδών (Graminae). Είναι φυτό ποώδες, μονοετές, προτιμάει καλά στραγγιζόμενα εδάφη, μεσαίες θερμοκρασίες και αρκετή ηλιοφάνεια για τη βέλτιστη ανάπτυξη και απόδοση, ενώ παρουσιάζει αντοχή στο κρύο. Καλλιεργείται παντού αλλά κυρίως στη βόρεια Ευρώπη. Χρησιμοποιείται εκτεταμένα ως ζωοτροφή ενώ αποτελεί άριστη τροφή και για τον άνθρωπο. Επίσης σύμφωνα με την European Medicines Agency Evaluation of Medicines for Human Use (2008), η βρώμη έχει θεραπευτικές ιδιότητες, χρησιμοποιείται ως ηρεμιστικό και επουλωτικό, καθώς βρίσκει εφαρμογή και σε άλλους τομείς της Ιατρικής. Η βρώμη χρησιμοποιείται στη διατροφή του ανθρώπου με πολλούς τρόπους. Συνήθως παρασκευάζεται πληγούρι μετά από τεμαχισμό των καρπών, ή αλεύρι βρώμης μετά από άλεση. Η βρώμη καταναλώνεται κυρίως σε μορφή χυλού. Μπορεί όμως να χρησιμοποιηθεί και ως συστατικό σε πολλές συνταγές 16

17 όπως για παράδειγμα για γλυκά βρώμης, πληγούρι βρώμης, μπισκοτάκια και ψωμί βρώμης. Θεωρείται ιδιαίτερα υγιεινή τροφή. Παρουσιάζει ολοένα και μεγαλύτερο ενδιαφέρον εξαιτίας των άριστων ευεργετικών ιδιοτήτων στην υγεία. Η βρώμη περιέχει ανά 100 γραμμάρια : Ενέργεια 1,628 kj (389 kcal) Υδατάνθρακες 66,3 g Διαιτητικές ίνες 10,6 g, Λιπαρά 6,9 g, Πρωτεΐνες 16,9 g, Βιταμίνη (B5) 1,3 mg (26%) Βιταμίνη (B9) 56 μg (14%) Ασβέστιο 54 mg (5%) Σίδηρο 5 mg (38%) Μαγνήσιο 177 mg (50%) β-γλυκάνη 4 g, Τα ποσοστά συνιστώμενης ημερησίας πρόσληψης (που αναφέρονται εντός των παρενθέσεων) είναι σύμφωνα με τις οδηγίες του Αμερικανικού Οργανισμού Τροφίμων (USDA βάση δεδομένων θρεπτικών ουσιών). Είναι επίσης πηγή αντιοξειδωτικών, περιέχει τοκοφερόλες (Peterson & Qureshi, 1993) και φαινολικές ουσίες (Xing & White, 1997). Οι πρωτεΐνες της βρώμης θεωρούνται υψηλής βιολογικής αξίας λόγω των απαραίτητων αμινοξέων που περιέχουν όπως η λυσίνη και η κυστίνη και πολλά άλλα, σε σχέση με άλλους δημητριακούς καρπούς (EMEA, 2008). Το πρωτεϊνικό περιεχόμενο της βρώμης είναι υψηλότερο από το αντίστοιχο άλλων δημητριακών καρπών και το έλαιο της βρώμης περιέχει αξιόλογη αναλογία σε πολυακόρεστα λιπαρά οξέα (BeMiller και Whistler, 2009). Οι διαιτητικές ίνες βοηθούν στην καλή λειτουργία του πεπτικού συστήματος. Οι βιταμίνες του συμπλέγματος Β είναι απαραίτητες μεταξύ άλλων, για την προστασία του ανοσοποιητικού, το σχηματισμό των ιστών του οργανισμού, την παραγωγή ενέργειας και τον μεταβολισμό των υδατανθράκων. Τα αντιοξειδωτικά εξουδετερώνουν τις 17

18 ελεύθερες ρίζες και τις μετατρέπουν σε άλλες μη επιβλαβείς ουσίες ενισχύοντας την καλή λειτουργία του οργανισμού (Μπόσκου, 2004). Η βρώμη εξαιτίας της παρουσίας των β-γλυκανών που είναι διαλυτές φυτικές ίνες, οδηγεί σε μείωση των επιπέδων της «κακής» χοληστερόλης στο αίμα (LDL), με παράλληλη διατήρηση των επιπέδων της «καλής» χοληστερόλης στο αίμα (HDL) σε υψηλά επίπεδα. Οι β-γλυκάνες της βρώμης επηρεάζουν την απορρόφηση και την παραγωγή χοληστερόλης, ώστε να απομακρύνεται από το αίμα η μεγαλύτερη δυνατή ποσότητά της. Επιπρόσθετα, η κατανάλωσή της συμβάλλει στον έλεγχο σακχάρου και ινσουλίνης στο αίμα. Ενισχύει το αίσθημα κορεσμού, συμβάλλοντας με αυτόν τον τρόπο στον έλεγχο του σωματικού βάρους. Εξαιτίας όλων αυτών των ιδιοτήτων της βρώμης, οι ποσότητες που χρησιμοποιούνται για την ανθρώπινη κατανάλωση αυξάνονται όλο και περισσότερο. Οι βιομηχανίες παράγουν συνεχώς νέα προϊόντα, όπως δημητριακά για πρωινό, ροφήματα, προϊόντα αρτοποιίας, snack, ζυμωμένα τρόφιμα, γαλακτοκομικά προϊόντα, μπισκότα και παιδικές τροφές. Στη βιομηχανία τροφίμων η βρώμη και τα συστατικά της, ως επί το πλείστον οι β-γλυκάνες, χρησιμοποιούνται ως φυσικά υδροκολλοειδή, εξαιτίας της ικανότητας τους να δημιουργούν ένα τρισδιάστατο πλέγμα που συγκρατεί το νερό. Ικανότητα η οποία αυξάνει το ιξώδες υδατικών διαλυμάτων σχηματίζοντας σταθερές πηκτές. Με αυτό τον τρόπο τροποποιούν αρκετά αποτελεσματικά την υφή και τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά διαφόρων προϊόντων όπως οι σάλτσες και τα εμβάμματα σαλάτας, τα παγωτά και γενικότερα πάσης φύσης εδώδιμα γαλακτώματα. Ακόμη χρησιμοποιούνται ως υποκατάστατα λίπους στην παραγωγή τροφίμων χαμηλής θερμιδικής αξίας. Επίσης πολλές μελέτες γίνονται για να βελτιώσουν την θρεπτική αξία και την σταθερότητα αυτών των τροφίμων. Παρακάτω δίνονται ορισμένα παραδείγματα τροφίμων στα οποία η βρώμη ή τα συστατικά της ενσωματώνονται. Στην εργασία των Piñero και των συνεργατών (2008), μελετήθηκε η επίδραση της προσθήκης ινών βρώμης πηγή β-γλυκανών ως υποκατάστατο λίπους σε βοδινά μπιφτέκια με χαμηλά λιπαρά (<10%) στα φυσικά, χημικά, 18

19 μικροβιολογικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά. Ο Shilpi Gupta και οι συνεργάτες (2010), χρησιμοποίησαν βρώμη, σουκρόζη και αρχική καλλιέργεια Lactobacillus plantarum για την ανάπτυξη ενός ζυμούμενου ποτού Αλεύρι βρώμης Το αλεύρι παράγεται στις αλευροβιομηχανίες από τον σπόρο της βρώμης ή από ολόκληρο τον καρπό με σύνθλιψη και το προϊόν που παράγεται είναι το αλεύρι βρώμης και το ολικής αλέσεως αλεύρι βρώμης. Είναι πλούσιο σε διαιτητικές ίνες και κυρίως σε β-γλυκάνες γι αυτό το λόγο αποτελεί άριστη πρώτη ύλη για την παραγωγή προϊόντων υψηλής διατροφικής αξίας. Σύμφωνα με τη εργασία των Biel και των συνεργατών (2009), που προσδιόρισαν τη χημική σύνθεση και τη διατροφική αξία του καρπού με και χωρίς τα πίτυρα (φλοιό), αναφέρουν πως ο αποφλοιομένος καρπός της βρώμης περιείχε υψηλότερο επίπεδο πρωτεϊνών και λιπαρών υλών και μικρότερη συγκέντρωση διαιτητικών ινών από ολόκληρο το καρπό. Οι ίδιοι αναφέρουν επίσης πως από θρεπτική άποψη, λόγω της μεγαλύτερης περιεκτικότητας σε απαραίτητα λιπαρά οξέα, ο αποφλοιωμένος καρπός αποτελεί καλύτερη τροφή για τα μονογαστρικά ζώα και τον άνθρωπο. Ένα πολύ σημαντικό συστατικό του αλεύρου βρώμης με τεχνολογικό ενδιαφέρον είναι το άμυλο λόγω της ιδιότητάς του να ζελατινοποιείται. Το άμυλο βρίσκεται με τη μορφή κοκκιδίων που περιέχουν γραμμικές αλυσίδες αμυλόζης και διακλαδισμένες αλυσίδες αμυλοπηκτίνης. Οι κόκκοι είναι αδιάλυτοι στο κρύο νερό ωστόσο κατά τη θέρμανση ενυδατώνονται και διογκώνονται. Οι αλυσίδες της αμυλόζης και της αμυλοπηκτίνης διαχέονται στο διάλυμα και το ιξώδες αυξάνεται απότομα (Μπόσκου, 2004). Αναφέρεται επίσης από τους BeMiller και Whistler (2009) ότι το άμυλο βρώμης βρίσκει εφαρμογή στα παγωτά, στα παγωμένα γλυκίσματα, στα milk shakes, στα εμβάμματα σαλάτας και στις σούπες. Τέλος, αναφάρεται ότι ο συνδυασμός αμύλου βρώμης με υδρολυμένη βρώμη ή με ξανθάνη χρησιμοποιείται ως παχυντής σε γλυκόξινες σος. 19

20 1.4 Προβιοτικά τρόφιμα Η έρευνα και η ανάπτυξη των λειτουργικών τροφίμων με ευεργετική δράση στην υγεία του ανθρώπου εμφανίζουν ραγδαία εξέλιξη με δεδομένο ότι η υγεία του ανθρώπου είναι συνδεδεμένη με την διατροφή του (Siró et al. 2007). Τα λειτουργικά τρόφιμα δεν αποτελούν μια καθορισμένη ομάδα προϊόντων. Ο ορισμός που έχει προταθεί από την Ευρωπαϊκή Αρχή (FUFOSE) είναι «εγκεκριμένος» σύμφωνα με τον οποίο: «Ένα τρόφιμο μπορεί να θεωρηθεί ως λειτουργικό αν αποδεικνύεται ικανοποιητικά ότι επηρεάζει ευεργετικά μία ή περισσότερες λειτουργίες του σώματος, πέρα από τα επαρκή θρεπτικά αποτελέσματα, κατά τέτοιο τρόπο που να έχει σχέση είτε με βελτίωση της υγείας είτε με ευημερία και/ ή τη μείωση κινδύνων από ασθένειες. Ένα λειτουργικό τρόφιμο πρέπει να παραμένει τρόφιμο και να εκδηλώνει τα αποτελέσματά του σε ποσότητες που αναμένεται ότι θα καταναλωθούν στο πλαίσιο μιας κανονικής διατροφής: δεν είναι δισκίο ή κάψουλα, αλλά μέρος μιας συνηθισμένης διατροφής» (Diplock et all, 1999). Τα προβιοτικά τρόφιμα κατέχουν ένα μεγάλο μέρος των λειτουργικών τροφίμων. Πρόκειται, για τρόφιμα εμπλουτισμένα με καλλιέργειες μικροοργανισμών που έχουν προβιοτικές ιδιότητες (probiotic). Η λέξη προβιοτικό προέκυψε από τη σύνθεση «προ» και «βιοτικό» που σημαίνει «ζωή» (δηλ. προβιοτικό: για την ζωή). Ένας ορισμός που προσεγγίζει την έννοια του προβιοτικού είναι ο εξής: «προβιοτικό είναι ένα σκεύασμα ή ένα προϊόν το οποίο περιέχει σε επαρκείς αριθμούς ζώντες, συγκεκριμένους μικροοργανισμούς, που μεταβάλλουν θετικά την μικροχλωρίδα σε ένα τμήμα του ξενιστή, ασκώντας έτσι ευεργετικές επιδράσεις στην υγεία του». Κατ επέκταση, ως προβιοτικές καλλιέργειες ορίζονται συγκεκριμένα στελέχη ζωντανών μικροοργανισμών, η παρουσία των οποίων στο έντερο, στην δραστική τους μορφή και σε επαρκή πληθυσμό, επιδρά με θετικό τρόπο στην υγεία του ανθρώπου (ξενιστή) (FAO/WHO, 2001). Οι μικροοργανισμοί του γένους Lactobacillus και Bifidobacterium, είναι τα κύρια γένη των βακτηρίων που χρησιμοποιούνται σήμερα ως προβιοτικά για τον εμπλουτισμό διαφορετικών κατηγοριών τροφίμων. 20

21 Τα προβιοτικά προϊόντα κατέχουν ένα ολοένα αυξανόμενο μερίδιο στην αγορά με τα γαλακτοκομικά προϊόντα βρίσκονται στην πρώτη θέση της ζήτησης (Siro et al., 2008). Η προβιοτική καλλιέργεια Lactobacillus acidophilus ή/και Bifidobacterium spp. εμπλουτίζει πολλά γαλακτοκομικά προϊόντων, όπως γάλα, γιαούρτι και ροφήματα γιαουρτιού (Champagne & Gardner, 2005). Επίσης, σε πολλά είδη τυριών η προβιοτική καλλιέργεια χρησιμοποιείται μαζί με την καλλιέργεια εκκίνησης συμμετέχοντας και στην ωρίμανσή τους. Προβιοτικοί μικροοργανισμοί έχουν ενσωματωθεί και στην σκόνη γάλακτος που αποτελεί βάση για παιδικές τροφές, γλυκά, προϊόντα ζαχαροπλαστικής, παγωτά και σοκολάτες και σε διάφορους χυμούς φρούτων και λαχανικών (Champagne et al., 2005; Siro et al., 2008; Espinoza & Navarro, 2008). Οφέλη στην υγεία που προέρχονται από τους προβιοτικούς μικροοργανισμούς Η ευεργετική δράση των προβιοτικών μικροοργανισμών έχει συσχετιστεί κυρίως με την αυξημένη αντοχή τους έναντι παθογόνων μικροοργανισμών και την ικανότητά τους να τους αναστέλλουν, λόγω της παραγωγής αντιμικροβιακών ουσιών (βακτηριοσίνες ή οξέα), αλλά και εξαιτίας της ανταγωνιστικής δράσης, και της ενίσχυσης του ανοσοποιητικού συστήματος (Shah, 2007). Μελέτες, έχουν καταδείξει τη δράση των προβιοτικών μικροοργανισμών έναντι διαφόρων ασθενειών που σχετίζονται κυρίως με την διατάραξη της φυσιολογικής μικροχλωρίδας του εντέρου, όπως: Πρόληψη διάρροιας που προκαλείται από παθογόνα βακτήρια και ιούς Μόλυνση και επιπλοκές από το Helicobacter pylori Φλεγμονώδεις ασθένειες και εντερικό Καρκίνος Αλλεργίες Κριτήρια που πρέπει να πληρούν οι προβιοτικοί μικροοργανισμοί Τα στελέχη των προβιοτικών οργανισμών θα πρέπει να είναι ικανά να παρέχουν τα οφέλη τους στο ξενιστή μέσω της ενεργοποίησης τους, της 21

22 ανάπτυξης και της δραστικότητας τους στον ανθρώπινο οργανισμό. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η διατήρηση της ζωτικότητας τους μέχρι να φτάσουν στην περιοχή στόχο και να παραμείνουν δραστικά μέχρι και εκείνο το σημείο (Champagne & Gardner, 2005, Κιοσέογλου & Μπλέκας, 2009). Τα κριτήρια επιλογής αναφέρονται στην Εικόνα 3. Εικόνα 3. Κριτήρια επιλογής των προβιοτικών μικροοργανισμών. (Πηγή εικόνας: Mattila-Sandholm et al, 2002) Τα κριτήρια που πρέπει να ικανοποιεί ένας μικροοργανισμός ώστε να χαρακτηρίζεται ως προβιοτικό είναι τα παρακάτω (Saarela et al. 2000, Salminel et al, 1998, Κιοσέογλου & Μπλέκας, 2009): Να μην είναι παθογόνος και να μην έχει ιστορικό παθογένειας. Να είναι αποδεκτός ως ασφαλής (GRAS). Να μην έχει ιστορικό σύνδεσης με ασθένειες όπως η λοιμώδης ενδοκαρδίτιδα. Να μη φέρει μεταβιβάσιμα γονίδια για ανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά. Να μη δεσμεύει το ινοδογώνο (πρωτεΐνη του πλάσματος) και να μην έχει αιμολυτική δράση 22

23 Να μην αποικοδομεί τα χολικά άλατα και τις μουκίνες (γλυκοπρωτεΐνες που αποτελούν συστατικά του γαστρικού και του εντερικού υγρού). Να μην ευνοεί τον σχηματισμό βιογενών αμινών. Να μην ενεργοποιεί προ-καρκινογόνους παράγοντες και να μην αποικοδομεί θρόμβους με την δράση των υδρολυτικών του ενζύμων. Για χρήση στα τρόφιμα πρέπει να είναι ανθρώπινης προέλευσης. Να αντέχει σε όξινο περιβάλλον και στο περιβάλλον του ανθρώπινου γαστρικού υγρού. Να προσκολλάται στα επιθηλιακά κύτταρα του βλεννογόνου του εντέρου του ανθρώπου. Να αποικεί το έντερο του ανθρώπου. Να παρουσιάζει ανταγωνιστική δράση έναντι των παθογόνων μικροοργανισμών (Helicobacter pylori, Salmonella Sp., Listeria monocytogenes, Clostridium difficile). Να έχει αντι-μεταλλαξιγόνες και αντικαρκινογενετικές ιδιότητες. Για να διατηρηθούν τα διατροφικά πλεονεκτήματα των προβιοτικών τροφίμων είναι απαραίτητη η βελτιστοποίηση των συνθηκών καλλιέργειας του μικροοργανισμού, καθώς και της τεχνολογίας παραγωγής του τροφίμου με την ενσωμάτωση του μικροοργανισμού σε αυτό. Στόχος είναι να επιτευχθεί η μέγιστη δυνατή βιωσιμότητα του μικροοργανισμού ( cfu/g τροφίμου) τόσο κατά την παραγωγή και διατήρηση του προβιοτικού τροφίμου, όσο και κατά την κατανάλωση του (Richardson, 1996; Talwalkar et al. 2004) χωρίς να επηρεαστούν αρνητικά τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του τροφίμου στόχου. Οι σημαντικότεροι παράγοντες που επηρεάζουν την επιβίωση του μικροοργανισμού είναι η σύσταση και το ph του τροφίμου και η θερμοκρασία αποθήκευσής του. Επίσης, σε τρόφιμα με ph χαμηλότερο του 4,4 (π.χ. 23

24 επιδόρπια γιαουρτιών, αφεψήματα) ο συνδυασμός του όξινου περιβάλλοντος και της μακράς διάρκειας αποθήκευσης του τροφίμου έχει βρεθεί ότι επηρεάζει αρνητικά την επιβίωση του μεγαλύτερου αριθμού των προβιοτικών στελεχών (Jardine, 2009). Οι γαλακτοβάκιλοι Οι γαλακτοβάκιλοι είναι Gram θετικά (+), μη σπορογόνα, ραβδόμορφα βακτήρια διαφόρων μεγεθών, από κοκκοβακίλους έως μεγάλα κύτταρα, που σχηματίζουν αλυσίδες. Είναι συνήθως ακίνητα, ενώ όταν είναι κινητά φέρουν περίτριχα μαστίγια. Οι γαλακτοβάκιλοι χρησιμοποιούν ως πηγή άνθρακα κυρίως την γλυκόζη και μπορεί να είναι είτε μονοζυμωτικοί (με κύρια παράγωγη του γαλακτικού οξέος από την γλυκόζη ), είτε ετεροζυμωτικοί (με παραγωγή γαλακτικού οξέος, διοξειδίου του άνθρακα, αιθανόλης και οξικού οξέος). Αν και οι γαλακτοβάκιλοι έχουν ιδιαίτερες θρεπτικές απαιτήσεις (σε αμινοξέα, πεπτίδια, βιταμίνες και άλλα), μπορούν να επιβιώσουν σε μια ευρεία περιοχή συνθηκών με την προϋπόθεση ότι πάντα θα υπάρχει διαθέσιμη πηγή υδατανθράκων, αζώτου και βιταμινών (Jardine, 2009). Έχουν την ικανότητα να επιβιώνουν σε συνθήκες χαμηλών τιμών ph καθώς και οι ίδιοι παράγουν οργανικά οξέα με αποτέλεσμα τη μείωση της τιμής του ph του μικροπεριβάλλοντός τους. Αυτή η ικανότητά τους δίνει ανταγωνιστικό πλεονέκτημα έναντι των άλλων μικροβίων που θα βρεθούν στις συγκεκριμένες συνθήκες σε αυτό το περιβάλλον. Στελέχη γαλακτοβακίλων έχουν απομονωθεί από την στοματική κοιλότητα, το στομάχι και το παχύ και λεπτό έντερο. Γαλακτοβάκιλοι έχουν επίσης, ανιχνευθεί και στο τελικό τμήμα του ειλεού καθώς και στο κόλον (Jardine, 2009). Με βάση τη θερμοκρασία ανάπτυξή τους, το γένος Lactobacillus διακρίνεται σε τρεις κατηγορίες: τα thermobacteria, τα streptobacteria και τα betabacteria. Τα είδη της ομάδας thermobacterium αναπτύσσονται σε υψηλές θερμοκρασίες. Στην ομάδα των streptobacterium ανήκουν και τα στελέχη της κατηγορίας L. casei, τα οποία αναπτύσσονται ακόμα και στους 6 ο C. Τέλος, στην 24

25 ομάδα betabacterium ταξινομούνται 11 είδη γαλακτοβακίλων που έχουν όλοι τη δυνατότητα να αναπτύσσονται σε θερμοκρασία 15 ο C (Λιτοπούλου Τζανετάκη, 2004). Τέλος οι γαλακτοβάκιλοι είναι, κυρίως, προαιρετικώς αναερόβιοι μικροοργανισμοί. Η παρουσία CO 2 σε ποσοστό 5-10% και οι μερικώς αναερόβιες συνθήκες διεγείρουν την ανάπτυξή τους (Λιτοπούλου Τζανετάκη, 2004). 1.5 Πρεβιοτικά Ο όρος πρεβιοτικό εισήχθη από τους Gibson & Roberfroid (1995) οι οποίοι αντάλλαξαν το πρόθεμα «προ», με το πρόθεμα «πρε», που σημαίνει «πριν» αντί «για». Ο ορισμός που θα μπορούσε να δοθεί για το πρεβιοτικό είναι: «πρεβιοτικό είναι ένα άπεπτο συστατικό ενός τροφίμου το οποίο επιδρά ευεργετικά στον ξενιστή, διεγείροντας εκλεκτικά την ανάπτυξη και/ή τη δραστηριότητα ενός περιορισμένου αριθμού βακτηρίων στο έντερο». Τα προβιοτικά συνδυάζονται συχνά με συστατικά που έχουν πρεβιοτικές ιδιότητες. Τα πρεβιοτικά είναι μη διασπώμενα από τον οργανισμό συστατικά των τροφίμων που δρουν και ενεργοποιούν την ανάπτυξη και τη δραστηριότητα των βακτηρίων του παχέως εντέρου με αποτέλεσμα την ευεργετική επίδραση στην υγεία του ξενιστή. Τα πρεβιοτικά φτάνουν στο κόλον χωρίς να διασπαστούν και εκεί λειτουργούν ως υπόστρωμα για τα ενδογενή βακτήρια του ξενιστή. Πολλά συστατικά των τροφίμων, ιδιαίτερα αρκετοί ολιγοσακχαρίτες και πολυσακχαρίτες (συμπεριλαμβάνονται οι διαιτητικές ίνες), διεκδικούν να έχουν πρεβιοτική δραστηριότητα, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη τα απαιτούμενα κριτήρια. Δεν είναι όλοι οι διαιτητικοί υδατάνθρακες πρεβιοτικά. Αυτά τα κριτήρια είναι: Αντοχή στη γαστρική δραστηριότητα, στην υδρόλυση από τα ένζυμα των θηλαστικών και στη γαστρεντερική απορρόφηση Ζύμωση από την εντερική μικροχλωρίδα 25

26 Εκλεκτική αύξηση της ανάπτυξης ή/και της δραστηριότητας αυτών των εντερικών βακτηρίων που συμβάλλουν στη υγεία και στη ευεξία (Roberfroid, 1999). Στην κατηγορία των πρεβιοτικών ανήκουν μη αφομοιώσιμοι υδατάνθρακες (ολιγοσακχαρίτες, όπως για παράδειγμα η ραφφινόζη, η ινουλίνη, οι β-γλυκάνες και οι φρούκτοολιγοσακχαρίτες). Τέλος, αξίζει να σημειωθεί μία ακόμη ευεργετική δράση των πρεβιοτικών, η παρουσία των οποίων διεγείρουν την αύξηση των βακτηρίων του γαλακτικού οξέος με αποτέλεσμα την ακόλουθη διέγερση της παραγωγής βουτυρικού οξέος (Olano-Martin et al., 2000). Το βουτυρικό οξύ χρησιμεύει ως πηγή ενέργειας για τα εντεροκύτταρα και πιθανώς συνδέεται με τις αντικαρκινικές ιδιότητες των πρεβιοτικών. Το προπιονικό οξύ που παράγεται επίσης, παρεμποδίζει τη διαδικασία σύνθεσης χοληστερόλης και ίσως αυτός είναι ο λόγος που τα πρεβιοτικά συνδέονται με τη μείωση της χοληστερόλης στο αίμα Ινουλίνη Η ινουλίνη είναι ένα φυσικό συστατικό πολλών φρούτων και λαχανικών και παραλαμβάνεται από αυτά με εκχύλιση με ζεστό νερό (Villegas & Costell,2006). Το μόριο της ινουλίνης αποτελείται από μία αλυσίδα μορίων φρουκτόζης (ο αριθμός των οποίων είναι μεταξύ 2 και 60) που συνδέονται μεταξύ τους με β- (2 1) δεσμό και ένα τελικό μόριο γλυκόζης που συνδέεται με την υπόλοιπη αλυσίδα με δεσμό α-(1 2). Εικόνα 4. Δομή ινουλίνης. 26

27 Ο βαθμός πολυμερισμού της ινουλίνης εξαρτάται από την πηγή προέλευσης, το χρόνο συγκομιδής του φυτού και τη διαδικασία παραλαβής της, γι' αυτό και συνήθως απαντάται ως μίγμα ολιγομερών (με μέσο βαθμό πολυμερισμού < 10 ) και πολυμερών (με μέσο βαθμό πολυμερισμού 22-25) (Kim et al, 2001). Η ινουλίνη δρα ως πρεβιοτικό καθώς δεν μεταβολίζεται από τον ανθρώπινο οργανισμό και φτάνει στο κόλον όπου και μεταβολίζεται από τη βιογενή μικροχλωρίδα του εντέρου (Dahl et al, 2004). Τα βακτήρια που έχουν την δυνατότητα να μεταβολίσουν την ινουλίνη είναι κυρίως προβιοτικά στελέχη που ανήκουν στα γένη Lactobacillus και Bifidobacterium. Τα στελέχη αυτά παράγουν τα ένζυμα β-φρουκτοσιδάσες, που είναι απαραίτητα για τον μεταβολισμό της ινουλίνης. Ανάλογα με τον βαθμό πολυμερισμού της, τα ολιγομερή της ινουλίνης μεταβολίζονται κυρίως στο αρχικό τμήμα του κόλον, ενώ οι μεγάλου μοριακού βάρους αλυσίδες ινουλίνης μεταβολίζονται στο ακραίο του τμήμα (Tarrega et al., 2009). Προϊόντα του μεταβολισμού της ινουλίνης είναι μικρής αλυσίδας λιπαρά οξέα, οξικό οξύ και εντερικά αέρια. Αποτέλεσμα της παραγωγής των λιπαρών οξέων και του οξικού οξέος είναι η πτώση της τιμής του ph στο περιβάλλον των προβιοτικών βακτηρίων. Το χαμηλό ph έχει ανασταλτική δράση έναντι της ανάπτυξης παθογόνων βακτηρίων και κλωστριδίων (Gibson & Roberfroid, 1994, Dahl et al., 2004). Εκτός από πρεβιοτικό, η ινουλίνη είναι και διαιτητική ίνα. Πέραν της δράσης της ως πρεβιοτικό, η ινουλίνη έχει σημαντικές τεχνολογικές ιδιότητες και εφαρμογές κυρίως ως γλυκαντική ουσία χαμηλής θερμιδικής αξίας (1,5 Kcal/g) και ως μιμητικό λίπους (Villegas & Costell, 2006). Οι ιδιότητες αυτές της ινουλίνης εξαρτώνται από το βαθμό πολυμερισμού των αλυσίδων της. Τα μόρια της ινουλίνης με μέσο βαθμό πολυμερισμού < 10 είναι περισσότερο διαλυτά στο νερό και έχουν γλυκύτητα παρόμοια με αυτήν της σακχαρόζης. Τα μόρια της ινουλίνης με μέσο βαθμό πολυμερισμού μεταξύ είναι σταθερά σε υψηλές θερμοκρασίες (μέχρι και 190 ο C), λιγότερο διαλυτά στο νερό και αυξάνουν το ιξώδες του διαλύματος στο οποίο προστίθενται (Tarrega et al, 2009). Ως μιμητικό λίπους χρησιμοποιείται η ινουλίνη με υψηλό βαθμό πολυμερισμού. Η ιδιότητά της αυτή βασίζεται στην ικανότητα σχηματισμού 27

28 κρυστάλλων που αλληλεπιδρούν και σχηματίζουν μία δομή που εγκλωβίζει τα μόρια του διαλύτη και δίνει την αίσθηση λίπους. Τα τρόφιμα στα οποία η ινουλίνη προστίθεται ως συστατικό για την ανάπτυξη δομής απομίμησης του λίπους δίνουν συνήθως μια πιο κρεμώδη υφή στο στόμα ενώ η δομή και η γεύση τους παραμένουν ανεπηρέαστα (Jardine, 2009) β-γλυκάνες Οι β-γλυκάνες βρίσκονται στα κυτταρικά τοιχώματα των ζυμών, των μυκήτων και των δημητριακών φυτών όπως η βρώμη, το κριθάρι, η σίκαλη καθώς και στα λεγόμενα φαρμακευτικά μανιτάρια, όπως το Phellinus Linteus ή το Sparassis cripta (Jung et al., 2007, Kim et al., 2006). Η περιεκτικότητα της β- γλυκάνης στο κριθάρι, τη βρώμη, τη σίκαλη και το σιτάρι είναι 3-11%, 3-7%, 1-2% και,1%, αντίστοιχα (Cui & Wood, 2000). Είναι δομικοί πολυσακχαρίτες και εντοπίζονται κυρίως στα κυτταρικά τοιχώματα του ενδοσπερμίου και της στοιβάδας της αλευρώνης. Ανάλογα με το είδος του δημητριακού καρπού, υπάρχει μια διαφορετική κατανομή των β-γλυκανών στο σπόρο και η συγκέντρωση των β-γλυκανών εξαρτάται από την ποικιλία (γενοτυπικός παράγοντας) και από τις εδαφοκλιματικές συνθήκες της καλλιέργειας. Είναι γραμμικοί ομοπολυσακχαρίτες, οι οποίοι αποτελούνται από μονάδες D-γλυκοπυρανόζης που ενώνονται με δύο τύπους γλυκοσιδικών δεσμών: β (1 4) σε ποσοστό περίπου 70% και β-(1 3) σε ποσοστό περίπου 30% (Roubroeks et al., 2000). Μονάδες γλυκόζης ενώνονται διαδοχικά με β (1 4) σχηματίζοντας ολιγομέρη κυτταρίνης, τα οποία διακόπτονται από κάποιο μεμονομένο β-(1 3) δεσμό (Εικόνα 5). Όσον αφορά τη συμπεριφορά των β- γλυκανών σε διαλύματα, τα τμήματα ολιγομερών τύπου κυτταρίνης συμβάλουν στην ακαμψία της αλυσίδας του μακρομορίου στο διάλυμα. Επιπλέον τα ολιγομερή τμήματα με β-(1 4) δεσμούς εμφανίζουν την τάση να σχηματίζουν διαμοριακά συσσωματώματα (εξαιτίας της δημιουργίας ισχυρών δεσμών υδρογόνου κατά μήκος των τμημάτων αυτών) με αποτέλεσμα να επιδεικνύουν χαμηλότερη διαλυτότητα. Αντιθέτως οι β-(1 3) δεσμοί διαταράσσουν την 28

29 κανονικότητα της ακολουθίας των β-(1 4) δεσμών με αποτέλεσμα να καθιστούν το μόριο διαλυτό και εύλικτο (Buliga et al., 1986). Η παρουσία των β-(1 3) στην αλυσίδα του πολυσακχαρίτη δεν επιτρέπει την στοίχιση των αλυσίδων τη μία κοντά στην άλλη στις εκτεταμένες περιοχές με αποτέλεσμα το μόριο να παραμένει στο διάλυμα (Woodward et al., 1988)....G G Όπου: G :μονάδες G G G G : μονάδες β-d-γλυκοπυρανόζης n : 1-20 G G G G G : (1 3) δεσμός G (G)n G G G G : (1 4) δεσμός G G G G G G G G G G G G... Εικόνα 5. Γενικευμένη δομή β-γλυκανών. Τα διαλύματα β-γλυκανών συμπεριφέρονται ως τυπικά μοριακά συστήματα σε διασπορά, με την πάροδο όμως του χρόνου το σύστημα αποκτά ιδιότητες πηκτής (Bohm & Kulicke, 1999). Οι Fincher και Stone (1986) αναφέρουν ότι η πηκτή σχηματίζεται όταν τμήματα της αλυσίδας των ολιγομερών τύπου κυτταρίνης με περισσότερες από τρεις συνεχόμενες β-(1 4) μονάδες γλυκόζης συνδέονται έτσι ώστε να σχηματίσουν συσσωματώματα. Ενώ οι Bohm 29

30 και Kulicke (1999) προτείνουν το σχηματισμό πηκτής με την ανάπτυξη ενός τρισδιάστατου δικτυώματος από συνάθροιση αλλεπάλληλων μονάδων τρισακχαρίτη σχηματίζοντας εκτεταμένες ζώνες σύνδεσης. Οι β-γλυκάνες χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία τροφίμων ως φυσικά υδροκολλοειδή, λόγω της ικανότητας τους να αυξάνουν το ιξώδες υδατικών διαλυμάτων και της δυνατότητας τους να σχηματίζουν υδροπηκτές (Lazaridou et al., 2007). Κάποια από τα τρόφιμα που βρίσκουν εφαρμογή οι β-γλυκάνες είναι οι σάλτσες, τα εμβάμματα σαλάτας, τα αρτοσκευάσματα, τα παγωτά ως τροποποιητές της υφής και των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών (Izydorczyk & Billiaderis, 2000) καθώς και ως υποκατάστατα λίπους στην παρασκευή τροφίμων χαμηλής θερμιδικής αξίας (Inglett, 1990) Οι β-γλυκάνες της βρώμης εμφανίζουν πρεβιοτική δράση, διότι το πεπτικό σύστημα του ανθρώπου δεν διαθέτει τα κατάλληλα ένζυμα για τη διάσπαση και αφομοίωςή τους. Οι β-γλυκάνες δείχνουν προτίμηση στο γένος Lactobacillus και όχι τόσο στα Bacteroides και τα Coliforms σύμφωνα με τους Dongowski και συνεργάτες (2002). Ομοίως οι Jaskari και συνεργάτες (1998), έδειξαν ότι τα ολιγομερή από β-γλυκάνες βρώμης, τα οποία ανθίσταται στην πέψη στο πάνω τμήμα του εντέρου ευνοούν την ανάπτυξη του γένους Lactobacillus spp. Ζυμώνονται ολοκληρωτικά ή μερικά από την μικροχλωρίδα του παχέους εντέρου, τα βακτήρια της οποίας διαθέτουν τις απαραίτητες γλυκοσιδάσες, σχηματίζοντας μικρής αλυσίδας λιπαρά οξέα όπως το προπιονικό και το βουτυρικό τα οποία προστατεύουν τη βλεννώδη μεμβράνη του παχέος εντέρου και αποτελούν πηγή ενέργειας των κυττάρων του εντερικού επιθηλίου, εξασφαλίζοντας επομένως την καλή λειτουργία και υγεία του εντέρου (Malkki & Virtanen, 2001). Για τον ευεργετικό ρόλο των β-γλυκανών στη μείωση της συγκέντρωσης της χοληστερόλης στο αίμα αναφέρεται ένας μεγάλος αριθμός κλινικών δεδομένων. Συγκεκριμένα η κατανάλωση προϊόντων που περιέχουν β-γλυκάνες επιφέρει επιλεκτική μείωση της LDL χοληστερόλης ενώ αυξάνει την HDL χοληστερόλη ή αυξάνει την αναλογία της HDL προς LDL χοληστερόλης. Οι διαλυτές β-γλυκάνες θεωρούνται ότι αυξάνουν το ιξώδες του εντερικού 30

31 περιεχομένου και μειώνουν την απορρόφηση της χοληστερόλης και άλλων λιπαρών ουσιών. Τέλος αρκετές κλινικές μελέτες έχουν δείξει ότι η κατανάλωση τροφίμων εμπλουτισμένων σε β-γλυκάνες από βρώμη και κριθάρι συμβάλλουν στη μείωση του γλυκαιμικού δείκτη και του δείκτη ινσουλίνης. Η ποσότητα της β-γλυκάνης στα προϊόντα θα πρέπει να είναι αρκετή ώστε να φτάνει το επίπεδο που απαιτείται προκειμένου να επιφέρει τις ευεργετικές της δράσεις. Η FDA (U.S. Food and Drug Administration) προτείνει 3g β-γλυκάνης ημερησίως, με σύσταση κατανομής σε 4 μερίδες των 0,75g, προκειμένου τα τρόφιμα που περιέχουν β-γλυκάνη να θεωρούνται ότι προάγουν την υγεία. 1.6 Συμβιωτικές ενώσεις Ο όρος συμβιωτικά χρησιμοποιείται όταν ένα προϊόν περιέχει τόσο προβιοτικά όσο και πρεβιοτικά. Ο συνδυασμός αυτών των δύο, που αναφέρεται ως συμβιωτική επίδραση, έχει ευυεργετικά αποτελέσματα στον ξενιστή, βελτιώνοντας την επιβίωση και την εμφύτευση των ζωντανών μικροβιακών κυττάρων στη γαστρεντερική μικροχλωρίδα. Αυτό επιτυγχάνεται με την εκλεκτική διέγερση της ανάπτυξης ή της δραστηριότητας του καταβολισμού ενός ή περιορισμένου αριθμού βακτηρίων που προωθούν την υγεία στον εντερικό σωλήνα βελτιώνοντας έτσι τη μικροβιακή ισορροπία (Amenta et al., 2006). Επειδή η λέξη συμβιωτικό υπαινίσσεται τη λέξη συνεργισμός, ο όρος θα πρέπει να χρησιμοποιείται με επιφύλαξη για προϊόντα στα οποία το πρεβιοτικό συστατικό ευνοεί εκλεκτικά το προβιοτικό συστατικό. 1.7 Γαλακτώματα Ως γαλάκτωμα ορίζεται το κολλοειδές σύστημα διασποράς δυο μη αναμίξιμων υγρών (συνήθως έλαιο και νερό). Το ένα υγρό απαντά με τη μορφή αιωρούμενων σταγονιδίων (μεγέθους 0,1 έως 100 μm) στο δεύτερο υγρό, που 31

32 αποτελεί και τη συνεχή φάση του γαλακτώματος (McClements, 1998, Friberg et al, 2009). Τα γαλακτώματα μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σύμφωνα με την κατανομή των φάσεων του ελαίου και του νερού σε: α) γαλακτώματα ελαίου σε νερό (ε/ν), στα οποία τα σταγονίδια του ελαίου διασπείρονται στη συνεχή φάση του νερού. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν τα εμβάμματα σαλάτας (salad dressings), οι μαγιονέζες και οι κρέμες γάλακτος. β) γαλακτώματα νερού σε έλαιο (ν/ε), στα οποία τα σταγονίδια του νερού διασπείρονται στη φάση του ελαίου. Στα γαλακτώματα αυτά ανήκουν το βούτυρο και η μαργαρίνη. γ) εκτός από τον σχηματισμό των απλών γαλακτωμάτων, είναι δυνατός και ο σχηματισμός γαλακτωμάτων πολλαπλής φάσης του είδους ε/ν/ε ή ν/ε/ν (Dickinson & McClements, 1995), όπου συνυπάρχουν και οι δύο κατηγορίες γαλακτώματος ελαίου σε νερό (ε/ν) και νερού σε έλαιο (ν/ε). Τα γαλακτώματα είναι ετερογενή, θερμοδυναμικώς ασταθή, φυσικοχημικά συστήματα, διότι ενεργειακά δεν ευνοείται η ανάμιξη του ελαίου με το νερό. Τα γαλακτώματα είναι ασταθή από θερμοδυναμική άποψη εξαιτίας της μεγάλης ποσότητας ελεύθερης ενέργειας στη διεπιφάνεια των δύο υγρών (Halling, 1981). Υπάρχουν τέσσερις μηχανισμοί αποσταθεροποίησης των γαλακτωμάτων, όπως φαίνεται στην εικόνα 6. Οι μηχανισμοί αυτοί είναι η αποκορύφωση (creaming), η συσσωμάτωση (flocculation), η συγχώνευση (coalescence) και η ιζηματoαπόθεση (sedimentation) (McClements, 1998). Αποκορύφωση είναι η ανοδική κίνηση των σταγονιδίων του ελαίου, λόγω της διαφοράς πυκνότητας με την υδατική φάση, χωρίς παράλληλα να παρατηρείται κάποια μεταβολή στο μέγεθος τους (Melik & Fogler, 1988; Dukhin & Sjoblom, 1996). Η συσσωμάτωση είναι επίσης μία αντιστρεπτή διαδικασία κατά την οποία τα σταγονίδια πλησιάζουν και δημιουργούν ένα τρισδιάστατο πλέγμα. Η συγχώνευση περιλαμβάνει τη διάρρηξη του διεπιφανειακού υμενίου και τη συνένωση στη συνέχεια δύο ή περισσοτέρων σταγονιδίων, προς σταγονίδια μεγαλύτερου μεγέθους (van den Tempel, 1957). 32

33 Η ιζηματαπόθεση, είναι η καθοδική κίνηση των σταγονιδίων της φάσης σε διασπορά, λόγω της μεγαλύτερης πυκνότητας σε σχέση με την υδατική φάση, με αποτέλεσμα την εμφάνιση ιζήματος. Εικόνα 6. Μηχανισμοί αποσταθεροποίησης των γαλακτωμάτων Γαλακτωματοποιητές Προκειμένου να αυξηθεί η σταθερότητα των γαλακτωμάτων, για να επιμηκυνθεί το όριο ζωής των διάφορων προϊόντων κατά την αποθήκευση, προστίθενται γαλακτωματοποιητές ή σταθεροποιητές. Στη βιομηχανία τροφίμων ένα πλήθος συστατικών χρησιμοποιούνται ως γαλακτωματοποιητές. Κυριότεροι από αυτούς είναι ο κρόκος αυγού, η πρωτεΐνη του ορού γάλακτος και το αραβικό κόμμι (Dickinson, 2009). Οι γαλακτωματοποιητές φέρουν στο μόριο τους δύο περιοχές (πολική/μη πολική, υδρόφιλη/υδρόφοβη). Στα γαλακτώματα ελαίου/νερού οι γαλακτωματοποιητές προσροφούνται στην επιφάνεια των σταγονιδίων του ελαίου και μειώνουν την τιμή της επιφανειακής τάσης μεταξύ των δύο φάσεων και σχηματίζουν μία μεμβράνη που μειώνει την τάση των σταγονιδίων του ελαίου για συγχώνευση. Οι γαλακτωματοποιητές κατηγοριοποιούνται με βάση τον υδρόφιλο/υδρόφοβο χαρακτήρα τους (Angelo A.J., 1989). 33