Σχεδιασμός τροφίμων καθορισμένης δομής. Το κλειδί για τη μείωση της περιεχόμενης ζάχαρης και του αλατιού

Transcript

1 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΩΝ ΜΕΛΕΤΩΝ 23 Σχεδιασμός τροφίμων καθορισμένης δομής. Το κλειδί για τη μείωση της περιεχόμενης ζάχαρης και του αλατιού Επιστημονική Υπεύθυνος: Κροκίδα Μαγδαληνή, Αναπλ. Καθηγήτρια, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Ερευνήτρια: Οικονομοπούλου Βασιλική, Υποψήφια Διδάκτωρ, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Δεκέμβριος 23

2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο σύγχρονος κόσμος μαστίζεται από παχυσαρκία και άλλα σοβαρά προβλήματα υγείας, τα οποία μπορούν να προκληθούν, εκτός των άλλων, από την αυξημένη κατανάλωση αλατιού και ζάχαρης. Δεδομένου ότι οι γευστικές συνήθειες των καταναλωτών απαιτούν τη χρήση αλάτων και γλυκαντικών μέσων, η βιομηχανία τροφίμων έχει στρέψει το ενδιαφέρον της, τα τελευταία χρόνια, στην ανάπτυξη τροφίμων τα οποία έχουν αναλλοίωτη γεύση, αλλά περιέχουν μικρότερες ποσότητες αυτών των συστατικών. Στόχο του συγκεκριμένου έργου αποτελεί η μελέτη της επίδρασης της δομής διαφόρων προϊόντων στην τελική τους γεύση με σκοπό τη μείωση της χρησιμοποιούμενης ποσότητας αλατιού και ζάχαρης. Γεωργικά προϊόντα πορώδους δομής αναπτύχθηκαν χρησιμοποιώντας διαφορετικές συνθήκες και μεθόδους ξήρανσης, ενώ μελετήθηκε η επίδραση της δομής τους στα οργανοληπτικά τους χαρακτηριστικά, καθώς επίσης και στη διάχυση συστατικών ζάχαρης σε διάλυμα που προσομοιάζει το ανθρώπινο σάλιο. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του έργου, τα προϊόντα τα οποία χαρακτηρίστηκαν από υψηλότερο πορώδες και υψηλότερη ενεργή επιφάνεια, παρουσίασαν πιο έντονη αλμυρή και γλυκιά γεύση. Επομένως, μειώνοντας τα επίπεδα ζάχαρης ή αλατιού αλλά δημιουργώντας υψηλό πορώδες, είναι δυνατή η παραγωγή προϊόντων με επιθυμητή γεύση. Επίσης, η πορώδης δομή επηρέασε σημαντικά τη βιοδιαθεσιμότητα των συστατικών ζάχαρης στον οργανισμό κατά τη διάρκεια της μάσησης. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΡΓΟΥ Αντικείμενο του συγκεκριμένου έργου είναι ο προσδιορισμός της επίδρασης της δομής στην αλμυρή ή γλυκιά γεύση διαφόρων τροφίμων. Στόχους του έργου αποτελούν: Η παραγωγή αποξηραμένων γεωργικών προϊόντων Η μελέτη των οργανοληπτικών τους χαρακτηριστικών Η μελέτη και προτυποποίηση των δομικών τους χαρακτηριστικών Η μελέτη της κινητικής απομάκρυνσης σωματιδίων ζάχαρης σε διάλυμα που προσομοιάζει το ανθρώπινο σάλιο Η συσχέτιση της δομής με τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των τροφίμων Σε πολλές βιομηχανικές χώρες παγκοσμίως, ο πληθυσμός καταναλώνει μεγαλύτερες ποσότητες αλατιού και ζάχαρης από τη συνιστώμενη ημερήσια ποσότητα []. Το αλάτι και η ζάχαρη χρησιμοποιούνται ευρέως ως πρόσθετα για τη διατήρηση των τροφίμων, όπως επίσης και σαν αρωματικοί παράγοντες για να ενισχύσουν τις οργανοληπτικές τους ιδιότητες. Η κατανάλωση όμως μεγάλων ποσοτήτων αλατιού και ζάχαρης μπορεί να προκαλέσει σοβαρά προβλήματα υγείας. Συγκεκριμένα, η αυξημένη κατανάλωση αλατιού οδηγεί σε υπέρταση [2] η οποία προκαλεί καρδιαγγειακά προβλήματα [3], ενώ η ζάχαρη και τα άλλα ελεύθερα σάκχαρα αυξάνουν τον κίνδυνο της παχυσαρκίας [4]. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, προβλήματα υγείας που σχετίζονται με τη διατροφή και το βάρος λαμβάνονται σοβαρά υπόψη, με αποτέλεσμα οι πληθυσμοί να προσπαθούν να αλλάξουν τον παραδοσιακό τρόπο ζωής τους και τις διατροφικές τους συνήθειες. Επομένως, η παραγωγή τροφίμων με μειωμένη περιεκτικότητα σε αλάτι και ζάχαρη, αλλά ταυτόχρονα με πλούσια θρεπτική αξία και ανώτερα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά αποτελεί μείζονα πρόκληση για τη βιομηχανία τροφίμων, δεδομένου ότι η εφαρμογή πολιτικών για τη μείωση της πρόσληψης αλατιού έχει προταθεί επίσης, από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας [5]. Πολλές προσπάθειες έχουν γίνει για τη μείωση της ποσότητας του αλατιού και της ζάχαρης, κυρίως με υποκατάσταση αυτών με άλλα συστατικά, όπως ανόργανα άλατα (χλωριούχο κάλιο) [6] ή τεχνητές γλυκαντικές ουσίες [7], τα οποία όμως μπορεί να προκαλέσουν αλλοίωση της γεύσης ή να έχουν επιπτώσεις στον ανθρώπινο οργανισμό. Τα τελευταία χρόνια, υπάρχει ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον για την επίδραση της δομής των τροφίμων στην απελευθέρωση της γεύσης. Οι τροποποιήσεις της εσωτερικής δομής μπορούν να επηρεάσουν την κατάρρευση των τροφίμων κατά τη μάσηση και επομένως το προφίλ απελευθέρωσης της γεύσης [8]. Σε προηγούμενη εργασία διερευνήθηκε η επίδραση της προσθήκης φυσαλίδων αέρα σε μία γέλη με βάση το νερό που περιείχε αλάτι ή ζάχαρη, στην αντίληψη της γεύσης και

3 διαπιστώθηκε ότι η αλμυρότητα και η γλυκύτητα ενισχύθηκαν με την προσθήκη αυξημένου κλάσματος όγκου φυσαλίδων αέρα [9]. Επιπλέον, η ειδική επιφάνεια και ο σχηματισμός πόρων χαρακτηρίζουν την αρχιτεκτονική της δομής πολλών αφυδατωμένων τροφίμων και έχουν μεγάλη σημασία στον έλεγχο της ποιότητας, το σχεδιασμό των διεργασιών, καθώς και την ανάπτυξη νέων προϊόντων []. Η γεύση απελευθερώνεται από την επιφάνεια των τροφίμων στο στόμα και, κατά συνέπεια, η ειδική επιφάνεια και το πορώδες επιδρούν στην απελευθέρωση των γεύσεων. Η ωσμωτική αφυδάτωση είναι μια ελκυστική μέθοδος για την μερική αφυδάτωση των τροφίμων και οδηγεί στην παραγωγή τροφίμων με ενδιάμεσα επίπεδα υγρασίας, ή στην παραγωγή μερικώς επεξεργασμένων τροφίμων. Κατά τη διάρκεια της ωσμωτικής αφυδάτωσης τα τρόφιμα εμβαπτίζονται σε κορεσμένα διαλύματα. Οι ωσμωτικοί παράγοντες που χρησιμοποιούνται πιο συχνά για τα φρούτα είναι η σακχαρόζη ή η γλυκόζη [, 2], ενώ το αλάτι χρησιμοποιείται για τα λαχανικά [3, 4]. Οι διαδικασίες μεταφοράς μάζας που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της ωσμωτικής αφυδάτωσης, εξαιτίας της διαφοράς στην ωσμωτική πίεση, είναι η διάχυση του ύδατος από το τρόφιμο στο διάλυμα, και η πρόσληψη στερεών από το διάλυμα στο τρόφιμο. Η διάχυση των διαλυμένων ουσιών από το τρόφιμο στο διάλυμα θεωρείται αμελητέα σε σύγκριση με τις άλλες διεργασίες [5, 6]. Η μεταφορά μάζας επηρεάζεται από διάφορες παραμέτρους, όπως είναι η συγκέντρωση του ωσμωτικού παράγοντα, η θερμοκρασία και ο χρόνος επεξεργασίας, η πίεση και τέλος, η ανάδευση [7]. Παρόλο που η ωσμωτική αφυδάτωση οδηγεί στην παραγωγή προϊόντων με υψηλή ποιότητα [8], η σταθερότητά τους δεν είναι αρκετά επαρκής λόγω της ατελούς αφυδάτωσης, και, ως εκ τούτου, τα τρόφιμα δεν μπορούν να διατηρηθούν για εκτεταμένη χρονική περίοδο [9]. Ως αποτέλεσμα, η ωσμωτική αφυδάτωση συχνά χρησιμοποιείται ως στάδιο προεπεξεργασίας, πριν από περαιτέρω ξήρανση ή κατάψυξη, με στόχο τη μείωση των ενεργειακών απαιτήσεων, την ελαχιστοποίηση της θερμικής αποικοδόμησης του χρώματος και της γεύσης, την πρόληψη από την ενζυμική αμαύρωση και τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων [, 2]. Για την παραγωγή αφυδατωμένων προϊόντων με υψηλή ποιότητα έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι ξήρανσης, όπως: ξήρανση με ρεύμα αέρα, ξήρανση υπό κενό, ξήρανση υπό κατάψυξη, ξήρανση με τη βοήθεια υπερήχων, ξήρανση με αντλία θερμότητας, ξήρανση με ψεκασμό, ξήρανση με τη βοήθεια μικροκυμάτων, κ.λπ. ή και συνδυασμός αυτών [6, 2-25]. Κάθε μέθοδος παρουσιάζει διάφορα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Η επιλογή της κατάλληλης μεθόδου εξαρτάται από τον τύπο και την ποσότητα της πρώτης ύλης, την περιεκτικότητα σε υγρασία, την ευαισθησία στην εφαρμογή θερμότητας, τις απαιτούμενες ιδιότητες των τελικών προϊόντων, κ.λπ. [6]. Μεταξύ των μεθόδων ξήρανσης, η ξήρανση υπό κατάψυξη, η ξήρανση με ρεύμα αέρα και η ξήρανση υπό κενό χρησιμοποιούνται συνήθως σε βιομηχανίες επεξεργασίας τροφίμων. Οι διάφορες μέθοδοι ξήρανσης και συνθήκες που εφαρμόζονται, και οι φυσικοχημικές αλλαγές που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της ξήρανσης, επηρεάζουν πολλές ιδιότητες των τροφίμων, όπως την υφή, την πυκνότητα και το πορώδες [26, 27]. Πιο συγκεκριμένα, η ξήρανση υπό κατάψυξη χρησιμοποιείται για την παραγωγή προϊόντων υψηλής αξίας με υψηλό πορώδες και περιορισμένη συρρίκνωση [6, 24]. Οι χαμηλές θερμοκρασίες που χρησιμοποιούνται κατά τη διαδικασία αυτή, ενισχύουν τη διατήρηση των θρεπτικών ουσιών και τη διατήρηση του χρώματος, των αρωμάτων και της γεύσης [23, 28]. Η συμβατική διεργασία ξήρανσης με ρεύμα αέρα είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος ξηράνσεως στη βιομηχανία τροφίμων. Τα τρόφιμα χαρακτηρίζονται από χαμηλό πορώδες και υψηλή φαινόμενη πυκνότητα. Η ξήρανση υπό κενό παράγει υλικά με χαμηλά επίπεδα υγρασίας και υψηλότερη ποιότητα και πορώδες σε σχέση με τη συμβατική ξήρανση, τα οποία διατηρούν το χρώμα τους και τα πτητικά τους συστατικά [23, 29, 3]. Στα πλαίσια του συγκεκριμένου έργου αναπτύχθηκαν τρόφιμα (πατάτες και μπανάνες) με διαφορετική δομή, χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους ξήρανσης, όπως ξήρανση υπό κατάψυξη, ξήρανση με ρεύμα αέρα και ξήρανση υπό κενό. Στη συνέχεια, προσδιορίστηκαν οι δομικές ιδιότητες (πυκνότητα, πορώδες, κατανομή πόρων) με χρήση στερεοπυκνόμετρου ηλίου, ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (Snning eletron mirosopy, SEM) και ποροσιμετρίας υδραργύρου. Τα παραγόμενα προϊόντα αξιολογήθηκαν ως προς τα οργανοληπτικά τους χαρακτηριστικά όσον αφορά στην εμφάνιση, στη γεύση και στην υφή, χρησιμοποιώντας εκπαιδευμένους δοκιμαστές. Τα χαρακτηριστικά αυτά συσχετίστηκαν με την εφαρμοζόμενη μέθοδο ξήρανσης και τις συνθήκες ξήρανσης, καθώς και με τη δομή των τροφίμων. Τέλος, η βιοδιαθεσιμότητα συστατικών στον ανθρώπινο οργανισμό είναι εξαιρετικά σημαντική και για το λόγο αυτό μελετήθηκε η κινητική απομάκρυνσης ζάχαρης σε διάλυμα που προσομοιώνει το ανθρώπινο σάλιο.

4 Η ομάδα μελέτης που εργάστηκε για την εκπόνηση του συγκεκριμένου έργου αποτελείται από την Αναπλ. Καθηγήτρια ΕΜΠ, κ. Κροκίδα Μαγδαληνή και την Υπ. Διδάκτωρ, κ. Οικονομοπούλου Βασιλική. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Παρακάτω παρουσιάζονται αναλυτικά οι επιλεγμένες μέθοδοι και συνθήκες λειτουργίας καθώς και τα υλικά και οι ιδιότητες που μελετήθηκαν. Υλικά Προετοιμασία υλικών Στο παρόν έργο μελετήθηκαν δύο γεωργικά προϊόντα: Πατάτες Μπανάνες Τα υλικά που επιλέχθηκαν είναι υψίστης σημασίας για την καθημερινή διατροφή καθώς περιέχουν σημαντικές ποσότητες βιταμινών, προβιταμινών, μετάλλων, φυτικών ινών και υδατανθράκων, καθώς και ποσότητες πρωτεϊνών και λιπιδίων. Τα φρέσκα γεωργικά προϊόντα προμηθεύτηκαν από την τοπική αγορά. Η αρχική περιεχόμενη υγρασία των υλικών (επί υγρής βάσης, υ.β.) προσδιορίστηκε με την πρότυπη μέθοδο AOAC (99) [3], σε φούρνο κενού, στους 7 C μέχρι σταθερού βάρους και δίνεται στον παρακάτω πίνακα: Πίνακας. Περιεχόμενη υγρασία γεωργικών προϊόντων. Υλικό Περιεχόμενη υγρασία (% υ.β.) Οι πατάτες ξεπλύθηκαν με απιονισμένο νερό, ξεφλουδίστηκαν και ζεματίστηκαν σε καυτό νερό για 3 λεπτά, με στόχο την αναστολή των ενζυμικών αντιδράσεων, την απομάκρυνση του αέρα που είναι παγιδευμένος ενδοκυτταρικά και την ελαχιστοποίηση της ανάπτυξης μικροοργανισμών [2]. Επιπλέον, το ζεμάτισμα εμποδίζει ή επιβραδύνει διεργασίες όπως καταστροφή του χρώματος, του αρώματος, της υφής, της γεύσης και της θρεπτικής αξίας κατά τη διάρκεια της ξήρανσης. Η φλούδα των μπανανών απομακρύνθηκε χειροκίνητα. Έπειτα οι πατάτες και οι μπανάνες εμβαπτίστηκαν σε διάλυμα διθειώδους νατρίου (2% w/w NHSO 3 ) για 5 λεπτά, προκειμένου να αποφευχθεί η αμαύρωση [32] και στη συνέχεια η περίσσεια νερού στην επιφάνειά τους σκουπίστηκε σε διηθητικό χαρτί. Οι μπανάνες τεμαχίστηκαν σε κυλινδρικές φέτες διαμέτρου 3 mm και πάχους 8 mm, ενώ οι πατάτες κόπηκαν σε κυλινδρικές φέτες διαμέτρου 3 mm και πάχους 5 mm. Προκατεργασία με ωσμωτική αφυδάτωση Τα κυλινδρικά δείγματα πατάτας και μπανάνας υπέστησαν αρχικά ωσμωτική αφυδάτωση. Χλωριούχο νάτριο καθαρότητας 99,5% (Lh-ner, M=58,44) και D(+)-σουκρόζη καθαρότητας 98% (Fisher Sientifi, M=342,3) χρησιμοποιήθηκαν ως ωσμωτικοί παράγοντες. Οι πατάτες εμβαπτίστηκαν σε δοχεία που περιείχαν διάλυμα χλωριούχου νατρίου, συγκέντρωσης % (w/w) ( g NCl/ g διαλύματος) και οι μπανάνες σε δοχεία που περιείχαν διάλυμα σουκρόζης, συγκέντρωσης 4% (w/w) (4 g σουκρόζη/ g διαλύματος) για διάφορους χρόνους, που κυμάνθηκαν από 5 λεπτά έως 2 ώρες. Τα ωσμωτικά διαλύματα παρήχθησαν αναμιγνύοντας την κατάλληλη ποσότητα χλωριούχου νατρίου ή σουκρόζης με απιονισμένο νερό. Τα δοχεία τοποθετήθηκαν σε λουτρό σταθερής θερμοκρασίας 4 o C. Η αναλογία βάρους του υλικού προς το διάλυμα ήταν :5 w/w, προκειμένου να αποφευχθεί η μεταβολή του διαλύματος κατά τη διάρκεια της ωσμωτικής αφυδάτωσης. Στη συνέχεια, τα δείγματα σκουπίστηκαν με διηθητικό χαρτί για να απομακρυνθεί το επιπλέον διάλυμα. Μετά το πέρας της ωσμωτικής αφυδάτωσης, τα δείγματα αφυδατώθηκαν με τρεις διαφορετικές μεθόδους.

5 Ξήρανση υπό κατάψυξη Τα δείγματα καταψύχθηκαν στους -3 o C για 72 ώρες σε καταψύκτη (SANYO, MDF-236, Osk, Jpn). Στη συνέχεια, τοποθετήθηκαν σε εργαστηριακή συσκευή ξήρανσης υπό κατάψυξη (Leyold-Hereus GT 2A, Koln, Germny) για 24 ώρες. Η ξήρανση πραγματοποιήθηκε υπό διαφορετικές συνθήκες πίεσης, που κυμαίνονται από.6 έως.5 mr για την πατάτα και.5 έως.8 mr για τη μπανάνα. Η ρύθμιση του κενού επιτυγχάνεται ανοίγοντας μία από τις βαλβίδες εισόδου του αέρα. Πραγματοποιήθηκαν δύο επαναλήψεις για κάθε συνθήκη ξήρανσης. Τα αφυδατωμένα προϊόντα συσκευάστηκαν και αποθηκεύτηκαν σε χαμηλές θερμοκρασίες μέχρι την περαιτέρω επεξεργασία τους. Εικόνα. Συσκευή ξήρανσης υπό κατάψυξη (Leyold-Hereus GT 2A). Ξήρανση με ρεύμα αέρα Η ξήρανση με ρεύμα αέρα πραγματοποιήθηκε στη διάταξη του ξηραντήρα ρεύματος αέρα με ράφια, προημιβιομηχανικής κλίμακας του εργαστηρίου «Σχεδιασμού και Ανάλυσης Διεργασιών». Εικόνα 2. Συσκευή ξήρανσης με ρεύμα αέρα. Η θερμοκρασία και η ταχύτητα του αέρα ρυθμίστηκαν στους 7±2 ο C και στα 2 m/s, αντίστοιχα και η ξήρανση πραγματοποιήθηκε σε ατμοσφαιρικές συνθήκες. Τα δείγματα τοποθετήθηκαν στα ράφια του ξηραντήρα κάθετα προς τη ροή του αέρα. Ξήρανση υπό κενό Η ξήρανση υπό κενό πραγματοποιήθηκε σε φούρνο κενού (Snyo Gllenkmp PLC, Leiester, Englnd) ο οποίος συνδέεται με αντλία κενού και παρέχει τη δυνατότητα ρύθμισης της πίεσης και της θερμοκρασίας. Η ξήρανση πραγματοποιήθηκε στους 7±.2 ο C και σε πίεση 48±3 mr. Εικόνα 3. Φούρνος κενού (Snyo Gllenkmp PLC).

6 Μέτρηση ιδιοτήτων Πραγματική πυκνότητα Η πραγματική πυκνότητα των προϊόντων υπολογίζεται από το λόγο της μάζας των υλικών προς τον πραγματικό τους όγκο. m V () όπου ρ πρ είναι η πραγματική πυκνότητα, m ολ είναι η μάζα του υλικού και V πρ είναι ο πραγματικός όγκος, δηλαδή ο ολικός όγκος του υλικού εξαιρουμένων των πόρων του αέρα. Η μάζα των υλικών μετρήθηκε με ηλεκτρονικό ζυγό ακριβείας -4 g. Ο πραγματικός όγκος των υλικών προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας στερεοπυκνόμετρο ηλίου (Quntrome multipynometer MVP-, Boynton Beh, FL, USA) [33], ακριβείας, m 3. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Πριν την πραγματοποίηση της κάθε μέτρησης, τα δείγματα λειοτριβήθηκαν με τη βοήθεια ηλεκτρικού μύλου κοπής, προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι εσωτερικοί τους πόροι. Εικόνα 4. Στερεοπυκνόμετρο ηλίου (Quntrome multipynometer MVP-). Φαινόμενη πυκνότητα Η φαινόμενη πυκνότητα των προϊόντων υπολογίζεται από το λόγο της μάζας των υλικών προς το φαινόμενο όγκο τους. m V (2) όπου ρ φ είναι η φαινόμενη πυκνότητα, m ολ είναι η μάζα του υλικού, V ολ είναι ο ολικός όγκος του υλικού. Ο ολικός όγκος των υλικών υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας την μέθοδο εμβάπτισης σε ειδική προχοΐδα που περιέχει κανονικό επτάνιο και στη συνέχεια προσδιορισμό του όγκου του επτανίου που εκτοπίζεται. Ο όγκος του υγρού που εκτοπίζεται είναι ίσος με τον ολικό όγκο του δείγματος. Πορώδες Το πορώδες των παραγόμενων προϊόντων υπολογίστηκε από τη σχέση: (3)

7 Κατανομή πόρων Το πορώδες, η κατανομή πόρων, το μέσο μέγεθος πόρων και η ειδική επιφάνεια των προϊόντων προσδιορίστηκαν με χρήση ποροσίμετρου υδραργύρου (MIP, Fisons, Porosimeter 2, Milno, Itly) [34]. Εικόνα 5. Ποροσίμετρο υδραργύρου. Ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης Η απεικόνιση της μικροδομής των προϊόντων πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (Snning Eletron Mirosopy, SEM). Εξετάσθηκαν οι κάθετες διατομές των δειγμάτων, όπου τα υλικά κόπηκαν σε πάχος -2 mm με λεπίδα. Όλα τα δείγματα επιμεταλλώθηκαν με χρυσό για 9 λεπτά, δημιουργώντας ένα λεπτό στρώμα χρυσού πάχους 5 nm, χρησιμοποιώντας τον επιμεταλλωτή SC762 Mini Sputter Coter (Quorum Tehnologies, West Sussex, UK). Η διαδικασία αυτή είναι απαραίτητη, για να καταστήσει τα δείγματα αγώγιμα, ώστε να μπορεί η δέσμη ηλεκτρονίων του μικροσκοπίου να σαρώσει την επιφάνεια και να έχουν τα ηλεκτρόνια μία δίοδο διέλευσης. Στη συνέχεια, τα δοκίμια φωτογραφήθηκαν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (Qunt 2 FEI (24), OR, USA), χρησιμοποιώντας ανιχνευτή ευρέως πεδίου (lrge field detetor, LFD) ο οποίος λειτούργησε στα 2-25kV. Εικόνα 6. Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης. Οργανοληπτικά χαρακτηριστικά Τα αφυδατωμένα προϊόντα αξιολογήθηκαν ως προς τα οργανοληπτικά τους χαρακτηριστικά, χρησιμοποιώντας δεκαμελή ομάδα από εκπαιδευμένους δοκιμαστές. Οι δοκιμές διεξήχθησαν στο Χώρο Οργανοληπτικών Δοκιμών του Εργαστηρίου Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων της Σχολής Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ το οποίο είναι διαπιστευμένο κατά ISO 725. Κάθε δείγμα κωδικοποιήθηκε με τυχαίο τριψήφιο αριθμό, τοποθετήθηκε σε λευκά πλαστικά πιάτα και δόθηκε στους δοκιμαστές οι οποίοι βρίσκονταν σε ξεχωριστούς θαλάμους. Οι δοκιμαστές αξιολόγησαν τα υλικά ως προς την εμφάνιση, τη γεύση και την υφή τους. Η εμφάνιση αναφέρεται στην ομοιομορφία και το χρώμα των δειγμάτων και η γεύση αξιολογήθηκε ως προς την αλμυρή ή γλυκιά γεύση των πατατών και μπανανών αντίστοιχα. Η υφή αξιολογήθηκε κατά τη μάσηση των τροφίμων ως προς τη σκληρότητα, την ενυδάτωση και την τραγανότητα. Ο Πίνακας 2 παρουσιάζει τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά, τους ορισμούς τους και τα όρια αξιολόγησης. Η κλίμακα αξιολόγησης που χρησιμοποιήθηκε κυμάνθηκε από έως 9 για κάθε χαρακτηριστικό.

8 Πίνακας 2. Οργανοληπτικά χαρακτηριστικά, ορισμοί και όρια αξιολόγησης για τα γεωργικά προϊόντα. Χαρακτηριστικό Ορισμός Όρια αξιολόγησης Εμφάνιση Ομοιομορφία Ομοιομορφία του δείγματος χαμηλή προς υψηλή Χρώμα Χρώμα του δείγματος ανοιχτό προς σκούρο Γεύση Αλμυρή Γεύση αλατιού χαμηλή προς υψηλή Γλυκιά Γεύση ζάχαρης χαμηλή προς υψηλή Υφή Σκληρότητα Δύναμη που απαιτείται για το δάγκωμα του δείγματος χαμηλή προς υψηλή Ενυδάτωση Βαθμός στον οποίο το δείγμα αναμιγνύεται με το σάλιο χαμηλή προς υψηλή Τραγανότητα Θόρυβος που γίνεται αισθητός κατά το μάσημα με γομφίους χαμηλή προς υψηλή Εμβάπτιση σε διαλύματα που προσομοιάζουν το σάλιο Τα ξηρά προϊόντα μπανάνας εμβαπτίστηκαν σε διάλυμα που προσομοιάζει το ανθρώπινο σάλιο. Παρασκευή διαλύματος Το συνθετικό σάλιο που παρασκευάστηκε [35] αποτελείται από τα εξής συστατικά: muin (2,8 g/l), lysozyme (, g/l), α-mylse (,5 g/l), gluose (, g/l), ure (,3 g/l), uri id (,3 g/l), K2HPO4 (,68 g/l), KCl (,94 g/l), CCl2 (,6 g/l), NCl (,75 g/l) και NHCO3 (,9 g/l). Τα αντιδραστήρια προμηθεύτηκαν από τις εταιρίες Sigm, Fisher, Pnre, Aros Orgnis, Crlo Er, Lhner. Για την παρασκευή του διαλύματος χρησιμοποιήθηκε απιονισμένο νερό και το ph του τελικού διαλύματος προσαρμόστηκε μεταξύ 6,8 και 7, χρησιμοποιώντας NOH ( Μ) ή HCl. Κινητική αύξησης βάρους των δειγμάτων Τα δείγματα μπανάνας εμβαπτίστηκαν σε δοχεία που περιέχουν διάλυμα συνθετικού σάλιου και τοποθετήθηκαν σε κλίβανο στους 37 ο C για 5 ώρες. Το βάρος των δειγμάτων μετρούνταν σε τακτά χρονικά διαστήματα (,, 2, 4, 6, 9, 2, 5, 8, 2, 3 min). Η αύξηση του βάρους των δειγμάτων υπολογίστηκε από τη σχέση: όπου, Μ (g) είναι η μάζα των δειγμάτων στους διάφορους χρόνους και Μ ο (g) είναι η αρχική μάζα των δειγμάτων. (4) Μέτρηση συγκέντρωσης σακχάρων Κάθε δείγμα μπανάνας εμβαπτίστηκε σε ml συνθετικού διαλύματος σάλιου στους 37 ο C ενώ αναδευόταν ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Σε προκαθορισμένα διαστήματα (, 2, 4, 6, 9, 2, 8, 24, 3, 36, 44 min) λαμβανόταν ml διαλύματος από το κάθε δείγμα. Η μέτρηση των ολικών σακχάρων στο σάλιο πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια διαθλασίμετρου. Μικρή ποσότητα δείγματος τοποθετήθηκε στο διαθλασίμετρο και καταγράφηκαν ο δείκτης διάθλασης και οι βαθμοί Brix [36].

9 Μαθηματική προτυποποίηση Το πρότυπο που περιγράφει την εξάρτηση του πορώδους από το χρόνο ωσμωτικής αφυδάτωσης, για κάθε μέθοδο ξήρανσης και για κάθε υλικό, δίνεται από την παρακάτω εξίσωση: t t o n (5) όπου, ε, n είναι παράμετροι που εξαρτώνται από το υλικό και τη μέθοδο ξήρανσης, ε είναι το πορώδες, t (min) είναι ο χρόνος ωσμωτικής αφυδάτωσης, t ο (min) είναι η αντίστοιχη τιμή σε συνθήκες αναφοράς (t=45 min) και ε ο είναι το αρχικό πορώδες των ξηρών υλικών για μηδενικό χρόνο ωσμωτικής αφυδάτωσης. Στατιστική επεξεργασία Η εκτίμηση των παραμέτρων του προτύπου πραγματοποιήθηκε με μη γραμμική ανάλυση παλινδρόμησης [37]. Η επίδραση των συνθηκών επεξεργασίας στις ιδιότητες των προϊόντων εξετάστηκε χρησιμοποιώντας επίσης το λογισμικό Sttisti (Sttisti Relese 7, Sttsoft In, Tuls, OK, USA). Οι διαφορές θεωρήθηκαν σημαντικές όταν p<.5. Για την ανάλυση των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών των υλικών χρησιμοποιήθηκε στατιστική ανάλυση διασποράς ενός παράγοντα (one-wy ANOVA) και έλεγχοι με την τεχνική του «Tukey» [38]. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Επίδραση της μεθόδου και των συνθηκών ξήρανσης στις δομικές ιδιότητες των προϊόντων Η Εικόνα 7 παρουσιάζει ενδεικτικά αφυδατωμένα δοκίμια πατάτας και μπανάνας. Ξήρανση υπό κατάψυξη Ξήρανση σε ρεύμα αέρα Ξήρανση υπό κατάψυξη Ξήρανση σε ρεύμα αέρα Εικόνα 7. Αφυδατωμένα δοκίμια πατάτας και μπανάνας. Το Σχήμα παρουσιάζει την εξάρτηση του πορώδους από το χρόνο ωσμωτικής προκατεργασίας για τις πατάτες και τις μπανάνες, οι οποίες στη συνέχεια ξηράθηκαν με τρεις διαφορετικές μεθόδους. Οι συνεχείς γραμμές αντιπροσωπεύουν τις προβλεπόμενες, από το πρότυπο, τιμές του πορώδους για τις διάφορες μεθόδους ξήρανσης. Όπως παρατηρείται, η αύξηση του χρόνου εμβάπτισης στα ωσμωτικά διαλύματα, για τους μικρούς χρόνους που χρησιμοποιούνται στη συγκεκριμένη έρευνα, έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του πορώδους των αφυδατωμένων προϊόντων. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να αποδοθεί στην πλήρωση των τοιχωμάτων των κυττάρων και του μεσοκυττάριου χώρου με τη διαλυμένη ουσία [39], λόγω τριχοειδών δυνάμεων ή άλλων μηχανισμών μεταφοράς μάζας. Η μείωση του πορώδους, για τους μικρούς χρόνους ωσμωτικής προκατεργασίας έχει παρατηρηθεί από αρκετούς συγγραφείς [4, 4]. Μετά από την περίοδο αυτή, το πορώδες συνήθως αυξάνεται, όπως αναφέρθηκε παραπάνω. Επιπλέον, γίνεται φανερό ότι το πορώδες των αφυδατωμένων υλικών επηρεάστηκε σημαντικά από τη μέθοδο και τις συνθήκες ξήρανσης. Η κινητική ξήρανσης σε κάθε περίπτωση εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη μέθοδο και τις συνθήκες, οι οποίες μπορούν να επιβάλουν διαφορετικές τάσεις κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας και να οδηγήσουν σε διαφορετικό σχηματισμό δομής [42]. Ανάλογα με τη μέθοδο ξήρανσης που εφαρμόστηκε, το πορώδες των προϊόντων κυμάνθηκε από 5% έως 75% για τις πατάτες και από 5% έως 6% για τις μπανάνες. Τα δείγματα που αφυδατώθηκαν υπό κατάψυξη σε χαμηλές πιέσεις (LFD) εμφάνισαν τις υψηλότερες τιμές πορώδους, ενώ στη συνέχεια ακολουθούν τα δείγματα που αφυδατώθηκαν υπό κατάψυξη σε υψηλές πιέσεις (HFD), υπό κενό (VD) και

10 Πορώδες Πορώδες Κοινωφελές Ίδρυμα Ιωάννη Σ. Λάτση με ρεύμα αέρα (AD) [43]. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να αποδοθεί στην κατάρρευση της δομής των υλικών κατά τη διάρκεια της ξήρανσης με ρεύμα αέρα και υπό κενό. Η μειωμένη κατάρρευση των αφυδατωμένων υπό κενό δειγμάτων σε σύγκριση με τα δείγματα που ξηράθηκαν σε ρεύμα αέρα, αποδίδεται στην εξισορρόπηση της πίεσης των πόρων από το φαινόμενο διόγκωσης κατά τη διάρκεια της ξήρανσης υπό κενό [44]. Επιπλέον, σε πολύ χαμηλές πιέσεις ξήρανσης υπό κατάψυξη τα αφυδατωμένα προϊόντα δε συρρικνώνονται σημαντικά, με αποτέλεσμα τη δημιουργία δομών με μεγαλύτερο πορώδες. Σε υψηλότερες πιέσεις, παρατηρείται η αντίθετη συμπεριφορά. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης παλινδρόμησης παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.,,8 AD VD HFD LFD Θεωρητική,,8 AD VD HFD LFD Θεωρητική,6,6,4,4,2,2, Χρόνος εμβάπτισης (min) (α), Χρόνος εμβάπτισης (min) Σχήμα. Επίδραση του χρόνου ωσμωτικής αφυδάτωσης και της μεθόδου ξήρανσης στο πορώδες, (α) για την πατάτα και (β) για τη μπανάνα. (β) Μέθοδος ξήρανσης Πίνακας 3. Εκτίμηση των παραμέτρων του πορώδους των αφυδατωμένων προϊόντων. ε n R 2 ε n R 2 LFD -,79,98,867 -,42,95,745 HFD -,3,47,877 -,47,868,926 VD -,82,57,88 -,36,768,73 AD -,37,48,77 -,82,536,85 Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται οι καμπύλες είσδυσης του υδραργύρου για τα αφυδατωμένα δείγματα μπανάνας. Στις χαμηλές πιέσεις λειτουργίας του ποροσίμετρου υδραργύρου παρατηρείται μια απότομη αύξηση στον όγκο του εισδυόμενου υδραργύρου. Επίσης, γίνεται φανερή η διαφορετική κατανομή του ειδικού όγκου του υδραργύρου για τις διάφορες επεξεργασίες. Ο όγκος του υδραργύρου κυμάνθηκε από 8 mm 3 /g έως 97 mm 3 /g, ενώ το υψηλότερο ποσοστό του όγκου του υδραργύρου παρατηρείται στην περιοχή ακτίνας πόρων μεταξύ,-35 μm. Τα δείγματα που ανέπτυξαν το μεγαλύτερο πορώδες (LFD) παρουσίασαν τις υψηλότερες τιμές εισδυόμενου όγκου του υδραργύρου, ενώ η μείωση του πορώδους, λόγω των διαφορετικών μεθόδων ξήρανσης, οδήγησε στη μείωση του όγκου του υδραργύρου. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να αποδοθεί στην επιτάχυνση της συρρίκνωσης που προκαλείται από το μειωμένο ιξώδες των AD και VD δειγμάτων.

11 Ποσοστό πόρων (%) Όγκος υδραργύρου (mm 3 /g) Κοινωφελές Ίδρυμα Ιωάννη Σ. Λάτση 2 5 AD VD HFD LFD 5,,, Ακτίνα πόρων (μm) Σχήμα 2. Όγκος υδραργύρου συναρτήσει της ακτίνας των πόρων για τις ωσμωτικά προκατεργασμένες μπανάνες οι οποίες ξηράθηκαν με διάφορες μεθόδους ξήρανσης. Η κατανομή μεγέθους πόρων των ωσμωτικά προ-επεξεργασμένων δειγμάτων μπανάνας παρουσιάζεται στο Σχήμα 3 και παρατηρούνται διαφορετικές κατανομές για τις διαφορετικές μεθόδους ξήρανσης. Τα δείγματα που αφυδατώθηκαν σε ρεύμα αέρα ή υπό κενό αποτελούνται από μικρότερους πόρους, εξαιτίας της συρρίκνωσης. Η διάχυση του νερού από το κέντρο προς την επιφάνεια των τροφίμων, η διατάραξη της εσωτερικής δομής και η μετουσίωση των πρωτεϊνών, εξαιτίας των υψηλών θερμοκρασιών που εφαρμόζονται στις διεργασίες ξήρανσης σε ρεύμα αέρα, επιταχύνουν τη συρρίκνωση και μειώνουν το πορώδες των υλικών, προκαλώντας την δημιουργία πόρων με μικρές διαμέτρους. Επιπλέον, οι αφυδατωμένες υπό κατάψυξη μπανάνες χαρακτηρίζονται από ανάπτυξη πόρων μεγαλύτερων διαμέτρων. Η περιορισμένη κινητικότητα του παγωμένου νερού διατηρεί τον αρχικό όγκο του υλικού, προκαλώντας περιορισμένη συρρίκνωση και βελτιωμένο πορώδες κατά την εξάχνωση του πάγου. Το μεγαλύτερο ποσοστό των πόρων όλων των προϊόντων που αφυδατώθηκαν με τις τρεις μεθόδους ξήρανσης, βρέθηκε μεγαλύτερο από, μm, το οποίο είναι σε συμφωνία με τα αποτελέσματα προηγούμενων μελετών για μία ποικιλία τροφίμων και άλλων υλικών [34]. Οι μέσες ακτίνες πόρων των διαφόρων δειγμάτων παρουσιάζονται στον Πίνακα 4. Το μέσο μέγεθος πόρων μειώνεται σημαντικά για τα AD και VD δείγματα εξαιτίας της ελαχιστοποίησης του πορώδους κατά τη διάρκεια της ξήρανσης. 5 4 AD VD HFD LFD 3 2,,, Ακτίνα πόρων (μm) Σχήμα 3. Κατανομή πόρων ωσμωτικά προκατεργασμένων δειγμάτων μπανάνας τα οποία αφυδατώθηκαν με διάφορες μεθόδους.

12 Πίνακας 4. Μέση ακτίνα πόρων και ειδική επιφάνεια για τα ωσμωτικά προκατεργασμένα δείγματα μπανάνας τα οποία αφυδατώθηκαν με διάφορες μεθόδους. Μέθοδος ξήρανσης Μέση ακτίνα πόρων (μm) Ειδική επιφάνεια (m 2 /g) LFD 4,3 3,4 HFD 4,25 2,378 VD 6,5,96 AD 2,34 2,36 Στον ίδιο πίνακα παρουσιάζεται η ειδική επιφάνεια των αφυδατωμένων δειγμάτων μπανάνας. Όπως παρατηρείται, τα LFD δείγματα παρουσίασαν τη μεγαλύτερη τιμή ειδικής επιφάνειας και ακολούθησαν τα δείγματα HFD, AD και VD. Η μικρότερη διάμετρος των πόρων των LFD δειγμάτων, σε σύγκριση με τα δείγματα HFD, υποδηλώνει υψηλότερη επιφάνεια, που είναι σε συμφωνία με το γεγονός ότι οι μικροί πόροι είναι υπεύθυνοι για υψηλότερες τιμές ειδικής επιφάνειας [44]. Από την άλλη πλευρά, οι μεγάλοι πόροι είναι υπεύθυνοι για μικρότερες επιφάνειες. Τα αποτελέσματα αυτά ενισχύονται με την παρατήρηση των εικόνων που προκύπτουν από την ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης. Οι εικόνες ελήφθησαν σε μεγέθυνση x. LFD HFD AD VD LFD HFD AD VD Σχήμα 4. Απεικόνιση της μικροδομής των ωσμωτικά προκατεργασμένων δειγμάτων (α) πατάτας και (β) μπανάνας τα οποία αφυδατώθηκαν με διάφορες μεθόδους. Επίδραση της μεθόδου και των συνθηκών ξήρανσης στις οργανοληπτικές ιδιότητες των προϊόντων Τα ωσμωτικά προ-επεξεργασμένα γεωργικά προϊόντα αξιολογήθηκαν ως προς την εμφάνιση, τη γεύση και την υφή τους, και παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές σε κάθε χαρακτηριστικό, για τις διαφορετικές μεθόδους ξήρανσης. Για να ξεπεραστεί η επίδραση της απώλειας των αρωματικών, που πραγματοποιείται κατά την ξήρανση, στη γεύση των τροφίμων, εξετάστηκαν και συγκρίθηκαν διαφορετικές συνθήκες της ίδιας μεθόδου. Η στατιστική ανάλυση διασποράς ενός παράγοντα (one-wy ANOVA) έδειξε σημαντικές διαφορές μεταξύ των δειγμάτων. Όπως μπορεί να φανεί στο Σχήμα 5 οι αφυδατωμένες υπό κατάψυξη πατάτες και μπανάνες παρουσίασαν μια πιο ελκυστική εμφάνιση στους δοκιμαστές. Επιπλέον, το Σχήμα 6 δείχνει ότι τα αφυδατωμένα υπό κατάψυξη προϊόντα είναι λιγότερο σκληρά χαρακτηρίζονται από περισσότερη τραγανότητα και έχουν μεγαλύτερη ικανότητα ενυδάτωσης. Τα αφυδατωμένα υπό κατάψυξη προϊόντα χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερο πορώδες και μεγαλύτερους πόρους. Ως εκ τούτου, τα υλικά είναι πιο εύθραυστα και τραγανά και φθάνουν στο σημείο θραύσης πιο εύκολα, εφαρμόζοντας μικρότερη δύναμη κατά τη μάσηση [42, 45]. Η δημιουργία της πορώδους δομής ενισχύει επίσης το ρυθμό ενυδάτωσης των αφυδατωμένων υπό κατάψυξη προϊόντων [46]. Από την άλλη πλευρά, τα αφυδατωμένα σε ρεύμα αέρα και υπό κενό προϊόντα χαρακτηρίζονται από εκτεταμένη συρρίκνωση, χαμηλό πορώδες και μικρότερες διαμέτρους πόρων, καθιστώντας τα λιγότερο εύθραυστα με εξαιρετικά σκληρά κυτταρικά τοιχώματα. Επιπλέον, δεδομένου ότι οι αλλαγές της δομής δεν είναι αναστρέψιμες, τα δείγματα αυτά

13 Τραγανότητα Σκληρότητα Ενυδάτωση Εμφάνιση Κοινωφελές Ίδρυμα Ιωάννη Σ. Λάτση έχουν περιορισμένη ικανότητα για πλήρη ενυδάτωση. Συγκρίνοντας τα λυοφιλιωμένα προϊόντα, εκείνα που παράγονται σε χαμηλότερες πιέσεις και ως εκ τούτου έχουν υψηλότερο πορώδες, χαρακτηρίζονται από καλύτερες ιδιότητες ενυδάτωσης και είναι λιγότερο σκληρά. Ο αυξημένος κενός χώρος των LFD δειγμάτων τα καθιστά πιο εύθραυστα LFD HFD AD VD Μέθοδος ξήρανσης Σχήμα 5. Επίδραση της μεθόδου ξήρανσης στην εμφάνιση των ωσμωτικά προ-επεξεργασμένων προϊόντων, για 3 λεπτά χρόνο ωσμωτικής αφυδάτωσης (οι στήλες που δεν έχουν τον ίδιο εκθέτη είναι σημαντικά διαφορετικές (p<,5)). 9 8 d d d d LFD HFD AD VD Μέθοδος ξήρανσης (α) LFD HFD AD VD Μέθοδος ξήρανσης (β) LFD HFD AD VD Μέθοδος ξήρανσης (γ) Σχήμα 6. Επίδραση της μεθόδου ξήρανσης στην υφή των ωσμωτικά προ-επεξεργασμένων προϊόντων, για 3 λεπτά χρόνο ωσμωτικής αφυδάτωσης, (α) σκληρότητα, (β) ενυδάτωση και (γ) τραγανότητα (οι στήλες που δεν έχουν τον ίδιο εκθέτη είναι σημαντικά διαφορετικές (p<,5)).

14 Γλυκύτητα Αλμυρότητα Κοινωφελές Ίδρυμα Ιωάννη Σ. Λάτση Το Σχήμα 7 παρουσιάζει την αίσθηση γλυκύτητας ή αλμυρότητας των μπανανών και πατατών αντίστοιχα, οι οποίες έχουν εμβαπτιστεί για 3 λεπτά στα ωσμωτικά διαλύματα. Παρόλο που όλα τα δείγματα χαρακτηρίζονται από την ίδια πρόσληψη αλατιού και σουκρόζης αντίστοιχα, τα δείγματα που αφυδατώθηκαν υπό κατάψυξη παρουσίασαν πιο έντονη γεύση σε σχέση με τα δείγματα που αφυδατώθηκαν υπό κενό ή με ρεύμα αέρα. Επιπλέον, συγκρίνοντας τα υλικά που αφυδατώθηκαν υπό κατάψυξη, οι χαμηλές πιέσεις (LFD) οδήγησαν σε πιο έντονη γεύση σε σχέση με τις υψηλές (HFD). Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι οι διαφορετικές συνθήκες λυοφιλίωσης έχουν επίδραση στην αντίληψη της γεύσης των δειγμάτων d 6 5 d LFD HFD AD VD Μέθοδος ξήρανσης (α) Σχήμα 7. Επίδραση της μεθόδου ξήρανσης στην (α) γλυκύτητα και (β) αλμυρότητα των ωσμωτικά προεπεξεργασμένων προϊόντων, για 3 λεπτά χρόνο ωσμωτικής αφυδάτωσης (οι στήλες που δεν έχουν τον ίδιο εκθέτη είναι σημαντικά διαφορετικές (p<,5)). Επίδραση της δομής στις οργανοληπτικές ιδιότητες των προϊόντων Οι διαφορετικές συνθήκες ξήρανσης έχουν επίδραση στην αντίληψη της γεύσης των δειγμάτων. Παράλληλα, η εφαρμογή διαφορετικών συνθηκών ξήρανσης επηρεάζει τη δομή των προϊόντων. Παραδείγματος χάριν, η μείωση της πίεσης ξήρανσης υπό κατάψυξη οδηγεί στην παραγωγή προϊόντων με υψηλότερο πορώδες. Επομένως η αυξημένη αίσθηση αλατότητας και γλυκύτητας των αφυδατωμένων προϊόντων μπορεί να συνδεθεί με τη μικροδομή των υλικών. Προϊόντα με υψηλότερο πορώδες παρουσίασαν εντονότερη αίσθηση αλατότητας ή γλυκύτητας (Σχήμα 8). Επομένως, οι διαφορετικές δομές επιδρούν με διαφορετικό τρόπο στην κατάρρευση της δομής κατά τη μάσηση και επομένως στην απελευθέρωση της γεύσης [47]. LFD HFD AD VD Μέθοδος ξήρανσης (β)

15 Γλυκύτητα Γλυκύτητα Αλμυρότητα Κοινωφελές Ίδρυμα Ιωάννη Σ. Λάτση 9 8 LFD 9 8 LFD HFD VD d AD HFD VD d AD ,589,583,337,28 Πορώδες (α) Σχήμα 8. Επίδραση του πορώδους στην (α) γλυκύτητα και (β) αλμυρότητα των ωσμωτικά προ-επεξεργασμένων προϊόντων, για 3 λεπτά χρόνο ωσμωτικής αφυδάτωσης (οι στήλες που δεν έχουν τον ίδιο εκθέτη είναι σημαντικά διαφορετικές (p<,5)). Στο Σχήμα 9 φαίνεται η επίδραση της ειδικής επιφάνειας των υλικών στην αίσθηση γλυκύτητας των μπανανών. Τα αφυδατωμένα υπό κατάψυξη δείγματα, τα οποία είχαν την υψηλότερη ειδική επιφάνεια ήταν πιο γλυκά σε σύγκριση με τα υπόλοιπα, ενισχύοντας την υπόθεση ότι η μεγαλύτερη ειδική επιφάνεια οδηγεί σε πιο έντονη γλυκιά ή αλμυρή γεύση. Η γεύση απελευθερώνεται από την επιφάνεια των τροφίμων κατά τη μάσηση, και επομένως όσο μεγαλύτερη είναι η ειδική επιφάνεια, τόσο πιο έντονη είναι η αντίληψη της γεύσης. Παράλληλα, μπορεί να παρατηρηθεί ότι το υψηλότερο ποσοστό πόρων των δειγμάτων που ξηράθηκαν υπό κατάψυξη βρίσκεται σε εύρος -28 μm. Η απελευθέρωση της γεύσης σχετίζεται με την τραχύτητα της γλώσσας η οποία βρίσκεται στην περιοχή των 2 μm [47]. Επομένως, θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι το γεγονός αυτό επιδρά στην πιο έντονη αντίληψη της γεύσης για τα δείγματα που ξηράθηκαν υπό κατάψυξη. Οι γευστικοί κάλυκες στη γλώσσα συμβάλλουν στην αίσθηση της γεύσης των τροφίμων. Τα προϊόντα με υψηλό πορώδες χαρακτηρίζονται από υψηλότερη ειδική επιφάνεια και, ως αποτέλεσμα, οι γευστικοί κάλυκες αντιλαμβάνονται έντονα τη γλυκιά ή αλμυρή γεύση κατά τη διάρκεια της μάσησης. Ένα άλλο ενδιαφέρον αποτέλεσμα είναι ότι παρόλο που τα αφυδατωμένα υπό κενό δείγματα χαρακτηρίστηκαν από υψηλότερο πορώδες, σε σύγκριση με τα αφυδατωμένα σε ρεύμα αέρα δείγματα, η ειδική τους επιφάνεια ήταν χαμηλότερη λόγω της δημιουργίας των μεγαλύτερων πόρων, με αποτέλεσμα την λιγότερο έντονη απελευθέρωση της γλυκιάς γεύσης.,725,664,6,3 Πορώδες (β) 9 8 LFD HFD AD d VD ,4 2,378 2,36,96 Ειδική επιφάνεια (m 2 /g) Σχήμα 9. Επίδραση της ειδικής επιφάνειας στη γλυκύτητα των ωσμωτικά προ-επεξεργασμένων μπανανών (οι στήλες που δεν έχουν τον ίδιο εκθέτη είναι σημαντικά διαφορετικές (p<,5)).

16 Απομάκρυνση ζάχαρης (Brix) Αύξηση βάρους Κοινωφελές Ίδρυμα Ιωάννη Σ. Λάτση Αύξηση βάρους των δειγμάτων που εμβαπτίστηκαν σε διάλυμα που προσομοιάζει το σάλιο Η αύξηση βάρους των δειγμάτων μπανάνας αυξήθηκε με την αύξηση του χρόνου εμβάπτισης στο συνθετικό σάλιο. Όπως παρατηρείται, τα δείγματα τα οποία ξηράθηκαν σε χαμηλές υπό κατάψυξη πιέσεις προσρόφησαν μεγαλύτερη ποσότητα σάλιου. Σε αντίθεση, τα δείγματα που ξηράθηκαν υπό κενό παρουσίασαν μειωμένη κινητική αύξησης βάρους. Το γεγονός αυτό οφείλεται στη διαφορά που παρουσιάζει η δομή των διαφόρων αποξηραμένων προϊόντων. Τα υπό κατάψυξη αφυδατωμένα προϊόντα παρουσίασαν αυξημένο πορώδες με αποτέλεσμα τη διευκόλυνση της προσρόφησης του υγρού, ενώ τα υπόλοιπα προϊόντα παρουσίασαν αντίσταση στην προσρόφηση του σάλιου λόγω του χαμηλού πορώδους.,,8,6,4,2, VD LFD HFD Χρόνος εμβάπτισης (min) Σχήμα. Επίδραση του χρόνου εμβάπτισης στο συνθετικό σάλιο και της μεθόδου ξήρανσης στην αύξηση βάρους των δειγμάτων μπανάνας. Επίδραση της μεθόδου και των συνθηκών ξήρανσης στην κινητική απομάκρυνσης της ζάχαρης σε περιβάλλον που προσομοιάζει το ανθρώπινο σάλιο Όπως παρατηρείται, τα δείγματα τα οποία ξηράθηκαν σε χαμηλές υπό κατάψυξη πιέσεις παρουσίασαν αυξημένη κινητική απομάκρυνσης της ζάχαρης στο διάλυμα του συνθετικού σάλιου, πιθανώς εξαιτίας του αυξημένου πορώδους. Σε αντίθεση, τα δείγματα που ξηράθηκαν υπό κενό, τα οποία χαρακτηρίζονται από χαμηλό πορώδες, παρουσίασαν μειωμένη κινητική απομάκρυνσης της ζάχαρης.,5,2,9,6,3, VD LFD HFD Χρόνος εμβάπτισης (min) Σχήμα. Επίδραση του χρόνου εμβάπτισης στο συνθετικό σάλιο και της μεθόδου ξήρανσης στην απομάκρυνση ζάχαρης των δειγμάτων μπανάνας.

17 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η γνώση της επίδρασης των μεθόδων ξήρανσης στα χαρακτηριστικά των προϊόντων είναι υψίστης σημασίας για την ανάπτυξη προϊόντων υψηλής ποιότητας, προηγμένων χαρακτηριστικών και αυξημένης αποδοχής από τους καταναλωτές. Παράλληλα, η μείωση της περιεκτικότητας των τροφίμων σε ζάχαρη και αλάτι είναι μία σημαντική πρόκληση για τη βιομηχανία τροφίμων. Με βάση τα αποτελέσματα του συγκεκριμένου έργου, οι διάφορες μέθοδοι και συνθήκες ξήρανσης επηρέασαν σημαντικά τα δομικά χαρακτηριστικά των παραγόμενων προϊόντων. Η αίσθηση αλμυρότητας και γλυκύτητας αφυδατωμένων προϊόντων ενισχύθηκε μέσω της διαφοροποίησης της δομής των τροφίμων. Επίσης, η δομή των τροφίμων επηρέασε σημαντικά τη βιοδιαθεσιμότητα διαφόρων συστατικών στον ανθρώπινο οργανισμό. Επιγραμματικά, τα σημαντικότερα συμπεράσματα του παρόντος έργου, είναι: Η ξήρανση υπό κατάψυξη οδήγησε στην ανάπτυξη προϊόντων υψηλού πορώδους και αυξημένης αποδοχής από τους καταναλωτές. Η ξήρανση υπό κενό και η ξήρανση σε ρεύμα αέρα οδήγησε στην παραγωγή σκληρών προϊόντων με χαμηλό πορώδες. Τα προϊόντα τα οποία ξηράθηκαν υπό κατάψυξη εμφάνισαν πιο έντονη την αίσθηση της αλμυρής και της γλυκιάς γεύσης. Η αύξηση του πορώδους και της ειδικής επιφάνειας οδήγησε στην ενίσχυση της αντίληψης της αλμυρής ή γλυκιάς γεύσης, χωρίς να μεταβληθεί η χρησιμοποιούμενη ποσότητα αλατιού ή ζάχαρης. Τα δείγματα αυξημένου πορώδους προσρόφησαν πιο εύκολα το συνθετικό σάλιο, ενώ παρουσίασαν αυξημένη κινητική απομάκρυνσης της ζάχαρης. Τα προϊόντα τα οποία ξηράθηκαν υπό κατάψυξη αξιολογήθηκαν πιο γλυκά ή αλμυρά από τους καταναλωτές. Η τραχύτητα της γλώσσας είναι συγκρίσιμη με το μέσο μέγεθος πόρων των αφυδατωμένων υπό κατάψυξη δειγμάτων και αποτελεί μία ένδειξη για το λόγο ενίσχυσης της γλυκιάς ή αλμυρής γεύσης. Με βάση τα αποτελέσματα αυτά, είναι δυνατή η παραγωγή γευστικών προϊόντων τα οποία περιέχουν μειωμένα επίπεδα σε αλάτι και ζάχαρη, ελέγχοντας μόνο τη δομή των προϊόντων. Επίσης, παρουσιάστηκε μία πρώτη προσέγγιση της μελέτης της βιοδιαθεσιμότητας συστατικών τροφίμων σε διάλυμα που προσομοιάζει το ανθρώπινο σάλιο, δίνοντας τη δυνατότητα ελέγχου της ικανότητας βιοαποικοδόμησης των συστατικών στον ανθρώπινο οργανισμό. Στο σημείο αυτό, θα πρέπει να αναφερθεί ότι δεν παρουσιάστηκαν εμπόδια ή προβλήματα κατά τη διάρκεια διεξαγωγής του έργου. Η μεθοδολογία ακολουθήθηκε χωρίς προβλήματα, υπήρξε πλήρης επαναληψιμότητα των πειραματικών μετρήσεων, ενώ τα αποτελέσματα που προέκυψαν ακολουθούν τις τάσεις της διεθνούς βιβλιογραφίας. ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ ΕΡΓΟΥ Από την έρευνα που έχει πραγματοποιηθεί έχει προκύψει μία δημοσίευση σε διεθνές επιστημονικό περιοδικό με κριτές: Oikonomopoulou, V., Krokid, M., Krrthnos V., Influene of Struture on Sltiness nd Sweetness of Dehydrted Food Produts, Drying Tehnology: An Interntionl Journl, 23, 3(7), p

18 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ. Ruusunen, M. nd E. Puolnne, Reduing sodium intke from met produts. Met Siene, 25. 7(3): p Lw, M.R., C.D. Frost, nd N.J. Wld, I: Anlysis of oservtionl dt mong popultions. British Medil Journl, : p Tuomilehto, J., P. Jousilhti, D. Rstenyte, V. Molthnov, A. Tnsknen, P. Pietinen, nd A. Nissinen, Urinry sodium exretion nd rdiovsulr mortlity in Finlnd: prospetive study. The Lnet, (9259): p De Ruyter, J.C., M.R. Olthof, L.D.J. Kuijper, nd M.B. Ktn, Effet of sugr-sweetened everges on ody weight in hildren: design nd seline hrteristis of the Doule-lind, Rndomized INtervention study in Kids. Contemporry Clinil Trils, (): p World Helth Orgniztion, Reduing slt intke in popultions. Report of WHO Forum nd Tehnil Meeting. 27: Pris, Frne. 6. Kilst, D. nd F. Angus, Reduing slt in foods: Prtil strtegies. st ed. 27, Cmridge, United Kingdom: Woodhed Pulishing Ltd. 7. Kroger, M., K. Meister, nd R. Kv, Low-lorie sweeteners nd other sugr sustitutes: A review of the sfety issues. Comprehensive Reviews in Food Siene nd Food Sfety, 26. 5(2): p Wilson, C.E. nd W.E. Brown, Influene of food mtrix struture nd orl rekdown during mstition on temporl pereption of flvor. Journl of Sensory Studies, (): p Goh, S.M., B. Leroux, C.A.G. Groeneshild, nd J.L.H.C. Bush, On the effet of tstnt exluded fillers on sweetness nd sltiness of model food. Journl of Food Siene, 2. 75(4): p. S245-S249.. Rhmn, M.S., Towrd predition of porosity in foods during drying: A rief review. Drying Tehnology, 2. 9(): p Tting, S., S. Prhywrkon, nd S. Soponronnrit, Effets of osmoti tretment nd superheted stem puffing temperture on drying hrteristis nd texture properties of nn slies. Drying Tehnology, 22. 3(): p Moreno, J., R. Simpson, A. Bez, J. Morles, C. Munoz, S. Sstry, nd S. Almonid, Effet of ohmi heting nd vuum impregntion on the osmodehydrtion kinetis nd mirostruture of strwerries (v. Cmros). LWT - Food Siene nd Tehnology, (2): p Wng, R., M. Zhng, nd A.S. Mujumdr, Effet of osmoti dehydrtion on mirowve freeze-drying hrteristis nd qulity of potto hips. Drying Tehnology, 2. 28(6): p Ruiz-Lopez, I.I., I.R. Huert-Mor, M.A. Vivr-Ver, C.E. Mrtinez-Snhez, nd E. Hermn-Lr, Effet of osmoti dehydrtion on ir-drying hrteristis of hyote. Drying Tehnology, 2. 28(): p Co, H., M. Zhng, A.S. Mujumdr, W.-h. Du, nd J.-. Sun, Optimiztion of osmoti dehydrtion of kiwifruit. Drying Tehnology, (): p Jngm, S.V., An overview of reent developments nd some R&D hllenges relted to drying of foods. Drying Tehnology, 2. 29(2): p Sutr, P.P., G.V.S. Rghvn, Y. Griepy, S. Prsd, nd A. Trivedi, Optimiztion of osmoti dehydrtion of potto ues under pulsed mirowve vuum environment in ternry solution. Drying Tehnology, 22. 3(3): p Pngiotou, N.M., V.T. Krthnos, nd Z.B. Mroulis, Effet of osmoti gent on osmoti dehydrtion of fruits. Drying Tehnology, (): p Azur, E., H.S. Gri, nd C.I. Beristin, Effet of the entrifugl fore on osmoti dehydrtion of pottoes nd pples. Food Reserh Interntionl, (2): p Krokid, M.K., C.T. Kirnoudis, Z.B. Mroulis, nd D. Mrinos-Kouris, Effet of pretretment on olor of dehydrted produts. Drying Tehnology, 2. 8(6): p Srvos, G.D., Effet of the drying method on the wter sorption of dehydrted pple nd potto. Journl of Food Siene, (): p Dev, S.R.S. nd V.G.S. Rghvn, Advnements in drying tehniques for food, fier, nd fuel. Drying Tehnology, 22. 3(-2): p Hung, L.-l. nd M. Zhng, Trends in development of dried vegetle produts s snks. Drying Tehnology, 22. 3(5): p

19 24. Zhng, M., H. Jing, nd R.-X. Lim, Reent developments in mirowve-ssisted drying of vegetles, fruits, nd quti produts-drying kinetis nd qulity onsidertions. Drying Tehnology, 2. 28(): p Ferrri, C.C., S.P.M. Germer, nd J.M. De Aguirre, Effets of spry-drying onditions on the physiohemil properties of lkerry powder. Drying Tehnology, 22. 3(2): p Krokid, M.K., E. Tsmi, nd Z.B. Mroulis, Kinetis on olor hnges during drying of some fruits nd vegetles. Drying Tehnology, (3-5): p Plzer, S., C. Duois, nd A. Ginfrneso, Genertion of produt strutures during drying of food produts. Drying Tehnology, 22. 3(): p Oikonomopoulou, V.P., M.K. Krokid, nd V.T. Krthnos, Struturl properties of freeze-dried rie. Journl of Food Engineering, 2. 7(3-4): p Krokid, M.K., Z.B. Mroulis, nd G.D. Srvos, The effet of the method of drying on the olour of dehydrted produts. Interntionl Journl of Food Siene & Tehnology, 2. 36(): p Ciurzynsk, A., D. Piotrowski, A. Lenrt, nd P. Luksik, Sorption properties of vuum-dried strwerries. Drying Tehnology, 22. 3(8): p AOAC, Offiil Methods of Anlysis, Assoition of Offiil Anlytil Chemists. 4th ed. ed. 99, Wshington, DC 32. Vn Arsdel, W.B. nd M.J. Copley, Food Dehydrtion. st ed. Vol , Westport, Connetiut: AVI Pulishing. 33. Krokid, M.K., V.T. Krthnos, nd Z.B. Mroulis, Effet of freeze-drying onditions on shrinkge nd porosity of dehydrted griulturl produts. Journl of Food Engineering, (4): p Krthnos, V.T. nd G.D. Srvos, Porosity nd pore size distriution of strh mterils. Journl of Food Engineering, (3): p Re, S., U. Krings, nd R.G. Berger, In vitro Study of the Influene of Physiologil Prmeters on Dynmi In-mouth Flvour Relese from Liquids. Chemil Senses, (2): p Kmirnd, D., H. Vsnthih, nd S.M. Bsh, Reltionship etween id invertse tivity nd sugr ontent in grpe speies. Journl of Food Biohemistry, 2. 35(6): p Mroulis, Z.B., E. Tsmi, D. Mrinos-Kouris, nd G.D. Srvos, Applition of the GAB model to the moisture sorption isotherms for dried fruits. Journl of Food Engineering, (): p Sn Mrtin, M.F., G.V. Bros-Cnovs, nd B.G. Swnson, Food proessing y high hydrostti pressure. Critil Reviews in Food Siene nd Nutrition, (6): p Prothon, F., Comined dehydrtion methods from fresh fruit to high-qulity ingredients. Deprtment of Food Engineering Lund Institute of Tehnology, Sweden, Myor, L., R. Moreir, nd A.M. Sereno, Shrinkge, density, porosity nd shpe hnges during dehydrtion of pumpkin (Cuurit pepo L.) fruits. Journl of Food Engineering, 2. 3(): p Nieto, A.B., D.M. Slvtori, M.A. Cstro, nd S.M. Alzmor, Struturl hnges in pple tissue during gluose nd surose osmoti dehydrtion: shrinkge, porosity, density nd mirosopi fetures. Journl of Food Engineering, 24. 6(2): p Krokid, M.K., C.T. Kirnoudis, Z.B. Mroulis, nd D. Mrinos-Kouris, Drying relted properties of pple. Drying Tehnology, 2. 8(6): p Gong, Z., M. Zhng, nd J. Sun, Physio-hemil properties of ge powder s ffeted y drying methods. Drying Tehnology, (5): p Rhmn, M.S., O.S. Al-Amri, nd I.M. Al-Bulushi, Pores nd physio-hemil hrteristis of dried tun produed y different methods of drying. Journl of Food Engineering, (4): p Oikonomopoulou, V.P. nd M.K. Krokid, Struturl properties of dried pottoes, mushrooms, nd strwerries s funtion of freeze-drying pressure. Drying Tehnology, 22. 3(4): p Dutt, B., G.S.V. Rghvn, S.R.S. Dev, P. Liplp, R. Murugesn, K. Anekell, nd T. Kushl, A omprtive study on the effets of mirowve nd high eletri field pretretments on drying kinetis nd qulity of mushrooms. Drying Tehnology, 22. 3(8): p Vn Aken, G.A., Modelling texture pereption y soft epithelil surfes. Soft Mtter, 2. 6(5): p