Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Χημικών Μηχανικών Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων

2 Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων Ερευνητικό έργο Μελέτες χρόνου ζωής Εδώδιμες μεμβράνες Διεργασίες Ανάπτυξη νέων προϊόντων Λειτουργικά τρόφιμα Φυσικά αντιοξειδωτικά Γαλακτώματα Κρυοπροστατευτικά υλικά Ήπιες - Μη θερμικές τεχνολογίες Τεχνολογίες αρτοσκευασμάτων, λιπαρών, γάλακτος/γαλακτοκομικών κ.α. Εναλλακτικά γλυκαντικά Εγκλεισμός Οργανοληπτικός Έλεγχος Έξυπνη και ενεργή συσκευασία - δείκτες ΤΤΙ

3 Εκχύλιση φυτικών ελαίων από ελαιούχους σπόρους Κινητική/θερμοδυναμική μελέτη και μοντελοποίηση της εκχύλισης ελαιούχων σπόρων συναρτήσει του χρόνου - Αριστοποίηση διεργασίας εκχύλισης σύνδεση με βιομηχανική πράξη. Μελέτη επίδρασης παραμέτρων εκχύλισης (Τ, u ανάδευσης, στερεό/υγρό) απόδοση σε έλαιο και ασαπωνοποίητα συστατικά. Εκχύλιση βιοδραστικών συστατικών από φυτικές πηγές Βιομηχανικές εφαρμογές βιοδραστικών συστατικών εμπλουτισμός ελαιόλαδου, εγκλεισμός σε διάφορους φορείς εγκλεισμού, ενσωμάτωση σε εδώδιμες μεμβράνες. Συμβατικές χρήση κάθετου ψυκτήρα εκχυλιστήρα Soxhlet υδροαπόσταξη, κ.α. Νέες χρήση υπερήχων, ενζύμων, μικροκυμάτων, ομογενοποιητή υψηλής ταχύτητας & υπερυψηλής υδροστατικής πίεσης Συμβατικοί διαλύτες Μέθοδοι Εκχύλισης Νέοι πράσινοι ευτηκτικοί διαλύτες

4 Εδώδιμες επικαλυπτικές μεμβράνες ενεργός συσκευασία Οι επικαλυπτικές μεμβράνες εφαρμόζονται άμεσα σε τρόφιμα και λειτουργούν ως φράγμα έναντι υδρατμών, αερίων και αρωματικών ενώσεων. μέθοδοι Εμβάπτιση Ψεκασμός Έγχυση Ηλεκτροαπόθεση πρώτες ύλες πολυσακχαρίτες πρωτεΐνες λιπίδια σύνθετα υλικά Ενσωμάτωση ουσιών για βελτίωση οργανοληπτικών χαρακτηριστικών και αποδοχής προϊόντος, επέκταση διάρκειας ζωής προϊόντος (αντιμικροβιακά/αντιοξειδωτικά) ή ενίσχυση θρεπτικότητας (π.χ. μέταλλα & βιταμίνες). λαχανικά φρούτα ιχθυηρά κρέας τηγανητά προϊόντα

5 Οφέλη Εγκλεισμός Η διεργασία παγίδευσης ενός υλικού/συστατικού σε υγρή, στερεή ή αέρια μορφή (πυρήνας) σε ένα μέσο/φορέα κατάλληλο για τρόφιμα, με σκοπό την παραγωγή ενός προϊόντος με ποικίλες και χρήσιμες ιδιότητες. Προστασία έναντι περιβαλλοντικών συνθηκών, οξείδωσης & αλληλεπιδράσεων Βελτίωση ιδιοτήτων Διευκόλυνση χρήσης & χειρισμού Καλύτερη διασπορά Ελεγχόμενη απελευθέρωση Διαθεσιμότητα Συγκέντρωση δραστικής ουσίας Ενσωμάτωση σε τρόφιμα Ενίσχυση διατροφικής αξίας Μin υποβάθμιση/απώλεια κατά την επεξεργασία Παραγωγή νέου προϊόντος Συστατικό Αρώματα/Χρωστικές Ένζυμα Γλυκαντικά Αμινοξέα Διογκωτικά μέσα Λιπίδια Βιταμίνες Προβιοτικά βακτήρια Φορέας Υδατανθρακικής φύσης Πρωτεϊνικής φύσης (λεκιθίνη, καζεϊνικά άλατα) Κόμμεα (αραβικό κόμμι) Βιοπολυμερή (χιτοζάνη) Μέθοδος Μοριακός εγκλεισμός Διεπιφανειακός πολυμερισμός Τεχνολογίες γαλακτώματος Ξήρανση με ψεκασμό Ξήρανση υπό κατάψυξη- Λυοφιλίωση Εκβολή

6 Λειτουργίες Ιδιότητες Νανογαλακτώματα με φυτικά έλαια φορείς βιοδραστικών ουσιών Γαλακτώματα με μέγεθος σταγονιδίων μεταξύ nm (διαφανή) ή έως 500 nm (γαλακτώδης εμφάνιση). Ιδέα: ελαιόλαδο κατά την εξαγωγή του φυσικό γαλάκτωμα υψηλής σταθερότητας. Μικρό μέγεθος σταγονιδίων Υψηλή οπτική διαύγεια κατάλληλα για εφαρμογή σε τρόφιμα, φάρμακα, καλλυντικά Καλή φυσική σταθερότητα έναντι βαρυτικού διαχωρισμού ή συσσωμάτωσης Ενσωμάτωση συστατικών θρεπτικότητα, σταθερότητα, γεύση, υφή & εμφάνιση ενδογενή συστατικά ελαιόλαδου - υδρόφιλα & λιπόφιλα συστατικά Μέσα διαλυτοποίησης ουσιών Συστήματα χορήγησης & ελεγχόμενης απελευθέρωσης επιθυμητών συστατικών Διπλά νανογαλακτώματα: Τριμερή συστήματα με δομή τύπου νερό σε έλαιο σε νερό (w/o/w) ή έλαιο σε νερό σε έλαιο (o/w/o), όπου τα διεσπαρμένα σταγονίδια περιέχουν μικρότερα σταγονίδια διαφορετικής όμως φάσης Δυνατότητα ταυτόχρονης ενσωμάτωσης υδρόφιλων και λιπόφιλων συστατικών.

7 Γαλακτοκομικά Προϊόντα Καινοτομικές μέθοδοι επεξεργασίας (π.χ. ομογενοποίηση με υπερήχους) σε συμβατικά ή προβιοτικά (με εγκλεισμένη ή μη προβιοτική μαγιά) ζυμωμένα προϊόντα. Συνεχής παρακολούθηση διεργασίας ζύμωσης και ικανότητα πρόβλεψης εξέλιξής της μέσω μοντέλων. Παραγωγή προϊόντων προ-υδρολυμένης λακτόζης. Παραγωγή ανασυσταμένου γιαουρτιού. Προβιοτικά βακτήρια Ζωντανοί οργανισμοί, οι οποίοι όταν χορηγούνται σε επαρκή ποσότητα προσφέρουν πολλαπλά οφέλη στην υγεία του ξενιστή. Μέθοδοι εγκλεισμού: Εξώθηση Γαλακτωματοποίηση Λυοφιλίωση Ενσωμάτωση προβιοτικών βακτηρίων σε συστήματα τροφίμων Ζυμωμένα γαλακτοκομικά προϊόντα (π.χ. γιαούρτι) & άλλα συστήματα τροφίμων (π.χ. χυμοί φρούτων).

8 Μελέτη της αλκοολικής ζύμωσης με χρήση ζυμών non-saccharomyces Ζύμες Non-Saccharomyces γνωστές παλιότερα ως μικροοργανισμοί αλλοίωσης. Σήμερα, νέα στελέχη τους μελετώνται για την πολυπλοκότητα και τα αρωματικά χαρακτηριστικά που παράγουν. Μελετώνται διάφορα Non-saccharomyces στελέχη (π.χ. Τorulaspora delbrueckii, Metschnikowia pulcherrima, Pichia Kluyveri, Kluyveromyces/Lachancea thermotolerans, κ.ά.) υπό διαφορετικές συνθήκες ζύμωσης (θερμοκρασία, περιεκτικότητα σακχάρων, κ.α.). Γίνεται παρακολούθηση: της παραγωγής της αιθανόλης του μεταβολισμού των διαφόρων σακχάρων της συνολικής επίδρασης στο τελικό προιόν (χρώμα & πικράδα) Στόχοι Αντικατάσταση ή/και συνδυασμός με τον συμβατικό ζυμομύκητα S. Cerevisiae. Ανάδειξη περαιτέρω αρωματικών στοιχείων μέσω διαφορετικών βιοχημικών κύκλων (metabolomics). Δημιουργία νέων ζύθων με μεγαλύτερη πολυπλοκότητα και πιο έντονες γεύσεις και αρώματα.

9 Αξιοποίηση των παραπροϊόντων της γαλακτοβιομηχανίας & βελτιστοποίηση της παραγωγής υψηλής αξίας γαλακτοσακχαριτών από αυτά με καινοτόμο εφαρμογή βιοκαταλυτών ενζυμική αξιοποίηση ελληνικό στραγγιστό γιαούρτι tn/yr (Η.Π.Α.) tn/yr (Ευρώπη) Παραγωγή αποβλήτου x2 κ.β. όξινος ορός (παραπροϊόν) c lac = 2,5 4,0 % w/v ph 4,5 BOD > μη διαχειρίσιμο στον βιολογικό καθαρισμό GOS + λακτουλόζη υψηλή διατροφική αξία πρoβιοτική δράση β-γαλακτοζιδάση υδρόλυση gal & glc τρανσγλυκοζυλίωση GOS

10 Μελέτη εφαρμογής μη θερμικών τεχνολογιών Θερμικές Τεχνολογίες VS Μη Θερμικές Τεχνολογίες Μη θερμικές τεχνολογίες Ανώτερη ποιότητα: Βελτίωση οργανοληπτικών χαρακτηριστικών, Διατήρηση διατροφικής ποιότητας και λειτουργικών ιδιοτήτων (αντιοξειδωτική ή άλλη βιοενεργή δράση), Αύξηση της διατηρησιμότητας Ασφάλεια: Μικροβιολογική σταθερότητα Περιβαλλοντικά οφέλη Καινοτομία: Σχεδιασμός και ανάπτυξη καινοτομικών διεργασιών και προϊόντων τροφίμων με βελτιωμένα λειτουργικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά Ευρύ φάσμα εφαρμογών Υπερυψηλή Πίεση (High pressure, HP) Ξήρανση Παλμικά ηλεκτρικά πεδία (PEF) Ψύξη Ωσμωτική αφυδάτωση (OD) Κατάψυξη

11 Υπερυψηλή Πίεση(High pressure, HP) Η Υπερυψηλή Πίεση είναι η μία καινοτόμος, μη θερμική τεχνολογία που έχει χρησιμοποιηθεί ως μέθοδος ψυχρής παστερίωσης αντικαθιστώντας τη συμβατική θερμική επεξεργασία για την επίτευξη μικροβιολογικής σταθερότητας και τη διατήρηση των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών και των θρεπτικών ιδιοτήτων του προϊόντος (συσκευασμένα τρόφιμα, ομοιόμορφη υδροστατική πίεση MPa). Ένζυμα Μικροοργανισμοί Πρωτεϊνες φρούτα και λαχανικά (φρεσκοκομμένα φρούτα-λαχανικά, φρουτοσκευάσματα, έτοιμες κομμένες σαλάτες)-> Bελτίωση χαρακτηριστικών και αύξηση διάρκεια ζωής χυμοί φρούτων-> Απενεργοποίηση μικροοργανισμών & ενζύμων, Αποπίκρανση, Bελτίωση χαρακτηριστικών και αύξηση διάρκεια ζωής γαλακτοκομικά προϊόντα-> Bελτίωση χαρακτηριστικών, Eνίσχυση βιολειτουργικότητας, Mείωση χρόνου ωρίμανσης σε τυριά αλλαντικά-> Απενεργοποίηση μικροοργανισμών, Μικροβιολογική διασφάλιση, Αυξημένη διάρκεια ζωής με μείωση πρόσθετων ουσιών «deli» σαλάτες-> Απενεργοποίηση μικροοργανισμών, Αυξημένη διάρκεια ζωής χωρίς χρήση αντιμικροβιακών νωπά ψάρια και προϊόντα τους (φιλέτα)-> Αύξηση χρόνου διάθεσης και μείωση απαίτησης έντονης ψύξης (0 C)

12 Παλμικά ηλεκτρικά πεδία(pef) Τα Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία είναι μία καινοτόμος, μη θερμική τεχνολογία που έχει χρησιμοποιηθεί για την επέκταση του χρόνου ζωής τροφίμων απενεργοποιώντας μικροοργανισμούς. Έχει χρησιμοποιηθεί και για την αύξηση της απόδοσης εξαιτίας της διάρρηξης των κυττάρων των τροφίμων που προκαλεί (εφαρμογή ηλεκτρικό πεδίο υψηλής έντασης για πολύ μικρούς χρόνους). Ηλεκτροδιάτρηση κυττάρων Απώλεια κυτταρικού περιεχομένου Αύξηση της απόδοσης χυμοποίησης Ευκολότερο κόψιμο και αποφλοίωση φρούτων και λαχανικών Αύξηση της διάρκειας ζωής υγρών τροφίμων, διατηρώντας τα ποιοτικά, θρεπτικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά τους Μικρότεροι χρόνοι ξήρανσης φρούτων και λαχανικών Μειωμένη κατανάλωση ενέργειας και νερού

13 Παραγωγή υψηλής ποιότητας φυτικών προϊόντων με τη χρήση των τεχνολογιών Υπερυψηλής Πίεσης και Παλμικών Ηλεκτρικών Πεδίων Υπερυψηλή Πίεση Αύξηση κυτταρικής διαπερατότητας Επίδραση στα ενδογενή ένζυμα Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία Ηλεκτροδιάτρηση κυττάρων Απώλεια κυτταρικού περιεχομένου Αύξηση της απόδοσης του τοματοχυμού Εκχύλιση των φλαβονοειδών από φλούδες τομάτας (απόβλητα) Ευκολότερη αποφλοίωση-κοπή των τοματών Παραγωγή προϊόντων τομάτας υψηλού ιξώδους με μείωση του εξατμιζόμενου νερού (λιγότερα Brix) Αύξηση της απόδοσης του ελαιολάδου Ανώτερα ποιοτικά χαρακτηριστικά έξτρα παρθένου ελαιολάδου Εκχύλιση ενδοκυτταρικών συστατικών από το υπόλειμμα ελαιόπαστας

14 Βελτίωση παραλαβής συστατικών από κύτταρα μαγιάς με χρήση των τεχνολογιών Υπερυψηλής Πίεσης και Παλμικών Ηλεκτρικών Πεδίων Υπερυψηλή Πίεση Αύξηση κυτταρικής διαπερατότητας Επίδραση στα ενδογενή ένζυμα Κύτταρα Μαγιάς S. cerevisiae Παραλαβή ενδοκυτταρικών συστατικών με εφαρμογή στα τρόφιμα Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία Ηλεκτροδιάτρηση κυττάρων Απώλεια κυτταρικού περιεχομένου εκχύλισμα μαγιάς β-γλυκάνες ένζυμα Φυσικό ενισχυτικό γεύσης πλούσιο σε βιταμίνες Φυσικό ενισχυτικό γεύσης πλούσιο σε βιταμίνες Φυσικό ενισχυτικό γεύσης πλούσιο σε βιταμίνες

15 Ωσμωτική Αφυδάτωση(OD) Η ωσμωτική αφυδάτωση αφορά τη μερική απομάκρυνση του νερού με απευθείας επαφή του τροφίμου με ένα υπερτονικό μέσο, ενώ παράλληλα πραγματοποιείται μεταφορά διαλυμένων συστατικών από το ωσμωτικό διάλυμα στο τρόφιμο. Η ελάττωση της ενεργότητας του νερού μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική επιβράδυνση της μικροβιακής ανάπτυξης και συνεπώς επέκταση της διατηρησιμότητας του τροφίμου. Αύξηση της διάρκειας ζωής -> Mε προσθήκη αντιμικροβιακών ουσιών Ενίσχυση της θρεπτικής αξίας και λειτουργικών χαρακτηριστικών -> Mε προσθήκη αντιοξειδωτικών ουσιών κα Σχεδιασμός καινοτομικών προϊόντων όπως ανάπτυξη προϊόντων επιτραπέζιας ελιάς ενισχυμένα με βιοδραστικά συστατικά αρωματικών φυτών και ιδιαίτερων οργανοληπτικών χαρακτηριστικών, νέων γαλακτοκομικών προϊόντων τύπου φρέσκου τυριού Τεμαχισμένα φρούτα/λχανικά και φρουτοπαρασκευάσματα μακράς διάρκειας με ενίσχυση των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών / της θρεπτικής αξίας Προϊόντα κρέατος και ιχθυηρών (Τεμάχια και ολόκληρα φιλέτα κοτόπουλου και ψαριών) μακράς διάρκειας με ενίσχυση των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών / της θρεπτικής αξίας

16 Διαχείριση και βελτιστοποίηση της ψυκτικής αλυσίδας με εφαρμογή τόσο σε ψυγμένα όσοκαι σε κατεψυγμένα τρόφιμα Καταγραφή της ψυκτικής αλυσίδας (όπως πειράματα πεδίου ελέγχου) Ανάπτυξη βάσεων δεδομένων θερμοκρασιών Ανάπτυξη λογισμικών και εργαλείων πρόρρησης της ποιότητας και ασφάλειας των προίόντων τροφίμων Μελέτη, ανάπτυξη και εφαρμογή χρονοθερμοκρασιακών δεικτών (TTIs), οι οποίοι μεταφράζουν το χρονοθερμοκρασιακό ιστορικό ενός τροφίμου σε μία χρωματική ένδειξη που αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο φρεσκότητας τροφίμου Μελέτη και ανάπτυξη κινητικών μοντέλων υποβάθμισης της ποιότητας του τροφίμου Μελέτη και ανάπτυξη της χρήσης ΤΤΙs Συσχέτιση και τελική επιλογή κατάλληλου TTI Ενζυμικοί Διάχυσης Μικροβιολογικοί Φωτο χημικοί Πολυμερισμού

17 Ερευνητικά Προγράμματα SUIT4FOOD: SUstainable Intervention Technologies for controlling FOOD Safety and Stability SUSHIFISH-SUStainable production of HIgh quality aquaculture FISH using innovative tools and production strategies and integrating novel processing methods and cold chain management ( ) ARISTEIA II: HIPEFO-Study of high pressure, pulsed electric fields and ozonation novel processes and applicability to improve quality and productivity of Greek fruit and vegetable industrial products ( ) THALES: DeMMoNFoQuS-Development, mathematical modeling and optimal design of non-thermal technologies for processing, packaging, distribution and storage of safe high quality food products ( ) Development of a SOftware tool for Prediction of ready-to-eat food product shelf life, quality and safety ( ) Developing novel intelligent labels for chilled and frozen food products and promoting the influence of smart labels application on waste reduction, food quality and safety in the European supply chains ( ) Food Refrigeration Innovations for Safety, consumers Benefit, Environmental impact and Energy optimisation along the cold chain in Europe ( ) Integrated Approach to enable Traceability of the Cold chain of Fresh Chilled Meat and Fish Products by means of tailor-made Time/Temperature Indicators ( ) Development and Application of a Safety Monitoring and Assurance System for Chilled Meat Products. FP5-Research and Technology Development Project ( )

18 Διακρίσεις Εθνικός Διαγωνισμός ECOTROPHELIA 1o βραβείο (2017 & 2012) 2ο βραβείο (2011 & 2015) 3ο βραβείο (2012 & 2017) βραβείο FoodPrint (2017) Ευρωπαϊκός Διαγωνισμός ECOTROPHELIA 1o βραβείο (2017 & 2012) Έπαινος Καινοτομίας (ΣΕΒ, Eurobank 2013) Βραβείο Καινοτομικού προϊόντος (ΜΑΡΙΝΟΠΟΥΛΟΣ, 2013)

19 Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων

20 Ευχαριστούμε πολύ!