ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΝΕΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Μέλη ΔΕΠ: Δ. Μαρίνος Κουρής Ζ. Μαρούλης Γ. Ζιώμας Μ. Κροκίδα Επιστημονικό προσωπικό: Ν. Παναγιώτου Χ. Μπουκουβάλας Π. Μιχαηλίδης Υποψήφιοι Διδάκτορες: Π. Ελένη Κ. Καββαδίας Ι. Κατσαβού Α. Λάζου Σ. Ντεμίρη
Εισαγωγή Ανάπτυξη νέων προϊόντων (Duranti, Μ., 2006): Αυξημένης διατροφικής αξίας. Με αποδεκτές θερμοφυσικές και δομικές ιδιότητες. Στροφή προς μεσογειακή διατροφή. Όσπρια Πλούσια σε πρωτεΐνες. Βασικό συστατικό μεσογειακής διατροφής. Όσπρια και δημητριακά διατροφικά συμπληρωματικά. Πυραμίδα μεσογειακής διατροφής
Αντικείμενο & Στόχοι Δεκαετίες 1960 70: Προσδιορισμός Συντελεστών μεταφοράς θερμότητας & μάζας Κατανομών ορμής, θερμοκρασίας, συγκέντρωσης κλπ. Ανάπτυξη μοντέλων πρόβλεψης βάση 200 φαινομένων μεταφοράς. Σήμερα: Αριθμός εργασιών 160 Μέτρηση ιδιοτήτων τροφίμων υπό 120 καθορισμένες λειτουργικές συνθήκες και σύσταση. 80 Μεγάλος αριθμός πειραματικών δεδομένων & οργάνωση σε βάσεις40 δεδομένων. Ανάπτυξη μαθηματικών προτύπων 0 ιδιοτήτων συνάρτησει της σύστασης & των λειτουργικών συνθηκών. Μαθηματικά πρότυπα Προβλήματα λόγω πολυσυστατικής φύσης τροφίμου Ιδιότητες ποιότητας 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Έτος
Ιδιότητες & Διεργασίες Σχεδιασμός Λειτουργία Ρύθμιση Ανάπτυξη Νέων Προϊόντων Βελτιστοποίηση Υφισταμένων Διεργασίες Συνθήκες
Ιδιότητες & Διεργασίες Τεχνικές Ιδιότητες Συντελεστής Διάχυσης Θερμική Αγωγιμότητα Συντελεστές Μεταφοράς Θερμότητας και Μάζας Ισορροπίας Ιδιότητες Ποιότητας Δομικές (πυκνότητα, πορώδες) Μηχανικές (συμπίεση, εφελκυσμός, χαλάρωση) Χρώμα
ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΥΠΟ ΟΜΗΣ Εργαστήριο Μετρήσεων Φυσικών Ιδιοτήτων 1. Μέτρηση Φαινόμενης Πυκνότητας Στερεών Ιδιοκατασκευή 2. Στερεοπυκνόμετρο Ηλίου Quantacrome 3. Μέτρηση Μηχανικών Ιδιοτήτων Zwick 4. Μέτρηση Χρώματος Hunterlab 5. Μέτρηση Ενεργότητας Νερού Rotronic 6. Θερμιδομετρικές Μετρήσεις DSC 6110 (Perkin Elmer Εργαστήριο Φυσικών ιεργασιών 1. Συσκευή αφυδάτωσης σε ελαιώδες περιβάλλον εργαστηριακής κλίμακας Ιδιοκατασκευή 2. Συσκευή εκβολής ημιβιομηχανικής κλίμακας Prism
Οπτικές Ιδιότητες Αφυτατωμένων Τροφίμων 0.25 Υγρασία (kg/kg db) 0.2 0.15 0.1 Τ=70 C H=10% 0.6 0.5 0.4 0.3 0.05 0.2 0.1 0 40 50 60 70 80 90 Θερμοκρασία ( o C)
Μαθηματικά Πρότυπα Ιδιοτήτων Προτεινόμενο πρότυπο Πυκνότητας Ογκος του νερού που: απομακρύνεται (συρρίκνωση) Διφασικά συστήματα (Ξήρανση) = b (Xi-X) / rw (1+ X) ρ p = 1 X + ρ ρ s w (1+ X) ρ = b 1+ Xi X + β ρ ρ bi w ρ ε = 1- ρ b p Νερό = Xi/ rw παραμένει ως νερό = X/ rw παραμένει ως αέρας (πορώδες) Νερό Τριφασικά συστήματα (Τηγάνισμα, ωσμωτική aφυδάτωση) = (1-b) (Xi-X) / rw Αέρας (1+ X +Y) ρ p = 1 X Y + + ρ ρ ρ s w L (1+ X +Y) ρ = b 1 X Y + β( + ) ρ ρ ρ bo w L Αέρας Στερεό Παράμετροι ρ w Πυκνότητα Δεσμευμένου Νερού ρ L Πυκνότητα Λαδιού ρ s Πυκνότητα Ξηρού Στερεού ρ bi Φαινόμενη Πυκνότητα β Συντελεστής Συρρίκνωσης Στερεό Αρχική (Xi) Τελική (X)
Μαθηματικά Πρότυπα Ιδιοτήτων Προτεινόμενο Μαθηματικό Πρότυπο Πορώδους Τροφίμων Εκβολής (1-e f ) ρt V τ = F 0.141-0.192-0.142-0.069 N F T X e=0.707 f 200 0.001 200 0.100 n n n n n T τ X C N ε = ε0 Tr τ r X r Cr Nr T τ X C N ε, πορώδες τροφίμου εκβολής Τ, θερμοκρασία εκβολής ( C) τ, μέσος χρόνος παραμονής (s) Ν, ταχύτητα περιστροφής κοχλιών (rpm) F, παροχή υλικού τροφοδοσίας (kg/s) Χ, υγρασία τροφοδοσίας (kg/100kg wb) C, αναλογία υλικών (kg καλαμποκάλευρου/kg οσπρίου) T r, τ r, X r, C r και N r τιμέςστιςσυνθήκεςαναφοράς ε 0 σταθερά, πορώδες συνθηκών αναφοράς ρ t, πραγματική πυκνότητα υλικού (kg/m 3 ) V, ελευθερος όγκος εκβολέα (m 3 ) e f, κενό κλάσμα εκβολέα Πορώδες 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 Ρεβίθι Ρεβίθι T=200 C Μεξ. Φασόλι T=200 C Μεξ. Φασόλι C=50% F=4.68 X=16% kg/h Λευκό Φασόλι F=4.68 kg/h Φακή 0.5 10 0 20 12 40 14 60 16 80 18 100 20 Υγρασία C (Καλαμποκάλευρο/Όσπριο Τροφοδοσίας (kg/100 kg %) wb)
Μαθηματικά Πρότυπα Ιδιοτήτων σ Προτεινόμενο Μαθηματικό Πρότυπο Υφής Τροφίμων Εκβολής = σ B B,0 ε = ε B B,0 n n n n n τ T X C N τ 0 T0 X0 C0 N0 τ T X C N m m m m m τ T X C N τ 0 T0 X0 C0 N0 τ T X C N σ B, τάση θραύσης τροφίμου εκβολής σ B,0, τάση θραύσης στις συνθήκες αναφοράς Τ, θερμοκρασία εκβολής ( C) τ, μέσος χρόνος παραμονής (s) Ν, ταχύτητα περιστροφής κοχλιών (rpm) Χ, υγρασία τροφοδοσίας (kg/100kg wb) C, αναλογία υλικών (kg καλαμποκάλευρου/kg οσπρίου) T r, τ r, X r, C r και N r τιμέςστιςσυνθήκεςαναφοράς ε Β, παραμόρφωση κατά τη θραύση ε Β,0, παραμόρφωση στις συνθήκες αναφοράς Παραμόρφωση Τάση Θ ρ ραύσης (Δ (kpa) L/L0) 280 1 260 0.9 240 0.8 220 200 0.7 180 0.6 160 0.5 140 120 0.4 0.4 T=200 C T=200 C C=50% X=16% X=16% F=4.68kg/h C=50% Λευκό Λευκό Λευκό Φασόλι Φακή Φακή Φακή Φακή 100 0.3 0.3 80 0.2 60 0.2 0.1 40 0.1 200 0 10 0 12 20 40 14 60 16 80 18 100 20 20 30 40 50 60 Υγρασία C (Καλαμποκάλευρο/Όσπριο Χρόνος Τροφοδοσιας Παραμονής (kg/100 (s) kg %) %) wb)
. Ενοποιημένα Πρότυπα Ιδιοτήτων Ανάπτυξη γενικευμένου δομικού προτύπου 1-f Παράλληλη Δομή Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας για κοκκώδη υλικά Ροή Θερμότητας f Σ ειριακή Δ ομή λ = 1 eff 1-f + f λpa λse λ pa = εaλ a+(1-ε a)λp λ se = ε a 1-ε a + λ a 1 λ p Κοκκώδη Υλικά Σωματίδια Αέρας Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας για υλικά με συνεχή δομή Κοκκώδη (σωματίδια) λ = 1 eff 1-f + f λpa λse λ pa = εs λ s + εw λ w + εa λa 1 λ se = ε s ε w ε a + + λ λ λ s w a Στερεά Νερό
ΦΡΟΥΤΑ & ΛΑΧΑΝΙΚΑ ΚΟΚΚΩΔΗ ΥΛΙΚΑ 0.200 0.200 45 0 C Θερμοκρασία = 25 C Ενεργή Θερμική Αγωγιμότητα (W/mK) 0.150 0.100 35 25 15 5 Ενεργή Θερμική Αγωγιμότητα (W/mK) 0.150 0.100 Περιεχόμενη Υγρασία 0.230 (kg/kg db) 0.125 0.015 0.050 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 Περιεχόμενη Υγρασία (kg/kg db) 0.050 400 500 600 700 800 900 Φαινόμενη Πυκνότητα (kg/m 3 )
Σχεσιακή Βάση Δεδομένων Δομή Βάσης Στόχοι: Καταχώρηση Θερμοφυσικών Ιδιοτήτων Ταξινόμηση, επεξεργασία & πρόβλεψη Ιδιότητες Θερμική αγωγιμότητα Συντελεστής διάχυσης
Σχεσιακή Βάση Δεδομένων Εξοδος Βάσης
Μελλοντικές Εργασίες Μελέτη ιδιοτήτων τροφίμων εκβολής με πρωτεΐνες οσπρίων: Λειτουργικές Υαλώδης μετάπτωση Υφή Οργανοληπτικά χαρακτηριστικά Ψεκασμός με λιπαρά Ανάπτυξη νέων τροφίμων εκβολής με φυτικές ίνες Επέκταση λειτουργιών βάσης δεδομένων