ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΓΕΩΠΟΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΜΕΑΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΜΑΡΙΝΟΠΟΥΛΟΥ ΑΝΝΑ Πτυχιούχου Γεωπόνου ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΡΙΘΑΡΕΝΙΟΥ ΚΡΗΤΙΚΟΥ ΠΑΞΙΜΑ ΙΟΥ ΣΤΑ ΜΟΡΙΑΚΑ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ β-γλυκανων ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ Επιβλέπων: Κωνσταντίνος Μπιλιαδέρης, Καθηγητής ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2010
ΑΝΝΑ ΜΑΡΙΝΟΠΟΥΛΟΥ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΡΙΘΑΡΕΝΙΟΥ ΚΡΗΤΙΚΟΥ ΠΑΞΙΜΑ ΙΟΥ ΣΤΑ ΜΟΡΙΑΚΑ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ β-γλυκανων Υποβλήθηκε στη Γεωπονική Σχολή Τοµέας: Επιστήµης και Τεχνολογίας Τροφίµων Ηµεροµηνία Προφορικής Εξέτασης: 13 Ιουλίου 2010 Εξεταστική επιτροπή Μπιλιαδέρης Κων/νος, Επιβλέπων Καθηγητής Ματσούκας Νικήτας, Λέκτορας, Μέλος της Τριµελούς Συµβουλευτικής Επιτροπής Λαζαρίδου Αθηνά, Λέκτορας, Μέλος της Τριµελούς Συµβουλευτικής Επιτροπής
ΑΝΝΑ ΜΑΡΙΝΟΠΟΥΛΟΥ Α.Π.Θ. ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΡΙΘΑΡΕΝΙΟΥ ΚΡΗΤΙΚΟΥ ΠΑΞΙΜΑ ΙΟΥ ΣΤΑ ΜΟΡΙΑΚΑ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ β-γλυκανων ISBN Η έγκριση της παρούσας Μεταπτυχιακής ιατριβής από τη Γεωπονική Σχολή του Αριστοτέλειου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης, δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωµών του συγγραφέως (N. 5343/1932, άρθρο 202, παρ.2)
ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να εκφράσω τις θερµές µου ευχαριστίες στον επιβλέποντα καθηγητή Κωνσταντίνο Μπιλιαδέρη για την ευκαιρία που µου έδωσε να πραγµατοποιήσω τη µελέτη αυτή στο εργαστήριο του, καθώς και για την πολύτιµη καθοδήγηση, στήριξη και βοήθειά του κατά τη διεξαγωγή και συγγραφή της µελέτης αυτής. Επιπλέον, θα ήθελα να ευχαριστήσω το λέκτορα Νικήτα Ματσούκα, για την πολύτιµη βοήθεια κατά την παρασκευή των παξιµαδιών, και τη λέκτορα Αθηνά Λαζαρίδου, για την απεριόριστη βοήθεια της και πολύτιµη καθοδήγηση κατά την εκπόνηση και συγγραφή της διατριβής. Επίσης, ευχαριστώ το λέκτορα Θωµά Μοσχάκη για τη βοήθειά του στο πειραµατικό µέρος της διατριβής. Ευχαριστώ θερµά τους συναδέλφους µου Κυριακή Ζηνοβιάδου, Μαρία Τζουµάκη, Αντριάνα Σκένδη, Κωνσταντίνα Κρητικοπούλου, Μαρία Γουγουλή, Αλεξάνδρα Λιανού και Μυρσίνη Κακαγιάννη για την στήριξη και συµπαράστασή τους, καθώς και για την πολύτιµη βοήθειά τους κατά τη διεξαγωγή της πειραµατικής µελέτης. Επίσης, ευχαριστίες εκφράζονται προς την αλευροβιοµηχανία «Κυλινδρόµυλοι Κρήτης Α.Ε» (Εθνάρχου Βενιζέλου 40, Σούδα-Χάνια) για τη µερική χρηµατοδότηση της παρούσας µεταπτυχιακής διατριβής. Θεωρώ τον εαυτό µου τυχερή που συνεργάστηκε µε όλους τους παραπάνω ανθρώπους. Νιώθω πραγµατικά ευγνώµων για όλα όσα µου έµαθαν. εν θα ξεχάσω ποτέ όσα µου δίδαξαν οι καθηγητές µου. εν θα ξεχάσω ποτέ τους συνάδελφους µου, πάνω από όλα φίλους µου, για όλα όσα έκαναν για µένα. Τέλος, θέλω να ευχαριστήσω την οικογένεια µου, τον πατέρα µου Γιάννη, τη µητέρα µου Μαρία, τον αδελφό µου Φιλώτα και την αδελφή µου Παναγιώτα για την συµπαράσταση, στήριξη και σεβασµό που µου δείχνουν όλα αυτά τα χρόνια. Χωρίς αυτούς, τίποτα δεν θα είχε νόηµα.
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... i Περιεχόµενα Πινάκων... v Περιεχόµενα Σχηµάτων... ix Περίληψη... xv Abstract... xvii 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΚΟΠΟΣ ΜΕΛΕΤΗΣ... 1 2. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ... 5 2.1. Εισαγωγή... 5 2.2. Σύνθεση κόκκου κριθαριού... 7 2.3. Προέλευση β-γλυκανών... 9 2.4. οµή β-γλυκανών... 10 2.5. Εµπλουτισµός των αλεύρων σε β-γλυκάνες... 13 2.6. Εκχύλιση και καθαρισµός... 17 2.7. Φυσικές ιδιότητες β-γλυκανών κριθαριου... 19 2.8. Φυσιολογική δράση β-γλυκανών κριθαριού... 23 2.8.1.Επίδραση των β-γλυκανών στο µεταβολισµό των υδατανθράκων... 23 2.8.2. Επίδραση των β-γλυκανών στην εµφάνιση του καρκίνου του παχέος εντέρου... 26 2.8.3. Επίδραση των β-γλυκανών στη µείωση του σωµατικού βάρους... 27 2.8.4. Επίδραση των β-γλυκανών στο µεταβολισµό των λιπιδίων... 28 2.9. Παρουσία της β-γλυκάνης κριθαριού σε τρόφιµα βασισµένα σε δηµητριακά... 31 i
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 2.10. Μεταβολές στη λειτουργική δράση των β-γλυκανων κατά την επεξεργασία των τροφίµων... 38 2.11. Μεταβολές της β-γλυκάνης στο εντερικό σύστηµα... 41 2.12. Ρεολογική συµπεριφορά ζυµαριών... 42 2.13. Αρτοποιητική διαδικασία... 49 3. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΙ... 54 3.1. Υλικά... 54 3.2. Μέθοδοι... 56 3.2.1. Χηµικές αναλύσεις αλεύρων... 56 3.2.2. Υγροθερµική επεξεργασία αλεύρων... 56 3.2.3. ιαδικασία αρτοποίησης παρασκευής παξιµαδιών... 57 3.2.4. Προσδιορισµός ενζυµικής δραστηριότητας β-γλυκανάσης... 59 3.2.5. Ρεολογική µελέτη χυλού από άλευρα κριθαριού και παξιµάδια... 60 3.2.6. Λειτουργικές ιδιότητες ζυµαριών... 61 3.2.6.1. Ρεολογική συµπεριφορά... 62 3.2.6.2. ιαφορική θερµιδοµετρία σάρωσης... 63 3.2.6.3. Μηχανικές δοκιµές µεγάλων παραµορφώσεων... 63 3.2.6.3.1. οκιµές ανάλυσης υφής στο ζυµάρι... 64 3.2.6.3.2. οκιµή χαλάρωσης της τάσης... 64 3.2.7. Ποιοτικά χαρακτηριστικά παξιµαδιού... 65 3.2.7.1. Χρώµα... 65 3.2.7.2. Ανάλυση πορώδους της ψίχας... 66 3.2.7.3. Σκληρότητα... 66 3.2.8. Εκχύλιση β-γλυκανών από τα άλευρα και τα παξιµάδια... 67 3.2.9. Αποµόνωση και καθαρισµός των β-γλυκανών από άλευρα κριθαριού και παξιµάδια... 71 3.2.10. Χηµικές αναλύσεις... 73 ii
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 3.2.10.1. Ποσοτικός προσδιορισµός πρωτεϊνών... 73 3.2.10.2. Προσδιορισµός β-γλυκανών... 73 3.2.10.3. Προσδιορισµός αµύλου... 74 3.2.11. Προσδιορισµός βαθµού ενζυµικής υδρόλυσης αµύλου (in vitro απελευθέρωσης αναγόντων σακχάρων) των παξιµαδιών... 74 3.2.12. Ρεολογικός χαρακτηρισµός β-γλυκανών και εκχυλισµάτων των αλεύρων και των κριθαρένιων παξιµαδιών... 75 3.2.13. Χαρακτηρισµός της µοριακής δοµής των β-γλυκανών... 75 3.2.13.1. Χρωµατογραφία αποκλεισµού µεγέθους υψηλής απόδοσης (High Performance Size Exclusion Chromatography, HPSEC)... 75 3.2.13.2 Χρωµατογραφία ανιοντοανταλλάγης υψηλής απόδοσης µε παλµική αµπεροµετρική ανίχνευση (High Performance Anion Exchange Chromatography, HPAEC)... 77 3.3 Στατιστική ανάλυση- πειραµατικός σχεδιασµός... 78 4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ... 80 4.1. Σύσταση πρώτων υλών... 80 4.2. ραστηριότητα β-γλυκανάσης στα άλευρα κριθαριού... 80 4.3. Μεταβολές του φαινοµενικού ιξώδους σε χυλό... 85 4.4. Μοριακά και ρεολογικά χαρακτηριστικά β-γλυκανών... 90 4.4.1. Αποµόνωση και καθαρισµός β-γλυκανών... 90 4.4.2. Χαρακτηρισµός µοριακής δοµής β-γλυκανών... 93 4.4.2.1. Προσδιορισµός µοριακού µεγέθους µε χρωµατογραφία κατανοµής µεγέθους υψηλής απόδοσης (HPSEC)... 93 4.4.2.2. Πρωτοταγής δοµή β-γλυκανών µε ιοντική χρωµατογραφία παλµικού αµπεροµετρικού ανιχνευτή... 98 4.4.3. Ρεολογικός χαρακτηρισµός αποµονωµένων β-γλυκανών.... 101 4.5. Ρεολογική µελέτη ζυµαριών... 105 4.5.1. Φαρινογραφήµατα... 105 iii
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 4.5.2. Μηχανικά φάσµατα... 109 4.5.3. οκιµές ερπυσµού-ανάκτησης... 114 4.5.4. Ανάλυση προφίλ-υφής ζυµαριών... 121 4.5.5. οκιµές χαλάρωσης τάσης ζυµαριών σε αναλυτή υφής... 124 4.5.6. Θερµιδοµετρία ζυµαριών... 128 4.6. Ποιοτικά χαρακτηριστικά παξιµαδιού... 130 4.6.1. Όγκος ψωµιού (Loaf Volume)... 130 4.6.2. Χρώµα παξιµαδιών... 132 4.6.3. Ανάλυση του πορώδους της ψίχας των παξιµαδιών... 135 4.6.4.Σκληρότητα ψίχας παξιµαδιών... 139 4.7. Εκχυλισιµότητα και ρεολογικές ιδιότητες β-γλυκανών και ενζυµική υδρόλυση αµύλου.... 140 4.7.1. Εκχυλισιµότητα β-γλυκανών στα άλευρα και στα παξιµάδια... 140 4.7.2. Ρεολογική µελέτη των εκχυλισµάτων των β-γλυκανών από τα άλευρα κριθαριού και τα παξιµάδια... 147 4.7.3. Ενζυµική αποικοδόµηση αµύλου... 153 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... 158 5. ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ... 161 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 163 iv
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΩΝ Περιεχόµενα Πινάκων Πίνακας 2.1. Παραγωγή κριθαριού - 2005 (million metric tonne, Mt)... 6 Πίνακας 2.2. Επίδραση β-γλυκάνης στα τεχνολογικά χαρακτηριστικά του ψωµιού (Cleary et al., 2007).... 34 Πίνακας 2.3. Μεταβολές στα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά (Dhingra και Jood, 2004)... 37 Πίνακας 3.1. Επίδραση των τριών παραγόντων στις λειτουργικές ιδιότητες των ζυµαριών και στα ποιοτικά χαρακτηριστικά των παξιµαδιών και οι αντίστοιχες µεταχειρίσεις που χρησιµοποιήθηκαν σε κάθε περίπτωση.... 79 Πίνακας 4.1. Περιεκτικότητα των αλεύρων σε υγρασία, πρωτεΐνη και τέφρα (% ξηρής ουσίας).... 80 Πίνακας 4.2. ραστηριότητα β-γλυκανάσης στα άλευρα κριθαριού που χρησιµοποιήθηκαν για τη παρασκευή των εµπορικών και των εργαστηριακών παξιµαδιών ως έχει ή µετά από υγροθερµική επεξεργασία ή βρασµό κατ αντιρροή (refluxed) και στα εµπορικά σκευάσµατα ενζύµων που χρησιµοποιήθηκαν για την παραγωγή των παξιµαδιών.... 83 Πίνακας 4.3. Σύσταση αποµονωµένων β-γλυκανών από τα εµπορικά άλευρα κριθαριού και τα αντίστοιχα παξιµάδια.... 92 Πίνακας 4.4. Σύσταση αποµονωµένων β-γλυκανών από τα εργαστηριακά άλευρα κριθαριού και τα αντίστοιχα παξιµάδια.... 92 Πίνακας 4.5. Μοριακά χαρακτηριστικά αποµονωµένων β-γλυκανών από τα άλευρα κριθαριού και τα αντίστοιχα παξιµάδια.... 98 Πίνακας 4.6. Χαρακτηριστικά πρωτοταγούς δοµής αποµονωµένων β-γλυκανών από τα εµπορικά άλευρα κριθαριού και τα αντίστοιχα παξιµάδια.... 100 v
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 4.7. (%) Απορρόφηση νερού (BWA) των αλεύρων και των υγροθερµικά επεξεργασµένων αλεύρων στο φαρινογράφο.... 107 Πίνακας 4.8. Επίδραση του µεγέθους των τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας των αλεύρων στις παραµέτρους που προσδιορίστηκαν από το µοντέλο Burgers για τη φάση ερπυσµού των ζυµαριών.... 118 Πίνακας 4.9. Επίδραση του µεγέθους τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας των αλεύρων στις παραµέτρους που προσδιορίστηκαν από το µοντέλο Burgers για τη φάση ανάκτησης της παραµόρφωσης των ζυµαριών.... 119 Πίνακας 4.10. Επίδραση µεγέθους τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας αλεύρου στη σκληρότητα (F max ), στο χρόνο ηµίσειας χαλάρωσης της τάσης (Τla), στο δείκτη συµπεριφοράς στη ροή (n) και στη σταθερά ρυθµού χαλάρωσης της τάσης (k) των ζυµαριών.... 127 Πίνακας 4.11. Επίδραση του µεγέθους των τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας των αλεύρων στη θερµοκρασία ζελατινοποίησης, στη θερµοκρασία έναρξης ζελατινοποίησης και στην ενθαλπία ζελατινοποίησης του αµύλου.... 129 Πίνακας 4.12. Επίδραση του µεγέθους των τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας των αλεύρων στις παραµέτρους του χρώµατος στην κόρα και στην ψίχα των παξιµαδιών.... 134 Πίνακας 4.13. Επίδραση του µεγέθους τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας του αλεύρου στις παραµέτρους του πορώδους της ψίχας των παξιµαδιών.... 136 Πίνακας 4.14. Ολικές β-γλυκάνες (% ξ.ο.) και εκχυλισιµότητα β- γλυκανών από τα εµπορικά άλευρα κριθαριού και από τα αντίστοιχα εµπορικά παξιµάδια.... 143 Πίνακας 4.15. Ολικές β-γλυκάνες (% ξ.ο.) από το χονδροαλεσµένο και το λεπτοαλεσµένο αλεύρι και από τα αντίστοιχα υγροθερµικά vi
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΩΝ επεξεργασµένα άλευρα (Co-m.a, Co-o.a, Fi-m.a & Fi-o.a), καθώς και από τα αντίστοιχα εργαστηριακά παξιµάδια.... 144 Πίνακας 4.16. Περιεκτικότητα (% σε ξ.ο) των παξιµαδιών σε ολικό άµυλο... 154 Πίνακας 4.17. Επίδραση του µεγέθους τεµαχιδίων των αλεύρων, της υγροθερµικής επεξεργασίας των αλεύρων και του χρόνου στην ενζυµική αποικοδόµηση του αµύλου.... 155 vii
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΩΝ viii
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Περιεχόµενα Σχηµάτων Σχήµα 2.1. οµή της β-γλυκάνης... 10 Σχήµα 2.2. Γενικευµένη µοριακή δοµή β-γλυκανών δηµητριακών και αποικοδόµησή τους από τη λιχενάση. Τα διακεκοµµένα βέλη δείχνουν τις θέσεις υδρόλυσης από τη λιχενάση στην αλυσίδα του πολυσακχαρίτη. G: µονάδα β-d-γλυκοπυρανόζης, DP3: 3-O-β-κελλοβιόζη-D-γλυκόζη, DP4: 3-O-β-κελλοτριόζη-D-γλυκόζη, DP 5: ολιγοσακχαρίτες τύπου κελλοδεξτρίνης που περιέχουν παραπάνω από τρεις διαδοχικές β-(1 4) µονάδες γλυκόζης (Lazaridou και Biliaderis, 2007).... 12 Σχήµα 2.3. Επίδραση της συγκέντρωσης (α) και του µοριακού βάρους (β) των β-γλυκανών στο φαινοµενικό ιξώδες (η) υδατικών διαλυµάτων β-γλυκανών κριθαριού στους 20 ο C. Τα διαλύµατα των β- γλυκανών του (α) προέρχονται από β-γλυκάνη του ίδιου µοριακού βάρους, 180x10 3, και τα διαλύµατα του (β) έχουν την ίδια συγκέντρωση σε πολυσακχαρίτη, 7% (κ.ο.) (Vaikousi et al., 2004).... 22 Σχήµα 2.4. Μετρήσεις ινσουλίνης πλάσµατος αίµατος σε ανθρώπους µετά από κατανάλωση ζυµαρικών σίτου και ζυµαρικών σίτου εµπλουτισµένων µε κριθαρένιο αλεύρι (Yokoyama et al., 1997)... 26 Σχήµα 2.5. Επίδραση β-γλυκάνης και άλλων υδροκολλοειδών στη σκληρότητα των ζυµαρικών (Brennan και Tudorica, 2007).... 35 Σχήµα 3.1. Εκχύλιση (90 o C) των υδατοδιαλυτών β-γλυκανών από άλευρα κριθαριού και παξιµάδια.... 69 Σχήµα 3.2. Εκχύλιση (37 o C) των β-γλυκανών από άλευρα κριθαριού και παξιµάδια, κάτω από in vitro συνθήκες προσοµοίωσης της διεργασίας της πέψης.... 70 Σχήµα 3.3. Αποµόνωση και καθαρισµός β-γλυκανών από άλευρα κριθαριού και παξιµάδια.... 71 ix
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήµα 4.1. Μεταβολή του ειδικού ιξώδους (η sp ) υδατικού διαλύµατος (0,1% κ.ο.) καθαρής β-γλυκάνης κριθαριού µε το χρόνο, παρουσία εκχυλίσµατος των αλεύρων κριθαριού που χρησιµοποιούνται κατά την παραγωγή παξιµαδιών.... 82 Σχήµα 4.2. Μεταβολές του φαινοµενικού ιξώδους (η) µε το χρόνο σε χυλό (αλεύρι:νερό 1:9) από το λεπτοαλεσµένο αλεύρι και χονδροαλεσµένο αλεύρι κριθαριού που χρησιµοποιήθηκε για την παραγωγή των εργαστηριακών παξιµαδιών. Οι µετρήσεις έγιναν στους 25 ο C και κάτω από σταθερό ρυθµό διάτµησης 150 1/s.... 87 Σχήµα 4.3. Μεταβολές του φαινοµενικού ιξώδους (η) µε το χρόνο σε χυλό (αλεύρι:νερό 1:9) από τα εµπορικά άλευρα κριθαριού (α) και τα παξιµάδια (β), και από τα άλευρα µε ή χωρίς προσθήκη εµπορικoύ σκευάσµατος ξυλανάσης που χρησιµοποιήθηκε στην παρασκευή των παξιµαδιών και τα οποία δεν έχουν (γ) ή έχουν προηγουµένως υποστεί κατεργασία βρασµού µε µίγµα αιθανόλης-νερού (δ). Οι µετρήσεις έγιναν στους 25 ο C και κάτω από σταθερό ρυθµό διάτµησης 150 1/s. Με RE συµβολίζονται τα άλευρα που έχουν υποστεί βρασµό κατ αντιρροή µε µίγµα αιθανόλη-νερού.... 88 Σχήµα 4.4. Χρωµατογραφήµατα έκλουσης των αποµονωµένων β- γλυκανών από άλευρα κριθαριού και παξιµάδια µε το σύστηµα HPSEC- RI. Στο ένθετο σχήµα δίνονται οι περιοχές των κορυφών του εκλουόµατος, από τις οποίες γίνεται ο υπολογισµός του µέσου µαζικού µοριακού βάρους (Mw) και του φαινοµενικού µοριακού βάρους του κλάσµατος της κορυφής του χρωµατογραφήµατος (Mp). Το δείγµα F1* έχει αποµονωθεί από αλεύρι που δεν έχει υποστεί τη διεργασία αδρανοποίησης των ενδογενών υδρολυτικών ενζύµων.... 94 Σχήµα 4.5. Χρωµατογραφήµατα έκλουσης των αποµονωµένων β- γλυκανών από το χονδροαλεσµένο αλεύρι (Coarse), το λεπτοτεµαχισµένο αλεύρι (Fine), τα υγροθερµικά επεξεργασµένα άλευρα (Coarse-m.a, x
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Coarse-o.a, Fine-m.a & Fine-o.a) και από τα αντίστοιχα παξιµάδια (Rco, Rfi, Rco-m.a, Rfi-m.a, Rco-o.a & Rfi-o.a) µε το σύστηµα HPSEC- RI.... 95 Σχήµα 4.6. Καµπύλες ροής υδατικών διαλυµάτων (1% κ.β.) των αποµονωµένων β-γλυκανών από εµπορικά άλευρα κριθαριού και παξιµάδια στους 20 o C. Το δείγµα F1* έχει αποµονωθεί από αλεύρι που δεν έχει υποστεί τη διεργασία αδρανοποίησης των ενδογενών ενζύµων.... 102 Σχήµα 4.7. Καµπύλες ροής υδατικών διαλυµάτων (1% κ.β.) των αποµονωµένων β-γλυκανών από το χονδροαλεσµένο αλεύρι (Co), το λεπτοτεµαχισµένο αλεύρι (Fi), τα υγροθερµικά επεξεργασµένα άλευρα (Co-m.a, Co-o.a, Fi-m.a & Fi-o.a) και από τα αντίστοιχα παξιµάδια (Rco, Rfi, Rco-m.a, Rfi-m.a, Rco-o.a & Rfi-o.a) στους 20 ο C.... 103 Σχήµα 4.8. Φαινοµενικό ιξώδες των υδατικών διαλυµάτων (1,0% κ.β.) των αποµονωµένων β-γλυκανών από το χονδροαλεσµένο αλεύρι (Co), το λεπτοτεµαχισµένο αλεύρι (Fi), τα υγροθερµικά επεξεργασµένα άλευρα (Co-m.a, Co-o.a, Fi-m.a & Fi-o.a) και από τα αντίστοιχα παξιµάδια (Rco, Rfi, Rco-m.a, Rfi-m.a, Rco-o.a & Rfi-o.a) σε ρυθµό διάτµησης 30 (1/s) και θερµοκρασία 20 o C.... 104 Σχήµα 4.9. Επίδραση µεγέθους τεµαχιδίων και υγροθερµικής επεξεργασίας των αλεύρων στη συνεκτικότητα των ζυµαριών µετα από 26,5 min ανάµιξης στο φαρινογράφο. LSD=ελάχιστη σηµαντική διαφορά µεταξύ των µέσων όρων... 108 Σχήµα 4.10. Φαρινογραφήµατα ζυµαριών από χονδροαλεσµένο αλεύρι (Co,) από λεπτοαλεσµένο αλεύρι (Fi) και από υγροθερµικά επεξεργασµένα άλευρα (Co-o.a & Fi-o.a).... 109 Σχήµα 4.11. Αντιπροσωπευτικά µηχανικά φάσµατα ζυµαριών από χονδροαλεσµένα και λεπτοαλεσµένα άλευρα µε ή χωρίς υγροθερµική επεξεργασία. Οι µετρήσεις έγιναν στους 25 ο C και 0,1% παραµόρφωση. 112 Σχήµα 4.12. Επίδραση του µεγέθους τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας των αλεύρων, που χρησιµοποιήθηκαν για την xi
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ παρασκευή των εργαστηριακών παξιµαδιών, στις τιµές της ελαστικής συνιστώσας (G ) και της εφαπτοµένης απώλειας (tan δ) (1Hz, 25 ο C). LSD= ελάχιστη σηµαντική διαφορά µεταξύ των µέσων όρων... 113 Σχήµα 4.13. Αντιπροσωπευτικές καµπύλες ερπυσµού-ανάκτησης στους 25 ο C των ζυµαριών των εργαστηριακών παξιµαδιών που παρασκευάστηκαν από χονδροαλεσµένα (πάνω) και λεπτοαλεσµένα (κάτω) άλευρα. Η εφαρµοζόµενη τάση ήταν 50Pa.... 115 Σχήµα 4.14. Επίδραση µεγέθους των τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας ερπυσµού των αλεύρων στη µέγιστη παραµόρφωση ερπυσµού των ζυµαριών των εργαστηριακών παξιµαδιών (τάση 50Pa). LSD=ελάχιστη σηµαντική διαφορά µεταξύ των µέσων όρων.... 116 Σχήµα 4.15. Ελαστική (J e ) και ιξώδης (J v ) ενδοτικότητα εκφρασµένη ως ποσοστό της µέγιστης ενδοτικότητας (J max ) για τα ζυµάρια από χονδροαλεσµένα (Co, Co-m.a και Co-o.a) και από λεπτοαλεσµένα (Fi, Fi-m.a και Fi-o.a) άλευρα.... 120 Σχήµα 4.16. Ανάλυση προφίλ υφής (Τ.P.Α.) ζυµαριών από χονδροαλεσµένο και λεπτοαλεσµένο άλευρο µε ή χωρίς υγροθερµική επεξεργασία.... 122 Σχήµα 4.17. Επίδραση του µεγέθους των τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας των αλεύρων στις παραµέτρους της υφής, (σκληρότητα, αντοχή στη µάσηση και συνεκτικότητα) των ζυµαριών από χονδροαλεσµένο και λεπτοαλεσµένο αλεύρι µε ή χωρίς υγροθερµική κατεργασία. LSD=ελάχιστη σηµαντική διαφορά µεταξύ των µέσων όρων.... 123 Σχήµα 4.18. Καµπύλες συµπίεσης χαλάρωσης ζυµαριών για το χονδροαλεσµένο και το λεπτοαλεσµένο αλεύρι µε ή χωρίς θερµική επεξεργασία.... 125 xii
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήµα 4.19. Επίδραση µεγέθους των τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας των αλεύρων στον όγκο των ψωµιών. LSD=ελάχιστη σηµαντική διαφορά µεταξύ των µέσων όρων.... 131 Σχήµα 4.20. Επίδραση του µεγέθους των τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας του αλεύρου στις παραµέτρους του χρώµατος L*,b* (επάνω) και a* (κάτω) στην ψίχα των ψωµιών. LSD=ελάχιστη σηµαντική διαφορά µεταξύ των µέσων όρων.... 133 Σχήµα 4.21. Φωτογραφίες των εργαστηριακών παξιµαδιών από λεπτοαλεσµένο (Rfi) και υγροθερµικά επεξεργασµένο λεπτοαλεσµένο αλεύρι (Rfi-m.a, Rfi-o.a) και από χονδροαλεσµένο (Rco) και υγροθερµικά επεξεργασµένο χονδροαλεσµένο αλεύρι (Rco-m.a, Rco-o.a).... 138 Σχήµα 4.22. Επίδραση µεγέθους των τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας των αλεύρων στη σκληρότητα της ψίχας των παξιµαδιών. LSD=ελάχιστη σηµαντική διαφορά µεταξύ των µέσων όρων.... 140 Σχήµα 4.23. Εκχυλισιµότητα β-γλυκανών από τα άλευρα κριθαριού (αριστερά) και από τα εργαστηριακά παξιµάδια στους 37 ο C (πάνω) και στους 90 ο C (κάτω). LSD=ελάχιστη σηµαντική διαφορά µεταξύ των µέσων όρων.... 145 Σχήµα 4.24. Καµπύλες ροής στους 20 o C εκχυλισµάτων από αλεύρι (F1, F2) κριθαριού και παξιµάδι (R1, R2) που παραλήφθηκαν µε εκχύλιση στους 90 o C και κάτω από in vitro συνθήκες προσοµοίωσης της διεργασίας της πέψης (37 o C). Ο αστερίσκος στα σύµβολα των δειγµάτων υποδηλώνει ότι η εκχύλιση των β-γλυκανών από το αλεύρι έγινε χωρίς να προηγηθεί αδρανοποίηση των ενδογενών ενζύµων.... 149 Σχήµα 4.25. Καµπύλες ροής στους 20 o C εκχυλισµάτων από το χονδροαλεσµένο αλεύρι (Co), από το λεπτοτεµαχισµένο αλεύρι (Fi), τα υγροθερµικά επεξεργασµένα άλευρα (Co-m.a, Co-o.a, Fi-m.a & Fi-o.a) και από τα αντίστοιχα παξιµάδια (Rco, Rfi, Rco-m.a, Rfi-m.a, Rco-o.a & Rfi- xiii
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ o.a) που παραλήφθηκαν µε εκχύλιση στους 90 o C και κάτω από in vitro συνθήκες προσοµοίωσης της διεργασίας της πέψης (37 o C).... 150 Σχήµα 4.26. Φαινοµενικό ιξώδες των εκχυλισµάτων των β- γλυκανών από το χονδροαλεσµένο αλεύρι (Coarse), το λεπτοτεµαχισµένο (Fine) αλεύρι (χωρίς αδρανοποίηση-control), ή µε µερική (m.a) ή ολική (o.a) αδρανοποίηση, και από τα αντίστοιχα παξιµάδια (R) που παραλήφθηκαν µε εκχύλιση στους 90 o C και κάτω από in vitro συνθήκες προσοµοίωσης της διεργασίας της πέψης (37 o C) σε ρυθµό διάτµησης 30 (1/s). LSD=ελάχιστη σηµαντική διαφορά µεταξύ των µέσων όρων... 152 Σχήµα 4.27. Επίδραση του µεγέθους των τεµαχιδίων και της υγροθερµικής επεξεργασίας των αλεύρων και του χρόνου στην ενζυµική αποικοδόµηση του αµύλου. LSD=ελάχιστη σηµαντική διαφορά µεταξύ των µέσων όρων.... 156 xiv
ΠΕΡΙΛΗΨΗ Περίληψη Σκοπός της παρούσας µελέτης ήταν η αξιολόγηση της επίδρασης των συνήθων τεχνολογικών διεργασιών που ακολουθούνται κατά την παραγωγή του κριθαρένιου, παραδοσιακού κρητικού παξιµαδιού στα µοριακά χαρακτηριστικά και στις φυσικές ιδιότητες των β-γλυκανών. Για το σκοπό αυτό µελετήθηκαν εµπορικά κριθαρένια παξιµάδια από δύο διαφορετικές παρτίδες αλεύρων, παξιµάδια που παρασκευάσθηκαν εργαστηριακά από λεπτοαλεσµένο και χονδροαλεσµένο κριθαρένιο αλεύρι (µάρτυρες) καθώς και παξιµάδια που παρασκευάσθηκαν από το λεπτοαλεσµένο και χονδροαλεσµένο άλευρο κριθαριού µετά από υγροθερµική επεξεργασία αυτών σε δύο διαφορετικά επίπεδα υγρασίας, και µε σκοπό την αδρανοποίηση της ενδογενούς β-γλυκανάσης. Παράλληλα, έγιναν µετρήσεις εκτίµησης των µοριακών χαρακτηριστικών και της εκχυλισιµότητας των β-γλυκανών από τα αντίστοιχα άλευρα. Η µελέτη µε υγρή χρωµατογραφία υψηλής απόδοσης µοριακού αποκλεισµού των αποµονωµένων β-γλυκανών από τα εµπορικά και εργαστηριακά παξιµάδια που παρασκευάστηκαν από µη υγροθερµικά επεξεργασµένα άλευρα έδειξε µια σηµαντική µείωση του Μοριακού Βάρους (ΜΒ) των β- γλυκανών κατά την παραγωγή των παξιµαδιών. Η διατήρηση του υψηλού ΜΒ των β-γλυκανών στα τελικά προϊόντα ήταν δυνατή µετά από υγροθερµική επεξεργασία των αλεύρων σε επίπεδα υγρασίας 13-14%. Η εκχυλισιµότητα των β γλυκανών από τα εµπορικά άλευρα αυξήθηκε σηµαντικά από 16-28 σε 50-53% στα τελικά προϊόντα (90 ο C), ενώ από τα άλευρα που χρησιµοποιήθηκαν για την παρασκευή των εργαστηριακών παξιµαδιών αυξήθηκε από 17-38 σε 40-68% στα τελικά προϊόντα. Η εκχυλισιµότητα των β-γλυκανών στους 37 ο C, κάτω από in vitro συνθήκες προσοµοίωσης της διεργασίας της πέψης, στα εµπορικά άλευρα ήταν 9-10%, ενώ στα αντίστοιχα παξιµάδια ήταν και πάλι υψηλότερη, µε τιµές που xv
ΠΕΡΙΛΗΨΗ κυµαίνονταν από 20 έως 33%. Τα υδατικά εκχυλίσµατα των εργαστηριακών παξιµαδιών από τα υγροθερµικά επεξεργασµένα (χονδροαλεσµένα και λεπτοαλεσµένα) άλευρα που παραλήφθηκαν µε εκχύλιση στους 90 ο C, είχαν υψηλότερο ιξώδες από τα εκχυλίσµατα των εµπορικών και εργαστηριακών παξιµαδιών που παρασκευάστηκαν από άλευρα χωρίς υγροθερµική επεξεργασία. Επιπλέον, για τα ζυµάρια από το χονδροαλεσµένο και λεπτοαλεσµένο άλευρο κριθαριού, µε ή χωρίς υγροθερµική επεξεργασία, σε δύο διαφορετικά επίπεδα υγρασίας, µελετήθηκε η ιξωδοελαστική συµπεριφορά τους µε δοκιµές µικρών παραµορφώσεων περιοδικού χαρακτήρα, ερπυσµού-ανάκτησης και χαλάρωσης της τάσης. Η ελαστικότητα, η αντίσταση στην παραµόρφωση και το ιξώδες µηδενικού ρυθµού διάτµησης εξετάσθηκαν µε δοκιµές µικρών παραµορφώσεων και ήταν υψηλότερες για τα ζυµάρια από υγροθερµικά επεξεργασµένα άλευρα σε σύγκριση µε τα άλευρα µάρτυρες. Τα ζυµάρια από τα υγροθερµικά επεξεργασµένα άλευρα (ανάλυση προφίλυφής και δοκιµή χαλάρωσης της τάσης) εµφάνισαν αυξηµένες τιµές σκληρότητας, συνεκτικότητας και αντοχής στη µάσηση, σε σύγκριση µε εκείνα από τα άλευρα-µάρτυρες. Τα ψωµιά που παρασκευάστηκαν από λεπτοαλεσµένα άλευρα εµφάνισαν µεγαλύτερο όγκο και µειωµένη σκληρότητα της ψίχας των παξιµαδιών. Αντιθέτως, η υγροθερµική επεξεργασία του λεπτοαλεσµένου αλευρού είχε δυσµενή επίδραση στον όγκο του ψωµιού και στις παραµέτρους της υφής στα τελικά προϊόντα. xvi
ΠΕΡΙΛΗΨΗ Abstract The objective of this work was to evaluate the effect of traditional Cretan barley rusk making on molecular weight, solubility and viscosity properties of the β-glucans. In this respect, commercial barley rusks from two differents batches of flours and rusks which were made in laboratory were evaluated, using a coarse (d 50 350µm) and a fine (d 50 200µm) barley flour stream without (control) or with prior autoclaving at two moisture levels. The characteristics of β-glucans from the respective flours (raw materials) were also examined. High performance size exclusion chromatography of the isolated β-glucans from the control flours and the rusks (commercials and laboratory) revealed a significant decrease of β- glucan Mw during rusk making. Instead, autoclaving yielded high Molecular Weight (Mw) β-glucans in the final products when the flours were thermally treated at a moisture level of 13-14% due to the inactivation of the endogenous β-glucanase. Solubility at 90 o C of β-glucans increased from 16-28% in barley flours to 50-53% in the final products, whereas for the coarse and fine flour streams, without (control) or with prior autoclaving at two different moisture levels, increased from 17-38% to 40-68% in the laboratory rusks. Similarly, using an in vitro digestion system of extracting β-glucans at 37 o C, the commercial flours showed aproximately 9-10% extractability, while the extractable barley β-glucans were increased to 20-33 % in rusks. The rusk extracts (90 o C) from the autoclaved flours, had higher viscosity than those of the commercial rusks and the rusks that were made using flours without prior autoclaving. In addition, the doughs made of the coarse and fine barley flour streams, with or without prior autoclaving at two different moisture levels, were evaluated by texture profile analysis, stress relaxation, oscillatory and creep tests. The elasticity, the resistance to deformation and the zero shear rate viscosity of flour xvii
ΠΕΡΙΛΗΨΗ doughs, determined from oscillatory and creep tests, were higher for the autoclaved barley flours than their control counterparts. The hardness of doughs obtained from the heat-treated flours was higher compared to that of non-autoclaved flours. A similar trend was observed for dough chewiness and consistency. Moreover, products made of the fine barley flour stream showed a large loaf volume, decreased hardness of rusks and improved internal crumb structure. However, autoclaving this flour had an adverse impact on loaf volume and the textural properties of the endproduct. xviii
ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΚΟΠΟΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Οι β-γλυκάνες είναι δοµικοί πολυσακχαρίτες που απαντούν στα κυτταρικά τοιχώµατα του ενδοσπερµίου και της στοιβάδας της αλευρώνης των δηµητριακών σπόρων. Το κριθάρι περιέχει 2,5-11,0% β-γλυκάνες, η βρώµη 2,2-7,8%, η σίκαλη 1,2-3,9%, το σιτάρι 0,4-1,4% και το σόργο 0,1-1,0% (Cui και Wood, 2000). Ανάλογα µε το είδος του δηµητριακού καρπού, υπάρχει µια διαφορετική κατανοµή των β-γλυκανών στο σπόρο (µεταξύ ενδοσπερµίου και φλοιού), γεγονός που επιτρέπει το διαχωρισµό κλασµάτων αλεύρου πλούσιων σε β-γλυκάνες µε σχετικά απλές διεργασίες µηχανικής άλεσης, κοσκινίσµατος ή/και αεροδιαχωρισµού. Η αποδοχή των β-γλυκανών την τελευταία δεκαετία ως βιοενεργά συστατικά έχει αυξήσει την κατανάλωση τροφίµων που περιέχουν δηµητριακούς καρπούς ή κλάσµατα αλεύρων ιδιαίτερα µε τη µορφή των προϊόντων ολικής άλεσης, αλλά και προϊόντων εµπλουτισµένων µε κλάσµατα αλεύρων πλούσιων σε β-γλυκάνες. Οι β-γλυκάνες, της βρώµης και του κριθαριού, ανήκουν στην κατηγορία των διαιτητικών ινών και φαίνεται ότι συµβάλλουν στη µείωση της χοληστερόλης και στην καλύτερη ρύθµιση των µεταγευµατικών επιπέδων της γλυκόζης του αίµατος. Η πλέον κοινά αποδεκτή υπόθεση του µηχανισµού εκδήλωσης υποχοληστεριναιµικής δράσης και των ηπιότερων µεταγευµατικών επιπέδων της γλυκόζης του αίµατος (χαµηλότερος γλυκαιµικός δείκτης), είναι η αύξηση του ιξώδους στο εντερικό περιεχόµενο όταν προϊόντα δηµητριακών µε β-γλυκάνες (κριθαριού, βρώµης) καταναλώνονται από µόνα τους ή ως µέρος των γευµάτων. Συγκεκριµένα, η αύξηση του ιξώδους φαίνεται ότι συντελεί και στη µείωση της απορρόφησης της χοληστερόλης (εντερο-ηπατική κυκλοφορία) αλλά και στη βραδεία απορρόφηση των πεπτών υδατανθράκων (σάκχαρα, άµυλο). Ο βασικός παράγοντας για αυτή τη φυσιολογική δράση είναι η ύπαρξη διαλυτής β-γλυκάνης σε 1
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ικανοποιητική συγκέντρωση και µοριακό βάρος ώστε να συµβάλλει στην αύξηση του ιξώδους της τροφής κατά την πέψη. Έτσι, όλοι οι διατροφικοί ισχυρισµοί υγείας που έχουν γίνει αποδεκτοί για τη βιοενεργό δράση των β-γλυκανών, συνήθως ως product-specific claims (FDA, Sweden UK, και Netherlands), αναφέρονται στην ηµερήσια κατανάλωση β-γλυκανών της βρώµης και του κριθαριού σε ποσότητες 3.0γρ., µε ελάχιστη προτεινόµενη ποσότητα ανά γεύµα τα 0,75γρ. Σχετικά µε τις β-γλυκάνες των δηµητριακών καρπών (κριθάρι, βρώµη) είναι σηµαντικό να διασφαλιστεί ότι οι διεργασίες αρτοποίησηςψησίµατος-ξήρανσης του προϊόντος δεν µεταβάλλουν σηµαντικά τη διαλυτότητα (ποσότητα εκχυλίσιµης β-γλυκάνης), το ιξώδες και τα µοριακά χαρακτηριστικά των β-γλυκανών του αλεύρου. Ο σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν να διερευνηθεί εάν οι συνήθεις τεχνολογικές διεργασίες που ακολουθούνται στην παραγωγή του κριθαρένιου, παραδοσιακού κρητικού παξιµαδιού τροποποιούν δραστικά τα µοριακά χαρακτηριστικά και τις φυσικές ιδιότητες των β-γλυκανών. Για το σκοπό αυτό µελετήθηκαν εµπορικά κριθαρένια παξιµάδια από 2 διαφορετικές παρτίδες αλεύρων, παξιµάδια που παρασκευάσθηκαν εργαστηριακά από λεπτοαλεσµένο και χονδροαλεσµένο κριθαρένιο αλεύρι, καθώς και παξιµάδια που παρασκευάσθηκαν από το λεπτοαλεσµένο και χονδροαλεσµένο άλευρο κριθαριού µετά από υγροθερµική επεξεργασία σε δύο διαφορετικά επίπεδα υγρασίας. Επιπλέον, µελετήθηκαν οι αντίστοιχες παρτίδες των αλεύρων κριθαριού που χρησιµοποιήθηκαν για την παρασκευή των παραπάνω παξιµαδιών. Αρχικά, εξετάστηκε η δραστηριότητα της ενδογενούς β-γλυκανάσης η οποία είναι υπεύθυνη για τη µείωση του µοριακού βάρους των β-γλυκανών και του ιξώδους των υδατικών διαλυµάτων τους. Στη συνέχεια, µε την εφαρµογή µικρών παραµορφώσεων περιοδικού χαρακτήρα, µελετήθηκε η ρεολογική συµπεριφορά των ζυµαριών από τα µη-επεξεργασµένα άλευρα (µάρτυρας) 2
ΕΙΣΑΓΩΓΗ και από τα υγροθερµικά επεξεργασµένα άλευρα. Με την τεχνική της διαφορικής θερµιδοµετρίας σάρωσης (DSC) εξετάσθηκε η πορεία ζελατινοποίησης των ζυµαριών απ όπου υπολογίστηκαν η ενθαλπία και η θερµοκρασία ζελατινοποίησης, καθώς και η θερµοκρασία έναρξης της ζελατινοποίησης κάτω από σταθερό ρυθµό θέρµανσης. Επιπλέον, τα ζυµάρια υποβλήθηκαν σε δοκιµές συµπίεσης αποσυµπίεσης δύο κύκλων παραµόρφωσης (προφίλ ανάλυσης υφής), προκειµένου να εκτιµηθούν εµπειρικές παραµέτροι που καθορίζουν την υφή, όπως είναι η σκληρότητα, η συνεκτικότητα και η προσκολλητικότητα των ζυµαριών, και σε δοκιµές χαλάρωσης, προκειµένου να εκτιµηθεί η ελαστικότητα των ζυµαριών. Επιπλέον, παρασκευάστηκαν παξιµάδια από το λεπτοαλεσµένο αλεύρι, το χονδροαλεσµένο αλεύρι και από τα αντίστοιχα υγροθερµικά επεξεργασµένα άλευρα. Στη συνέχεια, µετρήθηκε ο όγκος των ψωµιών, το χρώµα των παξιµαδιών και εκτιµήθηκε το πορώδες της ψίχας των παξιµαδιών. Επίσης, τα παξιµάδια υποβλήθηκαν σε δοκιµές συµπίεσης µε σκοπό να προσδιοριστεί η σκληρότητά τους. Επιπλέον, εξετάστηκε η εκχυλισιµότητα των β-γλυκανών στα κριθαρένια αλεύρια όπως και στα τελικά προϊόντα στους 90 ο C, και στους 37 ο C κάτω από in vitro συνθήκες προσοµοίωσης της διεργασίας της πέψης, και µελετήθηκε η ρεολογική συµπεριφορά των εκχυλισµάτων των β-γλυκανών από τα άλευρα κριθαριού και τα παξιµάδια. Για να διερευνηθούν οι τυχόν µεταβολές κατά την παραγωγή των παξιµαδιών στο µοριακό βάρος των β-γλυκανών, οι εκχυλισµένοι πολυσακχαρίτες από τα άλευρα και από τα παξιµάδια, χαρακτηρίστηκαν ως προς το µοριακό τους µέγεθος µε χρωµατογραφία κατανοµής µεγέθους υψηλής απόδοσης (HPSEC) σε συνδυασµό µε ανιχνευτή δείκτη διάθλασης (RI). Επιπρόσθετα, µελετήθηκε η ρεολογική συµπεριφορά των αποµονωµένων β-γλυκανών, καθώς και ο βαθµός ενζυµικής αποικοδόµησης του αµύλου στα παξιµάδια κάτω από in vitro συνθήκες προσοµοίωσης της διεργασίας της πέψης. 3
ΕΙΣΑΓΩΓΗ 4
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 2. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 2.1. Εισαγωγή Στις ανεπτυγµένες χώρες οι άνθρωποι τείνουν να καταναλώνουν µεγάλες ποσότητες πεπτών υδατανθράκων και λιπιδίων, συστατικά τα οποία αυξάνουν τον κίνδυνο ανάπτυξης χρόνιων ασθενειών, όπως η παχυσαρκία και οι καρδιαγγειακές παθήσεις. Η βιοµηχανία αντιµετωπίζει την πρόκληση να αναπτύξει νέα, εύγευστα, υψηλής διατροφικής αξίας τρόφιµα που θα είναι εµπλουτισµένα σε βιοενεργά συστατικά, τα οποία µπορούν να προσδώσουν ευεξία και να µειώσουν τον κίνδυνο ανάπτυξης χρόνιων παθήσεων. Πολλά από αυτά τα τρόφιµα βασίζονται στους δηµητριακούς καρπούς, ολόκληρους ή αλεσµένους, όπως τα προϊόντα δηµητριακών πρωινού και τα αρτοσκευάσµατα. Οι δηµητριακοί καρποί παρέχουν σηµαντικές ποσότητες φυτικών ινών και θρεπτικών συστατικών υψηλής βιοδιαθεσιµότητας, αποτελώντας σηµαντικό κοµµάτι µιας ισορροπηµένης διατροφής. Το κριθάρι είναι το τέταρτο πιο σηµαντικό δηµητριακό στον κόσµο µε βάση την παγκόσµια παραγωγή του (12% της συνολικής παραγωγής δηµητριακών), ακολουθώντας το σιτάρι, το ρύζι και το καλαµπόκι. Η υψηλή προσαρµοστικότητα αυτής της καλλιέργειας σε διάφορα περιβάλλοντα έχει οδηγήσει σε µια παγκόσµια παραγωγή που από την αρχή της δεκαετίας του 1990 υπολογίζεται κατά µέσο όρο σε 147 εκατοµµύρια τόνους (million metric tonne, Mt) ετησίως µε µικρές αυξοµειώσεις από έτος σε έτος. Το κριθάρι ανήκει στο γένος Hordeum. Παράγεται κυρίως στην Ευρώπη, στη Ρωσία και στον Καναδά (Πίνακας 2.1). Παρόλο που στην αρχαιότητα το κριθάρι αποτελούσε βασική τροφή για τον άνθρωπο, σήµερα περίπου τα 2/3 της παραγωγής χρησιµοποιούνται για ζωοτροφές, 5
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ και το υπόλοιπο 1/3 για την παραγωγή βύνης και την ποτοποιία. Ωστόσο το ενδιαφέρον του δυτικού κόσµου για ενσωµάτωση κριθαριού στα τρόφιµα έχει ανανεωθεί τελευταία εξαιτίας των ολοένα αυξανόµενων επιστηµονικών µελετών που αποδεικνύουν την υψηλή διατροφική και βιολειτουργική του δράση. Η προσπάθεια ενσωµάτωσης β-γλυκάνης κριθαριού στα διάφορα τρόφιµα σχετίζεται µε τα πολλά ωφέλη που προσφέρει στην ανθρώπινη υγεία. Η βιοµηχανία τροφίµων αντιµετωπίζει αυτή την πρόκληση και την ευκαιρία να αναπτύξει νέα, εύγευστα, ελκυστικά και διατροφοδραστικά προϊόντα βασισµένα στο κριθάρι, τα οποία θα κερδίσουν την αποδοχή των καταναλωτών. Πίνακας 2.1. Παραγωγή κριθαριού - 2005 (million metric tonne, Mt) Ρωσία 16,7 Καναδάς 12,1 Γερµανία 11,7 Γαλλία 10,4 Ουκρανία 9,3 Τουρκία 9,0 Αυστραλία 6,6 Ηνωµένο Βασίλειο 5,5 Ηνωµένες Πολιτείες 4,6 Σύνολο 138 Πηγή: Food & Argiculture Organisation (FAO) 6
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Το κριθάρι ξεχωρίζει ανάµεσα στους δηµητριακούς καρπούς λόγω της υψηλής περιεκτικότητας του σε διαιτητικές ίνες. Οι συνολικές διαιτητικές ίνες ποικίλουν από 11 έως 34% και οι διαλυτές από 3-20% (Fastnaught, 2001). Το αποφλοιωµένο (pearled) κριθάρι περιέχει 11-20% διαιτητικές ίνες (Fastnaught, 2001; Marconi et al., 2000; Marlett, 1991). Πολλές µελέτες έχουν αναδείξει τη θετική συσχέτιση ανάµεσα στην κατανάλωση τροφών πλούσιων σε διαιτητικές ίνες και στο µειωµένο κίνδυνο ανάπτυξης πολλών ασθενειών όπως οι καρδιαγγειακές παθήσεις. Ο όρος διαιτητικές ίνες χρησιµοποιείται για να περιγράψει µια οµάδα υδατανθράκων οι οποίοι δεν αποικοδοµούνται από τα ένζυµα του πεπτικού συστήµατος. Αντίθετα, η όποια αποικοδόµηση γίνεται στην περιοχή του παχέος εντέρου οφείλεται στη ζυµωτική δράση της εντερικής χλωρίδας. Οι διαιτητικές ίνες συµβάλλουν στην αύξηση του χρόνου παραµονής της τροφής στο πεπτικό σύστηµα (Feldheim και Wisker, 2000), στη µείωση του κινδύνου εµφάνισης του καρκίνου του παχέος εντέρου (Bingham, 1990; Faivre και Bonithon-Kopp, 1999; Hill, 1997), στη µείωση των επίπεδων χοληστερόλης και γλυκόζης στα πλάσµα του αίµατος (Frost et al., 1999; German et al., 1996), και στον περιορισµό των παραγόντων που θεωρούνται υπεύθυνοι για την εµφάνιση της παχυσαρκίας και των καρδιαγγειακών νοσηµάτων (Burley et al., 1987). 2.2. Σύνθεση κόκκου κριθαριού Ο κόκκος του κριθαριού αποτελείται από το σπέρµα που στο εξωτερικό του φέρει το περικάρπιο και από το κέλυφος (λέπυρα) που συνιστάται από αδιάλυτες διαιτητικές ίνες και πολυφαινόλες, όπως κυτταρίνη, ηµικυτταρίνες και λιγνίνη. Στο εσωτερικό του κόκκου βρίσκεται το ενδοσπέρµιο το οποίο περιβάλλεται από µια λεπτή στοιβάδα κυττάρων αλευρώνης. Ο απολεπυρωµένος κόκκος του κριθαριού αποτελείται κυρίως από υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, λιπίδια και 7
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ιχνοστοιχεία. Ο κόκκος του κριθαριού αποτελείται κυρίως από άµυλο 65-68%, 10-17% πρωτεΐνες, 4-9% β-γλυκάνες, 2-3% ελεύθερα λιπίδια και 1,5-2,5% µέταλλα (Czuchajowska et al., 1998; Izydorczyk et al., 2000; Quinde et al., 2004). Το κριθάρι περιέχει µερικά σηµαντικά λιπίδια, όπως τοκοφερόλες και τοκοτριενόλες που έχουν αντιοξειδωτικές ιδιότητες και η συγκέντρωσή τους είναι υψηλότερη στο κριθάρι από ότι σε άλλα σιτηρά. Το κριθάρι είναι µια άριστη πηγή βιταµινών του συµπλέγµατος Β (Madhujith et al., 2006) και περιέχει σηµαντικές ποσότητες φαινολικών συστατικών σε σύγκριση µε άλλους δηµητριακούς καρπούς. Τα φαινολικά συστατικά του καρπού του κριθαριού είναι πολυφαινόλες, πολυανθοκυανίνες και κατεχίνες, που συγκεντρώνονται στα εξωτερικά στρώµατα του σπόρου και στο στρώµα της αλευρώνης. Η οξειδάση της πολυφαινόλης που βρίσκεται στο πιτυρούχο περίβληµα του κριθαριού συµβάλλει στην οξείδωση των φαινολικών συστατικών, µε αποτέλεσµα το σχηµατισµό ενός σκούρου χρώµατος στα τελικά προϊόντα. (Quinde et al., 2004). Υπάρχουν γενικά δύο τύποι κριθαριού, το γυµνό κριθάρι (Hulless) που χρησιµοποιείται κυρίως για την παρασκευή προϊόντων τροφίµων όπως muffins και µπισκότα (Berglund et al., 1992) και το ντυµένο κριθάρι (Hulled) που χρησιµοποιείται κυρίως στην ποτοποιία και τη ζυθοποιία. Στο γυµνό κριθάρι τα λέπυρα αποχωρίζονται µε ευκολία από τον κόκκο κατά τον αλωνισµό, ενώ στο ντυµένο κριθάρι τα λέπυρα είναι σφιχτά και παραµένουν πάνω στο σπόρο. Επιπλέον, δεδοµένου ότι το γυµνό κριθάρι δεν περιέχει λέπυρα, διευκολύνεται η διαδικασία της άλεσης και µπορεί να αλεστεί χρησιµοποιώντας το συµβατικό εξοπλισµό που χρησιµοποιείται στην άλεση του σιταριού, δίνοντας απόδοση περίπου 73% (Bhatty, 1987). Η απόδοση, ωστόσο, επηρεάζεται από την ποικιλία του κριθαριού και από 8
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ τις συνθήκες της άλεσης που υιοθετούνται. (Andersson et al., 2003; Izydorczyk et al., 2003; McGuire et al., 1979). 2.3. Προέλευση β-γλυκανών Οι κύριες πηγές β-γλυκανών που χρησιµοποιούνται στη διατροφή του ανθρώπου είναι η βρώµη και το κριθάρι, ενώ απαντούν σε µικρότερες ποσότητες στη σίκαλη και στο σιτάρι. Οι δύο κύριοι άπεπτοι πολυσακχαρίτες του κριθαριού είναι οι β-γλυκάνες και οι αραβινοξυλάνες. Το µεγαλύτερο ποσοστό των β-γλυκανών του κριθαριού βρίσκεται στα κυτταρικά τοιχώµατα του ενδοσπερµίου (περίπου 75%), ενώ η αλευρώνη έχει µικρότερη συγκέντρωση σε β-γλυκάνες (περίπου 25%) (Henry, 1987). Η ολική περιεκτικότητα των β-γλυκανών στους δηµητριακούς καρπούς εξαρτάται από διάφορους περιβαλλοντικούς παράγοντες και από την ποικιλία (Knuckles et al., 1992; Savin et al., 1997; Yoon et al., 1995; Zhang et al., 2002). Η παρουσία ή η απουσία του λεπύρου στον κόκκο του κριθαριού µετά τη συγκοµιδή του, καθώς και η µακροµοριακή σύσταση του αµύλου (περιεκτικότητα σε αµυλόζη και αµυλοπηκτίνη), αποτελούν τους βασικότερους γενετικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη σύσταση του σπόρου. Ποικιλίες κριθαριού µε κηρώδες ενδοσπέρµιο (αµυλοπηκτίνη περίπου 100%) έχουν πιο υψηλά επίπεδα β-γλυκανών στο ενδοσπέρµιο τους από τις µη κηρώδεις ποικιλίες (Yoon et al., 1995). Η συνήθως µικρή αύξηση της περιεκτικότητας των β-γλυκανών στο γυµνό κριθάρι, σε σχέση µε το ντυµένο κριθάρι, έχει αποδοθεί στο γεγονός ότι στο λέπυρο που αποτελεί το 11% του κόκκου, δεν περιέχονται β-γλυκάνες. Ένας από τους πιο σηµαντικούς παράγοντες που επηρεάζει την περιεκτικότητα των β-γλυκανών του κριθαριού είναι η υγρασία του εδάφους κατά τη διάρκεια της ωρίµανσής του. Ξηρασία πριν από τη συγκοµιδή οδηγεί σε υψηλό επίπεδο β-γλυκανών (Bendelow, 1975), ενώ 9
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ αντίθετα η αυξηµένη υγρασία προκαλεί µείωση των επιπέδων της β- γλυκάνης (Aman et al., 1989; Stuart et al., 1988). Εποµένως αυξηµένα επίπεδα άρδευσης πριν την συγκοµιδή µειώνουν την περιεκτικότητα σε β- γλυκάνες στο κριθάρι (Güler, 2003). 2.4. οµή β-γλυκανών Οι β-γλυκάνες των δηµητριακών είναι γραµµικοί οµοπολυσακχαρίτες της β-d-γλυκόζης. Οι µονάδες της β-d-γλυκόζης ενώνονται µε β-(1 4) δεσµούς σε ποσοστό 70% και µε β-(1 3) σε ποσοστό 30% (Bacic και Stone, 1981; Fincher, 1975; Forrest και Wainwright, 1977). Η µοριακή δοµή χαρακτηρίζεται από διαδοχικές οµάδες β-(1 4) ενωµένων γλυκοζιτικών δεσµών οι οποίες διακόπτονται από κάποιο µεµονωµένο β-(1 3) δεσµό (Σχήµα 2.1). Οι συνεχόµενες µονάδες β-(1 4)-D-γλυκόζης µπορούν να φτάσουν µέχρι και τα 14 µόρια, σχηµατίζοντας τµήµατα ολιγοµερών τύπου κυτταρίνης στην αλυσίδα της β- γλυκάνης. Σχήµα 2.1. οµή της β-γλυκάνης Οι β-(1 3) και β-(1 4) δεσµοί δεν κατανέµονται τυχαία στο µόριο της β-γλυκάνης, ούτε ακολουθούν κάποια αυστηρή αλληλουχία. Γενικά, οι β-(1 3) δεσµοί διαταράσσουν την κανονικότητα του µορίου 10
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ και διαφοροποιούν το µόριο των β-γλυκανών από αυτό της κυτταρίνης. Σε αυτό τον τύπο δεσµού οφείλεται η διαλυτότητα των β-γλυκανών (Buliga et al., 1986). Για τη διερεύνηση της µοριακής δοµής των β-γλυκανών χρησιµοποιείται ποσοτική ανάλυση µε HPLC των ολιγοσακχαριτών που απελευθερώνονται από τις β-γλυκάνες µετά την υδρολυτική δράση της λιχενάσης (Cui et al., 2000; Dais και Perlin, 1982; Lazaridou και Biliaderis, 2007; Lazaridou et al., 2004; Wood et al., 1991). Το ένζυµο λιχενάση είναι µια (1 3)(1 4)-β-D-γλυκάνη-4-γλυκανοϋδρολάση που δρα εξειδικευµένα, διασπώντας τους β (1 4) γλυκοζιτικούς δεσµούς των 3-Ουποκατεστηµένων µονάδων γλυκόζης των β-γλυκανών και απελευθερώνοντας όλα τα ολιγοµερή µε διαφορετικό βαθµό πολυµερισµού (DP). Τα κυριότερα προϊόντα της υδρόλυσης των β-γλυκανών είναι DP3 και DP4 και σε µικρότερες αναλογίες ολιγοµερή κυτταρίνης µε µεγαλύτερο βαθµό πολυµερισµού, DP 5 (Σχήµα 2.2). Αυτά τα ολιγοµερή κυτταρίνης προέρχονται από περιοχές της β-γλυκάνης που έχουν περισσότερες από τρεις διαδοχικές µονάδες γλυκόζης ενωµένες µε β (1 4) δεσµούς. Γενικά, ο βαθµός πολυµερισµού των ολιγοµερών τύπου κυτταρίνης µε DP 5 ποικίλει ανάµεσα στο 5 και 20 µε τα DP5, DP6 και 9 να είναι τα επικρατέστερα (Izydorczyk et al., 1998a; Izydorczyk et al., 1998b; Lazaridou et al., 2004; Wood et al., 1994a). Οι διαφορές στο ποσοστό των DP3 και DP4 που παρατηρούνται στην αλυσίδα των β-γλυκανών στους διάφορους δηµητριακούς καρπούς αντανακλούν στις διαφορές στη µοριακή αναλογία DP3:DP4. Στο σιτάρι η αναλογία αυτή είναι η υψηλότερη, 3,0-4,5, στο κριθάρι 1,8-3,5, στη σίκαλη 1,9-3,0, και στη βρώµη 1,5-2,3. Αυτή η αναλογία θεωρείται ως ένα µοριακό αποτύπωµα της δοµής των β-γλυκανών των δηµητριακών καρπών. 11
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Μονάδα κελλοτρίοζης. 4 G 1 4 G 1 3 G 1 4 G 1 4 G 1 Μονάδα κελλοτετραόζης 3 G 1 4 G 1 4 G 1 4 G 1 Τµήµατα κυτταρίνης (n 3) 3 G 1 [ 4 G 1 ] n 4 G 1 3 G 1 4 G 1. Λιχενάση 4 G 1 4 G 4 G 1 4 G 1 4 G [ 4 G 1 ] n 4 G 1 3 G 1 3 1 G 1 1 3 G 1 DP 3 DP 4 DP 5 Σχήµα 2.2. Γενικευµένη µοριακή δοµή β-γλυκανών δηµητριακών και αποικοδόµησή τους από τη λιχενάση. Τα διακεκοµµένα βέλη δείχνουν τις θέσεις υδρόλυσης από τη λιχενάση στην αλυσίδα του πολυσακχαρίτη. G: µονάδα β-d-γλυκοπυρανόζης, DP3: 3- O-β-κελλοβιόζη-D-γλυκόζη, DP4: 3-O-β-κελλοτριόζη-Dγλυκόζη, DP 5: ολιγοσακχαρίτες τύπου κελλοδεξτρίνης που περιέχουν παραπάνω από τρεις διαδοχικές β-(1 4) µονάδες γλυκόζης (Lazaridou και Biliaderis, 2007). ιαφορές στην αναλογία DP3:DP4 µπορεί να παρατηρηθεί και σε β-γλυκάνες από διαφορετικές ποικιλίες κριθαριού. Το γεγονός αυτό θα µπορούσε να αποδοθεί σε γενοτυπικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες (Jiang και Vasanthan, 2000; Miller et al., 1993; Storsley et al., 2003; Wood et al., 2003). Οι Storsley et al. (2003) µελέτησαν τη µοριακή δοµή των β- γλυκανών που παρελήφθησαν µε υδατική εκχύλιση στους 45 ο C και στους 95 ο C από καναδικές ποικιλίες κριθαριού µε διαφορετική σύσταση αµύλου, 12
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ και βρέθηκε ότι οι β-γλυκάνες που εκχυλίστηκαν από κηρώδεις ποικιλίες κριθαριού είχαν υψηλότερη αναλογία DP3:DP4 (3,1-3,2) σε σχέση µε τις ποικιλίες που έχουν κανονική σύσταση αµύλου (2,5-2,9) ή υψηλή περιεκτικότητα σε αµυλόζη (2,8-3,1). Σε παρόµοια αποτελέσµατα κατάληξαν και άλλοι ερευνητές (Jiang και Vasanthan, 2000; Wood et al., 2003), οι οποίοι επίσης µελέτησαν καναδικές ποικιλίες κριθαριού, και ανέφεραν υψηλότερη αναλογία DP3:DP4 για τις β-γλυκάνες που προέρχονταν από κηρώδεις ποικιλίες σε σχέση µε ποικιλίες που χαρακτηρίζονται από µη κηρώδεις γενότυπους. Επιπλέον, η αναλογία των DP3:DP4 στις β-γλυκάνες από τη βρώµη και το κριθάρι που βρίσκονται στη στοιβάδα της αλευρώνης, είναι υψηλότερη σε σχέση µε αυτή που βρίσκεται στα κυτταρικά τοιχώµατα του ενδοσπερµίου. Τέλος, η περιεκτικότητα των β-γλυκανών δηµητριακών καρπών σε κυτταρινικά ολιγοµερή µε υψηλό βαθµό πολυµερισµού δε διαφέρει ανάµεσα στα διάφορα γένη των δηµητριακών καρπών, µε τις κυριότερες διαφορές να παρατηρούνται ανάµεσα σε β-γλυκάνες από διαφορετικές βοτανικές ποικιλίες (Cui et al., 2000; Lazaridou et al., 2004a; Wood et al., 1991). Το ποσοστό των DP3 στη β-γλυκάνη για το σιτάρι κυµαίνεται µεταξύ 67-72%, ενώ στο κριθάρι και στη βρώµη σε ποσοστά 52-69% και 34-41%, αντίστοιχα. Τέλος, όσον αφορά στο ποσοστό DP4 στις β- γλυκάνες, στο σιτάρι κυµαίνεται από 21-24%, στο κριθάρι από 25-33% και στη βρώµη από 34-41%. 2.5. Εµπλουτισµός των αλεύρων σε β-γλυκάνες Η παραγωγή κλασµάτων αλεύρων εµπλουτισµένων σε β-γλυκάνες µπορεί να γίνει είτε µε ξηρή είτε µε υγρή µέθοδο. Η ξηρή µέθοδος περιλαµβάνει την απόξεση του φλοιού (pearling), την ξηρή άλεση και έπειτα την κοσκίνηση ή/και τον αεροδιαχωρισµό αυτών των κλασµάτων (air classification) (Izydorczyk et al., 2003; Knuckles και Chiu, 1995; 13
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Vasanthan και Bhatty, 1995), ενώ η υγρή µέθοδος περιλαµβάνει υγρή άλεση και κοσκίνιση ή διάφορα πρωτόκολλα εκχύλισης χρησιµοποιώντας διαφορετικά συστήµατα διαλυτών (Beer et al., 1996; Bhatty, 1995; Cavallero et al., 2002; Jaskari et al., 1995; Wood et al., 1989). Με την ξηρή µέθοδο παραλαµβάνονται κλάσµατα αλεύρων µε περιεκτικότητα σε β-γλυκάνες 8-30%, ενώ µε την υγρή µέθοδο είναι δυνατόν να παραληφθούν συµπυκνώµατα β-γλυκανών µε περιεκτικότητα έως 95%. Η ανοµοιόµορφη κατανοµή των διαφόρων συστατικών στον κόκκο των δηµητριακών επιτρέπει την κλασµάτωσή του µε φυσικά µέσα σε προϊόντα εµπλουτισµένα στα διάφορα συστατικά του, συµπεριλαµβανοµένων των β-γλυκανών και των αραβινοξυλανών (Izydorczyk et al., 2000). Μια τέτοια φυσική διεργασία είναι η απόξεση του πιτυρούχου περιβλήµατος του κριθαριού. Η απόξεση είναι ο πιο παραδοσιακός τρόπος φυσικής επεξεργασίας του κριθαριού. Η απόξεση του φλοιού µειώνει το περιεχόµενο σε αδιάλυτες διαιτητικές ίνες, πρωτεΐνες και τέφρα, αλλά αυξάνει το ποσοστό του αµύλου και της β- γλυκάνης λόγω της αποµάκρυνσης των εξωτερικών στρωµάτων συµπεριλαµβανόµενου του περικαρπίου, του περισπερµίου, του πιτύρου και του εµβρύου τα οποία είναι πλούσια σε αδιάλυτες διαιτητικές ίνες, πρωτεΐνες, τέφρα και λιπίδια, και είναι φτωχότερα σε άµυλο και β- γλυκάνες σε σχέση µε το ενδοσπέρµιο. Εποµένως, λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε β-γλυκάνη των κυτταρικών τοιχωµάτων του ενδοσπερµίου του κριθαριού, η απόξεση συµβάλλει στην παραλαβή κλασµάτων αλεύρου µε υψηλό ποσοστό β-γλυκάνης (Czuchajowska et al., 1998; Klamczynski et al., 1998). Η παραλαβή των εµπλουτισµένων κλασµάτων σε β-γλυκάνες από άλευρο κριθαριού µπορεί να επιτευχθεί µε ξηρή άλεση του απολεπυρωµένου κριθαριού και κοσκίνηση, µε άλεση σε µύλο απόξεσης (Knuckles et al., 1992) ή άλεση σε σφυρόµυλο (Yoon et al., 1995), 14
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ οδηγώντας όµως στην παραγωγή κλασµάτων β-γλυκάνης µε ποσοστό λιγότερο από 5%. Η παραγωγή κλασµάτων αλεύρου από κριθάρι εµπλουτισµένων σε β-γλυκάνες έχει επιτευχθεί και σε κυλινδρόµυλους, αν και για το κριθάρι δεν υπάρχει µεγάλη παράδοση όσον αφορά αυτό το τύπο άλεσης σε σύγκριση µε το σιτάρι. Παρόλα αυτά, η άλεση του κριθαριού σε κυλινδρόµυλο, ιδιαίτερα των ποικιλιών µε υψηλή περιεκτικότητα σε β- γλυκάνες, αποτελεί µια τεχνολογική πρόκληση. Για το χονδρό πίτυρο (bran) του κριθαριού συχνά γίνεται η υπόθεση ότι, όπως και το χονδρό πίτυρο του σιταριού, αποτελείται από το περικάρπιο, το εξωσπέρµιο, το φύτρο και τα στρώµατα της αλευρώνης και της υποαλευρώνης. Ωστόσο, η σύνθεση αυτού του κλάσµατος µπορεί να διαφέρει, διότι το πίτυρο του κριθαριού είναι πιο εύθρυπτο και πιο έντονα προσκολληµένο στο ενδοσπέρµιο σε σύγκριση µε το πίτυρο του σιταριού, µε αποτέλεσµα το θρυµµατισµό του κατά την άλεση και την απελευθέρωσή του στο κλάσµα του αλεύρου. Αυτή η επιµόλυνση του αλεύρου µε πίτυρο µπορεί να µετριαστεί εάν προηγηθεί επιφανειακή απόξεση πριν την άλεση, ώστε να αποµακρυνθεί το περικάρπιο σε µεγάλο βαθµό (Izydorczyk et al., 2003). Η απόδοση του κλάσµατος του αλεύρου που παραλαµβάνεται από άλεση σε κυλινδρόµυλο είναι 30-75%. Ο πιο σηµαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση του αλεύρου είναι ο γενότυπος του κριθαριού και πιο συγκεκριµένα η αρχική περιεκτικότητα του κόκκου σε β-γλυκάνες (Bhatty, 1999). Γενότυποι κριθαριού µε υψηλά επίπεδα β-γλυκάνης αντιστέκονται στη µείωση του µεγέθους των τεµαχιδίων σε κυλινδρόµυλους κατά τη διάρκεια της άλεσης, µε αποτέλεσµα τη χαµηλότερη τελική απόδοση σε αλεύρι και υψηλότερη απόδοση σε κλάσµατα που αποτελούνται από σωµατίδια µεγαλύτερου µεγέθους από ότι οι γενότυποι κριθαριού µε χαµηλή συγκέντρωση σε β-γλυκάνη. Τα παχιά κυτταρικά τοιχώµατα των γενοτύπων κριθαριού µε υψηλή συγκέντρωση β- 15
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ γλυκάνης είναι αρκετά ελαστικά και αντιστέκονται στη θραύση κατά την άλεση, παρουσιάζοντας έτσι δυσκολία στο να διαχωριστούν από τους αµυλόκοκκους (Izydorczyk et al., 2003). Η χρησιµοποίηση λείων κυλινδροµηχανών µειώσεως, πρέπει να αποφεύγεται για γενότυπους υψηλής περιεκτικότητας σε β-γλυκάνες, διότι η κατανάλωση ενέργειας είναι κατά πολύ υψηλότερη από ότι στις τραχιές κυλινδροµηχανές µειώσεως, και η χρησιµοποίησή τους θα πρόσφερε πολύ µικρό πλεονέκτηµα, όσον αφορά την απόδοση ή τη σύνθεση των κλασµάτων της άλεσης (Kletke et al., 2008). Σηµαντικό ρόλο για την άλεση του κριθαριού σε κυλινδρόµυλο παίζει και η διαφορική ταχύτητα και η σχετική τοποθέτηση των κυλίνδρων (Kletke et al., 2008). Καθώς η διαφορική ταχύτητα αυξάνεται, η ενέργεια άλεσης και η τελική απόδοση σε αλεύρι αυξάνεται. Η οξεία προς οξεία τοποθέτηση των κυλίνδρων καταναλώνει λιγότερη ενέργεια και αποδίδει πιο αδρόκοκκα κλάσµατα σε σχέση µε την αµβλεία προς αµβλεία τοποθέτηση των κυλίνδρων. Πολλές φορές ως µέτρο για την αποτελεσµατικότητα της άλεσης κριθαριού σε κυλινδρόµυλο χρησιµοποιείται η απόδοση του κλάσµατος του αλεύρου, το ίδιο δηλαδή µέτρο που χρησιµοποιείται και για την άλεση του σιταριού. Το κλάσµα του αλεύρου ωστόσο που προκύπτει από την άλεση του κριθαριού είναι πλούσιο σε άµυλο και έχει σχετικά µικρή περιεκτικότητα σε β-γλυκάνες. Από την άλλη πλευρά, η συγκέντρωση των β-γλυκανών είναι κατά πολύ υψηλότερη, µερικές φορές παραπάνω απ ότι στο κριθαρένιο αλεύρι ολικής αλέσεως, στο επονοµαζόµενο κλάσµα του µετρίου πιτύρου (shorts) (Andersson et al., 2003; Flores et al., 2005; Izydorczyk et al., 2003; Sundberg και Aman, 1994). Στο σιτάρι αυτό το κλάσµα αποτελείται κυρίως από λεπτοτεµαχισµένο πίτυρο, ενώ στο κριθάρι το µέτριο πίτυρο συνίσταται κυρίως από τεµάχια των κυτταρικών τοιχωµάτων του ενδοσπερµίου (Izydorczyk et al., 2005). Επειδή οι β- γλυκάνες, όπως έχει προαναφερθεί, αποτελούν τα βασικότερα δοµικά 16