Χρήση κρυοπροστατευτικών υλικών στην παραγωγή κατεψυγμένου ζυμαριού - Σγουρόπουλος, Μάριος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών, 2016)
Τα αρτοσκευάσματα θεωρούνται προϊόντα υψηλής διατροφικής αξίας, καθώς είναι πλούσια σε υδατάνθρακες, μέταλλα, βιταμίνες και φυτικές ίνες και εμφανίζουν ευχάριστα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά. Παρόλα αυτά, τα αρτοσκευάσματα διαθέτουν περιορισμένο χρόνο ζωής και υποβαθμίζονται ποιοτικά μετά τον κλιβανισμό. Για το σκοπό αυτό ένα μεγάλο μέρος της τεχνολογίας αρτοποίησης, ασχολείται με διάφορες μεθόδους επέκτασης του χρόνου ζωής τους, οι οποίες, είτε αφορούν τη σύσταση, τη συσκευασία ή τον τρόπο επεξεργασίας και αποθήκευσης. Η κατάψυξη και η αποθήκευση των αρτοσκευασμάτων υπό κατάψυξη παρόλο που είναι μία πολλά υποσχόμενη για το σκοπό αυτό μέθοδος, επιφέρει ωστόσο αλλοιώσεις στο πλέγμα της γλουτένης του ζυμαριού και οδηγεί σε σημαντική μείωση της δραστικότητας της μαγιάς με αποτέλεσμα την υποβάθμιση των ποιοτικών χαρακτηριστικών των τελικών προϊόντων που προέρχονται από κατεψυγμένο ζυμάρι μετά τον κλιβανισμό. Για αποφυγή τέτοιων προβλημάτων στα προϊόντα αρτοποιίας κατά την εφαρμογή χαμηλών θερμοκρασιών γίνεται χρήση κρυοπροστατευτικών ουσιών, όπως γαλακτωματοποιητές, ένζυμα, οξειδωτικά μέσα, κόμμεα-υδροκολλοειδή, κ.α. Στη συγκεκριμένη διπλωματική εργασία, η οποία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων, της Σχολής Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ, σκοπός ήταν η παρασκευή αρτοσκευασμάτων από κατεψυγμένο ζυμάρι και η μελέτη των μεταβολών των ποιοτικών τους χαρακτηριστικών, κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης υπό κατάψυξη, όπως και της χρήσης κρυοπροστατευτικών υλικών, ώστε το τελικό προϊόν, μετά τον κλιβανισμό, να διατηρεί καλύτερα τα ποιοτικά του χαρακτηριστικά για παρατεταμένο χρονικό διάστημα. Στο θεωρητικό μέρος της παρούσας διπλωματικής εργασίας αρχικά παρουσιάζονται χαρακτηριστικά στοιχεία του σιταριού, οι κατηγορίες στις οποίες διακρίνεται και η διατροφική του αξία. Έπειτα γίνεται αναφορά στην τεχνολογία άλεσης του σίτου για την παραγωγή αλεύρου και ανάλυση των σταδίων από τα οποία αυτή αποτελείται. Εν συνεχεία εξετάστηκε ο ρόλος και τα χαρακτηριστικά των βασικών (άλευρο, μαγιά, νερό, αλάτι) και δευτερευόντων (π.χ. σάκχαρα, λιπαρά, πρόσθετες ουσίες) συστατικών για την παραγωγή του άρτου και μετά μελετώνται τα στάδια της διαδικασίας αρτοποίησης, προκειμένου να ληφθεί το ψημένο προϊόν με τα κατάλληλα χαρακτηριστικά και παρατίθεται ο χρησιμοποιούμενος ανά στάδιο εξοπλισμός. Επιπρόσθετα, μελετάται η συμπεριφορά του ζυμαριού υπό συνθήκες κατάψυξης, η επίδραση της κατάψυξης στα διάφορα συστατικά του άρτου και ο χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός κατάψυξης. Τέλος γίνεται αναφορά στα προβλήματα που επέρχονται κατά την αποθήκευση του ζυμαριού υπό κατάψυξη, παρουσιάζονται πιθανοί τρόποι αντιμετώπισης σε κάθε στάδιο της διαδικασίας παραγωγής του άρτου και μελετάται εκτενέστερα η χρήση ειδικών κρυοπροστατευτικών (γαλακτωματοποιητές, ένζυμα, οξειδωτικά μέσα, κόμμεα-υδροκολλοειδή, κ.α.), ως κυριότερος τρόπος αντιμετώπισης των προβλημάτων της διατήρησης υπό κατάψυξη. Στο πειραματικό μέρος της διπλωματικής εργασίας, πραγματοποιήθηκαν δύο σειρές πειραμάτων. Στην πρώτη σειρά μελετήθηκε η χρήση δύο κρυοπροστατευτικών (τρεχαλόζη, ξανθάνη) με τέσσερις συστάσεις το καθένα (100, 200, 400, 1000 ppm) σε ζυμάρι το οποίο αποθηκεύτηκε υπό κατάψυξη μέχρι 84 ημέρες στους -18 οC. Επίσης παρήχθησαν και τυφλά δείγματα για σύγκρισή τους με τα αντίστοιχα δύο κρυοπροστατευτικά. Μετά την παραγωγή των δειγμάτων, γινόταν έλεγχος στα φρέσκα δείγματα, ενώ τα υπόλοιπα αποθηκεύονταν υπό κατάψυξη. Κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης υπό κατάψυξη (1, 7, 14, 28, 56 και 84 ημέρες) λαμβάνονταν δείγματα τα οποία αποψύχονταν στους 40οC (ωρίμανση) και υποβάλλονταν σε κλιβανισμό στους 180οC. Στη δεύτερη σειρά μελετήθηκε η χρήση τριών κρυοπροστατευτικών (κόμμι γκουάρ, SSL, Distilled Monoglyceride) με δύο συγκεντρώσεις το καθένα (0,25% και 0,50% για κόμμι γκουάρ και SSL και 1% και 2% για Distilled Monoglyceride), με τα δείγματα να αποθηκεύονται υπό κατάψυξη για διάρκεια 28 ημερών. Παρόμοια και σε αυτή την περίπτωση γινόταν σύγκριση με τυφλά δείγματα και επιπλέον πραγματοποιείτο έλεγχος σε φρέσκα δείγματα, καθώς επίσης και στα υπόλοιπα τα οποία είχαν παραμείνει σε κατάψυξη (για 1, 7, 14 και 28 ημέρες). Τέλος έγινε σύγκριση όλων των δειγμάτων με τα εξετασθέντα κρυοπροστατευτικά (επιλογή των δύο καλύτερων συστάσεων από την πρώτη σειρά τα οποία ήταν: 200 και 400 ppm για τρεχαλόζη και 100 και 400 ppm για ξανθάνη και των συγκεντρώσεων που αναφέρθηκαν στη δεύτερη σειρά) για διάρκεια αποθήκευσης 28 ημερών σε κατάψυξη. Κατά τη διάρκεια του πειράματος μελετήθηκαν τα χαρακτηριστικά του ζυμαριού και του τελικού ψημένου προϊόντος και κατασκευάστηκαν διαγράμματα συναρτήσει του χρόνου αποθήκευσης υπό κατάψυξη. Συγκεκριμένα για το ζυμάρι εξετάστηκαν τα χαρακτηριστικά υφής (σκληρότητα, ελαστικότητα, συνεκτικότητα και προσκολλησιμότητα ζυμαριού), ενώ για το τελικό αρτοσκεύασμα, η μεταβολή του βάρους κατά τον κλιβανισμό, ο ειδικός όγκος, το πλάτος, το ύψος, το χρώμα της κόρας και της ψίχας και τα χαρακτηριστικά υφής του (σκληρότητα άρτου, σκληρότητα εσωτερικής φέτας με συμπίεση και σκληρότητα φέτας με κοπίδι). Επιπλέον πραγματοποιήθηκε και οργανοληπτικός έλεγχος των τελικών προϊόντων από έμπειρους δοκιμαστές. Τα αποτελέσματα επεξεργάστηκαν με κατάλληλες στατιστικές τεχνικές με χρήση του προγράμματος STATISTICA, με σκοπό να διερευνηθεί η τυχόν σημαντική επίδραση των εξετασθέντων παραγόντων (κρυοπροστατευτικό, ποσοστό προσθήκης και χρόνος αποθήκευσης υπό κατάψυξη) στις μελετώμενες παραμέτρους. Όσον αφορά την 1η σειρά, παρατηρήθηκε ότι ο χρόνος αποθήκευσης υπό κατάψυξη είχε σημαντική επίδραση σε όλα τα δείγματα, καθώς μειωνόταν το ύψος και ο ειδικός όγκος τους, με τα δείγματα της τρεχαλόζης να διατηρούν ελάχιστα πιο υψηλή διόγκωση από αυτά της ξανθάνης (κυρίως στα 200 ppm τρεχαλόζης, ειδικός όγκος 2,3-2,4mg/L μετά τον 1ο μήνα) και η κόρα σταδιακά γινόταν πιο ανοιχτόχρωμη, ενώ η ψίχα και η ενεργότητα παρέμειναν στα ίδια επίπεδα (συνολικό χρώμα ψίχας περίπου 75, τιμές ενεργότητας νερού 0,93-0,96). Επιπλέον παρατηρήθηκε η τάση για μικρή αύξηση της σκληρότητας του ζυμαριού (0,4-->0,8Ν) κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης σε κατάψυξη. Αντίστοιχα μικρή αύξηση παρουσίασε η ελαστικότητα (2-->2,8), με την ξανθάνη να εμφανίζει ελαφρώς υψηλότερες τιμές από την τρεχαλόζη και μικρή μείωση η συνεκτικότητα του ζυμαριού (1,1-->0,4), ενώ η προσκολλησιμότητα ήταν μικρότερη στα δείγματα με τρεχαλόζη. Μικρή αύξηση σημειώθηκε στη σκληρότητα άρτου, τη σκληρότητα εσωτερικής φέτας με συμπίεση και τη σκληρότητα φέτας με κοπίδι μέχρι τους 3 μήνες αποθήκευσης υπό κατάψυξη, ενώ φάνηκε η τρεχαλόζη να παρουσιάζει λίγο πιο σκληρή κόρα (σκληρότητα άρτου μέχρι και 28Ν). Επιπρόσθετα, κατά τον οργανοληπτικό έλεγχο, οι δοκιμαστές φάνηκε να επιβεβαιώνουν τα περισσότερα ευρήματα των αντικειμενικών μετρήσεων. Συγκεκριμένα εντόπισαν λίγο μεγαλύτερη διόγκωση στα δείγματα τρεχαλόζης, όπως επίσης και μεγαλύτερη σκληρότητα κόρας και πιο ανοιχτό χρώμα κόρας και ψίχας. Επίσης έκριναν ως πιο ελαστική την ψίχα στα δείγματα ξανθάνης με λιγότερες οπές στο εσωτερικό της. Τέλος, οι δοκιμαστές έδειξαν λίγο μεγαλύτερη προτίμηση στα δείγματα της ξανθάνης, όσον αφορά τη γεύση/άρωμα, τη μετάγευση και τη συνολική αρέσκεια ειδικά μετά από 3 μήνες αποθήκευσης υπό κατάψυξη. Σχετικά με τη δεύτερη σειρά, ο χρόνος αποθήκευσης υπό κατάψυξη έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην υποβάθμιση των προϊόντων. Τα δείγματα με SSL εμφάνισαν μεγαλύτερη διόγκωση τις πρώτες ημέρες αποθήκευσης σε κατάψυξη (2,8mg/L), τα οποία και διατήρησαν σε ικανοποιητικό βαθμό μέχρι και τις 28 ημέρες (2,65mg/L), κυρίως σε συγκέντρωση 0,50%, συγκριτικά με το κόμμι γκουάρ και το Distilled Monoglyceride, με τα αποτελέσματα του ύψους να επιβεβαιώνουν τα αποτελέσματα (7,8-->7cm για SSL, 7,7 -->6,8cm για κόμμι γκουάρ και 7,1-->6,6 cm για Distilled Monoglyceride). Στα δείγματα αυτά παρουσιάστηκε η τάση για μικρή αύξηση τους πλάτους μέχρι τον 1ο μήνα αποθήκευσης (5,6cm στις 28 ημέρες σε κατάψυξη). Επιπλέον φάνηκε τα δείγματα να αποκτούν πιο ανοιχτόχρωμη κόρα, ενώ η ψίχα και η ενεργότητα παρουσίαζαν σταθερά αποτελέσματα (συνολικό χρώμα ψίχας πε-ρίπου 77-79, τιμές ενεργότητας νερού 0,92-0,96). Από τη μελέτη των χαρακτηριστικών υφής, η σκληρότητα του ζυμαριού διατηρήθηκε σταθερή σε τιμές 0,4-0,6Ν, η ελαστικότητα σε τιμές 2-2,5 και η συνεκτικότητα σε τιμές 0,6-1, ενώ πολύ μικρές έως μηδενικές ήταν και οι αντίστοιχες τιμές προσκολλησιμότητας. Στα αντίστοιχα ψημένα αρτοσκευάσματα, φαίνεται να υπάρχει η τάση για μείωση της σκληρότητας του άρτου μέχρι τον 1ο μήνα αποθήκευσης (20-->14Ν) σε ορισμένες συγκεντρώσεις (0,50% κόμμι γκουάρ, 0,25% SSL, 1% και 2% Distilled monoglyceride), ενώ στα υπόλοιπα δείγματα εμφανίζεται μάλλον σταθερή συμπεριφορά (0,25% κόμμι γκουάρ, 0,50% SSL). Από την άλλη, φάνηκε η τάση για μικρή αύξηση της σκληρότητας της φέτας με συμπίεση στα δείγματα με συγκέντρωση 1% Distilled Monoglyceride (4-->5,5Ν), μικρή μείωση στα δείγματα με συγκέντρωση 2% αυτού (5,7-->3,5Ν) και στα υπόλοιπα κρυοπροστατευτικά φάνηκε σταθερότερη συμπεριφορά (τιμές 3-4Ν). Αμελητέες αυξομειώσεις σημειώθηκαν αναφορικά με τη μέτρηση της σκληρότητας κατά την κοπή της φέτας του άρτου. Επιπρόσθετα, κατά τον οργανοληπτικό έλεγχο επιβεβαιώθηκε ότι η διόγκωση ήταν μεγαλύτερη στα δείγματα με SSL, ενώ τα κρυοπροστατευτικά έδειξαν παρόμοια αποτελέσματα όσον αφορά στις οπές στο εσωτερικό, τις σχισμές ή ρωγμές στην επιφάνεια, καθώς επίσης και στην ελαστικότητα. Τέλος, οι δοκιμαστές έδειξαν προτίμηση στα δείγματα με κόμμι γκουάρ και SSL, έναντι των δειγμάτων με Distilled Monoglyceride, όσον αφορά τη γεύση/άρωμα, τη μετάγευση, και τη συνολική αρέσκεια. Η συνολική σύγκριση όλων των μελετώμενων κρυοπροστατευτικών υλικών, ενίσχυσε και συμπλήρωσε τις παρατηρήσεις που αναφέρθηκαν στις προηγούμενες παραγράφους. Συγκριτικά μεγαλύτερη διόγκωση παρουσίασαν τα δείγματα με SSL, στην ελαστικότητα της ψίχας φάνηκε να υπερτερεί η ξανθάνη και στη σκληρότητα του άρτου η τρεχαλόζη ως κρυοπροστατευτικό υλικό. Τέλος, οι δοκιμαστές φάνηκε να προτιμούν περισσότερο τα δείγματα με ξανθάνη, κόμμι γκουάρ και SSL, ενώ τα δείγματα με τρεχαλόζη και Distilled Monoglyceride θεωρήθηκαν υποδεέστερα. Σε κάθε περίπτωση όμως, όλα τα κρυοπροστατευτικά έδωσαν καλύτερα ή τουλάχιστον παρόμοια αποτελέσματα με τα τυφλά δείγματα.