Έξυπνη συσκευασία: Έρευνα και επιλογή συνδυασμού ενζύμου–υποστρώματος για την ανάπτυξη ΤΤΙ με χρονο-θερμοκρασιακή απόκριση κατάλληλη για τον έλεγχο ποιότητας και ασφάλειας στη ψυκτική αλυσίδα στρειδιών - Καλιούπη, Καλλιόπη (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων)
Η ψυκτική αλυσίδα των τροφίμων χαρακτηρίζεται από μεγάλες απώλειες ποιότητας σε συνδυασμό με πιθανά ζητήματα ασφάλειας που προκύπτουν, λόγω σημαντικών αποκλίσεων από τις προδιαγραφές της επιτρεπόμενης θερμοκρασίας. Τρόφιμα υψηλής θρεπτικής αξίας αλλά και ιδιαίτερα ευαλλοίωτα, όπως είναι τα θαλασσινά, μπορεί να υπόκεινται σε ποιοτική υποβάθμιση και μερικές φορές η διάρκεια ζωής τους να διαφέρει από την προβλεπόμενη λόγω έκθεσής τους σε κρίσιμες θερμοκρασίες. H απόκλιση της θερμοκρασίας από τα επιτρεπτά όρια θα μπορούσε να οδηγήσει σε ορισμένες περιπτώσεις σε ανάπτυξη παθογόνων μικροοργανισμών, θέτοντας σε κίνδυνο την υγεία του καταναλωτή. Ο έλεγχος της χρονο-θερμοκρασιακής έκθεσης των τροφίμων, είναι ένα σημαντικό ζήτημα για τη διατήρησή τους και για το λόγο αυτό υπάρχει ανάγκη ανάπτυξης και τυποποίησης κατάλληλων δεικτών με ευέλικτο φάσμα τόσο θερμοκρασιακής ευαισθησίας, όσο και χρόνου απόκρισης. Το σκοπό αυτό εξυπηρετούν οι χρονο-θερμοκρασιακοί δείκτες (Time Temperature Indicators- TTI) που είναι οικονομικές, έξυπνες μικροδιατάξεις οι οποίες δείχνουν, μέσω εύκολα μετρήσιμων αλλαγών, το χρονο-θερμοκρασιακό ιστορικό του τροφίμου στο οποίο είναι προσαρμοσμένες. Σκοπό της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτέλεσε η κινητική μελέτη της απόκρισης νέων ενζυμικών ΤΤΙ τύπου LP σε ευρύ θερμοκρασιακό εύρος (0-30οC), η εύρεση του κατάλληλου ΤΤΙ και η χρήση του για τον έλεγχο της ποιότητας και ασφάλειας στρειδιών κατά τη συντήρηση και διακίνησή τους σε πραγματικές συνθήκες, καθώς και η ανάπτυξη μοντέλου πρόβλεψης της ανάπτυξης του παθογόνου μικροοργανισμού V. parahaemolyticus που αναπτύσσεται στα στρείδια. Η αρχή λειτουργίας των μελετηθέντων ενζυμικών δεικτών έχει ως βάση την αντίδραση ενζύμου-υποστρώματος, η οποία εξελίσσεται με σταθερό ρυθμό σε μία συγκεκριμένη θερμοκρασία και η οποία χαρακτηρίζεται από αλλαγή χρώματος (από πράσινο χρώμα κατά την ενεργοποίησή του, σε σταδιακή αλλαγή σε κίτρινο και τελικά κόκκινο χρώμα κατά τη λήξη του ΤΤΙ). Στους ενζυμικούς δείκτες που μελετήθηκαν το ένζυμο των δεικτών ήταν λιπάση από Rhizopus oryzae και το υπόστρωμα μίγμα τριλαουρίνης τριπαλμιτίνης (τύπου LP). Οι δείκτες που μελετήθηκαν είχαν διαφορετική περιεκτικότητα ενζύμου (LP_5U, LP_10U, LP_20U, LP_50U, LP_100U, LP_200U, LP_400U, LP_600U). Κατά το πρώτο στάδιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκε κινητική μελέτη της απόκρισης των ενζυμικών δεικτών ΤΤΙ τύπου LP σε θερμοκρασίες ψύξης (0-15οC) αλλά και υψηλότερες (15-30οC), μέσω της οποίας προέκυψαν οι συναρτήσεις απόκρισης, τα κινητικά χαρακτηριστικά και οι χρόνοι λήξεις των μελετηθέντων δεικτών. Για το καθένα από τα δύο μελετηθέντα θερμοκρασιακά εύρη, πραγματοποιήθηκε ανάπτυξη συνολικού μαθηματικού μοντέλου, μέσω του οποίου διατυπώθηκε η εξάρτηση της απόκρισης των ενζυμικών ΤΤΙ τύπου LP από τη θερμοκρασία, το χρόνο και τη συγκέντρωση περιεχόμενου ενζύμου. Για το εύρος θερμοκρασιών 0-15οC η ενέργεια ενεργοποίησης EA υπολογίστηκε ίση με 143.4 kJ/mol και για το εύρος 15-30οC ίση με 105.8 kJ/mol. Η αξιοπιστία των δεικτών ελέγχθηκε και κρίθηκε αποδεκτή μέσω πειράματος έκθεσής τους σε εναλλασσόμενες θερμοκρασιακές συνθήκες. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας πραγματοποιήθηκε μελέτη της μικροβιολογικής ανάπτυξης σε στρείδια Crassosteria gigas με απώτερο σκοπό την επιλογή κατάλληλων δεικτών για την παρακολούθηση της ποιότητας και ασφάλειας του συγκεκριμένου τροφίμου κατά τη διακίνησή του στην ψυκτική αλυσίδα. Τα στρείδια είναι ένα τρόφιμο που αποτελεί εξαιρετικό υπόστρωμα για την ανάπτυξη μικροοργανισμών και λόγω της μεγάλης επικινδυνότητάς του και της έκθεσής του σε υψηλές θερμοκρασίες, αποτέλεσε ενδιαφέρον αντικείμενο μελέτης. Μελετήθηκαν η μικροβιακή αλλοίωση, η μεταβολή του pH, ενώ πραγματοποιήθηκε και οργανοληπτική αξιολόγηση. Με επεξεργασία των αποτελεσμάτων αναπτύχθηκε και επαληθεύτηκε μαθηματικό μοντέλο πρόβλεψης της ανάπτυξης των ψευδομονάδων, οι οποίες κρίθηκαν κύριος αλλοιογόνος μικροοργανισμός στα στρείδια για την υποβάθμιση της ποιότητάς τους. Η ενέργεια ενεργοποίησης ΕΑ του ρυθμού ανάπτυξης των ψευδομονάδων υπολογίστηκε 66.8 kJ/mol για θερμοκρασία αναφοράς 4oC. Υπολογίστηκε ότι σε θερμοκρασία 0οC, η διάρκεια ζωής των στρειδιών αντιστοιχεί σε 13 ημέρες, στους 5οC σε 8 ημέρες, στους 10οC σε 5 ημέρες ενώ στους 15οC σε μόλις 3 ημέρες. Ακολούθησε επαλήθευση του μαθηματικού μοντέλου ανάπτυξης του μικροοργανισμού V. parahaemolyticus σε στρείδια. Παρατηρήθηκε ότι η ανάπτυξη του συγκεκριμένου μικροοργανισμού είναι δυνατή στο θερμοκρασιακό εύρος 15-30οC. Η επίδραση της θερμοκρασίας στο ρυθμό ανάπτυξής του εκφράστηκε μέσω της ενέργειας ενεργοποίησης η οποία προσδιορίστηκε ίση με 78.9 kJ/mol. Στο τελικό στάδιο της διπλωματικής εργασίας, πραγματοποιήθηκε μελέτη για την εύρεση του κατάλληλου ΤΤΙ και τη χρήση του για τον έλεγχο της ποιότητας και ασφάλειας των στρειδιών κατά τη διακίνησή τους στην ψυκτική αλυσίδα. Αυτό επιτεύχθηκε μέσω συσχέτισης της ανάπτυξης του κυρίου αλλοιογόνου μικοοργανισμού και του παθογόνου μικροοργανισμού V. parahaemolyticus με την κινητική απόκρισης των μελετηθέντων ΤΤΙ. Με βάση τα συνολικά μαθηματικά μοντέλα που προέκυψαν για τα ενζυμικά ΤΤΙ τύπου LP και λαμβάνοντας υπόψη το χρόνο ζωής των στρειδιών βάσει της ανάπτυξης του κυρίου αλλοιογόνου μικροοργανισμού και του παθογόνου V. parahaemolyticus, ο δείκτης που κρίθηκε ως ο καταλληλότερος για την παρακολούθηση της χρονοθερμοκρασιακής έκθεσης των στρειδιών κατά τη διακίνησή τους στην ψυκτική αλυσίδα και τη διασφάλιση της ποιότητας και ασφάλειάς τους, ήταν ο LP_200U.