Υποκατάσταση λιπαρών σε δείγματα σοκολάτας γάλακτος και βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων τους - Αργυρίου, Ιωάννα (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ), 2017)
Η σοκολάτα αποτελεί ένα από τα πιο δημοφιλή σνακ στον κόσμο, πλούσιο σε υδατάνθρακες- όπως ζάχαρη- και λιπαρά. Η μοναδική της υφή και γεύση οφείλεται σε ένα συνεχές δίκτυο λιπαρών που συγκρατεί τα στερεά σωματίδια της ζάχαρης και της σκόνης του κακάο. Ωστόσο, η αυξημένη κατανάλωσή της οδηγεί σε αρνητικές επιπτώσεις στον οργανισμό συμβάλλοντας στην εκδήλωση παθήσεων όπως η παχυσαρκία, ο σακχαρώδης διαβήτης κ.α. Έτσι, η παραγωγή καινοτόμων διαιτητικών προϊόντων, όπως είναι η σοκολάτα με χαμηλά λιπαρά, αποτελεί στόχο της βιομηχανίας και της έρευνας. Η πρόκληση για την υποκατάσταση των λιπαρών στη σοκολάτα έγκειται στο γεγονός ότι το βούτυρο του κακάο συνιστά το δίκτυο λιπαρών στη σοκολάτα και άρα τον «σκελετό» στον οποίο στηρίζονται όλα τα υπόλοιπα συστατικά. Η υπερβολική μείωσή του συντελεί στην κατάρρευση του εν λόγω δικτύου και τελικά στην παραγωγή μιας ασταθούς σοκολάτας. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η υποκατάσταση των λιπαρών σε δείγματα σοκολάτας γάλακτος που θα διατηρούν τις φυσικές ιδιότητές τους και τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά τους. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, μελετήθηκε η υποκατάσταση των λιπαρών με χρήση πρωτεϊνών ορού γάλακτος (whey) και ινουλίνης, συστατικά επωφελή για τον οργανισμό. Συγκεκριμένα, παρήχθησαν δείγματα σοκολάτας γάλακτος με βαθμούς υποκατάστασης του βουτύρου του κακάο 20%, 30% και 40% και σε κάθε βαθμό εξετάστηκαν οι αναλογίες υποκαταστατών ινουλίνη: whey πρωτεΐνη 30%- 70% , 50%- 50% και 70%- 30%, αντίστοιχα. Αρχικά, σχεδιάστηκε η διαδικασία παραγωγής σοκολάτας γάλακτος και επιλέχθηκε η συνταγή που έπειτα από οργανοληπτικές δοκιμές συγκέντρωσε τις μεγαλύτερες τιμές αρεσκείας. Στη συνέχεια, βάσει αυτής της συνταγής πραγματοποιήθηκαν οι υποκαταστάσεις του βουτύρου του κακάο και κάθε δείγμα υποβλήθηκε σε ποικίλους ελέγχους ώστε να βρεθούν οι τυχόν αποκλίσεις των ιδιοτήτων του από το δείγμα αναφοράς. Συγκεκριμένα, σε κάθε δείγμα μετρήθηκαν οι ρεολογικές του ιδιότητες, το χρώμα, το θερμοκρασιακό του προφίλ με έμφαση στο σημείο τήξης του, η σκληρότητα και προσδιορίστηκε η θερμιδική του αξία. Επιπλέον, το περιεχόμενο σε πρωτεΐνες και λιπαρά των δειγμάτων σοκολάτας προσδιορίστηκε μέσω της μεθόδου Κjeldahl και βαρομετρικά μέσω της εκχύλισης με μικροκύματα και Soxhlet, αντίστοιχα. Οι παράμετροι της ρεολογίας που ποσοτικοποιούνται μέσω του μοντέλου του Casson, που περιγράφει τη ρεολογία της σοκολάτας, είναι το ιξώδες και η τάση διαρροής. Αυξανόμενου του βαθμού υποκατάστασης και οι δύο αυτοί παράμετροι αυξάνονται σε τέτοιο βαθμό που τα δείγματα της σοκολάτας τείνουν να αποκλίνουν από το μοντέλο του Casson. Η whey πρωτεΐνη ως υποκαταστάτης διατηρεί σε φυσιολογικά επίπεδα το ιξώδες και την τάση διαρροής στους μικρούς βαθμούς υποκατάστασης ενώ όταν αυξηθεί επαρκώς η ποσότητά της στο δείγμα (40% υποκατάσταση), οδηγεί σε μια απότομη και μεγάλη ποσοτικά αύξηση και των δύο παραμέτρων. Αντίθετα, με τη σταδιακή αύξηση της ποσότητας της ινουλίνης, στα δείγματα που βρίσκεται σε αναλογία 70%, παρατηρείται σταδιακή αύξηση των ρεολογικών παραμέτρων χωρίς να προσεγγίζουν τις τιμές που θα προσέγγιζαν τελικά υπό την επιρροή της whey. Επιπλέον, μελετήθηκε η επίδραση της υποκατάστασης και του χρόνου αποθήκευσης (3oC) στη σκληρότητα. Αυξανόμενου του βαθμού υποκατάστασης, το δίκτυο τείνει να καταρρεύσει, η σοκολάτα γίνεται λιγότερο συνεκτική και η σκληρότητα μειώνεται. Η whey που δημιουργεί πλέγμα με τα συστατικά της σοκολάτας, σταθεροποιεί τη δομή της, αυξάνοντας τη σκληρότητα ενώ η ινουλίνη σχεδόν δεν επεμβαίνει σε αυτή. Βέλτιστη σκληρότητα στο 40% της υποκατάστασης βρέθηκε να παρουσιάζει η αναλογία 50% ινουλίνη- 50% whey καθώς το μέτρο ελαστικότητάς της είναι το πλησιέστερο σε αυτό του δείγματος αναφοράς. Η σκληρότητα αυξάνεται με τον χρόνο αποθήκευσης της σοκολάτας ενώ συνδέεται άμεσα με την ακεραιότητα του δικτύου των λιπαρών. Ούτε ο βαθμός υποκατάστασης αλλά ούτε κάποιος συγκεκριμένος υποκαταστάτης θεωρήθηκε ότι επηρεάζει το χρώμα της σοκολάτας. Επιπροσθέτως, τα σημεία τήξης ανήκαν στο εύρος 24-25,5oC και δεν φάνηκαν να επηρεάζονται σημαντικά από τον βαθμό ή τύπο υποκατάστασης. Η μέγιστη πτώση της θερμιδικής αξίας ήταν της τάξης του 9% σε σχέση με το δείγμα αναφοράς και παρατηρήθηκε στο δείγμα με 40% υποκατάσταση και αναλογία 70% ινουλίνη- 30% whey. Στη συνέχεια, έγιναν προσπάθειες για βελτιστοποίηση της ρεολογίας του δείγματος με βαθμό υποκατάστασης 40% και αναλογία ινουλίνης: whey 50%:50% με χρήση των γαλακτωματοποιητών AMP και PGPR 4150 που ενδείκνυνται για πολύ ιξώδη δείγματα. Πράγματι, το AMP και το PGPR 4150 βρέθηκαν να είναι πολύ πιο αποτελεσματικοί στη βελτίωση των ρεολογικών χαρακτηριστικών των υποκατεστημένων δειγμάτων σοκολάτας συγκριτικά με τους συμβατικούς γαλακτωματοποιητές (όπως η λεκιθίνη). Συγκεκριμένα, η βέλτιστη αναλογία, η οποία οδήγησε στο ελάχιστο ιξώδες του δείγματος, επιτυγχάνεται για 0,5% (wt.) AMP έναντι του 0,6% (wt.) λεκιθίνης, ενώ στις μεγαλύτερες τιμές περιεκτικότητες AMP, το ιξώδες παραμένει σταθερό. Επιπλέον, το AMP επεμβαίνει στην τάση διαρροής πιο έντονα από τη λεκιθίνη γεγονός που καθιστά δυνατή και την αυτόνομη χρησιμοποίησή του στη σοκολάτα σε αντίθεση με τη λεκιθίνη που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το PGPR 4150. Αφού εξετάστηκε και η επιρροή του PGPR 4150 στην τάση διαρροής, βρέθηκε ότι το βέλτιστο δείγμα περιείχε 0,5% AMP και 0,15% PGPR και παρουσίασε ιξώδες και τάση διαρροής με τιμές κοντινές σε αυτές ενός παραδοσιακού δείγματος (3,42 Pa s και 7,91 Pa, αντίστοιχα). Στους οργανοληπτικούς ελέγχους που διεξήχθησαν, η αναλογία των υποκαταστατών στον μέγιστο βαθμό υποκατάστασης δεν παρουσίασε σημαντικές διαφορές σε καμία από τις παραμέτρους που βαθμολογήθηκαν παρά μόνο στη γλυκύτητα που παρουσιάζει αυξημένες τιμές καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε ινουλίνη κατά το αναμενόμενο. Ο βαθμός υποκατάστασης αν και επηρέασε μερικές ιδιότητες όπως την υφή και το χρώμα των δειγμάτων δεν ξεχώρισε τα δείγματα στη συνολική αρέσκεια. Τέλος, οι δοκιμαστές ξεχώρισαν εμφανώς το βελτιστοποιημένο ρεολογικά δείγμα με 40% υποκατάσταση και αναλογία 50% ινουλίνη- 50% whey και το αξιολόγησαν θετικά σε όλες σχεδόν τις εξεταζόμενες παραμέτρους (εκτός από την πικρία και τη γλυκύτητα που δεν παρουσίασαν διαφορές) σε σύγκριση με το ίδιο δείγμα που περιείχε τους συνήθεις γαλακτωματοποιητές.