Χρήση νέων εργαλείων για τη μέτρηση της απόκρισης και την κινητική μελέτη ενζυμικών ΤΤΙ και εφαρμογή τους στη διαχείριση ποιότητας και ασφάλειας τόνου (Thunnus alalunga) στην ψυκτική αλυσίδα - Βαρλάμη, Κωνσταντίνα (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων, 2018)
Τα τρόφιμα αποτελούν πολύπλοκα συστήματα που υφίστανται μεταβολές, οι οποίες οδηγούν στην ποιοτική υποβάθμιση τους, ιδίως κατά τη διακίνηση τους στην ψυκτική αλυσίδα. Η ορθή τήρηση των συνιστώμενων ορίων θερμοκρασίας στην ψυκτική αλυσίδα αποτελεί επιτακτική ανάγκη, ειδικά για ευαλλοίωτα τρόφιμα όπως τα ιχθυηρά. Οι συχνά παρατηρούμενες θερμοκρασιακές αποκλίσεις συντήρησης αυξάνουν τους ρυθμούς ποιοτικής αλλοίωσης και σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να αυξήσουν το ρίσκο για την ασφάλεια του καταναλωτή. Για την παρακολούθηση του χρονοθερμοκρασιακού ιστορικού των τροφίμων προτείνεται η χρήση χρονοθερμοκρασιακών ολοκληρωτών ή δεικτών ΤΤΙ (Time Temperature Integrators or Indicators). Οι δείκτες ΤΤΙ είναι απλές, αυτοκόλλητες, οικονομικές διατάξεις, που με μια εύκολα μετρήσιμη αλλαγή, εξαρτώμενη από το χρόνο και τη θερμοκρασία, προσδιορίζουν ολόκληρο ή μέρος του θερμοκρασιακού ιστορικού του τροφίμου, στο οποίο είναι προσαρμοσμένοι μέσω μιας ορατής, συνήθως χρωματικής απόκρισης. Ανήκουν στην έξυπνη συσκευασία και μπορούν να χρησιμοποιηθούν επικουρικά της ημερομηνίας λήξης, παρέχοντας πληροφορίες για πιθανή κακομεταχείριση του προϊόντος. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η κινητική μελέτη απόκρισης ενζυμικών χρονοθερμοκρασιακών δεικτών ΤΤΙ σε εύρος θερμοκρασιών 0 έως 25 oC και η συσχέτιση των ΤΤΙ με τον έλεγχο της ποιότητας και της ασφάλειας στην ψυκτική αλυσίδα τόνου. Μελετήθηκαν η ανάπτυξη του μικροοργανισμού Morganella morganii και ο σχηματισμός ισταμίνης στον τόνο και έγινε συσχέτιση της σχηματιζόμενης ισταμίνης με τον κατάλληλο ενζυμικό δείκτη. Ο συγκεκριμένος μικροοργανισμός επιλέχθηκε εξαιτίας της ικανότητας του να παράγει ισταμίνη, η οποία σε μη επιτρεπτές συγκεντρώσεις μπορεί να οδηγήσει σε σκομβροειδή δηλητηρίαση. Στο πρώτο μέρος της διπλωματικής εργασίας έγινε κινητική μελέτη ενζυμικών ΤΤΙ, που έχουν ως αρχή λειτουργίας την αντίδραση ενζύμου-υποστρώματος. Αποτέλεσμα της αντίδρασης είναι η μείωση του pH και η οπτική χρωματική μεταβολή (από πράσινο σε κίτρινο και κόκκινο χρώμα). Ειδικότερα, μελετήθηκε η χρωματική μεταβολή δεικτών τύπου LP με ένζυμο λιπάση από Rhizopus oryzae και υπόστρωμα μείγμα τριλαουρίνης - τριπαλμιτίνης και δεικτών τύπου Μ με ένζυμο λιπάση από Rhizopus oryzae και υπόστρωμα μυριστικό μεθυλεστέρα. Μελετήθηκαν δείκτες τύπου LP με συγκέντρωση ενζύμου 100U, 150U, 300U και 500U, σε θερμοκρασίες 0, 2.5, 5, 10, 15, 20 και 25 oC και τύπου Μ με συγκέντρωση ενζύμου 5U, 10U, 15U, 25U, 50U και 75U, σε θερμοκρασίες 0, 2.5, 5, 10 και 15 oC και προσδιορίστηκαν τα κινητικά χαρακτηριστικά τους. Για τον κάθε ένα από τους δύο τύπους ενζυμικών ΤΤΙ που μελετήθηκαν (LP και Μ), αναπτύχθηκαν συνολικά μαθηματικά μοντέλα για τη συσχέτιση της απόκρισης των ενζυμικών δεικτών με τη συγκέντρωση του περιεχόμενου ενζύμου, το χρόνο και τη θερμοκρασία αποθήκευσης. Η ενέργεια ενεργοποίησης υπολογίσθηκε ίση με 143 kJ/mol για τους δείκτες τύπου LP και ίση με 88.2 kJ/mol για τους δείκτες τύπου M. Η αξιοπιστία των μοντέλων επιβεβαιώθηκε με πειράματα σε θερμοκρασιακά μεταβαλλόμενες συνθήκες. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, μελετήθηκαν η μικροβιολογική ανάπτυξη Morganella morganii κατόπιν εμβολιασμού σε σάρκα μακρύπτερου τόνου (Thunnus alalunga) και η παραγωγή ισταμίνης από το μικροοργανισμό αυτό. Η ενέργεια ενεργοποίησης για το ρυθμό ανάπτυξης του Morganella morganii στο εύρος 15-25°C υπολογίσθηκε ίση με 105.1 kJ/mol και για το ρυθμό παραγωγής ισταμίνης ίση με 98.4 kJ/mol. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας, πραγματοποιήθηκε διερεύνηση με στόχο την επιλογή κατάλληλου ΤΤΙ για την παρακολούθηση της ασφάλειας κατά τη διακίνησή του τόνου στην ψυκτική αλυσίδα, βάσει του απαιτούμενου χρόνου παραγωγής ισταμίνης σε συγκέντρωση 50 και 100 ppm. Απαραίτητη προϋπόθεση για τη συσχέτιση μελετώμενου τροφίμου και δείκτη ΤΤΙ είναι οι ενέργειες ενεργοποίησης και οι χρόνοι ζωής τους να είναι παραπλήσιοι. Από τα συνολικά μαθηματικά μοντέλα που προέκυψαν, καταλληλότεροι δείκτες για την παρακολούθηση της παραγωγής ισταμίνης προσδιορίσθηκαν οι LP 15U και Μ 6U για συγκεντρώσεις ισταμίνης 50 ppm και οι LP 10U και Μ 4U για συγκεντρώσεις ισταμίνης 100 ppm. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας δεδομένα προηγούμενης διπλωματικής εργασίας ως προς το χρόνο ζωής του τόνου έγινε συσχέτιση του με τα ΤΤΙ που μελετήθηκαν και βρέθηκε πως καταλληλότερος δείκτης για την παρακολούθηση της ποιότητας και της διατηρησιμότητας στην ψυκτική αλυσίδα είναι ο Μ 50U.