Μελέτη της παραγωγής λειτουργικών φρουτοχυμών με τη χρήση νέων τεχνολογιών

Abstract

Η επανάσταση στο βιοτικό επίπεδο, οι διατροφικές συνήθειες και η αυξημένη ευαισθητοποίηση για την υγεία έχουν μετατοπίσει το ενδιαφέρον των καταναλωτών σε τρόφιμα με ευρύτερα οφέλη για την υγεία. Σκοπός της παρούσας Μεταπτυχιακής Διπλωματικής Εργασίας ήταν η παραγωγή φρουτοχυμών με αυξημένη προστιθέμενη αξία και διατηρησιμότητα. Έτσι αντικείμενο της μελέτης αποτέλεσε ο έλεγχος της δυνατότητας παραγωγής λειτουργικών φρουτοχυμών με τη προσθήκη των οξυγαλακτικών βακτηρίων με προβιοτικό δυναμικό Lb. plantarum B282, Lb. plantarum E10, Lb. plantarum E69, Lb. pentosus B281, Lb. pentosus E108, Lb. pentosus E97, Lb. pentosus E104, Lb. paracasei subsp. paracasei E93, Lb. paracasei subsp. paracasei E94, Lb. casei Shirota και Lb. ramnosus GG. Έγινε έλεγχος της επιβίωσής τους καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής του προϊόντος καθώς και οργανοληπτική αξιολόγηση για τη διασφάλιση της παραγωγής χυμών με αποδεκτά και επιθυμητά οργανοληπτικά χαρακτηριστικά. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε βιοχημική ανάλυση με την ταχεία μέθοδο της φασματοσκοπίας υπερύθρου μετασχηματισμού Fourier (FTIR) και ελέγχθηκε η επίδραση της Υψηλής Υδροστατικής Πίεσης (ΥΥΠ) και της Θερμικής Επεξεργασίας (ΘΕ) στην επιβίωση / απενεργοποίηση των σπορίων του αλλοιογόνου μικροοργανισμού Alicyclobacillus acidoterrestris. Αρχικά, ελέγχθηκε η επιβίωση επτά προβιοτικών στελεχών (Lb. plantarum E10, Lb. plantarum E69, Lb. pentosus E108, Lb. pentosus E104, Lb. paracasei subsp. paracasei E93, Lb. paracasei subsp. paracasei E94 και Lb. casei Shirota) σε χυμό ροδάκινο, απορρίφθηκαν όμως οργανοληπτικά την τρίτη ημέρα της συντήρησης και τα πειράματα συνεχίστηκαν με τα έντεκα στελέχη (Lb. plantarum B282, Lb. plantarum E10, Lb. plantarum E69, Lb. pentosus B281, Lb. pentosus E108, Lb. pentosus E97, Lb. pentosus E104, Lb. paracasei subsp. paracasei E93, Lb. paracasei subsp. paracasei E94, Lb. casei Shirota και Lb. ramnosus GG) με δύο διαφορετικές τελικές συγκεντρώσεις εμβολίου (χαμηλό 107 και υψηλό 108) σε χυμό πορτοκάλι. Το στέλεχος Lb. pentosus E104 επιλέχθηκε για τα επόμενα πειράματα εφόσον εμφάνισε τα καλύτερα επιθυμητά οργανοληπτικά χαρακτηριστικά σε συνδυασμό με την επιβίωση του στο χυμό πορτοκαλιού. Το πείραμα συνεχίστηκε με την παραγωγή και τη συντήρηση λειτουργικού πορτοκαλοχυμού με το στέλεχος αυτό, καθώς επίσης και με την απενεργοποίηση του Alicyclobacillus acidoterrestris με την χρήση ΥΠΠ και ΘΕ. Όλοι οι χυμοί (ροδάκινο και πορτοκάλι) με τα προβιοτικά παρουσίασαν γενικά μικρότερες τιμές pH σε σχέση με τους μάρτυρες και τα οξυγαλακτικά βακτήρια κατάφεραν να επιβιώσουν για τουλάχιστον μια εβδομάδα. Οι χυμοί πορτοκαλιού με χαμηλό εμβόλιο οξυγαλακτικών βακτηρίων (107) όμως, παρουσίασαν καλύτερα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά, σε σχέση με τους χυμούς με το υψηλό εμβόλιο (108), με τον Lb. pentosus E104 να εμφανίζει καλή επιβίωση στους χυμούς, προσδίδοντας παράλληλα και τα επιθυμητά οργανοληπτικά χαρακτηριστικά (γεύση, άρωμα). Με την εφαρμογή της ΥΥΠ σημειώθηκε πτώση της τάξης των 2,00 log στα Alicyclobacillus spp. Αντίθετα, η ΘΕ δε φάνηκε να επηρεάζει τους συνολικούς πληθυσμούς του Alicyclobacillus spp. και των σπορίων του τόσο στην αρχή όσο και κατά τη διάρκεια της συντήρησης των χυμών. Επίσης, παρατηρήθηκε ότι τα δείγματα των χυμών με τον αλλοιογόνο μικροοργανισμό Alicyclobacillus acidoterrestris παρουσίασαν μια μικρή τάση αύξησης στην τιμή του pH όσο αυξάνονταν οι ημέρες της συντήρησης, σε αντίθεση με τους χυμούς που εμβολιάστηκαν με το στέλεχος Lb. pentosus E104, όπου εκεί παρατηρήθηκε μικρή πτώση έως και την 21η ημέρα της συντήρησης. Σύμφωνα με την οργανοληπτική ανάλυση, τα δείγματα χυμών με το στέλεχος Lb. pentosus E104 ήταν αποδεκτά για οκτώ (8) ημέρες συντήρησης, οι χυμοί με τον Alicyclobacillus acidoterrestris ήταν αποδεκτοί για 12 ημέρες και τα δείγματα που περιείχαν και τα δύο στελέχη για δέκα (10) ημέρες σε όλους τους χειρισμούς. Επομένως, ο μεγαλύτερος χρόνος ζωής των χυμών που εμβολιάστηκαν και με τα δύο στελέχη σε σύγκριση με τα δείγματα που εμβολιάστηκαν με το προβιοτικό στέλεχος E104, είναι πιθανό να οφείλεται σε ανταγωνιστική δράση μεταξύ τους. Όσον αφορά την ταχεία μέθοδο FTIR, τα αποτελέσματα της ανάλυσης έδειξαν ότι είναι μια εν δυνάμει μέθοδος για τον προσδιορισμό της ποιότητας των φρουτοχυμών, απαιτούνται όμως περισσότερα δείγματα και ανάπτυξη νέων μοντέλων (με εφαρμογή διαφορετικών μηκών κύματος και όχι όλου του φάσματος, ανάλυση των διαφορετικών χειρισμών ξεχωριστά κλπ) ώστε να αυξηθεί η ακρίβειά τους, που σε κάποιες περιπτώσεις δε βρέθηκε να είναι υψηλή. Όσον αφορά το προβιοτικό στέλεχος Lb. pentosus E104 φαίνεται ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή λειτουργικού πορτοκαλοχυμού. Απαιτείται όμως περεταίρω έρευνα σχετικά με την αξιολόγηση νέων προβιοτικών στελεχών και την εφαρμογή τους στα τρόφιμα. Τέλος, τα φρούτα, πέρα από την καταλληλότητά τους ως φορείς προβιοτικών, εφόσον έχουν καλό γευστικό και αρωματικό προφίλ, είναι περιζήτητα ως εναλλακτική βάση για την παραγωγή μη γαλακτοκομικών προβιοτικών προϊόντων. Η παραγωγή μη γαλακτοκομικών προβιοτικών προϊόντων είναι σημαντική, διότι τα γαλακτοκομικά προϊόντα εμφανίζουν υψηλά επίπεδα χοληστερόλης, ο αριθμός των ατόμων με δυσανεξία στη λακτόζη παγκόσμια είναι μεγάλος και οι χορτοφάγοι καταναλωτές συνεχώς αυξάνονται τόσο στις αναπτυσσόμενες όσο και στις ανεπτυγμένες χώρες.

Κύρια επιστημονικά πεδία: Γεωπονικές Επιστήμες, Μικροβιολογία Τροφίμων. Λέξεις-κλειδιά: Χυμοί φρούτων, Προβιοτικά, Alicyclobacillus, Υψηλή Υδροστατική Πίεση, Θερμική Επεξεργασία, Mέθοδος ανάλυσης FTIR.

The evolution of living standards, eating habits and increased health awareness have shifted consumers’ interest in foods with wider health benefits. The purpose of this thesis was to produce fruit juices with high added value and sustainability. So, the aim of the study was to test the possibility of producing functional fruit juices by adding lactic acid bacteria with probiotic potential; i.e. Lb. plantarum B282, Lb. plantarum E10, Lb. plantarum E69, Lb. pentosus B281, Lb. pentosus E108, Lb. pentosus E97, Lb. pentosus E104, Lb. paracasei subsp. paracasei E93, Lb. paracasei subsp. paracasei E94, Lb. casei Shirota and Lb. ramnosus GG. Their survival has been tested through the shelf life of the products and organoleptic assessment of products was performed to ensure juice production with acceptable and desirable organoleptic characteristics. At the same time, biochemical analysis was carried out using the rapid method of Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Finally, the effect of High Hydrostatic Pressure (HHP) and Heat Treatment (HT) on the survival / inactivation of spores of Alicyclobacillus acidoterrestris was tested. Initially, the survival of seven probiotic strains (Lb. plantarum E10, Lb. plantarum E69, Lb. pentosus E108, Lb. pentosus E104, Lb. paracasei subsp. paracasei E93, Lb. paracasei subsp. paracasei E94 and Lb. casei Shirota ) was tested in peach juice, but since they were organoleptically rejected on the third day of preservation, the experiments were continued with eleven strains (Lb. plantarum B282, Lb plantarum E10, Lb. plantarum E69, Lb. pentosus B281, Lb. pentosus E108, Lb. pentosus E97, Lb. pentosus E104, Lb. paracasei subsp. paracasei E93, Lb. paracasei subsp. paracasei E94, Lb. casei Shirota and Lb. ramnosus GG) with two different final inocula concentrations (low 107 and high 108) in orange juice. After selecting the strain (Lb. pentosus E104) that exhibited the most desirable organoleptic characteristics in combination with good survival in juice, the following experiments were performed with the production and preservation of functional orange juice with this strain, as well as with the inactivation of Alicyclobacillus acidoterrestris using HHP and HT. All juices (peach and orange) with probiotics generally showed lower pH values than controls and lactic acid bacteria managed to survive for at least one week. However, orange juices with low inoculum concentration of lactic acid bacteria (107) showed better values in organoleptic characteristics than juices with high concentration (108), with Lb. pentosus E104 exhibiting good survival and desirable organoleptic characteristics (flavor, aroma) in juices. After the application of HHP there was a 2.00 log reduction in population of Alicyclobacillus spp. In contrast, HT did not affect the total population of Alicyclobacillus spp. and its spores, both at the beginning and during preservation of juices. It was also observed that juice samples with the spoilage microorganism Alicyclobacillus acidoterrestris showed a light increase in pH value during preservation, in contrast with juices inoculated with strain Lb. pentosus E104 that showed a light decrease until the 21st day of preservation. According to the organoleptic analysis, juice samples with strain Lb. pentosus E104 were acceptable for eight (8) days of preservation, juices with Alicyclobacillus acidoterrestris were acceptable for 12 days and samples containing both strains for ten (10) days in all treatments. Therefore, the longer shelf life of juices inoculated with both strains compared to samples vaccinated with probiotic strain E104 is likely due to antagonistic activity between them. Regarding the rapid analytical method FTIR, the results of the analysis have shown that it is a potential method for determining the quality of fruit juices, but more samples and new models development (applying different wavelengths and not the whole spectrum, analyzing different treatments separately, etc.) are required to increase their accuracy, which in some cases was not found to be high. With regard to the probiotic strain Lb. pentosus E104, it appears that it can be applied in the production of functional orange juice. However, further research is needed on the evaluation of new probiotic strains and their application to food. Finally, fruits, beyond their suitability for probiotics by having a good flavor and aroma profile, they are popular as an alternative basis for the production of non-dairy probiotics, since dairy products have high cholesterol levels, the number of lactose intolerant in the world is great and vegetarian consumers are constantly growing in both developing and developed countries.

Main scientific disciplines: Agricultural Sciences, Food Microbiology. Keywords: Fruit Juices, Probiotics, Alicyclobacillus, High Hydrostatic Pressure, Heat Treatment, FTIR Analysis.