Μελέτη των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών λεπτόκοκκων αλεσμάτων δημητριακών. Εφαρμογή στην Τεχνολογία Τροφίμων με έμφαση σε προϊόντα διατροφής

Abstract

Στην παρούσα διατριβή, μελετήθηκαν άλευρα από σίκαλη και κριθάρι. Εμπορικά δείγματα των αλεύρων υποβλήθηκαν σε άλεση με πεπιεσμένο αέρα σε δυο διαφορετικούς ρυθμούς τροφοδοσίας και έτσι προέκυψαν δυο άλευρα με μικρότερο μέγεθος κόκκων από το μητρικό άλευρο. Συνολικά μελετήθηκαν τρία δείγματα αλεύρων ανά βοτανική προέλευση (1 μητρικό και 2 από άλεση με πεπιεσμένο αέρα). Αρχικά μελετήθηκαν τα φυσικοχημικά και μηχανικά χαρακτηριστικά τους και πραγματοποιήθηκαν δοκιμές συγκράτησης διαλυτών. Γενικά, η μείωση του μεγέθους των κόκκων των αλεύρων ήταν σημαντική για τις ιδιότητες που μελετήθηκαν. Το ίδιο σημαντικός ήταν και ο ρυθμός τροφοδοσίας του μύλου κατά την άλεση με πεπιεσμένο αέρα. Η βοτανική προέλευση επίσης επηρέασε τις μετρήσεις. Ενδεικτικό παράδειγμα το υψηλότερο φαινολικό περιεχόμενο του αλεύρου κριθαριού και το σκούρο χρώμα του αλεύρου σίκαλης. Κατόπιν, τα άλευρα (μητρικά και από άλεση με πεπιεσμένο αέρα) αξιοποιήθηκαν για απομόνωση πρωτεϊνών, παρασκευή μπισκότων και εδώδιμων μεμβρανών. Η απομόνωση πρωτεϊνών αφορούσε στα άλευρα σίκαλης. Αρχικά προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες απομόνωσης, οι οποίες μετά εφαρμόστηκαν στα άλευρα σίκαλης που διέφεραν στο μέγεθος των κόκκων τους. Μεγαλύτερη απόδοση ανάκτησης πρωτεϊνών παρουσίασαν το εμπορικό και το πιο λεπτόκοκκο των αλεύρων. Οι πειραματικές συνθήκες ήταν σημαντικές για τη διαδικασία ανάκτησης των πρωτεϊνών. Όσον αφορά στα μπισκότα, σε ένα πρώτο πείραμα, τα άλευρα σίκαλης και κριθαριού (μητρικά και από άλεση με πεπιεσμένο αέρα) υποκατέστησαν το άλευρο σίτου. Η υποκατάσταση δεν ήταν στατιστικά σημαντική για το βάρος και την αναλογία απλώματος των μπισκότων αλλά οδήγησε σε πιο μαλακά και πιο σκούρα μπισκότα, με μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε φαινολικά και μεγαλύτερη αντιοξειδωτική δράση σε σύγκριση με τα μπισκότα με 100% σιτάρι. Το πορώδες και η φαινόμενη και η πραγματική πυκνότητα επηρεάστηκαν από το μέγεθος των κόκκων των υποκατάστατων αλεύρων. Στο δεύτερο πείραμα με μπισκότα, τα άλευρα κριθαριού (μητρικά και από άλεση με πεπιεσμένο αέρα) υποκατέστησαν το άλευρο σίτου, με ταυτόχρονη υποκατάσταση της ζάχαρης από ινουλίνη. Η ινουλίνη επηρέασε το βάρος και την αναλογία απλώματος (η αύξηση της συγκέντρωσής της οδήγησε σε μπισκότα με μεγαλύτερο βάρος και μικρότερη αναλογία απλώματος) αλλά και την αντοχή στη θραύση (παρουσία της τα μπισκότα ήταν πιο μαλακά) και τη φωτεινότητα των μπισκότων. Η παρουσία του αλεύρου κριθαριού αύξησε το συνολικό φαινολικό περιεχόμενο και ελάττωσε τη φωτεινότητα των μπισκότων. Η τελευταία εφαρμογή, αφορούσε στην παρασκευή εδώδιμων μεμβρανών από άλευρα σίκαλης (μητρικά και από άλεση με πεπιεσμένο αέρα). Το χρώμα των μεμβρανών επηρεάστηκε από τη βοτανική προέλευση του αλεύρου. Η συγκέντρωση της γλυκερόλης ήταν σημαντική για την υγρασία, το πάχος και τη θολερότητα των μεμβρανών. Οι μηχανικές ιδιότητες επηρεάστηκαν από τη βοτανική προέλευση και την κοκκομετρία του αλεύρου, αλλά και τη συγκέντρωση της γλυκερόλης. Όλες τα διαλύματα που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία μεμβρανών παρουσίασαν ψευδοπλαστική συμπεριφορά. Συνολικά, τα άλευρα σίκαλης είχαν ως αποτέλεσμα περισσότερες αδιαφανείς μεμβράνες, με σχετικά υψηλή διαλυτότητα αλλά με μεγαλύτερη μηχανική αντοχή.

The present thesis studied flours from rye and barley. Commercial flour samples were milled under compressed air (jet milling) at two different feed rates, resulting in two finer flours. A total of three flour samples were studied per botanical origin (1 commercial and 2 jet milled). Initially, their physicochemical and mechanical properties were studied. Solvent retention capacity tests were also performed. In general, particle size reduction was significant for the properties studied. Equally important was the feed rate of the mill. The botanical origin also affected the measurements. For example the higher phenolic content of barley flour and the dark color of rye flour had an effect on the correlated studied properties Then, the flours (commercial and jet milled) were used for protein isolation as well as biscuits’ and edible films’ preparation. The optimal isolation conditions were initially determined and then applied to rye flours differing in their particle size. The commercial and finest flour showed the highest protein recovery efficiency. Experimental conditions were important for the protein recovery process. Regarding biscuits, in the first experiment, rye and barley flours (commercial and jet milled) partially replaced wheat flour. The substitution was not statistically significant for the weight and spread ratio of the biscuits but led to softer and darker biscuits, with a higher phenolic content and greater antioxidant activity compared to the 100% wheat biscuit. The porosity and true and bulk densities were affected by the particle size of the substitute flours. In the second experiment, biscuits were prepared by partial replacement of wheat flour by barley flours (commercial and jet milled) and sugar by inulin. Inulin affected the weight and the spread ratio (its concentration increase led to biscuits with greater weight and lower spread ratio) as well as the fracture strength (in its presence biscuits were softer) and the lightness of the biscuits. The presence of barley flour increased the total phenolics content and reduced the lightness of the biscuits. The last step involved the preparation of edible films from rye flour (commercial and jet milled). The colour of the films was affected by the botanical origin of the flour. Glycerol concentration was important for moisture, thickness and turbidity of the films. The mechanical properties were affected by the botanical origin and the particle size of the flour, as well as the concentration of glycerol. All film forming solutions exhibited pseudoplastic behavior. Overall, rye flours resulted in more opaque membranes, with relatively high solubility but with greater mechanical strength.