Ανάπτυξη και εφαρμογή κινητικών μεθόδων εκτίμησης της ποιότητας των τροφίμων

Abstract

The non - enzymatic browning of concentrated apple juice, honey and their diluted systems was investigated. The effects of temperature, αw and / or the initial reactant concentration on colour change of both food systems were evaluated by spectrophotometric absorbance measurements (A420). The kinetics of brown pigment formation in both systems was described by the logistic model, while the fitting of secondary models revealed the following: a) the modified Arrhenius model was the most appropriate in describing the combined effect of the above mentioned factors on browning reaction kinetic constants; b) the browning reaction rates can be adequately predicted under conditions differing from those used in the initial experimental design; and c) the final combined dynamic model that was developed can predict the extent of non-enzymatic browning of both products under dynamic conditions of fluctuating temperature protocols, usually applied in the food industry. The development of a microbial TTI system was based on the microbial growth and metabolism of a lactic acid bacteria strain in a model substrate system (glucose consumption, lactic acid production and the following pH drop progressively lead to the color change from red to yellow of a chemical chromatic indicator which also exists in the system). The study of the TTI kinetics (under isothermal storage conditions) showed that the pH and colour change of the TTI followed closely the bacterial growth. The end point of the TTI coincided with a bacterial population similar to that observed at spoilage levels and with activation energy almost identical to the one of the lactobacillus strain growth. Furthermore, the desired end point of the TTI at a certain temperature can be achieved by appropriate adjustment of the initial microbial concentration of the inoculated in the system microorganism. The developed microbial TTI system was successfully applied to monitor the quality status of minced beef packed under modified atmosphere with the end point of the TTI coinciding with the time of sensory rejection point of the product during its storage under either isothermal chilled temperature conditions or under low temperature periodic changing protocols.

Αντικείμενο της μελέτης αποτέλεσε η χρήση της κινητικής προσέγγισης στην περιγραφή μεταβολών που συμβαίνουν σε συστήματα τροφίμων, τα οποία υποβαθμίζονται τόσο εξαιτίας χημικών αντιδράσεων, όσο και λόγω της μικροβιακής αλλοίωσης ως συνέπεια της ανάπτυξης της ενδογενούς σ’ αυτά μικροχλωρίδας, σε στατικές, ισόθερμες συνθήκες επεξεργασίας ή συντήρησης, όσο και σε δυναμικά μεταβαλλόμενες συνθήκες. Για την περίπτωση υποβάθμισης των τροφίμων εξαιτίας χημικών αντιδράσεων μελετήθηκε η μη ενζυμική αμαύρωση συμπυκνωμένου χυμού μήλου, του μελιού και των αραιωμένων συστημάτων αυτών. Εξετάστηκε η μεμονωμένη και συνδυασμένη δράση των παραγόντων θερμοκρασία, αw ή / και των περιεχόμενων αντιδρώντων διαλυτών στερεών συστατικών στη μεταβολή του χρώματος, όπως αποτυπώνεται από τη μετρούμενη απορρόφηση (absorbance) των προϊόντων αυτών κατά τη θέρμανση. Η κινητική σχηματισμού έγχρωμων – μελανών συστατικών και στα δύο συστήματα περιγράφηκε ικανοποιητικά από το λογιστικό μοντέλο ενώ η μελέτη της προσαρμογής των δευτερογενών μοντέλων ανέδειξε ότι α) το τροποποιημένο μοντέλο Arrhenius περιγράφει με τον καλύτερο τρόπο τη μεμονωμένη και συνδυασμένη επίδραση των παραπάνω παραγόντων στη μεταβολή του ρυθμού της αντίδρασης, β) η πορεία του ίδιου φαινομένου μπορεί να προβλεφθεί ικανοποιητικά σε συνθήκες διαφορετικές από αυτές που επιλέχτηκαν για τον αρχικό πειραματικό σχεδιασμό και γ) ότι το ανασχηματισμένο ολοκληρωμένο μοντέλο που προέκυψε μπορεί να περιγράψει την έκταση της μη ενζυμικής αμαύρωσης των δύο προϊόντων κάτω από δυναμικές συνθήκες θέρμανσης, προσομοιάζοντας τα συνεχώς μεταβαλλόμενα πρωτόκολλα θέρμανσης που συχνά εφαρμόζονται στη βιομηχανική παραγωγή των τροφίμων. Ακολούθως η κινητική μοντελοποίηση χρησιμοποιήθηκε στην εκτίμηση της μικροβιολογικής ποιότητας των τροφίμων. Η συνεχής παρακολούθηση της προκαλούμενης μικροβιολογικής αλλοίωσης των τροφίμων στην ψυκτική αλυσίδα, επιχειρήθηκε μέσω της ανάπτυξης ενός συστήματος Μικροβιακού Χρονο-θερμοκρασιακού Δείκτη (Time Temperature Indicator, ΤΤΙ) βασιζόμενο στην ανάπτυξη και μεταβολική δραστηριότητα ενός στελέχους γαλακτικού βακτηρίου, του Lactobacillus sakei. Συγκεκριμένα, η κατανάλωση της περιεχόμενης στο υπόστρωμα γλυκόζης από το μικροοργανισμό συντελεί στην παραγωγή γαλακτικού οξέος που ακολούθως προκαλεί την πτώση του pH, και κατά συνέπεια μια εμφανή χρωματική μεταβολή ενός χημικού δείκτη, που επίσης περιλαμβάνεται στο σύστημα, από τον αρχικό κόκκινο στον τελικό κίτρινο χρωματισμό. Η μελέτη της κινητικής του συστήματος (ισόθερμες συνθήκες ψύξης) ανέδειξε πως η μεταβολή του χρώματος και του pH σχετίστηκε στενά με τη βακτηριακή ανάπτυξη. Το σημείο λήξης του ΤΤΙ σημειώθηκε όταν ο μικροβιακός πληθυσμός έφτασε στα όρια της αλλοίωσης, με θερμοκρασιακή εξάρτηση όμοια με εκείνη της μικροβιακής ανάπτυξης. Επιπρόσθετα, το επιθυμητό σημείο λήξης του ΤΤΙ μπορεί να επιτευχθεί με την κατάλληλη ρύθμιση της αρχικής συγκέντρωσης του μικροοργανισμού στο μέσο ανάπτυξης. Το υπό ανάπτυξη ΤΤΙ εφαρμόστηκε επιτυχώς στην παρακολούθηση της ποιότητας βοδινού κιμά συσκευασμένου υπό τροποποιημένη ατμόσφαιρα, με το σημείο λήξης του ΤΤΙ να συμπίπτει με τη χρονική στιγμή κατά την οποία παρατηρείται η οργανοληπτική απόρριψη του εν λόγω τροφίμου κατά την συντήρησή του τόσο ισόθερμα όσο και κάτω από περιοδικά μεταβαλλόμενα πρωτόκολλα ψύξης.