Αξιοποίηση γλεύκους για την ανάπτυξη προϊόντων εκτός οίνου - διερεύνηση κρίσιμων παραμέτρων διεργασιών παραγωγής ξυδιού βαλσαμικού τύπου

Abstract

Apart from the Italian products with geographical indication (Traditional Balsamic Vinegar of Modena and Traditional Balsamic Vinegar of Reggio Emilia with Protected Designation of Origin, and the Balsamic Vinegar of Modena with Protected Geographical Indication) a new generation of balsamic vinegars (BV) and related products are gaining consumer preference in the international market. The aim of this thesis was the development of know-how to produce high added value balsamic type vinegar. Xinomavro grape variety was exploited because of its importance to the wine industry in Northern Greece and the physicochemical characteristics that make it suitable for vinegar production. After thorough market search, the physicochemical and sensory characteristics of the most popular BV in the Greek market were examine and compared to those of similar Italian products. These results highlighted the weaknesses of the products based on mixing concentrated grape must and vinegar, a lack in production standardization, legislation gaps (e.g. hydroxymethylfurfural (HMF) concentration control (Chapter A)) and supported the need for upgrading by developing new knowledge. Chapters B-E consisted of the development stages of balsamic type vinegar based on double fermentation. At each stage of BV production many parameters were examined and evaluated according to appropriate experimental designs. In chapter B the findings from the concentration step are presented and the concentration of HMF was highlighted as a critical control point. Chapter C included the results from the isolation and characterization (molecular and technological) of indigenous yeast strains, which were then successfully used as pure or mixed starter cultures, and the introduction of immobilized cells for the control of the alcoholic fermentation kinetics. The production of volatile compounds associated with the varietal characteristics of grape must was evidenced. In Chapter D, know-how concerning the development of acetic acid bacteria starters isolated from the same variety was acquired and the progress of spontaneous fermentation of concentrated must was monitored. Indigenous acetic acid bacteria strains were used successfully in the start up of acetic acid fermentation. In Chapter E, changes in selected characteristics were investigated during the short term ageing of new balsamic type vinegars according to Greek legislation in the presence of oak chips. In this chapter, the critical points affecting the concentration of secondary metabolites which characterizes the varietal product were identified. The original findings of this thesis include the enrichment of the culture collection of Laboratory of Food Chemistry and Technology with native strains (yeasts and acetic bacteria) of Xinomavro variety, the conditions of controlled fermentation and the identification of critical points at all the production stages of balsamic type vinegar with varietal characteristics. The know-how developed can be used directly by the industry and the findings on the HMF kinetic formation and its concentration in the commercial products can be used by the official food control authorities.

Εκτός από τα ιταλικά προϊόντα γεωγραφικής ένδειξης (Traditional Balsamic Vinegar of Modena, Traditional Balsamic Vinegar of Reggio Emilia, Balsamic Vinegar of Modena) μια νέα γενιά βαλσαμικών ξυδιών και αναπληρωμάτων τους κερδίζει συνεχώς τις προτιμήσεις των καταναλωτών στη διεθνή αγορά. Σκοπός της διδακτορικής διατριβής ήταν η ανάπτυξη τεχνογνωσίας για την παραγωγή ξυδιού βαλσαμικού τύπου υψηλής προστιθέμενης αξίας. Αξιοποιήθηκε γλεύκος της ποικιλίας Ξινόμαυρο λόγω της ιδιαίτερης σημασίας της στην οινοβιομηχανία της Βορείου Ελλάδας αλλά και των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών που την καθιστούν κατάλληλη για αξιοποίηση στην παραγωγή ξυδιού. Μετά από επισταμένη έρευνα αγοράς εξετάστηκαν τα φυσικοχημικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των πλέον δημοφιλών βαλσαμικών ξυδιών στην ελληνική αγορά σε σύγκριση με τα αντίστοιχα ιταλικών προϊόντων. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν τα μειονεκτήματα των προϊόντων από ανάμειξη συμπυκνωμένου γλεύκος και ξυδιού, την έλλειψη προτυποποίησης της παραγωγής τους, κενά στη νομοθεσία (π.χ. έλεγχος συγκέντρωσης υδροξυμεθυλο-φουρφουράλης (ΗMF), Ενότητα Α) και υποστήριξαν την αναγκαιότητα για την αναβάθμισή τους μέσω της ανάπτυξης νέας τεχνογνωσίας. Στις ενότητες Β-Ε προυσιάσθηκαν τα στάδια ανάπτυξης ξυδιού βαλσαμικού τύπου που βασίζεται σε διπλή ζύμωση. Σε κάθε στάδιο της παραγωγής βαλσαμικού ξυδιού εξετάστηκαν/αξιολογήθηκαν/συναξιολογήθηκαν πολλές παράμετροι με κατάλληλο πειραματικό σχεδιασμό. Στην ενότητα Β παρουσιάσθηκαν τα ευρήματα από το στάδιο της συμπύκνωσης που ανέδειξαν ως κρίσιμο σημείο ελέγχου τη συγκέντρωση της HMF. Στην ενότητα Γ παρουσιάστηκαν τα αποτελέσματα από την απομόνωση και χαρακτηρισμό (μοριακό και τεχνολογικό) αυτόχθονων στελεχών ζυμών τα οποία στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν επιτυχώς ως καλλιέργειες εκκίνησης είτε μόνα τους είτε ως μεικτή καλλιέργεια αλλά και την αξιοποίηση της ακινητοποίησης κυττάρων για τον έλεγχο της κινητικής της αλκοολικής ζύμωσης. Σημαντικό εύρημα αποτέλεσε η ενίσχυση της παραγωγής πτητικών ενώσεων που σχετίζονται με τα ποικιλιακά χαρακτηριστικά του γλεύκους. Στην ενότητα Δ αναπτύχθηκε τεχνογνωσία για την ανάπτυξη εμβολίου οξικών βακτηρίων από την ίδια ποικιλία ενώ παρακολουθήθηκε και η εξέλιξη αυθόρμητης ζύμωσης συμπυκνωμένου γλεύκους. Αυτόχθονα στελέχη οξικών βακτηρίων χρησιμοποιήθηκαν επιτυχώς για την έναρξη της οξικής ζύμωσης. Στην ενότητα Ε, διερευνήθηκαν μεταβολές σε επιλεγμένα χαρακτηριστικά που επέφερε η σύντομη παλαίωση βαλσαμικού ξυδιού νέου τύπου σύμφωνα με την ελληνική νομοθεσία παρουσία ροκανιδιών δρυός. Στην ενότητα αυτή επισημάνθηκαν τα κρίσιμα σημεία που σχετίζονται με την παραγωγή δευτερογενών μεταβολιτών που χαρακτηρίζουν ένα μονοποικιλιακό προϊόν. Στα πρωτότυπα ευρήματα της παρούσας διατριβής περιλαμβάνεται ο εμπλουτισμός της τράπεζας καλλιεργειών του Εργαστηρίου Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων με αυτόχθονα στελέχη (ζύμες και οξικά βακτήρια) της ποικιλίας Ξινόμαυρο, οι συνθήκες για ελεγχόμενη αλκοολική ζύμωση και ο εντοπισμός κρίσιμων σημείων σε όλα τα στάδια παραγωγής προϊόντος βαλσαμικού τύπου με ποικιλιακά χαρακτηριστικά. Η τεχνογνωσία που αναπτύχθηκε μπορεί να αξιοποιηθεί άμεσα από τη βιομηχανία και τα ευρήματα σχετικά με την κινητική σχηματισμού της ΗΜF και τη συγκέντρωσή της στα εμπορικά προϊόντα μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τις επίσημες αρχές ελέγχου τροφίμων.