Συστήματα διασποράς με υδροκολλοειδή για την υποκατάσταση κορεσμένου λίπους σε προϊόντα δημητριακών: ανάπτυξη, δομή, λειτουργικότητα

Abstract

The objective of this thesis was the development of structured dispersion systems and more specifically, emulsion gels and emulsions with barley flour (Barley Emulsion Gels-BEG) enriched in β-glucans and apple pomace (Apple Pomace Emulsions-APE) enriched in fibers as stabilizers, respectively, which were used as solid fat substitutes in biscuits aiming to maintain their sensory attributes and reduce the saturated fat content. Dynamic rheometry showed a typical solid-like character for BEG and APE systems (G’>G’’); the higher the content of barley flour (BF) and apple pomace (AP), the more elastic and stronger structures were obtained. During the storage, changes in the rheological parameters examined by small and large deformation tests were evident in BEG, while no changes were observed in APE. Differential scanning calorimetry (DSC) showed differences in both apparent melting enthalpy (ΔΗ) and temperature (Tp) of starch gelatinization in BEG systems, attributed to the difference in preparation temperature and water levels of the emulsion gels. Finally, the molecular weights of β-glucans isolated from the BEG were lower and with broader molecular size distributions than those of β-glucan isolated from barley flour. Subsequently, substitution of margarine (50-100%) in biscuits using a BEG (BF: olive oil: water 13:10:77 w/w/w) and an APE (olive oil: water 35:65 w/w με 15% AP) structured system was carried. Αll viscoelastic parameters decreased with increasing margarine substitution level. With increasing level of BEG and APE, the moisture and water activity of biscuits were increased, while their diameter decreased. The thickness and lightness (L*) of the final products significantly increased (p>0.05) with the incorporation of BEG into the formulation, whereas with the addition of APE, the thickness of biscuits was not affected, and their color was darker compared to the control formulation. The Young’ s modulus (E) and fracture strength (σmax) values revealed that an increase of margarine substitution resulted in softer and less brittle final products with BEG induction into formulations, while the APE biscuits became harder and more fragile. The storage of biscuits in different relative humidity (23, 43 and 75%) environments for 15 days greatly affected the values of flexural parameters due to the adsorption or loss of the moisture and starch retrogradation phenomena. Furthermore, the incorporation of APE into biscuits increased the total phenolic content and consequently, their antioxidant activity. In addition, the substitution of margarine with APE enriched biscuits with volatile compounds, which were associated with spicy and fruity notes. The sensory analysis of all freshly prepared biscuits showed that the assessors seemed to prefer the biscuits with 50% margarine substitution in both cases of fat mimetics. Finally, the in-vitro lipid digestion revealed that the hydrolysis rate of triacylglycerols became slower, as the level of margarine substitution increased. Overall, the structured dispersion systems of BEG and APE appeared to be promising solid fat substitutes in bakery products that improve their nutritional profile, while depending on the substitution level can maintain their quality characteristics.

Στόχος της παρούσας διατριβής αποτέλεσε η ανάπτυξη δομημένων συστημάτων διασποράς και πιο συγκεκριμένα πηκτών γαλακτώματος (emulsion gels) και γαλακτωμάτων (emulsions) με άλευρο κριθαριού εμπλουτισμένο με β-γλυκάνες (Barley Emulsion Gels, BEG) και πούλπα μήλου (Apple Pomace Emulsions, APE) ως σταθεροποιητές, αντίστοιχα, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν ως υποκαταστάτες στερεού λίπους σε μπισκότα. Η δυναμική ρεομετρία έδειξε ότι σε όλα τα δομημένα συστήματα ελαίου επικράτησε ο ελαστικός χαρακτήρας έναντι του ιξώδους (G’>G’’). Επιπλέον, όσο μεγαλύτερη ήταν η περιεκτικότητα σε άλευρο κριθαριού (BF) και πούλπα μήλου (AP), τόσο πιο ελαστικά και ισχυρά συστήματα προέκυπταν. Κατά την αποθήκευσή τους οι μεταβολές στις ρεολογικές παραμέτρους που εξετάστηκαν με μηχανικές δοκιμές μικρών και μεγάλων παραμορφώσεων ήταν εμφανείς στις BEG, ενώ στα ΑΡΕ δεν παρατηρήθηκαν αλλαγές. Η διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC) έδειξε διαφορές στη φαινομενική ενθαλπία τήξης (ΔΗ) και στη θερμοκρασία (Τp) της ζελατινοποίησης του αμύλου των BEG που οφείλονταν στη διαφορετική θερμοκρασία παρασκευής και στα διαφορετικά επίπεδα νερού στις πηκτές γαλακτώματος. Επιπλέον, τα μοριακά βάρη των β-γλυκανών που απομονώθηκαν από τις BEG ήταν μικρότερα και με ευρύτερες μοριακές κατανομές από το μοριακό βάρος της β-γλυκάνης που απομονώθηκε από το αλεύρι κριθαριού. Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε υποκατάσταση της μαργαρίνης (50-100%) σε μπισκότα από ένα σύστημα πηκτής γαλακτώματος BEG (BF:ελαιόλαδο:νερό 13:10:77 w/w/w) και ένα γαλάκτωμα ΑΡΕ (ελαιόλαδο:νερό 35:65 w/w με 15% AP). Όλες οι ιξωδοελαστικές παράμετροι της ζύμης μειώνονταν με την αύξηση του επιπέδου υποκατάστασης της μαργαρίνης. Με την προσθήκη υψηλότερου επιπέδου BEG και ΑΡΕ, η υγρασία και η ενεργότητα νερού των μπισκότων αυξήθηκαν, ενώ η διάμετρός τους μειώθηκε. Το πάχος και η φωτεινότητα (L*) των τελικών προϊόντων αυξήθηκε σημαντικά (p<0,05) με την ενσωμάτωση των BEG, ενώ με την προσθήκη του ΑΡΕ το πάχος δεν επηρεάστηκε και το χρώμα των μπισκότων ήταν πιο σκουρόχρωμο συγκριτικά με το μπισκότο μάρτυρα. Από τις τιμές του μέτρου του Young (E) και της αντοχής στη θραύση (σmax) παρατηρήθηκε ότι με αύξηση του επιπέδου υποκατάστασης τα τελικά προϊόντα με τις BEG ήταν μαλακότερα και λιγότερο εύθραυστα, ενώ τα μπισκότα με το APE ήταν πιο σκληρά και πιο εύθραυστα. Η αποθήκευση των μπισκότων σε διαφορετικά περιβάλλοντα σχετικής υγρασίας (23, 43 και 75%) για 15 ημέρες επηρέασε αξιοσημείωτα τις τιμές των παραμέτρων υφής εξαιτίας της προσρόφησης ή της απώλειας υγρασίας και του φαινομένου της αναδιάταξης του αμύλου. Επιπρόσθετα, η ενσωμάτωση του ΑΡΕ στα μπισκότα αύξησε τη περιεκτικότητά τους σε ολικές φαινολικές ενώσεις και κατά συνέπεια την αντιοξειδωτική τους δράση. Εκτός αυτού, η υποκατάσταση της μαργαρίνης με ΑΡΕ ενίσχυσε τα μπισκότα με πτητικές ενώσεις, οι οποίες σχετίζονταν με πικάντικες και φρουτώδεις νότες. Κατά την οργανοληπτική αξιολόγηση όλων των φρέσκων μπισκότων οι αξιολογητές φάνηκε να προτιμούν τα μπισκότα με 50% υποκατάσταση μαργαρίνης και στις δύο περιπτώσεις μιμητικών λίπους. Τέλος, η in-vitro προσομοίωση της διεργασίας της πέψης του λίπους έδειξε πως ο ρυθμός υδρόλυσης των τριακυλογλυκερολών γινόταν βραδύτερος όσο το επίπεδο της υποκατάστασης αυξάνονταν. Συνολικά, τα δομημένα συστήματα των BEG και APE φαίνεται να αποτελούν πολλά υποσχόμενα μιμητικά στερεής λιπαρής ουσίας σε προϊόντα αρτοποιίας βελτιώνοντας το διατροφικό προφίλ τους και ταυτόχρονα, αναλόγως το επίπεδο υποκατάστασης, να διατηρούν τα ποιοτικά τους χαρακτηριστικά.