Study of the characteristics of meat products with the addition of hemp products, aiming to replace synthetic additives with natural ones

Abstract

The thesis deals with the innovative field of clean label meat products, highlighting the potential of industrial hemp in animal nutrition and the food industry in general. As consumer demand for healthy food continues to grow, this research highlights the role of industrial hemp as a multifunctional feed and food ingredient. In a market where consumers increasingly prefer additive-free foods, the meat industry must innovate to remain competitive against the growing popularity of plant-based alternatives. Clean label products represent a much-needed shift away from synthetic additives, such as nitrites, which are often used to preserve meat but are associated with health risks, including the formation of carcinogenic N-nitroso compounds. The ability of industrial hemp to meet these requirements/concerns is an encouraging aspect of this research. Industrial hemp (Cannabis sativa L.) offers a wide range of applications in the food industry but also in sectors such as textiles, cosmetics and building materials. Its excellent nutritional value and environmental benefits make it particularly important for sustainable agriculture. The cultivation of hemp has minimal requirements, improves soil health and contributes to carbon sequestration. Hemp products such as seeds, oil and flour are rich in protein, essential fatty acids and bioactive compounds such as polyphenols, being valuable for both human and animal nutrition. The incorporation of industrial hemp into animal feed significantly improves the quality of products of animal origin. Industrial hemp improves the composition of fat in fatty acids in meat and milk and promotes the stability of fat against oxidation. In meat products, it improves nutritional value, acts as a natural preservative and provides an alternative source for the replacement of the animal origin added fat. Although the prospects are encouraging, challenges such as changes in texture and fat oxidation need to be addressed for optimal application. The thesis presents experimental studies evaluating the effects of industrial hemp seed flour and oil on meat products. The first trial examined the addition of 4% and 6% hempseed flour to minced meat products in combination with reduced levels of sodium nitrite. The addition of the flour did not affect the chemical composition of the products, except for the reduced sodium chloride content. The fatty acid composition of the fat was not affected despite the high polyunsaturated fatty acid content of hemp flour. However, the addition of the flour reduced fat oxidation and enhanced the antioxidant capacity of the product. Colour was negatively affected, particularly in products with higher hemp flour content, and losses during cooking increased slightly. Texture analysis showed that the products became harder, but sensory evaluation showed that the appearance and odour of the raw products were minimally affected, indicating however consumer acceptance in relation to the uncooked meat products. The second trial evaluated the effect of industrial hemp seed oil (2% and 4%) on animal fat replacement in fermented salamis with different levels of sodium nitrite (0, 50 and 100 mg/kg). During a 90-day storage period, hemp seed oil exhibited strong antioxidant properties, significantly reducing lipid oxidation. Microbiological safety was maintained, with no growth of pathogens such as Listeria monocytogenes or Salmonella spp. demonstrating significant antimicrobial benefits. Salami with hemp seed oil showed improved colour stability and better texture characteristics such as consistency and chewiness. In sensory testing, salamis containing sodium nitrite (50 mg/kg) and hemp seed oil received high scores, showing that it is possible to achieve a balance between safety, appearance and taste in the final product. The findings of the thesis highlight the promising role of industrial hemp products in the production of clean label meat products. By improving product quality and reducing reliance on synthetic additives, industrial hemp aligns with consumer preferences for producing healthy foods using natural ingredients. However, further research is needed to address issues related to legislative issues as well as product formulation and sensory characteristics, paving the way for broader commercial-scale applications of industrial hemp in the production of meat products.

Η διατριβή ασχολείται με το καινοτόμο πεδίο παραγωγής προϊόντων κρέατος καθαρής ετικέτας, υπογραμμίζοντας τη δυναμική της βιομηχανικής κάνναβης στη διατροφή των ζώων και στη βιομηχανία τροφίμων γενικότερα. Καθώς η καταναλωτική ζήτηση για υγιεινά τρόφιμα συνεχίζει να αυξάνεται, η έρευνα αυτή αναδεικνύει τον ρόλο της βιομηχανικής κάνναβης ως ένα πολυλειτουργικό συστατικό για τις ζωοτροφές και τα τρόφιμα. Σε μια αγορά όπου οι καταναλωτές προτιμούν ολοένα και περισσότερο τρόφιμα χωρίς πρόσθετα, η βιομηχανία κρέατος πρέπει να καινοτομήσει για να παραμείνει ανταγωνιστική έναντι της αυξανόμενης αποδοχής, από τους καταναλωτές, των φυτικών εναλλακτικών προϊόντων. Τα προϊόντα καθαρής ετικέτας αντιπροσωπεύουν μια απαραίτητη στροφή από τα συνθετικά πρόσθετα, όπως τα νιτρώδη, τα οποία χρησιμοποιούνται συχνά για τη συντήρηση του κρέατος αλλά συνδέονται με κινδύνους για την υγεία, συμπεριλαμβανομένου του σχηματισμού καρκινογόνων N-νιτροζο ενώσεων. Η δυνατότητα της βιομηχανικής κάνναβης να ανταποκριθεί σε αυτές τις απαιτήσεις/ανησυχίες είναι ένα ενθαρρυντικό στοιχείο αυτής της έρευνας. Η βιομηχανική κάνναβη (Cannabis sativa L.) προσφέρει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στη βιομηχανία τροφίμων αλλά και σε κλάδους όπως η παραγωγή υφασμάτων, καλλυντικών, οικοδομικών υλικών. Η εξαιρετική της θρεπτική αξία και τα περιβαλλοντικά της οφέλη την καθιστούν ιδιαίτερα σημαντική για τη βιώσιμη γεωργία. Η καλλιέργεια κάνναβης έχει ελάχιστες απαιτήσεις, βελτιώνει την υγεία του εδάφους και συμβάλλει στη δέσμευση του άνθρακα. Τα προϊόντα κάνναβης όπως οι σπόροι, το έλαιο και το αλεύρι, είναι πλούσια σε πρωτεΐνη, απαραίτητα λιπαρά οξέα και βιοδραστικές ενώσεις όπως πολυφαινόλες, καθιστώντας τα πολύτιμα τόσο για την ανθρώπινη όσο και για τη διατροφή των ζώων. Η ενσωμάτωση βιομηχανικής κάνναβης στη διατροφή των ζώων βελτιώνει σημαντικά την ποιότητα των προϊόντων ζωικής προέλευσης. Η βιομηχανική κάνναβη βελτιώνει τη σύνθεση του λίπους σε λιπαρά οξέα στο κρέας και το γάλα ενώ προάγει τη σταθερότητα του λίπους στην οξείδωση. Στα προϊόντα κρέατος, βελτιώνει τη διατροφική αξία, δρα ως φυσικό συντηρητικό και παρέχει μια εναλλακτική πηγή για την αντικατάσταση του προστιθέμενου λίπους ζωικής προέλευσης. Παρόλο που οι προοπτικές είναι ενθαρρυντικές, προκλήσεις όπως αλλαγές στην υφή και η οξείδωση των λίπους πρέπει να αντιμετωπιστούν για βέλτιστη εφαρμογή.Η διατριβή παρουσιάζει πειραματικές μελέτες που αξιολογούν τις επιδράσεις του αλευριού και του ελαίου σπόρων βιομηχανικής κάνναβης σε προϊόντα κρέατος. Η πρώτη μελέτη εξέτασε την προσθήκη 4% και 6% αλευριού κάνναβης σε προϊόντα κιμά σε συνδυασμό με μειωμένα επίπεδα νιτρώδους νατρίου. Η προσθήκη του αλευριού δεν επηρέασε τη χημική σύνθεση των προϊόντων, εκτός από τη μειωμένη περιεκτικότητα σε χλωριούχο νάτριο. Η σύνθεση του λίπους σε λιπαρά οξέα δεν επηρεάστηκε παρά την υψηλή περιεκτικότητα του αλευριού κάνναβης σε πολυακόρεστα λιπαρά οξέα. Ωστόσο, η προσθήκη του αλευριού μείωσε την οξείδωση του λίπους και ενίσχυσε την αντιοξειδωτική ικανότητα του προϊόντος. Τα χρώμα επηρεάστηκε αρνητικά και ιδιαίτερα στα προϊόντα με μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε αλεύρι κάνναβης, ενώ οι απώλειες κατά το μαγείρεμα αυξήθηκαν ελαφρώς. Η ανάλυση υφής έδειξε ότι τα προϊόντα έγιναν πιο σκληρά, αλλά η οργανοληπτική αξιολόγηση έδειξε ότι η εμφάνιση και η οσμή των ωμών προϊόντων επηρεάστηκαν ελάχιστα, υποδηλώνοντας ωστόσο αποδοχή των νωπών προϊόντων από τους καταναλωτές. Η δεύτερη μελέτη αξιολόγησε την επίδραση του ελαίου σπόρων βιομηχανικής κάνναβης (2% και 4%) στην αντικατάσταση ζωικού λίπους σε σαλάμια ωρίμανσης με διαφορετικά επίπεδα νιτρώδους νατρίου (0, 50 και 100 mg/kg). Κατά τη διάρκεια μιας περιόδου αποθήκευσης 90 ημερών, το έλαιο σπόρων κάνναβης παρουσίασε ισχυρές αντιοξειδωτικές ιδιότητες, μειώνοντας σημαντικά την οξείδωση του λίπους. Η μικροβιολογική ασφάλεια διατηρήθηκε, χωρίς ανάπτυξη παθογόνων όπως Listeria monocytogenes ή Salmonella spp., αποδεικνύοντας σημαντικά αντιμικροβιακά οφέλη. Τα σαλάμια με έλαιο σπόρων κάνναβης εμφάνισαν βελτιωμένη σταθερότητα χρώματος και καλύτερα χαρακτηριστικά υφής, όπως συνοχή και μασητικότητα. Κατά τον οργανοληπτικό έλεγχο, τα σαλάμια που περιείχαν νιτρώδες νάτριο (50 mg/kg) και κανναβέλαιο έλαβαν υψηλή βαθμολογία δείχνοντας ότι είναι εφικτή η επίτευξη ισορροπίας μεταξύ ασφάλειας, εμφάνισης και γεύσης στο τελικό προϊόν. Τα ευρήματα της διατριβής αναδεικνύουν τον πολλά υποσχόμενο ρόλο των προϊόντων βιομηχανικής κάνναβης στην παραγωγή προϊόντων κρέατος καθαρής ετικέτας. Με τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων και τη μείωση της ανάγκης χρήσης συνθετικών πρόσθετων, η βιομηχανική κάνναβη ευθυγραμμίζεται με τις προτιμήσεις των καταναλωτών για την παραγωγή υγιεινών τροφίμων με τη χρήση φυσικών συστατικών. Ωστόσο, απαιτείται περαιτέρω έρευνα για την αντιμετώπιση ζητημάτων που σχετίζονται με νομοθετικά ζητήματα, καθώς και με τη σύνθεση και τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των προϊόντων, ανοίγοντας τον δρόμο για ευρύτερες εμπορικής κλίμακας εφαρμογές των βιομηχανικών προϊόντων κάνναβης στην παραγωγή προϊόντων κρέατος.