Effect of enzymes and dietary fiber in the quality characteristics of bakery products
| العنوان: | Effect of enzymes and dietary fiber in the quality characteristics of bakery products |
|---|---|
| المؤلفون: | Lebesi, Dimitra M. |
| المساهمون: | Τζιά, Κωνσταντίνα, Ωραιοπούλου, Βασιλική, Μουτσάτσου, Αγγελική, Κέκος, Δημήτριος, Καραθάνος, Βάϊος, Παπαδάκης, Σπυρίδων, Κροκίδα, Μαγδαληνή, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών. Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων |
| سنة النشر: | 2012 |
| مصطلحات موضوعية: | Sensory evaluation, Dietary fibres, Διαιτητικές Ίνες, Quality characteristics, Πίτυρα βρώμης, Oat bran, Endoxylanases, Οργανοληπτικός έλεγχος, Gluten free breads, Πίτυρα ρυζιού, Rice bran, Ενδοξυλανάσες, Άρτος ελεύθερος γλουτένης, Παλαίωση αρτοσκευασμάτων, Κέικ, Ποιοτικά χαρακτηριτικά αρτοσκευασμάτων, Cakes, Staling |
| الوصف: | 396 σ. Οι διαιτητικές ίνες αποτελούνται από υδατανθρακικά πολυμερή και ολιγομερή, ανθεκτικά στην πέψη και την απορρόφηση στο λεπτό έντερο, με πλήρη ή μερική ζύμωση στο παχύ έντερο. Είναι από τα πιο σημαντικά συστατικά (διατροφικά) των σιτηρών, αφού συνδέονται με ευεργετικές επιδράσεις στην υγεία (π.χ. καλή λειτουργία εντέρου, μείωση κινδύνου εμφάνισης καρδιαγγειακών νοσημάτων και διαβήτη κλπ.). Τη σημερινή εποχή στις ανεπτυγμένες χώρες η πρόσληψη διαιτητικών ινών είναι κατά μέσο όρο κάτω από το συνιστώμενο όριο λήψης (23-25 g ινών/ημέρα). Για το λόγο αυτό γίνονται προσπάθειες ανάπτυξης τροφίμων εμπλουτισμένων με διαιτητικές ίνες, και ειδικότερα αρτοσκευασμάτων. Το θέμα αυτό σχετίζεται άμεσα με το αντικείμενο της παρούσας διατριβής που ήταν ο εμπλουτισμός δύο αρτοσκευασμάτων, κυρίως κέικ και δευτερευόντως άρτου ελεύθερου γλουτένης. Από το σύνολο των αρτοσκευασμάτων, το κέικ επιλέχθηκε ως τρόφιμο ιδιαίτερα αρεστό στους καταναλωτές, επομένως και ιδανικός φορέας βιοδραστικών συστατικών, ενώ ο άρτος ελεύθερος γλουτένης επιλέχθηκε λόγω της ιδιαίτερα μειωμένης πρόσληψης διαιτητικών ινών των ασθενών με κοιλιοκάκη. Ο σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη της επίδρασης της προσθήκης διάφορων πηγών διαιτητικών ινών στα ποιοτικά και διατροφικά χαρακτηριστικά και στη διατηρησιμότητα των συγκεκριμένων αρτοσκευασμάτων, και ακολούθως η βελτιστοποίηση των αντίστοιχων εμπλουτισμένων προϊόντων. Για αυτό το λόγο προηγήθηκε ανάλυση της επίδρασης της προσθήκης των διαφορετικών πηγών διαιτητικών ινών στα χαρακτηριστικά της ζύμης/ζυμαριού και του αρτοσκευάσματος. Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε, επίσης, στην παραγωγή κέικ υψηλής ποιότητας με χρήση φτηνών πηγών διαιτητικών ινών, και ενσωμάτωσή τους μετά από ενζυμική επεξεργασία. Τα ένζυμα που χρησιμοποιήθηκαν ανήκαν στην οικογένεια των ενδοξυλανασών. Προκειμένου να προσδιοριστούν τα αποτελέσματα της δράσης των ενδοξυλανασών πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική ανασκόπηση της εφαρμογής τους σε άρτο (εμπλουτισμένο και μη με διαιτητικές ίνες), σε απομονωμένες αραβινοξυλάνες και σε πηγές/προϊόντα διαιτητικών ινών. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή χρησιμοποιήθηκαν συμβατικές πηγές διαιτητικών ινών (απομονωμένες διαιτητικές ίνες σίτου, βρώμης, κριθαριού και καλαμποκιού) και χαμηλού κόστους πηγές ινών (πίτυρα σίτου, βρώμης, ρυζιού). Στις πηγές αυτές προσδιορίστηκε η σύσταση και το είδος των περιεχόμενων ινών (διαλυτές, αδιάλυτες), οι λειτουργικές τους ιδιότητες (ικανότητα συγκράτησης νερού, ικανότητα δέσμευσης νερού και ελαίου, διόγκωση), η κατανομή μεγέθους των σωματιδίων τους, η μικροδομή τους (με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο SEM), καθώς και η κατανομή μοριακού βάρους των περιεχόμενων αραβινοξυλανών. Για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών της ζύμης (για την περίπτωση του κέικ) ή του ζυμαριού (για την περίπτωση του άρτου ελεύθερου γλουτένης) των αρτοσκευασμάτων μετρήθηκαν τα φυσικοχημικά (ειδικό βάρος, υγρασία, ενεργότητα νερού), ρεολογικά (συντελεστής συνεκτικότητας, δείκτης ρεολογικής συμπεριφοράς) και τα θερμικά χαρακτηριστικά τους (θερμοκρασία και ΔΗ ζελατινοποίησης αμύλου), ενώ τα προσδιοριζόμενα ποιοτικά χαρακτηριστικά των αρτοσκευασμάτων περιελάμβαναν τον ειδικό όγκο τους, το χρώμα της ψίχας και της κόρας, καθώς και την υγρασία, την ενεργότητα νερού, το πορώδες και τα χαρακτηριστικά υφής της ψίχας τους. Επιπροσθέτως διενεργήθηκε και οργανοληπτική αξιολόγηση των αρτοσκευασμάτων. Η εξέλιξη της παλαίωσης κατά την αποθήκευση εκτιμήθηκε μέσω της μέτρησης της απώλειας υγρασίας και της αύξησης της σκληρότητας της ψίχας, καθώς και του προσδιορισμού της αναδιαμόρφωσης του αμύλου και της υποβάθμισης των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών των αρτοσκευασμάτων. Αντικείμενο των αρχικών πειραμάτων ήταν η μελέτη των λειτουργικών ιδιοτήτων των απομονωμένων διαιτητικών ινών σίτου, καλαμποκιού, βρώμης και κριθαριού. Οι λειτουργικές ιδιότητες είναι ιδιαίτερα σημαντικές γιατί σχετίζονται τόσο με τις επερχόμενες φυσιολογικές επιδράσεις, όσο και με την επιτυχή ενσωμάτωση και την ποιότητα του αρτοσκευάσματος. Οι πηγές αυτές παρουσίασαν παρόμοια ικανότητα διόγκωσης (SC: 9.18-9.49 mL/g ινών), ικανότητα συγκράτησης νερού (WHC: 8.77-9.01 g νερού/g ινών) και κατανομή μεγέθους σωματιδίων (PSD). Αντιθέτως, η ικανότητα δέσμευσης νερού (WBC) ήταν σημαντικά μεγαλύτερη για τις ίνες σίτου (8.6 g νερού/g ινών), σε σχέση με τις υπόλοιπες πηγές (8 g νερού/g ινών). Σε άρτο ελεύθερο γλουτένης πραγματοποιήθηκε μελέτη προσθήκης 3-9 % απομονωμένων διαιτητικών ινών (από σιτάρι, καλαμπόκι, βρώμη και κριθάρι). Η προσθήκη ινών αύξησε τη θερμοκρασία και μείωσε το ΔΗ ζελατινοποίησης του αμύλου, ενώ σε όλες τις περιπτώσεις (εκτός από της προσθήκης ινών κριθαριού) αυξήθηκε και ο συντελεστής συνεκτικότητας του ζυμαριού. Η προσθήκη ινών καλαμποκιού και βρώμης αύξησε τον όγκο του αρτοσκευάσματος, ενώ για τον άρτο με ίνες καλαμποκιού παρατηρήθηκαν ιδιαίτερα βελτιωμένα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά (κυρίως όσον αφορά την εμφάνιση, το χρώμα και τη δομή της ψίχας των δειγμάτων). Η προσθήκη ινών κριθαριού δεν επηρέασε τον όγκο του άρτου, όμως βελτίωσε το χρώμα των αντίστοιχων προϊόντων, σε σχέση με τον άρτο χωρίς ίνες. Εξαιτίας του γεγονότος ότι η προσθήκη των ινών καλαμποκιού έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα, αποφασίστηκε η μελέτη να προχωρήσει σε βελτιστοποίηση του προϊόντος και υπολογισμό των ταυτόχρονων επιδράσεων τόσο της ποσότητας των ινών όσο και της ποσότητας του νερού στις ιδιότητες του άρτου (ειδικός όγκος, σκληρότητα ψίχας, χρώμα ψίχας). Η προσθήκη 6.5 % ινών καλαμποκιού έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα στον οργανοληπτικό έλεγχο (κυρίως όσον αφορά την εμφάνιση, το χρώμα και την υφή της ψίχας των δειγμάτων), στον ειδικό όγκο (3.2 και 2.9 cm3/g), στη σκληρότητα ψίχας (3.5 και 4.9 N) και στο χρώμα ψίχας L (57.12 και 73). H εξέταση των χαρακτηριστικών του βέλτιστου άρτου ελεύθερου γλουτένης εμπλουτισμένου με ίνες κατά την αποθήκευση, που ολοκλήρωσε τη σχετική μελέτη, έδειξε ότι όταν ο άρτος αποθηκεύεται συσκευασμένος σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα επιβραδύνεται ο ρυθμός παλαίωσής του. Στην περίπτωση των κέικ, αρχικά διεξήχθησαν πειράματα σταδιακής υποκατάστασης (10-30 %) του αλεύρου σίτου από απομονωμένες διαιτητικές ίνες (από σιτάρι, καλαμπόκι, βρώμη και κριθάρι) ή πίτυρα (από σιτάρι, βρώμη και ρύζι). Το ιξώδες της ζύμης (αναφοράς: 2.96, 30 % ίνες σίτου: 20.21, 10 % πίτυρα ρυζιού: 0.47 Pa*sn), ο ειδικός όγκος του κέικ (αναφοράς: 2.27, 20 % ίνες σίτου: 2.83, 30 % πίτυρα ρυζιού: 1.94 cm3/g), το πορώδες (αναφοράς: 0.75, 30 % ίνες σίτου: 0.81, πίτυρα ρυζιού 30 %: 0.69) και η περιεχόμενη υγρασία της ψίχας (αναφοράς: 20.07 %, 30 % ίνες σίτου: 26.45 %, 30 % πίτυρα βρώμης: 13.89 %) παρουσίασαν σημαντική αύξηση (P Dietary fibers consist of polysaccharides resistant to digestion and absorption in the human small intestine with complete or partial fermentation in the large intestine. They are besides the most important classes of compounds in cereal grains, as they relate to positive health effects (beneficial effects against diseases such as cardiovascular diseases, gastrointestinal disease, decreasing blood cholesterol, diverticulosis, diabetes and colon cancer). Nowadays, in developed countries, the average dietary fiber intake is below the RDI (23-25 g/day). Thus, efforts have been made to develop dietary fiber enriched foods, and in particular bakery products. This issue is directly related with the topic of the present dissertation, which was the enrichment of two bakery products, mainly cake and secondary gluten free bread. From all the bakery products available, the cake was selected as a product highly liked by the consumers all over the world, and because of its high consumption it can potentially be used as carrier of bioactive compounds, while the gluten free bread was selected due to the coeliac patients’ low intake of dietary fiber. The objective of this study was to examine the effect of addition of various sources of dietary fiber on the quality characteristics, the nutritive value and the staling process of the aforementioned selected bakery products, followed by the optimization of the enriched bakery products’ formula. The investigation of the effect of the diefferent dietary fiber sources on the quality attributes of the dough/batter of the product, preceded. Special attention was given to the incorporation of low cost dietary fiber sources after their enzymatic modification, in order to achieve high quality cakes. The enzymes used were endoxylanases. In order to specify the effects of endoxylanase treatment, previous references of their application in bread (normal and fortified with dietary fiber), in isolated arabinoxylans and in dietary fiber sources/products, were reviewed. In the present dissertation study, conventional (isolated dietary fibers from wheat, oat, barley and maize) and low cost (rice bran, wheat bran and oat bran) dietary fiber sources were used. The chemical composition, the type (soluble, insoluble), the functional properties (water holding capacity, water binding capacity, fat binding capacity, swelling), the particle size distribution, the structure (using SEM) and the molecular weight distribution of the arabinoxylans, were determined in the aforementioned dietary fiber sources. For the determination of the batter (for the case of cake) or dough (for the case of gluten free bread) characteristics of the bakery products, the physicochemical (specific gravity, moisture, aw), rheological (consistency index, flow behaviour index), and the thermal (gelatinization temperatures and ΔΗ) were measured, while the quality attributes of the bakery products determined included specific volume of the cake, crumb and crust colour, and moisture, aw, porosity and textural attributes of the crumb. In addition, sensory evaluation of the bakery products was conducted. The staling evolution during storage was estimated through monitoring of moisture losses, increase in crumb firmness and starch retrogradation, as well as through deterioration of the sensory characteristics of the bakery products. The first objective was to study the functional properties of the conventional (isolated) dietary fibers from wheat, maize, oat and barley. The functional properties are particularly essential, as they relate to the expected physiological effects, as well as the successful incorporation and the quality of the enriched bakery product. The sources studied showed similar swelling capacity (SC: 9.18-9.49 mL/g fiber), water holding capacity (WHC: 8.77-9.01 g water/g fiber) and particle size distribution (PSD). However, the water binding capacity (WBC) was significantly higher for wheat fiber (8.6 g water/g fiber), compared to the other fiber sources (8 g water/g fiber). Wheat, maize, oat and barley fibers were added at 3-9% level into a gluten-free bread formulation. Dietary fiber addition increased starch gelatinization temperatures and decreased ΔΗgel, while in all cases (except for barley fiber addition), dough consistency index was also higher. Maize and oat fibre addition to gluten-free bread acquired a positive impact on bread specific volume, while for the case of maize fiber addition improved sensory properties were noticed (mainly in respect to bread appearance, crumb colour and structure). The formulation containing barley fibre produced loaves that had volume comparable to the control bread (with no added fiber) and more intense colour. Due to the fact that maize fiber addition induced the greatest improvement in the quality characteristics of gluten free breads (when compared to the other fiber sources), it was decided to continue the study with the optimization of the formula and assess the impact of the maize fiber and the water level on the quality characteristics (specific volume, crumb firmness, crumb colou- L value) of gluten free bread. The optimal formulation, determined from the data, contained 6.5 % maize fiber (starch/flour base) and resulted to the highest specific volume (3.2 cm3/g compared to 2.9 cm3/g), lowest crumb firmness (3.5 N compared to 4.9 N) and darker crumb colour (lowest L value: 57.12 compared to 73). In addition, the former formulation exhibited the best sensory characteristics (mainly in relation to loaf appearance, crumb colour and texture). Shelf-life study of the optimized formulation, that concluded the part of gluten free bread enrichment, revealed that bread stored under modified atmosphere packaging exhibited slower staling rate. The effect of successively replacing (10 %-30 %) wheat flour by isolated dietary fibers (wheat, oat, barley and maize) or cereal brans (wheat, oat and rice) on cake batter and cake quality parameters, as well as on product shelf-life, was studied. Batter viscosity (control: 2.96, wheat fiber 30 %: 20.21, rice bran 10 %: 0.47 Pa*sn), cake specific volume (control: 2.27, wheat fiber 20 %: 2.83, rice bran 30 %: 1.94 cm3/g), porosity (control: 0.75, wheat fiber 30 %: 0.81, rice bran 30 %: 0.69), and crumb moisture content (control: 20.07 %, wheat fiber 30 %: 26.45 %, oat bran 30 %: 13.89 %) increased significantly (P Δήμητρα Μ. Λεμπέση |
| وصف الملف: | application/pdf; text/xml |
| اللغة: | Greek, Modern (1453-) Greek |
| DOI: | 10.26240/heal.ntua.756 |
| الوصول الحر: | https://explore.openaire.eu/search/publication?articleId=od______1168::745e6302afc749a39993f3284119919cTest |
| رقم الانضمام: | edsair.od......1168..745e6302afc749a39993f3284119919c |
| قاعدة البيانات: | OpenAIRE |
| DOI: | 10.26240/heal.ntua.756 |
|---|