Στις µέρες µας οι καταναλωτές δείχνουν ολοένα και µεγαλύτερη προτίµηση σετρόφιµα χαµηλού θερµιδικού φορτίου ή µειωµένων λιπαρών, στα πλαίσια τηςπρόληψης ή και της αντιµετώπισης επιβαρυντικών για την υγεία παθήσεων τουµεταβολικού συνδρόµου (διαβήτη, παχυσαρκία, καρδιαγγειακά νοσήµατα). Υλικάπου µπορούν να υποκαταστήσουν τα θερµιδικά συστατικά µπορούν να αποτελέσουνπολύτιµο εργαλείο στην καταπολέµηση της παχυσαρκίας, ενώ και οι διαιτητικέςίνες έχουν σηµαντική συµβολή στη διατροφική αξία του τροφίµου λόγω τωνφυσιολογικών επιδράσεων και της τεχνολογικής λειτουργικότητάς τους.Αντικείµενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η µελέτη τηςυποκατάστασης της σακχαρόζης και του λιπαρού, και ο εµπλουτισµός µεδιαιτητικές ίνες σε ένα προϊόν αρτοποιίας υψηλής αρέσκειας, το κέικ. Επιλέχθηκε τοκέικ ως προϊόν υψηλής αρέσκειας και ευρείας κατανάλωσης από ενήλικες καιπαιδιά, το οποίο τα τελευταία χρόνια έχει προσελκύσει το ερευνητικό ενδιαφέρονως προϊόν προς εµπλουτισµό. Στην παρούσα έρευνα επιλέχθηκε ένα κέικ λιπαρούκαι ακολουθήθηκε η µέθοδος της κρεµοποίησης (sugar batter) για την ανάµιξη τωνσυστατικώνΗ επιλογή των υλικών που χρησιµοποιήθηκαν για την υποκατάσταση τηςσακχαρόζης και του λιπαρού βασίστηκε σε βιβλιογραφικές αναφορές. Επιλέχθηκανυποκατάστατα σακχαρόζης ή λιπαρού που έχουν αποτελέσει αντικείµενοπροηγούµενων µελετών, προκειµένου να διερευνηθεί η επίδραση τους σεχαρακτηριστικά που έως τότε δεν είχε µελετηθεί εκτενώς, καθώς και υλικά που δενέχουν εξετασθεί διεξοδικά. Η µελέτη δεν περιορίστηκε στη διερεύνηση τηςεπίδρασης των υποκατάστατων στα ποιοτικά χαρακτηριστικά του κέικ (ειδικόςόγκος, υφή, χρώµα, οργανοληπτικά χαρακτηριστικά) αλλά συµπεριέλαβε καιχαρακτηριστικά της ζύµης (ρεολογική συµπεριφορά, ενσωµάτωση αέρα, κατανοµήµεγέθους φυσαλίδων αέρα, ζελατινοποίηση του αµύλου), προκειµένου να εξαχθούνσυµπεράσµατα για την αλληλεπίδρασή µεταξύ ιδιοτήτων της ζύµης και του τελικούπροϊόντος. Από τη συγκριτική µελέτη µεταξύ των διαφόρων υποκατάστατωνσακχαρόζης ή λιπαρού, εξήχθησαν συµπεράσµατα ως προς την απόδοσή τους.Διερευνήθηκε η πλήρης υποκατάστασης της σακχαρόζης, ώστε το προϊόν να είναιµειωµένου θερµιδικού φορτίου, και/ή κατάλληλο για διαβητικούς. Ωςυποκατάστατα χρησιµοποιήθηκαν πολυόλες (σορβιτόλη, µαλτιτόλη, µαννιτόλη,λακτιτόλη), πολυδεξτρόζη, ολιγοφρουκτόζη και φρουκτόζη. Τα υποκατάσταταπροστέθηκαν στο κέικ σε ίσες ποσότητες µε τη σακχαρόζη, και η ανάµιξή τους στηζύµη έγινε µε τον ίδιο τρόπο µε το δείγµα αναφοράς (κέικ µε σακχαρόζη). Για τη ρύθµιση της γλυκύτητας στα δείγµατα µε υποκατάσταση της ζάχαρης (εκτός τωνκέικ µε φρουκτόζη) που εξετάσθηκαν οργανοληπτικά, προστέθηκε ένα εµπορικόγλυκαντικό, που περιείχε ασπαρτάµη και ακετοσουλφαµικό κάλιο. Ταχαρακτηριστικά της ζύµης και οι ιδιότητες του κέικ µε υποκατάστατα ζάχαρηςσυγκρίθηκαν µε τις αντίστοιχες ιδιότητες του δείγµατος αναφοράς. Ηολιγοφρουκτόζη, η λακτιτόλη και η µαλτιτόλη ήταν τα υποκατάστατα που παρείχαντα καλύτερα αποτελέσµατα. Πιο συγκεκριµένα, προσέγγισαν τη σακχαρόζη ως προςτη ρεολογική συµπεριφορά της ζύµης (συντελεστής συνεκτικότητας: 17.7, 26.2 και23.7 Pa*sn αντίστοιχα σε σύγκριση µε 21.9 Pa*sn για το δείγµα αναφοράς), ενώπαρουσίασαν παρόµοια ή και µεγαλύτερη ικανότητα στην αύξηση τηςθερµοκρασίας ζελατινοποίησης σε σύγκριση µε τη σακχαρόζη (θερµοκρασίαέναρξης: 85.5, 82.8 και 83.2 ºC σε σύγκριση µε 82.5 ºC για το δείγµα αναφοράς).Δεν παρουσίασαν σηµαντική διαφοροποίηση ως προς τον ειδικό όγκο και τησκληρότητα του κέικ από το δείγµα αναφοράς. Σηµαντική διαφοροποίηση δενπαρουσίασαν και ως προς τις περισσότερες οργανοληπτικές ιδιότητες, σε συµφωνίαµε τις ενόργανες µετρήσεις για την υφή, ενώ οι διαφοροποιήσεις που εντοπίστηκανµε το χρωµατόµετρο για το πιο σκούρο χρώµα της κόρας στο κέικ τηςολιγοφρουκτόζης δεν ανιχνεύθηκαν από τους δοκιµαστές. Η σορβιτόλη και ηπολυδεξτρόζη δεν διέφεραν σηµαντικά από τη σακχαρόζη ως προς τα περισσότεραχαρακτηριστικά της ζύµης και του κέικ, αλλά αξιολογήθηκαν µε µικρότερηβαθµολογία ως προς τη γεύση και κατά συνέπεια και την ολική αποδοχή.Από την άλλη η φρουκτόζη και η µαννιτόλη ήταν τα λιγότερο αποτελεσµατικάυποκατάστατα, καθώς παρείχαν µη αποδεκτά προϊόντα. Πιο συγκεκριµένα ηµαννιτόλη παρουσίασε την υψηλότερη σκληρότητα, η οποία αποδόθηκε στηνυψηλότερη συνεκτικότητα της ζύµης (52.0 Pa*sn) και στη χαµηλότερη θερµοκρασίαζελατινοποίησης του αµύλου (56.6 ºC) σε σύγκριση µε το δείγµα αναφοράς (21.9Pa*sn , 82.5 ºC αντίστοιχα). Η φρουκτόζη παρείχε προϊόν µε το χαµηλότερο όγκο,ως αποτέλεσµα της αδυναµίας µετάθεσης της ζελατινοποίησης του αµύλου σευψηλότερη θερµοκρασία (73.9 ºC).Όπως προκύπτει από τα παραπάνω αποτελέσµατα, η επίδραση των υποκατάστατωνστα χαρακτηριστικά της ζύµης και τη ζελατινοποίηση του αµύλου (που παίζεικρίσιµο ρόλο στην επιθυµητή σταθεροποίηση της ζύµης), αποτελούν καθοριστικόπαράγοντα της ανάπτυξης του όγκου και των ιδιοτήτων της υφής του τελικούπροϊόντος. Εποµένως κατά την υποκατάσταση της σακχαρόζης, η επίδραση τωνυποκατάστατων στη ρεολογική συµπεριφορά της ζύµης και στην ενσωµάτωσηαέρα, σε συνδυασµό µε την ικανότητα τους να µεταθέτουν τη ζελατινοποίηση του αµύλου σε υψηλότερη θερµοκρασία, µπορεί να προβλέψει τα χαρακτηριστικά υφήςτου τελικού προϊόντος, και ειδικότερα τη σκληρότητα :Σκληρότητα= Kcp 0763*Ton 5.8413 + 0.00485 * − 0.όπου Kcp ο συντελετσής συνεκτικότητας και Τon η θερµοκρασία έναρξης τηςζελατινοποίησης του αµύλου.Η υποκατάσταση του λιπαρού µελετήθηκε σε ποσοστό από 35% έως 100%, απόυδατανθρακικής βάσης (µαλτοδεξτρίνη, ινουλίνη, πηκτίνη, ολιγοφρουκτόζη) καιπρωτεϊνικής βάσης (µικροσωµατιδιακή πρωτεΐνη) υποκατάστατα. Τα υποκατάσταταπροστέθηκαν µε τη µορφή πηκτής. Διαλύονταν σε νερό, στην ελάχιστησυγκέντρωση που απαιτούνταν για το σχηµατισµό πηκτής µετά την αποθήκευσητους στους 4 ºC κατά τη διάρκεια της νύχτας. Πιο συγκεκριµένα η ινουλίνη ΗΡ (µεβαθµό πολυµερισµού >23), η ινουλίνη GR (µε βαθµό πολυµερισµού>10) και ηµαλτοδεξτρίνη διαλύονταν σε νερό σε συγκέντρωση 20%, η µικροσωµατιδιακήπρωτεΐνη σε συγκέντρωση 35%, η ολιγοφρουκτόζη 70% και η πηκτίνη 4.5%.Επιπλέον µελετήθηκε η επίδραση του βαθµού πολυµερισµού και του βαθµούεστεροποίησης στην απόδοση της ινουλίνης και της πηκτίνης αντίστοιχα. Ηυποκατάσταση σε ποσοστό 35% δεν επέφερε σηµαντική διαφοροποίηση από τοδείγµα αναφοράς. Η υποκατάσταση πάνω από 65%, οδήγησε σε σηµαντική µείωσητου ιξώδους (εκτός από την πηκτίνη υψηλής εστεροποίησης), η οποία συνοδεύτηκεαπό σηµαντική µείωση της ενσωµάτωσης του αέρα και ευρύτερη κατανοµή τουµεγέθους των φυσαλίδων. Σηµαντική διαφοροποίηση ως προς τη θερµοκρασίαζελατινοποίησης του αµύλου παρατηρήθηκε στην περίπτωση των φρουκτάνων(91.10 ºC και 86.25 ºC για την ολιγοφρουκτόζη και την ινουλίνη µε βαθµόπολυµερισµού <8 και >10 αντίστοιχα, έναντι 83.69 ºC του δείγµατος αναφοράς) µεαποτέλεσµα το σηµαντικά αυξηµένο όγκο του τελικού προϊόντος.Η επίδραση των υποκατάστατων στα χαρακτηριστικά της ζύµης αποτέλεσερυθµιστικό παράγοντα της υφής και του όγκου του τελικού προϊόντος. Τα δείγµαταµε υποκατάσταση λιπαρού πάνω από 65% παρουσίασαν σηµαντικά αυξηµένησκληρότητα και ελαστικότητα, και µειωµένο όγκο. Ανάλογα αποτελέσµαταπροέκυψαν και κατά την οργανοληπτική εξέταση. Ειδικότερα, οι διαφοροποιήσειςτων οργανοληπτικών ιδιοτήτων της υφής µπορούν να εκτιµηθούν από τοµαθηµατικό µοντέλο που περιγράφει τη σχέση τάσης-παραµόρφωσης, πουπροκύπτει µε την υποβολή του προϊόντος σε συµπίεση:[ ( )] 3 όπου σ είναι η τάση και ε η παραµόρφωση και C1, C2, C3 σταθερές που σχετίζονταιµε το σχήµα της σιγµοειδούς καµπύλης. Η σταθερά C1 σχετίζεται µε τηνσκληρότητα και η C2 µε την ελαστικότητα και την ευθρυπτότητα.Επιπλέον στα υψηλότερα (65%) ποσοστά υποκατάστασης παρατηρήθηκεσηµαντική απώλεια της γεύσης και του αρώµατος, ενώ στην πλήρη υποκατάστασητου λιπαρού τα προϊόντα αξιολογήθηκαν ως µη αποδεκτά ανεξαρτήτως του τύπουτου υποκατάστατου. Ωστόσο η υποκατάσταση λιπαρού σε ποσοστό 65% παρείχεαποδεκτό προϊόν ως προς τις ιδιότητες της υφής, τα φυσικά και οργανοληπτικάχαρακτηριστικά, µε την ινουλίνη και την πηκτίνη να αποτελούν τα πιοαποτελεσµατικά υποκατάστατα.Βάσει των αποτελεσµάτων της συγκριτικής µελέτης των υποκατάστατων λιπαρού,καθορίστηκε το επίπεδο υποκατάστασης λιπαρού (65%) και το υποκατάστατο(ινουλίνη) στο προϊόν µειωµένων λιπαρών, το οποίο µελετήθηκε για περαιτέρωεµπλουτισµό µε πηγή ινών. Ειδικότερα µελετήθηκε η επίδραση της ενσωµάτωσηςινών καρότου στο κέικ µειωµένων λιπαρών και διερευνήθηκε η βελτίωση τουεµπλουτισµένου προϊόντος µε τη χρήση γαλακτωµατοποιητών. Οι ίνες καρότουέχουν σηµαντικές ωφέλιµες επιδράσεις, ωστόσο η εφαρµογή τους στο κέικ δεν έχειµελετηθεί. Επιπλέον η χρησιµοποίηση των ινών καρότου παρέχει τη δυνατότητααξιοποίησης του αντίστοιχου παραπροϊόντος της βιοµηχανίας, µε σηµαντικό όφελοςτόσο για τη βιοµηχανία όσο και για το περιβάλλον. Η ινουλίνη επιλέχθηκε για τηνυποκατάσταση λιπαρού στο εµπλουτισµένο µε ίνες καρότου προϊόν λόγω τηςικανοποιητικής απόδοσής της σε σύγκριση µε τα άλλα υποκατάστατα λιπαρού πουµελετήθηκαν, αλλά και λόγω των σηµαντικών φυσιολογικών επιδράσεών της.Η προσθήκη των ινών καρότου στο πλήρες σε λιπαρά προϊόν (δείγµα αναφοράς)πραγµατοποιήθηκε µε υποκατάσταση του αλεύρου σε ποσοστά 10 έως 30%. Ηυποκατάσταση σε επίπεδο 10% οδήγησε σε διαφοροποίηση των ρεολογικώνχαρακτηριστικών της ζύµης (34.8 Pa*sn σε σύγκριση µε 31.8 Pa*sn του δείγµατοςαναφοράς), ωστόσο δεν παρατηρήθηκε σηµαντική διαφοροποίηση από το δείγµααναφοράς ως προς τον όγκο και τη σκληρότητα του τελικού προϊόντος. Ηυποκατάσταση του αλεύρου σε επίπεδο 20% και 30% οδήγησε σε σηµαντικήαύξηση του ιξώδους και µείωση της ενσωµάτωσης αέρα, µε αποτέλεσµα τηνπυκνότερη δοµή και την αυξηµένη σκληρότητα του προϊόντος, ενώ προκάλεσε καιπιο φωτεινό χρώµα της κόρας. Εφόσον, τα δείγµατα µε 10% υποκατάστασηαλεύρου από ίνες δεν παρουσίασαν σηµαντική διαφοροποίηση από το δείγµααναφοράς ως προς τον όγκο και τη σκληρότητα, επιλέχθηκε η προσθήκη των ινώνκαρότου ως υποκατάστατο αλεύρου 10% για τον εµπλουτισµό κέικ µε 65% υποκατάσταση του λιπαρού από ινουλίνη. Επίσης δοκιµάσθηκε η κατά 20%υποκατάσταση του αλεύρου σε προϊόν µε πλήρη υποκατάσταση του λιπαρού, ηοποία παρείχε µη αποδεκτό κέικ. Η συνδυαστική υποκατάσταση του αλεύρου καιτου λιπαρού (10% και 65%, αντίστοιχα) αντιστάθµισε την επίδραση του κάθευποκατάστατου στα ρεολογικά χαρακτηριστικά και την κατανοµή του µεγέθους τωνφυσαλίδων, ωστόσο οδήγησε σε περαιτέρω µείωση της ενσωµάτωσης του αέρα, µεαποτέλεσµα και την περαιτέρω µείωση του όγκου σε σύγκριση 65% υποκατάστασηλιπαρού και αύξηση της σκληρότητας σε σύγκριση µε το δείγµα µε 10% ίνεςκαρότου. Τα δείγµατα µε ίνες καρότου (10%) και ινουλίνη αξιολογήθηκαν ωςσηµαντικά σκληρότερα (6.0) σε σύγκριση µε το δείγµα αναφοράς (3.7) και κατά τηνοργανοληπτική εξέταση.Η βελτίωση του εµπλουτισµένου προϊόντος διερευνήθηκε µε τη χρήση τριώνγαλακτωµατοποιητών, που συµπεριλαµβάνονται σε εκείνους των οποίων ηπροσθήκη διέπεται από την Ευρωπαϊκή Νοµοθεσία. Επιλέχθηκανγαλακτωµατοποιητές (µονογλυκερίδια, SSL, DATEM) µε διαφορετικές τιµές HLB,που κυµαίνονταν από λιπόφιλο έως υδρόφιλο χαρακτήρα, ενώ τα ποσοστάπροσθήκης τους ορίστηκαν βάσει των νοµοθετικών ρυθµίσεων και βιβλιογραφικώναναφορών. Η προσθήκη των γαλακτωµατοποιητών διευκόλυνε την ενσωµάτωσητου αέρα, λόγω της σταθεροποιητικής δράσης τους στο σχηµατισµό των φυσαλίδων,µε αποτέλεσµα την ενίσχυση της ανάπτυξης του όγκου και τη µείωση τηςσκληρότητας. Τα καλύτερα αποτελέσµατα παρείχε το SSL, καθώς παρουσίασε τησηµαντικότερη αύξηση του πορώδους και του όγκου, και τη σηµαντικότερη µείωσητης σκληρότητας του εµπλουτισµένου προϊόντος.
