Λειτουργικές ιδιότητες μακρομορίων Εισηγητές: Ιωάννης Μουρτζίνος, Δρ. Χημικός Βάϊος Καραθάνος

Λειτουργικές ιδιότητες Γαλακτωματοποιητική ικανότητα Ικανότητα σχηματισμού πηκτής Αφριστική ικανότητα Ικανότητα εγκλεισμού και μεταφοράς Μιμητές Λίπους

Μακρομόρια ή βιοπολυμερή Υδατάνθρακες (δομική μονάδα: μονοσάκχαρο) Πρωτεΐνες (δομική μονάδα: αμινοξέα)

Διάκριση υδατανθράκων CX(H2O)ψ υδατάνθρακες Μονοσακχαρίτες Ολιγοσακχαρίτες πολυσακχαρίτες αλδόζες ομοπολυσακχαρίτες δισακχαρίτες τρισακχαρίτες κετόζες ετεροπολυσακχαρίτες

Μονοσακχαρίτες Τριόζες (γλυκεριναλδεϋδη) Τετρόζες (θρεόζη, ερυθρόζη) Πεντόζες (ριβόζη, ξυλόζη, αραβινόζη ) Εξόζες (γλυκόζη, μαννόζη, γαλακτόζη,φρουκτόζη)

Δισακχαρίτες-Σακχαρόζη Γλυκόζη-φρουκτόζη α(1->2) γλυκοζιτικό δεσμό Απαντά σε: φρούτα, σακχαροκάλαμο, σακχαρότευτλα, μέλι, γλεύκος

Δισακχαρίτες-Μαλτόζη Γλυκόζη- Γλυκόζη α(1->4) γλυκοζιτικό δεσμό

Δισακχαρίτες-Λακτόζη Απαντά στο γάλα Χρησιμοποιείται ως μεταφορέας αρωμάτων

Τρισακχαρίτες- Ραφφινόζη Απαντά στη σόγια, τα ζαχαρότευτλα και άλλα φυσικά προϊόντα

Πεντόζες Ξυλόζη (απαντα στο άχυρα, τα πίτουρα και το ξύλο) Αραβινόζη (συστατικό των κόμμεων, πηκτινικών υλών και ημικυτταρινών) Ριβόζη (είναι συτατικό των νουκλεϊνικών οξέων, συνενζύμων και της βιταμίνης Β2) α-D-ξυλοπυρανόζη β-L-αραβινοπυρανόζη α-D-ριβοφουρανόζη

Εξόζες L-γλυκόζη D-γλυκόζη D-μαννόζη D-γαλακτόζη D-φρουκτόζη Εναντιομέρεια-διαστερεομέρεια-επιμέρεια

Δομές Fischer-Haworth-Angyal

Παράγωγα αντικατάστασης D-γλυκοζαμίνη Ν-ακετυλοD-γλυκοζαμίνη 6-θειϊκή-Ν-ακετυλοD-γλυκοζαμίνη Ν-θειϊκό-L-ινδουροζαμινικό οξύ 1-φωσφορική-D-γλυκόζη

Πολυσακχαρίτες – Άμυλο μονοσάκχαρο Αμυλόζη Αμυλοπηκτίνη

Πηκτίνη Μη διακλαδισμένο πολυμερές με 200-1,000 μονάδες γαλακτόζης συνδεδεμένες με 1-4 γλυκοσιδικό δεσμό Βαθμός εστεροποίησης: >50% High Ester Pectins (HM) <50% Low Ester Pectins (LM) High ester (HM) σταθεροποιούν το γάλα αντιδρώντας με την καζεΐνη

Αλγινικά Πολυμερή του μανουρονικού και γαλακτουρονικού οξέος Ιξώδες 1% διάλυμα ποικίλει από 10 σε 2,000 CP ανάλογα με το μέγεθος του μορίου Καθιζάνει σε pH κάτω του3.0 Σχηματίζει πηκτές παρουσία ιόντων ασβεστίου σε συγκέντρωση - 0.5 -1.0% Χρήσεις: Δέσμευση νερού Gelling Γαλακτωματοποιητής Σταθεροποήτής

Agar γαλατομαννάνη (Μαννόζη (1-4) + Γαλακτόζη(1-6) MW 220,000 ± 20,000 Υψηλή ικανότητα δέσμευσης νερού Χρήσεις: παγωτό (προστασία σχηματισμού κρυστάλλων) Salad dressing επαλειφόμενα τυρία

Ξανθάνη

Πρωτεΐνες

Διαλυτότητα πρωτεϊνών

Πρωτεΐνες που παρουσιάζουν λειτουργικές ιδιότητες Όλα ένζυμα Κολλαγόνο: δομικό συστατικό των ζώων μετατρέπεται σε ζελατίνη. Αλβουμίνη του αυγού Καζεΐνη του γάλακτος συμμετέχει στην παρασκευή τυριού Γλουτένη χρησιμοποιείται στην αρτοποιία

Λειτουργικές Ιδιότητες Γαλακτωματοποιητική ικανότητα

Γαλακτωματοποιητές ή επιφανειοδραστικά Επιφανειοδρατικά είναι μόρια τα οποία μειώνουν την επιφανειακή τάση Μέρος του μορίου επιδρά με το νερό πολικό ή υδρόφιλο Μέρος του μορίου δεν αλληλεπιδρά με το νερό υδρόφοβο O - + Π.χ. φωσφατιδυλοχολίνη

Γαλακτωματοποιητές

Γαλακτωματοποιητές λιπιδικής φύσης Λιπαρά οξέα Φωσφολιπίδια Μονογλυκερίδια και Διγλυκερίδια

Συνθετικοί γαλακτωματοποιητές Π.χ. Tweens

Πρωτεΐνες ως γαλακτωματοποιητές Οι πρωτεΐνες παρουσιάζουν από τη φύση τους αμφίφιλο χαρακτήρα π.χ. a-lactalbumin —πρωτεΐνη του ορού του γάλακτος Οι πρωτεΐνες ξεδιπλώνονται αργά σε διεπιφάνειες για να πάρουν την κατάλληλη διαμόρφωση

Τύποι γαλακτωμάτων Έλαιο σε νερό Νερό σε έλαιο γάλα, μαγιονέζα βούτυρο, μαργαρίνη Διασπαρμένη φάση Συνεχής φάση

Τύποι γαλακτωμάτων με βάση μέγεθος σταγονιδίων < 0.5 mm 0.5-1.5 mm 1.5-3 mm >3 mm

Γαλακτώματα Στη διεπιφάνεια των δύο φάσεων ισχύει: ΔW= γΔΑ Όπου: γ: Συντελεστής επιφανειακής τάσης ΔΑ: επιφάνεια Με την συνένωση των σταγονιδίων μειώνεται η επιφάνεια

Αστάθεια γαλακτωμάτων Ταχύτητα κρεμοποίησης: Όπου: Δρ: διαφορά πυκνοτήτων n το ιξώδες του νερού r η ακτίνα του μυκηλλίου

Γαλακτώματα τροφίμων Γαλακτοκομικά προϊόντα Γάλα 4% ο/w γαλάκτωμα Μηκύλλια καζεΐνης πρωτεΐνη κρέμα Βούτυρο Τυρί και Γιαούρτι Πηκτή καζεΐνης Παγωτό

Γαλακτοκομικά προϊόντα Υδατικό διάλυμα Σταγόνες ελαίου Μικκύλια καζείνης (Goff et al., 1987) Παρουσία γαλακτωματοποιητή Απουσία γαλακτωματοποιητή

Γαλακτώματα τροφίμων Salad dressings, Μαγιονέζα Προϊόντα κρέατος Η λεκιθίνη του αυγού δρα ως γαλακτοματωποιητής. ο/w γαλακτώματα υψηλής συγκέντρωσης (> 60% έλαιο) Προϊόντα κρέατος Cake batter, mixes

Καταστροφή γαλακτωμάτων: Creaming Προκαλείται από διαφορές στην πυκνότητα μεταξύ σταγονιδίων και συνεχής φάσης. Το φαινόμενο εξαρτάται από Μέγεθος σταγονιδίων ρυθμός a2 Λύση αποτελεί η μείωση του μεγέθους των σταγονιδίων (π.χ. ομογενοποίηση του γάλακτος) Ιξώδες της συνεχούς φάσης ρυθμός  Λύση αποτελεί η προσθήκη μακρομορίων (σταθεροποιητές για την αύξηση του ιξώδους

Καταστροφή γαλακτωμάτων: Flocculation and Coalescence Ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των σταγονιδίων προκαλούν την ενσωμάτωση τους flocculation Λύση αποτελεί η η δημιουργία απωστικών δυνάμεων μεταξύ των σταγονιδίων Ένωση σταγονιδίων Coalescence Λύση αποτελεί η η δημιουργία ισχυρότερου φίλμ _

Λειτουργικές Ιδιότητες Ικανότητα σχηματισμού πηκτής

Πηκτή Ζώνη συμβολής “Kinking” Residue Δεσμοί Υδρογόνου Ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις Αλληλεπιδράσεις διπόλου Ζώνη συμβολής “Kinking” Residue

Παράγοντες που επηρεάζουν το σχηματισμό πηκτής Μέγεθος του μορίου Σχήμα του μορίου Solvent/solvent αλληλεπιδράσεις Solvent/polysaccharide αλληλεπιδράσεις Polysac./polysaccharide αλληλεπιδράσεις Γωνίες και μήκη δεσμών Ικανότητα περιστροφής του μορίου Ιξώδες του διαλύματος

Διαλύματα πολυσακχαριτών Τάση διάτμησης Ιξώδες Διασταλτικό ψευδοπλαστικό

Μέτρηση ιξώδους

Παραδείγματα τροφίμων Νευτώνεια: Γάλα, Νερό, φυτικά έλαια, χυμοί φρόυτων, διάλυμα ζάχαρης Ψευδοπλαστικά: Συμπύκνωμα χυμού πορτοκαλιού, πουρές μπανάνας, διάλυμα CMC Διασταλτικά: υγρή σοκολάτα, 40 % Διάλυμα Corn starch

Μέθοδοι σχηματισμού πηκτής Αλγινικά και πηκτίνη Ιόν ασβεστίου “Μοντέλο Egg box”

Μέθοδοι σχηματισμού πηκτής Καρραγενάνη κατιόν θέρμανση Ψύξη Προσθήκη ιόντων b 1-3 και a 1-4 δεσμούς γαλακτόζης Γραμμικό πολυμερές συνήθως φορτισμένο Χρησιμοποιείται ως παχυρευστοποιητής . Οι σταθερότητα της πηκτής εξαρτάται από την θερμοκρασία και την προσθήκη αλάτων.

Μέθοδοι σχηματισμού πηκτής( Mixed gels) γαλακτομανάνη Ξανθάνη Ποικιλία συστημάτων μπορεί να προκύψει με προσθήκη σακχάρων με πρωτεΐνη αμινοξέα

Λειτουργικές ιδιότητες Αφριστική ικανότητα

Αφροί Αέριο διεσπαρμένο σε υδατική φάση Απαιτεί την παρουσία ενός τρίτου συστατικού που δρα προστατευτικά σταθεροποιώντας τη διασπορά. Παράδειγμα: κρέμα σαντιγί

Παράγοντες σταθεροποίησης αφρού Επιφανειακή τάση 2. Συγκέντρωση διασπαρμένης φάσης 3. Παρουσία σταθεροποιητικού παράγοντα για την μείωση της επιφανειακής τάσης 4. Ιξώδες του υγρού. Όσο μεγαλύτερο είναι το ιξώδες τόσο πιο σταθερός είναι ο αφρός.

Εργασία Στο εμπόριο κυκλοφορούν αλλαντικά στα οποία το ζωικό λίπος έχει αντικατασταθεί από ελαιόλαδο. Ποιοι είναι οι λόγοι αντικατάστασης του ζωικού λίπους με φυτικό έλαιο; Πως μπορεί να παραχθεί τεχνολογικά ένα τέτοιο προϊόν;

Ελαιόλαδο Στη μείωση της "κακής" χοληστερίνης (LDL) στο αίμα. Στην διατήρηση της περιεκτικότητας του αίματος σε "καλή" χοληστερίνη (HDL). Μείωση της χοληστερόλης. Στην θεραπεία του έλκους στομάχου και δωδεκαδάχτυλου, αφού διευκολύνει την πέψη. Στη σωστή διατροφή των διαβητικών και κατά συνέπεια στην ισορροπία των τιμών του σακχάρου. Στην πρόληψη του καρκίνου.

Συσατατικά του ελαιολάδου Πολυφαινόλες (αυξάνουν την αντίσταση στην οξείδωση, αναστέλλουν την οξείδωση της LDL), Φυτικές στερόλες (συμβάλλουν στον έλεγχο της χοληστερόλης), Καροτενοειδή (δρουν ως αντιοξειδωτικά) Τερπενοειδή (παρουσιάζουν αντιοξειδωτική και αντιαθηρογόνο δράση), Τοκοφερόλες (εμποδίζουν την οξείδωση)

Κορεσμένα λιπαρά οξέα Είναι κυρίως στα ζωϊκά λίπη, φρέσκο βούτυρο, κοκόλιπος, φοινικοπυρηνέλαια, υδρογονωμένα λίπη, μαγειρικό λίπος Είναι στερεά σε θερμοκρασία δωματίου Είναι ανθεκτικά σε υψηλές θερμοκρασίες Ανεβάζουν την κακή χοληστερόλη

Κρεατογαλάκτωμα (meat emulsion) Ορισμός: ομοιογενής και λεπτοτεμαχισμένη κρεατόπαστα των παστεριωμένων αλλαντικών To κρεατογαλάκτωμα είναι γαλάκτωμα λίπους σε νερό Γαλακτωματοποιητές δρουν οι πρωτεΐνες του κρέατος Ασυνεχή φάση αποτελούν τα τεμαχίδια ή τα σταγονίδια λίπους Συνεχή φάση αποτελεί το νερό στο οποίο απαντούν διάφορα άλατα, πρωτεΐνες καθώς και τμήματα θρυμματισμένων μυϊκών ινών και συνδετικού ιστού έτσι ώστε να σχηματίζεται ένα κολλοειδές σύστημα.

Γαλακτωματοποιητές Οι διαλυτοποιημένες πρωτεΐνες του κρέατος ενεργούν ως γαλακτωματοποιητές που καλύπτουν την επιφάνεια των τεμαχιδίων και σταγονιδίων λίπους. Όταν το μόριο της πρωτεΐνης βρεθεί στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο φάσεων, τότε οι πολικές ομάδες προσανατολίζονται προς το νερό και οι μη πολικές προς το λίπος. Ως συνέπεια αυτού, η δομή της πρωτεΐνης αλλάζει και προκαλείται σε κάποια έκταση, ξεδίπλωμα του μορίου. Το λίπος περιβάλλεται από μία μεμβράνη πρωτεΐνης το οποίο προστατεύει από την τάση που έχουν, οι σταγόνες κυρίως του λίπους, να συγχωνεύονται μεταξύ τους. Από τις πρωτεΐνες του κρέατος μεγαλύτερη γαλακτωματοποιητική ικανότητα εμφανίζουν, όπως αναφέρθηκε, η ακτίνη και η μυοσίνη, με την προϋπόθεση ότι δεν είναι ενωμένες με τη μορφή της ακτινομυοσίνης.

Πρωτεΐνες του κρέατος Από τις πρωτεΐνες του κρέατος μεγαλύτερη γαλακτωματοποιητική ικανότητα εμφανίζουν, όπως αναφέρθηκε, η ακτίνη και η μυοσίνη, με την προϋπόθεση ότι δεν είναι ενωμένες με τη μορφή της ακτινομυοσίνης.

Γαλάκτωμα-πηκτή γαλάκτωμα-πηκτή (gel type emulsion). Σ΄ αυτό, τα τεμαχίδια και οι σταγόνες του λίπους είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα σε ένα συνεχές τρισδιάστατο πρωτεϊνικό πλέγμα. Σχηματική αναπαράσταση μίγματος αλλαντικού στο οποίο τα σταγονίδια ελαίου περιβάλλονται από μυοσίνη, με το S-1 τμήμα της προσανατολισμένο προς τη φάση του ελαίου και την ΄΄ουρά’’ της προσανατολισμένη προς την πολική φάση.

Αλλαντικά Α. Σχηματική αναπαράσταση μίγματος αλλαντικού. FD-σταγονίδια ελαίου MP-μυϊκές ίνες, ΑP- εγκλωβισμένος αέρας Β. Μεγέθυνση σταγονιδίου ελαίου που περιβάλλεται από τη μονοστοιβάδα της μυοσίνης (Bailey,1986)

Σταθερότητα κρεατόπαστας Η θερμοκρασία τεμαχισμού του κρέατος. Ο βαθμός τεμαχισμού του λίπους. Η περιεκτικότητα του κρέατος σε σχέση με την περιεκτικότητα σε νερό και λίπος. Η ποσότητα και το είδος των πρωτεϊνών που εκχυλίζονται κατά την επίδραση χλωριούχου νατρίου. Την αντοχή της πρωτεϊνικής μεμβράνης που σχηματίζεται γύρω από τα τεμαχίδια και τις σταγόνες λίπους καθώς επίσης από τη δομή του πρωτεϊνικού πλέγματος

Ενσωμάτωση φυτικού ελαίου Η προσθήκη όμως ενός φυτικού ελαίου στο σύστημα μπορεί να γίνει μόνο αφού προηγηθεί γαλακτωματοποίησή του με τη βοήθεια πρωτεϊνών τα πρωτεϊνικά παρασκευάσματα σόγιας η καζεΐνη οι πρωτεΐνες του ορού του γάλακτος

Λειτουργικές ιδιότητες Ικανότητα εγκλεισμού και μεταφοράς

Β-κυκλοδεξτρίνη Παρασκευάζεται με τη βοήθεια του ενζύμου Παρασκευάζεται με τη βοήθεια του ενζύμου Κυκλογλυκοζυλοτρανσφεράση Συμπεριφέρεται όπως οι διαιτητικές ίνες Είναι διαλυτή δε υδατικό διάλυμα

Παρασκευές κυκλοδεξτρινών Το ένζυμο Κυκλογλυκοζυλοτρανσφεράση CGTase (βακτήρια του γένους Bacillus και Flavobacterium, Klebsiella pneumoniae και Micrococcus) επιδρά σε γραμμικό άμυλο και μεταφέρει το μονοσάκχαρο (F) στο άκρο (A) όπως παρουσιάζεται στο μοντέλο: A B C D E F G H άμυλο A B C D E F G H a-CD CGTase

Εφαρμογές κυκλοδεξτρινών Λόγω της δομής της επιτρέπει τον εγκλεισμό υδρόφοβων κυρίως μορίων (αρωματικά συστατικά, φάρμακα, διατροφο-δραστικά συστατικά). Με τον τρόπο αυτό υδρόφοβα μόρια μπορούν να διαλυθούν στο νερό. Στη βιομηχανία τροφίμων χρησιμοποιούνται επίσης ως σταθεροποιητές γαλακτωμάτων, για την επικάλυψη δυσάρεστων οσμών και για την απομάκρυνση της χοληστερόλης από το γάλα, βούτυρο, αυγά. Χρησιμοποιείται ως υλικό επίστρωσης χρωματογραφικών στηλών για το διαχωρισμό στερεοϊσομερών. Παράγωγα κυκλοδεξτρινών χρησιμοποιούνται ως μιμητές ενζύμων.

Τύποι κυκλοδεξτρινών CD τύπος Εσωτ.διάμετρος Εξωτ. διάμετρ Μήκος α-CD 5.7 13.7 7.8 β-CD 15.3 γ-CD 9.5 16.9

Επιλογή κατάλληλης κυκλοδεξτρίνης Από την διαδικασία που χρησιμοποιείται για το σχηματισμό του συμπλόκου. Το μέγεθος των βιολογικών μορίων Η διαλυτότητα των βιολογικών μορίων στο νερό. Το κόστος των κυκλοδεξτρινών Το τροφίμου όπου το εγκλεισμένου μόριο πρόκειται να ενσωματωθεί.

Έλεγχος αυξημένης διαλυτότητας

Επιβεβαίωση εγκλεισμού Differential Scanning Calorimetry (A) (B) (C) (D)

Επιβεβαίωση εγκλεισμού Nuclear Magnetic Resonance

Επιβεβαίωση αυξημένης σταθερότητας του εγλεισμένου μορίου Differential Scanning Calorimetry

Εγκλεισμός διατροφο-δραστικών συστατικών Αντιοξειδωτικά Βιταμίνες ω-3 και ω-6 λιπαρά οξέα

Υδατάνθρακες ως συστατικά απομίμησης λίπους Ικανότητα συγκράτησης μεγάλης ποσότητας νερού Χαμηλότερη θερμιδική αξία Δημιουργούν την αίσθηση του λίπους στο στόμα Δυνατότητα σχηματισμού γαλακτώματος Θερμική σταθερότητα Μαλτοδεξτρίνες Υδρολυμένο άμυλο