«Μελέτη αντικατάστασης της λιπαρής φάσης τυριού με λιπαρά εμπλουτισμένα με Βιταμίνη D»

Στις μέρες μας, το ενδιαφέρον του καταναλωτή στρέφεται ολοένα και περισσότερο σε ένα πιο υγιεινό τρόπο ζωής. Η βιομηχανία τροφίμων στην προσπάθειά της να καλύψει την ανάγκη αυτή, αναπτύσσει καινοτόμα προϊόντα που περιέχουν βιοδραστικές ουσίες, τα οποία προσφέρουν σημαντικά οφέλη στην υγεία μας, τα λεγόμενα λειτουργικά τρόφιμα. Σκοπός της μελέτης ήταν η παρασκευή εδώδιμου νανογαλακτώματος εμπλουτισμένου με βιταμίνη D ώστε να ενσωματωθεί σε άπαχο πρόβειο γάλα του οποίου η τυροκόμηση θα οδηγήσει στην παραγωγή τυριού εμπλουτισμένου με βιταμίνη D (λειτουργικό τρόφιμο) και η αντικατάσταση μέρους του λίπους του πρόβειου γάλακτος με φυτικά έλαια.

Κείμενο: Ειρήνη Δ. Καρβούνη, Γεωπόνος, MSc*

 

Σύμφωνα με επιστημονικές μελέτες, το πρόβειο γάλα περιέχει υψηλότερα ποσοστά ολικών στερεών και κύρια θρεπτικά συστατικά από το αίγειο και αγελαδινό γάλα, καθώς το μεγαλύτερο μέρος του χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτοκομικών προϊόντων, όπως για παράδειγμα, γιαούρτι και τυρί. Το πρόβειο γάλα έχει επίσης υψηλότερα ποσοστά σε λίπος και πρωτεΐνες από το αγελαδινό ή αίγειο γάλα.

Επειδή στο τυρόπηγμα περιέχεται κυρίως το λίπος και η καζεΐνη από το γάλα, το πρόβειο γάλα αποδίδει περισσότερο τυρί ανά μονάδα γάλακτος από το αγελαδινό και αίγειο γάλα. Χαρακτηρίζεται ως ένα πολύ υψηλής ενέργειας γάλα με υψηλότερη περιεκτικότητα σε ασβέστιο, φώσφορο και μαγνήσιο από το αγελαδινό γάλα καθώς και από μικρότερα λιποσφαίρια. Είναι μια εξαιρετική πηγή θρεπτικών ενώσεων για τον άνθρωπο και υπερέχει από το αγελαδινό γάλα στην πρόσληψη και των 10 απαραίτητων αμινοξέων. Όλα τα επίπεδα βιταμινών είναι υψηλότερα από ότι στο αγελαδινό γάλα, όπως και τα περισσότερα ιχνοστοιχεία.

 Οι βιταμίνες

Οι βιταμίνες, σύνθετες οργανικές ενώσεις, χρειάζονται σε πολύ μικρές ποσότητες για πολλές από τις διεργασίες που διεξάγονται στο ανθρώπινο σώμα. Δεδομένου ότι οι περισσότερες βιταμίνες δεν μπορούν να συντεθούν από τον ανθρώπινο οργανισμό, πρέπει να παρέχονται από τη διατροφή.

H βιταμίνη D είναι μία λιποδιαλυτή προ-ορμόνη. που αποτελείται από ένα σύμπλεγμα ισομερών και μεταβολιτών, από τα οποία τα σπουδαιότερα είναι η D3 (χοληκαλσιφερόλη) και η D2 (εργοκαλσιφερόλη). Kύρια πηγή βιταμίνης D για τον ανθρώπινο οργανισμό αποτελεί η ακτινοβολία UVB που παράγεται από τον ήλιο και βοηθάει στην ενδογενή παραγωγή της.

Έλλειψη βιταμίνης D εμφανίζεται λόγω της ελλιπούς έκθεσης στον ήλιο ή περιορισμένης πρόσληψης από την διατροφή, κυρίως στα παιδιά και στους ηλικιωμένους. Επίσης, μειωμένη πρόσληψή της οφείλεται και στην υποβάθμισή της κατά την αποθήκευση του τροφίμου, λόγω της ευαισθησίας της στις συνθήκες όπου αυτό εκτίθεται. Ωστόσο, πολύ λίγα τρόφιμα περιέχουν φυσικά βιταμίνη D, όπως τα λιπαρά ψάρια (σολομός, σαρδέλες κ.α.), μερικά έλαια ψαριών (μουρουνέλαιο), οι κρόκοι των αυγών και τα μανιτάρια. Για το λόγο αυτό, έχουν εμπλουτισθεί διάφορα τρόφιμα με βιταμίνη D, όπως είναι το γάλα, οι μαργαρίνες, παιδικές τροφές κ.α.

Με γνώμονα την αυξανόμενη καταναλωτική ζήτηση για υγιεινά προϊόντα διατροφής, οι ερευνητές εφαρμόζουν εργαλεία για την αντιμετώπιση των ζητημάτων που σχετίζονται με τον τομέα τροφίμων.

Η χορήγηση δραστικών συστατικών στο ανθρώπινο σώμα απαιτεί τη χρήση ενός κατάλληλου φορέα για να ενσωματώσει την αποτελεσματική ποσότητα του δραστικού συστατικού και να τη μεταφέρει ανέπαφη στo κατάλληλο σημείο του σώματος. Τα ενεργά συστατικά που διαλύονται ελάχιστα στο νερό ή στα έλαια δημιουργούν πρόβλημα κατά τη διαδικασία της χορήγησης και της μεταφοράς, με αποτέλεσμα τη χαμηλή βιοδιαθεσιμότητα. Για να ξεπεραστεί η αστάθεια, η χαμηλή υδατοδιαλυτότητα και για να ενισχυθεί η βιοδιαθεσιμότητα της δραστικής ουσίας, μία πολλά υποσχόμενη επιλογή είναι η ενθυλάκωση (εγκλωβισμός) της εν λόγω ένωσης σε νανογαλάκτωματα.

 

Το νανογαλάκτωμα

Το νανογαλάκτωμα είναι σύστημα κινητικά σταθερό και θερμοδυναμικά ασταθές γι’ αυτό και απαιτείται προσφορά ενέργειας για την παρασκευή του. Εμφανίζει σταθερότητα ως προς την κροκίδωση και την συσσωμάτωση, ευελιξία στην επιλογή και τον έλεγχο του μεγέθους του σταγονιδίου, ευκολία χειρισμού, ποικιλία στη χρήση επιφανειοενεργών ουσιών, και δυνατότητα εφαρμογής σε βιομηχανική κλίμακα.

Τα νανογαλακτώματα παρασκευάζονται με έλαιο, νερό και επιφανειοενεργή ουσία. Ανάλογα με τη φύση και την αναλογία των επιμέρους συστατικών, τα νανογαλακτώματα μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο τύπους: νανογαλακτώματα νερού σε έλαιο (w/o) όπου η υδατική φάση είναι διεσπαρμένη μέσα σε ένα ή περισσότερα έλαια με μορφή σταγονιδίων και νανογαλακτώματα ελαίου σε νερό (ο/w), όπου η ελαιώδης φάση διασπείρεται μέσα στη συνεχή υδατική φάση.

 

Η σταθεροποίηση γίνεται με την βοήθεια επιφανειοενεργών ουσιών. Τα επιφανειοδραστικά, γνωστά στη βιομηχανία τροφίμων ως «γαλακτωματοποιητές» παίζουν βασικό ρόλο στη μείωση της διεπιφανειακής τάσης μεταξύ ελαίου και νερού.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι παρασκευής νανογαλακτωμάτων που χρησιμοποιούνται ανάλογα με τα υλικά του συστήματος και τις ιδιότητες που θέλουμε να του προσδώσουμε (π.χ. μέγεθος σταγόνων). Για τις προσεγγίσεις υψηλής ενέργειας χρησιμοποιούνται μηχανήματα, όπως ομογενοποιητές υψηλής πίεσης, τα οποία είναι ικανά να παράξουν ισχυρή μηχανική ενέργεια, ώστε να προκαλέσουν ομογενοποίηση των δύο φάσεων (ελαιώδους και υδατικής) και να οδηγήσουν στο σχηματισμό σταγόνων πολύ μικρού μεγέθους.

Γίνεται επομένως σαφές ότι τα νανογαλακτώματα έχουν μοναδικές ιδιότητες, όπως μικρό μέγεθος σταγονιδίων, εξαιρετική σταθερότητα σε σχέση με τα συμβατικά γαλακτώματα και είναι σχετικά διαφανή. Αυτές οι ιδιότητες τα καθιστούν μια ελκυστική επιλογή για εφαρμογές στη βιομηχανία τροφίμων.

Διεξαγωγή πειραμάτων

Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκαν πρώτες ύλες κάποιες από τις οποίες ως δωρεά από τις βιομηχανίες Παγώνης και Ελαϊς. Πιο συγκεκριμένα, άπαχο πρόβειο γάλα, ως λιπαρή φάση για την παρασκευή των νανογαλακτωμάτων επιλέχθηκαν τα φυτικά έλαια σογιέλαιο, ηλιέλαιο και ελαιόλαδο εξευγενισμένα από την εταιρεία Ελαϊς και κρέμα γάλακτος. Ως επιφανειοενεργά χρησιμοποιήθηκαν το Polysorbate 40 (Tween 40) και το Polysorbate 60 (Tween 60) ή MILKOPRO 7067. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε μια συσκευασία του 1g βιταμίνης D3 (cholecalciferol,VD3) 98 % καθαρότητας.

Το πείραμα είχε δύο προσεγγίσεις με την πρώτη να αναφέρεται στην ανάπτυξη νανογαλακτώματος τύπου έλαιο-σε-νερό (O/W), στο οποίο πραγματοποιήθηκε ενθυλάκωση βιταμίνης D3 (χοληκαλσιφερόλη) που είναι απαραίτητη για την εύρυθμη λειτουργία όλων των οργανισμών. Οι νανοδιασπορές παρασκευάστηκαν με χρήση εδώδιμων επιφανειοενεργών που χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία τροφίμων.

Ως επιφανειοενεργά χρησιμοποιήθηκαν τα Tween 40, Tween 60, MILKOPRO 7067 ή μίγματα αυτών και ως ελαιώδης φάση τo σογιέλαιο, ηλιέλαιο και ελαιόλαδο. Η παρασκευή και σταθεροποίηση των νανοδιασπορών έγινε με χρήση ομογενοποιητή υψηλής πίεσης. Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε δομική μελέτη των νανο-σταγονιδίων στο χρόνο με την τεχνική της Δυναμικής Σκέδασης Φωτός (Dynamic Light Scattering- DLS), παρουσία και απουσία της βιοδραστικής ουσίας (βιταμίνη D3), δίνοντας πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος της διεσπαρμένης φάσης (νανοσταγονίδια φυτικών ελαίων) καθώς και την ομοιογένεια και την σταθερότητα του συστήματος. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε προσθήκη νανογαλακτώματος παρουσία βιταμίνης D3 (0,14μg /mL) σε άπαχο πρόβειο γάλα.

Η δεύτερη προσέγγιση, αναφέρεται στη δημιουργία ενός νανογαλακτώματος με το ίδιο το γάλα και την προσθήκη ζωικής κρέμας ως τη λιπαρή φάση του συστήματος με ή χωρίς βιταμίνη D και τη χρήση εδώδιμων επιφανειοενεργών MILKOPRO 7067. H παρασκευή έγινε με χρήση ομογενοποιητή υψηλής πίεσης και ο δομικός χαρακτηρισμός και η σταθερότητα στον χρόνο μελετήθηκε με την τεχνική DLS.

Αποτελέσματα

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι επετεύχθη σχηματισμός (O/W) νανογαλακτωμάτων με εγκλωβισμό βιταμίνης D3 και σταθερότητα μεγέθους σωματιδίων στα συστήματα σε σχέση με το χρόνο. Πιο συγκεκριμένα, για την ομάδα συστημάτων με τα μίγματα επιφανειοενεργών (1:1) παρατηρήθηκε καλύτερη σταθερότητα μεγέθους για το σύστημα με το σογιέλαιο και επιφανειοενεργό το Tween 40 στις 15 ημέρες.

Για τα συστήματα με μεμονωμένα επιφανειοενεργά, φυτικά έλαια το σογιέλαιο και ελαιόλαδο αντίστοιχα και εγκλωβισμό Βιταμίνης D, παρατηρήθηκε ότι το σύστημα με ελαιόλαδο και Tween 40 συγκέντρωσης βιταμίνης 5,2xΜ, το μέγεθος των σταγονιδίων παρέμεινε σταθερό για 30 ημέρες. Ενώ, για συγκέντρωση βιταμίνης D 2,1 xΜ τα συστήματα με Tween 40 και σογιέλαιο ή ελαιόλαδο παρέμειναν σταθερά για 50 ημέρες.

Ωστόσο, όταν ενσωματώθηκε ποσότητα του νανογαλακτώματος αυτού ενισχυμένο με βιταμίνη D στο πρόβειο άπαχο γάλα παρατηρήθηκε διαχωρισμός των δύο φάσεων από την 1^η κιόλας ημέρα. Τέλος, για τo σύστημα με το ίδιο το άπαχο πρόβειο γάλα και την προσθήκη 1% κρέμας γάλακτος και 5% MILKOPRO παρατηρήθηκε σταθερότητα μεγέθους των νανοσταγονιδίων για 8 ημέρες χωρίς να παρατηρηθεί διαχωρισμός των δύο φάσεων.

---

 Το κείμενο αποτελεί εκτεταμένη περίληψη της μεταπτυχιακής διατριβής που εκπόνησε η Ειρήνη Δ. Καρβούνη στο  Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών, στο Τμήμα Επιστήμης Τροφίμων και Διατροφής του Ανθρώπου. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στο Ινστιτούτο Χημικής Βιολογίας στο Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών. Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Έφη Τσακαλίδου (Καθηγήτρια ΓΠΑ). Την Τριμελής Επιτροπή συμπλήρωναν οι Α. Ξενάκης (Ερευνητής Α, Ινστιτούτο Χημικής Βιολογίας, Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών, Μέλος) και Ε. Δροσινός (Καθηγητής ΓΠΑ, Μέλος).

*   Η Ειρήνη Δ. Καρβούνη είναι απόφοιτη της Γεωπονικής Σχολής και του Τμήματος Γεωπονίας Ιχθυολογίας & Υδάτινου Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Έχει λάβει μεταπτυχιακό τίτλο σπουδών από το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο και το Τμήμα Επιστήμης Τροφίμων και Διατροφής του Ανθρώπου. Εργάζεται στην εταιρεία Κασίδης  ως Quality Control Supervisor.