FUNKCIONALNE SESTAVINE ŽIVIL ZA 3D TISKANJE

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

ODDELEK ZA ŽIVILSTVO

Liza BRILEJ

FUNKCIONALNE SESTAVINE ŽIVIL ZA 3D TISKANJE

DIPLOMSKO DELO

Univerzitetni študij - 1. stopnja Živilstvo in prehrana

Ljubljana, 2021

(2)

BIOTEHNIŠKA FAKULTETA ODDELEK ZA ŽIVILSTVO

Liza BRILEJ

FUNKCIONALNE SESTAVINE ŽIVIL ZA 3D TISKANJE

DIPLOMSKO DELO

Univerzitetni študij - 1. stopnja Živilstvo in prehrana

FUNCTIONAL FOOD INGREDIENTS FOR 3D PRINTING

B. SC. THESIS

Academic Study Programmes: Field Food Science and Nutrition

Ljubljana, 2021

(3)

Diplomsko delo je zaključek univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje Živilstvo in prehrana. Delo je bilo opravljeno na Oddelku za živilstvo Biotehniške fakultete v Ljubljani.

Komisija za študij 1. in 2. stopnje Oddelka za živilstvo je za mentorja diplomskega dela imenovala doc. dr. Iljo Gasana Osojnika Črnivca in za recenzenta izr. prof. dr. Tomaža Polaka.

Mentor: doc. dr. Ilja Gasan OSOJNIK ČRNIVEC

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo

Recenzent: izr. prof. dr. Tomaž POLAK

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo

Komisija za oceno in zagovor:

Predsednik:

Mentor:

Recenzent:

Datum zagovora:

Liza Brilej

(4)

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA

ŠD Du1

DK UDK 664.682:681.625.9(043)=163.6

KG živila, piškoti, 3D tiskanje, funkcionalne sestavine živil, antioksidanti, odpadna hrana

AV BRILEJ, Liza

SA OSOJNIK ČRNIVEC, Ilja Gasan (mentor), POLAK, Tomaž (recenzent) KZ SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101

ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo LI 2021

IN FUNKCIONALNE SESTAVINE ŽIVIL ZA 3D TISKANJE

TD Diplomsko delo (Univerzitetni študij - 1. stopnja Živilstvo in prehrana) OP VII, 27 str., 7 pregl., 15 sl., 1 pril., 42 vir.

IJ sl JI sl/en

AI V živilskem sektorju ima 3D tiskanje veliko uporabno vrednost. Omogoča tiskanje prilagojenih oblik in modelov, pripomore k personalizirani prehrani, omogoča uporabo prehranskih dopolnil proizvedenih iz odpadne hrane in odvečnih tokov živilske industrije. Rastlinski odpadki so lahko vir dragocenih snovi. Netoksične naravne spojine z antioksidativnim delovanjem v odpadni hrani so pritegnile veliko pozornost, saj je vse bolj jasna neposredna povezava med prehrano, bogato z antioksidanti, in zdravjem. V eksperimentalnem delu naloge smo ugotavljali, kako dodatek čebulnega prahu in spiruline (kot naravnih antioksidantov) v 3D tiskanem živilu vpliva na vsebnost vlage, teksturo, parametre barve in senzorične lastnosti po pripravi in med shranjevanjem piškotov. Rezultati so pokazali, da smo v primeru dodatkov dobili boljše lastnosti končnega izdelka (razen pri senzorični oceni). Z meritvami nismo uspeli potrditi, da dodatek funkcionalnega živila z antioksidativnim učinkom pozitivno vpliva na obstojnost živila. Ob dodatku funkcionalnega živila so se senzorične lastnosti spremenile. Bistveno se je spremenila barva, na druge senzorične lastnosti pa je imela večji vpliv vrsta moke, kot pa sam funkcionalni dodatek.

(5)

KEY WORDS DOCUMENTATION

ND Du1

DC UDC 664.682:681.625.9(043)=163.6

CX food, biscuits, 3D printing, functional food ingredients, antioksidants, food waste AU BRILEJ, Liza

AA OSOJNIK ČRNIVEC, Ilja Gasan (supervisor), POLAK, Tomaž (reviewer) PP SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101

PB University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Department of Food Science and Technology

PY 2021

TI FUNCTIONAL FOOD INGREDIENTS FOR 3D PRINTING

DT B. Sc. Thesis (Academic Study Programmes: Field Food Science and Nutrition) NO VII, 27 p., 7 tab., 15 fig., 1 ann., 42 ref.

LA sl AL sl/en

AB In food sector 3d printing has a big usable value. It enables the printing of customized shapes and models, contributes to a personalised diet, enables the use of food supplements from food waste and excess streams of the food industry. Plant waste can be a source of valuable substances. Non-toxic natural compounds with antioxidant activity in food waste have attracted a lot of attention as there is an increasingly clear direct link between a diet rich in antioxidants and health.. During the experimental work we found out how the addition of onion powder and spiruline (as natural antioxidants) to a 3D printed food affects moisture content, texture, color parameters and sensory properties after preparation and during biscuit storage. The results showed that in the case of added additives, we got better properties of the finished product (except for sensory evaluation). We were unable to confirm by measurements that the addition of a functional food with an antioxidant effect has a positive effect on the persistence of the food. With the addition of a functional food, the sensory properties changed. The colour changed significantly, and other sensory properties had a greater impact on the type of flour than the functional additive itself.

(6)

KAZALO VSEBINE

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA ... III KEY WORDS DOCUMENTATION ... IV KAZALO VSEBINE ... V KAZALO PREGLEDNIC ... VI KAZALO SLIK ... VI KAZALO PRILOG ... VI OKRAJŠAVE IN SIMBOLI ... VII

1 UVOD ... 1

1.1NAMENNALOGE ... 1

1.2DELOVNEHIPOTEZE ... 2

2 PREGLED OBJAV ... 2

2.13DTISKANJE ... 2

2.1.1 Osnove tiska in različni načini tiska ... 2

2.1.1.1 Tehnologija ekstruzije materiala ... 3

2.1.1.2 Tehnologija selektivnega sintranja ... 3

2.1.1.3 Tehnologija kapljičnega nanašanja ali brizganja veziva ... 4

2.1.1.4 Tehnologija kapljičnega nanašanja ali brizganja materiala ... 5

2.1.2 Tehnološka zasnova tiskalnika ... 5

2.1.3 Primer dobre prakse ... 6

2.2ANTIOKSIDANTI ... 7

2.2.1 Osnove delovanja ... 7

2.2.2. Antioksidanti v hrani ... 8

2.2.3 Antioksidanti v odpadni hrani in stranskih proizvodih ... 9

2.3TISKANJEZUPORABOODPADNE HRANE ... 9

2.3.1 Odpadna hrana ... 9

2.3.2 Uporaba suhih čebulnih luskolistov ... 10

2.3.3 Uporaba alg ... 11

3 MATERIAL IN METODE ... 12

3.1MATERIAL ... 12

3.2APARATURE ... 12

3.3METODE ... 12

3.3.1 Tiskanje in peka piškotov ... 12

3.3.2 Priprava čebulnega prahu ... 14

3.3.3 3D tiskanje ... 14

3.3.4 Vsebnost vode ... 15

3.3.5 Merjenje parametrov barve ... 15

3.3.6 Merjenje trdote ... 16

3.3.7 Senzorična analiza ... 16

4REZULTATIZRAZPRAVO ... 16

4.1SENZORIČNAANALIZA ... 17

4.1.1 Preferenčni test z rangiranjem ... 17

4.1.2. Ocenjevanje lastnosti po 9-stopenjski hedonski lestvici ... 18

(7)

4.2VSEBNOSTVODE ... 19

4.3PARAMETRIBARVE ... 20

4.4TRDOTA ... 22

5 SKLEPI ... 23

6 POVZETEK ... 24

7 VIRI ... 24

ZAHVALA ... PRILOGE ... KAZALO PREGLEDNIC Preglednica 1: Vp liv dodatka spiruline na primernost za tiskanje in okus ... 12

Preglednica 2: Receptura za posamezno vrsto piškotov. ... 13

Preglednica 3: Čas izvajanja meritev ... 15

Preglednica 4: Rezultati senzoričnega preskusa ... 18

Preglednica 5: Meritve vsebnosti vode ... 19

Preglednica 6: Sprememba barve ... 20

Preglednica 7: Rezultati instrumentalne meritve trdote ... 23

KAZALO SLIK Slika 1: Tehnologija ekstruzije materiala (Sun in sod., 2015a; Liu in sod., 2017). ... 3

Slika 2: Tehnologija selektivnega sintranja z vročim zrakom (A) in laserjem (B) (Sun in sod., 2015a; Noort in sod., 2017). ... 4

Slika 3: Tehnologija kapljičnega nanašanja ali brizganja veziva (Sun in sod., 2015a; Liu in sod., 2017). ... 4

Slika 4: Tehnologija kapljičnega nanašanja ali brizganja materiala (Sun in sod., 2015a; Liu in sod., 2017). ... 5

Slika 5: Shema tipičnega ekstruzijskega 3D tiskalnika (Nachal in sod., 2019). ... 6

Slika 6: Tiskalnik za hrano Foodini (Foodini, Natural Machines). ... 14

Slika 7: 2D model, tiskanje in končni izdelek. ... 15

Slika 8: Merjenje trdote. ... 16

Slika 9: Piškot brez dodatka, z dodatkom spiruline in z dodatkom čebulnega prahu. ... 17

Slika 10: Rezultati preferenčnega testa z rangiranjem ... 17

Slika 11: Rezultati ocenjevanja posameznih lastnosti piškotov po 9- stopenjski hedonski lestvici. ... 18

Slika 12 : Meritve vsebnosti vode. ... 20

Slika 13: Meritev spremembe barve. ... 21

Slika 14: Intenzivnost barve piškotov pri prvem in četrtem merjenju. ... 21

Slika 15: Prikaz rezultatov instrumentalne meritve trdote. ... 22

KAZALO PRILOG PRILOGA A : Vprašalnik za senzorično oceno

(8)

OKRAJŠAVE IN SIMBOLI

CAD computer aided design

CIE fr. Commission Internationale de l'Eclairage DNK Deoksiribonukleinska kislina

ESA European Space Agency

FAO Organizacija za prehrano in kmetijstvo Združenih narodov NASA National aeronautics and space administration

2D Dvodimenzionalno 3D Tridimenzionalno

(9)

1 UVOD

Tridimenzionalno (3D) ali aditivno tiskanje oziroma dodajalno izdelovanje je bilo v živilskem sektorju prvič predstavljeno s strani raziskovalcev univerze Cornell. Tiskanje je bilo izvedeno s tiskalnikom, ki je deloval na tehnologiji ekstruzije (iztiskanja) materiala in na nanašanju plasti materiala na že naneseno plast. Osnova je načrt predmeta v elektronski obliki, ki tiskalniku narekuje obliko tiskanja (Pinna in sod., 2016).

V živilskem sektorju ima 3D tiskanje veliko uporabno vrednost. Omogoča tiskanje prilagojenih oblik in modelov, ki jih z uporabo rok in modelčkov ne moremo doseči. Z uporabo predhodno narejene datoteke lahko željene oblike natisne vsak in zato ne potrebuje posebnih kuharskih ali umetniških veščin, ki jih imajo kuharski šefi in oblikovalci. Poleg tega pa lahko v obstoječe recepture vključujejo znanje prehranskih svetovalcev (Sun in sod., 2015).

3D tiskalniki veliko pripomorejo tudi k digitalizirani in personalizirani prehrani, saj lahko z njimi za vsakega posameznika določimo vnos hranil in njegove energijske potrebe (Severini

& Derossi, 2015). To je še posebej pomembno za ljudi, ki potrebujejo individualno prilagojeno prehrano, za ljudi, ki se srečujejo s prehranskimi motnjami (podhranjenost, debelost), oziroma pri tistih s posebnimi prehranskimi potrebami (starostniki, nosečnice, športniki, …).

V prihodnosti bi lahko razvoj 3D tiska pomembno vplival tudi na skrajšanje dobavne verige surovin, saj bodo materiali sčasoma dostopni bližje strankam, to pa bo pripeljalo do zmanjšanega obsega pakiranja in transporta in s tem do nižjih stroškov distribucije (Chen, 2016). Z uporabo tiskane hrane se bo razširila tudi možnost uporabe netradicionalnih surovin kot so insekti, alge, rastlinski materiali z visoko vsebnostjo vlaknin ter rastlinski in živalski stranski proizvodi (Payne in sod., 2016).

V sklopu omenjenih surovin v nalogi obravnavamo uporabo funkcionalnih sestavin za 3D tiskana živila. Primere prikazujemo z uporabo spiruline, ki je pogosto prehransko dopolnilo, in čebulnega prahu, narejenega iz odvečnih suhih luskolistov rumene čebule. Prikazati želimo, kako je mogoče s 3D tiskanjem v živila po meri in konsistentno dodati funkcionalne sestavine, ter kako je mogoče s 3D tiskanjem bolje izkoristiti stranske tokove, tudi tiste, ki so bili doslej smatrani kot neužitni.

1.1 NAMEN NALOGE

Namen naloge je pregledati literaturo s področja 3D tiska, antioksidantov in uporabe prehranskih dopolnil in odvečnih tokov živilske industrije (ki prav tako prispevajo k nastajanju odpadne hrane) kot funkcionalnih sestavin, s poudarkom na čebuli in spirulini.

Namen naloge je prav tako eksperimentalno ugotoviti, kako dodatek čebulnega prahu in spiruline v 3D tiskano živilo vpliva na vsebnost vode, trdoto, parametre barve in senzorične lastnosti po pripravi in med shranjevanjem.

(10)

1.2 DELOVNE HIPOTEZE

Hipoteza 1: Dodatek čebulnega prahu in alg bo vplival na vse lastnosti končnega izdelka.

Hipoteza 2: Dodajanje sestavin z antioksidativnim učinkom močno pripomore k podaljšanju obstojnosti našega izdelka.

Hipoteza 3: Senzorične lastnosti se bodo ob dodatku funkcionalne sestavine zaznavno spremenile, glede na izdelek brez njenega dodatka.

2 PREGLED OBJAV 2.1 3D TISKANJE

3D-tiskanje je tehnologija, pri kateri na osnovi računalniškega tridimenzionalnega modela izdelamo (natisnemo) fizični objekt. 3D tiskalnik pri svojem delovanju računalniško vodeno premika tiskalno glavo in kontrolirano nanaša material v različnih plasteh, dokler ne nastane končni izdelek. Zaradi številnih prednosti, ki jih nudi, se je 3D tiskanje v zadnjih letih začelo intenzivno raziskovati in razvijati tudi na področju živilske tehnologije (Liu in sod., 2017).

Trenutno je tehnologija v fazi razvoja, prav tako, zaradi kompleksnosti in cene opreme, še ni široko dostopna in se zaenkrat po učinkovitosti ne more primerjati s klasičnimi procesi proizvodnje živil (Dankar in sod., 2018). Komercialno jo že uporabljajo v vrhunski gastronomiji in pri nekaterih avtomatiziranih ponudnikih prehrane (npr. 3D tiskana pica). V živilski industriji je do neke mere že prisotno (npr. tiskanje bombonov in dražejev, risanje vzorcev). Z masovno uporabo tehnologije tridimenzionalnega tiskanja bi lahko korenito spremenili procese izdelave hrane in hkrati pozitivno vplivali na okolje.

2.1.1 Osnove tiska in različni načini tiska

Kvaliteta in natančnost natisnjenega izdelka je odvisna od uporabljenih materialov, procesnih dejavnikov in poprocesnih postopkov. Trenutno 3D tiskanje v živilskem sektorju temelji na 4 različnih tehnologijah tiskanja. V grobem tako poznamo:

• tehnologijo ekstruzije (iztiskanja) materiala,

• tehnologijo selektivnega sintranja (sprijemanja, navadno pod vplivom temperature),

• tehnologijo kapljičnega nanašanja ali brizganja veziva,

• tehnologijo kapljičnega nanašanja ali brizganja materiala.

Vsaka izmed omenjenih tehnologij ima svoje prednosti in omejitve ter je v uporabi za specifično vrsto živil ali za živila (oziroma sestavine) s podobnimi reološkimi lastnostmi.

Na kvaliteto in natančnost izdelka, narejenega s 3D-tiskanjem, najbolj vplivajo lastnosti vstopnih materialov, dejavnikov v procesu tiskanja in poprocesnih postopkov (peka/kuhanje, temperiranje, čiščenje oblike, ipd.) (Liu in sod., 2017). Za vsak tip tiskalnika imamo izbor primernih materialov, ki jih moramo v večini vnaprej pripraviti z mehansko obdelavo ali dodajanjem aditivov, ki izboljšajo kvaliteto izdelanih produktov.

(11)

2.1.1.1 Tehnologija ekstruzije materiala

Ekstruzijski 3D-tiskalnik hrane (ang. extrusion based printing) izdela živilo na osnovi iztiskanja materiala skozi šobo in njegovega enkratnega ali postopnega nalaganja na tiskalno mizo. Pred začetkom tiskanja glavo tiskalnika napolnimo s sestavinami, ki jih nato iztiskamo skozi šobe tako, da se tvorijo različne oblike, ki se nalagajo plast za plastjo. Tehnika ima veliko prednosti, saj podpira tiskanje veliko različnih živil in zaradi večjega števila šob in/ali tiskalnih cilindrov omogoča številne kombinacije živilskih sestavin, ter prav tako omogoča grafično dekoriranje izdelkov. Za to obliko 3D-tiskanja se največkrat uporabljajo mehki, pastozni materiali kot so topljena čokolada, sir, pire krompir, mesna pasta, arašidovo maslo, testo in hidrokoloidi (na primer škrob, agar). Slabost ekstruzije je daljši čas izdelave, izdelki so nagnjeni k popačenju in upogibanju. Za izdelavo zahtevnejših oblik je potrebno dodatno tiskanje podpornih struktur, ki jih nato po koncu procesa ročno odstranimo.

V primeru, ko gre za iztiskanje in odlaganje materiala na tiskalno ploščo pri sobni temperaturi, govorimo o hladni ekstruziji. Materiala toplotno ne obdelamo, ampak ga uporabljamo v osnovnem agregatnem stanju pri sobni temperaturi. Če uporabljamo materiale, ki sami po sebi niso primerni za tiskanje, jim moramo dodati aditive.

Pri čokoladi največkrat uporabljamo vročo ekstruzijo, kjer čokolado pred začetkom procesa temperiramo in segrejemo na želeno temperaturo, da preide v tekoče oziroma pol-tekoče agregatno stanje. Ob stiku se strdi in veže skupaj s tiskalno mizo oziroma s predhodno natisnjenim slojem.

Pri ekstruziji hidrokoloidnih raztopin gre za odlaganje materiala s pomočjo brizgalne igle v utrjevalno raztopino, ki premreži material v hidrokoloid.

Slika 1: Tehnologija ekstruzije materiala (Sun in sod., 2015b; Liu in sod., 2017).

2.1.1.2 Tehnologija selektivnega sintranja

Pri tehnologiji selektivnega sintranja (ang. selective sintering printing) gre za spajanje materiala v obliki prahu s pomočjo vira energije, kot sta laser ali vroč zrak. Z vnaprej določenim 3D modelom laser ali vroč zrak kontrolirano spajata material v prahu, ki se kontinuirno nanaša čez predmet, dokler tiskanje ni zaključeno. Metodo lahko uporabimo tudi za izdelavo 3D predmetov, ki imajo vsako plast narejeno iz druge snovi. Živilski materiali, ki se jih najpogosteje uporablja pri tehnologiji selektivnega sintranja, so sladkor oziroma praškasti materiali z visoko vsebnostjo sladkorja (na primer, kakav v prahu). Postopek je

(12)

zelo hiter in omogoča tudi izdelavo kompleksnih prehranskih izdelkov. Nekatere negativne lastnosti pa so, da lahko uporabljamo le materiale z dovolj nizko temperaturo tališča, prav tako pa je sam postopek dokaj zahteven.

Slika 2: Tehnologija selektivnega sintranja z vročim zrakom (A) in laserjem (B) (Sun in sod., 2015b; Noort in sod., 2017).

2.1.1.3 Tehnologija kapljičnega nanašanja ali brizganja veziva

Kapljično nanašanje ali brizganje veziva (ang. binder jetting) je metoda aditivne proizvodnje, pri kateri se material v prahu nanaša po plasteh, katerim se dodaja vezivo, ki selektivno veže praškast material v plasti. Z napredovanjem izgradnje nastaja 3D predmet z vnaprej določeno obliko. Natisnjen izdelek lahko nato naknadno obdelamo, da se predmet

»utrdi« in odstrani vezivo. Najbolj uporabni živilski materiali za to tehnologijo so moka, škrob in sladkor v prahu. Uporabljajo jo predvsem zaradi njene natančnosti in oblikovanja kompleksnih struktur. Metoda izdelave je hitra in poceni. Slabost je predvsem krhkost končnih izdelkov, zaradi česar ti niso primerni za daljši transport.

Slika 3: Tehnologija kapljičnega nanašanja ali brizganja veziva (Sun in sod., 2015b; Liu in sod., 2017).

(13)

2.1.1.4 Tehnologija kapljičnega nanašanja ali brizganja materiala

Tehnologija kapljičnega nanašanja ali brizganja materiala (ang. inkjet printing) je tehnika, pri kateri tiskalna glava prši kapljice materiala na tiskalno površino. Za tiskanje se uporabljajo materiali z nizko viskoznostjo. Uporabna je pri izdelavi slaščic, pri okraskih na piškotih in tortah ter na nadevih za pice. Metoda je enostavna in z njo lahko ustvarimo inovativne dekoracije na hrani. Metoda je bolj uporabna za 2D oblike (vzorce) in ima bolj omejeno uporabo za 3D oblike.

Slika 4: Tehnologija kapljičnega nanašanja ali brizganja materiala (Sun in sod., 2015b; Liu in sod., 2017).

2.1.2 Tehnološka zasnova tiskalnika

Pred začetkom samega tiskanja moramo oblikovati 3D računalniški model. Model lahko izdelamo, ali pa skeniramo že znano geometrijo. Z ustrezno programsko opremo 3D CAD model razrežemo (prenesemo) na posamezne plasti. Med tem postopkom se za vsako narezano plast ustvarijo strojne kode. Te numerične kode se prenesejo v tiskalnik in določajo območje in poti tiskanja, hitrost tiskanja in tiskalno os.

Tipičen 3D tiskalnik je sestavljen iz krmilnega vezja za povezavo računalnika in tiskalnika, sistema za vodenje motorjev, komore za shranjevanje/ mešanje tiskalnega sredstva, podajalnih valjev, senzorjev pretoka, regulatorjev tlaka, šob in tiskalne platforme.

Kakor ne obstaja univerzalni tiskalnik za 3D tiskanje materialov, tudi ni standardnih tiskalnikov za 3D tiskanje živil. Tiskalnike se prilagodi tako, da ustrezajo posebnim zahtevam za tiskanje hrane (lahko so to namensko prilagojene naprave, ali pa prilagojeni splošni 3D tiskalniki). Z uporabo računalniškega krmiljenja lahko optimiziramo spremenljivke, kot na primer: razdalja med vrsticami, hitrost pisanja, moč laserja, število, oblika in debelina plasti, temperatura tiskanja in hitrost hlajenja. S parametri tiskalnika, kot je na primer premer tiskalne šobe, hitrost gibanja šobe, razdalja med šobo in tiskalno platformo, razdalja med plastmi in temperatura tiskanja, pomembno vplivamo na izgled končnega izdelka.

(14)

Slika 5: Shema tipičnega ekstruzijskega 3D tiskalnika (Nachal in sod., 2019).

2.1.3 Primer dobre prakse

3D tiskanje je na področju živilske industrije v zadnjih letih predmet raziskav številnih znanstvenikov in se je pokazalo kot primer dobre prakse že na marsikaterem področju živilske industrije.

Velik potencial ima 3D tiskanje pri zagotavljanju hrane za starejše ljudi in ljudi z motnjami požiranja. Ti pogosto uživajo posebno predpisano hrano, ki je brez večje hranilne vrednosti in brez okusa. Z uporabo 3D tiskalnikov bi lahko pripravili prilagojene obroke vsakemu posamezniku. NASA vlaga precejšna sredstva v razvoj 3D tiskalnika, ki bi ga prenesli na vesoljsko postajo, kjer bi lahko tiskali hrano za astronavte. Kavarne že uporabljajo 3D tiskalnike za pripravo posebne kave. Posebna laserska glava tiskalnika lahko doda mlečno peno v obliki, ki so jo kupec želi ali pa na vrhu pene s kavnim ekstraktom natisne sliko. Še eno področje gastronomije, kjer se že na veliko uporabljajo 3D tiskalniki je priprava testenin.

Kupec pride v trgovino z USB pogonom, na katerem je pripravljen 3D model in natisne željeno obliko in količino testenin. Največ se 3D tiskanje hrane uporablja v slaščičarstvu.

Na razpolago je širok izbor materialov (čokolada, kreme, sladkor). Izdelamo lahko številne oblike kock sladkorja in bonbonov, preprosto in hitro, predvsem pa poceni lahko ustvarimo čokoladne vizitke, praline različnih oblik ali čokoladno darilo v obliki osebnega portreta (Zeleny in sod., 2017).

Danes eden najpogostejših tiskanih izdelkov je pica, ki pa je bila tudi prvi v celoti natisnjen živilski izdelek. Pizza je zaradi svoje plastnate strukture zelo primeren izdelek za tiskanje s 3D tiskalnikom (BeeHex sistem). V 1 minuti lahko uporabnik sam ustvari pico željene oblike in sestave, to pa je možno že naročiti preko spletne aplikacije (Garfield, 2017).

(15)

Raziskovalci so preučevali vpliv 3D tiskanja na kvaliteto procesiranega sira in ugotovili, da je bil sir, natisnjen s 3D printerjem, do 49 % mehkejši in je imel do 21 % višje topilne temperature v primerjavi s sirom, ki s to metodo ni bil tretiran (Le Tohic in sod., 2018).

Tehnologija selektivnega sintranja je bila uspešno uporabljena v povezavi s sladkorjem in s sladkorjem bogatimi praški, primer katerih je NesQuik. Ugotovili so, da lahko z njimi naredijo kompleksne in občutljive 3D strukture (Gray, 2010).

Tehnologija kapljičnega nanašanja ali brizganja materiala, pri kateri uporabljamo materiale z manjšo gostoto, se uporablja predvsem za površinske nadeve in slikovne dekoracije. S to metodo so uspeli nanesti jedilne tekočine na površino živila in s tem ustvarili privlačne slike (De Grood in De Grood, 2011).

2.2 ANTIOKSIDANTI 2.2.1 Osnove delovanja

Že pri normalni aerobni presnovi v celicah, pri vnetnih procesih in apoptozi nastajajo v našem organizmu prosti radikali in reaktivne kisikove spojine. Njihov nastanek lahko še pospešijo zunanji dejavniki (ionizirajoče sevanje, onesnaženo okolje, kemikalije).

Oksidativni stres nastane, ko je porušeno ravnotežje med nastajanjem prostih radikalov in antioksidativno obrambo telesa. Oksidativni stres v organizmu povzroča lipidno peroksidacijo, oksidativne poškodbe DNK in motnje celičnega signaliziranja.

Antioksidant je vsaka snov, ki večinoma že v majhni koncentraciji upočasni, prekine ali prepreči verižne reakcije oksidacije povzročene z reaktivnimi radikali ali drugimi reaktivnimi kisikovimi spojinami.

Glede na način delovanja, razdelimo antioksidante v primarne, sekundarne in terciarne.

Primarni antioksidanti nastajajo v organizmu ali pa jih tvorijo mikroorganizmi. Preprečujejo tvorbo prostih radikalov tako, da jih spremenijo v bolj stabilne produkte in s tem prekinejo verižno reakcijo avtooksidacije. Sekundarni antioksidanti zavirajo avtooksidacijo brez direktnega vključevanja v verižno reakcijo. Terciarni antioksidanti popravljajo poškodbe, ki jih v strukturi celice povzročajo prosti radikali.

Glede na izvor, delimo antioksidante na naravne in sintetične. Naravni antioksidanti se nahajajo v rastlinah, največkrat kot fenolne komponente, askorbinska kislina in karotenoidi.

Naravni viri antioksidantov so sadje, zelenjava, žita, semena, vino, čaj, olivno olje in aromatične rastline. Sintetični antioksidanti so kemikalije, ki jih dodajamo kot aditive v hrano, ker zavirajo oksidacijo.

Antioksidanti so učinkoviti pri preprečevanju in zdravljenju številnih kroničnih bolezni, ki jih povzročajo prosti radikali. Omejujejo biološko oksidacijo in igrajo ključno vlogo pri ohranjanju celične strukture in biomolekul, kot so lipidi, beljakovine in DNK. Prav tako vplivajo na delovanje različnih encimov, ki so vključeni v rast in proliferacijo celic.

Sposobni so zavirati vnos rakotvornih snovi in jim preprečiti vezavo na DNK, vplivajo na popravilo okvarjene DNK in sprožijo apoptozo tumorskih celic. Poleg tega vplivajo na presnovni sindrom (debelost, sladkorna bolezen, hipertenzija in ateroskleroza), delujejo nevroprotektivno, ščitijo pri nevrodegenerativnih boleznih (Alzheimerjeva in Parkinsonova

(16)

bolezen) in vplivajo na proizvodnjo nevrotransmiterjev. Antioksidanti, zlasti polifenoli, preprečujejo nastanek kroničnih vnetnih bolezni.

Antioksidanti so zelo pomembni pri ohranjanju kakovosti živil, zlasti tistih, ki vsebujejo lipide. Naravni antioksidanti v hrani so pogosto, vsaj delno, izgubljeni med predelavo ali skladiščenjem. Zato se antioksidanti izdelkom dodajajo, da povečajo njihovo stabilnost.

Zaradi večje varnosti, se uporabljajo pretežno naravni antioksidanti, kot so tokoferoli, askorbinska kislina in surovi rastlinski izvlečki. Dodatek sintetičnih antioksidantov je pod strogimi predpisi, zaradi možnih škodljivih učinkov na zdravje. Na splošno je izbira antioksidantov odvisna od izdelka, njihove kompatibilnosti in zakonskih smernic.

Antioksidanti za uporabo pri predelavi hrane morajo biti poceni, netoksični, učinkoviti pri majhnih koncentracijah (0,001–0,02 %), stabilni v procesu predelave, stabilni v končnih izdelkih in brez neželenih učinkov barve, okusa in vonja. Antioksidante v živila dodamo bodisi neposredno ali posredno z difuzijo iz embalaže (Shahidi in sod., 2010).

2.2.2. Antioksidanti v hrani

Najpomembnejši antioksidanti, ki jih pridobivamo s hrano, so vitamini, polifenoli in karotenoidi.

Vitamin C (askorbinska kislina) je najpomembnejši vodotopni antioksidant. V obliki askorbata je lovilec radikalov in reducent za reaktivne zvrsti kisika. Vitamin C je pomemben tudi zaradi sposobnosti regeneracije vitamina E in glutationa, zato ima z njima sinergistično delovanje.

Med lipofilnimi fenolnimi oksidanti je najbolj znan vitamin E (α-tokoferol). Zaradi lipofilnih lastnosti ga najdemo pretežno v lipofilnem dvosloju celične membrane, kjer ščiti pred lipidno peroksidacijo. Prav tako prepreči oksidacijo maščob in stabilizira prisotne karotenoide v oljih. Vitamin E deluje kot lovilec prostih radikalov. Ob prenosu fenolnega vodikovega atoma na peroksilni radikal maščobe nastane hidroperoksid in radikal vitamina E. Ob kopičenju α-tokoferil radikala lahko pride do prooksidativnih učinkov, zaradi redukcije ionov kovin Fe³⁺ in Cu²⁺ do Fe²⁺ in Cu⁺.

Βeta-karoten in drugi karotenoidi in oksikarotenoidi (npr. likopeni) so med najbolj raziskanimi antioksidanti v hrani. Pod določenimi pogoji zagotavljajo antioksidativno zaščito tkiv bogatih z lipidi. Βeta karoten sodeluje pri nevtralizaciji prostih radikalov, hkrati pa naj bi deloval sinergistično z vitaminom E (Yadav in sod., 2016).

Fenolne spojine so molekule na osnovi aromatskega obroča z eno ali več hidroksilnimi skupinami. Polifenoli spadajo med najbolj razširjene antioksidante v naši prehrani, med najbolj znanimi polifenoli so flavonoidi, antocianidi in resveratrol.

Flavonoidi so rdeči, beli in rumeni pigmenti cvetov, sadežev lubja in korenin v rastlinah. So direktni lovilci prostih radikalov, delujejo pa tudi posredno tako, da zaščitijo vitamin C pred oksidacijo. V človeškem telesu imajo flavonoidi vlogo modifikatorja biološkega odgovora.

V številnih študijah so potrdili protivnetno, antialergijsko, protivirusno in anti-kancerogeno delovanje. Zavirajo tudi procese staranja (Yadav in sod., 2016).

(17)

2.2.3 Antioksidanti v odpadni hrani in stranskih proizvodih

Statistika, ki jo je objavila Organizacija za prehrano in kmetijstvo (FAO) Združenih narodov je pokazala, da zavržemo približno eno tretjino proizvedene hrane za ljudi (FAO, 2017).

Študije so pokazale, da so lahko rastlinski odpadki vir dragocenih snovi na različnih področjih, tudi v živilski industriji. Netoksične naravne spojine z antioksidativnim delovanjem v odpadni hrani so pritegnile veliko pozornost, saj se potrošniki vse bolj zavedajo neposredne povezave med prehrano in zdravjem. Vse več je raziskav osredotočenih na iskanje novih virov antioksidantov, optimizaciji njihove ekstrakcije in čiščenja.

Borovnice, aronija, maline in robide se uporabljajo v proizvodnji sokov, marmelad in želejev. Pri tem ostaja velika količina odpadkov, ki so dobra surovina za pridobivanje olja.

Poleg vsebnosti linolne (omega -6) in α -linolenske (omega -3) maščobne kisline, so ta olja bogata tudi z bioaktivnimi spojinami, kot so tokoferoli, fenoli, steroli in karotenoidi, ki imajo antioksidativne lastnosti. Pri predelavi jabolk ostaja heterogena mešanica lupin, tropin in semen. Odpadki jabolčnih lupin so lahko odličen vir naravnih antioksidantov in bioaktivnih spojin, ki lahko pozitivno vplivajo na zdravje ljudi. Proizvodnja agrumov se vsako leto povečuje. Kar 50–60 % plodu pomaranče, vključno s semeni, lupino in segmentno membrano pri proizvodnji soka konča kot odpadek. Lupina citrusov, ki predstavlja 50 % mokre sadne mase, vsebuje flavonoide, karotenoide, polifenole, askorbinsko kislino, pektin, prehransko vlaknino in eterična olja. Pulpa pomaranče pa ima še večjo antioksidativno aktivnost kot lupina. Študije so potrdile zaščito pred prostimi radikali in vpliv na sposobnost popravljanja DNK. Pri predelavi krompirja in paradižnika nastanejo stranski proizvodi, bogati z antioksidanti. Študije so pokazale, da bi se odpadki pri predelavi krompirja in paradižnika lahko uporabili kot naravni antioksidativni dodatki za zaščito rastlinskih olj.

Glavne antioksidativne spojine, odkrite v odpadkih krompirja, so bile kofeinska kislina, klorogenska kislina, protokatekuična kislina, parahidroksibenzojska kislina in galna kislina.

Antioksidativno in protiproliferativno delovanje paradižnikovih odpadkov je bilo povezano z β-karoteni in likopeni. Snovi z antioksidativnim delovanjem so odkrili tudi v odpadkih, nastalih pri predelavi čebule, orehov, kave, oliv, artičok, nezrelega sadja, … (Sosacci in sod., 2017).

2.3 TISKANJE Z UPORABO ODPADNE HRANE 2.3.1 Odpadna hrana

Odpadna hrana je trenutno eden večjih globalnih problemov in je direktno povezana s svetovno lakoto. Čeprav se pridela dovolj hrane za vse, je zaradi problemov v distribuciji na svetu bilijon ljudi, ki živijo v hudi lakoti. Vsako minuto na svetu zavržemo 1000 ton odpadne hrane, 75 % te že med pridelavo in skladiščenjem. Veliko k temu pripomorejo tudi gospodinjstva in živilske trgovine, ki v povprečju zavržejo 35 % vse kupljene hrane (t.j., vsak tretji obrok) (Zuckerman, 2020).

Odpadna hrana je problem, tako zaradi svetovne lakote, zaradi nepotrebnega obremenjevanja okolja, kakor tudi nepotrebnih stroškov njene proizvodnje, prodaje in porabe. Velikokrat pozabljamo, da za odpadno hrano stoji še ogromno naravnih virov, ki jih s tem brez potrebe izčrpavamo. Prav tako na svetovni ravni odpadna hrana ustvarja 8 % vseh antropogenih toplogrednih emisij (Kaplan, 2021).

(18)

Da bo dovolj hrane, bo v prihodnosti, zaradi večanja števila svetovnega prebivalstva, potrebno preiti na pridelavo in proizvodnjo hrane z višjo energijsko vrednostjo, hkrati pa bo potrebna boljša kultura hrane in preprečevanje nastajanja odpadne hrane. Velikokrat se tudi ne zavedamo, da je vsebnost bioaktivnih komponent višja v delu živila, ki ga zavržemo (npr.

olupki sadja in zelenjave), kot v tistem delu, ki ga zaužijemo. Prav tako so lahko nekateri ostanki hrane (zlasti neužitni del, ki se mu v trenutnem stanju ne moremo izogniti) vir pomembnih snovi, s katerim lahko izboljšamo lastnosti končnega izdelka.

Negativni učinki intenzivne uporabe sintetične plastike so dali nov zagon iskanju biopolimerov iz živilskih odpadkov. Med najbolj zanimivimi poskusi so tisti, ki jih izvaja raziskovalna skupina iz Italije. Ta izdeluje biopolimere iz pektinov, ki jih vsebujejo pomarančne in jabolčne lupine, iz alginatov, pridobljenih iz alg, in iz hitozana iz lupin rakov.

Z uporabo tehnologije 3D tiskalnikov in tako pridobljenih polimerov se odpirajo neslutene možnosti na področju elektroprevodnikov in elektronike, kmetijstva (npr. za izdelavo transportnih posod, ki se lahko položijo v zemljo skupaj z rastlinami, kjer se spremenijo v kompost). Velika je možnost uporabe na področju oblikovanja in gradbeništva. Potekajo raziskave za uporabo odpadkov iz kmetijsko-živilske industrije za izdelavo biomaterialov za regeneracijo kostnega in hrustančnega tkiva iz jabolčnih tropin (Cecchini, 2017).

2.3.2 Uporaba suhih čebulnih luskolistov

Čebulni odpadki (t.j. zunanji suhi luskolisti) nastajajo pri proizvodnji in predelavi čebule ter predstavljajo četrtino celotne mase pridelane čebule (Osojnik Črnivec in sod., 2021).

Zunanje plasti, ki čebulo ščitijo pred okoljskimi dejavniki, in jih navadno pri predelavi zavržemo, vsebujejo višje količine bioaktivnih snovi, kot notranjost čebule, ki jo uporabimo.

Čebulni odpadki predstavljajo velik potencial, saj je čebula poleg paradižnika druga najpogosteje pridelana zelenjava v Evropi. V Evropi je letna ocenjena količina čebulnih odpadkov 450 000 ton. Glede na veliko količino čebulnih odpadkov se postavlja zanimivo vprašanje kako izkoristiti esencialne maščobne kisline, ogljikove hidrate, prehranske vlaknine, aromatske komponente in bioaktivne sestavine suhih čebulnih luskolistov. Ti so zato naraven, poceni in hitro dostopen vir antioksidantov (Osojnik Črnivec in sod., 2021).

Lupina čebule je polna z flavonoidoma kvercetinom in kamferolom. Flavonoidi so ena od skupin polifenolnih spojin, ki imajo antioksidativno delovanje. Kvercetin je rumen kristal, ki ni topen v vodi, je pa relativno topen v maščobah in alkoholu (Li in sod., 2016).

Predstavlja več kot 85 % vseh flavonoidov v zreli čebuli. Vsi flavonoidi v zavrženih čebulnih listih pa imajo bioaktivne lastnosti in potencialno koristne učinke na zdravje. Kvarcetin ima antikancerogene, antioksidativne, protivnetne in antimikrobne učinke. Antimikrobno deluje na bakterije Bacillus cereus, Escherichia coli in Pseudomonas fluorescens (Škerget in sod., 2009; Osojnik Črnivec in sod., 2021).

Zaradi kvercetina in drugih bioaktivnih komponent odpadnih suhih čebulnih luskolistov, so le-te začeli dodajati živilskim proizvodom. Najbolj popularna oblika pri potrošnikih je čebulni ekstrakt v obliki kapsul, ker je v ekstraktu vsebnost kvercetina bistveno večja kot v izvornih čebulnih luskolistih (Cronin in sod., 2016).

(19)

2.3.3 Uporaba alg

Spirulina je prosto plavajoča filamentna mikroalga, ki raste v slanih vodah v tropskih in subtropskih območjih. Razširjena je kot prehransko dopolnilo, saj je dober vir antioksidantov, maščobnih kislin, proteinov (60-70 % suhe mase), aminokislin, vitaminov in mineralov. Spirulina je s hranili bogato živilo brez znanih škodljivih učinkov. Uporablja se v prehrani ljudi in živali, najdemo jo tudi v kozmetični industriji, uporabljata jo tudi ESA (European Space Agency) in NASA (National Aeronautics Space Agency) na dolgotrajnih poletih v vesolje. Spiruline pa kljub vsem pozitivnim vplivom na zdravje in dejstvu, da je je v presežku, še vedno ne uporabljamo dovolj. Študije kažejo obetajoče rezultate pri preprečevanju nekaterih oblik raka, debelosti, anemičnosti, nekaterih vrstah alergij in številnih drugih boleznih. Deluje tudi protivnetno in antioksidativno (Asghari in sod., 2016).

Spirulina je vir klorofila, fikocianina in karotenoidov. Klorofil ima antioksidativne in antimutagene lastnosti. Nahaja se v številnih izdelkih kot aditiv ali naravno barvilo. Derivati klorofila so znani kot močni antioksidanti in jih v majhnih količinah najdemo v sadju in zelenjavi. Fikocianini so snovi, ki ločijo spirulino od vseh drugih zelenih živil, kot je Chlorella, saj aktivirajo imunski sistem ter služijo za zaščito jeter in ledvic. Karotenoidi, ki so običajno uporabljeni kot naravna barvila, delujejo tudi kot antioksidanti in preprečujejo nastanek raka. Beta karoten, eden izmed karotenoidov, je ena najbolj učinkovitih substanc za deaktivacijo prostih radikalov. Spirulina je živilo, ki ima izmed vseh poznanih živil največjo vsebnost beta karotena. Vsebuje ga več kot 10x več kot korenček ali katero koli drugo živilo (Asghari in sod., 2016).

V raziskavi so ugotavljali vpliv dodajanja mikroalg na fizikalno kemijske lastnosti 3D - tiskanega testa in prigrizkov. Dodatek mikroalg je spremenil lastnosti testa, predvsem vsebnost vlage, teksture in izgled izdelka. Dodatek 3 do 4 % mikroalg je omogočal najbolj natančno tiskanje. Prigrizki, obogateni z mikroalgami, so imeli bolj zelene odtenke, na katere pa so lahko vplivali s peko (rjavi toni). Hranilne koristi so se pokazale pri dodatku do 3 g mikro alg/100 g vzorca. Najprimernejše je bilo tiskanje na osnovi ekstruzije (Wandurraga in sod., 2020).

(20)

3 MATERIAL IN METODE 3.1 MATERIAL

V nalogi smo z uporabo 3D tiskanja pripravili piškote s 6 različnimi recepturami. Za pripravo tiskalne mase smo uporabili:

• maslo (surovo maslo I. vrste, Mercator)

• sladkor (beli kristalni sladkor, Mercator)

• jajčne beljake (jajca M, hlevska reja, Mercator)

• pšenično moko (tip 400, Žito)

• koruzno moko (Mlinotest)

• čebulni prah

• spirulino (Bio spirulina powder, Nature’s finest)

• zeleno barvilo za živila (Zelena 06 062, IFF)

• peki papir (Peki papir v listih, Alufix) 3.2 APARATURE

• 3D tiskalnik (Foodini 3D, Natural Machines)

• Naprava za ročno izdelavo piškotov (Pistola Sparabiscotti, Imperia & monferri)

• Kromometer (CR – 400, Konica Minolta)

• Teksturometer (TA.XT plus Texture Analyser, Stable Micro Systems Ltd.)

• Analizator vlage (HE 73/03 MoistureAnalyser, Mettler- Toledo)

• Sušilnik (UFE 500, Memmet)

• Tehtnica (Exacta 2200 EB, Tehtnica Železniki)

• Grobi mlinček (Philips, Daily collection, 450W, 0,7L)

• Kroglični mlinček (MM200, Retsch)

• Stepalnik (MQ90001, Siemens)

• Kavni mlinček (TSM6A011W, Bosch) 3.3 METODE

3.3.1 Tiskanje in peka piškotov

V nalogi smo pripravili piškote s 3D tiskanjem in naknadno peko tiskanih oblik. Pripravili smo piškote s 6 različnimi recepturami (3 s pšenično moko in 3 s koruzno moko brez glutena). Prva skupina piškotov je bila brez dodatkov, drugi skupini je bila dodana spirulina, tretji skupini pa čebulni prah (Preglednica 2).

Količino dodatka smo optimizirali glede na preliminarne poskuse primernosti za tiskanje in izrazitosti okusa (Preglednica 1).

Preglednica 1: Vpliv dodatka spiruline na primernost za tiskanje in okus.

Količina spiruline Primernost za tiskanje Okus

2 % Neprimerno za tiskanje Preintenziven, premočan

1 % Primerno za tiskanje Zaznaven

0,5 % Primerno za tiskanje Nezaznaven

(21)

Na osnovi preliminarnih poskusov (Preglednica 1) smo za izbrano količino dodatka izbrali 1 % spiruline in suhih čebulnih luskolistov. Pri dodatku večjih količin nam je namreč želiranje spiruline preprečevalo tisk, prav tako pa je bil okus v nekaterih primerih že preveč intenziven. Lahko bi uporabili dodatek 1 % ali 0,5 %. Uporabili smo 1 %, ker smo hoteli prikazati bolj ločljive rezultate.

Preglednica 2: Receptura za posamezno vrsto piškotov (količina je zadoščala za pripravo 6 piškotov/recepturo).

Sestavine Vrsta piškotov

brez dodatkov dodatek čebule dodatek spiruline

dodatek barvila

Maslo (g) 70,4 70,4 70,4 70,4

Sladkor (g) 28,2 28,2 28,2 28,2

Beljaki (g) 16,9 16,9 16,9 16,9

Moka ^a (g) 74,5 72,6 72,6 74,5

Spirulina (g) / / 1,9 /

Čebulni prah (g) / 1,9 / /

Zelena 06 062 (g) / / / 0,02

a – bodisi pšenična bodisi koruzna

Zaradi oteženih razmer dela v laboratoriju, povezanih s pandemijo Covid-19, smo del piškotov v laboratoriju pripravili s 3D tiskalnikom (Foodini, Natural Machines) in jih uporabili za meritve trdote, drugo šaržo pa naredili z uporabo ročne naprave za izdelavo piškotov in jih uporabili za vrednotenje barve, vlage in senzoričnih lastnosti. V obeh primerih smo uporabili enako recepturo in postopek izdelave.

Zeleno barvilo, pod trgovsko kodo Zelena 06 062, je mešanica treh barvil, ki jih povezuje nosilec (dekstroza) in sredstvo proti sprijemanju (silicijev dioksid - E551). Ta barvila so:

tartrazin (E102), črna- brilliant black (E151) in modra- patent blue V (E131). Dovoljeno doziranje tega barvila za fine pekovske izdelke je 200 mg/kg (Pravilnik o aditivih za živila, 2004).

Piškote smo pripravili po sledečem postopku:

Predpriprava:

Vse sestavine temperiramo na sobni temperaturi. Kristalni sladkor zmeljemo v kavnem mlinčku. Zmleti sladkor presejemo, da odstranimo morebitne večje delce, ki bi lahko ovirali prehod šobe pri tiskanju. Jajca ločimo in uporabimo samo beljake, ki jih rahlo premešamo, da postanejo enotni, a se ne spenijo. Pečico predgrejemo na 160 °C (uporabimo kondukcijsko gretje).

Testo za piškote:

Maslo in sladkor penasto stepemo do konstantne teksture mešanice. Postopoma v treh delih dodamo beljake in stepamo do penaste strukture. V mešanico v dveh delih dodamo presejano moko (oziroma presejano moko z dodatkom spiruline ali čebulnega prahu) ter počasi vmešamo, da dobimo enakomerno zmes, pri čemer smo pozorni, da ne nastajajo grudice ali zračni mehurčki.

(22)

Polnjenje kartuše za ročno pripravo/ 3D tiskanje:

Maso z brizgalno vrečko nabrizgamo v razstavljen ekstrudor. Tu pazimo, da med brizganjem v maso ne ujamemo zračnih mehurčkov. Zaženemo program 3D tiskanja ali ročno pripravimo piškote. Natisnjen izdelek pred peko učvrstimo v hladilniku (2-8 °C, 10 min).

Sušenje natisnjenega izdelka:

Izdelek sušimo v sušilniku pri 160°C 19 min. V sušilnik jih prenesemo takoj, ko jih vzamemo iz hladilnika. Piškote ohladimo pri sobni temperaturi in shranimo do nadaljnje uporabe. Vse piškote smo do nadaljnjega hranili v temi, v škatlah za piškote. Shranjevanje piškotov smo spremljali 8 tednov, glede na običajen rok uporabe piškotov (8 tednov).

3.3.2 Priprava čebulnega prahu

Čebulni prah smo pripravili tako, da smo zračno suhe zunanje luskoliste rumene čebule najprej v grobem mlinčku (Daily Collection, Philips) sesekljali na manjše kose, potem pa smo jih zmleli v prah na krogličnem mlinu (MM200, Retsch). V krogličnem mlinu smo približno 8 g sesekljanih listov čebule dali v posamezni mlevni cilinder in jim dodali 4 kroglice iz nerjavečega jekla s premerom 15 mm. Postopek je trajal 2-krat po 30 sekund pri frekvenci 30 Hz.

3.3.3 3D tiskanje

3D tisk smo izvedli s profesionalnim tiskalnikom za hrano Foodini podjetja Natural Machines, ki deluje na osnovi ekstruzije in se ga uporablja predvsem v gastronomiji, kakor tudi za raziskave v živilskem sektorju. Tiskalnik tehta 20 kg, ima integriran računalnik za samostojno delovanje in omogoča uporabo petih, individualno termostatiranih, tiskalnih kapsul ter možnost vzdrževanja temperature med tiskanjem (do 90 °C). Tiskalnik omogoča tiskanje živil do polmera 257 mm in višine 110 mm.

Slika 6: Tiskalnik za hrano Foodini (Foodini, Natural Machines).

Za tiskanje piškotov smo oblikovali enostavni oblikovni 2D model, kjer smo v tiskalnem protokolu določili višino posamezne oblikovne plasti. Pred tiskanjem končnih izdelkov smo optimizirali parametre tiskanja. Končne izdelke smo tiskali pri sobni temperaturi s šobo premera 1,5 mm in s hitrostjo 2500 mm/min. Razmak med plastmi je bil 1,95 mm.

Po tiskanju smo piškote za 10 min hranili v hladilniku in jih nato pekli v sušilniku 19 min pri temperaturi 160 °C.

(23)

Slika 7: 2D model, tiskanje in končni izdelek.

Preglednica 3: Čas izvajanja meritev.

Dan/Metoda dan 1 dan 7 dan 30 dan 60

Merjenje vsebnosti vode X X X X

Merjenje parametrov barve X X X X

Merjenje trdote X X

Senzorika X

3.3.4 Vsebnost vode

Vsebnost vode smo določali z uporabo avtomatskega gravimetričnega halogenskega analizatorja vlage Mettler Toledo HE 73/03 (Mettler-Toledo AG). Vzorce smo pred meritvami strli v terilnici in jih položili na steriran aluminijast pladenj za merjenje (približno 0,5g vzorca/meritev). Posamezna meritev je trajala 10 minut. Pri vsaki meritvi smo izmerili vse vzorce, v šestih paralelkah.

3.3.5 Merjenje parametrov barve

V obdobju shranjevanja piškotov smo stabilnost parametrov barve spremljali s kromometrom (Cromameter CR - 400; Konica Minolta). Parametre barve smo merili v sistemu CIE (fr. Commission Internationale de l'Eclairage) z vrednostmi L* (svetlost vzorca), a* (rdeči do zeleni barvni odtenki) in b* (rumeni do modri barvni odtenki).

Celokupno spremembo barve (ΔE) smo izračunali po formuli:

(ΔE) = ([Δa*]² + [Δb*]² + [ΔL*]²)^1/2 … (1)

Če je ΔE manjši od 1,5 pomeni, da sprememba barve ni opazna, če je ΔE med 1,5 in 3, je sprememba barve opazna, če je ΔE večji od 3, je sprememba barve zelo opazna in jo opazi tudi laični opazovalec.

Izračunali smo tudi intenzivnost barve c* po formuli:

(c*) = ([a*]² + [b*]² )^1/2 …(2)

Pri posamezni meritvi smo izmerili vrednosti na treh piškotih (na zgornji in spodnji strani vsakega piškota) za posamezno recepturo. Predvideni rok uporabnosti piškotov je bil ocenjen na 2 meseca.

(24)

3.3.6 Merjenje trdote

Za določanje meritev trdote smo piškote natisnili, jih posušili v sušilniku, ohladili in pospravili v posodo za shranjevanje. Trdoto smo izmerili z aparatom TA.XT plus (Texture Analyser, Stable Micro Systems Ltd.,). Uporabili smo rezilo WB giljotina (»blade set with knife«), s katerim je merilna naprava piškot prerezala in izmerila trdoto v N. Trdoto piškotov smo merili po enem tednu (7 dni) in po enem mesecu (30 dni) po izdelavi. Vsako meritev smo izvedli v treh ponovitvah (3 piškoti) in izračunali povprečje meritev.

Slika 8: Merjenje trdote.

3.3.7 Senzorična analiza

Senzorična analiza je definirana kot znanstvena disciplina prepoznavanja in opisovanja senzoričnih lastnosti, zaznanih s človekovimi čuti (Golob in sod., 2005).

V nalogi smo uporabili všečnostni test, ki spada med hedonske afektivne preskuse. Ti nam pokažejo sprejemljivost našega izdelka za potrošnika. Uporabili smo vprašalnik, ki je vseboval 9- točkovno hedonsko lestvico in preferenčni test z rangiranjem. Pri 9-točkovni hedonski lestvici smo preskuševalce spraševali po videzu, vonju, okusu, aromi, občutku v ustih, celokupnem ugajanju piškota ter o tem, ali prepoznajo dodatek v piškotu. Pri preferenčnem testu z rangiranjem so preskuševalci morali razvrstiti piškote od tistega, ki jim najmanj ugaja do tistega, ki jim najbolj ugaja. Preskus je obsegal vseh 7 vzorcev, ki so bili označeni s črkami od A do I in s številkami od 1 do 7. Vzorec 7 je bil kontrola z dodanim zelenim barvilom, da bi preverili, kako zelena barva vpliva na okus. Skupino preskuševalcev je sestavljalo 25 študentov 2. in 3. letnika različnih smeri študija na Biotehniški fakulteti, ki so kot izbirni predmet izbrali Senzorične metode. Rezultate smo obdelali z metodo vsot rangov in povprečno oceno posameznih lastnosti na hedonski lestvici. Manjši kot je bil seštevek za posamezen piškot, slabše je bil ocenjen. Če je piškot ocenjen z manj kot polovico vseh točk, se smatra kot nesprejemljiv.

4 REZULTATI Z RAZPRAVO

Zaradi boljše preglednosti rezultatov, smo vzorce označili z dvema črkama, pri čemer se prva črka nanaša na vrsto moke, iz katere je bil piškot narejen (P- pšenična moka, K- koruzna moka), druga črka pa na vrsto dodatka (N- brez dodatka, Č- dodatek čebulnega prahu, S- dodatek spiruline, K- kontrolni vzorec oziroma dodatek zelenega živilskega barvila). Na primer »PS« se tako nanaša na piškote, ki so narejeni iz pšenične moke z dodatkom spiruline.

(25)

Slika 9: Piškot brez dodatka, z dodatkom spiruline in z dodatkom čebulnega prahu.

4.1 SENZORIČNA ANALIZA

Senzorično analizo smo izvedli, ker nas je zanimal vpliv moke in dodatka na različne parametre hedonskih preskusov in posledično potencialna primernost izdelka za trg.

4.1.1 Preferenčni test z rangiranjem

Slika 10: Rezultati preferenčnega testa z rangiranjem

Legenda: PN- iz pšenične moke brez dodatka, PS-iz pšenične moke z dodatkom spiruline, PČ- iz pšenične moke z dodatkom čebulnega prahu, KN- iz koruzne moke brez dodatka, KS- iz koruzne moke z dodatkom spiruline, KČ-iz koruzne moke z dodatkom čebulnega prahu, K-iz pšenične moke z dodatkom zelenega živilskega barvila.

Za pridobitev rezultatov smo uporabili metodo seštevanja rangov. Preskuševalci so piškote razvrstili po všečnosti, pri čemer je 1 pomenila najmanj všečen in 7 najbolj všečen. Potem smo za vsak piškot range sešteli. Tisti, ki je zbral največ točk, je bil preskuševalcem najbolj všečen. Največ točk je zbral piškot PN, nato piškot K, ki mu je po okusu enak, ampak mu je dodano zeleno barvilo (brez okusa). Predvidevamo, da je preskuševalcem bolj všeč nevtralna kot zelena barva piškota. Najslabše je bil ocenjen piškot KS. Predvidevamo, da je to zaradi kombinacije spiruline in koruzne moke, saj so bili piškoti z dodatkom spiruline (PS in KS) slabše ocenjeni kot piškoti z dodatkom čebulnega prahu (PČ, KČ) in piškoti brez dodatka (PN, KN), prav tako pa so bili piškoti, narejeni iz koruzne moke slabše ocenjeni kot piškoti, ki smo jih naredili s pšenično moko.

126

110 116

91

58

82

117

0 20 40 60 80 100 120 140

PN PS PČ KN KS KČ K

seštevek rangov

piškot

(26)

4.1.2. Ocenjevanje lastnosti po 9-stopenjski hedonski lestvici

Preglednica 4: Rezultati senzoričnega preskusa.

videz vonj Okus Aroma občutek v

ustih

celokupno povpr. SD povpr. SD povpr. SD povpr. SD povpr. SD povpr. SD PN 7,6 1,7 6,5 1,9 6,2 1,3 6,0 1,2 5,8 1,9 6,6 1,4 PS 4,0 2,4 6,2 2,0 6,4 1,6 6,4 1,6 6,6 1,8 6,4 1,6 PČ 7,4 1,6 5,5 2,1 6,0 2,1 5,8 2,1 6,6 1,9 6,2 2,1 KN 7,1 1,4 5,9 1,6 5,7 2,2 5,8 2,2 4,7 2,8 5,4 2,0 KS 4,8 2,4 5,4 2,0 5,0 2,0 4,9 2,0 4,3 2,4 4,9 2,1 KČ 7,4 1,6 5,6 1,9 5,2 2,0 4,8 1,9 4,6 1,9 5,0 1,7 K 4,8 2,8 5,5 1,8 6,2 1,7 6,1 1,5 6,5 1,9 6,1 1,6 Legenda: PN- iz pšenične moke brez dodatka, PS-iz pšenične moke z dodatkom spiruline, PČ- iz pšenične moke z dodatkom čebulnega prahu, KN- iz koruzne moke brez dodatka, KS- iz koruzne moke z dodatkom spiruline, KČ-iz koruzne moke z dodatkom čebulnega prahu, K-iz pšenične moke z dodatkom zelenega živilskega barvila.

Slika 11: Rezultati ocenjevanja posameznih lastnosti piškotov po 9- stopenjski hedonski lestvici.

Pri ocenjevanju lastnosti po 9- stopenjski hedonski lestvici smo ocenjevali videz, vonj, okus, aromo, občutek v ustih in celokupno všečnost piškotov. Po videzu so bili najbolj všečni piškoti PN, PČ, KN in KČ, najmanj pa piškoti PS, KS in K. Gre za piškote zelene barve, zato predvidevamo, da so preskuševalcem bolj všeč piškoti, ki so za piškote značilnih barv.

Vonj piškotov je bil bolje ocenjen pri piškotih, ki so bili narejeni s pšenično moko (PN, PS, PČ in K), ne glede na dodan dodatek. Po okusu in aromi so bili preskuševalcem bolj všeč piškoti brez dodatkov (PN in KN) in piškoti, ki so bili narejeni s pšenično moko (PN, PS, PČ). Piškot K je bil, razen dodanega zelenega barvila, po okusu enak piškotu PN in je dobil za okus podobno oceno kot vzorec PN. Predvidevamo, da barva piškota ni vplivala na okus piškota. Po občutku v ustih so bili preskuševalcem veliko bolj všeč piškoti iz pšenične moke (PN, PS, PČ in K), kot pa piškoti iz koruzne moke (KN, KS in KČ), katerih struktura je bila bolj zrnata. Celokupno je bil preskuševalcem najbolj všeč vzorec PN, ki je bil brez dodatkov.

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

PN PS PČ KN KS KČ K

povprečna ocena (1-9)

piškot

videz vonj okus aroma občutek v ustih celokupno

(27)

Vzorci PS, PČ in K pa so imeli primerljivo celokupno oceno. Precej nižjo oceno so dobili piškoti, narejeni iz koruzne moke. Glede na rezultate sklepamo, da čeprav so preskuševalcem najbolj všeč navadni piškoti iz pšenične moke, piškoti enake vrste z dodatki dosegajo dokaj primerljive rezultate. Predvidevamo, da potencialne kupce dodatki v piškotih, ob predpostavki, da pozitivno vplivajo na zdravje in daljšo obstojnost piškotov, ne bi motili.

Ko smo preskuševalce spraševali po dodatku v piškotih, je večina za piškot PN menila, da je brez dodatkov, nekateri pa so zaznali okus vanilije, smetane in limone. Za piškote PS jih je večina menila, da imajo dodatek, predvidevali so, da gre za barvilo, alge, špinačo, Macho in klorofil. Pri piškotu PČ jih je večina prav tako prepoznala dodatek, navedli pa so dodatek paprike, arome mesa, sladkega sadja, začimb, nečesa pekočega in nečesa slanega. Pri piškotu KN so skoraj vsi prepoznali dodatek, odgovori pa so bili zelo podobni, večinoma so navajali koruzo, zdrob in polento, nekdo pa je navedel tudi kurkumo. Pri piškotu KS jih je večina prepoznala dodatek, odgovori pa so bili, da je piškotom dodana špinača, koruza, barva, alge, konoplja, mak, zelišča in spirulina. Pri piškotu KČ so prav tako preskuševalci dodatek prepoznali, navedli so paradižnik, koruzo, umetno barvilo in sladilo, rdeče alge, začimbe, nekdo pa je omenil čebulo. Pri piškotu K je večina menila, da je piškotu dodana meta ali barvilo.

4.2 VSEBNOST VODE

Med shranjevanjem piškoti nase vežejo vlago, s čimer se poslabšujejo njihove teksturne lastnosti (mehčanje testa), prav tako pa vsebnost vode vpliva na mikrobiološki in kemijski kvar izdelka.

Preglednica 5: Meritve vsebnosti vode.

1.dan 7.dan 30. dan 60. dan razlika 60. dan-1. dan povpr.

(%)

SD povpr.

(%)

SD povpr.

(%)

SD povpr.

(%)

SD

PN 2,14 0,34 2,68 0,07 2,71 0,21 2,93 0,06 0,79

PS 2,08 0,24 2,14 0,08 2,32 0,03 2,77 0,14 0,69

PČ 2,05 0,11 2,01 0,04 2,58 0,08 2,78 0,04 0,73

KN 2,77 0,18 2,99 0,17 3,07 0,06 3,54 0,10 0,78

KS 2,79 0,05 2,56 0,20 2,76 0,11 3,26 0,10 0,46

KČ 2,22 0,17 2,28 0,17 2,44 0,06 2,92 0,09 0,70

(28)

Slika 12 : Meritve vsebnosti vode.

Pri vseh vzorcih piškotov se je s časom shranjevanja vsebnost povečevala vsebnost vode povečevala. Ugotovili smo, da se, ne glede na vrsto uporabljene moke, pri uporabi dodatkov (vzorci PS, PČ, KS, KČ), vsebnost vode ni povečala toliko, kot v piškotih brez dodatkov (PN, KN), kar kaže na to, da je prisotnost dodatkov v relativno majhni koncentraciji vplivala na zmanjšanje higroskopnosti materiala. Manjša vezava vode je bila bolj očitna pri dodatku spiruline (zlasti pri vzorcu KS), manj pa pri dodatku čebulnega prahu (vzorca PČ in KČ). Za boljše poznavanja vpliva dodatkov na podaljšano obstojnost piškotov bi morali preučiti še vpliv na vodno aktivnost izdelkov ter spremljati učinek antioksidantov na razvoj kvarljivcev v živilu.

V primeru, ko smo uporabili pšenično moko (vzorci PN, PS, PČ) opažamo, da je bil začetni in končni delež vode nižji, razlika v vsebnosti vode med 1. in 60. dnem pa večinoma primerljiva s piškoti iz s koruzne moke (vzorca KN, KČ).

4.3 PARAMETRI BARVE

Preglednica 6: Sprememba barve.

ΔE med 1. in 2. meritvijo ΔE med 1. in 4. meritvijo

PN 2,34 2,51

PS 1,86 3,19

PČ 2,95 6,91

KN 4,08 6,74

KS 4,57 2,06

KČ 4,28 2,33

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00

PN PS PČ KN KS KČ

Vsebnost vode(%)

Receptura

1.dan 7.dan 30. dan 60. dan razlika 60. dan-1. dan

(29)

Slika 13: Meritev spremembe barve.

Slika 14: Intenzivnost barve piškotov pri prvem in četrtem merjenju.

Parametre barve med shranjevanjem smo določali, ker je konsistentnost barve izdelka pomembna za njegovo vizualno kakovost, prav tako pa je lahko posredni kazalec kvarjenja živil.

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

PN PS PČ KN KS KČ

ΔE

Piškot ΔE med 1. in 4. meritvijo

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

PN PS PČ KN KS KČ

intenzivnost barve

Piškot

c* pri 1. meritvi c* pri 4. meritvi

(30)

Vse izmerjene vrednosti kažejo, da se je med shranjevanjem vzorcev barva piškotov spremenila, do mere, da bi bila ta sprememba opazna tudi laičnemu opazovalcu. Med piškoti s pšenično moko (PN, PS, PČ) je bila sprememba barve najbolj očitna pri piškotih z dodatki (PS in PČ, ΔE >3).

Pri meritvah narejenih z koruzno moko (KN, KS, KČ), ki je že v osnovi bolj intenzivno obarvana kot pšenična moka, pa je bila celokupna sprememba barve piškotov z dodatki med shranjevanjem manjša od piškotov brez dodatkov. V tem primeru (vzorec KN), je bila celokupna sprememba zelo opazna, kar kaže na samo slabšo barvno obstojnost same koruzne moke. Z dodatki smo barvno obstojnost izdelkov s koruzno moko precej izboljšali, saj je bila pri teh celokupna sprememba barve srednje opazna (med 1,5 in 3), kar pri relativno majhnih količinah dodatkov morda kaže na možne interakcije pri tovrstni stabilizaciji. Pri meritvah pri koruzni moki smo dobili pričakovane rezultate in ugotovili, da dodajanje spiruline in čebulnega prahu pozitivno vpliva na obstojnost barve piškotov.

Na sliki 15, ki prikazuje intenzivnost barve c*, opazimo, da je med prvim in četrtim merjenjem barva bolj zbledela pri piškotih brez dodatka in z dodatkom čebulnega prahu (PN, PČ, KN, KČ), medtem ko je bil upad intenzivnosti barve pri piškotu, ki mu je bila dodana spirulina manjši (PS, KS).

4.4 TRDOTA

Trdota je pomemben teksturni parameter, ta pa prispeva k splošni sprejemljivosti piškota.

Poleg okusa in izgleda spada med parametre, ki jih potrošnik ocenjuje pri izdelku.

Slika 15: Prikaz rezultatov instrumentalne meritve trdote.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

PN PS PČ KN KS KČ

trdota (N)

piškot

meritev po 1 dnevu meritev po 1 mescu