Αξιολόγηση Πειραμάτων Παραγωγής Γαλακτοολιγοσακχαριτών από Τυρόγαλο με χρήση Πολυκριτηριακών Μεθόδων Απόφασης

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην αξιοποίηση πολυκριτηριακών μεθόδων λήψης αποφάσεων για τη συστηματική αξιολόγηση των πειραματικών αποτελεσμάτων με σκοπό τον εντοπισμό βέλτιστων συνθηκών πειράματος για την παραγωγή γαλακτοολιγοσακχαριτών (GOS). Στη εργασία αξιολογούνται τα πειραματικά αποτελέσματα ενζυμικών αντιδράσεων στο τυρόγαλο, ένα παραπροϊόν της βιομηχανίας γάλακτος, με στόχο την παραγωγή GOS, όπου εμφανίζουν υψηλή διατροφική και φαρμακευτική αξία. Το τυρόγαλο αποτελεί παραπροϊόν της διαδικασία παραγωγής τυριού, το οποίο είναι πλούσιο σε διάφορα συστατικά καθιστώντας το επιβλαβές για το περιβάλλον. Ένα από τα συστατικά του είναι η υψηλή συγκέντρωση σε λακτόζη, η οποία μπορεί να αξιοποιηθεί ως υπόστρωμα για την παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας μέσω ενζυμικών αντιδράσεων. Ειδικότερα, η επιλογή του ενζύμου β-γαλακτοζιδάση είναι ευρέως διαδεδομένη για την μετατροπή της λακτόζης σε γαλακτοολογοσακχαρίτες, οι οποίει ανήκουν στην ομάδα των πρεβιωτικών ουσιών. Στην παρούσα διπλωματική γίνεται εκτενής αναφορά στη χημική σύσταση του τυρογάλακτος, τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της λακτόζης, τις τεχνικές ανάκτησής της και τις ενζυμικές μεθόδους μετατροπής της. Παρουσιάζεται ο τρόπος δράσης του ενζύμου β-γαλακτοζιδάση και ο μηχανισμός παραγωγής GOS, οι παράμετροι επίδρασης της ενζυμικής αντίδρασης καθώς και ο ορισμός των γαλακτοολογοσακχαριτών και η δράση τους. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται το θεωρητικό και μαθηματικό υπόβαθρο των πολυκριτηριακών μεθόδων επικεντρώνοντας στις μεθόδους Pareto, TOPSIS, VIKOR και PROMETHEE. Μέσα από μια βιβλιογραφική ανασκόπηση αναδύεται η εφαρμογή των μεθόδων αυτών σε διάφορους κλάδους για την εκτίμηση κινδύνων ή την αξιολόγηση προσφορών σε επίπεδο προμηθευτών ή πρώτων υλών. Επιπλέον, γίνεται αναφορά ως προς την χρήση των μεθόδων αυτών σε βιομηχανίες προκειμένου να βελτιστοποιηθούν διάφορες παραγωγικές διαδικασίες. Η πολυκριτηριακή ανάλυση στη παρούσα διπλωματική περιλάμβανε την αξιολόγηση 252 πειραματικών αποτελεσμάτων ως προς την απόδοσης σε GOS, τον χρόνο ενζυμικής αντίδρασης, την συγκέντρωση της παραγόμενης γαλακτόζης και την υπολειπόμενη συγκέντρωση λακτόζης. Με την εφαρμογή της μεθόδου Pareto επιτεύχθηκε ο εντοπισμός του μετώπου Pareto, όπου οι κυριαρχούμενες λύσεις ήταν μόλις 69. Τέλος, η ανάλυση ολοκληρώθηκε με την εφαρμογή των TOPSIS, VIKOR και PROMETHEE ώστε να εντοπιστούν τα πειράματα με την καλύτερη ισορροπία μεταξύ των κριτηρίων. Τα αποτελέσματα της πολυκριτηριακής ανάλυσης δείχνουν ότι δεν υπάρχει μία μοναδική ιδανική λύση. Οι καλύτερες επιλογές εξαρτώνται από τις προτεραιότητες του εκάστοτε αποφασίζοντα (π.χ. έμφαση στην υψηλή απόδοση ή στον ελάχιστο χρόνο). Η μελέτη αναδεικνύει τη χρησιμότητα των MCDA μεθόδων στην αξιολόγηση πολύπλοκων πειραματικών δεδομένων, προσφέροντας ένα εργαλείο για στοχευμένη βελτιστοποίηση βιομηχανικών διεργασιών. Παράλληλα, επιβεβαιώνεται η τεχνική δυνατότητα μετατροπής του τυρογάλακτος σε GOS, προωθώντας την κυκλική οικονομία και τη βιώσιμη βιομηχανική παραγωγή