Προκατεργασία φυτικών ιστών και εμπλουτισμός με λειτουργικά συστατικά με χρήση ωσμωτικής αφυδάτωσης και παλμικών ηλεκτρικών πεδίων για τη βελτίωση των ποιοτικών και διατροφικών χαρακτηριστικών τους

Παρασκευοπούλου, Ελένη; Paraskevopoulou, Eleni

dc.contributor.author	Παρασκευοπούλου, Ελένη	el
dc.contributor.author	Paraskevopoulou, Eleni	en
dc.date.accessioned	2018-03-19T09:29:09Z
dc.date.available	2018-03-19T09:29:09Z
dc.date.issued	2018-03-19
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46713
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15261
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ωσμωτική αφυδάτωση	el
dc.subject	Παλμικά ηλεκτρικά πεδία	el
dc.subject	Ξήρανση	el
dc.subject	Κολοκύθα	el
dc.subject	Ορός γιαουρτιού	el
dc.subject	Πρεβιοτικές ίνες	el
dc.subject	Γαλακτο-ολιγοσακχαρίτες	el
dc.subject	Osmotic dehydration	en
dc.subject	Air drying	en
dc.subject	Pulsed electric fields	en
dc.subject	Pumpkins	en
dc.subject	Yogurt whey	en
dc.subject	Prebiotic fibers	en
dc.subject	Galacto-oligosaccharides	en
dc.subject	Shelf-life determination	en
dc.title	Προκατεργασία φυτικών ιστών και εμπλουτισμός με λειτουργικά συστατικά με χρήση ωσμωτικής αφυδάτωσης και παλμικών ηλεκτρικών πεδίων για τη βελτίωση των ποιοτικών και διατροφικών χαρακτηριστικών τους	el
dc.title	Pretreatment and enrichment with functional ingredients of plant tissues using osmotic dehydration and pulsed electric fields to improve quality and nutritional value	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Τεχνολογία και μηχανική τροφίμων	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/1206d77258fd66c88274d85384bf2041de953cef
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-02
heal.abstract	Τα φρέσκα φρούτα και λαχανικά αποτελούν σημαντικό κομμάτι της διατροφής του ανθρώπου εξαιτίας της υψηλής διατροφικής τους αξίας. Ωστόσο, λόγω της ευαισθησίας που παρουσιάζουν είναι απαραίτητη η εύρεση κατάλληλης μεθόδου συντήρησης, προκειμένου να αυξηθεί η διάρκεια ζωής τους. Η σύγχρονη τάση για ηπιότερες μεθόδους επεξεργασίας για την παραγωγή τελικών προϊόντων υψηλής διατροφικής αξίας οδήγησε στην αναζήτηση εναλλακτικών μεθόδων συντήρησης. Στόχος της διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη της ωσμωτικής αφυδάτωσης σε δείγμα κολοκύθας και ο συνδυασμός της με την τεχνολογία των παλμικών ηλεκτρικών πεδίων και της ξήρανσης με αέρα για τη δημιουργία καινοτόμων αφυδατωμένων προϊόντων κολοκύθας μεσαίας και χαμηλής υγρασίας. Η εφαρμογή της ωσμωτικής αφυδάτωσης έχει ως στόχο την επέκταση της διατηρησιμότητας των φρέσκων προϊόντων αλλά και τη βελτίωση των οργανοληπτικών και λειτουργικών ιδιοτήτων του προϊόντος πριν την ξήρανση. Αρχικά, μελετήθηκε σε δείγματα φρέσκια κολοκύθας η επίδραση της ωσμωτικής επεξεργασίας στην τιμή της ενεργότητας νερού και στα φαινόμενα μεταφοράς νερού και στερεών. Η επιλογή ενός καινοτόμου πολυσυστατικού ωσμωτικού υλικού αποτέλεσε βασικό στόχο κατά τον πειραματικό σχεδιασμό και δόθηκε έμφαση στη μελέτη εναλλακτικών ωσμωτικών υλικών όπως είναι οι γαλακτο-ολιγοσακχαρίτες (GOS) και ο όξινος ορός στραγγιστού γιαουρτιού. Οι παράμετροι που μελετήθηκαν αφορούν τη θερμοκρασία (35-45-55oC), τον χρόνο επεξεργασίας (0-240 min), τη συγκέντρωση ωσμωτικού υλικού σε GOS (5-10-15%w/w) και το είδος του διαλύτη του ωσμωτικού μέσου (Όξινος ορός, Νερό). Από τα αποτελέσματα της μελέτης βρέθηκαν οι βέλτιστες συνθήκες επεξεργασίας για την ωσμωτική αφυδάτωση τεμαχισμένης κολοκύθας [Ωσμωτικό διάλυμα: 40% γλυκερόλη, 32,5% όξινο ορό γιαουρτιού, 10% GOS, 10% τρεχαλόζη, 4,0% ασκορβικό οξύ, 2,0% χλωριούχο νάτριο και 1,5% χλωριούχο ασβέστιο, Χρόνος: 2 ώρες (2 h), Θερμοκρασία: 55oC, Αναλογία ωσμωτικού μέσο προς τρόφιμο: 5:1]. Σε αυτές τις συνθήκες, τα ωσμωαφυδατωμένα δείγματα κολοκύθας είχαν 59,96% υγρασία XW (αρχική XW:95,5%) και ενεργότητα νερού aw ίση με 0,87 (αρχική aw: 0,98). Η κινητική των φαινομένων μεταφοράς μάζας κατά την ωσμωτική αφυδάτωση περιγράφηκε με τον 2o νόμο του Fick, με βάση τον οποίο υπολογίστηκε ο συντελεστής διάχυσης για την απώλεια νερού και ο συντελεστής διάχυσης για την πρόσληψη στερεών 3,974±0,39710-9 m2/s και 5,589±0,75310-9 m2/s, αντίστοιχα. Με βάση την κινητική μελέτη της ωσμωτικής αφυδάτωσης η χρήση GOS στο ωσμωτικό μέσο επιφέρει αντίστοιχα αποτελέσματα με εκείνα της χρήσης φρουκτο-ολιγοσακχαριτών (FOS), που έχουν μελετηθεί ως λειτουργικά ωσμωτικά υλικά. Παράλληλα, παρατηρείται εμπλουτισμός του τροφίμου με GOS- μη αφομοιώσιμους υδατάνθρακες- που παρουσιάζουν σημαντική λειτουργική δράση ως πρεβιοτικά. Η χρήση όξινου ορού στο ωσμωτικό διάλυμα έναντι νερού ενισχύει τα φαινόμενα μεταφοράς μάζας. Στο δεύτερο μέρος μελετήθηκε η διατηρησιμότητα των ωσμωαφυδατωμένων δειγμάτων κολοκύθας (στις βέλτιστες συνθήκες ωσμωτικής αφυδάτωσης) με χρήση όξινου ορού και νερού προκειμένου να διαπιστωθεί εάν η χρήση του όξινου ορού προκαλεί διαφοροποίηση στην ποιότητα και σταθερότητα του ωσμωαφυδατωμένου φυτικού ιστού κατά την αποθήκευση. Κατά τη μελέτη διατηρησιμότητας προσδιορίστηκαν οι μικροβιακές αλλοιώσεις και οι ποιοτικές και οργανοληπτικές μεταβολές της φρεσκοκομμένης κολοκύθας και των ωσμωαφυδατωμένων προϊόντων σε ισοθερμοκρασιακές συνθήκες (ψύξης Τ=5 οC, 10 οC, 15 οC καθώς και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, Τ=25οC). Η επεξεργασία με ωσμωτική αφυδάτωση, τόσο με όξινο ορό όσο και με νερό, είχε ως αποτέλεσμα την επιμήκυνση του χρόνου ζωής των δειγμάτων κολοκύθας κατά τουλάχιστον 80 ημέρες κατά τις οποίες δεν παρατηρήθηκε σημαντική ποιοτική υποβάθμιση του ωσμωαφυδατωμένου προϊόντος (σε όλες τις θερμοκρασίες αποθήκευσης). Από τα παραπάνω συμπεραίνεται ότι η ωσμωτική αφυδάτωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέθοδος ελάχιστης επεξεργασίας με σκοπό τη δημιουργία προϊόντων κολοκύθας ενδιάμεσης υγρασίας με ικανοποιητικό χρόνο ζωής. Η χρήση του όξινου ορού, ενός σημαντικού παραπροϊόντος της βιομηχανίας στραγγιστού γιαουρτιού, ως μέσο ώσμωσης φρούτων και λαχανικών μπορεί να βοηθήσει στην αξιοποίηση και αντιμετώπιση του προβλήματος της διαχείρισης του. Στο τρίτο μέρος μελετήθηκε ο συνδυασμός της ωσμωτικής αφυδάτωσης με ξήρανση με αέρα, με σκοπό τη δημιουργία καινοτόμων προϊόντων κολοκύθας χαμηλής υγρασίας. Με σκοπό την ενίσχυση των φαινομένων μεταφοράς μάζας μελετήθηκε η χρήση παλμικών ηλεκτρικών πεδίων προ της ωσμωτικής αφυδάτωσης. Η προκατεργασία με παλμικά ηλεκτρικά πεδία με ένταση 2kV/cm και 1500 παλμούς (συνθήκες που επιφέρουν 100% διάρρηξη των κυττάρων, Zp=1), έχει ως αποτέλεσμα το προϊόν της ώσμωσης στις βέλτιστες συνθήκες να έχει τελική τιμή υγρασίας (XW) 54,71% και ενεργότητα νερού (aw) 0,84. Ο συντελεστής διάχυσης νερού κατά την ξήρανση (55oC) υπολογίστηκε με βάση του 2o νόμο του Fick, από όπου και παρατηρήθηκε σημαντική αύξηση των φαινομένων μεταφοράς μάζας όταν έχει προηγηθεί ωσμωτική αφυδάτωση με την τιμή του συντελεστή διάχυσης να είναι 1,693±0,974*10-9 m2/s, αυξημένος κατά 47% σε σχέση με τον συντελεστή διάχυσης για τη ξήρανση χωρίς προκατεργασία. Σαν αποτέλεσμα, για μείωση της αρχικής υγρασίας του τροφίμου κατά 80% με ξήρανση σε θερμοκρασία 55oC, η προκατεργασία με ωσμωτική αφυδάτωση είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του συνολικού χρόνου επεξεργασίας κατά 20%, ενώ ο συνδυασμός προκατεργασίας με παλμικά ηλεκτρικά πεδία και ωσμωτικής αφυδάτωσης είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του χρόνου επεξεργασίας κατά 27%. Ο συνδυασμός των μεθόδων (παλμικά ηλεκτρικά πεδία και ωσμωτική αφυδάτωση) οδήγησε σε τελικό αφυδατωμένο προϊόν με ανώτερη ποιότητα (καλύτερο χρώμα, καλύτερη υφή και μεγαλύτερη οργανοληπτική αποδοχή) σε σύγκριση με τα αντίστοιχα αφυδατωμένα προϊόντα που προεπεξεργάστηκαν μόνο με παλμικά ηλεκτρικά πεδία και αυτά που δεν είχαν υποστεί προηγούμενη επεξεργασία. Τελικά, η ωσμωτική αφυδάτωση φρέσκιας τεμαχισμένης κολοκύθας έχει ως αποτέλεσμα τη σημαντική επιμήκυνση του χρόνου ζωής του προϊόντος. Παράλληλα, το ωσμωαφυδατωμένο προϊόν παρουσιάζει σημαντικά βελτιωμένα διατροφικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά. Η χρήση παλμικών ηλεκτρικών πεδίων προ της ώσμωσης επιτρέπει την μείωση του χρόνου επεξεργασίας. Ο συνδυασμός της προκατεργασίας με παλμικά ηλεκτρικά πεδία και της ωσμωτικής αφυδάτωσης προ της συμβατικής ξήρανσης με αέρα, προκαλεί σημαντική μείωση του απαραίτητου χρόνου ξήρανσης και προστατεύει το τρόφιμο από ποιοτική υποβάθμιση κατά την ξήρανση.	el
heal.abstract	Fresh fruits and vegetables are an important part of human diet because of their high nutritional value. However, due to their sensitivity, it is necessary to find an effective preservation method to increase their shelf life. The modern trend for mild processing methods in order to produce products of high nutritional value, has led to the research of alternative dehydration methods. The aim of this diploma thesis was the study of osmotic dehydration in pumpkin samples and its combination with the pulse electric field technology and air drying to create innovative dehydrated pumpkin products of intermediate and low water activity. The application of osmotic dehydration aims to extend the shelf life of fresh products and to improve the sensory and functional properties of the product before drying. Initially, the effect of osmotic treatment on water activity value and mass transfer phenomena of water and solids, was studied on fresh-cut pumpkin samples. The choice of an innovative multicomponent osmotic solution was a key objective in the experimental design. Attention was focused on the study of alternative osmotic agents such as galacto-oligosaccharides (GOS) and acid yoghurt whey. The parameters studied were the processing temperature (35-45-55oC), the processing time (0-240min), the concentration of GOS in the osmotic solution (5-10-15% w/w GOS) and the type of osmotic solvent (acid whey, water). Based on the results of the study, the optimal processing conditions for osmotic dehydration of sliced pumpkin were selected: Osmotic solution: 40.0% glycerol, 32.5% acid whey, 10.0% GOS, 10.0% trehalose, 4.0% ascorbic acid, 2.0% sodium chloride and 1.5% calcium chloride; Time: 2 hours (2 h); Temperature: 55 oC; Osmotic solution to food ratio: 5:1. Under these conditions, the osmo-dehydrated pumpkin samples had 59.96% humidity XW (initial XW: 95.5%) and water activity aw equal to 0.87 (initial aw: 0.98). The mass transfer during osmotic dehydration was described by Fick's 2nd law. The diffusion coefficients for water loss and solid gain were calculated as 3.974±0.39710-9 m2/s and 5.589±0.75310- 9 m2/s, respectively. Based on the kinetic study of the osmotic dehydration, the use of GOS in the osmotic agent has similar results to those of fructo-oligosaccharides (FOS), which have been studied as functional osmotic agents. At the same time, the sample is enriched with GOS, i.e. non-digestible carbohydrates, which have significant functional activity as prebiotics. The use of yoghurt acid whey against water in the osmotic solution enhances the mass transfer phenomena. In the second part, the shelf life of osmo-dehydrated pumpkin samples (in optimal conditions of osmotic dehydration) was studied using acid whey and water to determine if the use of the acid whey affects the quality and stability of the osmo-dehydrated plant tissue during storage. In the shelf life determination, the microbial, the physicochemical and organoleptic changes of the fresh-cut pumpkin and the osmo-dehydrated products were determined at isothermal conditions (T = 5, 10, 15 oC as well as ambient temperature, T = 25 oC). Treatment with osmotic dehydration, for both acid whey and water pre-treated samples, resulted in shelf life extention of pumpkin samples by at least 80 days, in which no significant quality degradation of the osmo-dehydrated product was observed (at all storage temperatures). It can be concluded that osmotic dehydration can be used as a minimal processing method in order to produce intermediate moisture pumpkin products with extended shelf life. The use of acid whey, a by-product of the Greek yoghurt industry, as an osmotic agent of fruit and vegetables could promote its exploitation and help address its management problem. In the third part, the combination of osmotic dehydration and air drying was studied in order to produce innovative low moisture pumpkin products. In order to enhance mass transfer phenomena, the use of pulsed electric fields was studied as a pretreatment to osmotic dehydration. Pretreatment with pulsed electric fields at 2 kV/cm and 1500 pulses (conditions causing 100% permeabilization of cell membranes, Zp = 1) results in an osmo-dehydrated product with final humidity of 54.71% and water activity of 0.84 (in optimal conditions of osmotic dehydration). The water diffusion coefficient of drying was calculated using Fick's 2nd law, by which a significant increase in mass transport phenomena was observed when pretreatment with osmotic dehydration has applied, with the diffusion coefficient being 1,693±0,974*10-9 m2/s, increased by 47% relative to the diffusion coefficient for drying without pretreatment. Indicatively, in order to reduce the initial moisture content of the food by 80% with drying at 55oC, pretreatment with osmotic dehydration resulted in a reduction in the total processing time by 20%, while the combination of pretreatment with pulsed electric fields and osmotic dehydration resulted in reduced processing time by 27%. The combination of methods (pulsed electric fields and osmotic dehydration) resulted in a finely dehydrated product of superior quality (better colour, better texture and greater organoleptic acceptance) compared to the dehydrated products from samples pretreated only by pulsed electric fields or from untreated samples. In conclusion, the osmotic dehydration of fresh-cut pumpkin results in a significant extention of products shelf-life, while the osmo-dehydrated product has improved nutritional and functional characteristics. The use of pulsed electric fields towards osmotic dehydration results in the reduction of the processing time. The combination of pre-treatment with pulsed electric fields and osmotic dehydration prior to conventional air drying, causes a significant reduction in the required drying time and protects the plant tissue from any unwanted quality changes during drying.	en
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Τζιά, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Μαρούλης, Ζαχαρίας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	151 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true