Μελέτη της επίδρασης της επεξεργασίας ρεβιθιών με παλμικά ηλεκτρικά πεδία στην επανενυδάτωση, την υφή και την εκχύλιση ενδοκυτταρικών συστατικών

Σιγάλα, Αικατερίνη; Sigala, Aikaterini

dc.contributor.author	Σιγάλα, Αικατερίνη	el
dc.contributor.author	Sigala, Aikaterini	en
dc.date.accessioned	2018-10-02T10:22:40Z
dc.date.available	2018-10-02T10:22:40Z
dc.date.issued	2018-10-02
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47698
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15877
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ρεβίθια	el
dc.subject	Παλμικά ηλεκτρικά πεδία	el
dc.subject	Επανενυδάτωση	el
dc.subject	Ckickpeas	en
dc.subject	Pulsed electric fields	en
dc.subject	Rehydration	en
dc.title	Μελέτη της επίδρασης της επεξεργασίας ρεβιθιών με παλμικά ηλεκτρικά πεδία στην επανενυδάτωση, την υφή και την εκχύλιση ενδοκυτταρικών συστατικών	el
dc.title	Effect of Pulsed Electric Fields processing on the rehydration, textural properties and release of intracellular compounds of chickpeas	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Τεχνολογία και μηχανική τροφίμων	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/1206d77258fd66c88274d85384bf2041de953cef
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-06-29
heal.abstract	Τα όσπρια και συγκεκριμένα τα ρεβίθια είναι γνωστά για τη θρεπτική τους αξία λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε πρωτεΐνες. Παρόλα αυτά, όπως και τα περισσότερα αφυδατωμένα όσπρια, τα ρεβίθια απαιτούν πολύ μεγάλους χρόνους ενυδάτωσης, μέχρι να επιτευχθεί το κατάλληλο ποσοστό υγρασίας και υφής για να υποστούν περαιτέρω επεξεργασία. Βιβλιογραφικά έχουν αναφερθεί χρόνοι ενυδάτωσης μέχρι και 16 h. Η τεχνολογία των Παλμικών Ηλεκτρικών Πεδίων (ΠΗΠ) είναι μια μη θερμική μέθοδος επεξεργασίας που προκαλεί ηλεκτροδιάτρηση της κυτταρικής μεμβράνης των κυττάρων του τροφίμου. Η εφαρμογή των Παλμικών Ηλεκτρικών Πεδίων στα ρεβίθια θα μπορούσε να προκαλέσει κυτταρική διάρρηξη με αποτέλεσμα την μείωση του απαιτούμενου χρόνου ενυδάτωσης των ρεβιθιών αλλά και αλλαγή στην υφή τους. Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά την επίδραση της επεξεργασίας με Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία στην επανενυδάτωση, στην σκληρότητα των ρεβιθιών και στην εκχύλιση ενδοκυτταρικών συστατικών κατά την διάρκεια της επανενυδάτωσης τους. Αρχικά, δείγματα ξηρών ρεβιθιών ενυδατώθηκαν για 10 h σε θερμοκρασία δωματίου. Στη συνέχεια υπέστησαν επεξεργασία με Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία για δύο εντάσεις ηλεκτρικού πεδίου, για 2.5 kV/cm και 3.3 kV/cm, 20 Hz συχνότητα, 15 μs εύρος παλμού και για 5 έως 500 παλμούς. Στη συνέχεια εκτιμήθηκε ο δείκτης κυτταρικής διάρρηξης Ζ των δειγμάτων για να επιλεχθούν οι συνθήκες ΠΗΠ σε κάθε ηλεκτρικό πεδίο. Επιλέχθηκαν συνθήκες επεξεργασίας ΠΗΠ σε ένα εύρος τιμών κυτταρικής διάρρηξης από 0 έως 1. Επίσης για το ηλεκτρικό πεδίο έντασης 3.3 kV/cm χρειάστηκε περίπου ο μισός χρόνος επεξεργασίας μέχρι ο δείκτης Ζ να λάβει την τελική του τιμή 1 σε σχέση με το ηλεκτρικό πεδίο έντασης 2.5 kV/cm. Μελετήθηκε επίσης η κινητική ξήρανσης των επεξεργασμένων με ΠΗΠ (ένταση πεδίου 2.5 kV/cm, 20 Hz συχνότητα, 15 μs εύρος παλμού και 2000 παλμοί), των ανεπεξέργαστων και των αποψυγμένων δειγμάτων χωρίς όμως να σημειώνεται κάποια σημαντική διαφορά στην μεταβολή της υγρασίας. Στην συνέχεια, πραγματοποιήθηκε κινητική μελέτη επανενυδάτωσης σε θερμοκρασίες 35, 45, 65°C για ανεπεξέργαστα, επεξεργασμένα με ΠΗΠ και κατεψυγμένα αποψυγμένα δείγματα ρεβιθιών. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε και για τις δύο εντάσεις ηλεκτρικού πεδίου. Για ένταση ηλεκτρικού πεδίου 2.5 kV/cm, 20 Hz συχνότητα, 15 μs εύρος παλμού επιλέχθηκαν οι 50, 150 και 500 παλμοί. Ενώ για το ηλεκτρικό πεδίο έντασης 3.3 kV/cm, 20 Hz συχνότητα, 15 μs εύρος παλμού επιλέχθηκαν οι 5, 20, 50 και 200 παλμοί. Η επιλογή των συγκεκριμένων αριθμών παλμών έγινε μα βάση τον δείκτη κυτταρικής διάρρηξης Ζ με στόχο να επιλεγούν δείγματα που θα καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα του δείκτη. Τα ανεπεξέργαστα δείγματα αντιστοιχούν σε δείκτη κυτταρικής διάρρηξης Ζ=0 ενώ τα αποψυγμένα σε δείκτη Ζ=1.Η κινητική μελέτη επανενυδάτωσης για τα δείγματα ρεβιθιού οδήγησε στο συμπέρασμα ότι στις χαμηλότερες θερμοκρασίες η μεταβολή της υγρασίας των κατεψυγμένων-αποψυγμένων δειγμάτων είναι εντονότερη από την μεταβολή της υγρασίας των προεπεξεργασμένων με ΠΗΠ δειγμάτων και αυτή με τη σειρά της εντονότερη από την μεταβολή των ανεπεξέργαστων δειγμάτων. Επιπλέον, μεταξύ των προεπεξεργασμένων με ΠΗΠ δειγμάτων είναι εμφανές ότι η εντονότερη επεξεργασία (περισσότεροι παλμοί) οδηγεί σε πιο σύντομο χρόνο επανενυδάτωσης. Γενικά, με την αύξηση της θερμοκρασίας εμφανίζονται μικρότερες διαφορές μεταξύ των δειγμάτων. Συγκεκριμένα στους 35°C και τους 45°C παρατηρούνται σημαντικές διαφορές μεταξύ των διαφορετικών συνθηκών ΠΗΠ ενώ στους 65°C δεν συμβαίνει το ίδιο. Στην συνέχεια, από τον 2ο νόμο του Fick υπολογίστηκαν οι φαινόμενοι συντελεστές διάχυσης της υγρασίας Deff και από το νόμο Arrhenius περιγράφηκε η εξάρτηση του συντελεστή διάχυσης από την θερμοκρασία. Για τον συντελεστή διάχυσης Deff παρατηρήθηκε ότι για κάθε συνθήκη επεξεργασίας αυξάνοντας την θερμοκρασία αυξάνεται και ο συντελεστής διάχυσης. Επίσης αύξηση του συντελεστή παρατηρήθηκε για σταθερή θερμοκρασία αυξάνοντας την ένταση επεξεργασίας των δειγμάτων. Δηλαδή την χαμηλότερη τιμή εμφάνιζαν τα ανεπεξέργαστα δείγματα, την υψηλότερη τα κατεψυγμένα-αποψυγμένα και τα για επεξεργασμένα με ΠΗΠ δείγματα όσο αυξανόταν ο αριθμός των παλμών επεξεργασίας τόσο αυξανόταν και ο συντελεστής διάχυσης. Μελετήθηκε επίσης η μεταβολή στην σκληρότητα των δειγμάτων, για ανεπεξέργαστα, επεξεργασμένα με ΠΗΠ (πεδία έντασης 2.5 kV/cm και 3.3 kV/cm) και κατεψυγμένα-αποψυγμένα δείγματα για κάθε θερμοκρασία επανενυδάτωσης. Παρατηρήθηκε ότι για κάθε θερμοκρασία επανενυδάτωσης η σκληρότητα κάθε δείγματος αυξάνοντας τον χρόνο επανενυδάτωσης συγκλίνει, ενώ στους αρχικούς χρόνους επανενυδάτωσης σημειώνεται μεγάλη διαφορά ανάμεσα στην σκληρότητα. Ωστόσο τα ανεπεξέργαστα δείγματα χρειάζονται την μεγαλύτερη δύναμη παραμόρφωσης ενώ τα κατεψυγμένα αποψυγμένα την λιγότερη. Για τα επεξεργασμένα με ΠΗΠ δείγματα αυξάνοντας τους παλμούς επεξεργασίας μειωνόταν η σκληρότητα των δειγμάτων. Στην συνέχεια, μετρήθηκε η συγκέντρωση των απελευθερούμενων πρωτεϊνών και υδατανθράκων στο νερό της επανενυδάτωσης. Την μεγαλύτερη συγκέντρωση πρωτεϊνών και υδατανθράκων είχαν τα κατεψυγμένα-αποψυγμένα δείγματα για κάθε θερμοκρασία. Την χαμηλότερη συγκέντρωση πρωτεϊνών και υδατανθράκων είχαν τα ανεπεξέργαστα δείγματα. Τα επεξεργασμένα με ΠΗΠ δείγματα εμφάνισαν αυξημένη συγκέντρωση των ενδοκυτταρικών συστατικών συγκριτικά με τα ανεπεξέργαστα. Αυξάνοντας την ένταση των συνθήκων ΠΗΠ, η συγκέντρωση των πρωτεϊνών και υδατανθράκων αυξήθηκε σημαντικά. Η απελευθέρωση των πρωτεϊνών περιγράφηκε μαθηματικά από γραμμικό μοντέλο και η απελευθέρωση των υδατανθράκων από πρώτης τάξεως εκθετικό μοντέλο. Από την προσαρμογή των μοντέλων υπολογίστηκε ο ρυθμός απελευθέρωσης (k) των πρωτεϊνών και οι συντελεστές Ce (τελική συγκέντρωση) και C0 (αρχική συγκέντρωση) των υδατανθράκων αντίστοιχα. Η εξάρτηση των παραμέτρων από την θερμοκρασία περιγράφηκε από την εξίσωση Arrhenius και υπολογίστηκαν οι ενέργειες ενεργοποίησης Ea. Αύξηση των παραμέτρων παρατηρείται για σταθερή θερμοκρασία αυξάνοντας την ένταση επεξεργασίας των δειγμάτων. Συγκεκριμένα για θερμοκρασία επανενυδάτωσης 35°C, ο συντελεστής k των επεξεργασμένων με ΠΗΠ δειγμάτων παρουσιάζει έως και τριπλασιασμό της τιμής του σε σχέση με τα ανεπεξέργαστα δείγματα (ηλεκτρικό πεδίο έντασης 2.5 kV/cm, 500 παλμοί). Αναφορικά με τον συντελεστή Ce για θερμοκρασία επανενυδάτωσης 35°C, ο συντελεστής των επεξεργασμένων με ΠΗΠ δειγμάτων παρουσιάζει έως τετραπλασιασμό της τιμής του σε σχέση με τα ανεπεξέργαστα δείγματα (ηλεκτρικό πεδίο έντασης 3.3 kV/cm, 200 παλμοί). Τέλος για τον συντελεστής C0 για θερμοκρασία επανενυδάτωσης 35°C παρατηρείται έως τετραπλασιασμός της τιμής του για τα επεξεργασμένα με ΠΗΠ δείγματα σε σχέση με τα ανεπεξέργαστα (ηλεκτρικό πεδίο έντασης 3.3 kV/cm, 200 παλμοί). Συμπερασματικά, από την μελέτη που πραγματοποιήθηκε προκύπτει η θετική επίδραση της επεξεργασίας με Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία στα δείγματα ρεβιθιών καθώς παρατηρείται αύξηση του ρυθμού επανενυδάτωσης και μείωση της σκληρότητας των δειγμάτων. Παρατηρείται επίσης μια αύξηση στην συγκέντρωση των απελευθερούμενων πρωτεϊνών και υδατανθράκων δίνοντας την δυνατότητα περαιτέρω εκμετάλλευσης του νερού επανενυδάτωσης. Η μέθοδος επεξεργασίας με Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία στα ρεβίθια συμβάλει την μείωση του χρόνου ενυδάτωσης, στο μαλάκωμα των σπόρων και στην εκμετάλλευση ενός κατά τα άλλα απορριπτέου νερού το οποίο είναι πλούσιο σε πρωτεΐνες και υδατάνθρακες.	el
heal.abstract	Legumes and especially chickpeas are known for their nutritional value due to their high protein content. However, like most dehydrated legumes, chickpeas require very long rehydration times until the proper humidity content is achieved for further processing, as rehydration times up to 24 hours have been reported in literature. Pulsed Electric Field (PEF) technology is a non-thermal process which causes the electroporation of the cell membrane in the cells of the food. Pulsed Electric Field can achieve cell disruption and subsequently reduce the rehydration time needed as well as change the texture of the chickpeas. This diploma thesis studies the effect of the Pulsed Electric Fields treatment on the rehydration rate, the hardness of the chickpeas as well as the extraction of their cellular ingredients during the rehydration step. Firstly, dry chickpeas samples were rehydrated for 10 hours at room temperature. Then, they underwent Pulsed Electric Fields treatment in two electric field strength at 2.5 kV/cm and 3.3 kV/cm, 20 Hz frequency, 15 μs pulse range for 5 to 500 pulses. From this step the cellular disintegration index Z was calculated in order to select the appropriate PEF conditions at each electric field. The PEF treatment conditions were chosen for a range of cellular rupture values from 0 to 1. In addition, the time needed in order to reach a Z value of 1 for the 3.3 kV/cm intensity electric field was half compared to the respective time of the 2.5 kV/cm intensity electric field. The drying process kinetics were also studied for the PEF treated samples (electric field intensity 2.5 kV/cm, frequency 20 Hz, pulse range 15 μs at 2000 pulses), the untreated samples and the freeze-thawed samples, though no significant difference was observed at the drying rate values. o o o Next, the rehydration kinetics were studied at temperatures of 35 C, 45 C, 65 C for the untreated, the PEF treated and the defrosted chickpeas samples for both the electric field intensity conditions mentioned. For the first electric field strength (2.5 kV/cm intensity, 20 Hz frequency, 15 μs pulse range), the treatment was performed at 50, 150 and 500 pulses, while for the second electric field strength (3.3 kV/cm intensity, 20 Hz frequency, 15 μs pulse range), the treatment was performed at 5, 20, 50 and 200 pulses. This specific number of pulses was based on the Z values in order to take samples covering a range of various cell disintegration index values. The untreated samples correspond to a Z value of 0 and the defrosted samples correspond to a Z value of 1. The rehydration kinetics study showed that, at lower temperatures, the rehydration rate of the freeze-thawed samples was significantly higher than that of the PEF treated samples, which in turn was also significantly higher than that of the untreated samples. Furthermore, as far as the PEF treated samples are concerned, it is evident that a more intense treatment conditions (increased pulses) leads to a shorter rehydration time. In general, the increase in temperature shows smaller differences between the samples, as samples for different PEF vii o o conditions at 35 C and 45 C present significant differences, while the respective samples at o 65 C do not. Next, the diffusion factor Deff and its dependence from temperature were studied from the use of Fick’s second law and the Arrhenius law, respectively. The increase in temperature showed a subsequent increase in the effective diffusion coefficient Deff. A more intense PEF treatment also showed an increase in the effective diffusion coefficient for a constant temperature. In other words, the lowest diffusion rate was observed for the untreated samples, the highest diffusion rate was observed for the defrosted samples and, as far as the PEF treated samples are concerned, a higher number of pulses led to an increased diffusion rate. The change in the hardness of the samples was also studied, for the untreated, the PEF treated (electric field intensity 2.5 kV/cm and 3.3 kV/cm) and the defrosted samples for each rehydration temperature. It was observed, that an increase in the rehydration time leads to a convergence of the hardness, while at smaller rehydration times the hardness of the samples is different. However, the untreated samples require the highest deformation force, while the freeze-thawed samples require lowest. For the PEF treated samples, an increase in the number of pulses led to a decrease in the hardness of the samples. Furthermore, the protein and carbohydrates concentrations in the rehydration medium were calculated. The freeze-thawed samples showed the highest protein and carbohydrates concentrations at all temperatures, while the untreated samples showed the lowest concentrations. The PEF treated samples showed increased concentrations of the cellular ingredients in comparison to the untreated samples. The protein and carbohydrate concentrations were significantly increased, at more intense PEF treatment conditions. The k factor of the proteins and the Ce and C0 factors of the carbohydrates were calculated from the use of the linear and first grade exponential models. The Arrhenius model was used to describe the effect of temperature on the above factors and the activation energies Ea were calculated. At a standard temperature, the increase in treatment intensity led to an o increase of the factors. In specific, at 35 C rehydration temperature, the k factor of the PEF treated samples shows as much as a triple-fold increase in comparison to the untreated samples (2.5 kV/cm intensity, 500 pulses). The Ce factor of the PEF treated samples (3.3 o kV/cm intensity, 200 pulses) at 35 C rehydration temperature shows a quadruple-fold increase in comparison to the untreated samples. Finally, the C0 factor of the PEF treated o samples (3.3 kV/cm intensity, 200 pulses) at 65 C rehydration temperature is five times the respective factor of the untreated samples. In conclusion, the increase in the rehydration rate and the decrease in the hardness of the samples confirms the benefits of the Pulsed Electric Fields (PEF) treatment on chickpeas. In addition, the increased protein and carbohydrates concentrations in the rehydration medium makes it suitable for further use. Overall, the Pulsed Electric Fields treatment process contributes to the reduction in the rehydration time, the softening of the seeds and the valorization of water medium rich in proteins and carbohydrates, which under normal circumstances would be discarded.	en
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Τζία, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος	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	125 σ.
heal.fullTextAvailability	true