Κινητική μελέτη ενεργοποίησης νερού με ψυχρό πλάσμα για εξυγίανση προϊόντων φρεσκοκομμένων λαχανικών

Ξανθού, Ζαχαρούλα - Μαρία; Xanthou, Zacharoula - Maria

dc.contributor.author	Ξανθού, Ζαχαρούλα - Μαρία	el
dc.contributor.author	Xanthou, Zacharoula - Maria	en
dc.date.accessioned	2018-12-06T09:57:22Z
dc.date.available	2018-12-06T09:57:22Z
dc.date.issued	2018-12-06
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48218
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16218
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	Freshcut vegetables	en
dc.subject	Sanitizer	en
dc.subject	Cold plasma	en
dc.subject	Plasma activated water	en
dc.subject	Plasma jet	en
dc.subject	Φρεσκοκομμένα λαχανικά	el
dc.subject	Απολυμαντικό	el
dc.subject	Ψυχρό πλάσμα	el
dc.subject	Ενεργοποιημένο νερό	el
dc.subject	Τζετ πλάσματος	el
dc.title	Κινητική μελέτη ενεργοποίησης νερού με ψυχρό πλάσμα για εξυγίανση προϊόντων φρεσκοκομμένων λαχανικών	el
dc.title	Kinetic study of the activation of water with cold atmospheric plasma and its applicability as sanitizer of fresh cut salad products	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	2018-10-02
heal.abstract	Η αποτελεσματική διαχείριση του μικροβιακού φορτίου σε έτοιμες προς κατανάλωση φρεσκοκομμένες σαλάτες, που είναι συνήθως και αναπόφευκτα υψηλό λόγω των συνθηκών και των πρακτικών συγκομιδής και χειρισμού καθώς και των ευνοϊκών για την ανάπτυξη των μικροοργανισμών τιμών pH και aw, αποτελεί σημαντικό ζήτημα για τη βιομηχανία. Οι πρακτικές καθαρισμού και απολύμανσης που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος, όπως η χρήση χλωρίου, υπεροξειδίου, υπεροξικού οξέος και όζοντος, έχουν διαφορετικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα σχετικά με την απόδοση και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Για το λόγο αυτό, απαιτείται η διερεύνηση εναλλακτικών μεθόδων για αποτελεσματική και φιλική προς το περιβάλλον απολύμανση. Η εφαρμογή ψυχρού ατμοσφαιρικού πλάσματος (Cold Atmospheric Plasma-CAP), ενός χαμηλού ιονισμού αέριο σε θερμοκρασία δωματίου, αποτελεί μια μη θερμική αναδυόμενη αντιμικροβιακή τεχνολογία με μεγάλες δυνατότητες εφαρμογής στη βιομηχανία τροφίμων, ειδικά για ευαίσθητα στη θερμότητα προϊόντα. Σκοπός της μελέτης ήταν η έμμεση χρήση ψυχρού ατμοσφαιρικού πλάσματος ως μικροβιακό απολυμαντικό μέσω της παραγωγής ενεργοποιημένου νερού (Plasma Activated Water-PAW) και χρήσης του ως μέσο έκπλυσης έτοιμων προς κατανάλωση φρεσκοκομμένων σαλατών. Για το λόγο αυτό στην παρούσα διπλωματική πραγματοποιήθηκε μελέτη παραμέτρων ενεργοποίησης επεξεργασμένου με ψυχρό πλάσμα νερού σε διαφορετικές συνθήκες επεξεργασίας, μελέτη της διατηρησιμότητας του ενεργοποιημένου νερού κατά την αποθήκευσή του σε διαφορετικές θερμοκρασίες, εύρεση των βέλτιστων συνθηκών ενεργοποίησης του νερού με ψυχρό πλάσμα και τέλος μελέτη και σύγκριση παραμέτρων ποιότητας έτοιμων προς κατανάλωση φρεσκοκομμένων φύλλων ρόκας μετά από έκπλυσή τους με υδατικά διαλύματα διαφορετικών επεμβάσεων. Στο πρώτο σκέλος, πραγματοποιήθηκε μελέτη παραμέτρων ενεργοποίησης απεσταγμένου νερού επεξεργασμένου με χρήση ψυχρού ατμοσφαιρικού πλάσματος σε διαφορετικές συνθήκες επεξεργασίας. Βασικός στόχος κατά τον πειραματικό σχεδιασμό ήταν η επιλογή κατάλληλης πηγής και σύνθεσης, καθώς και παραμέτρων για την παραγωγή του ψυχρού ατμοσφαιρικού πλάσματος. Η επεξεργασία του νερού πραγματοποιήθηκε με χρήση τζετ πλάσματος (εφαρμοζόμενη τάση 3-4 kV, συχνότητα 85 kHz, ισχύς 60%) και αέριο He. Το νερό επεξεργάστηκε με ψυχρό πλάσμα σε έξι χρόνους από 1 - 20 min και σε τρεις διαφορετικές ροές αερίου He (1 – 5 L/min flow rate). Σε όλες τις συνθήκες επεξεργασίας μετρήθηκαν στο νερό, η συγκέντρωση του υπεροξειδίου του υδρογόνου (H2O2) και των νιτρωδών/νιτρικών ιόντων (NO2 - / NO3 -), το pH και η αγωγιμότητα των δειγμάτων. Βάσει των αποτελεσμάτων, η μείωση της ροής He, οδήγησε σε αύξηση της συγκέντρωσης των νιτρικών/νιτρωδών ιόντων και της αγωγιμότητας και επιτεύχθηκαν χαμηλότερες τιμές pH. Η μεταβολή της συγκέντρωσης του υπεροξειδίου ως προς το χρόνο επεξεργασίας του νερού με ψυχρό πλάσμα περιγράφηκε με εφαρμογή σιγμοειδούς συνάρτησης, η μεταβολή του pH περιγράφηκε με χρήση λογαριθμικής συνάρτησης και της αγωγιμότητας με χρήση γραμμικής συνάρτησης. Με βάση τα αποτελέσματα αναπτύχθηκε μαθηματικό μοντέλο το οποίο συσχετίζει τη μεταβολή της αγωγιμότητας του νερού με τη ροή του αερίου He και το χρόνο επεξεργασίας. Με εφαρμογή του μοντέλου υπολογίστηκαν οι προβλεπόμενες τιμές αγωγιμότητας σε κάθε συνθήκη οι οποίες φάνηκε να συσχετίζονται πολύ καλά με τις πειραματικές τιμές (συντελεστής συσχέτισης 0.951-0.964). Μετά από αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της μελέτης επιλέχθηκαν ως βέλτιστες συνθήκες ενεργοποίησης του νερού με χρήση ψυχρού πλάσματος :Χρόνος: 15 min, Ροή: 1 L/min, Όγκος Νερού προς Ενεργοποίηση: 25 mL . Σε αυτές τις συνθήκες, στο ενεργοποιημένο νερό μετρήθηκαν η συγκέντρωση του H2O2 28.510-5 Μ, η συγκέντρωση των νιτρικών ιόντων 8.2810-5 g/mL, η συγκέντρωση των νιτρωδών 7.1*10-6 g/mL, το pH 4.1 και η αγωγιμότητα 41 μS. Στο δεύτερο σκέλος, διερευνήθηκε η διατηρησιμότητα του ενεργοποιημένου νερού, επεξεργασμένου σε όλες τις συνθήκες επεξεργασίας, σε θερμοκρασίες αποθήκευσης 5 και 15οC. Η συγκέντρωση του υπεροξειδίου, των νιτρικών και των νιτρωδών ιόντων, το pH και η αγωγιμότητα των δειγμάτων ενεργοποιημένου νερού μετρήθηκαν για διάστημα 0-15 ημερών. Βάσει των αποτελεσμάτων η συγκέντρωση του υπεροξειδίου παρουσίασε εκθετική μείωση με το χρόνο αποθήκευσης. Η επίδραση της θερμοκρασίας αποθήκευσης στο ρυθμό μείωσης της συγκέντρωσης του υπεροξειδίου μελετήθηκε μέσω υπολογισμού των ενεργειών ενεργοποίησης (Ea) και φάνηκε να παρουσιάζει αύξηση με αύξηση του χρόνου επεξεργασίας του νερού και της ροής του αερίου (7.4-70.7 kJ). Υψηλότερη διατήρηση της συγκέντρωσης των υπεροξειδίων εμφάνισε νερό επεξεργασμένο σε ροή αερίου He 1 L/min και για χρόνο επεξεργασίας 20 min, με μείωση της συγκέντρωσης κατά 8% σε διάστημα 12 ημερών. Αντιθέτως η μείωση στη συγκέντρωση των νιτρικών ιόντων ήταν πολύ μεγαλύτερη (40-50%) με τη θερμοκρασία αποθήκευσης, τη ροή και το χρόνο επεξεργασίας να μη φαίνεται να εμφανίζουν επίδραση. Παρατηρήθηκε αύξηση της συγκέντρωσης των νιτρωδών ιόντων κατά την πρώτη ημέρα και στη συνέχεια ακολούθησε μείωση της συγκέντρωσης και σταθεροποίηση μετά από 12 ημέρες. Οι χαμηλότερες τιμές pH και η αύξηση της αγωγιμότητας που παρατηρήθηκαν κατά την αποθήκευση πιθανόν να οφείλονται στη δημιουργία υπεροξυνιτριδίου και στην αύξηση της συγκέντρωσης των νιτρωδών κατά την πρώτη μέρα αποθήκευσης. Η καλύτερη διατήρηση του νερού που επεξεργάστηκε για 15 min με ροή αερίου 1 L/min ήταν ακόμα μία παράμετρος που συντέλεσε στην επιλογή αυτών των συνθηκών για την πραγματοποίηση της έκπλυσης των φύλλων ρόκας με νερό που ενεργοποιήθηκε υπό αυτές τις συνθήκες. Στο τελευταίο σκέλος της διπλωματικής εργασίας, πραγματοποιήθηκε συγκριτική μελέτη της αποτελεσματικότητας της επεξεργασίας φύλλων ρόκας, με έκπλυση με ενεργοποιημένο νερό που αποθήκευτηκε για 7 ημέρες στους 5οC, με ενεργοποιημένο νερό που παράχθηκε την ίδια ημέρα, με διάλυμα υπεροξειδίου ίδιας συγκέντρωσης με το ενεργοποιημένο νερό και με στείρο απεσταγμένο νερό. Η αξιολόγηση έγινε μέσω μικροβιακών αναλύσεων και μετρήσεων υφής, χρώματος και pH των φύλλων ρόκας. Βάσει των αποτελεσμάτων,το στείρο απεσταγμένο νερό και το διάλυμα διάλυσης υπεροξειδίου δεν επέφεραν σημαντική μείωση του ολικού μικροβιακού φορτίου (0.2–0.3 logCFU/g). Σε αντίθεση, φρεσκοπαραγμένο ενεργοποιημένο νερό και το ενεργοποιημένο νερό αποθήκευσης 7 ημερών οδήγησαν σε αρκετά ικανοποιητική μείωση του ολικού μικροβιακού φορτίου. Η αύξηση του χρόνου έκπλυσης με το φρεσκοπαραγμένο ενεργοποιημένο νερό οδήγησε σε μείωση 1.5 logCFU/g του ολικού μικροβιακού φορτίου και σε μείωση 2.5, 1.0 και 0.9 logCFU/g των ψευδομονάδων, των ζυμών και μυκήτων και των γαλακτικών βακτηρίων αντίστοιχα. Δεν παρατηρήθηκε καμία μεταβολή του χρώματος και της υφής των φύλλων και το pH των φύλλων παρέμεινε σταθερά στην τιμή 6. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα της παρούσας διπλωματικής εργασίας τεκμηριώνουν την δυνατότητα της έμμεσης εφαρμογής της καινοτόμου τεχνολογίας ψυχρού πλάσματος στον τομέα των τροφίμων και ειδικά στην παραγωγική διαδικασία ιδιαίτερα ευαίσθητων έτοιμων προς κατανάλωση φρεσκοκομμένων φυτικών προϊόντων.	el
heal.abstract	Effective management of microbial load in ready-to-eat fresh cut salads - that is usually high due to harvest and handling conditions and practices - is an important issue for the industry. Currently employed cleaning and disinfecting practices with agents such as chlorine, peracetic or performic acid and ozone, have different advantages and disadvantages with regards effectiveness and environmental impact. For this reason, alternative methods need to be investigated for efficient and environment-friendly decontamination. Cold atmospheric plasma (CAP), weakly ionized gas at near room temperature, is a non-thermal emerging antimicrobial technology with great potential for application in the food industry, especially for heat sensitive products. The aim of this study was the indirect use of cold atmospheric plasma as microbial disinfectant, by producing activated water (Plasma Activated Water-PAW), to be used as ready-to-eat fresh cut salads washing agent. This thesis investigates the activation parameters of cold water treated at various processing conditions, its sustainability during storage at different temperatures, the selection pf the optimum process conditions for water activation with cold plasma and finally its application as disinfectant in ready-to-eat fresh cut rocket leaves. The quality parameters of the leaves immersed in aqueous solutions of different treatments were evaluated. In the first part, a study of the parameters of activation of distilled water treated using cold atmospheric plasma under different processing conditions was carried out. The main objective during the experimental design was the selection of appropriate source and configuration, as well as parameters for the production of cold atmospheric plasma. The water treatment was performed using plasma jet (applied voltage 3-4 kV, frequency 85 kHz, power 60%) and helium gas. The water was treated with cold plasma at six different durations varying from 1 - 20 min and three different helium gas flow rates (1 - 5 L / min flow rate). Under all processing conditions the concentration of hydrogen peroxide (H2O2) and nitrate / nitrite (NO2 - / NO3 -), pH and conductivity of the water samples were measured. Based on the results, the reduction of the helium gas flow rate led to an increase in the nitrate / nitrite concentration and conductivity, and lower pH values were achieved. The change of peroxide concentration relative to the cold plasma water treatment time was described by applying a sigmoidal function, the change of pH was described using a logarithmic function and the change of conductivity was described using a linear function. Based on the results, a mathematical model was developed that correlates the change in water conductivity with the helium gas flow rate and the treatment time. By applying the model the predicted conductivity values in every treatment condition were estimated to correlate very well with the experimental values (correlation coefficient 0.951-0.964). After evaluation of the results, the optimal conditions of water activation using cold plasma were selected: Time: 15 min, Flow Rate: 1 L / min, Water Volume to Activate: 25 mL. Under these conditions, the H2O2 concentration, the concentration of nitrate and nitrite ions concentration, the pH value and the conductivity of activated water were found to be 28.5 * 10-5 M, 8.28 * 10-5 g / mL, 7.1 * 10-6 g / mL, 4.1 and 41 μS respectively. In the second part, the sustainability of the activated water, processed in every processing conditions, was investigated at storage temperatures of 5 and 15 ° C. The concentration of peroxide, nitrates and nitrite ions, pH and conductivity of the activated water samples were measured over 0-15 days. Based on the results, the peroxide concentration exhibited an exponential decrease with storage time. The effect of storage temperature on the reduction rate of peroxide concentration was studied by calculating the activation energies (Ea) and appeared to increase with increasing water treatment time and gas flow rate (7.4-70.7 kJ). A higher retention of the peroxide concentration appeared in the water treated with 1 L / min helium gas flow rate for 20 minutes, with an 8% concentration reduction over 12 days. In contrast, the reduction in nitrite concentration was much higher (40-50%) with storage temperature, flow rate and treatment time seeming to not have any effect. An increase in the nitrate concentration on the first day was observed, followed by a decrease in concentration and stabilization after 12 days. The lower pH values and the increase in conductivity observed during storage may be due to the formation of peroxynitrite and the increase in nitrate concentration on the first day of storage. The greater sustainability of the water treated for 15 minutes with a 1 L / min gas flow rate was another parameter that contributed to the selection of these conditions, so that the immersion of rocket leaves will be performed in water treated in these conditions. In the last part of the thesis, a comparative study of the effectiveness of rocket leaves processing by rinsing with activated water stored for 7 days at 5 ° C, with activated water produced on the same day, with a solution of peroxide of the same concentration as the activated water and with sterile distilled water was carried out. The evaluation was done through microbial, texture, color and pH analyses of the rocket leaves. Based on the results, the sterile distilled water and the peroxide solution did not led to a significant reduction in the total microbial load (0.2-0.3 logCFU / g). In contrast, freshly-produced activated water and activated water storaged for 7 days resulted in a fairly satisfactory reduction in the total microbial load. Increasing immersion time in freshly-produced activated water resulted in a reduction of 1.5 logCFU / g in total microbial load and a decrease of 2.5, 1.0 and 0.9 logCFU / g of pseudomonas, yeasts and fungi and lactic bacteria, respectively. No change in the color and texture of the leaves was observed and the pH of the leaves remained at a constant value of 6. In conclusion, the results of this thesis document the potentiality of the indirect application of the innovative cold plasma technology in the food sector and especially in the production process of particularly sensitive ready-to-eat fresh cut plant products.	en
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Τζιά, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	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	158 σ.
heal.fullTextAvailability	true