Μελέτη της επίδρασης της επεξεργασίας με Υπερυψηλή Πίεση στην πολυφαινολική οξειδάση και στη διατηρησιμότητα καινοτόμου προϊόντος αβοκάντο

Σαραντάκου, Παρασκευή; Sarantakou, Paraskefi

dc.contributor.author	Σαραντάκου, Παρασκευή	el
dc.contributor.author	Sarantakou, Paraskefi	en
dc.date.accessioned	2019-04-12T07:36:40Z
dc.date.available	2019-04-12T07:36:40Z
dc.date.issued	2019-04-12
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48617
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16574
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	Πολυφαινολική οξειδάση	el
dc.subject	Αβοκάντο	el
dc.subject	Υπερυψηλή πίεση	el
dc.subject	Polyphenol oxidase	en
dc.subject	Avocado	en
dc.subject	High pressure processing	en
dc.subject	Καινοτόμο ρόφημα	el
dc.subject	Novel smoothie	en
dc.subject	Μεταδιθειώδες νάτριο	el
dc.subject	Sodium metabisulfite	en
dc.title	Μελέτη της επίδρασης της επεξεργασίας με Υπερυψηλή Πίεση στην πολυφαινολική οξειδάση και στη διατηρησιμότητα καινοτόμου προϊόντος αβοκάντο	el
dc.title	Study of the effect of High Pressurre processing on the avocado PPO enzyme and the shelf life of a novel avocado smoothie	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	2018-10-03
heal.abstract	Το αβοκάντο είναι ένας καρπός που γνωρίζει μεγάλη διάδοση σε όλον τον κόσμο τις τελευταίες δεκαετίες, χάρη στα διατροφικά του πλεονεκτήματα. Ωστόσο, δεν υπάρχει μεγάλη ποικιλία διαθέσιμων εμπορικών προϊόντων αβοκάντο, εξαιτίας της ευαισθησίας που παρουσιάζει ο καρπός κατά την επεξεργασία του, στη μεταβολή των οργανοληπτικών του χαρακτηριστικών, κυρίως της γεύσης και του χρώματός του. Η αλλαγή αυτή στο χρώμα οφείλεται κυρίως σε ενζυμική αμαύρωση και προκαλείται από μια σειρά αντιδράσεων, που καταλύεται από το ένζυμο πολυφαινολική οξειδάση (PPO). Η ζήτηση των καταναλωτών για προϊόντα τα οποία διατηρούν αναλλοίωτα τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του φρέσκου φρούτου, έχει καταστήσει την PPO αντικείμενο μελέτης τις τελευταίες δεκαετίες, με στόχο την απενεργοποίησή της. Στην κατεύθυνση αυτή, έχουν αναπτυχθεί νέες τεχνολογίες επεξεργασίας τροφίμων έναντι της κλασσικής θερμικής, η οποία είναι μεν πολύ αποτελεσματική στην ενζυμική απενεργοποίηση και στη μείωση των μικροοργανισμών, αλλά υποβαθμίζει ποιοτικά τα ευαίσθητα τρόφιμα, όπως είναι τα φρούτα και τα λαχανικά. Μία μη θερμική εναλλακτική τεχνολογία επεξεργασίας που επιτρέπει τη διατήρηση των θρεπτικών συστατικών, της φρέσκιας γεύσης και εμφάνισης του αβοκάντο είναι η Υπερυψηλή Πίεση (ΥΠ). Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη της επίδρασης της επεξεργασίας με Υπερυψηλή Πίεση στην πολυφαινολική οξειδάση και στη διατηρησιμότητα καινοτόμου προϊόντος αβοκάντο. Πρόκειται για ένα καινοτόμο ρόφημα, που έχει ως δεύτερο βασικό συστατικό τον όξινο ορό στραγγιστού γιαουρτιού, που αποτελεί μη αξιοποιήσιμο εμπορικά παραπροϊόν της γαλακτοβιομηχανίας. Αρχικά, μελετήθηκε η επίδραση της ωριμότητας του καρπού στα ποιοτικά χαρακτηριστικά του και στην ενζυμική ενεργότητα της PPO. Σκοπός του συγκεκριμένου πειράματος ήταν η συσχέτιση της ωρίμανσης δύο ποικιλιών (Hass και Fuerte), η μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας αποθήκευσης στην ωρίμανση, καθώς και η κατηγοριοποίηση του φρούτου σε 4 στάδια ωριμότητας (Α, Β, Γ και Δ), με βάση ορισμένα χαρακτηριστικά. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν κατά την ωρίμανση ήταν η ξηρή μάζα, το pH, τα ολικά διαλυτά σάκχαρα, η υφή, το χρώμα, η ενζυμική ενεργότητα της PPO και τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του καρπού (εξωτερική και εσωτερική εμφάνιση, γεύση, υφή και χρώμα). Οι θερμοκρασίες αποθήκευσης που εξετάστηκαν ήταν οι 10, 15 και 25 °C. Από τα αποτελέσματα συμπεραίνεται ότι οι καρποί της ποικιλίας Fuerte ωριμάζουν με πιο αργούς ρυθμούς από αυτούς της ποικιλίας Hass, αλλά είναι λιγότερο αρεστοί οργανοληπτικά. Συνεπώς, η μελέτη εστιάστηκε στους καρπούς της ποικιλίας Hass. Εξήχθη το συμπέρασμα ότι η θερμοκρασία αποθήκευσης επηρεάζει σημαντικά την ωρίμανση των καρπών. Προσαρμόστηκε μαθηματικό μοντέλο μηδενικής τάξης για την εξάρτηση της αλλαγής του χρώματος του φλοιού από τη θερμοκρασία αποθήκευσης, πρώτης τάξης για τη μεταβολή της οργανοληπτικής σκληρότητας και Λορεντζιανής συνάρτησης 3 παραμέτρων για τη συνολική οργανοληπτική εντύπωση. Αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε αύξηση του ρυθμού μεταβολής του χρώματος του φλοιού, με kpc,10=0,172 d -1 , kpc,15=0,186 d -1 και kpc,25=0,502 d -1 . Οι αντίστοιχοι ρυθμοί μείωσης της σκληρότητας ήταν kF,10=- 0,1255 d -1 , kF,15=-0,358 d -1 και kF,25=-0,614 d -1 . Τα αβοκάντο Β σταδίου ωριμότητας προτιμήθηκαν οργανοληπτικά. Ενδεικτικά, στο Α στάδιο ωριμότητας η ξηρή μάζα είναι ≤28%, στο Β 33% και στο Γ ξεπερνάει το 34%. Με βάση τα παραπάνω, τα αβοκάντο που ήταν αποθηκευμένα στους 25 °C έφτασαν στο Β στάδιο ωριμότητας έπειτα από 7 ημέρες αποθήκευσης, ενώ αυτά που ήταν αποθηκευμένα στους 15 °C έπειτα από 10 ημέρες και, τέλος, αυτά που ήταν αποθηκευμένα στους 10 °C χρειάστηκαν πάνω από 12 ημέρες. Στο δεύτερο μέρος, μελετήθηκε η επίδραση της Υπερυψηλής Πίεσης (ΥΠ), του pH, της θερμοκρασίας, του χρόνου επεξεργασίας και του σταδίου ωριμότητας (όπως αυτό ορίστηκε παραπάνω), στην ενζυμική ενεργότητα εκχυλίσματος PPO πολτού αβοκάντο. Το εκχύλισμα του ενζύμου υπέστη επεξεργασία στα 600, 700 και 750 MPa για 0-60 min σε θερμοκρασίες 25, 35 και 45 °C και σε pH 4, 5 και 6. Η ενζυμική μελέτη πραγματοποιήθηκε σε εκχύλισμα Hass αβοκάντο 3 σταδίων ωριμότητας, Α, Β και Γ. Η επεξεργασία του εκχυλίσματος με ΥΠ είχε ως συνέπεια την απενεργοποίηση της PPO. Αύξηση της πίεσης και της θερμοκρασίας και μείωση του pH συντελούν στη μείωση της ενεργότητας του ενζύμου. Παρατηρήθηκε ότι όσο πιο μεγάλο ήταν το στάδιο ωριμότητας του φρούτου, τόσο μικρότερη ήταν η απενεργοποίηση του ενζύμου, με αποτέλεσμα ο ρυθμός απενεργοποίησης να μειώνεται. Συγκεκριμένα, ο μεγαλύτερος ρυθμός απενεργοποίησης της PPO παρατηρήθηκε σε εκχύλισμα Α σταδίου ωριμότητας, για πίεση 750 MPa, θερμοκρασία 45 °C και pH=4, με τιμή kppo,max=0,0535 d -1 , όπου το ένζυμο απενεργοποιήθηκε κατά 80%. Οι αντίστοιχες συνθήκες επεξεργασίας εκχυλίσματος Β σταδίου είχαν ως αποτέλεσμα απενεργοποίηση κατά 48% , ενώ Γ σταδίου μόλις κατά 36%. Ο ελάχιστος ρυθμός απενεργοποίησης, αντίστοιχα, παρατηρήθηκε σε εκχύλισμα αβοκάντο Γ σταδίου ωριμότητας, για πίεση 600 MPa, θερμοκρασία T=25 °C και pH=5 και είχε τιμή kppo,min=2·10-4 d -1 . Για τις ίδιες συνθήκες επεξεργασίας εκχυλίσματος Β σταδίου ο ρυθμός απενεργοποίησης ήταν ίσος με 6·10-4 d -1 , ενώ για Α σταδίου 0,0034 d -1 . Στο τρίτο μέρος, πραγματοποιήθηκε ο σχεδιασμός καινοτόμου ροφήματος πολτού Hass αβοκάντο B σταδίου ωριμότητας με όξινο ορό στραγγιστού γιαουρτιού, παραπροϊόν της γαλακτοβιομηχανίας. Στη σύνθεση προστέθηκαν γαλακτοολιγοσακχαρίτες (GOS), φυσικό αντιοξειδωτικό δεντρολίβανου και αλάτι. Το ρόφημα που προέκυψε είχε pH=5. Μελετήθηκε η επίδραση της ΥΠ και της θερμοκρασίας στο ρόφημα, με στόχο την επιλογή των βέλτιστων συνθηκών επεξεργασίας. Λόγω των μεγάλων ενεργειακών απαιτήσεων απενεργοποίησης της PPO σε Hass αβοκάντο Β σταδίου και pH ίσο με 5, v προστέθηκε παρεμποδιστής. Το ρόφημα υπέστη επεξεργασία στα 600, 700 και 750 MPa από 0-60 min στους 25, 35 και 45 °C. Προστέθηκαν μεταδιθειώδες νάτριο, 4-εξυλορεσορκινόλη, κιτρικό οξύ και L-κυστεΐνη σε διαφορετικές συγκεντρώσεις και μετρήθηκε η μεταβολή χρώματος με το χρόνο. Παρατηρήθηκε ότι η αύξηση της πίεσης, της θερμοκρασίας, η προσθήκη παρεμποδιστή, καθώς και ο συνδυασμός των παραπάνω παραμέτρων συντέλεσε σε μείωση της μεταβολής του χρώματος (ΔΕ). Για παράδειγμα, σε ανεπεξέργαστο δείγμα η μέγιστη τιμή μεταβολής χρώματος χωρίς προσθήκη παρεμποδιστή ήταν ίση με ΔΕmax,ΧΠ=23,72, ενώ με προσθήκη μεταδιθειώδους νατρίου σε συγκέντρωση 0,01% w/w ήταν ίση με ΔΕmax,MB1=14,45. Στα 600 MPa και στους 25 °C για 30 min οι αντίστοιχες τιμές μεταβολής χρώματος ήταν ΔΕmax,600,25,30,ΧΠ=20,32 και ΔΕmax,600,25,30,MB1=13,03 και στα 750 MPa, ΔΕmax,750,30,25ΧΠ=19,87 και ΔΕmax,750,30,25,MB1=11,14. Τέλος, στους 35 °C για τον ίδιο χρόνο επεξεργασίας, καθώς και για την προσθήκη του ίδιου παρεμποδιστή στην ίδια συγκέντρωση, οι τιμές ήταν αντίστοιχα για πίεση 600 MPa ΔΕmax,600,35,30,ΧΠ=9,59 και ΔΕmax,600,35,30,MB1=7,40 και για 750 MPa ΔΕmax,600,35,30,ΧΠ=9,02 και ΔΕmax,600,35,30,MB1= 2,69. Στο τέταρτο μέρος μελετήθηκε η διατηρησιμότητα του ροφήματος σε συνθήκες επεξεργασίας 600 MPa στους 25 και 35 °C για 10 min, 750 MPa στους 25 και 35 °C για 5 min, και 90 °C για 5 min, με και χωρίς την προσθήκη μεταδιθειώδους νατρίου, προκειμένου να διαπιστωθεί η επίδραση των συνθηκών επεξεργασίας και της προσθήκης του μεταδιθειώδους νατρίου στην ποιότητα και σταθερότητα του ροφήματος αβοκάντο κατά την αποθήκευση. Κατά τη μελέτη διατηρησιμότητας προσδιορίστηκαν οι μικροβιακές αλλοιώσεις και οι ποιοτικές και οργανοληπτικές μεταβολές του ροφήματος σε ισοθερμοκρασιακές συνθήκες ψύξης Τ=5 °C, 10°C και 15 °C. Η ΥΠ κρίθηκε καταλληλότερη τεχνολογία επεξεργασίας από τη θερμική για το ρόφημα, καθώς τα αντίστοιχα δείγματα παρουσίασαν αυξημένη διατηρησιμότητα. Η επεξεργασία με ΥΠ είχε ως αποτέλεσμα την επιμήκυνση του χρόνου ζωής των δειγμάτων κατά τουλάχιστον 39 μέρες στους 5 °C, κατά τις οποίες δεν παρατηρήθηκε σημαντική ποιοτική υποβάθμιση των επεξεργασμένων με ΥΠ δειγμάτων (σε όλες τις θερμοκρασίες αποθήκευσης). Οι ρυθμοί μεταβολής της βιταμίνης C και της βαθμολόγησης της ολικής οργανοληπτικής εντύπωσης, υπολογίστηκαν με προσαρμογή σε μαθηματικά μοντέλα 1 ης τάξης κι η εξάρτησή τους από τη θερμορκασία από την εξίσωση Arrhenius. Με τις εξισώσεις έγινε υπολογισμός του χρόνου ζωής του προϊόντος με βάση αυτούς τους 2 δείκτες. Τα θερμικά επεξεργασμένα δείγματα (χωρίς και με προσθήκη μεταδιθειώδους νατρίου), εμφάνισαν απώλεια της βιταμίνης C σε σημαντικά επίπεδα και απορρίφθηκαν την 25η και την 31η μέρα αποθήκευσης, αντίστοιχα. Ο χρόνος ζωής των δειγμάτων της ΥΠ εκτιμήθηκε, ανάλογα με τις συνθήκες επεξεργασίας, από 46 έως 213 ημέρες σε θερμοκρασία αποθήκευσης 5 °C. Η αύξηση της πίεσης αύξησε το χρόνο ζωής του ροφήματος, όπως και η συνέργεια της θερμοκρασίας με την πίεση. Η προσθήκη μεταδιθειώδους νατρίου είχε ως αποτέλεσμα τη διατήρηση του χρώματος στα δείγματα της ΥΠ, κάτι που δε συνέβη στα δείγματα της θερμικής επεξεργασίας. Συνολικά συμπεραίνεται ότι η ΥΠ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέθοδος επεξεργασίας του ροφήματος για την επίτευξη ικανοποιητικού χρόνου ζωής.	el
heal.abstract	The avocado fruit has gained global popularity during the last decades, thanks to its nutritive advantages. However, commercially available avocado products are limited, because of the sensitivity of the fruit to processing, and the ensuing alteration of its sensory characteristics, especially its taste and colour. The change in colour is due mainly to enzymatic browning, which is caused by a range of reactions that are catalyzed by an enzyme called polyphenol oxydase (PPO). Consumer demand for products that preserve the sensory characteristics of fresh fruit has led to a lot of research focusing on the inactivation of PPO. As a result, new food processing technologies have emerged offering an alternative to the traditional thermal processing, which is certainly very efficient in enzyme deactivation and in the reduction of microorganisms, but it degrades the quality of sensitive food, such as fruits and vegetables. An alternative non-thermal processing technology that allows the preservation of nutrients, fresh flavour and appearance of avocado fruit is High Hydrostatic Pressure (HHP). The aim of the present diploma thesis was the study of the effect of HHP processing on polyphenol oxydase and on the shelf-life of an innovative avocado product, namely an innovative beverage having as second main ingredient acid Greek yoghurt acid whey, a by-product of dairy industry that is not commercially exploitable. Initially, the influence of fruit maturity on its qualitative characteristics and on the enzymatic activity of PPO was studied. The goal of this particular experiment was to compare the maturation process of two specific avocado varieties (Hass and Fuerte), to study the effect of temperature on maturity and to categorize the fruit into four stages of maturity (A, B, C and D), based on certain attributes. The parameters examined during maturity process were: dry matter, pH, total soluble sugars, texture, colour, the enzymatic activity of PPO and the sensory characteristics of the fruit (external and internal appearance, taste, texture and colour). The storage temperatures examined were 10, 15 and 25 °C. The results showed that fruits of the Fuerte variety mature more slowly than those of the Hass variety, but they have inferior sensory properties. Therefore, the study focused on fruit of the Hass variety. It was shown that storage temperature has a significant effect on fruit maturity. A mathematical zero-order model was developed for the relationship between storage temperature and change of peel colour, a first- order model for the change of sensory firmness and a three-parameters Lorenz curve for the total sensory impression. An increase in temperature leads to increase of the rate of peel darkening, with kpc,10= 0,172 d-1 , kpc,15=0,186 d-1 and kpc,25=0,502 d-1 . The corresponding rates of decrease of firmness were kF,10= -0,1255 d-1 , kF,15=-0,358 d-1 and kF,25=-0,614 d-1 . Stage-B avocados were preferred from a sensory point of view. As an example, the dry matter of stage-A avocados is ≤28%, in stage B it is 33% and in stage C more than 34%. Based on the abovementioned criteria, avocados stored at 25 °C reached stage B after 7 days of storage, while at a temperature of 15 °C maturity took 3 days more and at 10 °C it took at least 12 days more. In the second part, the effect of several parameters (HHP, pH, temperature, holding time and maturity stage, as defined above) on the enzymatic activity of avocado pulp PPO extract was studied. The enzyme extract was processed at 600, 700 and 750 MPa during 0-60 min at temperatures of 25, 35 and 45 °C and a pH equal to 4, 5 and 6. The enzymatic study was performed on an extract of Hass avocado fruit of three maturity stages, A, B and C. HHP processing of the extract led to PPO inactivation. An increase in pressure and temperature and a decrease in pH lead to a decrease in enzymatic activity. It was observed that as the maturity stage increases enzyme inactivation becomes more difficult and inactivation rate decreases. In particular, the highest PPO inactivation rate was observed on a stage-A extract processed at a pressure of 750 MPa, a temperature of 45 °C and at pH=4, with a value of kppo,max=0,0535 d -1 , where the inactivation rate reached 80%. Under similar process conditions, a stage-C extract gave a rate of enzymatic inactivation of a mere 36%. In the same time, the lowest inactivation rate was observed on a stage-C extract processed at a pressure of 600 MPa, a temperature of 25 °C and at pH=5, with a value of kppo,min=2·10-4 d -1 . Under the same processing conditions for a stage-B extract the inactivation rate was 6·10-4 04 d- 1 , while for a stage-A extract it reached 0,0034 d-1 . In part three, an innovative beverage was developed based on Hass avocado pulp of maturity stage-B and Greek yoghurt acid whey, a by-product of dairy industry. Other ingredients were galacto-oligosaccharites (GOS), natural antioxidant rosemary extract and salt. The resulting beverage had a pH of 5. The effect of HHP and temperature on the beverage was studied, with the aim to choose the optimal processing conditions. Because of the high energy requirements of PPO inactivation for stage-B avocado at a pH of 5, an inhibitor was added. The beverage was processed at 600, 700 and 750 MPa during 0-60 min at 25, 35 and 45 °C. Sodium metabisulfite, 4-hexyresorcinol, citric acid and L-cysteine were added at varying concentrations and the rate of colour change was measured. It was observed that the increase in pressure and in temperature, the addition of an inhibitor and a combination of the above lead to a decrease in colour change (ΔΕ). For instance, on an unprocessed sample, the maximum colour change without adding an inhibitor was equal to ΔΕmax,ΧΠ=23,72, while after the addition of sodium metabisulfite in a concentration of 0,01% w/w it dropped to ΔΕmax,MB1=14,45. After processing at 600 MPa and 25 °C for 30 min the respective values of colour change were ΔΕmax,600,25,30,ΧΠ=20,32 and ΔΕmax,600,25,30,MB1=13,03 while at 750 MPa they were ΔΕmax,750,30,25ΧΠ=19,87 and ΔΕmax,750,30,25,MB1=11,14. Finally, at a temperature of 35 °C for the same processing time, with the same inhibitor and concentration, the respective values were ΔΕmax,600,35,30,ΧΠ=9,59 and ΔΕmax,600,35,30,MB1=7,40 at a pressure of 600 MPa and ΔΕmax,600,35,30,ΧΠ=9,02 and ΔΕmax,600,35,30,MB1= 2,69 at 750 MPa. In part four, the shelf life of the beverage was studied under processing conditions of 600 MPa at 25 and 35 °C for 10 min, 750 MPa at 25 and 35 °C for 5 min, and 90 °C for 5 min, with and without the addition of sodium metabisulfite in order to ascertain the effect of processing conditions and of the presence of an inhibitor on the quality and the stability of the avocado beverage during storage. During the shelf-life study microbial alterations and qualitative and sensory changes of the beverage were determined at isothermal refrigeration conditions of Τ=5 οC, 10 οC, 15 οC . HHP emerged as a more suitable processing technology than thermal processing, given that its samples exhibited extended shelf-life. HHP processing led to an extension of the samples’ shelf-life for at least 39 days at 5 οC, with no considerable qualitative degradation of the samples for all storage temperatures. A mathematical first-order model was developed for the rate of change of vitamin C and of the total sensory impression, while their dependence on temperature was calculated using the Arrhenius equations. With the aid of equations, the product shelf-life is calculated based on these two indicators. Thermal method samples (with and without the addition of sodium metabisulfite) exhibited considerable loss in vitamin C levels and were respectively rejected at day 25 and day 31. The shelf-life of the beverage increases with an increase in pressure, as well as with the synergy of pressure and temperature. The addition of an inhibitor resulted in preserving the colour in HP samples but not in thermal samples. It can be concluded from the above that HHP can be used for beverage processing leading to a satisfactory shelf-life.	en
heal.advisorName	Δερμεσονλούογλου, Ευφημία	el
heal.advisorName	Ανδρέου, Βαρβάρα	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Τζιά, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Τζαμτζής, Νικόλαος	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	213 σ.
heal.fullTextAvailability	true