Εφαρμογή παλμικών ηλεκτρικών πεδίων για τη βελτιωμένη παραγωγή προϊόντων φρούτων και λαχανικών

Στουκογιώργος, Γεώργιος; Stoukogiorgos, Georgios

dc.contributor.author	Στουκογιώργος, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Stoukogiorgos, Georgios	en
dc.date.accessioned	2024-02-09T10:05:14Z
dc.date.available	2024-02-09T10:05:14Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58826
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26522
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία	el
dc.subject	Ηλεκτροδιάτρηση	el
dc.subject	Χυμοποίηση	el
dc.subject	Καρότο	el
dc.subject	Ροδάκινο	el
dc.subject	Pulsed Electric Fields	en
dc.subject	Cell disintegration	en
dc.subject	Juicing	en
dc.subject	Carrot	en
dc.subject	Peach	en
dc.title	Εφαρμογή παλμικών ηλεκτρικών πεδίων για τη βελτιωμένη παραγωγή προϊόντων φρούτων και λαχανικών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μη θερμικές μέθοδοι επεξεργασίας τροφίμων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-09-28
heal.abstract	Τα φρούτα και τα λαχανικά αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της βιομηχανίας τροφίμων λόγω της υψηλής θρεπτικής αξίας που τα χαρακτηρίζουν καθώς και της ποικιλίας στα προϊόντα τους. Μια σημαντική διεργασία για την αξιοποίηση των φρέσκων φρούτων και λαχανικών είναι η χυμοποίηση για παραγωγή χυμού. Πριν τη διεργασία της χυμοποίησης πραγματοποιείται θερμική επεξεργασία των φρούτων και λαχανικών με στόχο να μεταβληθούν οι μηχανικές τους ιδιότητες και να διευκολυνθεί η εξαγωγή του χυμού καθώς συχνό πρόβλημα για τη βιομηχανία αποτελούν οι σκληροί φυτικοί ιστοί που δυσκολεύουν τη χυμοποίηση και φθείρουν τον εξοπλισμό. Η θερμική επεξεργασία έχει αυξημένες ενεργειακές απαιτήσεις και υποβαθμίζει τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του χυμού, στρέφοντας τη βιομηχανία τροφίμων σε νέες μη θερμικές τεχνολογίες επεξεργασίας. Η τεχνολογία των Παλμικών Ηλεκτρικών Πεδίων (ΠΗΠ) είναι μια νέα, μη θερμική μέθοδος επεξεργασίας που προκαλεί ηλεκτροδιάτρηση της κυτταρικής μεμβράνης των κυττάρων του τροφίμου. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη της επίδρασης της επεξεργασίας με τη μέθοδο των Παλμικών Ηλεκτρικών Πεδίων στην απόδοση της χυμοποίησης, στα χαρακτηριστικά υφής δειγμάτων ροδάκινου και καρότου, στα ποιοτικά χαρακτηριστικά των χυμών τους καθώς και ο προσδιορισμός των ενεργειακών απαιτήσεων της επεξεργασίας με ΠΗΠ. Αρχικά, προσδιορίστηκε ο δείκτης κυτταρικής διάρρηξης (Ζ) σε δείγματα ροδάκινου, αλεσμένου και ολόκληρου καρότου με τη μέθοδο της υψηλής-χαμηλής συχνότητας μετά την επεξεργασία με ΠΗΠ. Οι εντάσεις του ηλεκτρικού πεδίου που εφαρμόστηκαν κατά την επεξεργασία με ΠΗΠ στο δείγμα ροδάκινου ήταν 0,6-2,1 kV/cm, στο δείγμα αλεσμένου καρότου 0,25-1 kV/cm ενώ στο δείγμα ολόκληρου καρότου 0,5-2 kV/cm. Ο δείκτης κυτταρικής διάρρηξης στο δείγμα ροδάκινου έφτασε το 0,37, στο δείγμα αλεσμένου καρότου το 0,42 ενώ στο ολόκληρο καρότο έφτασε το 0,65. Από τα αποτελέσματα του προσδιορισμού του δείκτη κυτταρικής διάρρηξης επιλέχθηκαν οι κατάλληλες συνθήκες επεξεργασίας ΠΗΠ που οδηγούν σε αποτελεσματική κυτταρική διάρρηξη των φυτικών ιστών. Στη συνέχεια, με στόχο να αξιολογηθεί η επίδραση των ΠΗΠ στις μηχανικές ιδιότητες των φυτικών ιστών πραγματοποιήθηκε ανάλυση υφής των ανεπεξέργαστων και επεξεργασμένων φυτικών ιστών. Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκαν δοκιμή συμπίεσης σε δείγματα ροδάκινου, δοκιμή συμπίεσης και κοπής σε δείγματα καρότου. Τα επεξεργασμένα με ΠΗΠ δείγματα ροδάκινου (Wsp=2,73 kJ/kg) έδειξαν μείωση 23% στη δύναμη συμπίεσης σε σύγκριση με το ανεπεξέργαστο δείγμα, παρόμοια με το θερμικά επεξεργασμένο δείγμα (90°C, 5 λεπτά, Wsp=241,85 kJ/kg), γεγονός που μαρτυρά το σημαντικό μαλάκωμα του ιστού. Η μείωση στη δύναμη συμπίεσης του κατεψυγμένου-αποψυγμένου δείγματος ροδάκινου (Wsp=870 kJ/kg) ήταν 67% σε σύγκριση με ανεπεξέργαστο δείγμα και οφείλεται στη μέγιστη κυτταρική διάρρηξη που υπέστη λόγω της διεργασίας. Επιπλέον, έγινε εκτίμηση της συχνότητας αντικατάστασης μαχαιριών σε κοπτική μηχανή πραγματικής γραμμής παραγωγής κατά τη μελέτη της περιόδου αντικατάστασης των μαχαιριών στη βιομηχανία λόγω φθοράς από την κοπή φρούτων με διαφορετικά επίπεδα σκληρότητας. Βρέθηκε ότι η προ επεξεργασία με ΠΗΠ σε ηλεκτρικό πεδίο 2,1 kV/cm παρέτεινε το χρονικό διάστημα για αντικατάσταση από 33 ώρες σε 7 ημέρες κάνοντας σκληρά ροδάκινα να έχουν παρόμοια υφή με ώριμα. Στα επεξεργασμένα με ΠΗΠ δείγματα καρότου, η δύναμη συμπίεσης μειώθηκε κατά 60% μετά την εφαρμογή 3000 παλμών σε ηλεκτρικό πεδίο 0,5 kV/cm (Wsp=5,73 kJ/kg), κατά 70% μετά την εφαρμογή 800 παλμών σε ηλεκτρικό πεδίο 1 kV/cm (Wsp=3,05 kJ/kg) και κατά 90% μετά την εφαρμογή 400 παλμών σε ηλεκτρικό πεδίο 1,7 kV/cm (Wsp=2,60 kJ/kg) σε σύγκριση με το ανεπεξέργαστο δείγμα. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι η επεξεργασία με ΠΗΠ μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στη μείωση των ενεργειακών αναγκών κατά την επεξεργασία του καρότου. Ακολούθησε χυμοποίηση των δειγμάτων και παρατηρήθηκε αύξηση της απόδοσης τους σε χυμό μετά την επεξεργασία με ΠΗΠ σε ηλεκτρικό πεδίο 2,1 kV/cm από 65,6% στο ανεπεξέργαστο δείγμα ροδάκινου σε 79,4% μετά την εφαρμογή 1000 παλμών (Wsp=2.73 kJ/kg). Η απόδοση του θερμικά επεξεργασμένου δείγματος ροδάκινου έφτασε το 77,8% (Wsp=241,85 kJ/kg) ενώ το δείγμα που υπέστη κατάψυξη-απόψυξη είχε απόδοση 77,7% (Wsp=870,09 kJ/kg). Στο αλεσμένο καρότο η απόδοση χυμού του ανεπεξέργαστου δείγματος ήταν 33% ενώ το επεξεργασμένο με ΠΗΠ δείγμα σε ηλεκτρικό πεδίο 1 kV/cm μετά την εφαρμογή 700 παλμών (Wsp=19,83 kJ/kg) σημείωσε απόδοση 43%. Στο δείγμα ολόκληρου καρότου η απόδοση σε χυμό στο ανεπεξέργαστο δείγμα ήταν 23,8% ενώ στο επεξεργασμένο με ΠΗΠ δείγμα σε ηλεκτρικό πεδίο 1,6 kV/cm μετά την εφαρμογή 400 παλμών (Wsp=2,73 kJ/kg) η απόδοση ήταν 41%. Για τα θερμικά επεξεργασμένα δείγματα ολόκληρου καρότου, η απόδοση τους έφτασε το 45,7% μετά από επεξεργασία στους 60°C για 15 λεπτά (Wsp=134,6 kJ/kg), το 41,8% μετά από επεξεργασία στους 70°C για 10 λεπτά (Wsp=173,10 kJ/kg), το 39,5% μετά από επεξεργασία στους 80°C για 3 λεπτά (Wsp=211,50 kJ/kg) και το 40,1% μετά από επεξεργασία στους 90°C για 1 λεπτό (Wsp=250,00 kJ/kg). Το δείγμα καρότου που υπέστη κατάψυξη-απόψυξη (Wsp=882,00 kJ/kg) είχε 45% απόδοση σε χυμό. Στη μελέτη που έγινε στα ποιοτικά χαρακτηριστικά του χυμού ροδάκινου που προέκυψε με χρήση των προ επεξεργασιών, παρατηρήθηκε ότι οι συνθήκες επεξεργασίας δεν επηρεάζουν τη συγκέντρωση των ολικών διαλυτών στερεών αλλά ούτε και το pH. Η συνεκτικότητα κατά Bostwick του χυμού ροδάκινου αυξάνεται από 6,30 σε 8,75 cm/30 δευτερόλεπτα όταν έχει προηγηθεί επεξεργασία του φρούτου με ΠΗΠ (2,1 kV/cm) ή κατάψυξη-απόψυξη σε σύγκριση με το ανεπεξέργαστο δείγμα λόγω της αυξημένης κυτταρικής διάρρηξης των δειγμάτων. Επίσης, παρατηρήθηκε μικρή μεταβολή του χρώματος (ΔΕ=2) του χυμού μετά την επεξεργασία του ροδάκινου με ΠΗΠ σε ηλεκτρικό πεδίο 2,1 kV/cm ειδικότερα μετά την εφαρμογή 500 και 1000 παλμών. Η θερμική επεξεργασία του φρούτου στους 90°C για 5 λεπτά είχε παρόμοια αποτελέσματα στη μεταβολή του χρώματος με την επεξεργασία με ΠΗΠ ενώ μετά τη διεργασία της κατάψυξης-απόψυξης παρατηρήθηκε η μεγαλύτερη μεταβολή στο χρώμα (ΔΕ=4,35) εφόσον ο χυμός ήταν αρκετά σκουρόχρωμος. Επομένως, η επεξεργασίας των δειγμάτων ροδάκινου με ΠΗΠ επηρεάζει σε μικρότερο βαθμό τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του χυμού. Κατά τη μελέτη των ποιοτικών χαρακτηριστικών στο χυμό καρότου, παρατηρήθηκε έως και 11% αύξηση της συγκέντρωσης των ολικών διαλυτών στερεών μετά την επεξεργασία του λαχανικού με ΠΗΠ (1 kV/cm και 1,6 kV/cm) καθώς και μετά τη διεργασία της κατάψυξης-απόψυξης, ενώ μετά τη θερμική επεξεργασία στους 60-90°C ο χυμός είχε έως και 25% μειωμένη συγκέντρωση ολικών διαλυτών στερεών σε σύγκριση με το ανεπεξέργαστο δείγμα. Επιπλέον, η θερμική επεξεργασία επηρεάζει το pH του χυμού μειώνοντας το έως και 6,2% ενώ, η επεξεργασία με ΠΗΠ και η κατάψυξη-απόψυξη δεν επηρεάζει την τιμή του pH. Η οξύτητα (% κιτρικό οξύ) στο χυμό καρότου παρουσιάζει μείωση έως και 44% μετά τη θερμική επεξεργασία, παρόμοια με τη μείωση μετά από κατάψυξη και απόψυξη του καρότου, ενώ η επεξεργασία με ΠΗΠ φαίνεται να αυξάνει σε μικρό βαθμό την οξύτητα του χυμού όταν η επεξεργασία με ΠΗΠ πραγματοποιείται σε αλεσμένο καρότο και να μειώνει την οξύτητα όταν η επεξεργασία πραγματοποιείται σε ολόκληρο καρότο. Η διαφορετική περίοδος συγκομιδής των δειγμάτων καρότου ίσως οφείλεται για τη διαφορετική τάση στην οξύτητα του χυμού μετά την επεξεργασία με ΠΗΠ. Έπειτα, η συγκέντρωση των καροτενοειδών στο χυμό μειώνεται έως και 43% μετά από κάθε συνθήκη επεξεργασίας του καρότου σε σύγκριση με το ανεπεξέργαστο δείγμα. Τέλος, η μεταβολή του χρώματος του χυμού είναι αισθητή κυρίως μετά τη θερμική επεξεργασία (ΔΕ>4) καθώς και μετά την κατάψυξη-απόψυξη (ΔΕ=10) του λαχανικού όπου έχει αρκετά σκούρο χρώμα, ενώ μετά την επεξεργασία με ΠΗΠ η μεταβολή του χρώματος είναι μικρή (ΔΕ~2) και αυξάνεται όσο η επεξεργασία γίνεται εντονότερη. Συμπερασματικά, από τη μελέτη που πραγματοποιήθηκε προκύπτει η θετική επίδραση της τεχνολογίας των Παλμικών Ηλεκτρικών Πεδίων ως προ επεξεργασία της χυμοποίησης και του τεμαχισμού φρούτων και λαχανικών, αφού μεταβάλει τα χαρακτηριστικά υφής, αυξάνει την απόδοση της χυμοποίησης χωρίς να έχει μεγάλες ενεργειακές απαιτήσεις και διατηρεί τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του χυμού σχεδόν αναλλοίωτα. Καθώς η διεργασία μπορεί να πραγματοποιηθεί σε συνεχές έργο, η ένταξή της σε πραγματικές γραμμές παραγωγής φρούτων και λαχανικών έχει σχετικά χαμηλές απαιτήσεις σε τροποποίηση των γραμμών και μπορεί να επιφέρει σημαντικά οφέλη στην αύξηση της παραγωγικότητας και την μείωση των ενεργειακών απαιτήσεων της επεξεργασίας.	el
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Γιαννακούρου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Κοκόσης, Αντώνης	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	131 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false