Μελέτη μη θερμικών τεχνολογιών ως μεθόδων προεπεξεργασίας για την εκχύλιση αντιοξειδωτικών ενώσεων από παραπροϊόντα εσπεριδοειδών και για την επιτάχυνση της ξήρανσής τους με αέρα

Νταφούλης, Αχιλλέας; Ntafoulis, Achilleas

dc.contributor.author	Νταφούλης, Αχιλλέας	el
dc.contributor.author	Ntafoulis, Achilleas	en
dc.date.accessioned	2024-02-12T11:02:58Z
dc.date.available	2024-02-12T11:02:58Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58836
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26532
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	Φλοιός πορτοκαλιού	el
dc.subject	Ξήρανση	el
dc.subject	Εκχύλιση	el
dc.subject	Παλμικά ηλεκτρικά πεδία	el
dc.subject	Υπέρηχοι και μικροκύματα	el
dc.title	Μελέτη μη θερμικών τεχνολογιών ως μεθόδων προεπεξεργασίας για την εκχύλιση αντιοξειδωτικών ενώσεων από παραπροϊόντα εσπεριδοειδών και για την επιτάχυνση της ξήρανσής τους με αέρα	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική τροφίμων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-09-28
heal.abstract	Ο φλοιός του πορτοκαλιού είναι το κύριο παραπροϊόν που προκύπτει σε μεγάλες ποσότητες, μετά από τη χυμοποίηση του πορτοκαλιού και απασχολεί έντονα τη βιομηχανία, λόγω των θρεπτικών συστατικών που περιέχει. Έτσι αναζητούνται τρόποι για την αξιοποίηση του. Δύο μέθοδοι αξιοποίησής του είναι η ξήρανσή του, προς παραγωγή ζωοτροφής και η εκχύλιση βιοδραστικών και αντιοξειδωτικών ενώσεων υψηλής προστιθέμενης αξίας. Η διεργασία της ξήρανσης χρησιμοποιείται στη βιομηχανία για την απομάκρυνση της υγρασίας από το φλοιό του πορτοκαλιού αυξάνοντας την διατηρησιμότητά του, μειώνοντας την ενεργότητα του νερού, με αποτέλεσμα να αποφεύγεται η ανάπτυξη μικροβίων και να επιβραδύνεται η εξέλιξη αλλοιογόνων χημικών αντιδράσεων. Ο φλοιός μετά την χυμοποίηση του πορτοκαλιού, εισέρχεται σε νέα γραμμή παραγωγής για να υποστεί κατάλληλη επεξεργασία, πριν καταλήξει στον φούρνο για να ξηραθεί. Η διεργασία της ξήρανσης, ωστόσο, έχει υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις και συχνά αλλοιώνει τα χαρακτηριστικά των τροφίμων λόγω της έκθεσής τους σε υψηλές θερμοκρασίες για μεγάλο χρονικό διάστημα. Τα Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία (ΠΗΠ) μπορούν να προκαλέσουν διάρρηξη των κυτταρικών τοιχωμάτων των φυτικών ιστών ώστε η απομάκρυνση της υγρασίας από αυτούς να γίνεται με μεγαλύτερο ρυθμό. Αντικείμενο της πρώτης θεματικής ενότητας της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης της επεξεργασίας με τη μέθοδο των Παλμικών Ηλεκτρικών Πεδίων στην ξήρανση με αέρα του φλοιού πορτοκαλιού και η μαθηματική επεξεργασία αυτής, για την εξοικονόμηση χρόνου και ενέργειας. Αρχικά, εξετάζεται η ένταξη των ΠΗΠ σε 2 σημεία της γραμμής παραγωγής. Το πρώτο σημείο είναι αμέσως μετά την έξοδο του κοπτικού μηχανήματος και πριν το λουτρό με τον ασβέστη, με το προϊόν να έχει 90% περιεχόμενη υγρασία και το δεύτερο σημείο βρίσκεται μετά την έξοδο της πρέσας και πριν την είσοδο του φούρνου, με το προϊόν να έχει 70% περιεχόμενη υγρασία. Λαμβάνονται δείγματα από το κάθε σημείο της γραμμής παραγωγής και επεξεργάζονται με τα ΠΗΠ (4kV/cm, συχνότητα 20Hz, 15μs πλάτος παλμού, 1000 παλμοί). Κατόπιν οδηγούνται στον φούρνο για ξήρανση, στους 50ο C και στους 60ο C και αφού προκύψουν οι καμπύλες ξήρανσης, συγκρίνονται με αυτές των ανεπεξέργαστων. Προκύπτει πως η επεξεργασία με τα ΠΗΠ έχει σημαντική επίδραση μόνο στο 1ο σημείο, (μετά την έξοδο του κοπτικού μηχανήματος και πριν το λουτρό με τον ασβέστη) επομένως το σημείο αυτό επιλέγεται για τη συνέχεια των πειραμάτων. Επιπλέον, εφόσον τα δείγματα μετά την επεξεργασία οδηγούνται κατευθείαν προς ξήρανση, χωρίς να περνούν από τα υπόλοιπα στάδια της γραμμής παραγωγής, εξάγεται το συμπέρασμα πως τα στάδια αυτά μπορούν να παρακαμφθούν. Στη συνέχεια στα δείγματα από το επιλεγμένο σημείο εκτιμώνται οι δείκτες κυτταρικής διάρρηξης Ζ μέσω της μεθόδου χαμηλής-υψηλής συχνότητας, για τιμές έντασης ηλεκτρικού πεδίου, 1.7, 2.5, 4.0 kV/cm. Φαίνεται πως για κάθε τιμή της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, σε μικρούς χρόνους επεξεργασίας υπάρχει σημαντική αύξηση του δείκτη κυτταρικής διάρρηξης Ζ ενώ σε μεγαλύτερους χρόνους εμφανίζεται μικρότερη αύξηση του Ζ μέχρις ότου να πάρει την τιμή 0.8. Επίσης όσο μεγαλώνει το ηλεκτρικό πεδίο, ο δείκτης κυτταρικής διάρρηξης αυξάνεται πιο γρήγορα σε σχέση με το χρόνο επεξεργασίας. Έπειτα, τα δείγματα με τους διαφορετικούς δείκτες κυτταρικής διάρρηξης οδηγούνται προς ξήρανση στους 60ο C και συγκρίνονται οι καμπύλες ξήρανσής τους. Από τη σύγκριση αυτή δεν προκύπτει σημαντική διαφορά ανάμεσα στους ρυθμούς ξήρανσης και έτσι επιλέγεται για επεξεργασία η λιγότερο έντονη ενεργειακά συνθήκη (1.7 kV/cm, συχνότητα 20Hz, 15μs πλάτος παλμού, 100 παλμοί, Ζ=0.2). Πραγματοποιείται κινητική μελέτη ξήρανσης σε θερμοκρασίες από 50ο C έως 90ο C για ανεπεξέργαστα και επεξεργασμένα με ΠΗΠ (1.7 kV/cm, συχνότητα 20Hz, 15μs πλάτος παλμού, 100 παλμοί) δείγματα. Συμπεραίνεται ότι η επεξεργασία με ΠΗΠ έχει θετική επιρροή στον ρυθμό ξήρανσης. Βέβαια, με την αύξηση της θερμοκρασίας εμφανίζονται μικρότερες διαφορές μεταξύ των δειγμάτων. Συγκεκριμένα στους 50 και τους 60ο C παρατηρούνται σημαντικές διαφορές μεταξύ των διαφορετικών συνθηκών ΠΗΠ ενώ στους 80 και τους 90ο C δεν συμβαίνει το ίδιο. Από το 2ο νόμο του Fick υπολογίζονται οι φαινόμενοι συντελεστές διάχυσης Deff και από το νόμο του Arrhenius προκύπτουν οι ενέργειες ενεργοποίησης του φαινόμενου συντελεστή διάχυσης. Επιπλέον υπολογίζεται ο απαιτούμενος χρόνος ξήρανσης για ένα τελικό προϊόν με 20% εναπομένουσα υγρασία και η ενέργεια που καταναλώθηκε στο χρόνο αυτό. Για τα επεξεργασμένα με ΠΗΠ δείγματα προκύπτει ότι εμφανίζουν μεγαλύτερο φαινόμενο συντελεστή διάχυσης, με αύξηση έως και 48% και μικρότερη τιμή ενέργειας ενεργοποίησης. Η επεξεργασία με ΠΗΠ φαίνεται να μειώνει το χρόνο ξήρανσης ακόμα και έως 29.8% στους 50ο C. Το ίδιο συμβαίνει και στην ενέργεια που καταναλώνεται, αφού επιτυγχάνεται μείωση έως και 41 ΜJ/kg. Στόχος της δεύτερης ενότητας της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης διαφόρων παραμέτρων και διαφορετικών τεχνολογιών στην απόδοση της εκχύλισης βιοδραστικών ενώσεων από το φλοιό του πορτοκαλιού. Για την παραλαβή των βιοδραστικών συστατικών εφαρμόζονται η συμβατική μέθοδος εκχύλισης, η εκχύλιση υποβοηθούμενη με Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία, η εκχύλιση υποβοηθούμενη με υπερήχους και η εκχύλιση υποβοηθούμενη με μικροκύματα. Σε κάθε περίπτωση αξιολογείται η απόδοση της ανάκτησης ολικών φαινολικών ενώσεων, φλαβονοειδών και της αντιοξειδωτικής ικανότητας των εκχυλισμάτων. Όλες οι εκχυλίσεις πραγματοποιούνται με λόγο στερεού προς υγρό 1/10 και οι διαλύτες που χρησιμοποιούνται είναι α) 80% v/v υδατική αιθανόλη (80% EtOH, (β) 50% v/v υδατική αιθανόλη (50% EtOH) και (γ) νερό (0% EtOH). Οι παράμετροι εκχύλισης που εξετάζονται σε κάθε περίπτωση είναι ο χρόνος εκχύλισης, και η αναλογία αιθανόλης στον διαλύτη. Επιπλέον εξετάζεται η επιρροή της θερμοκρασίας κατά τη συμβατική μέθοδο και με τους υπερήχους, της ισχύος των υπερήχων, της ισχύος και του χρόνου της επεξεργασίας με τα μικροκύματα και της επεξεργασίας των ΠΗΠ. Επιπλέον μέσα από στατιστική επεξεργασία, προκύπτουν οι βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης βιοδραστικών συστατικών για κάθε τεχνολογία. Η εύρεση της βέλτιστης συνθήκης συμβατικής εκχύλισης φαινολικών ενώσεων από φλοιούς πορτοκαλιών γίνεται με βάση την μέγιστη απόδοση φαινολικών ενώσεων, καθώς η μέγιστη συγκέντρωση ολικών φαινολικών ενώσεων σε κάθε τεχνολογία είναι υπερδεκαπλάσια της μέγιστης συγκέντρωσης των φλαβονοειδών. Για τη συμβατική μέθοδο, πραγματοποιείται εκχύλιση υπό σταθερή ανάδευση για 120 min σε θερμοκρασίες 30ο, 50ο C και 70ο C. Από τα πειράματα με τη συμβατική μέθοδο εκχύλισης προκύπτει πως η εκχύλιση ολικών φαινολικών ενώσεων ευνοείται από την αύξηση της θερμοκρασίας μέχρι και τους 50ο C. Η προσθήκη αιθανόλης στο διαλύτη ευνοεί επίσης την εκχύλιση, όπως και η αύξηση του χρόνου εκχύλισης στις θερμοκρασίες των 30 και 50ο C. Όσον αφορά στην εκχύλιση φλαβονοειδών, επηρεάζονται αρνητικά από την αύξηση της θερμοκρασίας, ενώ ευνοούνται με αύξηση του χρόνου εκχύλισης και με αύξηση της αναλογίας της αιθανόλης στο διαλύτη. Οι βέλτιστες συνθήκες που προκύπτουν είναι με διαλύτη 60%EtOH για χρόνο εκχύλισης 90 min στους 60ο C. Υπό αυτές τις συνθήκες ανακτώνται 5.90 mg ολικών φαινολικών ενώσεων/g νωπού βάρους, 0.391 mg ολικών φλαβονοειδών /g νωπού βάρους ενώ η αντιοξειδωτική ικανότητα των εκχυλισμάτων είναι 1.65 mg/g νωπού βάρους Για την εκχύλιση υποβοηθούμενη με ΠΗΠ πραγματοποιείται προεπεξεργασία των δειγμάτων με ΠΗΠ (4.5kV/cm, 20Hz, 15μs πλάτος παλμού, 1000 παλμοί) και έπειτα εκχύλιση υπό σταθερή ανάδευση για 120 min σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Από τα αποτελέσματα που προκύπτουν, φαίνεται να ισχύει πως η αύξηση του χρόνου εκχύλισης ευνοεί την απόδοση εκχύλισης ολικών φαινολικών ενώσεων στα πρώτα 30 min, ενώ στη συνέχεια δεν επηρεάζει. Επιπλέον η αναλογία αιθανόλης δεν επηρεάζει σημαντικά την απόδοση της εκχύλισης. Η θερμοκρασία δεν παίζει κάποιο ρόλο, εφόσον τα πειράματα πραγματοποιούνται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η εκχύλιση φλαβονοειδών επηρεάζεται από την αναλογία της αιθανόλης στο διαλύτη, αφού τα δείγματα με διαλύτη 80% EtOH παρουσιάζουν σημαντικά μεγάλες διαφορές με τα υπόλοιπα δείγματα, τα οποία δεν διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους. Η αύξηση του χρόνου εκχύλισης, επίσης, ευνοεί την εκχύλιση φλαβονοειδών στα διαλύματα με αναλογία αιθανόλης 80%, ενώ για διαφορετική αναλογία διαλύτη, ο χρόνος εκχύλισης ευνοεί την απόδοση για τα πρώτα 90 min. Οι βέλτιστες συνθήκες που προκύπτουν από τη στατιστική επεξεργασία είναι με διαλύτη 0%EtOH (υδατική εκχύλιση) για χρόνο εκχύλισης 90 min στους 25ο C. Υπό αυτές τις συνθήκες ανακτώνται 5.20 mg ολικών φαινολικών ενώσεων/g νωπού βάρους, 0.294 mg ολικών φλαβονοειδών /g νωπού βάρους ενώ η αντιοξειδωτική ικανότητα των διαλυμάτων είναι 0.95 mg/g νωπού βάρους. Για την εκχύλιση υποβοηθούμενη με υπερήχους, πραγματοποιείται εκχύλιση σε συσκευή υπερήχων, με σταθερή ισχύ υπερήχων ίση με 90% (585 W) και σε δύο σταθερές θερμοκρασίες (35ο C και 50ο C) για χρόνο επεξεργασίας ίσο με 90 min. Προκύπτει πως τα διαλύματα με αιθανόλη στο διαλύτη εμφανίζουν βελτιωμένα αποτελέσματα σε σύγκριση με τα υδατικά διαλύματα, ωστόσο οι διαλύτες με 50% και 80% EtOH δεν εμφανίζουν σημαντικές διαφορές μετά από χρόνο 60 min. Αύξηση του χρόνου εκχύλισης ευνοεί την απόδοση, έως και τα 90min στη θερμοκρασία των 50ο C και μέχρι τα 60 min στους 35ο C. Η αύξηση της θερμοκρασίας ευνοεί την εκχύλιση φαινολικών ενώσεων, επηρεάζει όμως αρνητικά την εκχύλιση φλαβονοειδών. Η προσθήκη αιθανόλης στο διαλύτη φαίνεται να επηρεάζει και αυτή θετικά την εκχύλιση φλαβονοειδών, ενώ την καλύτερη συμπεριφορά φαίνεται να έχει ο διαλύτης με 50% αιθανόλη. Οι βέλτιστες συνθήκες που προκύπτουν από τη στατιστική επεξεργασία είναι με διαλύτη 50%EtOH για χρόνο εκχύλισης 90 min στους 50ο C, για ισχύ υπερήχων 90%. Υπό αυτές τις συνθήκες ανακτώνται 5.72 mg ολικών φαινολικών ενώσεων/g νωπού βάρους, 0.38 mg ολικών φλαβονοειδών /g νωπού βάρους ενώ η αντιοξειδωτική ικανότητα των διαλυμάτων είναι 1.05 mg/g νωπού βάρους. Για την εκχύλιση υποβοηθούμενη με μικροκύματα, πραγματοποιείται προεπεξεργασία για χρόνους 0.5, 1 και 2 min σε φούρνο μικροκυμάτων για τιμές ισχύος 204, 480 και 780 W. Κατόπιν πραγματοποιείται εκχύλιση υπό σταθερή ανάδευση και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος για 120 min. Συμπεραίνεται πως η ανάκτηση ολικών φαινολικών ενώσεων ευνοείται με αύξηση της ισχύος της επεξεργασίας έως και 480W, καθώς περαιτέρω αύξηση δεν επιφέρει κάποιο σημαντικό αποτέλεσμα. Για χαμηλότερες τιμές ισχύος, ο χρόνος της επεξεργασίας δεν επηρεάζει την απόδοση της εκχύλισης, ενώ σε μεγαλύτερες, χρόνοι επεξεργασίας μεγαλύτεροι του 1min εμφανίζουν βελτιωμένα αποτελέσματα. Στην μικρότερη ισχύ, η αύξηση του χρόνου εκχύλισης δεν επηρεάζει την απόδοση της εκχύλισης για χρόνους μεγαλύτερους από 60 min. Σε αυτούς τους χρόνους δεν φαίνεται να εμφανίζονται σημαντικές διαφορές και ανάμεσα στους διαλύτες 50 και 80% αιθανόλη, οι οποίοι ωστόσο παρουσιάζουν βελτιωμένα αποτελέσματα σε σύγκριση με το απλό νερό. Στην μεγαλύτερη ισχύ, ο χρόνος εκχύλισης επηρεάζει την απόδοση στα πρώτα 90 min, ενώ η προσθήκη αιθανόλης στο διαλύτη και η αύξηση του χρόνου επεξεργασίας ευνοούν επίσης την ανάκτηση ολικών φαινολικών ενώσεων. Όσον αφορά στα φλαβονοειδή, η ισχύς των μικοκυμάτων δεν έχει σημαντική επίδραση στην εκχύλιση τους, παρά μόνο σε χρόνους <60 min, ενώ για χρόνους >90 min, η συγκέντρωση των ολικών φλαβονοειδών γίνεται ίδια για όλες τις εφαρμοζόμενες τιμές ισχύος μικροκυμάτων. Επιπλέον, ο μικρότερος χρόνος επεξεργασίας με μικροκύματα δίνει την μέγιστη απόδοση σε ολικά φλαβονοειδή. Για όλες τις συνθήκες εκχύλισης, η αύξηση του χρόνου εκχύλισης οδηγεί σε αύξηση της συγκέντρωσης των φλαβονοειδών έως και τα 90 λεπτά. Η αναλογία αιθανόλης έχει σημαντική επίδραση στην εκχύλιση των φλαβονοειδών, καθώς η συγκέντρωση του 80% έχει σημαντικά καλύτερα αποτελέσματα στην συγκέντρωση των εκχυλιζόμενων φλαβονοειδών, έως και τριπλάσια συγκέντρωση φλαβονοειδών στο τέλος των 120 λεπτών εκχύλισης σε σχέση με το 50% αιθανόλη και νερό. Οι βέλτιστες συνθήκες που προκύπτουν από τη στατιστική επεξεργασία είναι με διαλύτη 80%EtOH για χρόνο εκχύλισης 90 min, για ισχύ μικροκυμάτων 480 W και χρόνο επεξεργασίας 2 min. Υπό αυτές τις συνθήκες ανακτώνται 5.90 mg ολικών φαινολικών ενώσεων/g νωπού βάρους, 0.391 mg ολικών φλαβονοειδών /g νωπού βάρους ενώ η αντιοξειδωτική ικανότητα των διαλυμάτων είναι 1.65 mg/g νωπού βάρους. Συγκρίνοντας τις βέλτιστες συνθήκες της κάθε τεχνολογίας, φαίνεται πως η πιο αποτελεσματική μέθοδος εκχύλισης αποδεικνύεται η εκχύλιση υποβοηθούμενη με μικροκύματα, η οποία έχει τη μεγαλύτερη απόδοση ανάκτησης ολικών φαινολικών ενώσεων, περίπου 12% υψηλότερη σε σχέση με την συμβατική μέθοδο και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Ακολουθεί η εκχύλιση υποβοηθούμενη από υπερήχους από την οποία προκύπτει μια αύξηση της απόδοσης περίπου 10% σε σύγκριση με την συμβατική εκχύλιση, χρησιμοποιώντας όμως μικρότερο όγκο διαλύτη αιθανόλης (50% αντί 60% w/w EtOH) και σε μικρότερη θερμοκρασία εκχύλισης (από 60 σε 50 °C). Για την εκχύλιση υποβοηθούμενη από παλμικά ηλεκτρικά πεδία, η απόδοση σε φαινολικά συστατικά ήταν περίπου ίση με την συμβατική εκχύλιση, υπογραμμίζεται ωστόσο, ότι επιτεύχθηκε χρησιμοποιώντας σκέτο νερό ως μέσο εκχύλισης (χωρίς χρήση αιθανόλης) και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Άρα οι νέες τεχνολογίες είναι φιλικότερες προς το περιβάλλον, είναι πιο οικονομικές και υπερισχύουν της συμβατικής μεθόδου. Έτσι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε πολλούς τομείς της βιομηχανίας τροφίμων.	el
heal.abstract	The orange peel is the main byproduct that results in large quantities after the orange juice extraction process and is of significant interest to the industry due to its nutritional components. Therefore, efforts are being made to find ways to utilize it. Two methods of utilizing it are its drying for the production of animal feed and the extraction of highvalue bioactive and antioxidant compounds. The drying process is employed in the industry to remove moisture from the orange peel, increasing its shelf life by reducing water activity. This, in turn, prevents the growth of microorganisms and delays undesirable chemical reactions. After the orange is juiced, the peel enters a new production line for appropriate processing before reaching the oven for drying. However, the drying process has high energy requirements and often leads to changes in the characteristics of the food due to prolonged exposure to high temperatures. Pulsed Electric Fields (PEF) can induce rupture of the cell walls of plant tissues, facilitating the removal of moisture from them at a faster rate. The first part of this thesis focuses on studying the effect of PEF processing on the drying of orange peel with the aim of saving time and energy. Initially, PEF treatment is applied at two points in the production line. The first point is immediately after the exit of the cutting machine and before the lime bath, with the product having 90% moisture content and the second point is after the exit of the press and before entering the oven, with the product having 70% moisture content. Samples are taken from each point of the production line and processed with PEF (4kV/cm, 20Hz frequency, 15μs pulse width, 1000 pulses). Then, they are sent to the oven for drying at 50°C and 60°C, and the drying curves are compared with those of untreated samples. It is found that PEF treatment significantly affects only the 1st point, (after the exit of the cutting machine and before the lime bath, with the product having 90% moisture content), so this point is selected for further experiments. Moreover, since samples treated with PEF are dried directly without passing through the other stages of the production line, it is concluded that these stages can be bypassed. Subsequently, samples from the selected point are used to estimate the cell rupture indices Z using the low-high frequency method at electric field intensities of 1.7, 2.5, and 4.0 kV/cm. It is observed that for each electric field intensity, there is a significant increase in the Z index at shorter processing times, while at longer times, the increase in Z is smaller until it reaches a value of 0.8. Additionally, as the electric field intensity increases, the cell rupture index increases more rapidly with respect to processing time. Next, samples with different cell rupture indices are subjected to drying at 60°C, and their drying curves are compared. From this comparison, no significant difference is found between the drying rates, and the less intense energy condition (1.7 kV/cm, 20Hz frequency, 15μs pulse width, 100 pulses, Z=0.2) is selected for further processing. A kinetics study of drying is conducted at temperatures ranging from 50°C to 90°C for untreated and PEF-treated samples (1.7 kV/cm, 20Hz frequency, 15μs pulse width, 100 pulses). It is concluded that PEF treatment has a positive influence on the drying rate. However, with increasing temperature, smaller differences between the samples are observed. Specifically, significant differences between different PEF conditions are observed at 50°C and 60°C, while this is not the case at 80°C and 90°C. The coefficients of diffusion, Deff, are calculated from the 2nd law of Fick, and the activation energies of the diffusion coefficient are obtained from Arrhenius' law. Additionally, the required drying time for 20% remaining moisture and the energy consumed during this time are calculated. For samples processed with PEF, it is found that they exhibit a higher diffusion coefficient, with an increase of up to 48%, and a lower activation energy value. Processing with PEP appears to reduce the drying time by up to 29.8% even at 50°C. The same applies to the energy consumption, as a reduction of up to 41 MJ/kg is achieved. The second part of this thesis focuses on studying the effect of various parameters and different technologies on the extraction of bioactive compounds from orange peel. For the extraction of bioactive components, conventional extraction methods, extraction assisted by Pulsed Electric Fields (PEF), ultrasound-assisted extraction, and microwave-assisted extraction are employed. In each case, the recovery efficiency of total phenolic compounds, flavonoids, and the antioxidant capacity of the extracts are evaluated. All extractions are carried out with a solid-to-liquid ratio of 1/10, using the following solvents: (a) 80% v/v aqueous ethanol (80% EtOH), (b) 50% v/v aqueous ethanol (50% EtOH), and (c) water (0% EtOH). The extraction parameters examined in each case are the extraction time and the ethanol ratio in the solvent. Furthermore, the influence of temperature is examined for the conventional method and ultrasoundassisted extraction, as well as the power of ultrasound, power, and processing time for microwave-assisted extraction, and the PEF processing. Additionally, through statistical analysis, the optimal extraction conditions for bioactive components are determined for each technology. Finding the optimal conditions for conventional extraction of phenolic compounds from orange peels is based on the maximum yield of phenolic compounds, as the maximum concentration of total phenolic compounds in each technology is more than ten times that of flavonoids. For the conventional method, extraction is carried out with constant stirring for 120 minutes at temperatures of 30°C, 50°C, and 70°C. From the experiments with the conventional extraction method, it is evident that the extraction of total phenolic compounds is favored by an increase in temperature up to 50°C. The addition of ethanol to the solvent also promotes extraction, as does an increase in the extraction time at temperatures of 30°C and 50°C. Regarding the extraction of flavonoids, they are negatively affected by an increase in temperature but favored by an increase in the extraction time and an increase in the ethanol ratio in the solvent. The optimal conditions that emerge are with a solvent of 60% EtOH for an extraction time of 90 minutes at 60°C. Under these conditions, 5.90 mg of total phenolic compounds/g of wet mass are recovered, along with 0.391 mg of total flavonoids/g of wet mass, and the antioxidant capacity of the solutions is 1.65 mg/g of wet mass. For the Pulsed Electric Fields (PEF) assisted extraction, a pretreatment of the samples is performed using PEF (4.5 kV/cm, 20 Hz, 15 μs pulse width, 1000 pulses), followed by extraction with constant stirring for 120 minutes at room temperature. From the results obtained, it appears that an increase in the extraction time favors the extraction yield of total phenolic compounds in the first 30 minutes, but afterward, it does not significantly affect it. Additionally, the ethanol ratio in the solvent does not significantly impact the extraction yield. Temperature does not play a role since the experiments are conducted at room temperature. The extraction of flavonoids is affected by the ethanol ratio in the solvent, as samples with an 80% EtOH solvent show significant differences compared to the other samples, which do not differ significantly among themselves. An increase in the extraction time also favors the extraction of flavonoids in solutions with an 80% ethanol ratio, while for a different solvent ratio, the extraction time favors the yield in the first 90 minutes. The optimal conditions determined through statistical analysis are with a solvent containing 0% EtOH (aqueous extraction) for an extraction time of 90 minutes at 25°C. Under these conditions, 5.20 mg of total phenolic compounds/g of wet mass are recovered, along with 0.294 mg of total flavonoids/g of wet mass, and the antioxidant capacity of the solutions is 0.95 mg/g of wet mass. For ultrasound-assisted extraction, extraction is performed in an ultrasonic device with a constant ultrasound power of 90% (585 W), and at two constant temperatures (35°C and 50°C) for a processing time of 90 minutes. It is evident that solutions with ethanol in the solvent show improved results compared to water-based solutions. However, the 50% and 80% EtOH solvents do not show significant differences after 60 minutes. Increasing the extraction time favors the yield, up to 90 minutes at 50°C and up to 60 minutes at 35°C. An increase in temperature promotes the extraction of phenolic compounds but negatively affects the extraction of flavonoids. The addition of ethanol to the solvent positively affects the extraction of flavonoids, with the 50% ethanol solvent showing the best performance. The optimal conditions determined through statistical analysis are with a 50% EtOH solvent for an extraction time of 90 minutes at 50°C, with an ultrasound power of 90%. Under these conditions, 5.72 mg of total phenolic compounds/g of wet mass are recovered, along with 0.38 mg of total flavonoids/g of wet mass, and the antioxidant capacity of the solutions is 1.05 mg/g of wet mass. For microwave-assisted extraction, preprocessing is carried out for times of 0.5, 1, and 2 minutes in a microwave oven with power settings of 204, 480, and 780 W. Subsequently, extraction is performed under constant stirring and at room temperature for 120 minutes. It is observed that the recovery of total phenolic compounds is favored by an increase in microwave power up to 480 W, as further increases do not yield significant results. For lower power levels, the extraction time does not affect the yield, while for higher power levels, extraction times longer than 1 minute result in improved outcomes. At the lower power setting, an increase in the extraction time does not impact the yield for times longer than 60 minutes. In these cases, there are no significant differences between the 50% and 80% ethanol solvents, both of which outperform water. At the higher power setting, the extraction time affects the yield in the first 90 minutes. Additionally, the addition of ethanol to the solvent and an increase in processing time positively contribute to the recovery of total phenolic compounds. Regarding flavonoids, microwave power does not significantly affect their extraction, except for times less than 60 minutes. For times longer than 90 minutes, the concentration of total flavonoids becomes the same for all applied microwave powers. The ethanol ratio has a significant impact on flavonoid extraction, with the 80% ethanol concentration showing significantly better results, up to three times the flavonoid concentration compared to 50% ethanol and water. The optimal conditions resulting from the statistical treatment are with 80%EtOH solvent for an extraction time of 90 min, for a microwave power of 480 W and a treatment time of 2 min. Under these conditions, 5.90 mg of total phenolic compounds/g fresh weight, 0.391 mg of total flavonoids/g fresh weight are recovered, while the antioxidant capacity of the solutions is 1.65 mg/g fresh weight Comparing the optimal conditions of each technology, it appears that the most effective extraction method is ultrasound-assisted extraction, which has the highest yield of total phenolic compounds, approximately 12% higher compared to the conventional method and at room temperature. Ultrasound-assisted extraction is followed by ultrasoundassisted extraction, which results in an increase in yield of about 10% compared to the conventional extraction method, but using a smaller volume of ethanol solvent (50% instead of 60% w/w EtOH) and at a lower extraction temperature (from 60 to 50 °C). As for pulsed electric field-assisted extraction, the yield of phenolic compounds was approximately equal to conventional extraction. However, it should be emphasized that this was achieved using plain water as the extraction medium (without ethanol) and at room temperature. Therefore, the new technologies are more environmentally friendly, cost-effective, and superior to the conventional method. Thus, they could be used in many areas of the food industry.	en
heal.advisorName	Γιαννακούρου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Γιαννακούρου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Κατσαρός, Γιώργος	el
heal.committeeMemberName	Ζουμπουλάκης, Λουκάς	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	140 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false