Επίδραση μη θερμικών τεχνολογιών στην επιταχυνόμενη αποπίκρανση, ζύμωση και ποιότητα επιτραπέζιων πράσινων ελιών

Δεκεριάν, Σέρκο; Dekerian, Serko

dc.contributor.author	Δεκεριάν, Σέρκο	el
dc.contributor.author	Dekerian, Serko	en
dc.date.accessioned	2024-05-21T08:21:20Z
dc.date.available	2024-05-21T08:21:20Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59415
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27111
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	Πράσινη ελιά	el
dc.subject	Αποπίκρανση ελιάς	el
dc.subject	Ζύμωση	el
dc.subject	Μη θερμικές μέθοδοι	el
dc.subject	Ελευρωπαΐνη	el
dc.subject	Green olive	en
dc.subject	Olive debittering	en
dc.subject	Fermentation	en
dc.subject	Non thermal methods	en
dc.subject	Oleuropein	en
dc.title	Επίδραση μη θερμικών τεχνολογιών στην επιταχυνόμενη αποπίκρανση, ζύμωση και ποιότητα επιτραπέζιων πράσινων ελιών	el
dc.title	Effect of non-thermal technologies on the accelerated debittering, fermentation and quality of green table olives	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Τρόφιμα	el
heal.classification	Τεχνολογία Τροφίμων	el
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.classification	Food	en
heal.classification	Food Technology	en
heal.classification	Chemical Engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-09-28
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια, η παραγωγή καινοτόμων προϊόντων και η ανάπτυξη τροφίμων απαλλαγμένων από ανεπιθύμητα συστατικά και εμπλουτισμένα με περαιτέρω θρεπτικά, έχουν αποκτήσει ιδιαίτερη δημοφιλία στο καταναλωτικό κοινό. Ωστόσο, μεγάλο μερίδιο της έρευνας και ανάπτυξης γύρω από τα τρόφιμα πραγματεύεται τη βελτιστοποίηση των διεργασιών παραγωγής τους και των τεχνολογικών χαρακτηριστικών που δεν αφορούν τον καταναλωτή. Μέρος της έρευνας στρέφεται σε ταυτόχρονα μεγαλύτερης απόδοσης παραγωγικότητα και οικονομικότερους τρόπους παραγωγής τροφίμων, με σκοπό τη μεγιστοποίηση του κέρδους. Ένα τρόφιμο, του οποίου ο χρόνος παραγωγής είναι σχετικά μεγάλος, είναι η επιτραπέζια ή αλλιώς βρώσιμη ελιά. Η ωμή ελιά, για να καταστεί βρώσιμη, χρειάζεται να περάσει από δυο βασικά στάδια επεξεργασίας: την αποπίκρανση και τη ζύμωση. Η αποπίκρανση αφορά τη διεργασία απαλλαγής από την ελευρωπαΐνη που είναι υπεύθυνη για την πικρή γεύση του ωμού καρπού. Οι δυο κυριότερες προσεγγίσεις σχετικά με τη διεργασία της αποπίκρανσης είναι οι ελιές ελληνικού και ισπανικού τύπου. Οι πρώτες εμβαπτίζονται σε διάλυμα άλμης και αφήνονται μέχρι τον τερματισμό της ζύμωσης, ενώ οι δεύτερες εμβαπτίζονται σε διάλυμα καυστικού νατρίου για μερικές ώρες, στη συνέχεια ξεπλένονται με νερό και τελικά τοποθετούνται και αυτές σε άλμη. Η ζύμωση αποτελεί μια συνήθη διεργασία στην παραγωγή τροφίμων, κατά την οποία, η ενδογενής μικροχλωρίδα της ελιάς χρησιμοποιεί θρεπτικά συστατικά του τροφίμου για να παραχθούν άλλα, τα οποία το καθιστούν μικροβιολογικά σταθερό και ασφαλές. Συγκεκριμένα για τις ελιές, οι μικροοργανισμοί αυτοί είναι οι ζύμες, τα εντεροβακτήρια και τα γαλακτικά βακτήρια, με τα τελευταία να είναι τα επιθυμητά για επικράτηση. Στόχος της ζύμωσης είναι η κατανάλωση πρωτεϊνών, υδατανθράκων και άλλων συστατικών από τα γαλακτικά βακτήρια, η οποία προκαλεί παραγωγή οξέων, δημιουργώντας δυσμενές περιβάλλον για παθογόνους μικροοργανισμούς και μειώνοντας το pH (<4,5). Η έρευνα γύρω από τα τρόφιμα έχει στραφεί σε μη θερμικές τεχνολογίες που επιταχύνουν υφιστάμενες διεργασίες, όπως αυτή της εκχύλισης στερεού- υγρού, μια διεργασία μεταφοράς μάζας. Εν προκειμένω, η αποπίκρανση και η ζύμωση αποτελούν διεργασίες οι οποίες βασίζονται στα φαινόμενα μεταφοράς μάζας, επομένως αναμένεται να επιταχύνονται από μεθόδους σαν αυτές. Οι μελετώμενες μέθοδοι είναι οι Υπέρηχοι, η Υπερυψηλή Πίεση (ΥΠ) και τα Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία (ΠΗΠ). Η πρώτη, με τη βοήθεια μηχανικών κυμάτων, δημιουργεί φυσαλίδες εντός του ιστού, οι οποίες διαρρηγνύονται, προκαλώντας απώλεια ενδοκυτταρικού περιεχομένου. Η ΥΠ, μέσω υδραυλικής συμπίεσης του τροφίμου επιφέρει περαιτέρω διάτρηση στον φυτικό ιστό, σε σχέση με τη συμβατική εκχύλιση. Τα ΠΗΠ προκαλούν αύξηση της διαπερατότητας της κυτταρικής μεμβράνης, ως αποτέλεσμα της εφαρμογής ηλεκτρικού πεδίου (ηλεκτροδιάτρηση). Επομένως, και οι τρεις διεργασίες αποσκοπούν στην ταχύτερη εκχύλιση ελευρωπαΐνης εκτός του καρπού και στην ταχύτερη εισροή καυστικού νατρίου εντός του καρπού, για τις ελιές ελληνικού και ισπανικού τύπου, αντίστοιχα. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης των παραπάνω μεθόδων ως προεπεξεργασίες στην αποπίκρανση και στη ζύμωση πράσινων επιτραπέζιων ελιών ελληνικού και ισπανικού τύπου. Επιπλέον, θα διερευνηθεί αν αυτές οι προεπεξεργασίες επηρεάζουν τα ποιοτικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των τελικών ζυμωμένων επιτραπέζιων πράσινων ελιών. Η πρώτη θεματική ενότητα της εργασίας αφορά στην κινητική μελέτη της αποπίκρανσης ελιών ελληνικού τύπου, κατά την οποία διερευνήθηκε η επίδραση των τριών διαφορετικών προεπεξεργασιών στην αποπίκρανση τους και επιλέχθηκαν οι βέλτιστες συνθήκες στην καθεμία. Όσον αφορά στους υπερήχους, μελετήθηκαν οι συνθήκες επεξεργασίας 50, 70 και 90% της μέγιστης ισχύος, σε χρόνους κατεργασίας 30, 90 και 180 min. Όσο εντονότερες ήταν οι συνθήκες επεξεργασίας με υπερήχους τόσο πιο αποτελεσματική ήταν η εκχυλισιμότητα σε φαινολικές ενώσεις και σε ενώσεις με αντιοξειδωτική ικανότητα. Επομένως για την πιο έντονη συνθήκη των 90% και 180 min η οποία επιλέχθηκε ως βέλτιστη, παρατηρήθηκε αύξηση της συγκέντρωσης των εκχυλιζόμενων φαινολικών ενώσεων (έως 13 φορές μεγαλύτερη σε σχέση με το δείγμα αναφοράς), ενώ ταυτόχρονα σε αυτή την συνθήκη δεν παρατηρήθηκε κάποια υποβάθμιση των ποιοτικών χαρακτηριστικών των ελιών. Για την ΥΠ διερευνήθηκαν οι συνθήκες των 100, 250 και 400 MPa για 5 min επεξεργασίας, με την εκχυλισιμότητα των φαινολικών ενώσεων να αυξάνεται σημαντικά με την αύξηση της πίεσης (ως και 17 φορές παραπάνω από τη συμβατική μετά από 8 ημέρες παραμονής στην άλμη). Σημαντική αύξηση παρουσίασε και η συγκέντρωση σε αντιοξειδωτικές ενώσεις στην άλμη όσο αυξανόταν η ένταση των συνθηκών επεξεργασίας με ΥΠ. Για πιέσεις πάνω από 250 MPa δεν υπήρξαν στατιστικά σημαντικές διαφορές στην συγκέντρωση της ελευρωπαΐνης στις ελιές. Επομένως ως βέλτιστη η συνθήκη ΥΠ επιλέχθηκαν τα 250 MPa & 5min, ως η λιγότερο ενεργοβόρα. Παράλληλα, το χρώμα των επεξεργασμένων με ΥΠ ελιών δεν έδειξε να διαφέρει σημαντικά από το ανεπεξέργαστο, σε αντίθεση με τη σκληρότητα των ελιών που παρατηρήθηκε μία μείωση έως και 57% σε σχέση με το ανεπεξέργαστο στις 8 ημέρες παραμονής στην άλμη. Αυτή η μείωση αναμενόταν να παρατηρηθεί και στις ανεπεξέργαστες ελιές κατά την διάρκεια της ζύμωσης σε μεγαλύτερους χρόνους (>1 μήνα – μέση ζύμωσης). Αναφορικά με την προεπεξεργασία των ΠΗΠ, εξετάστηκαν οι συνθήκες 2.5, 3.5, 5.0, 6.5 kV/cm σε 50, 100, 500, 1000 και 2000 παλμούς. Από την οργανοληπτική αξιολόγηση που διεξήχθη, για εντάσεις ηλεκτρικού πεδίου μεγαλύτερες των 5 kV/cm, παρατηρήθηκε η ύπαρξη μιας δυσάρεστης γεύσης (off-flavor), η οποία οδήγησε στην απόρριψη των παραπάνω συνθηκών. Η εκχυλισιμότητα των φαινολικών ενώσεων ενισχύθηκε με αύξηση της έντασης των συνθηκών με ΠΗΠ, όπως και η συγκέντρωση της ελευρωπαΐνης, η οποία μειώθηκε έως και 76% σε σχέση με το ανεπεξέργαστο μετά από 8 μέρες σε άλμη. Ως βέλτιστη συνθήκη των ΠΗΠ θεωρήθηκαν τα 3.5 kV/cm & 500p όπου επιτεύχθηκε σημαντική μείωση σε ελευρωπαΐνη χωρίς να παρουσιάζει στατιστικά σημαντική διαφορά από τις πιο έντονες συνθήκες. Η δεύτερη θεματική ενότητα αφορά στην κινητική μελέτη της αποπίκρανσης ελιών ισπανικού τύπου και συγκεκριμένα στη διείσδυση καυστικού νατρίου 1.0, 1.5 και 2.0% εντός ελιών, επεξεργασμένων με ΥΠ και ΠΗΠ (στις παραπάνω βέλτιστες συνθήκες) συγκριτικά με τις ανεπεξέργαστες. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως η εφαρμογή και των δύο προεπεξεργασιών οδήγησαν σε σημαντική μείωση του χρόνου αποπίκρανσης σε όλες τις συγκεντρώσεις καυστικού νατρίου, ενώ δεν παρατηρήθηκε υποβάθμιση στο χρώμα και την υφή των επεξεργασμένων ελιών. Παράλληλα, δεν υπήρχαν στατιστικώς σημαντικές διαφορές μεταξύ των δειγμάτων που είχαν υποστεί προεπεξεργασία με ΠΗΠ και ΥΠ για όλες τις συγκεντρώσεις καυστικού νατρίου. Ενδεικτικά, για 2% αλκαλικό διάλυμα, ο χρόνος αποπίκρανσης για τα μη προεπεξεργασμένα, επεξεργασμένα με ΥΠ και ΠΗΠ ήταν 7.2, 5.3 και 5.3 ώρες, αντίστοιχα. Στην τρίτη θεματική ενότητα, για τα δείγματα που προεπεξεργάστηκαν με ΠΗΠ και ΥΠ στις βέλτιστες συνθήκες ακολούθησε η ζύμωση ελιών ελληνικού και ισπανικού τύπου. Οι ζυμώσεις αξιολογούνται ως προς το pH, τα μικροβιακά φορτία ΟΜΧ, γαλακτικών βακτηρίων, ζυμών/μυκήτων και εντεροβακτηρίων και ως προς τα ποιοτικά και οργανοληπτικά των ελιών. Στη ζύμωση ελιών ελληνικού τύπου, τα δείγματα των HP και PEF φαίνεται να μειώνεται το pH τους προοδευτικά με το χρόνο, εμφανίζοντας σημαντικά ταχύτερη μείωση σε σχέση με το δείγμα αναφοράς, σημειώνοντας υποδιπλασιασμό του χρόνου ζύμωσης (100 ημέρες έναντι 213 του ανεπεξέργαστου). Γενικότερα, ως προς τις τιμές των υπόλοιπων εξεταζόμενων μεταβλητών, παρατηρήθηκε ότι στο τέλος όλων ζυμώσεων τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των τελικών ζυμωμένων ελιών δεν διέφεραν σημαντικά μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει πως επιτεύχθηκε μείωση του χρόνου ζύμωσης, χωρίς να προκληθούν αλλαγές στα χαρακτηριστικά των τελικών προϊόντων. Από την άλλη, στη ζύμωση ελιών ισπανικού τύπου δεν παρατηρήθηκαν διαφορές μεταξύ των δειγμάτων τόσο στον χρόνο ζύμωσης όσο και στα ποιοτικά χαρακτηριστικά των τελικών ζυμωμένων ελιών, γεγονός που σηματοδοτεί πως οι προεπεξεργασίες δεν επηρεάζουν την διαδικασία της ζύμωσης. Τα οφέλη ενός εγχειρήματος παραγωγής πράσινης επιτραπέζιας ελιάς ελληνικού τύπου με κάποια μη θερμική μέθοδο ως προεπεξεργασία της ζύμωσης δίνει την δυνατότητα αύξησης της δυναμικότητας μιας υφιστάμενης μονάδας μέχρι και διπλασιασμού, καθώς και ενδεχόμενη μείωση του λειτουργικού κόστους των δεξαμενών ζύμωσης στο μισό, οδηγώντας σε ταχεία παραγωγή ελιών αυτού του τύπου. Όσον αφορά στη ζύμωση ελιών ισπανικού τύπου, αυτή φαίνεται να μην επηρεάστηκε από τις προεπεξεργασίες, επομένως το όφελος αφορά στην επιτάχυνση της αποπίκρανσης. Ως εκ τούτου, υπάρχει και εδώ δυνατότητα αύξησης της παραγωγικότητας, καθώς στον ίδιο χρόνο λειτουργίας των δεξαμενών, μπορούν να αποπικρανθούν σημαντικά περισσότερες ελιές. Συμπερασματικά, οι δύο προεπεξεργασίες θεωρήθηκαν κατάλληλες για χρήση στη συμβατική παραγωγική διαδικασία των επιτραπέζιων ελιών, δίνοντας τη δυνατότητα παραγωγής πράσινων επιτραπέζιων ελιών με αυξημένη παραγωγικότητα και μειωμένη κατανάλωση ενέργεια	el
heal.abstract	In recent years, the production of innovative products and the development of food products, free from unwanted ingredients and enriched with additional nutrients have gained significant popularity among consumers. However, a significant portion of food research and development focuses on optimizing their production processes and technological characteristics that do not directly impact the consumer. Part of the research is aimed at simultaneously achieving higher production efficiency and more economical methods of food production, with the goal of maximizing profit. One food item with a relatively long production time is the table olive, also known as edible olive. The raw olive, to become edible, needs to undergo two basic processing stages: debittering and fermentation. Debittering involves the process of removing oleuropein, which is responsible for the bitter taste of the raw fruit. The two main approaches to the debittering process are the Greek and Spanish methods. The former involves immersing olives in a brine solution and leaving them until fermentation is complete, while the latter immerses olives in a sodium hydroxide solution for a few hours, then rinses them with water before finally placing them in brine. Fermentation is a common process in food production, during which the endogenous microflora of olives uses food nutrients to produce other compounds, making it microbiologically stable and safe. Specifically for olives, these microorganisms are yeasts, enterobacteria, and lactic acid bacteria, with the latter being desirable for dominance. The purpose of fermentation is to consume proteins, carbohydrates, and other ingredients by lactic acid bacteria, which results in the production of acids, creating an unfavorable environment for pathogenic microorganisms and reducing the pH (<4.5). Research in the field of foods has turned to non-thermal technologies that accelerate existing processes, such as solid-liquid extraction, a mass transfer process. In this context, debittering and fermentation are processes based on mass transfer phenomena; therefore, they are expected to be accelerated by methods like these. The studied methods are Ultrasound, High Pressure (HP), and Pulsed Electric Fields (PEF). The first, using mechanical waves, creates bubbles within the tissue, which rupture, causing intracellular content loss. HP, through hydraulic compression of the food, leads to further disruption of the plant tissue compared to conventional extraction. PEF increases the permeability of the cell membrane due to the application of an electric field (electroporation). Therefore, all three processes aim to accelerate oleuropein extraction from the fruit and sodium hydroxide penetration into the fruit, for Greek and Spanish olives, respectively. The purpose of this study is to investigate the effect of these methods as pretreatments in the debittering and fermentation of green table olives of Greek and Spanish types. In addition, it will be explored whether these pretreatments affect the qualitative and sensory characteristics of the final fermented green table olives. The first section of the study deals with the kinetic study of the debittering of Greek-style olives, during which the effect of the three different pretreatments on their debittering was investigated, and the optimum conditions were selected for each. Regarding ultrasound, processing conditions of 50, 70, and 90% of maximum power were studied at processing times of 30, 90, and 180 min. The more intense the ultrasound conditions, the more effective the extractability of phenolic compounds and compounds with antioxidant capacity. Therefore, for the most intense condition of 90% and 180 min, which was chosen as the optimum, an increase in the concentration of extracted phenolic compounds was observed (up to 13 times higher compared to the reference sample), while at the same time, no deterioration of the olive's quality characteristics was observed under this condition. For HP, processing conditions of 100, 250, and 400 MPa for 5 min were investigated, with the extractability of phenolic compounds increasing significantly with increasing pressure (up to 17 times higher than conventional after 8 days of brine treatment). A significant increase in the concentration of antioxidant compounds in brine was also observed as the intensity of the HP processing conditions increased. For pressures above 250 MPa, there were no significant differences in the concentration of oleuropein in olives. Therefore, the optimal HP condition chosen was 250 MPa and 5 min, as the least energy-intensive. Additionally, the color of the HP-treated olives did not show significant differences from untreated ones, unlike the hardness of the olives, which showed a decrease of up to 57% compared to untreated ones after 8 days in brine. This reduction was also expected to be observed in untreated olives during longer fermentation times (>1 month – average fermentation). Regarding the PEF pretreatment, conditions of 2.5, 3.5, 5.0, 6.5 kV/cm at 50, 100, 500, 1000, and 2000 pulses were examined. From the sensory evaluation conducted, for electric field intensities greater than 5 kV/cm, an unpleasant taste (off-flavor) was observed, leading to the rejection of these conditions. The extractability of phenolic compounds was enhanced with increasing intensity of the PEF conditions, as was the concentration of oleuropein, which decreased by up to 76% compared to untreated olives after 8 days in brine. The optimal PEF conditions were considered to be 3.5 kV/cm and 500 pulses, where a significant reduction in oleuropein was achieved without showing a statistically significant difference from the more intense conditions. The second thematic section deals with the kinetic study of the debittering of Spanish-style olives, specifically the penetration of sodium hydroxide at concentrations of 1.0, 1.5, and 2.0% into olives processed with HP and PEF (under the aforementioned optimal conditions) compared to untreated olives. The results showed that the application of both pretreatments led to a significant reduction in the debittering time at all sodium hydroxide concentrations, while there was no degradation in the color and texture of the processed olives. Additionally, among the samples subjected to pretreatment with HP and PEF, there were no statistically significant differences for all sodium hydroxide concentrations. For instance, with a 2% alkaline solution, the debittering time for untreated, HP-processed, and PEF-processed olives was 7.2, 5.3, and 5.3 hours, respectively. In the third thematic section, the olives that underwent pretreatment with HP and PEF under the optimal conditions were subjected to fermentation of Greek and Spanish types. The fermentations were evaluated based on pH, microbial loads (total mesophilic aerobic counts, lactic acid bacteria, yeast/molds, and enterobacteria), as well as the qualitative and sensory characteristics of the olives. In the fermentation of Greek-style olives, the samples treated with HP and PEF appeared to progressively decrease in pH over time, showing a significantly faster decrease compared to the reference sample, with a reduction in fermentation time by half (100 days compared to 213 for untreated olives). Overall, in terms of the values of the other examined variables, it was observed that at the end of all fermentations, the qualitative characteristics of the final fermented olives did not differ significantly among them. This means that a reduction in fermentation time was achieved without causing changes in the characteristics of the final products. On the other hand, in the fermentation of Spanish-style olives, no differences were observed between the samples in terms of both fermentation time and the qualitative characteristics of the final fermented olives, indicating that the pretreatments did not affect the fermentation process. In both cases, the two pretreatments were considered suitable for use as preprocessing steps in the conventional production process of table olives, resulting in high-quality edible green olives with increased productivity and reduced energy consumption.	en
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Κατσαρός, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Θεοδώρου, Θεόδωρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	96 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false