Εφαρμογή παλμικών ηλεκτρικών πεδίων για την επιτάχυνση της ωρίμανσης και βελτιστοποίηση της αξιοποίησης ακτινιδίου

Τσάτσης, Χρήστος; Tsatsis, Christos

dc.contributor.author	Τσάτσης, Χρήστος	el
dc.contributor.author	Tsatsis, Christos	en
dc.date.accessioned	2025-02-18T10:57:32Z
dc.date.available	2025-02-18T10:57:32Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61125
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28821
dc.rights	Default License
dc.subject	Παλμικά ηλεκτρικά πεδία	el
dc.subject	Ακτινίδιο	el
dc.subject	Επιτάχυνση ωρίμανσης	el
dc.subject	Μη θερμική επεξεργασία	el
dc.subject	ΠΗΠ	el
dc.subject	Pulsed electric fields	en
dc.subject	PEF	en
dc.subject	Non thermal process	en
dc.subject	Accelerated ripening	en
dc.subject	Kiwifruit	en
dc.title	Εφαρμογή παλμικών ηλεκτρικών πεδίων για την επιτάχυνση της ωρίμανσης και βελτιστοποίηση της αξιοποίησης ακτινιδίου	el
dc.title	Application of pulsed electric fields for accelerated ripening and optimization of kiwifruit utilization	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική μηχανική	el
heal.classification	Τεχνολογία τροφίμων	el
heal.classification	Μη θερμικές μέθοδοι επεξεργασίας	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-03
heal.abstract	Τα φρούτα και τα λαχανικά αποτελούσαν ανέκαθεν βασικότατο στοιχείο της ανθρώπινης διατροφής και κατ’ επέκταση της βιομηχανίας τροφίμων. Τα τελευταία χρόνια πολλές έρευνες έχουν επικεντρωθεί σε διεργασίες που έχουν ως στόχο την επιτάχυνση της μετασυλλεκτικής ωρίμανσης των καρπών. Κάτι τέτοιο θα έχει πολλαπλά και σημαντικά οφέλη, τόσο για τη βιομηχανία τροφίμων, όσο και για τους καταναλωτές. Οι καρποί δε θα χρειάζονται μακρά περίοδο μετασυλλεκτικής αποθήκευσης έως ότου αποκτήσουν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά, κάτι που θα οδηγήσει σε μείωση του κόστους αποθήκευσης. Ακόμα, οι καρποί που θα διατίθενται στην αρχή της περιόδου εμπορίας θα τυγχάνουν αυξημένης οργανοληπτικής αποδοχής. Τα τελευταία χρόνια, η θέση του ακτινιδίου στην παγκόσμια αγορά φρούτων ενισχύεται διαρκώς, χάρη στη γευστικότητα και τη διατροφική του αξία. Η Ελλάδα εξάγει πολύ μεγάλες ποσότητες ακτινιδίων κάθε χρόνο, γεγονός που την καθιστά μια από τις πρώτες χώρες σε όλο τον κόσμο. Έτσι, μια μέθοδος η οποία θα επιτάχυνε την ωρίμανσή του θα παρείχε πολλαπλά οφέλη. Η επεξεργασία με Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία (ΠΗΠ) συνιστά μια καινοτόμο, μη θερμική, μέθοδο που προκαλεί ηλεκτροδιάτρηση της κυτταρικής μεμβράνης. Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο τη μελέτη της εφαρμογής Παλμικών Ηλεκτρικών Πεδίων για την επιτάχυνση της ωρίμανσης του ακτινιδίου. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε προσδιορισμός του δείκτη κυτταρικής διάρρηξης σε καρπούς ακτινιδίου που υπέστησαν επεξεργασία με ΠΗΠ. Ειδικότερα, εξετάστηκε ο δείκτης κυτταρικής διάρρηξης αμέσως μετά την επεξεργασία, καρπών που υπέστησαν έως και 10000 παλμούς σε πεδία έντασης 0,50 kV/cm και 1,0 kV/cm, έως και 4000 παλμούς σε πεδίο έντασης 1,5 kV/cm και έως και 3000 παλμούς σε πεδίο έντασης 2,4 kV/cm. Ο δείκτης κυτταρικής διάρρηξης βρέθηκε ίσος με 0,154 για πεδίο 0,50 kV/cm και 10000 παλμούς, με 0,480 για πεδίο 1,0 kV/cm και 10000 παλμούς, με 0,549 για πεδίο 1,5 kV/cm και 4000 παλμούς και με 0,655 για πεδίο έντασης 2,4 kV/cm και 3000 παλμούς. Γενικότερα, παρατηρήθηκε αύξηση του δείκτη κυτταρικής διάρρηξης με αύξηση της έντασης του πεδίου και του αριθμού των παλμών. Ακόμα, προσδιορίστηκε η μεταβολή του δείκτη κυτταρικής διάρρηξης δειγμάτων που υπέστησαν επεξεργασία με ΠΗΠ για αποθήκευση διάρκειας 7 ημερών μετά την επεξεργασία, σε θερμοκρασίες 12 οC και 25 οC. Οι συνθήκες επεξεργασίας καθορίστηκαν σε 0,50 kV/cm και 50, 100, 500, 5000 παλμούς, 1,0 kV/cm και 2000 παλμούς και 1,5 kV/cm και 3000 παλμούς. Ο υψηλότερος δείκτης κυτταρικής διάρρηξης βρέθηκε να ισούται με 0,790 παρατηρήθηκε κατά την έβδομη ημέρα για το δείγμα που υπέστη 2000 παλμούς σε πεδίο έντασης 1,0 kV/cm και αποθηκεύτηκε στους 25 οC. Παρόμοια τιμή παρατηρήθηκε και για το που υπέστη 3000 παλμούς σε πεδίο έντασης 1,5 kV/cm και αποθηκεύτηκε στους 25 οC. Επομένως, η τιμή αυτή αποτελεί την τιμή που λαμβάνει ο δείκτης κυτταρικής διάρρηξης ενός πλήρως κατεστραμμένου δείγματος. Συνολικά, παρατηρήθηκε αύξηση του δείκτη κυτταρικής διάρρηξης με αύξηση της έντασης του πεδίου, του αριθμού των παλμών και της θερμοκρασίας αποθήκευσης. Ο δείκτης κυτταρικής διάρρηξης βρέθηκε να αυξάνεται τις πρώτες ημέρες μετά την επεξεργασία, ενώ ακολούθως εμφάνισε μια τάση σταθεροποίησης. Στη συνέχεια, αξιολογήθηκε η ικανότητα της επεξεργασίας με ΠΗΠ να επιδρά σε διάφορες φυσικοχημικές ιδιότητες των καρπών ακτινιδίου. Εξετάστηκαν δείγματα που υπέστησαν από 0-500 παλμούς σε πεδίο έντασης 0,50 kV/cm και αποθηκεύτηκαν στους 12 οC για 12 ημέρες, δείγματα που υπέστησαν από 0-1000 παλμούς σε πεδίο έντασης 0,35 kV/cm και αποθηκεύτηκαν στους 12 οC για 12 ημέρες, δείγματα που υπέστησαν από 0-1000 παλμούς σε πεδίο έντασης 0,35 kV/cm και 0,20 kV/cm και αποθηκεύτηκαν στους 6 οC για 25 ημέρες και δείγματα που υπέστησαν από 0-1000 παλμούς σε πεδίο έντασης 0,35 kV/cm και 0,20 kV/cm και αποθηκεύτηκαν στους 2 οC για 50 ημέρες. Μια εκ των σημαντικότερων ιδιοτήτων που εξετάστηκαν είναι η σκληρότητα. Για το πεδίο έντασης 0,2 kV/cm δεν παρατηρήθηκε σημαντική μείωση της σκληρότητας των επεξεργασμένων δειγμάτων. Αντίθετα, για τα πεδία 0,35 kV/cm και 0,50 kV/cm η επεξεργασία με ΠΗΠ έχει σαφή επίδραση στη μείωση της σκληρότητας των δειγμάτων. Ακόμα, με αύξηση της θερμοκρασίας αποθήκευσης παρατηρήθηκε ταχύτερη μείωση της σκληρότητας. Ενδεικτικά, αναφέρεται ότι τη 12η ημέρα η σκληρότητα του δείγματος που δέχτηκε 500 παλμούς σε πεδίο έντασης 0,50 kV/cm είναι κατά 62% μικρότερη σε σχέση με τη σκληρότητα του αντίστοιχου ανεπεξέργαστου την ίδια χρονική στιγμή και κατά 76% μικρότερη σε σχέση με τη σκληρότητα του αρχικού ανεπεξέργαστου δείγματος. Όσον αφορά τη μεταβολή της φωτεινότητας (L) και του χρώματος των δειγμάτων εξαιτίας της επεξεργασίας, βρέθηκε ότι για τις εντονότερες συνθήκες επεξεργασίας η φωτεινότητα των δειγμάτων μειώνεται και το χρώμα μεταβάλλεται. Για δείγμα που υπέστη 500 παλμούς σε πεδίο έντασης 0,50 kV/cm και αποθηκεύτηκε στους 12 οC για 12 ημέρες, η μεταβολή του χρώματος (ΔΕ) ισούται με 18,1. Η φωτεινότητα του ίδιου δείγματος είναι μειωμένη κατά 44% σε σχέση με τη φωτεινότητα του αρχικού ανεπεξέργαστου δείγματος. Παρόλα αυτά, για τις πιο ήπιες συνθήκες και για αποθήκευση στους 6 οC και τους 2 οC οι μεταβολές αυτές δεν είναι σημαντικές. Ακόμα, εξετάστηκε η επίδραση της επεξεργασίας με ΠΗΠ στην ολική οξύτητα των δειγμάτων. Βρέθηκε ότι η επεξεργασία σε πεδία έντασης 0,50 kV/cm και 0,35 kV/cm έχει ως αποτέλεσμα μειωμένη ολική οξύτητα των δειγμάτων σε σχέση με τα αντίστοιχα ανεπεξέργαστα. Αυτή η μείωση είναι μεγαλύτερη για εντονότερη επεξεργασία. Τη 12η ημέρα η ολική οξύτητα του δείγματος που δέχτηκε 500 παλμούς σε πεδίο έντασης 0,5 kV/cm είναι κατά 32% μικρότερη σε σχέση με την ολική του αντίστοιχου ανεπεξέργαστου την ίδια χρονική στιγμή και κατά 38% μικρότερη σε σχέση με την ολική οξύτητα του αρχικού ανεπεξέργαστου δείγματος. Οι υπόλοιπες ιδιότητες που εξετάστηκαν είναι το pH και η περιεκτικότητα σε βιταμίνη C, χλωροφύλλες, ολικά διαλυτά στερεά και αναγωγικά σάκχαρα. Για όλες τις συνθήκες επεξεργασίας δε βρέθηκε σημαντική επίδραση των ΠΗΠ στις ιδιότητες αυτές. Βάσει των αποτελεσμάτων οργανοληπτικού ελέγχου που διεξήχθη, επεξεργασία με 100 παλμούς σε πεδίο έντασης 0,35 kV/cm έχει ως αποτέλεσμα ο καρπός να εμφανίζει βελτιωμένα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά έως και 25 ημέρες μετά την επεξεργασία, για αποθήκευση στους 6 οC. Τέλος, σχεδιάστηκε μια προτεινόμενη διεργασία επεξεργασίας των καρπών με ΠΗΠ. Οι συνθήκες που επιλέχθηκαν βάσει των συνολικών αποτελεσμάτων είναι οι 100 παλμοί και τα 0,35 kV/cm ως ένταση πεδίου. Η δυναμικότητα της μονάδας που σχεδιάστηκε ισούται με 0,288 t/h και το ενεργειακό κόστος της επεξεργασίας με ΠΗΠ ανέρχεται σε 0,0167 €/t. Εν κατακλείδι, από την μελέτη που πραγματοποιήθηκε, προέκυψε ευεργετική επίδραση της ήπιας επεξεργασίας με Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία στην επιτάχυνση της ωρίμανσης ακτινιδίου, καθώς η σκληρότητα και η οξύτητα του καρπού μειώθηκε, ενώ τα υπόλοιπα ποιοτικά χαρακτηριστικά του δε μεταβλήθηκαν. Ακόμα, οι χαμηλές ενεργειακές απαιτήσεις ενός τέτοιου είδους διεργασίας σε συνεχές έργο, την καθιστούν μια ελκυστική επιλογή για τη βιομηχανία τροφίμων, η οποία μπορεί να βρει πλήθος εφαρμογών στο μέλλον.	el
heal.abstract	Fruits and vegetables have always been a fundamental element of human nutrition and, by extension, the food industry. In recent years, numerous studies have focused on processes aimed at accelerating the postharvest ripening of fruits. Such advancements could provide multiple significant benefits for both the food industry and consumers. Fruits would not require prolonged postharvest storage periods to achieve the desired characteristics, leading to a reduction in storage costs. Additionally, fruits available at the beginning of the marketing period would enjoy increased organoleptic acceptance. The position of kiwifruit in the global fruit market has been continuously strengthening in recent years, thanks to its taste and nutritional value. Greece exports large quantities of kiwifruits each year, making it one of the top countries in the world. Thus, a method that could accelerate the ripening of kiwifruit would provide multiple benefits. Pulsed Electric Fields (PEF) processing is an innovative, non-thermal method that causes electroporation of the cell membrane. This thesis aims to study the application of Pulsed Electric Fields to accelerate the ripening of kiwifruit. Initially, the determination of the cell rupture index was performed on kiwifruits subjected to PEF treatment. Specifically, the cell rupture index was examined immediately after processing in fruits subjected to up to 10,000 pulses in fields of 0.5 kV/cm and 1.0 kV/cm intensity, up to 4,000 pulses in a field of 1.5 kV/cm intensity, and up to 3,000 pulses in a field of 2.4 kV/cm intensity. The cell rupture index was found to be 0.154 for a field of 0.5 kV/cm and 10,000 pulses, 0.480 for a field of 1.0 kV/cm and 10,000 pulses, 0.549 for a field of 1.5 kV/cm and 4,000 pulses, and 0.655 for a field intensity of 2.4 kV/cm and 3,000 pulses. Overall, an increase in the cell rupture index was observed with increasing field intensity and the number of pulses. Furthermore, the change in the cell rupture index of samples subjected to PEF treatment and stored for 7 days after processing at temperatures of 12°C and 25°C was determined. The processing conditions were set at 0.5 kV/cm and 50, 100, 500, and 5,000 pulses, 1.0 kV/cm and 2,000 pulses, and 1.5 kV/cm and 3,000 pulses. The highest cell rupture index of 0.790 was observed on the seventh day for the sample subjected to 2,000 pulses in a field intensity of 1.0 kV/cm and stored at 25°C. A similar value was observed for the sample subjected to 3,000 pulses in a field intensity of 1.5 kV/cm and stored at 25°C. Therefore, this value represents the index value of a fully damaged sample. Overall, an increase in the cell rupture index was observed with increasing field intensity, number of pulses, and storage temperature. The cell rupture index was found to increase in the first days after processing, followed by a stabilization trend. Subsequently, the ability of PEF processing to affect various physicochemical properties of kiwifruits was evaluated. Samples subjected to 0-500 pulses in a field intensity of 0.50 kV/cm and stored at 12°C for 12 days, samples subjected to 0-1,000 pulses in a field intensity of 0.35 kV/cm and stored at 12°C for 12 days, samples subjected to 0-1,000 pulses in a field intensity of 0.35 kV/cm and 0.20 kV/cm and stored at 6°C for 25 days, and samples subjected to 0-1,000 pulses in a field intensity of 0.35 kV/cm and 0.20 kV/cm and stored at 2°C for 50 days were examined. One of the most important properties examined was firmness. For the 0.2 kV/cm field, no significant reduction in the firmness of the treated samples was observed. In contrast, for the 0.35 kV/cm and 0.50 kV/cm fields, PEF processing clearly affected the reduction of sample firmness. Additionally, with increasing storage temperature, a faster reduction in firmness was observed. Indicatively, on the 12th day, the firmness of the sample subjected to 500 pulses in a field intensity of 0.50 kV/cm was 62% lower than that of the untreated sample at the same time and 76% lower than the initial untreated sample. Regarding the change in brightness (L) and the color change of the samples due to processing, it was found that for the most intense processing conditions, the brightness of the samples decreased, and the color changed. For a sample subjected to 500 pulses in a field intensity of 0.50 kV/cm and stored at 12°C for 12 days, the color change (ΔE) was 18.1. The brightness of the same sample was reduced by 44% compared to the brightness of the initial untreated sample. However, for milder conditions and storage at 6°C and 2°C, these changes were not significant. Additionally, the effect of PEF processing on the total acidity of the samples was examined. It was found that processing in fields of 0.50 kV/cm and 0.35 kV/cm resulted in reduced total acidity of the samples compared to untreated ones. This reduction was greater for more intense processing. On the 12th day, the total acidity of the sample subjected to 500 pulses in a field intensity of 0.5 kV/cm was 32% lower than that of the untreated sample at the same time and 38% lower than the initial untreated sample. Other properties examined included pH, vitamin C content, chlorophylls, total soluble solids, and reducing sugars. No significant effect of PEF processing was found on these properties for all processing conditions. Based on the results of the organoleptic evaluation conducted, treatment with 100 pulses at a field intensity of 0.35 kV/cm results in the fruit exhibiting improved organoleptic characteristics for up to 25 days after treatment, when stored at 6°C. Finally, a proposed processing procedure for kiwifruit with PEF was designed. Based on the overall results, the selected conditions were 100 pulses and 0.35 kV/cm as field intensity. The capacity of the designed unit is 0.288 t/h, and the energy cost of PEF processing is €0.0167/t. In conclusion, the study demonstrated the beneficial effect of mild Pulsed Electric Fields processing on accelerating kiwifruit ripening, as the firmness and acidity of the fruit decreased, while other quality characteristics remained unchanged. Moreover, the low energy requirements of such a continuous process make it an attractive option for the food industry, with numerous potential applications in the future.	en
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Γιαννακούρου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	130 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false