Μελέτη της επίδρασης των διεργασιών παστερίωσης και αποπίκρανσης στις φυσικοχημικές παραμέτρους χυμού πορτοκαλιού NAVEL και διερεύνησης της ενζυμικής αποπίκρανσής του

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η επίδραση των διεργασιών παστερίωσης και αποπίκρανσης στις φυσικοχημικές παραμέτρους ποιότητας σε μη συμπυκνωμένο χυμό από πορτοκάλια Navel και η διακύμανση τους σε σχέση με την περίοδο συγκομιδής και το χρόνο μεταποίησης. Μελετήθηκε, επίσης, η ένταση της πικρής γεύσης του χυμού Navel μέσω της ποσοτικοποίησης της περιεχόμενης λιμονίνης. Επιπλέον, έγινε προσπάθεια συσχέτισης της συγκέντρωσης της λιμονίνης του χυμού με τις φυσικοχημικές παραμέτρους του. Επίσης, παράχθηκε και απομονώθηκε το ένζυμο γλυκοζυλοτρανσφεράση των λιμονοειδών (LGTase) από το μεσοκάρπιο φράπας και διερευνήθηκε η ενζυμική αποπίκρανση του χυμού από αυτό σε συνθήκες ΥΥΠ στο περιβάλλον του χυμού και σε συνθήκες ατμοσφαιρικής πίεσης σε ρυθμιζόμενο pH. Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκαν δείγματα μη συμπυκνωμένου χυμού Navel, τα οποία παραλήφθηκαν από τη βιομηχανία Ασπίς που εδρεύει στο Άργος. Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε σε τρία διαφορετικά στάδια της γραμμής παραγωγής, πριν και μετά την παστερίωση και μετά την αποπίκρανση, κατά την παραγωγική χρονιά 2011-2012 σε 14 διαφορετικές ημερομηνίες. Κατά τη μελέτη των φυσικοχημικών παραμέτρων διαπιστώθηκε ότι οι τιμές pH των δειγμάτων κυμαίνονται μεταξύ 2,99-3,59 και παραμένουν ανεπηρέαστες από την εφαρμογή των διεργασιών παστερίωσης και αποπίκρανσης. Μικρή επίδραση των διεργασιών παστερίωσης και αποπίκρανσης παρατηρήθηκε και κατά τη μέτρηση των ολικών διαλυτών στερεών (οBrix), της οξύτητας (Α) και της απορρόφησης των καροτενοειδών και των πολυφαινολών στα δείγματα από τα τρία στάδια παραγωγής, που ανήκαν στην ίδια ημερομηνία παραγωγής. Πιο συγκεκριμένα οι τιμές των ολικών διαλυτών στερεών κυμάνθηκαν από 8,13-14,17 οBrix για τα απαστερίωτα δείγματα, 9,80-12,77 οBrix για τα παστεριωμένα και 9,80-13,00 οBrix για τα μετά την αποπίκρανση δείγματα. Αντίστοιχα, η οξύτητα των απαστερίωτων δειγμάτων είχε τιμές από 2,82-5,80 g κιτρικού οξέος/100 mL χυμού, 3,05-5,90 g κιτρικού οξέος/100 mL χυμού τα παστεριωμένα δείγματα και 3,17-6,03 g κιτρικού οξέος/100 mL χυμού τα δείγματα μετά την αποπίκρανση. Ενώ, οι απορροφήσεις των καροτενοειδών και των πολυφαινολών παρουσίασαν μικρές μεταβολές μετά τα στάδια παστερίωσης και αποπίκρανσης, οι απορροφήσεις των φλαβονοειδών παρουσίασαν μικρή μείωση στα δείγματα μετά την αποπίκρανση. Βάση βιβλιογραφικών δεδομένων η μείωση της απορρόφησης των φλαβονοειδών μετά την αποπίκρανση οφείλεται στην απομάκρυνση των φλαβονοειδών, όπως η ναριγκίνη και η νεοεσπεριδίνη, τα οποία συμβάλουν στην πικρή γεύση του χυμού. Το χρώμα των δειγμάτων, το οποίο εκφράστηκε σύμφωνα με την παράμετρο ολικού χρώματος (Ε) παρουσίασε μεταβολές ανάμεσα στα τρία δείγματα. Ο ποσοτικός προσδιορισμός των αρωματικών ενώσεων του χυμού πραγματοποιήθηκε με χρήση του συστήματος GC-MS σε συνδυασμό με τη μέθοδο Purge & Trap και δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στη συγκέντρωση του λεμονένιου. Παρατηρήθηκε ότι οι διεργασίες παστερίωσης και αποπίκρανσης επιδρούν στη συγκέντρωση του λεμονένιου, με αποτέλεσμα τα παστεριωμένα και τα μετά την αποπίκρανση δείγματα να εμφανίζουν μειωμένη συγκέντρωση σε σχέση με τα απαστερίωτα δείγματα. Το L-ασκορβικό οξύ, το σημαντικότερο συστατικό του χυμού, μετρήθηκε με υγρή χρωματογραφική μέθοδο υψηλής απόδοσης και διαπιστώθηκε ότι σε ορισμένα δείγματα μειώνεται κατά τα στάδια της παστερίωσης και της αποπίκρανσης, γιατί η αυξημένη θερμοκρασία επιφέρει αύξηση του ρυθμού οξείδωσης του. Στα υπόλοιπα δείγματα παρατηρήθηκαν παρόμοιες συγκεντρώσεις L-ασκορβικού οξέος και στα τρία δείγματα της ίδιας ημερομηνίας παραγωγής, ενώ σε ορισμένα παρατηρήθηκε αυξημένη συγκέντρωση στα παστεριωμένα και σε άλλα στα μετά την αποπίκρανση δείγματα. Η συγκέντρωση της λιμονίνης μετρήθηκε, επίσης με υγρή χρωματογραφική μέθοδο υψηλής απόδοσης και διαπιστώθηκε ότι επηρεάζεται από την παστερίωση του χυμού, καθώς στα παστεριωμένα δείγματα εμφανίζεται αύξηση αυτής. Γενικά, οι τιμές της συγκέντρωσης της λιμονίνης κυμάνθηκαν από 8,96-15,22 ppm για τα απαστερίωτα δείγματα και 11,24-17,45 ppm για τα παστεριωμένα. Επιπρόσθετα, παρατηρήθηκε ότι η συγκέντρωση της λιμονίνης μειώθηκε με την πάροδο του χρόνου συγκομιδής και την ωρίμανση του πορτοκαλιού, λόγω της αύξησης του ρυθμού γλυκοζυλίωσης των λιμονοειδών. Με βάση τα αποτελέσματα η συγκέντρωση της λιμονίνης εξαρτάται από το χρόνο συγκομιδής και διαπιστώθηκε ότι συσχετίζεται ικανοποιητικά με τη συγκέντρωση των ολικών οργανικών οξέων. Η λιμονίνη προσδιορίστηκε ποσοτικά και σε δείγματα απαστερίωτου χυμού αρχικής συγκέντρωσης 7,5 ppm σε συνθήκες ΥΥΠ. Στα δείγματα εφαρμόστηκαν πιέσεις 300, 500 και 700 MPa για 10 min σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, όπου διαπιστώθηκε αύξηση της συγκέντρωσης της λιμονίνης στα 11,71 ppm σε πίεση 300 ΜPa, σταθερή συγκέντρωση στα 500 MPa και μικρή μείωση στα 700 MPa. Τέλος, η ενζυμική προκατεργασία του χυμού με το ένζυμο LGTase οδήγησε στο συμπέρασμα ότι η δράση του ενζύμου μειώνει την περιεκτικότητα του χυμού σε λιμονίνη. Η δράση της LGTase σε δείγματα παστεριωμένου χυμού σε συνθήκες ΥΥΠ (300 ΜPa, 10 min, θερμοκρασία περιβάλλοντος) οδήγησε σε μείωση της λιμονίνης κατά 50%, ενώ σε συνθήκες ατμοσφαιρικής πίεσης και pH ρυθμιζόμενο στο 3,2, 5, 7,5 διαπιστώθηκε μέγιστη μείωση της λιμονίνης στο 65% της αρχικής στο δείγμα με pH 7,5.

In this thesis it was studied the effect of thermal pasteurization and debittering process on physicochemical parameters of fresh Navel orange juice and variance with respect to the harvest and processing time. Also, it was studied the intensity of the bitter taste of Navel orange juice by the quantification of limonin. Moreover, it was tried to correlate the limonin concentration of the juice with the physicochemical parameters. The enzyme glucosyltransferase of limonoids (LGTase) was isolated from the albedo tissue of pummelo fruit and it was discovered the enzymatic debittering of Navel orange juice after high hydrostatic pressure (HHP) processing in the environment of juice and in atmospheric pressure in different pH values. For the experiments fresh Navel orange juice was used from the ASPIS industry in Argos. The sampling was performed in three different stages, before and after pasteurization and after debittering process during the production period 2011-2012 in 14 different dates. During the study of the physicochemical parameters was found that pH values of samples ranged between 2.99 to 3.59 and they are not affected by the processes of thermal pasteurization and debittering. The concentration of total soluble solids (οBrix), the acidity and the absorption of carotenoids and polyphenols had a little effect. More specifically total soluble solids concentration varied from 8.13 to 14.17 οBrix for unpasteurized samples, 9.80-12.77 οBrix for pasteurized and 9.80-13.00 οBrix for the samples after debittering. Acidity values varied from 2.82 to 5.80 g citric acid/100 mL juice for unpasteurized samples, 3.05-5.90 g citric acid/100 mL juice for pasteurized samples and 3.17-6.03 g citric acid/100 mL juice for the samples after debittering process. Although the absorption of carotenoids and polyphenols had little difference after thermal pasteurization and debittering process, the absorption of flavonoids reduced after debittering process. According to bibliographic research, the reduction is due to the removal of bitter flavonoids, such as narigin and neoesperidin. Total colour of the samples (E) had changes between the samples of different production stages. Quantification of the aromatic compounds of the juice was made by using GC-MS system in combination with Purge & Trap method, with special emphasis on limonene concentration. It was observed that after thermal pasteurization and debittering process limonene concentration reduced. The concentration of L-ascorbic acid was measured with high performance liquid chromatography. Some samples presented reduction of L-ascorbic acid after thermal pasteurization and debittering process, because of high temperature, which accelerate the oxidation rate. Other samples presented similar concentration between the three different stages or an increase after thermal pasteurization or debittering. The concentration of limonin was measured with high performance liquid chromatography. It was found that after thermal pasteurization limonin concentration increased. For unpasteurized samples limonin concentration varied from 8.96 to 15.22 ppm and for pasteurized samples varied from 11.24 to 17.45 ppm. Additionally, it was observed that the concentration of limonin decreased over the harvest time and the ripening of the orange, due to the increased rate of glycosylation reaction. Based on the results the concentration of limonin depended on harvest time and correlated satisfactory with the concentration of total organic acids. Also, the concentration of limonin measured in unpasteurized samples after high hydrostatic pressure processing at 300, 500 and 700 MPa for 10 min at room temperature. The initial concentration of limonin was 7.5 ppm. At 300 MPa the limonin concentration increased, but at 500 MPa stayed stable and at 700 MPa had a little reduction. Finally, the study of enzyme action showed that LGTase can degrade the limonin of Navel orange juice. Limonin concentration of pasteurized orange juice reduced 50% after high hydrostatic pressure processing (300 MPa, 10 min, room temperature). At atmospheric conditions at pH values 3.2, 5, 7.5 the major reduction found at pH value 7.5 (65%).