Μελέτη μη θερμικών προκατεργασιών για τη βελτίωση της ποιότητας κατεψυγμένων φυτικών προϊόντων

Abstract

In present study osmotic dehydration of delicate plant products with non-conventional middle molecular weight carbohydrates of special functional and/or nutritional characteristics: oligofructose, trehalose, high dextrose equivalent maltodextrin. was studied. To study mass transfer, effective diffusivities for water and solids were determined (Dew,s) showing significant time (5min-7h), temperature (5-65°C) and pressure (200-600MPa) effect. Time-temperature conditions were 35°C-60min. Osmotic solution concentration was 56.5%carbohydrate, 3.5%NaCl, 1.5%CaCl2. For quality evaluation, systematic kinetic study of quality degradation (-5,-8,-12,-15,-20°C) was applied monitoring characteristic indices/sensory parameters. Storage temperature effect was studied with Arrhenius and Williams-Landel-Ferry equations; shelf-life was calculated. Frozen tomato quality degradation was described by 1storder reaction for vitamin C, lycopene loss and 0-order reaction for colour change. Vitamin loss found to have strong temperature dependence than lycopene and colour loss based on activation energy (EA). Quality degradation rates of osmodehydrofrozen samples were significantly lower than rates of non-treated, pre-blanched samples indicating osmotic pre-treatment protective effect. For frozen strawberry, both vitamin C and colour loss (1storder) was important having similar temperature dependence. Osmotic pre-treatment led to quality stability especially at lower temperatures (<-16°C). For frozen cucumber, colour (1storder) was the dominant quality parameter. Progressive colour loss accompanied by lycopene reduction took place in frozen watermelon (1st,0-order). Protective effect of osmosis with oligofructose and maltodextrin was confirmed. The addition of osmotic agents caused freezing point depression (Tm) and glass temperature increase (Tg’@-51.0°C: osmodehydrofrozen, -70,0°C: non-treated tomato) lowering Tm-Tg’ that subsequently could contribute to osmodehydrofrozen sample stability. Application of pre-treatment increased shelf-life of frozen tomato, strawberry, watermelon, cucumber 6,6,3.5,1.5 times, respectively. It was concluded that osmodehydrofrozen samples could be stored >12months at -18°C. Based on sensory testing, non-treated samples suffered from detrimental texture and taste. Tissue integrity was well retained at osmodehydrofrozen samples according to instrumental texture/firmness and drip loss results. Taste of the pre-treated was judged as “pleasant-acceptable” despite differing from the traditional. Finally, study was focused on “scale-up” osmotic dehydration process for pre-treatment of frozen tomatoes followed by kinetic study of their quality. Results suggest that osmotic dehydration can be successfully applied improving significantly frozen product quality and stability with low additional cost

Στη διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η ωσμωτική προ-κατεργασία ευαίσθητων στην κατάψυξη φυτικών προϊόντων. Για την ωσμωτική προ-κατεργασία επιλέχθηκαν μεσαίου μοριακού βάρους υδατάνθρακες: ολιγοφρουκτόζη, τρεχαλόζη, μαλτοδεξτρίνη υψηλού ισοδύναμου δεξτρόζης, με ιδιαίτερες ιδιότητες. Εξετάστηκε η μεταφορά μάζας νερού και στερεών κατά την ωσμωτική αφυδάτωση (Dew, Des), και εκτιμήθηκε η σημαντική επίδραση θερμοκρασίας (5-65°C), χρόνου (5 min-7h), και πίεσης (200-600MPa). Οι συνθήκες θερμοκρασίας-χρόνου επελέγησαν: 35°C-60min. Η συγκέντρωση ωσμωτικού διαλύματος ήταν 56,5%υδατάνθρακα, 3,5%NaCl, 1,0-1,5%CaCl2. Πραγματοποιήθηκε συστηματική κινητική μελέτη των «ωσμωκατεψυγμένων» προϊόντων σε μεγάλο εύρος θερμοκρασιών (-5,-8,-12,-15 -20°C) μέσω ποιοτικών δεικτών. Μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας στους ρυθμούς υποβάθμισης με τις εξισώσεις Arrhenius, Williams-Landel-Ferry, και αναπτύχθηκαν μοντέλα εκτίμησης-πρόρρησης διατηρησιμότητας. Για κατεψυγμένη τομάτα η υποβάθμιση ποιότητας περιγράφηκε από αντιδράσεις κινητικής 1ηςτάξης για απώλεια βιταμίνης C, λυκοπενίου, και 0ηςτάξης για μεταβολή χρώματος. Η απώλεια βιταμίνης είχε μεγαλύτερη θερμοκρασιακή εξάρτηση από λυκοπένιο και χρώμα, όπως εκφράστηκε από τις ενέργειες ενεργοποίησης. Στα προ-κατεργασμένα δείγματα, οι ρυθμοί ήταν σημαντικά μειωμένοι δείχνοντας επίτευξη ουσιαστικής σταθεροποίησης. Για κατεψυγμένη φράουλα η απώλεια βιταμίνης και χρώματος (1ητάξη) αποτέλεσαν σημαντικούς δείκτες με ανάλογη θερμοκρασιακή εξάρτηση. Η επίδραση της προ-κατεργασίας ιδιαίτερα στις χαμηλές θερμοκρασίες (<-16°C) είχε σαν αποτέλεσμα τη μεγάλη μείωση των ρυθμών. Για κατεψυγμένο αγγούρι το χρώμα (1ητάξη) ήταν καθοριστικός παράγοντας. Το κατεψυγμένο καρπούζι παρουσίασε απώλειες λυκοπενίου και χρώματος (1η,0ητάξη). Η επίδραση της προ-κατεργασίας με ολιγοφρουκτόζη και μαλτοδεξτρίνη ήταν σημαντικά θετική. Η εφαρμογή της προ-κατεργασίας αύξησε @6 φορές το χρόνο ζωής κατεψυγμένης φράουλας, τομάτας, 3,5 κατεψυγμένου καρπουζιού και 1,5 κατεψυγμένου αγγουριού. Η χρήση εναλλακτικών μέσων προκάλεσε ελαφρά διαφοροποίηση των οργανοληπτικών ιδιοτήτων που κρίθηκε με θετικούς όρους. Με ωσμωτική προ-κατεργασία επιτεύχθηκε προστασία των φυτικών ιστών από καταστροφή δομής, όπως εκτιμήθηκε οργανοληπτικά και μετρήθηκε με βάση τη σκληρότητα και την απώλεια υγρών κατά την απόψυξη. Η σταθεροποιητική επίδραση της προ-κατεργασίας συσχετίστηκε με την ανύψωση του σημείου υαλώδους μετάπτωσης (Tg’) στα ωσμω-αφυδατωμένα προϊόντα (@-51,0°C: προ-κατεργασμένη, -70,0°C: ανεπεξέργαστη τομάτα). Τα συμπεράσματα αξιολογήθηκαν με εφαρμογή της ωσμωκατάψυξης τομάτας σε μικρή βιομηχανική κλίμακα (1οπρώτο βήμα στην Ελλάδα). Με τη βιομηχανική εφαρμογή της ωσμωτικής προ-κατεργασίας σημαντικά εγχώρια προϊόντα μπορούν να καταψυχθούν με μικρό επιπλέον κόστος και βελτιωμένη ποιότητα.