Έρευνα και εφαρμογή των τεχνολογιών υπερυψηλής πίεσης και παλμικών ηλεκτρικών πεδίων στην παραγωγή υψηλής ποιότητας φυτικών προϊόντων και στην αξιοποίηση των παραπροϊόντων τους

Abstract

The present phD thesis, titled “Research and application of High Pressure (HP) and Pulsed Electric Field technologies (PEF) for the production of high quality plant origin products and the valorization of their by-products”, aims to study the application of these two food processing technologies for the production of plant-based products at a higher yield of the final product and with enhanced quality characteristics, as well as for the recovery of the bioactive ingredients from their by-products. Specifically, this thesis explored the effect of the two processes as pretreatments at several steps of the production line of industrial tomato processing and olive oil production, as well as on the extraction of bioactive compounds from their by-products. On the first part, HP and PEF pretreatments were applied at several steps of the production line of tomato products and their effect on the yield of each process and quality of the final products was studied. On the first section, PEF and HP were applied on tomato juice before the concentration in order to produce concentrated tomato products with higher yield and improved quality characteristics through the selective inactivation of polygalactorunase (PG) and the preservation of pectinmethylesterase (PME). Initially was performed a complete kinetic study of PME and PG inactivation caused by thermal treatment (55-77oC, 0-60min), HP (200-800MPa, 45-75 oC, 0-60min) and PEF (4.0-12.5kV/cm, 0-12ms, 15μs of pulse width and frequency of 300 Hz) treatments. The behavior of each enzyme was described after each treatment with appropriate mathematical models. The inactivation of PME and PG was described with a first order kinetic model for thermal and HP treatment and with a fractional first order model for PEF treatment. PG appeared more heat resistant than PME. PME proved itself to be quite resistant to the application of HP, displaying an antagonistic effect of pressure and temperature on the PME inactivation. On the contrary, HP inactivation of PG revealed the pressure sensitivity of the enzyme, while a synergistic effect of pressure and temperature was observed. Furthermore, PG was more sensitive than PME regarding PEF treatment, since at all studied conditions the characteristic damage time τ (time required for the 50% of the enzyme inactivation) of PG was lower. Afterwards, when optimum treatment conditions of HP (500MPa, 55οC, 10 min) and PEF (8kV/cm, 6ms) were applied on tomato juice was resulted in yield increase of concentrated tomato products in terms of producing products of higher viscosity with less water evaporation, mainly attributed to the action of remaining PME. By using concentration under vacuum (60 οC, 0.1 bar), it was observed that the final concentrated tomato products with the same viscoelastic properties (5000cp) that were produced after applying HP and PEF at optimal conditions, had a lower total soluble solids content compared with the untreated tomato products, while less concentration time was required. The yields obtained from the untreated (conventional concentration), HP and PEF treated samples were 30,4, 41,0, 34,6% respectively. The effect of each pretreatment to the quality degradation of the final products was also positive, since the shelf life of untreated and the HP and PEF treated concentrated tomato products at 25°C was determined to be 266, 393 and 248 d respectively. On the second section, PEF treatment was applied on whole tomatoes in order to assist or replace the conventional peeling process. Initially, whole unpeeled tomatoes were PEF pretreated (0,5-1,5 kV/cm, 0-8000 pulses, 20 Hz and pulse width of 15 μs) to determine the required work for peel detachment from the rest tomato fruit, as well as the firmness and the lycopene content of the final peeled tomatoes. In order to compare PEF treatment with other conventional peeling methods, fresh tomatoes were subjected to blanching for 1 min at 70 °C and for 2 min with steam at 100 °C. It was observed that the work for peel detachment for blanched and steamed tomatoes was 54.7% and 97.4% lower compared to untreated, respectively. The detachment work achieved after PEF processing at 1.5 kV/cm electric field strength for 500 pulses was 72.3% lower than untreated. Furthermore, the three peeling processes showed no significant differences regarding the fruit losses (<1% w/w). PEF processing decreased the firmness of final peeled tomatoes by only 21.6% compared to untreated, while steam peeled samples reduced the firmness of the final peeled tomatoes by 82.7%, compared to untreated. The lycopene content of PEF pretreated peeled tomatoes remained unaffected (5,29 mg/100g tomatoes) in compare to the untreated sample (5,32 mg/100g tomatoes). This could be attributed to the reduced exposure to heat prevents with PEF treatment. Additionally, PEF processing was applied on chopped tomatoes in the first step of juicing. Electric field strengths ranged from 0.5 to 2.5 kV/cm for 0- 5000pulses, a frequency of 20 Hz and pulse width of 15 μs. Juice extraction was performed on a lab-scale paddle type extractor. The effects of PEF on the juice yield were studied, while the juices from the first step were assessed in terms of quality attributes, such as colour, viscosity and consistency and compared with untreated tomato juice. Secondly, the tomato residues were reprocessed in order to improve the overall juice yield. In this case, PEF processing was applied on the tomato residues from the first step (seeds, peels and a fraction of unpressed tomato flesh) and the overall juice yield was studied in terms of quality of the final juices such as colour, viscosity and Bostwick consistency. At the first step of juicing, the highest yield achieved was 89.2% after PEF processing compared to 71.4% for untreated samples. Regardless of the yield increase, for the most intense PEF conditions led to a significant degradation of the final products on viscosity (<400cp) and Bostwick consistency (>20cm). Thus, choosing milder PEF conditions (for values of Z index ranging from 0.5 to 0.7) the final tomato juice had the optimum viscosity, while the juice yield increase was approximately 10–15% higher compared to untreated samples with improved viscosity (550-700cp). At this PEF treatment conditions the lycopene content of tomato juice was 3,82 mg/100g (22% higher in compare to the untreated sample). At the second step of juicing, the overall tomato juice yield (for both steps) was 82.2% for untreated samples. Reprocessing of tomato residues from the first juicing step with the aim of increasing the yield of tomato juice can be detrimental to the final juice quality. The juice that normally results from the second step of tomato juicing has very high viscosity (0.95 Pa s that corresponds to 10.9 cm Bostwick consistency) and when mixed with the juice resulting from the first juicing, leads to consistencies that are unacceptable by industrial standards (0.55–0.70 Pa s). When PEF processing is applied the observed trend is reversed. PEF processing of tomato before the first juicing step dramatically decreases the juice viscosity, leading to unacceptably low consistencies (values under 0.40 Pa s). However, when PEF treatment is applied to the tomato wastes before the second juicing step a yield increase is observed and the viscosity is higher than that of untreated juice. When the juices from the first juicing (untreated) and second juicing (PEF treated) are finally mixed (at a ratio of approximately 6:1), the overall juice yield is higher (approximately 10%) and the viscosity of the final juice falls within the industrially accepted standard (0.45 Pa s that corresponds to 14.2 cm Bostwick consistency). PEF technology could potentially be used as a pretreatment on the tomato waste in order to extract high-added value compounds. Tomato waste was subjected at different PEF conditions. Electric field strengths ranged from 1.0 to 5.0 kV/cm for 0–1500 pulses, a frequency of 20 Hz and pulse width of 15 μs. Afterwards the bioactive compounds were extracted from tomato by-products with a solid-liquid extraction using ethanol-water solvents. The bioactive compounds extracted were total carotenoids, total phenolics total proteins and the antioxidant activity of the extracts of tomato by-products. More intense PEF conditions resulted in improved extractability of carotenoid compounds, while the increase ranged from 35.9% to 56.4% compared to the conventionally processed extract (11,36 mg/100g) leading to 14.31 mg/100g of extracted lycopene compared with the conventionally processed samples that had 9.84 mg/100 g of extracted lycopene. PEF assisted extraction increased significantly the yield of phenolic compounds, that doubled (56.16 mg GAE/kg) for a PEF treatment at 2 kV/cm for 700 pulses, therefore resulting in a significantly higher antioxidant activity. On the second part, PEF and HP pretreatments were applied at several steps of the olive oil production line and at the valorization of olive pomace, which is the solid by-product generated after the separation step. The olives and olive pomace used came from olives Tsounati variety at the second ripening stage. On the first section was studied the effect of the two technologies as pretreatments at the malaxation step to increase the olive oil yield and improve the quality characteristics of the final olive oils. Additionally, the application of HP and PEF as pretreatments on olive paste, combined with milder malaxalation conditions (time and temperature) was studied, without impairing the oil extraction yield, while improving olive oil quality and sensorial characteristics. Olive paste was subjected to different PEF (0,5-2,0 kV/cm) and HP (100-600 MPa) process conditions and then malaxated at different malaxation conditions (15-40°C, 30 min) for oil extraction. The extraction yield and quality characteristics such as acidity, peroxide value, K232 and K270 indices, total phenolic compounds, chlorophylls and antioxidant capacity were determined for each sample. Initially, based on the kinetic study on the conventional olive oil production process at different malaxation conditions (duration and temperature), the optimum malaxation conditions (30 °C and 30 min), were selected based on the olive oil yield while the quality characteristics were not affected. These conditions led to a high olive oil extraction yield (22.5%), while preserving the quality characteristics of the oil. Malaxation at 15 °C, led to significantly lower olive oil yield and phenolic content, compared with malaxation at 30 °C. An increase in olive oil yield was observed after PEF and HP pretreatments at all the conditions studied. The yield increase of PEF pretreated samples was approximately up to 20.1% and the phenolic content increase was approximately up to 23.1% compared to untreated sample depending on the process and malaxation conditions. The yield increase of HP pretreated samples was approximately up to 18.6 % and the phenolic content increase was approximately up to 20.7% compared to untreated sample (olive oil yield: 22.5% and phenolic content: 743 mg GAE/kg) depending on the process and malaxation conditions. As a result, the highest olive oil yield increase was observed, after using both pretreatments combined with 15°C malaxation temperature. Two pretreatments enhanced the mass transfer phenomena during the malaxation step at 15°C leading to significant higher oil yields (almost equal to the ones obtained by the untreated sample, malaxated at 30°C), while increasing also the phenolic content without impairing the quality characteristics of the final oils. Nevertheless, malaxation temperature was a major parameter on the oil enrichment with bioactive compounds. The maximum phenolic content of the final oil (after combined effect of PEF and HP with 15°C malaxation temperature) was 516 and 501 mg GAE/kg respectively, while the phenolic content of the conventionally extracted oil at 30 °C malaxation temperature was 743 mg GAE/kg. The olive oil yield increase and the phenolic content of the oils were correlated mathematically with the cell disintegration index Z with a sigmoidal model for each pretreatment, proving that the yield is strongly depended on the cell disruption, regardless of the way that this disruption was achieved (field intensity, pulses, applied pressure and time). PEF and HP assisted malaxation was optimized through olive oil yield and phenolic content, using Box-Behnken design with three parameters (temperature, malaxation time and intensity of the PEF and HP treatments), to explore their potential use in order to decrease malaxation time and temperature, while at the same time leading to the maximum possible oil yield and preserving the oil’s quality characteristics. PEF pretreatment with Z=0.7, combined with T=26°C, t=37 min of malaxation conditions, led to the highest oil yield (25.02%) with a phenolic content of 832,05 mg GAE/kg oil. HP pretreatment with Z=0.7, combined with T=26°C, t=37 min of malaxation conditions, led to the highest oil yield (25.72%) with a phenolic content of 839,75 mg GAE/kg oil.A comparison of the application of HP (600 MPa, 5 min, Ζ=0,7) and PEF (5 kV/cm, 100 pulses, Ζ=0,7) pretreatments on olive paste at the optimum selected conditions with the conventional malaxation process, was conducted, based on the oil yield, the content of bioactive compounds, the quality and organoleptic characteristics. It was observed that PEF and HP pretreatments at the optimum conditions at 30°C, increased the oil yield by 8.3 and 7.0% respectively compared to untreated (22.5%), while in half of the malaxation time (15min), the oil yield was 23.13 and 22.84% respectively (approximately equal to untreated at 30 °C). Additionally, PEF and HP assisted malaxation at lower temperature (22°C) led to an oil yield of 23.98 and 22.84% respectively (almost equal to the one obtained from conventional malaxation). At 30°C malaxation temperature with PEF and HP pretreatments led to a 9.3 and 4.9% phenolic content increase respectively, compared to untreated (745 mg GAE/kg), while at 15min of malaxation time the phenolic content of the oil became equal to one obtained from the conventional malaxation. Furthermore, PEF and HP pretreatments increased the individual phenolic compounds (hydroxytyrosol: 68 and 44% increase, tyrosol: 63 and 41.6% increase, respectively) and a-tocopherol content of the final oils by 59 and 65%% (66,9 mg/kg και 66,5 mg/kg) respectively. Also, malaxation conditions at 30°C and 15 min combined with HP and PEF led to an increase of all individual phenolic compounds (increase up to 10%), compared to untreated olive oil. Malaxation temperature at 22°C, combined with the two pretreatments, led to almost equal individual phenolic content of the oil as the one obtained from the conventional process. As expected, the induction period of olive oil was strongly correlated to phenolic and a-tocopherol content. Both pretreatments led to oils with increased oxidative stability (induction period:178 and 197 h, for PEF and HP pretreated samples, respectively) compared to untreated (121h). Both pretreatments had no significant effect on the organoleptic characteristics of the final oils. Oils malaxated at 22°C had a slightly more fruity taste but less pungent and bitter taste compared to oils malaxated at 30°C. The stronger fruity taste could be attributed to the lower malaxation temperature used, as well as the lower bitterness related with lower phenolic content of oils malaxated at 22°C. On the second section, PEF and HP assisted extraction of intracellular compounds from olive pomace was studied using ethanol-water solvent, in order to improve the extractability of high-value bioactive compounds with lower energy consumption. Olive pomace, (by-product of two-phase centrifugation system), was dried under vacuum and then sieved (2mm). Experiments were conducted in different extraction temperatures (25, 40 and 60 °C) and ethanol concentrations (0, 25, 50 and 70%) in order to select the mildest extraction conditions with the highest extraction yield of intracellular compounds. The concentration of total polyphenols (mg GAE/L), proteins (mg/L) and antioxidant capacity (mM Trolox equivalent) of the extracts were measured. For each extracted group of compounds, the optimum yield was achieved for a 50% ethanol-water solution, at 25 °C for 60 min. The phenolic and protein content extracted during 60min ranged between 1.43-2.64 g GAE/100g d.w. and 1.25-3.98 g/100g d.w. of olive pomace, respectively. Olive pomace was treated with PEF (0.5-2kV/cm, 50-2000pulses, 20Hz and 15μs pulse width) or HP (200-600MPa, 1-60min) processing. All the extracts were analyzed for total phenolic compounds, proteins content and antioxidant activity and compared with samples from conventional extraction. The phenolic and protein content for PEF pretreated samples ranged between 1.53 and 3.34 g GAE/100g d.w. and 2,06 έως 5,72 g /100g d.w., respectively. The phenolic and protein content for HP pretreated samples ranged between 1.88-2.94 g GAE/100g d.w. and 1,30 έως 4,69 g/100g d.w., respectively. More intense PEF or HP conditions applied, resulted in higher extraction yield of intracellular compounds. For pressures >400 MPa, the extracted protein amount was decreased, due to a possible denaturation induced by the applied pressure. A comparison of the three extraction methods led to the conclusion that PEF assisted extraction was the most effective for phenolic recovery, compared to the HP treatment at low energy inputs (<6,4 kJ/kg), while the opposite was observed after using higher energy input (>400MPa). The total phenolic content of the extracts obtained after PEF and HP treatments was by 32% and 34% higher than the one obtained conventionally. PEF and HP pretreated samples had 21% (3,44 mMTE) and 15% (3,28 mMTE) higher antioxidant capacity, respectively, compared to conventionally treated sample (2,84 mMTE). Regarding protein recovery, HP treatment increased significantly the protein yield (up to 45% increase) for pressures up to 200MPa compared to conventionally treated sample. On the contrary, more intense PEF conditions (increased energy input) increased the protein yield up to 32% compared to conventionally treated sample. Both pretreatments reduced the extraction completion time t98 (describes the required extraction time needed to recover from pretreated samples the 98% of the phenolic or protein content isolated from untreated sample after 60 min of conventional extraction) to 5 and 12 min, respectively. More intense PEF or HP conditions (>24 kJ/kg) reduced the extraction time t98 less than 1 min, meaning that the extracts had the preferred content immediately after the pretreatments, without any further extraction. PEF and HP assisted extraction was optimized through total and individual phenolic content regarding the extraction time and the intensity of the pretreatments conditions. The amount of total and individual phenolic content (hydroxytyrosol, tyrosol, oleuropein, kampferol, luteolin and ferulic acid) obtained from PEF pretreatment showed a maximum value for less than 60min extraction time (30-40min) and for energy inputs 11-14.5 kJ/kg (3-5kV/cm). The maximum value of extracted polyphenols for HP pretreated samples was reached for less than 60min extraction times (30-40min) using energy input 15.0-36,1 kJ/kg (400-600 MPa). Finally, an optimization for the conventional extraction, assisted by PEF (5 kV/cm, 11 kJ/kg) and HP (350 MPa, 10 min, 15 kJ/kg) was performed, through the extraction time and solvent volume. Regarding the conventional extraction, in order to obtain the maximum yield, 2.78 g GAE/100g d.w. of phenolic content, 4,10 g/100 g d.w. of protein content and an antioxidant activity of 3,27 mM TE, 50-60 min extraction time and 40-50% ethanol content is required. Regarding the PEF assisted extraction in order to obtain the maximum yields, 3.13 g GAE/100g d.w. of phenolic content, 5.40 g/100 g d.w. of protein content and an antioxidant activity of 3,83 mM TE, 40-60 min of extraction time and 35-50% ethanol is required. Regarding the HP assisted extraction in order to obtain the maximum yields, 3.18 g GAE/100g d.w. of phenolic content, 5.13 g/100 g d.w. of protein content and an antioxidant activity of 3,37 mM TE, t=45-60 min of extraction time and 40-50% ethanol is required. To conclude, PEF and HP proved to be one of the most promising processes that could be used as pretreatments for the production of plant-based products (tomato products and olive oil) with increased yield and improved quality characteristics, as well as for effective valorazisation of their by-products. Their use at several steps of the production line led to (a) yield increase, (b) products with improved quality characteristics, enriched with bioactive and antioxidant compounds and (c) the reduction of the processing time and energy consumption of the whole production process. Also, their use as pretreatments to assist or replace the conventional extraction of bioactive compounds from by-products is an approach of high interest that offers a potential industrial use.

Σκοπός της παρούσας διατριβής με θέμα: «Έρευνα και εφαρμογή των τεχνολογιών Υπερυψηλής Πίεσης και Παλμικών Ηλεκτρικών Πεδίων στην παραγωγή υψηλής ποιότητας φυτικών προϊόντων και στην αξιοποίηση των παραπροϊόντων τους», ήταν η μελέτη της εφαρμογής των δύο αυτών νέων διεργασιών, στην παραγωγή φυτικών προϊόντων με αυξημένη απόδοση σε τελικό προϊόν με βελτιωμένα ποιοτικά χαρακτηριστικά και στην ενίσχυση της ανάκτησης βιοδραστικών ουσιών από τα παραπροϊόντα τους. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η επίδραση των Παλμικών Ηλεκτρικών Πεδίων (ΠΗΠ) και της Υπερυψηλής Πίεσης (ΥΠ) ως προεπεξεργασίες σε διάφορα στάδια της παραγωγικής διαδικασίας της επεξεργασίας βιομηχανικής τομάτας και της εξαγωγής ελαιόλαδου και στην εκχύλιση βιοδραστικών ουσιών από τα παραπροϊόντα τους. Στο Α’ μέρος της παρούσας διατριβής, εφαρμόσθηκαν τα ΠΗΠ και η ΥΠ ως προεπεξεργασίες σε διάφορα επιλεγμένα στάδια της παραγωγικής διαδικασίας προϊόντων τομάτας ως προς την απόδοση της κάθε διεργασίας και την ποιότητα των τελικών προϊόντων. Στην πρώτη θεματική ενότητα έγινε εφαρμογή των ΠΗΠ και της ΥΠ σε χυμό τομάτας πριν το στάδιο της συμπύκνωσης με στόχο την παραγωγή προϊόντων τομάτας απλής συμπύκνωσης με αυξημένη απόδοση και βελτιωμένα ποιοτικά χαρακτηριστικά μέσω επιλεκτικής απενεργοποίησης του ενζύμου πολυγαλακτουρονάση (PG) και ταυτόχρονη διατήρηση του ενζύμου πηκτινομεθυλεστεράση (PME) του χυμού τομάτας. Αρχικά πραγματοποιήθηκε πλήρης κινητική μελέτη της επίδρασης της θερμικής επεξεργασίας (55-75 °C από 0-60 min) και των παραμέτρων της διεργασίας ΥΠ (200-800MPa, 45-75 °C, 0-60 min) και ΠΗΠ (4.0-12.5 kV/cm, 0-12 ms, 15 μs πλάτος παλμού, συχνότητα 300 Hz) στην απενεργοποίηση των δυο ενζύμων. Χρησιμοποιώντας κατάλληλες μαθηματικές εξισώσεις, περιγράφηκε η συμπεριφορά του κάθε ενζύμου στην κάθε επεξεργασία. Η απενεργοποίηση των δυο ενζύμων ακολούθησε κινητική πρώτης τάξης στη θερμική επεξεργασία και στην επεξεργασία με ΥΠ ενώ για την επεξεργασία με ΠΗΠ εφαρμόσθηκε κλασματικό μοντέλο πρώτης τάξης. Η PME εμφανίστηκε ιδιαίτερα ανθεκτική στην εφαρμογή πίεσης, με την πίεση και τη θερμοκρασία να έχουν ανταγωνιστική δράση στην απενεργοποίηση της. Αντίθετα, η PG εμφανίστηκε περισσότερο ευαίσθητη στην επεξεργασία με ΥΠ, με την πίεση και τη θερμοκρασία να έχουν συνεργιστική δράση στην απενεργοποίηση της. Επιπλέον, η PG φάνηκε ότι είναι πιο ευαίσθητη από την PME στην εφαρμογή ηλεκτρικού πεδίου καθώς σε όλες τις μελετώμενες συνθήκες, ο χαρακτηριστικός χρόνος ημικαταστροφής τ (απαιτούμενος χρόνος για να επιτευχθεί 50% απενεργοποίηση του ενζύμου) ήταν μικρότερος. Με επεξεργασία στις βέλτιστες συνθήκες για την ΥΠ (500 MPa στους 55 οC για 10 min) και τα ΠΗΠ (8kV/cm, 6ms) δημιουργήθηκαν χυμοί τομάτας απλής συμπύκνωσης με αυξημένη απόδοση και βελτιωμένα ποιοτικά χαρακτηριστικά. Με συμπύκνωση υπό κενό (60 οC, 0,1 bar), παρατηρήθηκε ότι τα τελικά προϊόντα τομάτας με ίδιο ιξώδες (5000 cp, στους 25 °C), από χυμό προεπεξεργασμένο με ΥΠ και ΠΗΠ στις βέλτιστες συνθήκες, είχαν χαμηλότερα ολικά διαλυτά στερεά σε σύγκριση με τα μη προεπεξεργασμένα. Απαιτήθηκε δηλαδή λιγότερη εξατμιζόμενη ποσότητα νερού και μειωμένος χρόνος συμπύκνωσης για την επίτευξη του επιθυμητού ιξώδους. Οι αποδόσεις της συμπύκνωσης που επιτεύχθηκαν ήταν 30,4, 41,0, 34,6% για τα μη προεπεξεργασμένα (συμβατική συμπύκνωση) και τα προεπεξεργασμένα με ΥΠ και ΠΗΠ δείγματα, αντίστοιχα. Συγκριτικά η επεξεργασία με ΥΠ προ της συμπύκνωσης ήταν αποτελεσματικότερη από την επεξεργασία με ΠΗΠ. Η επίδραση της κάθε προεπεξεργασίας στην ποιοτική υποβάθμιση των παστεριωμένων (θέρμανση στους 85 °C για 20 min) συμπυκνωμένων προϊόντων τομάτας ήταν επίσης θετική, καθώς η διατηρησιμότητα τους στους 25 °C υπολογίσθηκε σε 266, 393 και 248 d για τα μη προεπεξεργασμένα, τα προεπεξεργασμένα με ΥΠ και ΠΗΠ δείγματα, αντίστοιχα. Στη δεύτερη θεματική ενότητα, έγινε μελέτη και εφαρμογή των ΠΗΠ ως προεπεξεργασία σε ολόκληρες τομάτες για να ενισχύσουν ή να αντικαταστήσουν τη συμβατική διαδικασία της αποφλοίωσης. Αρχικά, ολόκληρες μη αποφλοιωμένες τομάτες προεπεξεργάστηκαν με ΠΗΠ (0,5-1,5 kV/cm για 0-8000 παλμούς, συχνότητα 20 Hz και πλάτος παλμού 15 μs) προκειμένου να εκτιμηθεί το έργο για την πλήρη απόσπαση του φλοιού τομάτας από την υπόλοιπη σάρκα καθώς η υφή και η συγκέντρωση λυκοπενίου των τελικών αποφλοιωμένων τοματών. Για να συγκριθεί η προεπεξεργασία με ΠΗΠ με συμβατικές μεθόδους αποφλοίωσης, οι τομάτες υποβλήθηκαν επίσης σε ζεμάτισμα για 1 min στους 70 °C και με ατμό στους 100 °C για 2 min. Υπολογίσθηκε ότι το έργο αποκόλλησης του φλοιού από την υπόλοιπη σάρκα τομάτας ήταν 72,3, 54,7 και 97,4% μικρότερο σε σχέση με το ανεπεξέργαστο δείγμα (νωπή τομάτα) για τις επεξεργασμένες με ΠΗΠ, ζεματισμένες και επεξεργασμένες με ατμό τομάτες, αντίστοιχα. Οι τρεις μέθοδοι αποφλοίωσης δεν εμφάνισαν σημαντικές διαφορές ως προς τις απώλειες σάρκας (<1% w/w). Ενώ η μέθοδος αποφλοίωσης με ατμό ήταν η πιο αποτελεσματική ως προς την απομάκρυνση του φλοιού, λόγω της χρήσης υψηλών θερμοκρασιών, η τελική υφή (σκληρότητα) των ολόκληρων τοματών υποβαθμίζεται σημαντικά (82,7% μείωση της σκληρότητας αποφλοιωμένων τοματών), καθώς και η συγκέντρωση σε λυκοπένιο ήταν σημαντικά μικρότερη (12% απώλεια σε λυκοπένιο), σε σχέση με τη νωπή τομάτα (5,32 mg/100 g τομάτας). Η προεπεξεργασία με ΠΗΠ μείωσε τη σκληρότητα των τελικών αποφλοιωμένων τοματών κατά μόλις 21,6% σε σύγκριση με το μη επεξεργασμένο, και η συγκέντρωση του λυκοπενίου έμεινε ανεπηρέαστη (~5,29 mg/100 g τομάτας), αντίστοιχη της νωπής τομάτας. Η επεξεργασία με ΠΗΠ ερευνήθηκε και εφαρμόσθηκε προ του σταδίου της χυμοποίησης ως προς την αύξηση της απόδοσης σε χυμό τομάτας και τη βελτίωση των ποιοτικών χαρακτηριστικών των χυμών τομάτας. Σε ολόκληρες τομάτες εφαρμόσθηκαν ΠΗΠ (0.5-2.5 kV/cm για 0-4000 παλμούς, συχνότητα 20 Hz και πλάτος παλμού 15 μs) και στη συνέχεια χυμοποιήθηκαν σε ραφινέζα (2800 rpm και κόσκινο με οπές διαμέτρου 1.5 mm), υπολογίζοντας σε κάθε περίπτωση την απόδοση σε χυμό τομάτας και συγκρίνοντας με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα (συμβατική χυμοποίηση). Σε αυτό το βήμα, μελετήθηκε επίσης η επίδραση των ΠΗΠ στα υπολείμματα τοματών του πρώτου σταδίου χυμοποίησης (φλοιοί, σπόροι και ένα κλάσμα υπολειπόμενης μη συμπιεσμένης σάρκας τομάτας) για να εκτιμηθεί κατά πόσον η προεπεξεργασία με ΠΗΠ θα μπορούσε να αυξήσει την απόδοση των τελικών χυμών (και από τα δύο στάδια χυμοποίησης). Η επίδραση των ΠΗΠ μελετήθηκε στην απόδοση του χυμού τομάτας, και οι χυμοί τομάτας από το πρώτο αλλά και από το δεύτερο στάδιο αξιολογήθηκαν όσον αφορά το χρώμα, το ιξώδες και τη συνεκτικότητα κατά Bostwick. Στο πρώτο στάδιο χυμοποίησης, η μέγιστη απόδοση σε χυμό τομάτας από την προεπεξεργασία με ΠΗΠ ήταν ίση με 89,2% ενώ για το μη προεπεξεργασμένο η απόδοση υπολογίστηκε ίση με 71,4%. Παρ’ όλη την αύξηση της απόδοσης σε χυμό τομάτας λόγω της προεπεξεργασίας με ΠΗΠ οι τιμές του ιξώδους (<400 cp, στους 25 °C) και της συνεκτικότητας κατά Bostwick (>20 cm) των χυμών του πρώτου σταδίου υποβαθμίστηκαν σε πολύ έντονες συνθήκες ΠΗΠ (με δείκτη κυτταρικής διάρρηξης Ζ μεγαλύτερο από 0,7). Ως εκ τούτου, επιλέγοντας μία ηπιότερη συνθήκη ΠΗΠ (με δείκτη κυτταρικής διάρρηξης Ζ από 0,5 έως 0,7) μπορεί να επιτευχθεί χυμός τομάτας με αυξημένη απόδοση (περίπου 10-15% υψηλότερη σε σχέση με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα) και παράλληλα με ιξώδες (550-700 cp, στους 25°C) εντός των ορίων της βιομηχανίας για χυμούς τομάτας. Παράλληλα, σε αυτήν τη συνθήκη η συγκέντρωση του λυκοπενίου στον τελικό χυμό υπολογίστηκε ίση με 3,82 mg/100 g χυμού, δηλαδή περίπου 22% υψηλότερη σε σχέση με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα. Στο δεύτερο στάδιο της χυμοποίησης, η συνολική απόδοση του χυμού τομάτας (και από τα δύο στάδια χυμοποίησης) ήταν 82,2% για τα μη προεπεξεργασμένα δείγματα, με ιξώδες (950 cp, στους 25°C) σημαντικά υποβαθμισμένο, λόγω των μεγαλύτερων οπών των διαχωριστήρων που χρησιμοποιούνται στα υπολείμματα του πρώτου σταδίου, εμποδίζοντας την περαιτέρω επεξεργασία του (Gould, 1992). Σε κάθε συνθήκη με ΠΗΠ που εφαρμοζόταν στα υπολείμματα του πρώτου σταδίου, οι χυμοί που προέκυπταν προστίθενται στον αρχικό ανεπεξέργαστο χυμό τομάτας από το πρώτο στάδιο χυμοποίησης (όπως γίνεται και στη βιομηχανία τομάτας). Η υψηλότερη συνολική απόδοση χυμού και από τα δυο στάδια χυμοποίησης προεπεξεργάζοντας με ΠΗΠ (1,5 kV/cm και δείκτη κυτταρικής διάρρηξης Ζ ίσο με 0,39) μόνο τα υπολείμματα του πρώτου σταδίου υπολογίσθηκε σε 90,2% (περίπου 10% υψηλότερη σε σχέση με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα) και το ιξώδες του τελικού χυμού είναι σύμφωνα με τα βιομηχανικά αποδεκτά πρότυπα (450 cp, στους 25 °C που αντιστοιχεί σε συνεκτικότητα κατά Bostwick 14,2 cm). Τέλος μελετήθηκε η εφαρμογή των ΠΗΠ ως προεπεξεργασία στη συμβατική εκχύλιση για την παραλαβή βιοδραστικών συστατικών από τα παραπροϊόντα τομάτας. Οι συνθήκες των ΠΗΠ που εφαρμόστηκαν σε παραπροϊόντα τομάτας (φλοιοί, σπόρια και υπολείμματα σάρκας τομάτας) (1,0-5,0 kV/cm για 0-500 παλμούς, συχνότητα 20 Hz και πλάτος παλμού 15 μs) και στη συνέχεια ακολούθησε εκχύλιση στερεού-υγρού (με διαλύματα εξανίου, ακετόνης και αιθανόλης-νερού) βιοδραστικών ουσιών από τα παραπροϊόντα τομάτας. Οι ενώσεις που εκχυλίστηκαν από τα παραπροϊόντα τομάτας, που προσδιορίστηκε η συγκέντρωση τους ήταν τα καροτενοειδή, το λυκοπένιο, οι ολικές φαινολικές ενώσεις και επιπλέον μετρήθηκε η αντιοξειδωτική ικανότητα των εκχυλισμάτων. Η εκχύλιση υποβοηθούμενη με ΠΗΠ (δείκτης κυτταρικής διάρρηξης Ζ ίσος με 0,3) οδήγησε σε αύξηση της απόδοσης της εκχύλισης των καροτενοειδών, από 35,9% έως 56,4% σε σύγκριση με το επεξεργασμένο συμβατικά δείγμα (11,36 mg/100 g), επιτυγχάνοντας ανάκτηση του λυκοπενίου ίση με 14,31 mg/100 g σε σχέση με τα επεξεργασμένα συμβατικά δείγματα που ήταν 9,84 mg/100 g. Η προεπεξεργασία των ΠΗΠ αύξησε σημαντικά τη συνολική απόδοση εκχύλισης φαινολικών ενώσεων, διπλασιάζοντας την (56,16 mgGAE/100 g) για ένταση ηλεκτρικού πεδίου 2 kV/cm και 700 παλμούς και οδηγώντας ταυτόχρονα σε εκχυλίσματα με σημαντικά υψηλότερη αντιοξειδωτική ικανότητα (0,78 mM TE) σε σχέση με το επεξεργασμένο συμβατικά δείγμα (0,29 mM TE).Στο Β’ μέρος της παρούσας διατριβής, εφαρμόσθηκαν τα ΠΗΠ και η ΥΠ ως προεπξεργασίες σε διάφορα στάδια της εξαγωγής ελαιόλαδου και στη διαχείριση του ελαιοπυρήνα, του παραπροϊόντος που προκύπτει μετά το στάδιο του διαχωρισμού. Οι ελιές και ο ελαιοπυρήνας που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ποικιλίας Τσουνάτη στο δεύτερο στάδιο ωρίμανσης τους. Στην πρώτη θεματική ενότητα, μελετήθηκε η επίδραση των δυο διεργασιών ως προεπεξεργασίες στο στάδιο της μάλαξης ως προς την απόδοση σε ελαιόλαδο, τους ποιοτικούς δείκτες και τη συγκέντρωση των φαινολικών συστατικών στα παραγόμενα ελαιόλαδα. Επιπλέον, μελετήθηκε η χρήση των δυο προεπεξεργασιών με ενδεχόμενη μείωση της έντασης των συνθηκών μάλαξης (θερμοκρασία και χρόνος) στην παραγωγή ελαιόλαδου με αυξημένη απόδοση, ανώτερα ποιοτικά χαρακτηριστικά και υψηλή συγκέντρωση σε αντιοξειδωτικές ουσίες. Πραγματοποιήθηκε πλήρες κινητικό πείραμα των ΠΗΠ (0,5-2,0 kV/cm) και της ΥΠ (100-600 MPa) ως προεπεξεργασίες στην ελαιόπαστα σε διάφορες συνθήκες επεξεργασίας (με βάση τον δείκτη κυτταρικής διάρρηξης Ζ της ελαιόπαστας) πριν το στάδιο της μάλαξης σε διάφορες συνθήκες μάλαξης (15-40 °C και 30 min) και για κάθε συνθήκη προσδιορίστηκαν η απόδοση σε ελαιόλαδο, τα ποιοτικά χαρακτηριστικά (ελεύθερη οξύτητα, αριθμός υπεροξειδίων, ολικές φαινολικές ενώσεις, απορρόφηση στο υπεριώδες) και η οξειδωτική σταθερότητα των παραγόμενων ελαιόλαδων. Αρχικά, από το κινητικό πείραμα της συμβατικής εξαγωγής ελαιόλαδου σε διάφορες συνθήκες μάλαξης (θερμοκρασία & χρόνος) για το μη προεπεξεργασμένο δείγμα (συμβατική μάλαξη) επιλέχθηκαν οι βέλτιστες συνθήκες (30 °C και 30 min), με κριτήριο τη μέγιστη δυνατή απόδοση (22,5%) χωρίς ποιοτική υποβάθμιση του παραγόμενου ελαιόλαδου. Η παραγωγή ελαιόλαδου στους 15 °C οδηγεί σε ελαιόλαδα με μικρή απόδοση και βελτιωμένα ποιοτικά χαρακτηριστικά, ενώ η συγκέντρωση των φαινολικών συστατικών είναι σημαντικά χαμηλότερη (κατά 19,9%) σε σχέση με τους 30°C (743 mg GAE/kg). Η προεπεξεργασία με ΠΗΠ έδειξε αύξηση της απόδοσης σε ελαιόλαδο έως και κατά 20,1% και της συγκέντρωσης των φαινολικών συστατικών στο παραγόμενο ελαιόλαδο έως και κατά 23,1% σε σχέση με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα (απόδοση σε ελαιόλαδο: 22.5% και φαινολικά συστατικά: 743 mg GAE/kg) ανάλογα την ένταση των συνθηκών ΠΗΠ και τη θερμοκρασία μάλαξης. Ταυτόχρονα, η προεπεξεργασία με ΥΠ μπορεί να αυξήσει την απόδοση σε ελαιόλαδο έως και κατά 18,6% και την απόδοση σε φαινολικά συστατικά στο παραγόμενο ελαιόλαδο έως και κατά 20,7% σε σχέση με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα (απόδοση σε ελαιόλαδο: 22.5% και φαινολικά συστατικά: 743 mg GAE/kg) ανάλογα με την ένταση των συνθηκών ΥΠ και τη θερμοκρασία μάλαξης. Αποδείχθηκε ότι η μεγαλύτερη αύξηση της απόδοσης σε ελαιόλαδο με τις δυο προεπεξεργασίες παρατηρήθηκε στους 15 °C. Οι δυο προεπεξεργασίες ενισχύοντας τα φαινόμενα μεταφοράς μάζας στο στάδιο της μάλαξης (στους 15 °C) κατάφεραν να οδηγήσουν σε σημαντικά μεγαλύτερες αποδόσεις σε ελαιόλαδο ~ ίση με 22,5-23,0% (σχεδόν ίσες με του μη προεπεξεργασμένου δείγματος στους 30 °C), αυξάνοντας σημαντικά την ανάκτηση των φαινολικών συστατικών (έως και 516 mg GAE/kg) και διατηρώντας τα ποιοτικά χαρακτηριστικά στα παραγόμενα έλαια. Επιβεβαιώθηκε ότι, η θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της μάλαξης έχει κυρίαρχο ρόλο στον εμπλουτισμό του ελαίου με βιοδραστικές ενώσεις. Η μέγιστη συγκέντρωση φαινολικών ενώσεων που εκχυλίστηκαν στο έλαιο ύστερα από επεξεργασία με ΠΗΠ και ΥΠ στους 15 °C ήταν 516 και 501 mg GAE/kg αντίστοιχα, ενώ η αντίστοιχη συγκέντρωση των φαινολικών ενώσεων του μη προεπεξεργασμένου δείγματος στους 30 °C ήταν 743 mg GAE/kg. Η αύξηση της απόδοσης σε ελαιόλαδο και της συγκέντρωσης των φαινολικών ενώσεων στο παραγόμενο ελαιόλαδο σε σχέση με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα περιγράφηκε μαθηματικά συναρτήσει του δείκτη κυτταρικής διάρρηξης Ζ με σιγμοειδές μαθηματικό μοντέλο για κάθε προεπεξεργασία, τεκμηριώνοντας ότι η απόδοση εξαρτάται από τον βαθμό διάρρηξης των κυττάρων του, ανεξάρτητα από τον τρόπο με τον οποίο επιτεύχθηκε αυτός (ένταση και παλμοί ή πίεση και χρόνος). Πραγματοποιήθηκε αριστοποίηση της μάλαξης υποβοηθούμενης με ΠΗΠ και ΥΠ μέσω του σχεδιασμού Box-Behnken με τρεις παραμέτρους (θερμοκρασία, χρόνος μάλαξης και ένταση των συνθηκών επεξεργασίας με ΠΗΠ και ΥΠ) ώστε να διερευνηθεί κατά πόσο οι δυο προεπεξεργασίες μπορούν να μειώσουν την ένταση των συνθηκών της μάλαξης (χρόνος και θερμοκρασία) οδηγώντας σε μέγιστη δυνατή απόδοση με διατήρηση των ποιοτικών χαρακτηριστικών του παραγόμενου ελαιόλαδου. Αποδείχθηκε ότι είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί η ελάχιστη δυνατή θερμοκρασία και χρόνος μάλαξης, καθώς και η ελάχιστη δυνατή ένταση συνθηκών με τη μέγιστη δυνατή απόδοση σε ελαιόλαδο και φαινολικά συστατικά για λόγους ελαχιστοποίησης της κατανάλωσης ενέργειας. Για την προεπεξεργασία με ΠΗΠ, τη μέγιστη απόδοση σε ελαιόλαδο (25,02%), και συγκέντρωση φαινολικών συστατικών (832,05 mg GAE/kg ελαίου) έδωσαν οι τιμές των παραγόντων: T=26°C, t=37 min και Z=0,7. Για την προεπεξεργασία με ΥΠ, τη μέγιστη απόδοση σε ελαιόλαδο (25,72%), και συγκέντρωση φαινολικών συστατικών (839,75 mg GAE/kg ελαίου) έδωσαν οι τιμές των παραγόντων: T=26°C, t=37 min και Z=0,7. Ακολούθως, συγκρίθηκε η προεπεξεργασία με ΠΗΠ (5 kV/cm, 100 παλμούς, Ζ=0,7) και ΥΠ (600 MPa, 5 min, Ζ=0,7) της ελαιόπαστας στις βέλτιστες συνθήκες που προέκυψαν από τα μοντέλα προσαρμογής σε επιλεγμένες συνθήκες μάλαξης (30 °C για 30 και 15 min, 22°C για 30 min) με την αντίστοιχη συμβατική διαδικασία παραγωγής ελαιόλαδου (30 °C και 30 min) όσον αφορά την απόδοση σε ελαιόλαδο, της συγκέντρωση βιοδραστικών συστατικών, τα ποιοτικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του παραγόμενου ελαιόλαδου. Από τα αποτελέσματα υπολογίσθηκε ότι η προεπεξεργασία με ΠΗΠ και ΥΠ στις βέλτιστες συνθήκες αύξησε την απόδοση σε ελαιόλαδο κατά 8,3 και 7,0% σε σχέση με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα (22,5%) σε συνθήκες μάλαξης 30 °C και 30 min, ενώ στον μισό χρόνο μάλαξης (15 min), είχαν απόδοση σε ελαιόλαδο 23,1% και 22,8% αντίστοιχα, δηλαδή σχεδόν ίση με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα. Επιπλέον, σε χαμηλότερη θερμοκρασία μάλαξης ίση με 22 °C, οι δυο προεπεξεργασίες είχαν απόδοση σε ελαιόλαδο 23,9 και 22,7%, σχεδόν ίση με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα στους 30 °C και 30 min. Παράλληλα, στους 30 °C η συγκέντρωση των φαινολικών συστατικών στα παραγόμενα ελαιόλαδα αυξήθηκε κατά 9,3% και 4,9% σε σχέση με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα (745 mg GAE/kg) για τα προεπεξεργασμένα με ΠΗΠ και ΥΠ δείγματα, αντίστοιχα, ενώ στον μισό χρόνο μάλαξης (15 min) η συγκέντρωση των φαινολικών συστατικών από τις δυο προεπεξεργασίες εξισώθηκε με αυτήν των μη προεπεξεργασμένων δειγμάτων (συμβατική μάλαξη, 30 °C και 30 min). Παράλληλα, η προεπεξεργασία με ΠΗΠ και ΥΠ αύξησε τη συγκέντρωση των επιμέρους φαινολικών συστατικών [υδροξυτυροσόλης-κατά 68 και 44% (184 mg/kg και 157 mg/kg), τυροσόλης- κατά 63 και 41,6% (93 mg/kg και 81 mg/kg), αντίστοιχα και της α-τοκοφερόλης κατά 59 και 65 % (66,9 mg/kg και 66,5 mg/kg)], αντίστοιχα στα παραγόμενα έλαια. Επιπλέον, σε θερμοκρασία μάλαξης 30 °C και 15 min, οι συγκεντρώσεις όλων των μεμονωμένων φαινολικών συστατικών των ελαιόλαδων που προέκυψαν από την προεπεξεργασία με ΥΠ και ΠΗΠ ήταν μεγαλύτερες (έως και κατά 10 %) από το μη προεπεξεργασμένο δείγμα στους 30 °C και 30 min. Σε θερμοκρασία μάλαξης 22 °C και 30 min, οι δυο προεπεξεργασίες οδήγησαν σε ελαιόλαδα με σχεδόν ίσες συγκεντρώσεις των μεμονωμένων φαινολικών συστατικών σε σχέση με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα. Όπως ήταν αναμενόμενο, οι χρόνοι επαγωγής των ελαιόλαδων είχαν πλήρη συσχέτιση με τη συγκέντρωση των φαινολικών συστατικών και της α-τοκοφερόλης για όλα τα δείγματα. Τα ελαιόλαδα που είχαν προκύψει από τις δυο προεπεξεργασίες εμφάνισαν μεγαλύτερο χρόνο επαγωγής (178 και 197 h για τα προεπεξεργασμένα με ΠΗΠ και ΥΠ ελαιόλαδα) σε σχέση με το μη προεπεξεργασμένο ελαιόλαδο στους 30 °C (121 h). Τα ελαιόλαδα που παράχθηκαν από μάλαξη στους 22 °C είχαν ίση ή μικρότερη οξειδωτική σταθερότητα (119 και 125 h για τα προεπεξεργασμένα με ΠΗΠ και ΥΠ ελαιόλαδα) σε σχέση με το μη προεπεξεργασμένο δείγμα (121 h). Επιπλέον, οι δυο προεπεξεργασίες δεν επηρέασαν τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των παραγόμενων ελαιόλαδων. Αξίζει να σημειωθεί, ότι τα δείγματα που είχαν μαλαχθεί σε θερμοκρασία 22 °C είχαν ελαφρώς πιο φρουτώδη γεύση άλλα λιγότερο πικάντικη και πικρή σε σχέση με τα ελαιόλαδα που προέκυψαν από μάλαξη στους 30°C. Η πιο φρουτώδης γεύση οφείλεται στη χαμηλότερη θερμοκρασία μάλαξης ενώ η λιγότερο πικρή και πικάντικη γεύση στη μικρότερη συγκέντρωση των φαινολικών συστατικών που έχουν τα ελαιόλαδα στους 22°C. Στη δεύτερη θεματική ενότητα, μελετήθηκε η εκχύλιση ενδοκυτταρικών συστατικών από ελαιοπυρήνα με διαλύτη αιθανόλη-νερό υποβοηθούμενη από ΠΗΠ και ΥΠ, με στόχο την παραλαβή βιοδραστικών συστατικών από παραπροϊόντα με μεγαλύτερη απόδοση ανάκτησης, καθώς επίσης και με μειωμένη κατανάλωσης ενέργειας. Ο ελαιοπυρήνας μετά την παραλαβή του από τη φυγόκεντρο δύο φάσεων υπέστη ξήρανση υπό κενό και αλέσθηκε (2 mm). Πραγματοποιήθηκε πλήρες κινητικό πείραμα εκχύλισης σε διάφορες θερμοκρασίες εκχύλισης (25, 40 και 60 °C) και διαλύτη αιθανόλης:νερού (25:75, 50:50 και 70:30), ως προς τη συγκέντρωση των φαινολικών συστατικών, των πρωτεϊνών και την αντιοξειδωτική ικανότητα των εκχυλισμάτων. Επιλέχθηκαν ως βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης η 50% συγκέντρωση αιθανόλης, 25 °C και 60 min. Η συγκέντρωση των φαινολικών ενώσεων και των πρωτεϊνών κατά τη διάρκεια της εκχύλισης των 60 min κυμάνθηκε από 1,43 έως 2,64 g GAE/100 g ελαιοπυρήνα ξ.β. και 1,25 έως 3,98 g/100 g ελαιοπυρήνα ξ.β., αντίστοιχα. Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε πλήρες κινητικό πείραμα των ΠΗΠ (1,0-6,5 kV/cm) και της ΥΠ (100-600 MPa) ως προεπεξεργασίες στον ελαιοπυρήνα πριν την εκχύλιση (25 °C, 60 min, 50% συγκέντρωση αιθανόλης σε νερό) προσδιορίζοντας τη συγκέντρωση των ολικών φαινολικών συστατικών και ολικών πρωτεϊνών και την αντιοξειδωτική ικανότητα των εκχυλισμάτων από ελαιοπυρήνα και συγκρίθηκαν με τα επεξεργασμένα συμβατικά εκχυλίσματα. Στα πειραματικά δεδομένα προσαρμόσθηκε ανοιγμένο μοντέλο πρώτης τάξης.Στην προεπεξεργασία με ΠΗΠ, το ολικό περιεχόμενο φαινολικών συστατικών και πρωτεϊνών των εκχυλισμάτων ελαιοπυρήνα κυμάνθηκε από 1,53 έως 3,34 g GAE/100 g ελαιοπυρήνα ξ.β. και από 2,06 έως 5,72 g GAΕ/100 g ελαιοπυρήνα ξ.β, αντίστοιχα. Παράλληλα, στην προεπεξεργασία με ΥΠ, το ολικό περιεχόμενο φαινολικών συστατικών και πρωτεϊνών των εκχυλισμάτων ελαιοπυρήνα κυμάνθηκε από 1,88 έως 2,94 g GAE/100 g ελαιοπυρήνα ξ.β. και από 1,30 έως 4,69 g GAE/100 g ελαιοπυρήνα ξ.β., αντίστοιχα. Η τάση που ακολουθήθηκε και στις δύο προεπεξεργασίες είναι ότι με αύξηση της έντασης των συνθηκών, ο ρυθμός της εκχύλισης των ενδοκυτταρικών ενώσεων αυξανόταν σημαντικά. Εξαίρεση αποτελεί η ανάκτηση των πρωτεϊνών από ελαιοπυρήνα, καθώς σε υψηλές πιέσεις (>400 MPa) παρατηρήθηκε μείωση της συγκέντρωσης τους, που πιθανώς οφείλεται στη μετουσίωση τους από την αύξηση της πίεσης. Συγκρίνοντας τις τρεις μεθόδους εκχύλισης, βρέθηκε ότι προεπεξεργασία με ΠΗΠ ήταν πιο αποτελεσματική στην ανάκτηση φαινολικών ενώσεων σε σχέση με την προεπεξεργασία με ΥΠ σε χαμηλές ενέργειες (<6,4 kJ/kg), ενώ το αντίστροφο συνέβη σε μεγαλύτερες ενέργειες (συνθήκη που αντιστοιχεί πάνω από 400 MPa). Το ολικό περιεχόμενο σε φαινολικά συστατικά του εκχυλίσματος που προέκυψε με χρήση των ΠΗΠ και ΥΠ αυξήθηκε κατά 32 και 34% του αντίστοιχου που προέκυψε με τη συμβατική εκχύλιση (2,10 g GAE/100 g ελαιοπυρήνα ξ.β.). Επίσης τα εκχυλίσματα που προέκυψαν με τα ΠΗΠ και την ΥΠ εμφάνισαν 21% (3,44 mMTE) και 15% (3,28 mM TE) μεγαλύτερη αντιοξειδωτική δράση σε σχέση με το συμβατικά επεξεργασμένο δείγμα (2,84 mM TE). Ως προς την ανάκτηση των πρωτεϊνών από ελαιοπυρήνα, η προεπεξεργασία με ΥΠ, αύξησε σημαντικά (έως και κατά 45%) τη συγκέντρωση των πρωτεϊνών μέχρι τη συνθήκη που αντιστοιχεί στα 6,41 kJ/kg (200 ΜPa), εφόσον μετά η συγκέντρωση ήταν σχεδόν ίση με του συμβατικά επεξεργασμένου (2,5 g GAE/100 g ελαιοπυρήνα ξ.β.). Αντιθέτως, τα ΠΗΠ με αύξηση της ενέργειας (πιο έντονες συνθήκες) εμπλούτισαν το εκχύλισμα σε πρωτεΐνες ως και κατά 32% περισσότερο (3,4 g GAE/100 g ελαιοπυρήνα ξ.β) από ότι με τη συμβατική εκχύλιση. Επιπρόσθετα, οι δυο προεπεξεργασίες μείωσαν τον απαιτούμενο χρόνο εκχύλισης t98 (όπου τα επεξεργασμένα με ΠΗΠ ή ΥΠ δείγματα θα αποκτήσουν το 98% της συγκέντρωσης φαινολικών συστατικών ή πρωτεϊνών που έχει το συμβατικά επεξεργασμένο δείγμα στο τέλος των 60 min της συμβατικής εκχύλισης) έως και σε 5 και 12 min, αντίστοιχα. Στις πιο έντονες συνθήκες των δυο προεπεξεργασιών (>24 kJ/kg) ο απαιτούμενος χρόνος εκχύλισης t98 υπολογίστηκε κάτω από 1 min, που αυτό σημαίνει ότι τα εκχυλίσματα είχαν την επιθυμητή συγκέντρωση αμέσως μετά την επεξεργασία με ΠΗΠ ή ΥΠ χωρίς να πραγματοποιηθεί περαιτέρω η συμβατική εκχύλιση. Μελετήθηκε η αριστοποίηση (μέσω της μεθόδου των αποκριτικών επιφανειών) της εκχύλισης υποβοηθούμενης από ΠΗΠ και ΥΠ ως προς το χρόνο εκχύλισης και την ένταση των συνθηκών με ΠΗΠ ή ΥΠ εκφρασμένη ως προς ενέργεια που καταναλώνεται στην κάθε προεπεξεργασία, βασιζόμενη στο ολικό φαινολικό περιεχόμενο, και τα επιμέρους φαινολικά συστατικά στα εκχυλίσματα. Η συγκέντρωση των ολικών και των επιμέρους φαινολικών συστατικών (υδροξυτυροσόλη, τυροσόλη, ελευρωπαΐνη, καεμφερόλη, λουτεολίνη και φερουλικό οξύ) για την προεπεξεργασία με ΠΗΠ εμφάνισαν τη μέγιστη τιμή τους σε χρόνους εκχύλισης μικρότερους από 60 min (30-40 min) και για προσφερόμενη ενέργεια από 11-14,5 kJ/kg (που αντιστοιχεί 3-5kV/cm). Αντίστοιχα, για την προεπεξεργασία με ΥΠ, οι αποκρίσεις που μελετήθηκαν εμφάνισαν τη μέγιστη τιμή τους σε χρόνους εκχύλισης μικρότερους από 60 min (30-40 min) και για ενέργεια από 15.0-36,1 kJ/kg (που αντιστοιχεί σε πιέσεις 400-600 MPa). Τέλος, έγινε αριστοποίηση (μέσω της μεθόδου των αποκριτικών επιφανειών) της συμβατικής εκχύλισης και της εκχύλισης υποβοηθούμενης με ΠΗΠ (5 kV/cm, 11 kJ/kg) και ΥΠ (350 MPa, 10 min, 15 kJ/kg) για την παραλαβή εκχυλίσματος μεγάλης απόδοσης με όσο το μικρότερο δυνατό χρόνο εκχύλισης και όγκο διαλύτη. Για τη συμβατική εκχύλιση, τη μέγιστη τιμή για το ολικό περιεχόμενο φαινολικών συστατικών (2.78 g GAE/100 g ελαιοπυρήνα ξ.β.), τη συγκέντρωση πρωτεϊνών (4,10 g/100 g ελαιοπυρήνα) και την αντιοξειδωτική ικανότητα (3,27 mM TE) έδωσαν οι τιμές των παραγόντων: t=50-60 min και συγκέντρωση αιθανόλης 45-50%. Για την προεπεξεργασία με ΠΗΠ, τη μέγιστη τιμή για το ολικό περιεχόμενο φαινολικών συστατικών (3,13 g GAE/100 g ελαιοπυρήνα ξ.β.), τη συγκέντρωση πρωτεϊνών (5,40 g/100 g ελαιοπυρήνα), και την αντιοξειδωτική ικανότητα (3,83 mM TE) έδωσαν οι τιμές των παραγόντων: t=45-60 min και συγκέντρωση αιθανόλης 35-50%. Για την προεπεξεργασία με ΥΠ, τη μέγιστη τιμή για το ολικό περιεχόμενο φαινολικών συστατικών (3,18 g GAE/100 g ελαιοπυρήνα ξ.β.), τη συγκέντρωση πρωτεϊνών (5.13 g/100 g ελαιοπυρήνα), και την αντιοξειδωτική ικανότητα (3,37 mM TE) έδωσαν οι τιμές των παραγόντων: t=45-60 min και συγκέντρωση αιθανόλης 40-50%.Σύμφωνα λοιπόν με τα αποτελέσματα αυτής της διατριβής, τα Παλμικά Ηλεκτρικά Πεδία και η Υπερυψηλή Πίεση έδειξαν να είναι ιδιαίτερα υποσχόμενες νέες τεχνολογίες για εφαρμογή ως προεπεξεργασίες για την παραγωγή φυτικών προϊόντων (προϊόντα τομάτας και ελαιόλαδο) με αυξημένη απόδοση και ανώτερα ποιοτικά χαρακτηριστικά καθώς και για την αποτελεσματικότερη αξιοποίηση των παραπροϊόντων τους. Η χρήση τους στα διάφορα στάδια της παραγωγικής διαδικασίας οδήγησε (α) στην αύξηση της απόδοσης της κάθε διεργασίας, (β) στην παραγωγή προϊόντων με ανώτερα ποιοτικά χαρακτηριστικά, εμπλουτισμένα με βιοδραστικές και αντιοξειδωτικές ουσίες και (γ) στη μείωση της έντασης των συνθηκών της κάθε διεργασίας. Παράλληλα, η χρήση τους ως προεπεξεργασίες για την ενίσχυση ή/και αντικατάσταση των συμβατικών μεθόδων εκχύλισης βιοδραστικών ενώσεων από παραπροϊόντα είναι μία συμφέρουσα και πολύ ελκυστική προσέγγιση για εφαρμογή σε βιομηχανική κλίμακα.