Βελτιστοποίηση προκατεργασίας για την ξήρανση κατεψυγμένων ροδακίνων
Creators: name: Φωτίου, Δημήτριος Μηνά
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Ξήρανση
Προκατεργασία
Ροδάκινα
Drying
Pretreatment
Peaches

description: Το ροδάκινο είναι ένα εξαιρετικά θρεπτικό φρούτο λόγω της περιεκτικότητάς του σε βιταμίνες, μέταλλα, ιχνοστοιχεία και φυτοχημικές ενώσεις, όπως φαινολικά και καροτενοειδή. Χαρακτηρίζεται από εποχικότητα και μικρή διάρκεια ζωής οπότε και η ξήρανση θα αποτελούσε ένα δυνατό εργαλείο για τη συντήρηση του καρπού. Η κλασική ξήρανση θερμού αέρα είναι η πιο ευρέως διαδεδομένη μέθοδος αλλά παρουσιάζει πολλαπλά μειονεκτήματα αναφορικά με τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος. Εναλλακτικά μελετάται η τεχνολογία των μικροκυμάτων. Επιπρόσθετα, εντάσσονται πλέον σαν προστάδιο της ξήρανσης διάφορες προκατεργασίες. Στην παρούσα διατριβή μελετώνται 3 διακριτές μέθοδοι ξήρανσης: η μέθοδος του θερμού αέρα (70oC), των μικροκυμάτων (500 W) και της αναδυόμενης διαδοχικής μεθόδου θερμού αέρα-μικροκυμάτων (microwave-finishing) (εισαγωγή μικροκυμάτων 500 W για 4 min μετά τα 278 min της ξήρανσης θερμού αέρα). Παράλληλα, η κάθε μέθοδος ξήρανσης μελετάται συνδυαστικά με τις 4 διακριτές προκατεργασίες: εμβάπτιση σε διάλυμα αιθανόλης 75% v/v, χρήση υπερήχων (έντασης, 50, 70 και 90%) σε νερό ή διάλυμα αιθανόλης 75% v/v και μικροκύματα (300-800 W). Σε κάθε περίπτωση, εξετάστηκαν οι καμπύλες κινητικής και ρυθμού απομάκρυνσης του νερού σε κύβους ροδακίνου ακμής 2 cm, συμπύρηνης ποικιλίας Κατερίνα. Η περαιτέρω αξιολόγηση της διεργασίας έγινε μέσω του συντελεστή διάχυσης νερού, Deff, που προκύπτει από το μηχανιστικό μοντέλο της διάχυσης του δεύτερου νόμου του Fick. Ακολούθησε η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων μέσω του προγράμματος Minitab. Τέλος, μελετήθηκαν και οι ιδιότητες του τελικού προϊόντος ως προς την περιεκτικότητα σε φαινολικά, την αντιοξειδωτική ικανότητα, το χρώμα, την ικανότητα επανενυδάτωσης και τον βαθμό συρρίκνωσης. Ανάμεσα στις διάφορες μεθόδους ξήρανσης ξεχώρισε η σημαντικότητα των μικροκυμάτων. Η διαδοχική μέθοδος των μικροκυμάτων είχε σαν αποτέλεσμα την πτώση της υγρασίας σε χαμηλότερα επίπεδα έναντι της κλασικής μεθόδου θερμού αέρα. Αντίστοιχα, η μεμονωμένη χρήση μικροκυμάτων είχε σαν αποτέλεσμα πολύ χαμηλές υγρασίες, ενώ ο χρόνος ξήρανσης ήταν μικρότερος κατά δυο τάξεις μεγέθους σε σχέση με την ξήρανση θερμού αέρα. Η εισαγωγή των προκατεργασίων πριν τη ξήρανση ήταν εξίσου μείζονος σημασίας. Στη διαδοχική ξήρανση μικροκυμάτων όσο και στη μεμονωμένη ξήρανση μικροκυμάτων, οι προκατεργασίες βοήθησαν ώστε το προϊόν να φτάσει σε χαμηλότερη τελική υγρασία σε σχέση με τον μάρτυρα. Στη ξήρανση θερμού αέρα, οι περισσότερες προκατεργασίες μείωσαν τον απαιτούμενο χρόνο ξήρανσης και το μεγαλύτερο ποσοστό μείωσης παρατηρήθηκε στην προκατεργασία των μικροκυμάτων (58,8%), ανεξαρτήτως όμως ισχύος. Από την άλλη, η προκατεργασία υπερήχων σε νερό είχε τη μικρότερη επίδραση και ανά περίπτωση ήταν αμελητέα. Η χρήση της αιθανόλης είτε μεμονωμένα είτε συνδυαστικά με υπερήχους έδωσε πολύ θετικά αποτελέσματα στην ενίσχυση της απομάκρυνσης νερού. Τα χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος είχαν ανάμεικτα αποτελέσματα και επηρεάζονταν άμεσα από τον συνδυασμό ξήρανσης και προκατεργασίας. Σκοπό της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη των επιδράσεων της προκατεργασίας σε διάφορες μεθόδους ξήρανσης ροδακίνου. Η βελτιστοποίηση της διεργασίας έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση του χρόνου ξήρανσης και του ενεργειακού κόστους και τη διατήρηση των θρεπτικών χαρακτηριστικών και ιδιοτήτων του προϊόντος. Η σωστή αξιοποίηση μεθόδου ξήρανσης-προκατεργασίας θα μπορούσε να αποδώσει ένα προϊόν υψηλής ποιότητας και μικρότερου κόστους, πράγμα που αποτελεί τον βασικό στόχο της βιομηχανίας τροφίμων.
description: The peach is a fruit of high nutritional value stemming from its high concentrations of metals, trace metals, and phytochemical substances such as carotenoids and phenolics. It is also a seasonal fruit with limited self-life and thus, a drying procedure could be a valuable asset for its preservation. The most widespread method is convective hot air drying, but it induces many negative effects in the quality characteristics of the final product. Alternatively, microwave technology is studied to be utilized as a drying method. Furthermore, pretreatments are investigated as a step prior to drying. The current study examines 3 distinct drying methods: hot air drying (70oC), microwave drying and the still emerging consecutive method of hot air and microwave drying called microwave finishing (microwave drying 500 W) for 4 min is applied after 278 min of hot air drying). Concurrently, each drying method is combined with the 4 distinct pretreatment procedures: immersion in aqueous ethanol solution 75% v/v, ultrasonication (amplitude 50, 70 and 90%) in either water or aqueous ethanol 75% v/v and microwave shock (300-800 W). In every experimental condition drying kinetics and water removal rates were examined for 2cm acne peach cubes of clingstone variety Katerina. Additional evaluation was also conducted through the diffusivity coefficient Deff stemming from the mechanistical model of diffusion of Fick’s second law. Statistical analysis was enrolled for the results using Minitab. Last but not least, final product characterization was evaluated through property investigation like total phenolic content, antioxidant ability, color, rehydration and shrinkage ratio. In-between the different drying methods microwave utilization was of high importance. Microwave finishing had a much lower final moisture content than the hot air-drying method. Similarly, microwave drying resulted in removing the majority of the water from the fruit, but the drying time needed was less by two orders of magnitude. Introduction of the various pretreatment prior to drying was also important. Microwave drying and microwave finishing pretreated samples achieved lower final moisture values compared to non-pretreated ones. Pretreatments had a favorable effect on the hot air drying as in most cases the required drying time was reduced. Microwave pretreated samples featured the highest reduction up to 58,8% but with minimal difference between the three power (W) levels. On the other hand, ultrasound pretreatment was the least effective and depending on the case even negligible. Ethanol utilization either separately or in combination with ultrasonication greatly enhanced the water removal ability. As far as product characterization is concerned properties were affected in multiple ways by the combination of pretreatment and drying method and showed mixed results. The purpose of the current study is to study the effects of different pretreatments in various drying methods. Drying process optimization would result in reduction of drying time and energy expenditure along with the best nutrient and physicochemical property retention. Correctly combining each drying process with the pretreatments could potentially achieve a final product of high quality and lower cost, which lies at the heart of the food industry.