Επίδραση εδώδιμων μεμβρανών στη συντήρηση νωπών και επεξεργασμένων τροφίμων

Abstract

The results of this Ph.D. thesis aim to enrich the existing knowledge in preserving fresh-cut and processed fruit and vegetables in low-temperature conditions, using biodegradable edible materials, based on gelatin and its mixtures with rice starch. For this reason, mixtures of gelatin and rice starch of different concentrations were prepared and evaluated for their physicochemical properties in order to select the mixtures with the best functional properties as biodegradable packaging materials. Specifically, 5 mixtures were prepared containing gelatin at a concentration of 1%, 2%, 3%, 4%, and 5% w/w, 5 mixtures containing rice starch at a concentration of 1%, 2%, 3%, 4%, and 5% w/w and 5 mixtures of gelatin concentration 3% w/w with the addition of rice starch in 5 different concentrations (1%, 2%, 3%, 4%, 5% w/w). The selected concentrations for the application as edible coatings on fresh-cut zucchini, colocasia, and potato samples contained a) 3% w/w gelatin and b) 3% w/w gelatin combined with 5% w/w rice starch. The initial solutions were chosen as the specific concentration of the gelatin solution showed the best coating properties, while the higher concentration of the rice starch improved the optical properties of the edible membrane coatings, such as brightness (L*), but also the whiteness index (Whiteness index), color parameters that are desired by consumers. Also, the 3% w/w gelatin mixture was also applied to the fresh samples. The above edible coatings' application and study were carried out regarding the quality characteristics of fresh-cut zucchini, colocasia, and potato samples, such as hardness, breaking force, color parameters and weight loss, during 7 days of low-temperature storage conditions (5°C). The results showed that the application of the edible coatings led to a lower weight loss of the coated zucchini and potato samples, compared to the control samples, while no differences were observed between the treatments, for the fresh-cut colocasia samples. Also, the different edible coatings affected in a different way the characteristics of the structure of the three plant species, as no significant differences were observed between the treatments, for the zucchini and colocasia samples, while the breaking force and hardness of the fresh-cut potato samples were found to be significantly higher for the samples coated with the gelatin-rice starch mixture. Regarding the changes in the color parameters studied, it was found that the gelatin-rice starch edible coating maintained the luminance L* of zucchini, colocasia, and potato samples. Similar results were also found for the a*, b*, and Chroma* parameters, where the highest values were observed for the gelatin-rice starch treatment and were significantly different from the control and gelatin treatments. At the same time, a*, b*, and Chroma* values increased during storage for all species studied. Another color parameter studied is the whiteness index (WI). WI values of zucchini, colocasia, and potato samples coated with the gelatin-rice starch mixture were higher compared to the samples of the other treatments for all days of the storage period. In conclusion, gelatin and rice starch coatings could be useful when simultaneous preservation and dehydration of a food product is desired, maintaining its textural characteristics, at low temperatures for all the above species. The results of this research may be of interest to the research and development field of the food industry, as they will contribute to the reduction of the energy required for the various heat treatments, as well as to the enrichment of knowledge on gelatin-based edible coatings.

Τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής τη συντήρηση νωπών και επεξεργασμένων λαχανικών σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας, με τη χρήση βιοδιασπώμενων υλικών συσκευασίας, με βάση τη ζελατίνη και των μιγμάτων της με άμυλο ρυζιού. Για το σκοπό αυτό παρασκευάστηκαν δείγματα διαφορετικών συγκεντρώσεων ζελατίνης και αμύλου ρυζιού και αξιολογήθηκαν ως προς τις λειτουργικές τους ιδιότητες προκειμένου να επιλεγούν τα δείγματα με τις βέλτιστες λειτουργικές ιδιότητες ως βιοαποικοδομίσημα υλικά συσκευασίας. Συγκεκριμένα, παρασκευάστηκαν 5 μίγματα που περιείχαν ζελατίνη σε συγκέντρωση 1%, 2%, 3%,4% και 5% w/w, 5 μίγματα που περιείχαν άμυλο ρυζιού σε συγκέντρωσης 1%, 2%, 3%,4% και 5% w/w και 5 μίγματα ζελατίνης συγκέντρωσης 3% w/w με προσθήκη αμύλου ρυζιού σε 5 διαφορετικές συγκεντρώσεις (1%, 2%, 3%,4%,5% w/w ). Οι τελικές συγκεντρώσεις που επιλέχθηκαν για να εφαρμοστούν ως εδώδιμες επικαλύψεις σε νωπά δείγματα κολοκυθιού, κολοκάσιας και πατάτας, περιείχαν α) 3% w/w ζελατίνη και β) 3% w/w ζελατίνη σε συνδυασμό με 5% w/w άμυλο ρυζιού. Επιλέχθηκαν τα συγκεκριμένα επιμέρους διαλύματα, καθώς η συγκεκριμένη συγκέντρωση του διαλύματος ζελατίνης εμφάνισε τις βέλτιστες ιδιότητες, ενώ η υψηλότερη συγκέντρωση του αμύλου ρυζιού βελτίωσε τις οπτικές ιδιότητες των επικαλύψεων, όπως είναι η φωτεινότητα (L*), αλλά και τον δείκτης λευκότητας (Whiteness Index), παραμέτρων που είναι επιθυμητές από τους καταναλωτές. Επίσης, στα νωπά δείγματα εφαρμόστηκε και το μίγμα 3% w/w ζελατίνης. Στη συνέχεια έλαβε χώρα η εφαρμογή και η μελέτη των παραπάνω εδώδιμων επικαλύψεων, στα ποιοτικά χαρακτηριστικά των φρεσκοκομμένων δειγμάτων κολοκυθιού, κολοκάσιας και πατάτας, όπως είναι η σκληρότητα, η δύναμη θραύσης, το χρώμα και η απώλεια βάρους, κατά τη διάρκεια μιας αποθηκευτικής περιόδου 7 ημερών σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας (5°C). Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι η εφαρμογή των εδώδιμων επικαλύψεων οδήγησε σε χαμηλότερη απώλεια βάρους των επικαλυμμένων δείγματα κολοκυθιού και πατάτας, σε σχέση με τα δείγματα του μάρτυρα, ενώ δεν παρατηρηθήκαν διαφορές μεταξύ των μεταχειρίσεων, για τα δείγματα της κολοκάσιας. Επίσης, η διαφορετικές επικαλύψεις επηρέασαν με διαφορετικό τρόπο τα χαρακτηριστικά της δομής των τριών φυτικών ειδών, καθώς δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των μεταχειρίσεων, για τα δείγματα του κολοκυθιού και της κολοκάσιας, ενώ η δύναμη θραύσης και η σκληρότητα των φρεσκοκομμένων δειγμάτων πατάτας βρέθηκε σημαντικά υψηλότερη για τα δείγματα τα οποία είχαν επικαλυφθεί με το μίγμα ζελατίνης/αμύλου ρυζιού.Όσον αφορά τις αλλαγές στις χρωματικές παραμέτρους που μελετήθηκαν, βρέθηκε ότι η επικάλυψη του μίγματος ζελατίνης/αμύλου ρυζιού, διατήρησε τη φωτεινότητα L* των δειγμάτων κολοκυθιού, κολοκάσιας και πατάτας. Παρόμοιες τιμές παρουσιάστηκαν και για τις παραμέτρους a*, b* και Chroma*, όπου οι υψηλότερες τιμές παρατηρήθηκαν για την μεταχείριση του μίγματος ζελατίνης/αμύλου ρυζιού και διέφεραν σημαντικά από τις μεταχειρίσεις του μάρτυρα και της ζελατίνης. Παράλληλα, οι τιμές a*, b* και Chroma* αυξάνονταν με την πάροδο του χρόνου σε όλα τα φυτικά είδη που μελετήθηκαν. Άλλη μια χρωματική παράμετρος που μελετήθηκε είναι ο δείκτης λευκότητας. Τα δείγματα του κολοκυθιού, της κολοκάσιας και της πατάτας που ανήκαν στη μεταχείριση της ζελατίνης-αμύλου ρυζιού, παρουσίασαν υψηλότερες τιμές σε σχέση με τις υπόλοιπες μεταχειρίσεις για όλες τις ημέρες της αποθηκευτικής περιόδου. Συμπερασματικά, οι επικαλύψεις της ζελατίνης και του αμύλου ρυζιού θα μπορούσαν να φανούν χρήσιμες όταν είναι επιθυμητή η ταυτόχρονη συντήρηση και αφυδάτωση στις φρεσκοκομμένες φέτες, με διατήρηση των χαρακτηριστικών της υφής, σε χαμηλές θερμοκρασίες για τα παραπάνω είδη. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας μπορεί να είναι ενδιαφέροντα για τον τομέα της έρευνας και ανάπτυξης της βιομηχανία τροφίμων, καθώς θα συμβάλλουν στη μείωση της απαιτούμενης ενέργειας που απαιτείται για τις διάφορες θερμικές επεξεργασίες, καθώς επίσης και για τον εμπλουτισμό της γνώσης σχετικά με τις επικαλύψεις με βάση τη ζελατίνη.