Untersuchungen zum Einsatz von nichtthermischen Zellmembranpermeabilisierungsmethoden zur Beeinflussung des Massentransports in pflanzlichen Lebensmitteln

Der Einfluss von verschiedenen nichtthermischen Verfahren, wie elektrische Hochspannungsimpulsen (HELP), hydrostatischer Hochdruck (HP), komprimiertes (cCO2) bzw. überkritisches Kohlendioxid (ScCO2), Hochleistungsultraschall (US) auf die Zellmembran-permeabilisierung von ausgewählten Früchten und Gemüsen (Weinbeeren, Pflaumen, Mango, Rote Beete, Spargel, rote Paprika) wurde untersucht und mit konventionellen thermischen bzw. enzymatischen Permeabilisierungsmethoden verglichen. Zusätzlich wurde der Effekt der nichtthermischen Verfahren auf die anschließenden Verarbeitungsprozesse (Entsaftung, Extraktion, osmotische Trocknung und Warmlufttrocknung sowie Fermentation) im Bezug auf die Prozesskinetik und die Produktqualität untersucht. Der Grad der thermischen Permeabilisierung hing von der Temperatur und Behandlungsdauer ab. Eine Mindesttemperatur von 50 °C und 15 min war notwendig, um eine geringfügige Permeabilisierung (Zp = 0,1) zu erzielen. Der Permeabilisierungseffekt von HELP war von der Feldstärke, Pulszahl, Energieeintrag und Rohware abhängig. Bei einer Feldstärke von 0,7 bis 3 kV/cm und Raumtemperatur konnte nach 10 bis 50 Pulsen ein Permeabilisierungsgrad, der ähnlich einer thermischen Behandlung bei 65 °C für 15 min war, erzielt werden. Der Energieeintrag (ca. 6-20 kJ/kg) und die Behandlungsdauer (10 bis 50 s bei f = 1 Hz) waren deutlich geringer als bei thermischer Permeabilisierung (ca. 170 kJ/kg, 900 s). Ebenfalls war die HP-induzierte Permeabilisierung von den Behandlungsbedingungen abhängig. Die Erhöhung von Behandlungsdruck, -temperatur und -dauer beeinflusste den Permeabilisierungsgrad, abhängig von der eingesetzten Rohware, mehr oder weniger stark. Nach der HP-Behandlung bei 500 MPa, 50 °C für 10 min konnte ein Permeabilisierungsgrad, der ähnlich einer thermischen Behandlung (65 °C, 15 min) war, beobachtet werden. Der Einfluss der (S)cCO2-Druckhöhe auf den Permeabilisierungsgrad war deutlich ausgeprägter als bei der HP-Behandlung. Zusätzlich führte eine geringe Temperaturerhöhung während der (S)cCO2-Behandlung zu einer deutlichen Erhöhung des Permeabilisierungsgrades. Eine Behandlung bei 7,1 bis 30 MPa bei 20-28 °C für 10 min war, je nach eingesetzter Rohware, ausreichend um einen Permeabilisierungsgrad, der ähnlich einer thermischen Behandlung (65 °C, 15 min) war, zu erzielen. Der Grad der US-Permeabilisierung hing von der Ultraschallleistung und Behandlungsdauer ab. Ultraschallbehandlung (30 W, 4 min) bewirkte einen Permeabilisierungsgrad (Zp) der grobzerkleinerten Weinbeeren von ca. 0,4. Die Vorbehandlung von Weinbeeren mit nichtthermischen Verfahren führte sowohl zur Erhöhung der Saftausbeute, als auch zur Verbesserung der Saftqualität. Der Farbstoff- und Mineralienaustritt aus den Rote Beete stiegen nach der Vorbehandlung mit nichtthermischen Verfahren im Vergleich zu unbehandelten signifikant an. Ein direkter Zusammenhang zwischen dem Permeabilisierungsgrad und dem anschließendem Stoffaustritt konnte, sowohl bei thermisch als auch bei nichtthermisch-vorbehandelten Rote Beete, festgestellt werden. Die HELP, HP, cCO2 beschleunigten die osmotische Trocknung von Mango. Die Zuckeraufnahme stieg bei allen vorbehandelten Proben im Vergleich zu unbehandelten. Die Zuckeraufnahme von cCO2-vorbehandelten Proben war am höchsten, die Wasserabgabe am niedrigsten und die geringste Schrumpfung im Vergleich zu anderen Proben. Die HELP-vorbehandelte Probe zeigte die geringste Veränderung der sensorischen Eigenschaften (Geschmack, Farbe) und war den unbehandelten ähnlich. Bis zur 40 % Trocknungszeitreduzierung, je nach eingesetzter Rohware, Trocknungsart und -temperatur, konnte durch HELP-Vorbehandlung erzielt werden. Die nichtthermische Verfahren konnte die Fermentationsdauer von rotem Paprika um bis zu 3 Tagen (45 %-ige Verkürzung) beschleunigen. Es wurde kein signifikanter Unterschied zwischen den vorbehandelten Proben gefunden, außer bei HP-vorbehandelten (aufgrund der Auslaugung der Inhaltsstoffe ins Behandlungsmedium während der HP-Behandlung). Die nichtthermischen Permeabilisierungsmethoden bewirkten bei allen untersuchten Proben eine Texturerweichung und Farbveränderung. Die Höhe hing von der eingesetzten Rohware, Behandlungsmethode und Permeabilisierungsgrad. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigten, dass diese nichtthermischen Verfahren geeignete und produktschonende Alternativen zu thermischen bzw. enzymatischen Zellaufschlussmethoden sind. Der Massentransport ist eine Funktion der zellularen Vollständigkeit (Zp), der strukturellen und der chemischen Veränderungen der pflanzlichen Gewebe während der Vorbehandlung.

Author dc:creator

• Tedjo, Wahyuningsih

Advisor dc:contributor.advisor

• Knorr, Dietrich

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

de, German

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-5900
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-689

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/986