Uticaj ultrazvučnog i toplotnog predtretmana na tehnološka i funkcionalna svojstva sušene konzumne i začinske paprike

Abstract

Cilj ovoga istraživanja bio je unapređenje funkcionalnih i tehnoloških svojstava sušene konzumne i začinske paprike kroz primenu različitih predtretmana i metoda sušenja. Istraživanja su obuhvatila ispitivanje nutritivnih i antioksidativnih parametara svežih plodova i nutritivnih, antioksidativnih i fizičkih parametara prerađenih plodova konzumne i začinske paprike. Ispitan je uticaj različitih predtretmana, kao što su blanširanje, hemijski predtretman, ultrazvuk i njihove međusobne kombinacije. Dodatno, proučavan je i uticaj metoda sušenja - sušenje u tunelskoj sušari strujom toplog vazduha i sušenje postupkom liofilzacije. Glavni cilj je bio utvrđivanje najpogodnije kombinacije predtretmana i metoda sušenja za očuvanje nutritivnih, antioksidativnih i senzornih karakteristika sušene paprike. Frakcioni faktorijski dizajn je upotrebljen za proučavanje uticaja ovih faktora. U okviru prvog dela istraživanja izvršena je analiza mineralnog sastava komercijalno dostupnih svežih i prerađenih paprika kao i analiza sadržaja vitamina C kod četiri sorte konzumne paprike u tri stepena zrelosti. Takođe je izvršena i procena dijetetskog unosa minerala i zdravstvenog rizika koji potiče od toksičnih elemenata usled konzumacije plodova paprike. Rezultati ovih analiza ukazali su da plodovi paprike ne predstavljaju značajan izvor minerala, gde količine prisutne u prosečnim porcijama za decu i odrasle nisu dovoljne za zadovoljenje preporučenih dnevnih potreba. Izuzetak su bili određeni kiseli i sveži plodovi koji predstavljaju značajniji izvor Cu, Cr i Mo. Analizom sadržaja minerala u tri stepena zrelosti kod sorte Kurtovska kapija zapaženo je da se sadržaj minerala kontinualno menja tokom sazrevanja ploda što se ogleda u višem usvajanju K, Zn, Mg, Cu, B i gotovo stalnoj cirkulaciji Mg i Fe do pune zrelosti ploda. Rezultati ispitivanja zdravstvenog rizika su ukazali da plodovi paprike i njihovi proizvodi ne nose zdravstveni rizik za decu i odrasle usled unosa toksišnih elemenata kao što su Al, Hg, Cd i As. Većina analiziranih paprika je bila odličan izvor vitamina C sa sadržajem L-askorbinske kiseline većim od 100 mg/100 g, što znači da konzumacijom 100 g sveže paprike može se zadovoljiti preporučeni dnevni unos vitamina C. U drugom delu istraživanja izvršena je analiza uticaja određenih predtretmana na mineralni sastav, sadržaj ukupnih fenolnih jedinjenja, antioksidativnu aktivnost i sadržaj L-askorbinske kiseline. U prvoj seriji eksperimenata ispitivano je ispiranje makro-, mikro- i elemenata u tragovima tokom ultrazvučnog pretretmana u vodi i rastvoru sirćetne kiseline. Za ovaj set eksperimenata upotrebljeni su plodovi sorte Kurtovska kapija. Do najvećih gubitaka minerala je došlo tokom prerade zelenih plodova, dok je ultrazvučni predtretman sa sirćetnom kiselinom poboljšao ekstrakciju toksičnih elemenata kao što su Al, Hg i As. Iako je ultrazvučni predtretman u rastvoru sirćetne kiseline doprineo najvećem uklanjanju toksičnih elemenata istovremeno je uticao i na značajne gubitke Fe (do 77% ukupnog gvožđa). U drugoj seriji eksperimenata ispitivan je uticaj ultrazvučnog, hemijskog i toplotnog predtretmana na sadržaj ukupnih fenolnih jedinjenja, antioksidativnu aktivnost i sadržaj L-askorbinske kiseline kod začinske paprike. Najveći uticaj na sadržaj ukupnih fenolnih jedinjenja i L-askorbinske kiseline od primenjenih predtretmana imala je temperatura predtretmana, gde su više temperature izazvale veće gubitke (50 i 80 oC). Primenjeni predtretmani nisu značajno uticali na antioksidativnu aktivnost prethodno tretirane začinske paprike. U trećem delu istraživanja izvršeno je ispitivanje uticaja primenjenih predtretmana i metoda sušenja na kvalitet sušene konzumne i začinske paprike. Kod sušene začinske paprike rađene su sledeće analize: mineralni sastav, sadržaj ukupnih polifenola, sadržaj ukupnih karotenoida, antioksidativna aktivnost, sadržaj L-askorbinske kiseline, boja (CIELab i ne-enzimatski indeks tamnjenja), tekstura, morfološke karakteristike i mikrobiološka aktivnost kod sušene začinske paprike, dok je kod sušene konzumne paprike ispitivan sadržaj L-askorbinske kiseline i mikrobiološka aktivnost. Cilj je bio da se utvrdi uticaj različitih faktora (vreme predtretmana, temperatura predtretmana, primenjeni aditiv, pH vrednost rastvora za predtretman, primena ultrazvuka, masa uzorka koji se tretira, veličina komadića i način sušenja) na navedene parametre kvaliteta sušene paprike. Nekoliko faktora je značajno uticalo na kvalitet sušene začinske paprike. Metod sušenja je značajno uticao na sadržaj ukupnih polifenola i L-askorbinske kiseline, crvenu boju (parametar a*) i rehidrataciju (u početnim fazama rehidratacije). Vreme predtretmana je značajno uticalo na antioksidativnu aktivnost merenu FRAP testom, sadržaj L-askorbinske kiseline, parametre boje a*, C* i ne-enzimatski indeks tamnjenja. pH vrednost je imala značajan uticaj na teksturu sušenih komadića. Temperatura predtretmana je značajno uticala na sadržaj L-askorbinske kiseline. Analizom ukupnog kvaliteta, pomoću funkcije poželjnosti, koja objedinjuje sve odgovore sistema za sušenu začinsku papriku utvrđeno je da dva faktora imaju statistički značajan uticaj: ultrazvuči predtretman i vrsta primenjenog aditiva. Rezultat ove analize je ukazao da je ultrazvuk imao negativan uticaj na ukupan kvalitet sušene začinske paprike, dok je kalijum-metabisulfit bio bolji aditiv u odnosu na limunsku kiselinu. Kod plodova sušene začinske paprike utvrđeno je da metod sušenja ima statistički značajan uticaj na sadržaj L-askorbinske kiseline. Mikrobiološka analiza sušene konzumne paprike ukazala je na zadovoljavajući kvalitet svih uzoraka nakon primene predtretmana. Metod sušenja u tunelskoj sušari se pokazao kao najefikasniji za smanjenje mikrobiološke aktivnosti.

This thesis aimed to improve the functional and technological properties of dried bell and paprika peppers by applying different pretreatments and drying methods. The research included the examination of nutritional and antioxidant parameters of fresh peppers and nutritional, antioxidant, and physical parameters of the processed dried bell and paprika peppers. The influence of different pretreatments, such as blanching, chemical pretreatment, ultrasound and their combinations, was investigated. Additionally, the effect of drying methods was studied - drying in a tunnel dryer with hot air and freeze-drying. The main goal was to determine the most suitable combination of pretreatments and drying methods for the preservation of nutritional, antioxidant, and sensory properties of dried pepper. Fractional factorial designs were used to study the effects of these factors. Within the first part of the research, the analysis of the mineral composition of commercially available fresh and processed peppers was performed, as well as the analysis of vitamin C content in four cultivars of bell peppers in three ripening stages. Dietary mineral intake and health risks assessment of toxic elements due to the consumption of pepper fruits were also evaluated. The results of these analyzes indicated that pepper fruits are not a significant source of minerals, where the amounts present in average portions for children and adults are not sufficient to meet the recommended daily needs. The exceptions were certain sour and fresh fruits, which are a significant source of Cu, Cr, and Mo. Analysis of mineral content in three ripening stages for the cultivar Kurtovska kapiya showed that the mineral content changes continuously during fruit ripening, which is reflected in higher absorption of K, Zn, Mg, Cu, B and almost constant circulation of Mg and Fe until full fruit maturity. The results of the health risk study indicated that pepper fruits and their products do not represent a health risk for children and adults due to the intake of toxic elements such as Al, Hg, Cd, and As. Most of the analyzed peppers were excellent sources of vitamin C with L-ascorbic content higher than 100 mg/100g, which means that eating 100 g of fresh pepper is enough to meet the recommended daily intake. The second part of the study examined the effects of different pretreatments on mineral composition, total phenolics content, antioxidant activity, and L-ascorbic acid content. The first series of experiments investigated leaching of macro-, mirco- and trace elements during ultrasound pretreatment in water and acetic acid solution. The cultivar Kurtovska kapiya was used for this set of experiments. The highest leaching of elements occurred during the processing of green fruits, while ultrasonic pretreatment with acetic acid improved the extraction of toxic elements Al, Hg and As. Although ultrasonic pretreatment with acetic acid solution contributed to the highest removal of the toxic elements, it also caused a significant loss of Fe (up to 77% of total iron). The second series of experiments investigated the effects of ultrasonic, chemical, and thermal pretreatments on the total phenolics content, antioxidant activity, and L-ascorbic acid content of paprika pepper. The pretreatment temperature highly influenced the total phenolics and L-ascorbic acid content, with higher temperatures causing higher leaching of these compounds (50 and 80 oC). The applied pretreatments did not significantly affect the antioxidant activity of previously treated peppers. The third part of the research investigated the effects of applied pretreatments and drying methods on dried paprika and bell pepper quality. For dried paprika peppers following analyses were performed: mineral composition, total phenolics content, total carotenoids content, antioxidant activity, L-ascorbic acid content, color (CIELab and non-enzymatic browning index), texture, morphological properties, and microbiological activity, while for dried bell peppers L-ascorbic acid content and microbiological activity were investigated. The aim was to determine the influence of various factors (pretreatment time, pretreatment temperature, applied additives, pH value of pretreatment solution, application of ultrasound, mass of the treated peppers, pieces size, and drying methods) on the mentioned parameters of dried pepper quality. Several factors significantly influenced the quality of dried paprika peppers. The drying methods significantly affected total phenolics and L-ascorbic acid content, red color (parameter a*), and rehydration ratio (in the initial stages of rehydration). The pretreatment time significantly affected antioxidant activity measured by the FRAP test, L-ascorbic acid content, color parameters a*, C*, and non-enzymatic browning index. The pH value significantly affected the texture of the dried pepper. The pretreatment temperature significantly affected L-ascorbic acid content. The overall quality, studied by the desirability function, which combines all the responses for dried paprika pepper, showed that two factors have a statistically significant influence: the ultrasound pretreatment and the type of applied additive. This analysis indicated that ultrasound negatively affected the overall quality of dried paprika peppers, while potassium metabisulfite was a better additive than citric acid. The content of L-ascorbic acid of dried bell pepper was significant influence by the method of drying. Microbiological analysis of dried peppers indicated the satisfactory quality of all samples subjected to the pretreatments. The drying method in a tunnel dryer was the most effective for reducing microbiological activity.