Zmiany barwy jabłek odwadnianych osmotycznie i nasycanych kwasem askorbinowym.pdf

N auka P rzyroda T echnologie

2009

Tom 3

Zeszyt 4

ISSN 1897-7820 http://www.npt.up-poznan.net

Dział: Nauki o Żywności i Żywieniu

H ANNA K OWALSKA , A NDRZEJ L ENART , M ARIUSZ W OJNOWSKI

Katedra Inżynierii Żywności i Organizacji Produkcji

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

ZMIANY BARWY JABŁEK ODWADNIANYCH OSMOTYCZNIE

I NASYCANYCH KWASEM ASKORBINOWYM *

Streszczenie. Celem pracy było określenie wpływu warunków procesu wyznaczonych jedną

z metod planowania eksperymentów na zmiany parametrów barwy jabłek odwadnianych osmo-

tycznie oraz odwadnianych i jednocześnie nasycanych kwasem askorbinowym. Próbki jabłek

o wymiarach 25 × 25 mm i grubości 5-15 mm odwadniano osmotycznie przez 1-5 h w roztworze

sacharozy o stężeniu 20-60% w zakresie temperatury 20-60°C. W celu nasycenia jabłek kwasem

askorbinowym dodawano go do roztworu osmotycznego w ilości 2%. Zmiany barwy jabłek od-

wadnianych osmotycznie oraz odwadnianych z jednoczesnym nasączaniem kwasem askorbino-

wym w największym, statystycznie istotnym, stopniu zależały od temperatury. Zastosowanie

podwyższonej temperatury – 60°C – miało negatywny wpływ na jasność barwy jabłek. Umiarko-

wana temperatura – do 40°C – powodowała niewielkie zmiany barwy, a nawet nieznaczne zwięk-

szenie jej jasności wywołane synergicznym działaniem temperatury i stężenia roztworu sacharozy

oraz zwiększonym wnikaniem kwasu askorbinowego.

Słowa kluczowe: nasączanie, planowanie eksperymentów, jasność barwy jabłek

Wstęp

Barwa jest czynnikiem charakteryzującym właściwości sensoryczne żywności i de-

cydującym o akceptacji produktów przez konsumentów (F ALADE i IN . 2007). Zastoso-

wanie różnych operacji technologicznych może powodować zmiany jakości produktów.

W wielu przypadkach barwa jest jednym z najważniejszych wyróżników decydujących

o akceptacji. Ciemnienie owoców i warzyw stosowanych w technologii żywności,

szczególnie mało przetworzonych, może wpływać negatywnie na właściwości senso-

ryczne produktów.

* Praca finansowana ze środków na naukę w latach 2008-2010 jako projekt badawczy nr N

N312 0351 33.

Kowalska H., Lenart A., Wojnowski M., 2009. Zmiany barwy jabłek odwadnianych osmotycznie i nasycanych

kwasem askorbinowym. Nauka Przyr. Technol. 3, 4, #120.

Owoce i warzywa poddawane odwadnianiu osmotycznemu wykazują mniejsze

zmiany fizykochemiczne w porównaniu z innymi metodami stosowanymi w technologii

żywności. W szerszym stopniu proces ten może być wykorzystywany do przygotowania

żywności mało przetworzonej, żywności o średniej zawartości wody lub do wstępnej

obróbki, np. przed suszeniem lub zamrażaniem (K OWALSKA i L ENART 2003, A LZAMO-

RA i IN . 2005). Podstawowym zadaniem odwadniania osmotycznego tkanki roślinnej

jest zmniejszenie zawartości wody, a konsekwencją przetrzymywania materiału w stę-

żonych roztworach cukrów lub soli są zmiany składu chemicznego (K OWALSKA 2006).

Cenioną zaletą obróbki osmotycznej jest zahamowanie aktywności polifenolooksydazy

(PPO), zachowanie składników lotnych oraz ograniczenie termicznych zmian materiału

prowadzących do zmian barwy i smaku (K ROKIDA i IN . 1991).

Podczas odwadniania osmotycznego tkanki roślinnej, dzięki występowaniu otwartej

struktury (porów w ścianach komórkowych, przestrzeni międzykomórkowej, komórek

przeciętych w warstwie powierzchniowej próbek), zachodzi dyfuzyjna wymiana masy

pomiędzy otaczającym roztworem a odwadnianym materiałem (C HIRALT i F ITO 2003).

W rezultacie w wyniku usunięcia wody następuje zwiększenie gęstości tkanki i jako

niekorzystne zjawisko w tym procesie – utrata rozpuszczonych składników soku ko-

mórkowego. Usunięte z wodą składniki soku mogą wpływać na zmianę wartości od-

żywczej produktu, a zarazem na jakość i właściwości sensoryczne, np. barwę (L EWICKI

i L ENART 2007). Jednocześnie do tkanki wnika substancja osmotyczna oraz składniki

odżywcze dodane do roztworu celem wzbogacenia żywności (witaminy, związki mine-

ralne), które również mogą mieć określony wpływ na zmiany barwy.

Nasycanie dodatkowymi substancjami (witaminy, związki mineralne, probiotyki)

w ostatnich latach staje się coraz częściej stosowane w żywności mało (minimalnie)

przetworzonej, określanej jako ready-to-use lub ready-to-eat (A LZAMORA i IN . 2005,

M ARTÍN -D IANA i IN . 2007).

F ORNI i IN . (1997) wykazali stabilność barwy moreli wstępnie odwadnianych osmo-

tycznie w roztworach cukrów i przechowywanych w temperaturze –20°C. Po czterech

miesiącach przechowywania w tych warunkach stwierdzono, że barwa moreli jest po-

równywalna z barwą owoców świeżych. Stwierdzono również, że zastosowanie 65-

-procentowego roztworu maltozy z 1-procentowym dodatkiem kwasu askorbinowego

jako antyoksydantu do odwadniania osmotycznego moreli działało ochronnie na zawar-

tość polifenoli i kwasu askorbinowego.

Proces brązowienia (ciemnienia) owoców lub warzyw jest związany z działaniem

polifenylooksydaz, katalizujących reakcje utleniania fenoli w obecności tlenu. W jabł-

kach stwierdzono występowanie kwasu chlorogenowego (miąższ), katecholu, katechiny

(skórka), kwasu kawowego, 3,4-dihydroksyfenyloalaniny (DOPA), kwasu (3,4-dihy-

droksy)-benzoesowego, p-krezolu, 4-metylokatecholu, leukocjanidyny, kwasu p-ku-

marynowego, glikozydów flawonolowych (M ARSHALL i IN . 2000). Z badań B IEGAŃ-

SKIEJ -M ARECIK i C ZAPSKIEGO (2003) wynika, że próżniowe nasączanie roztworem

o składzie: 1% – kwas askorbinowy, 0,2% – kwas cytrynowy, 1% – mleczan wapnia

i 20% – sacharoza skutecznie ograniczało ciemnienie 10 odmian jabłek. W badaniach

tych wykazano istotny wpływ zawartości polifenoli na jasność barwy jabłek.

Badając wpływ kilku czynników działających jednocześnie na określone cechy pro-

duktu, istotne jest zastosowanie odpowiedniej metody służącej do optymalizacji prowa-

dzonych badań w celu ograniczenia liczby eksperymentów, a zarazem uzyskania

Kowalska H., Lenart A., Wojnowski M., 2009. Zmiany barwy jabłek odwadnianych osmotycznie i nasycanych

kwasem askorbinowym. Nauka Przyr. Technol. 3, 4, #120.

wystarczającej liczby wyników. W wielu pracach przedstawiono zastosowanie różnych

metod planowania eksperymentów do określenia wpływu czynników na badane odpo-

wiedzi zmiennych zależnych oraz do optymalizacji wskaźników charakteryzujących

otrzymane produkty bądź prowadzone procesy technologiczne. Dominują metody

z dwoma lub trzema czynnikami, a nowe podejście obejmuje model uwzględniający co

najmniej cztery zmienne opisujące warunki procesu i płaszczyzny odpowiedzi (R AVINDRA

i C HATTOPADHYAY 2000, A ZOUBEL i M URR 2003, W ALKOWIAK -T OMCZAK i C ZAPSKI

2007, A BUD -A RCHILA i IN . 2008, E RBAY i I CIER 2009).

Celem pracy była analiza zmian parametrów barwy jabłek odwadnianych osmotycz-

nie oraz odwadnianych i jednocześnie nasycanych kwasem askorbinowym z zastosowa-

niem parametrów wyznaczonych jedną z metod planowania eksperymentów.

Materiał i metody

Jabłka w kształcie prostopadłościanów o wymiarach 25 × 25 mm i zmiennej grubo-

ści w zakresie 5-15 mm odwadniano osmotycznie przez 1-5 h w roztworze sacharozy

o stężeniu 20-60% z 2-procentowym dodatkiem kwasu askorbinowego w zakresie tem-

peratury 20-60°C. Barwę plastrów jabłek określono za pomocą urządzenia Minolta CM-

-508i. Wyniki przedstawiono w systemie Hunter Lab opartym na pomiarze składowych

trójchromatycznych barwy: L *, a *, b *. Wyznaczono różnice pomiędzy barwą jabłek

surowych i poddanych osmotycznemu odwadnianiu lub jednocześnie odwadnianiu

i nasączaniu kwasem askorbinowym  E :





(





(





(



gdzie:  L* ,  a* ,  b* – różnice wartości wskaźników między barwą jabłek surowych

i odwadnianych osmotycznie lub odwadnianych i nasączanych kwasem askorbinowym

W celu ograniczenia liczby pomiarów zastosowano plan eksperymentów Boxa-

-Behnkena i wykonano 27 eksperymentów (w tym trzykrotne powtórzenie punktu cen-

tralnego) (tab. 1).

Tabela 1. Plan doświadczenia według Boxa-Behnkena dla czterech czynników doświadczalnych

Table 1. Experimental design of Box-Behnken with four experimental factors

Kody czynników

Nr eksperymentu

Temperatura

(°C)

Czas odwadniania

(h)

Grubość próbek

(mm)

Stężenie sacharozy

(%)

Kowalska H., Lenart A., Wojnowski M., 2009. Zmiany barwy jabłek odwadnianych osmotycznie i nasycanych

kwasem askorbinowym. Nauka Przyr. Technol. 3, 4, #120.

Tabela 1 – cd. / Table 1 – cont.

Po przeprowadzeniu badań wykonano analizę wpływu czterech czynników (zmien-

nych niezależnych) na płaszczyzny odpowiedzi (zmienne zależne L *, a *, b * oraz  E )

(A CHNAZAROWA i K AFAROW 1982, W ALKOWIAK -T OMCZAK i C ZAPSKI 2007). Wyzna-

czono parametry równania regresji (wielomianu drugiego stopnia) z uwzględnieniem

efektów współdziałań (interakcji) badanych czynników.

Wybór modelu (odpowiedź płaszczyznowa) weryfikowano na podstawie współ-

czynnika korelacji i dopasowania oraz testu Lack of fit (P > 0,05). Obliczenia wykonano

za pomocą programu Microsoft Excel oraz Statgraphics Plus v. 5.1.

Kowalska H., Lenart A., Wojnowski M., 2009. Zmiany barwy jabłek odwadnianych osmotycznie i nasycanych

kwasem askorbinowym. Nauka Przyr. Technol. 3, 4, #120.

Wyniki i dyskusja

Zastosowanie odwadniania osmotycznego jabłek spowodowało ich nieznaczne po-

ciemnienie, a tym samym zmiany wartości wskaźników ich barwy. W porównaniu

z próbkami jabłek surowych nastąpiło kilku- lub kilkunastoprocentowe zmniejszenie

wartości współczynnika jasności barwy jabłek L *. Zmiana parametru a * polegała na

zwiększeniu wartości będącej wynikiem przejścia barwy zielonej w kierunku czerwo-

nej. Parametr b * zmienił się od barwy niebieskiej (około 26,2) do żółtej (około 18,7).

Największe zmiany wartości tych wskaźników uzyskano w przypadku jabłek odwad-

nianych osmotycznie w temperaturze 60˚C (różnice sięgały kilkunastu procent). Obser-

wacje te potwierdziła analiza statystyczna.

W tabelach 2 i 3 zestawiono wybrane parametry równania płaszczyzn odpowiedzi

dla zmian współczynnika jasności barwy L *, jej składowych a *, b * oraz różnic  E

pomiędzy barwą jabłek surowych a poddanych odwadnianiu i nasączaniu.

Tabela 2. Parametry równań płaszczyzn odpowiedzi opisujących zmiany wskaźników barwy jabłek

wywołane odwadnianiem osmotycznym; czcionka pogrubiona oznacza różnice istotne statystycznie

Table 2. Response surface parameters of colour changes of osmodehydrated apples; bold means

statistically significant differences

Czynniki

– parametry

równania

L *

a *

b *

 E

L *

a *

b *

 E

Stała

72,461

6,3322

27,105

13,813

0,5253

0,0009 –0,5597

0,0009 –0,0550

0,0015 –0,6355

0,0005

–1,3796

0,0069 –0,7773

0,1765

2,2708

0,0786 –0,6135

0,0112

0,2009

0,3288

0,0552

0,9521 –0,6906

0,0374

0,1648

0,8882

0,0104

0,3926 –0,0898

0,0083 –0,0176

0,4225 –0,1276

0,5896

A 2

–0,0119

0,0021

0,0066

0,0024 –0,0022

0,0274

0,0133

0,0017

0,0064

0,4168

–

–0,0071

0,2549 –0,0024

0,7380

–0,0010

0,7377

–

–0,0021

0,3644

0,0029

0,3784

0,0043

0,0214

0,0044

0,0070

0,0034

0,0173 –0,0034

0,0340

B 2

–0,0771

0,2955

0,1072

0,0800 –0,0706

0,1951

0,1770

0,0845

0,0208

0,4992

–

0,0618

0,0758 –0,0355

0,2971

0,0126

0,1860 –0,0006

0,2741 –0,0501

0,0080

0,0173

0,1123

C 2

–0,0142

0,2466 –0,0005

0,9453

0,0293

0,0382 –0,0033

0,7449

0,0006

0,8417 –0,0012

0,5211

0,0027

0,2699 –0,0026

0,4211

D 2

–0,0027

0,0388 –0,0006

0,2168

–

0,0030

0,0320

Lack-of-fit

0,1339

0,0543

0,0520

0,1078

R 2

0,9628

0,8915

0,8287

0,9676

R 2 dopas. (%)

91,95

81,19

65,73

92,98

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: