Publication
Modelling and optimization of osmotic dehidration combined with other methods for drying fruits
| datacite.subject.fos | Ciências Agrárias::Biotecnologia Agrária e Alimentar | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Bernardo, Alcina Maria Miranda | |
| dc.contributor.advisor | Morais, Rui Manuel Santos Costa de | |
| dc.contributor.author | Assis, Fernanda Rosa | |
| dc.date.accessioned | 2021-05-31T16:08:43Z | |
| dc.date.available | 2022-07-20T00:30:19Z | |
| dc.date.issued | 2017-09-15 | |
| dc.date.submitted | 2017 | |
| dc.description.abstract | The general objective of this Ph.D. programme was to study and to optimize the development, in terms of process efficiencyand the product quality,of fruit-based dry products with intermediate water content through osmotic dehydration,or reduced water content by subsequent combination of this technique with other drying methods.The first part of the work focused on the osmotic dehydration (OD) of apple cubes and physalis. The adequacyof thefit of some mathematical models to describethe mass transfer kinetics inthe products was also studied.The objectives were to perform the OD of apple cubes and to study the effects of the solute (sucrose orsorbitol) and the concentration (40 and 60 °Bx) in the osmotic solution, the mass ratio ofsample to solution (1:4 or1:10), the temperature (25, 40 and 60 ºC), and the pressure (1 bar and 150 mbar) on the water loss (WL) and the solid gain (SG).Regarding physalis, the OD was performed with a mass ratio of sample to solution of 1:4 at 60 °C and the pressure was1 bar or150 mbar. Another objective was to evaluate the changes in the microstructure of the apple tissue after the osmotic treatment with sucrose orsorbitol. Thus, in the apple cubes, the sorbitol, the increase of the temperature and of the soluteconcentration in the osmotic solution resulted in an increase ofthe ODrate, but the mass ratio of the sample to the solution and the pressure did not affect the process. In the physalis, the initial WLrate increased when the vacuum was applied during the OD with sucrose and tended to increase with the use of sorbitol. At the end of the DO of apple cubes, it was observed,by microstructure analysis,that this process affected the size and shape parameters of plant cells and the changes were more pronounced in samples osmotically dehydrated with sorbitol. The OD process caused the shrinkage of the cells and,consequently,a reduction of volume, the plasmolysis and the folding of the cell walls.In the second part of the work, some drying methods were studied to obtain cut apple with reduced water content, namely hot air drying, microwave drying and freeze-drying.The effect of the osmotic pre-treatment with sucrose orsorbitol solutionswas also studied. For the best conditions of each method, the drying kinetics were compared amongthe different methods and the quality —water activity(aw), the colour, the total phenolic content(TPC), the antioxidant activity(AA)and the rehydration ability —of the dried apple cubes were evaluated.Theadequacyof thefit of some mathematical models to describe the water content during drying was also evaluated. Thus, the effect of the temperature (25, 55, 70 and 80 ºC) was studied on the hot air drying of osmotically dehydrated apple cubes (60 ºC, 60 ºBx sucrose orsorbitol solutions, mass ratio of sample to solution 1:4).In the microwave vidrying,the effect of the osmotic pre-treatment andthepower (160, 350, 500, 650, 750 and 850 W) on the WLkinetics of apple cubes was also evaluated. Finally, the WLkinetics of the freeze-drying of apple cubes were studied. Concerning thedried cut apple with reduced water content, the osmotic dehydration as pre-treatment before the hot air drying increased the drying rate and reduced the drying time. The osmotic agent did not affect the drying rate, but the use of sorbitol reduced more the drying time and the awof the final product.In the microwave drying, the increase of the power level reduced the drying time and this reduction was higherfor samples osmotically dehydrated with sorbitol. OD prior to freeze-drying did not present a relevant advantage and the awwas lower in non-treated samples. The type of drying and the pre-treatment did not affect the rehydration rate of the dried apple cubes, but the control samples presentedhigher equilibrium water content than the osmotically dehydrated ones.The OD and subsequent drying by hot air, microwave and freeze-drying, significantly decreased the TPC and the AA. These quality parameters of the osmotically dehydrated samples were not affected by the subsequent drying, but only by the OD.In order to compare the effect of the osmotic agent used in the OD on the consumer’sacceptance, the sensory analysis of hot air dried apple cubes pre-treated osmotically with sucrose orsorbitol was carried out. There was no difference in theresults and the final product was well accepted by consumers.Among the drying methods studied, microwave drying without osmotic pre-treatment produced dried apple cubes with good quality and in a short time. Sorbitol is a good alternative to sucrose as theagent in the osmotic pre-treatment of apple cubes and physalis. Furthermore, sorbitol isa prebioticwith health benefits. | pt_PT |
| dc.description.abstract | O objetivo geral deste programa de doutoramento foi estudar e otimizar o desenvolvimento, a níveldaeficiênciadoprocesso e da qualidade, de produtos à base de frutos desidratados, de teor intermédio de água por desidratação osmótica, ou de teor reduzido de água por combinação desta técnica com outros métodos subsequentes de secagem.A primeira parte do trabalho incidiu na desidratação osmótica (DO) de cubos de maçã e fisális. A capacidade de ajuste de alguns modelos matemáticos em descrever as cinéticas de transferência de massa nos produtos também foi estudada. Os objetivos consistiram em realizar a DO de cubos de maçã e estudar os efeitos do soluto (sacarose ousorbitol) e da concentração (40 e 60 °Bx) na solução osmótica, da razão mássica amostra: solução (1:4 e 1:10), da temperatura (25, 40 e 60 ºC), e da pressão (1 bar e 150 mbar) na perda de água (PA) e no ganho sólidos (GS). Relativamente à fisális, a DO foi efetuada com uma razão mássica amostra: solução de 1:4, a 60 ºC e a pressão foi de1 bar ou150 mbar. Outro dos objetivos foi avaliar as alterações da microestrutura do tecido da maçã após o tratamento osmótico com sacarose e sorbitol. Assim, nos cubos de maçã, o sorbitol, o aumento da temperatura e o aumento da concentração do soluto na solução osmótica resultaram num aumento da velocidade da DO, mas a razão mássica amostra: solução e a pressão não afetaramo processo. Na fisális, a velocidade inicial de PAaumentou quando o vácuo foi aplicado durante a DO com sacarose e apresentou tendência a aumentar com o uso de sorbitol. No final da DO de cubos de maçã, observou-se, por análise da microestrutura, que este processo afetou os parâmetros de tamanho e forma das células vegetais e as alterações foram mais pronunciadas em amostras osmoticamente desidratadas com sorbitol. O processo de DO provocou o encolhimento das células e consequentemente uma redução de volume, a plasmólise e o dobramento das paredes celulares.Na segunda parte do trabalho,foram estudados métodos de secagem para obter maçã cortada com teor de água reduzido, nomeadamente a secagem a ar quente, a secagem por micro-ondas e a liofilização. Estudou-se também o efeito do pré-tratamento osmótico com soluçõesde sacarose e sorbitol. Para as melhores condições de cada método, foi efetuada a comparação das cinéticas de secagem entre os diferentes métodos e foi avaliada a qualidade —atividade da água(aw), cor, teorfenólico total(TFT), atividade antioxidante(AA)e capacidade de reidratação —dos cubos de maçã secos. A capacidade de ajuste de alguns modelos matemáticos para descrever o teor de água durante a secagem também foi avaliada. Assim, foi avaliado o efeito da temperatura (25, 55, 70 e 80 ºC) na secagem a ar quente de cubos de maçã osmoticamente desidratados (60 ºC, solução de sacarose ousorbitol a 60 ºBx, razão mássica amostra: solução 1:4). Na secagem por micro-ondas,foi também avaliado o efeito do pré-tratamento osmótico e da potência (160, 350, 500, 650, 750 e 850 W) na cinética de PAde cubos de maçã. Finalmente, estudou-se a cinética de PAde cubos de maçã na liofilização. No que diz respeito à maçã cortada seca comteor reduzido de água, a desidratação osmótica como pré-tratamento antes da secagem a ar quente aumentou a velocidade e reduziu o tempo de secagem. O agente osmótico não afetou a velocidade de secagem, mas a utilizaçãode sorbitol reduziu mais o tempo de secagem e a awdo produto final. Na secagem por micro-ondas, o aumento do nível de potência reduziu o tempo de secagem e esta redução foi maior para as amostras osmoticamente desidratadas com sorbitol. A DO antes da liofilização não apresentou uma vantagemrelevante e a awfoi menor em amostras semtratamentoosmótico.O tipo de secagem e o pré-tratamento não afetaram a velocidade de reidratação dos cubos de maçã secos, mas as amostras controlo apresentaram um teor de água de equilíbrio superioràs amostrasosmoticamente desidratadas.A DO e a secagem subsequente, por ar quente, micro-ondas e liofilização, diminuiram significativamente o TFT e a AA. Nas amostras osmoticamente desidratadas, estes parâmetros de qualidadenão foram afetados pela secagem subsequente, mas apenas pela DO. Com o objetivo de comparar o efeito do agente osmótico utilizado na DO na aceitação pelo consumidor, foi efetuada a análise sensorial de cubos de maçã secos a ar quente pré-tratados osmoticamente com sacarose ousorbitol. Não houve diferença nos resultados e o produto final foi bemaceite pelos consumidores.De entre os métodos de secagem estudados, a secagem por micro-ondas sem pré-tratamento produziu cubos de maçã secos deboa qualidade e numtemporeduzido. O sorbitol é uma boa alternativa à sacarose como agente no pré-tratamento osmótico de cubos de maçã e fisális. Para além disso, o sorbitol éum prebiótico com benefíciospara a saúde. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 101427867 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.14/33392 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.subject | Apple | pt_PT |
| dc.subject | Physalis | pt_PT |
| dc.subject | Osmotic dehydration | pt_PT |
| dc.subject | Mathematical modelling | pt_PT |
| dc.subject | Microstructure | pt_PT |
| dc.subject | Hot air drying | pt_PT |
| dc.subject | Microwave drying | pt_PT |
| dc.subject | Freeze-drying | pt_PT |
| dc.subject | Colour | pt_PT |
| dc.subject | Total phenolic content | pt_PT |
| dc.subject | Antioxidant activity | pt_PT |
| dc.subject | Rehydration | pt_PT |
| dc.subject | Sensory analysis | pt_PT |
| dc.title | Modelling and optimization of osmotic dehidration combined with other methods for drying fruits | pt_PT |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | doctoralThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Doutoramento em Biotecnologia | pt_PT |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
- Name:
- Fernanda Rosa Assis.pdf
- Size:
- 4.69 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format