Bioactive compound retention and shelf life extension of strawberry juice by selected nonthermal processing technologies

Abstract

Shelf life extension of fruit juices while maintaining quality and functional properties is of great interest. Nonthermal food processing technologies have been emerged as innovative preservation methods alternative to thermal pasteurization of fruit juices. The objectives of this Ph.D. thesis were to (i) ensure microbial safety of strawberry juice (SJ) by thermal and nonthermal technologies, i.e. high pressure processing (HPP), ultrasound (US), pulsed electric field (PEF) and UV-C irradiation; (ii) evaluate physicochemical and phytochemical properties of SJ after processing and during storage; (iii) extend microbial shelf life of SJ without unduly affecting quality. HPP (300 MPa, 1 min), US (120 m, 5.15 J/mL, 55 C, 3 min), PEF (35 kV/cm, 27 s, 155 Hz), and thermal pasteurization (71.7 C, 15 s) conditions were determined based on equivalent inactivation of E.coli (ATCC 11775) in SJ studied at Washington State University. UV-C irradiation (1.01 J/mL, 53.9 C, 6 cycles, 5.8 min) and thermal pasteurization (72 C, 101 s) conditions were determined considering inactivation of E. coli K-12 (ATCC 25253) in SJ studied at IZTECH. Consequently, microbial shelf life of SJ treated by HPP, thermosonication, UVC+mild heating, thermal pasteurization was extended up to 42 days while PEF prolonged up to 35 days at refrigerated storage. Multivariate data analysis revealed that HPP and PEF enhanced phytochemical characteristics of SJ compared to thermosonication and thermal pasteurization. Although UV-C irradiation did not alter physcicochemical properties, total phenolic content, and antioxidant activities of SJ, total anthocyanin content was significantly decreased by UV-C light compared to untreated juice.Meyve sularının kalite ve fonksiyonel özelliklerini koruyarak raf ömürlerinin uzatılması büyük önem taşımaktadır. Isıl olmayan gıda işleme teknolojileri meyve sularının termal pastörizasyonuna alternatif yenilikçi koruma yöntemleri olarak ortaya çıkmıştır. Bu doktora çalışmasının amaçları (i) çilek suyunun termal pastörizasyon ve termal olmayan gıda işleme yöntemlerinden yüksek basınç (HPP), ultrases (US), darbeli elektrik alanı (PEF), ve UV-C ışınlama gibi teknolojiler ile mikrobiyal güvencesinin sağlanması, (ii) proses sonrasında ve depolama süresince çilek suyunun fizikokimyasal ve fitokimyasal özelliklerinin değerlendirilmesi, (iii) çilek suyunun kalitesini olumsuz bir şekilde etkilemeden mikrobiyal raf ömrünün arttırılmasıdır. HPP (300 MPa, 1 dk), US (120 m, 5.15 J/mL, 55 C, 3 dk), PEF (35kV/cm, 27 s, 155 Hz), ve termal pastörizasyon (71.7 C, 15 s) koşulları Washington State Üniversitesi’nde çalışılmış olup E. coli ATCC 11775 suşunun bahsi geçen teknolojiler tarafından eş değer inaktivasyonuna dayanarak belirlenmiştir. İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü’nde çalışılan UV-C ışınlama (1.01 J/mL, 55 C, 6 devir, 5.8 dk) ve termal pastörizasyon (72 C, 101 s) koşulları E. coli K-12 (ATCC 25253) suşunun inaktivasyonuna dayanarak belirlenmiştir. Sonuç olarak; yüksek basınç, termosonikasyon, ılımlı ısıl işlemle desteklenmiş UV-C ışınlama, termal pastörizasyon çilek suyunun mikrobiyal raf ömrünü 42 güne kadar uzatırken; darbeli elektrik alanı 35 güne kadar uzatmıştır. Çok değişkenli veri analizleri yüksek basınç ve elektrik alanı uygulamalarının termal pastörizasyon ve termosonikasyona kıyasla çilek sularının fitokimyasal özelliklerini geliştirdiğini göstermiştir. UV-C ışınlama ise çilek suyunun fizikokimyasal özelliklerini, toplam fenol içeriğini, ve antioksidan aktivitesini önemli ölçüde etkilememesine rağmen, toplam antosiyanin içeriğini işlem görmemiş çilek suyuna kıyasla önemli ölçüde azaltmıştır.