Pulsed electric field treatment of plant tissue
Bitki dokusunun kesikli elektrik alan ile işlem edilmesi
- Tez No: 964247
- Danışmanlar: PROF. DR. PETR DEJMEK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2003
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Lunds Universitet
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Bilimi ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Bitki hücrelerinde diğer hücreler gibi su ve muhtelif bir çok hücre bileşenleri zarlarla çevrelenmiş olarak bulunur. Hücre zarları hücre içi maddeleri ayrıştırma işlemlerinde engel teşkil ederler. Bu tür maddelerin doku dışına taşınımı hücre zarının ne derece sağlam olduğu ile oldukça alakalıdır. Hücre zarını parçalamak için kullanılan metodlar etkin, enerji sarfiyatı az ve aynı zamanda ürün bozulmasını en aza indirgeyecek şekilede olmalıdır. Hücre zarı üzerine karakteristik etkisi olan Kesikli Elektirik Alan (PEF) uygulaması, ısısal olmayan, yeni bir gıda teknolojisidir. PEF uygulaması gıdanın anod ve katod arasında kısa, tekrarlı elektrik alanlarına maruz bırakılma işlemidir. Bu işlemin en önemli sonucu hücre zarında geçici veya kalıcı deliklerin oluşumu ile hücre zarının bozunumudur. Bu işlemin bitki bazlı gıdaya uygulama da esas ilgi kurutma, ekstraksiyon ve osmotik kurutma gibi bazı prosesleri ısısal olmayan bir şekilde, ekonomik olarak kolaylaştırmaktır. Bununla birlikte, PEF'in bitki dokusunu kulanan proseslerde kullanılabilmesi için, dokuda PEF uygulaması sonucu ortaya çıkan değişikliklerin hücre seviyesinde daha iyi anlaşılması gerekir. Hücre zarında deliklerin oluşumu ile, doku içerisinde bir çok değişiklikler meydana gelir. Bu değişikliklerin en önemlisi hücre iç basınçının kaybolması ve hücre içindeki maddelerin hücre dışına doğru difuzyonudur. Bu aynı zamanda dokunun mekanik ve elektrik iletkenlik özelliklerinede yansır. Bu tezde yapılan çalışmada, PEF etkisiyle hücre zarının bozunumunu inceleyen mikro bir metod geliştirildi. Bu metod ile, bitki dokusunda bozunum başlangıçının 0.35 kV/cm lik elektrik alan kuvvetinin 100 µs lik tek bir vurgusu sonrası oluştuğu gösterildi. Hücre içi sıvısının hücre dışına difuzyon zamanı ise 2 dakika olarak saptandi. PEF, osmotik işlem ile veya osmotik işlemsiz, bitki dokusuna (Patates) uygulandığında, dokuda ortaya çıkan mekaniksel değişiklikler 'stress relaxation' deneyi ile çalışıldı. Bu çalışmada başlangıç sertlik parametresinin çok az etkilendiği fakat kalıcı sertlik parametresinin en düşük PEF uygulamalarında bile en fazla etkilendiği bulundu. Maksimum şiddette PEF uygulamasının, 0.7 M lik osmotik işlemi ile aynı etkiye sahip olması, PEF in hücre içi basınçının kaybolmasına yol açtığı şeklinde açıklanabilir. Osmotik işlem PEF ile beraber uygulandığında ise, düşük ve yüksek seviyedeki osmotik işlem PEF ile etkileşmedi. PEF in kırmızı pancardan renk maddesi ekstraksiyonu üzerine etkisi incelendiğinde, 1 kV/cm lik elektrik alan uygulamasının ekstraksiyon verimini 90% artırdığı bulundu. Bunun enerji maliyeti 7 kJ/kg dir. PEF uygulaması sonucunda bitki dokusunda ortaya çıkan elektrik iletkenlik artışı, ekstraksiyon verimi ile 60-70% seviyesine kadar doğrusal olarak arttığı ayrica belirlendi. Renk ve elektriksel maddelerin ekstraksiyon hızı, 'Bimodal Fick' difuzyon modeli ile çalışıldığında, ekstraksiyon hızının, biri hızlı diğeri yavaş fakat PEF den etkilenmeyen difuzyon katsayıları ile ifade olunduğu görüldü. Bununla birlikte hızlı difuzyondaki ekstraksiyon fraksiyonu PEF uygulamasının şiddeti ile artış gösterdi. Hızlı difuzyon katsayıları, seyrek çözeltidekine nispeten 2-5 kat daha düşük idi.
Özet (Çeviri)
Plant cells like other cells contain water and various cell components surrounded by membranes. Cell membranes constitute a barrier in removing the intracellular substances from the plant tissue. The transport of such substances out of the tissue is highly influenced by how intact the cell membrane is. Methods for disintegration of cell membranes should be effective, energy saving and minimize the product deterioration. A pulsed electric field (PEF) is a newly emerged non-thermal food processing technology which has characteristic effects on the cell membrane. PEF processing involves subjecting food to short, repeated pulses of a high electric field between an anode and a cathode. The main result of this process is the disruption of the cell membrane leading to the formation of either temporary or permanent pores. The area of interest in the treatment of plant tissue with PEF is facilitation of certain processes such as extraction, drying and osmotic dehydration, non thermally and economically. For PEF to be employed in commercial plant tissue processing, a better understanding of the changes brought about by PEF in the structure of plant tissue at the cellar level is required. After the formation of pores in the cell membranes, a number of changes are initiated inside the tissue. Most important of these is the loss of turgor, and subsequent diffusion of intracellular content out of the cell. This is reflected in the mechanical and electrical conductive properties of the tissue. In the study undertaken here, a microscale method was developed making the study of PEF induced permeabilization possible at cell level. We demonstrated that permeabilization of plant tissue starts to occur with a single pulse of 100 µs at 0.35 kV/cm field strength. The timescale for the diffusion of intracellular content into the extracellular region is in the range of 2 min. When changes in the mechanical properties of plant tissue (potato) exposed to a PEF, with or without osmotic treatment, were studied using stress relaxation, the short-term (time) modulus was found to be little affected. The residual elasticity was the parameter most affected even at lower levels of PEF treatment. Maximal PEF treatment had a similar effect to exposure to a 0.7 M hyperosmotic solution implying that the effect of PEF on relaxation behavior can be explained by loss of turgor. Neither hypoosmotic nor hyperosmotic pretreatment appeared to enhance the effect of PEF treatment. When the effect of a PEF on extraction of red pigment from red beetroot was investigated, it was found that PEF treatment level at 1 kV/cm field strength led to the extraction of about 90 % of the total red beetroot pigment following 1 h aqueous extraction. The energy consumption was 7 kJ/kg. The increase in tissue conductivity after PEF treatment correlated linearly with the extraction yield of up to an extraction level of 60-70 %. Diffusion of red pigment and ionic species in the extraction process was also studied in terms of a bimodal Fickian diffusion model. The process appeared to be governed by a slow and a fast apparent diffusion coefficient which were independent of the treatment level. However, the fraction of the yield associated with the faster diffusion coefficient increased with treatment intensity, and at maximum PEF treatment and in frozen/thawed tissue it accounted fully for the transport. The faster apparent diffusion coefficient was 2-5 times lower than the corresponding diffusion coefficient in dilute solution. Key words; Pulsed electric field, PEF, Cell permeabilization, electroporation, plant tissue, epidermis, potato, red beetroot, visualization, onion Neutral Red, generalized Maxwell model, bimodal Fickian diffusion model
Benzer Tezler
- Ultraviyole ve ozon uygulamalarının baharatların dekontaminasyonu ve kalitesi üzerine etkileri
Effects of ultraviolet and ozone applications on the decontamination and quality of spices
ESRA DOĞU BAYKUT
Doktora
Türkçe
2016
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRBÜZ GÜNEŞ
- Atık aktif çamurun darbeli eletrik alan (PEF) ile ön arıtımı ve aerobik stabilizasyonu
Pre-treatment of waste active sludge by pulsed electric field and aerobic stabilization
MUSTAFA UĞUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Çevre MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZLEM SELÇUK KUŞÇU
- Et endüstrisi biyolojik çamurun darbeli elektrik alan (PEF) ile dezentegrasyonu ve aerobik stabilizasyonu
Disintegration of meat industry biolagical sludge by pulsed electric field (PEF) and aerobic stabilization
SABİHA İCLAL TEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Çevre MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM SELÇUK KUŞÇU
- Susam küspesinden ultrason ve enzim destekli protein ekstraksiyonu
Enzyme and ultrasound supported protein extraction from sesame meal
AYŞEGÜL AKBAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA KAHVECİ KARINCAOĞLU
- Tarçın yağı ve atımlı elektrik alanı prosesinin elma suyunun kalitesi üzerine etkisi
Effects of pulsed electric fields and cinnamon essential oils on the quality of apple juice
BENGİ KARAOĞUZ TURGUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Gıda MühendisliğiAbant İzzet Baysal ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLSÜN AKDEMİR EVRENDİLEK