| dc.description.abstract | Summary
Extensive changes in consumer food purchases have taken place throughout the last decades. Consumers demand convenient, natural, high quality, fresh products, and especially seafood products are becoming increasingly popular. Traditional food preservation methods, such as drying, extensive salting, or boiling often lead to deterioration of nutritional or organoleptic quality. This has driven the research and development of mild processing methods that are able to fulfill these demands while still offering safe products with a long shelf life. The aim of this thesis was to establish knowledge that can contribute to increased quality, shelf life, and safety of lightly processed seafood. A special focus has been placed on understanding and optimizing the use of carbon dioxide (CO2) through modified atmosphere (MA) packaging and soluble gas stabilization (SGS) for pasteurized seafood.
Multiple light preservation technologies have been researched throughout the years, both thermal and non-thermal. Despite the discovery of many of them is fairly old, their development and industrial application are relatively new. Many of them have been proven effective in prolonging the shelf life of foods. Despite this, little knowledge is available on the use of these methods for shelf life extension of fish and seafood products. Light processing technologies are seldomly applied alone due to limited individual preservative effect. Thus, two or more technologies are often used in combination or sequence. Understanding the interaction between processing technologies is an important parameter in the development of a processing line. The presented literature review of light processing technologies shows that research into the effect and use for fish and seafood is scarce, both when applied individually and especially in combinations.
The bacteriostatic effect of CO2 is strongly correlated to the dissolved concentration. Hence, to understand the effect of CO2 in SGS and MA packaging, it is essential to understand how CO2 solubility is influenced by product and processing characteristics. Measuring changes in volume of MA packages facilitated calculations of the solubility of CO2 in a model product with different lipid additions. Addition of highly unsaturated marine oil (eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) mix) resulted in the same amount of dissolved CO2 as samples with water. This was seen both when the marine oil was used alone and in combination with stearic acid and/or oleic acid. On the other hand, addition of stearic acid (melting point: 69 °C) did not aid the solubility of CO2. Increasing storage temperature from 0 to 8 or 20 °C linearly decreased the amount of dissolved CO2. This was observed for all samples, except those containing oleic acid (melting point 13 °C). Increasing storage temperature above the melting point altered the solubility behavior. Hence, it was concluded that the solubility of CO2 is dependent on the state rather than the type of constituents. Previous practice has been to estimate the solubility of CO2 in a product solely based on the water content and Henry’s constant of water. However, calculating and adjusting the solubility of CO2 in the model product based on water and liquid fat content, gave better representations to the measured values compared to estimation based on water content alone or combined water and total fat content. This further underlined the interdependence between lipids, melting points, and storage Injecting Atlantic salmon (Salmo salar L.) loins with a 10% NaCl brine (compared to water injection) decreased the dissolved concentration of CO2 by up to 58%. The volumetric method for measuring CO2 solubility only assesses the solubilization occurring between the time of packaging and time of measuring, excluding the effect of any pretreatment including SGS. Alternatively, calculations based on established Henry’s constant provides the equilibrium concentration from raw sample to point of measurement. Comparing the two measures provided an estimate of the CO2 uptake during the pretreatment. Unlike the equilibrium concentration, solubility during the pretreatment was not influenced by NaClbrine injection (1733 ± 40 and 1798 ± 12 ppm, for SGS treatment with and without NaCl-brine injection, respectively). Moreover, the result showed that 86-93 % of the equilibrium CO2 concentration was obtained during the 16 hours of SGS treatment. Without SGS treatment equilibrium was reached after approximately 3 days.
A microbiological challenge study using Listeria innocua and Brochothrix thermospacta demonstrated that an increase in the partial pressure of CO2 increased bacterial inhibition. SGS pretreatment resulted in up to 1.3 log colony forming units (CFU) x g-1 (p<0.01) difference at the end of the storage period, compared to vacuum packaging and traditional MA packaging. This was caused by a significant reduction in growth rate and/or extension of the growth lag phase. Increased CO2 did not only show an antimicrobial effect during the storage. Pretreatment with SGS significantly increased the effect of the heat treatment from 0.3 to 1.2 log CFU x g-1 reduction in B. thermospacta.
Further investigating the effect of heat treatment in combination with SGS showed that prolonged heating at high temperatures (>55 °C) caused a visible bloating of the vacuum pouches. This desorption of CO2 from the sample to the headspace acted as an insulating layer, diminishing the heat treatment effect. Despite this bloating, combining SGS and 55 °C heat treatment (to a core temperature of 50 °C) inhibited multiplication of L. innocua for the entire 24 days of storage (1.8 ± 0.2 to 1.9 ± 0.2 CFU x g-1). Simultaneously, use of SGS did not affect any of the tested quality traits, including surface color, water holding capacity, drip loss, and texture. Whereas increasing temperatures significantly decreased redness (a*) and increase lightness (L*) due to increased protein denaturation and coagulation.
In conclusion, this work has provided knowledge on which, and how, product and processing parameters influence the solubility of CO2. This knowledge will allow us to manipulate and optimize the effect of SGS and MA packaging. The work has demonstrated that SGS has the potential to increase the antimicrobial effect by suppressing growth of microorganisms during storage, as well as by increasing the inhibiting effect of mild heat treatment when combined. Hence, by using SGS it is possible to lower the intensity of heat treatment, and in turn, increase the organoleptic quality of the product while still maintaining a safe product with an improved shelf life to the benefit of both the consumers and the producers. The work included in this thesis has demonstrated that SGS has a huge potential in the production of high-quality safe foods, yet industrial applications today are scarce. The same applies to most of the other mild processing technologies included in this thesis. | en_US |
| dc.description.abstract | Norsk sammendrag
Det har skjedd store endring i forbrukernes matvaner de siste årtiene. Mat skal i høyere grad være lettvint, av høy kvalitet, naturlig og ferskt, og spesielt fisk og sjømat har blitt mer og mer populært. Tradisjonelle prosesseringsmetoder medfører ofte uønsket nedbrytning av næringsstoffer eller forringelse av den sensoriske kvaliteten. Derfor har det vært et økt fokus på forskning og utvikling av lette prosessingsmetoder, som kan tilfredsstille forbrukene ønsker og som samtidig sikrer trygge og holdbare varer. Målet med denne avhandlingen var derfor å etablere kunnskap som bidrar til å øke kvaliteten, holdbarheten og mattryggheten av lett prosessert sjømat. Avhandlingen fokuserer spesielt på å forstå og optimalisere bruken av CO2 og pakking i modifisert atmosfære (MA).
Mange lettprosesserings metoder har blitt utviklet gjennom tiden. Flere av disse har vist seg å være effektive til å forlenge holdbarheten av ulike mattyper eller til andre formål som for eksempel utvinning av næringsstoffer. Til tross for dette er det fremdeles lite kunnskap tilgjengelig om hvordan slike lette prosesseringsmetoder kan brukes til å forlenge holdbarheten til fisk og sjømat. Lette prosesseringsmetoder brukes ofte i kombinasjon av to eller flere ulike metoder for å sikre mattrygghet og holdbarheten til produktene. Forståelse av interaksjonen mellom ulike prosesseringsmetoder er essensiell i utviklingen av effektive prosesseringslinjer. Likevel er mengden publisert forskning omkring kombinasjonen av lettprosesseringsmetoder for mat, og spesielt sjømat, svært begrenset.
Den bakteriehemmende effekt av CO2 er styrt av mengden CO2 som er løst inn i produktet. For å forstå effekten av CO2 og MA pakking er det derfor nødvendig å forstå hva som påvirker innløsning av CO2. Ved å måle endringer i volumet av fleksible MA pakker, er det mulig å beregne løseligheten av CO2. Dette ble brukt til utregning av CO2 løslighet i et modellprodukt fremstillet av fiskefarse tilsatt ulike fettyper. Tilsetting av fiskeolje (blanding av eikosapentaensyre og dokosahexaensyre) resulterte i samme mengde innløst CO2 som kontrollprøvene tilsatt vann. Derimot medført tilsetting av stearinsyre (smeltepunkt på 69 °C) en begrensning av CO2 innløsningen.
Ytterligere viste resultatene at en økning av lagringstemperaturen fra 0 til 8 og 20 °C minket mengden innløst CO2. Denne effekt ble observert i alle prøver, med unntak av de som inneholdt oljesyre (smeltepunkt på 13 °C). For de oljesyretilsatte prøver forekom en økning i innløsningen når lagringstemperaturen ble økt over smeltepunktet. Dette viser at innløsningen av CO2 er avhengig av den fysiske form hellere end typen av bestanddeler. Tidligere har man estimert innløsning av CO2 basert utelukkende på vanninnholdet til prøven samt Henrys konstant. Men ved å bruke informasjon om innholdet av vann og flytende fett, kan man beregne innløsningen av CO2 i et produkt mer presist enn ved estimering basert på vanninnhold alene eller basert på kombinasjonen av vann- og totalt fettinnhold. Dette understreker vittigheten av samspillet mellom fett, smeltepunkt og lagring.
Ytterligere forsøk angående innløsning av CO2 viste at injeksjon av laksefileter med en 10% saltlake (sammenliknet med injisering av vann) reduserte den innløste CO2 konsentrasjon opptil 58%. Den volumetriske metode for måling CO2-innløsning estimerer kun den innløsning som skjer mellom pakketidspunktet og den tiden man gjør målingene. Dette ekskluderer dermed effekten av alle former for forbehandlinger – inkludert soluble gass stabilization (SGS). Alternativt kan CO2 konsentrasjonen beregnes på bakgrunn av den spesifikke Henrys konstant for produktet, hvilket vil gi likevektskonsentrasjonen fra start til slutt. En sammenligning av disse to ulike beregningsmetoder gjorde det mulig å estimere CO2 opptaket som fant sted i løpet av forbehandlingen. I motsetning til likevektskonsentrasjonen var innløsning under SGS behandling ikke påvirket av injiseringen av saltlake (henholdsvis 1733 ± 40 og 1798 ± 12 ppm for SGS behandling med og uten saltlake). Derutover viste resultatene at 86-93% av likevektskonsentrasjonen til CO2 ble oppnådd etter 16 timers SGS-behandling. Uten SGS-behandling tok det cirka tre dager å oppnå likevekt.
En mikrobiell belastningsstudie viste at SGS behandling økte inhiberingen av både Listeria innocua og Brochothrix thermospacta. Forbehandling med SGS før vakuumpakning resulterte i en forskjell på opptil 1.3 log CFU x g-1 (p<0.01) sammenlignet med vakuumpakning og tradisjonell MA pakking. Denne forskjell skyltes en signifikant reduksjon av vekstraten og/eller en forlengelse av nølefasen. Denne økt CO2-konsentrasjon hadde ikke kun en antimikrobiell effekt under lagring. Forbehandling med SGS bidro til en signifikant økning av effekten av varmebehandling, hvilket kan sees av en stigning fra 0.3 til 1.2 log CFU x g-1 reduksjon i B. thermospacta.
Videre undersøkelser av kombinasjonen av SGS og varmebehandling viste at lengrevarende varmebehandling med høye temperaturer (>55 °C) medførte en synlig oppblåsing av de benyttede vakuum sous videpakninger. Overgangen av CO2 fra prøven til pakkeatmosfæren medførte et isolerende lag rundt prøven, som dermed reduserte effekten av varmebehandlingen. Til tross for denne oppblåsningen av pakningene, resulterte kombinasjonen av SGS og 55 °C varmebehandling (til en kjernetemperatur på 50 °C) i at L. innocua ikke formerte seg under hele den 24 dager lange lagringsperiode (1.8 ± 0.2 til 1.9 ± 0.2 CFU x g-1). Samtidig viste resultatene at bruken av SGS ikke påvirket noen av de testede kvalitetstrekkene, inkludert overflatefarge, vannbindingsevne, drypptap og tekstur. På den andre side medførte en økt temperatur en signifikant uønsket reduksjon av rødfargen (a*) og økt lyshet (L*) forårsaket av en økt proteindenaturering på overflaten.
Det kan konkluderes at dette arbeidet har gitt viten om hvordan produkt og prosesseringsparametere påvirker løseligheten av CO2. Denne kunnskapen gir oss muligheten til å optimalisere SGS og MA-pakking av sjømat. Arbeidet har vist at SGS kan øke den antimikrobielle effekten gjennom å undertrykke veksten av mikroorganismer under lagring, samt å øke den hemmende effekten av varmebehandling når disse kombineres. Ved å anvende SGS er det dermed mulig å redusere graden av varmebehandling, hvilket vil øke kvaliteten på produktet samtidig som behandlingen sikrer et trygt produkt med lang holdbarhet. Dette er en fordel både for forbrukere og produsenter av sjømat. Det arbeidet som er presentert i denne avhandlingen viser at SGS har stort potensiale i produksjonen av trygge fødevarer av høy kvalitet. Til tross for dette er en kommersiell anvendelse av teknologien ikke-eksisterende. Det samme gjelder for de fleste andre lett prosesseringsteknologier presentert i denne oppgaven. | en_US |
