Impact of high-pressure processing (HPP) and microwave (MW) treatment on selected quality and nutritional parameters of cauliflower (Brassica oleracea var. Botrytis)

Abstract

Det er velkjent at en diett som er rik på grønnsaker kan gi flere helsemessige fordeler og bidra til et lavere klimafotavtrykk. Tradisjonell bearbeiding av grønnsaker slik som autoklavering, kan i mange tilfeller redusere kvaliteten på maten. De siste årene har det blitt utviklet flere innovative matprosesseringsmetoder som høytrykksbehandling (HPP) og mikrobølger (MW). Disse metodene har potensialet til å forbedre holdbarhet, farge, tekstur og ernæringskvaliteten på matvarer.

Hensikten med denne studien var å undersøke effekten av høytrykksbehandling (HPP; 400 og 600 MPa, i 2 eller 5 min, 20 °C) og mikrobølgebehandling (MW; 6 kW i 90 s, etterfulgt av 1 kW i 600 s) sammenlignet med en konvensjonell autoklavbehandling (96 °C i 45 min) på blomkål. Mikrobiell holdbarhet (totalt aerobt kimtall og sporer), tekstur, farge, drypptap, tørrstoff, antioksidativ kapasitet (2,2-difenyl-1-pikrylhydrazyl [DPPH]), totalt fenolinnhold (Folin-Ciocalteaus metode), og askorbinsyre (HPLC) ble analysert før og etter prosessering, samt under lagring ved 4 °C i opptil 42 dager.

De ulike prosesseringsmetodene viste at HPP ved 600 MPa ga lave bakterietall mellom dag 14 og 28 ved lagring. På den andre siden resulterte 400 MPa til høye bakterietall allerede mellom dag 7 og 14. MW resulterte i høye bakterietall allerede på dag 0 på grunn av utilstrekkelig oppvarming. Autoklaverte prøver holdt seg under deteksjonsgrensen (<2.3 log cfu/g) frem til dag 42. Alle tellinger av både aerobe og anaerobe sporer holdt seg under, eller nær deteksjonsgrensen ved lagring. HPP ved både 400 og 600 MPa fikk minst endringer i den totale fargeforskjellen under lagring. Blomkålens tekstur skilte seg ikke fra kontrollen under lagring for både HPP- og MW prøver, mens de autoklaverte prøvene hadde en signifikant reduksjon i tekstur. Drypptapet for HPP var betydelig høyere enn kontrollen, mens MW resulterte i lavest drypptap. For alle prosesseringene var tørrstoff-innholdet stabilt under lagring, men med få forskjeller mellom dem. Ernæringskvaliteten til HPP blomkål ved 600 MPa for 2 minutter, holdt seg høy frem til dag 28. Det samme gjaldt for MW prøver på dag 0, hvor man kunne se en økning i næringsverdien, trolig på grunn av forbedret ekstrahering av næringsstoffer. Autoklaverte prøver på dag 0 resulterte i henholdsvis 30, 27 og 40% reduksjon i antioksidativ aktivitet, totalt fenolinnhold og askorbinsyre.

Samlet sett viser resultatene i denne studien at HPP og MW har potensiale for å bevare kvaliteten på blomkål sammenlignet med konvensjonell autoklavering. Optimalisering av prosesseringsbetingelser for MW-oppvarming er nødvendig. For begge behandlingene er det et potensiale for å legge til synergistiske behandlinger for å forlenge holdbarheten ytterligere, samtidig som kvaliteten kan bevares.

It is well known that a vegetable-rich diet contributes to several health benefits and a lower climate footprint. Traditional processing of vegetables such as retorting, can in many cases lower the quality of the food. In recent years, innovative food processing methods such as high-pressure processing (HPP) and microwave (MW) treatment have been shown to improve food quality. These methods have the potential of enhancing the microbial, color, texture, and nutritional quality of foods.

The purpose of this thesis was to determine the effects of high-pressure processing (HPP; 400 and 600 MPa for 2 or 5 min, 20 °C) and microwave treatment (MW; 6 kW for 90 s, followed by 1kW for 600 s) compared to a conventional retort treatment (RT; 96 °C for 45 min) of cauliflower. Microbial shelf-life (total aerobic count and spores), texture, color, drip loss, dry matter, antioxidative capacity (2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl [DPPH]), total phenolic content (Folin-Ciocalteau’s method), and ascorbic acid (HPLC) were analyzed before and after processing, and during storage (4°C) for up to 42 days.

Among the different treatments, HPP at 600 MPa exhibited low microbial counts between day 14 and 28 of storage, while 400 MPa had high bacterial counts already between day 7 and 14. The MW yielded high bacterial counts already at day 0 due to insufficient heating. Retorted samples remained below the detection limit (<2.3 log cfu/g) until day 42 of storage. All counts of both aerobic and anaerobic spores remained below or close to the detection limit during storage. HPP at both 400 and 600 MPa was the best method to maintain the color during storage. The texture of the cauliflower did not differ from the control during storage for HPP and MW samples, while retorted samples had a significant reduction in texture. The drip loss for HPP samples was significantly higher than the control, while MW yielded lower drip loss. For all samples, the dry matter content remained stable during storage, with few differences between treatments. The nutritional quality of cauliflower HPP at 600 MPa, 2 min remained high until day 28, while MW at day 0 increased, possibly due to enhanced extractability of nutrients. Retorted samples at day 0 resulted in 30, 27, and 40 % reduction in antioxidant activity, total phenolic content, and ascorbic acid, respectively.

The overall results of this study demonstrate that HPP and MW have the potential of preserving the quality of cauliflower compared to conventional retorting. Optimization of processing conditions for MW is needed. For both treatments, there is potential for adding synergistic treatments to further extend the shelf-life while preserving quality.