Mitigation of thermal process contaminants by alternative technologies

Abstract

Termal proses sonunda gıdalarda istenen renk, tat, koku ve tekstür oluşmaktadır. Ancak akrilamid, hidroksimetilfurfural (HMF), serbest ve bağlı kloropropanoller ve furan termal proses sonuncunda oluşmakta ve oluşumlarının azaltılması gerekmektedir. Bu doktora tezinin amacı gıdalarda oluşan bu termal proses kontaminantlarının azaltılması için yeni teknikler geliştirmektir. Fırıncılık ürünlerinde renk, akrilamid oluşumu için bir işaret olduğundan daha açık renk daha az akrilamid anlamına gelmektedir. Bu amaçla, renk bilgisine dayalı bilgisayar tabanlı görüntü analizi tahmin modeli geliştirilmiştir. Bu algoritma gerçek zamanlı izleme ve karar verme yeteneği açısından iyileştirilmiştir. Bu tez kapsamında bisküviler için geleneksel ve vakum pişirmenin kombine olarak kullanıldığı yeni bir pişirme teknolojisi geliştirilmiştir. Bu sayede bisküviler yüksek termal yüke maruz kalmamaktadır. Sonuç olarak kombine proses bisküvilerde akrilamid ve HMF oluşumunu tamamen engellemiştir. Sıcaklık, süre ve tuzun bisküvilerde kloropropanollerin oluşumu üzerine etkisi incelenmiştir. Tuzun sakkaroz dekompozisyonu ve HMF oluşumu üzerine etkisi de tespit edilmiştir. Sonuçlara göre, termal yükün azaltılması veya klorür konsantrasyonunun azaltılması kloropropanollerin ve HMF'nin oluşumunun azaltılması ya da engellenmesi için etkili bir strateji olarak değerlendirilebilir. Düşük nem koşullarında yüksek sıcaklıkta ısıtma sırasında askorbik asitten furan oluşumuna oksidasyon ve redüksiyon ajanlarının etkisi incelenmiştir. Çoklu kinetik modelleme sonuçlarına göre, gıdalarda furan oluşumunun azaltılması için oksidasyon-redüksiyon potansiyelinin düşük tutulması gerekmektedir.

Thermal processing leads to desired color, flavor, and texture in foods. However, certain toxic chemical contaminants, like acrylamide, hydroxymethylfurfural (HMF), free and bound chloropropanols, and furan are also consequences of thermal processing and their formation needed to be minimized. The aim of this PhD thesis was to develop knowledge-based new techniques for the mitigation of thermal processing contaminants in foods. As color is indicator of acrylamide formation in bakery products, lighter color means lower acrylamide content. In this respect, a computer vision based image analysis predictive models were developed based on color information of biscuits. The algorithm was improved to give the ability of real time monitoring and decision-making. A combined conventional and vacuum process as a new baking technology was developed for biscuits. Doing so, exposure of biscuits to higher thermal load was prevented. Therefore, the combined process formed no acrylamide or HMF in biscuits.The effects of temperature, time and salt on the formation of chloropropanols in biscuits were determined. The effect of sodium chloride on sucrose decomposition leading to HMF formation was also investigated. Results showed that lowering thermal load or limiting chloride concentration should be considered as an effective strategy to reduce or eliminate formation of these contaminants in biscuits.The effect of oxidizing and reducing agents on the formation of furan was determined through ascorbic acid degradation during heating at elevated temperatures under low moisture conditions. Multiresponse kinetic modeling results showed that oxidation-reduction potential should be kept low to limit furan formation in foods.