Einfluss von Kombinationen aus Ultraschall, Hitze und Druck auf Enzymaktivität und Qualitätsmerkmale von Frucht- und Gemüsesäften

Zusammenfassung: Einfluss von Kombinationen aus Ultraschall, Hitze und Druck auf Enzymaktivität und Qualitätsmerkmale von Frucht- und Gemüsesäften Pektinesterase (PE) ist das hitzestabilste Enzym in Zitrusfrüchten. Dieses Enzym ist verantwortlich für den Pektinabbau, der zum Verlust an natürlicher Trübung im Saft führt. Die Trübung des Saftes ist ein Indikator für die Frische von Säften und eine korrekte Saftproduktion. Die Inaktivierung von PE wird normalerweise als Indikator für eine ausreichende Pasteurisation herangezogen, da dieses Enzym resistenter gegen Hitze ist als die in Zitronensaft vorkommenden Mikroorganismen. Ultraschallbehandlung ist ein neuartiges Verfahren, das als Alternative zu thermischen Prozessen betrachtet werden kann. Es kann sowohl den konvektiven Wärmetransport als auch Kavitation hervorrufen. Dies kann eine Inaktivierung von Mikroorganismen und Enzymen zur Folge haben. Ultraschallbehandlung allein kann die thermoresistente PE auch nach langer Behandlungsdauer nicht inaktivieren. Durch Kombination von Ultraschall und Hitze (TS) kann jedoch die Reduktion dieses Enzyms, abhängig von Behandlungsdauer und Temperatur, geringfügig erhöht werden. Manothermosonication (MTS) ist eine Methode, bei der eine Kombination von Ultraschall mit Hitze und Druck eingesetzt wird. Diese Kombinationsmethode kann die Inaktivierung von PE bei moderatem Druck (100-300 KPa) deutlich erhöhen. Eine fast vollständige Enzyminaktivierung (94% Inaktivierung bei 70 °C, 300 KPa, 2 min und 96% Inaktivierung bei 80 °C, 200KPa, 5 min) tritt bei Temperaturen unterhalb von 100 °C auf. Der Erfolg der Enzyminaktivierung ist von pH-Wert, Behandlungsdauer, Temperatur, Druck und Amplitude während der Ultraschallbehandlung abhängig. Ein niedriger pH-Wert des Mediums erhöht die Enzyminaktivierung. Eine PE-Aktivität von 0,55 U/ml wurde bei pH = 2,5, 30 °C und 1 min. beobachtet, während bei pH = 7,5 und sonst gleichen Behandlungsbedingungen die PE-Aktivität 2,5 U/ml betrug. Die Erhöhung der Behandlungsdauer (um 46 % erhöhte Inaktivierung von 3 min auf 38 min. bei 70 °C, um 65 % erhöhte Inaktivierung von 3 min auf 63 min bei 80 °C) , Temperatur (für 3 min Behandlungsdauer 3,7 % Inaktivierung bei 40 °C, 95 % Inaktivierung bei 80 °C, 98 % Inaktivierung bei 90 °C), Druck (bei 70 °C, 2 min. und 100KPa lag die PE-Inaktivierung bei 26 %, bei 300 KPa lag sie bei 35 %) und Ultraschall-Leistung ( bei 80 °C, 300 KPa wurde die PE um 83,5 % bei 20% Ultraschall-Leistung, um 87% bei 50 % Ultraschall-Leistung und um 91% bei 100% Ultraschall-Leistung reduziert) erhöhte die Enzyminaktivierung ebenfalls. Die Erhöhung der Enzyminaktivierung kann auf drei Mechanismen zurückgeführt werden: Durch Druck erhöhten Ultraschalleffekt (z.B. für MTS Inaktivierung von PE, D60(100KPa) = 3,6 min, D60(300KPa)= 1,18 min), durch Ultraschall erhöhte Hitze und Druck (z.B. für die Versuchsreihe der MTS Inaktivierung von PE von frischem Zitronensaft bei 75 °C, 300 KPa, 60% Inaktivierung ohne Ultraschall, 77% Inaktivierung bei 20 % Ultraschall-Leistung, 81% Inaktivierung bei 50 % Ultraschall-Leistung) und durch Temperatur und Druck induzierte chemische Reaktionen. Der Einfluß von MTS wurde ebenfalls für frischen Zitronensaft und Erdbeersaft untersucht. MTS inaktivierte die PE, während Trübung, Farbe, pH-Wert, Trockensubstanzgehalt und Leitfähigkeit des Saftes unbeeinflusst blieben. Jedoch wurde Ascorbinsäure während der Behandlung und Lagerung abgebaut. Es ist daher wichtig, die optimalen Bedingungen bei der MTS Behandlung (z.B. Entfernung von Sauerstoff vor der Behandlung) zu untersuchen, um die wertgebende Inhaltsstoffe während der Behandlung möglichst zu erhalten. Als ein anderes Einsatzgebiet der MTS-Enzyminaktivierung wurde die Inaktivierung von PE bei Tomaten mit moderatem Druck von CO2-Gas (400 KPa) untersucht. Die dezimale Inaktivierungsdauer (D-Wert) wurde drastisch reduziert. Für Pektinesterase wurde ein D-Wert von 7,39 min bei 60 °C, 400 KPa, 100% Ultraschall -Leistung erzielt, während ohne MTS bei sonst gleichen Bedingungen ein D-Wert von 21 min beobachtet wurde. Derselbe Effekt von kombinierter MTS mit CO2-Gas wurde im Falle von Polygalacturonase (D60 = 12,74 min, D60(MTS) = 5,63 min), Peroxidase (D60 = 21 min, D60(MTS) = 7,4 min) und Polyphenoloxidase (D60 = 14,7 min, D60(MTS) = 8,9 min) von Tomaten beobachtet. Diese Inaktivierung war von Temperatur (z.B. PE; D60 = 12,8 min, D80 = 1 min) und Zeit (z.B. PE Aktivität bei 70 °C, 1min=0,49% U/ml, PE Aktivität bei 70 °C, 5min=0,08 U/min) abhängig. Weitere Untersuchungen sollten sich auf die Aufklärung des Inaktivierungseffektes von kombinierten Verfahren konzentrieren.Abstract: The most heat stable enzyme in lemon and other citrus juices is pectinesterase (PE). This enzyme induces pectin destabilization, which causes cloud loss in the juice. The cloud presents the fresh-liked property and therefore product satisfaction. Inactivation of PE is generally used as an indicator of the adequacy of pasteurization because it is known to be more heat resistant than the common micro-organisms. Ultrasonic treatment is one of the emerging tool that could be the alternative to thermal processing. It can enhance convective heat transfer as well as generate bubble explosion, which produce local hot spot that can cause micro-organism and enzyme destruction. However, ultrasonication (US) alone cannot inactivate the thermo-stable PE, even at long exposure. The combination of ultrasound and heat (thermosonication, TS) can slightly decrease the activity of this enzyme, which depended on time and temperature. Manothermosonication (MTS) is a method of combining ultrasonication with thermal and pressure treatment. This method can significantly decrease the activity of PE at the moderate pressure (100-300 kPa) of temperature below 100°C. Almost complete enzyme inactivation (94% inactivation at 70°C, 300 kPa, 2 min and 96% inactivation at 80°C, 200 kPa,5 min) occurred under the conditions mentioned. The extent of inactivation depended on pH, time of exposure, temperature, pressure and amplitude of the ultrasound. Lowering the pH of the medium increased the inactivation of the enzyme. PE activity of o.55 unit/ml was obtained at pH 2.5, 30 °C, 1 min whereas 2.5 unit/ml was ontained at pH 7.5, 30°C,1 min. Increase in time of exposure (46% increased inactivation from 3 min to 38 min at 70°C, 65% increased inactivation from 3 min to 63 min at 80°C), temperature (for 3 min treatment time;3.7% inactivation at 40°C, 95% inactivation at 80°C, 98% inactivation at 90°C), pressure (at 70°C, 2 min PE was 26% inactivation at 100 kPa and 35% inactivation at 300 kPa) and ultrasonic power (at 80°C, 300 kPa, PE was 83.5% inactivation at ultrasonic power of 20%, 87% inactivation at power of 50% and 91% inactivation at power of 100%) enhanced enzyme inactivation. The improvement of the inactivation can be represented by pressure enhancing US (e.g. for MTS inactivation of PE, D60(100 kPa )= 3.6 min, D60(300 kPa) = 1.18 min), US enhancing heat and pressure (e.g. for the experiment of MTS inactivation of PE in fresh lemon juice at 75°C, 300 kPa, 60% inactivation without ultrasound, 77% inactivation at 20% ultrasonic power, 81% inactivation at 50% ultrasonic power) and temperature-pressure treatment inducing chemical reactions. The decimal reduction time of MTS inactivation of tomato were also dramatically decreased. For pectinesterase, D-value of 7.39 min at 60°C, 400 kPa, 100% ultrasonic power was obtained where D-value of 21 min was obtained at 60°C without MTS treatment. The same phenomenon was observed in polygalacturonase (D60 = 12.74 min, D60(MTS) = 5.63) peroxidase (D60 = 21 min, D60(MTS) = 7.4 min) and polyphenoloxidase (D60 = 14.7 min, D60(MTS) =8.9 min) inactivation. These inactivations depended on temperature (e.g. PE; D60 = 12.8 min, D80 = 1 min) and time (e.g. PE activity at 70°C, 1 min = 0.49 unit/ml, PE activity at 70°C, 5 min = 0.08 unit/ml). Further investigation should focus on the mechanisms of the combination treatment. MTS treatment was also investigated on fresh lemon juice and strawberry juice. It has been shown the great potential of this new technology since the MTS treatment could maintain properties such as cloud, colour, pH and conductivity. However, in terms of the nutrition value, ascorbic acid undergoes degradation during the treatment and storage. One needs to investigate further on the optimum treatment of MTS (e.g. oxygen removal) in order to preserve the nutritional indicators in lemon juice

Managing Teacher Acceptance of New Technology: The Case of Robotics Kit

This quantitative research aims to identify a model for the acceptance of an educational robotics kit among primary school teachers, providing educators, administrators, and policy makers practical insight for planning design. This study collected the opinions from a population of 871 in-service teachers of mathematics, science, and technology, at public and private primary schools in Phatthalung province. Purposive sampling and quota sampling were applied, generating a total of 488 responses, collected via questionnaire. The data were analyzed using a structural equation modeling method, generating a structural model to predict the behavioral intent for the adoption of the educational robotics kit. The model comprised of 4 independent variables – perceived ease of use; technology, pedagogy, and content knowledge; perceived usefulness; and facilitating conditions. The model explained 88.2 percent of the variance in behavioral intentions. The findings revealed that perceived usefulness had the strongest direct effect on behavioral intentions. Perceived ease of use had the strongest indirect and total effect on behavioral intentions; moreover, it produced a direct effect on perceived usefulness. In addition, perceived ease of use could be predicted by technology, pedagogy, and content knowledge. The implications discussed include the suggested managerial actions to stimulate the intention to adopt educational robotics kits in accordance with the findings

A system dynamics approach for enhancing social behaviours regarding the reuse of packaging

There have been many attempts to reduce the amount of waste packaging through open dumping and burning, recycling, landfill, incineration, etc. However, there has been little attention paid to reuse as the simplest way to reduce waste. In order to motivate consumers to perform reuse behaviour, it is essential to understand how this behaviour can be influenced and what variables predict it. This paper aims to study the effectiveness of improving social aspects of reuse behaviour and investigate the variables that lead to increased reuse behaviour in a short time period. This paper selects a quantitative approach, the System Dynamics (SD) method, which offers a means by which to highlight the dynamics and interrelationships among the different social aspects in reuse behaviour. Different social aspects are extracted from Cognitive Behaviour Theory (CBT) as a basis with the Theory of Planning Behaviour (TOPB). The authors develop a Social Behaviour Aspect Model (SBAM) with three predictors: information values, awareness-changing variables and behavioural adaptation variables. The paper demonstrates its utility with a report on a recent empirical study that has used the model to provide important new findings about different social aspects to enhance reuse behaviour. These findings have clear implications for the packaging industry who intend to enhance reuse behaviour amongst consumers, encouraging them to take corrective and preventive actions at an early stage

Intelligent beaconless geographical forwarding for urban vehicular environments

A Vehicular Ad hoc Network is a type of wireless ad hoc network that facilitates ubiquitous connectivity between vehicles in the absence of fixed infrastructure. Source based geographical routing has been proven to perform well in unstable vehicular networks. However, these routing protocols leverage beacon messages to update the positional information of all direct neighbour nodes. As a result, high channel congestion or problems with outdated neighbour lists may occur. To this end, we propose a street-aware, Intelligent Beaconless (IB) geographical forwarding protocol based on modified 802.11 Request To Send (RTS)/ Clear To Send frames, for urban vehicular networks. That is, at the intersection, each candidate junction node leverage digital road maps as well as distance to destination, power signal strength of the RTS frame and direction routing metrics to determine if it should elect itself as a next relay node. For packet forwarding between Intersections, on the other hand, the candidate node considers the relative direction to the packet carrier node and power signal strength of the RTS frame as routing metrics to elect itself based on intelligently combined metrics. After designing the IB protocol, we implemented it and compared it with standard protocols. The simulation results show that the proposed protocol can improve average delay and successful packet delivery ratio in realistic wireless channel conditions and urban vehicular scenarios

Vehicular networking: A survey and tutorial on requirements, architectures, challenges, standards and solutions

Vehicular networking has significant potential to enable diverse applications associated with traffic safety, traffic efficiency and infotainment. In this survey and tutorial paper we introduce the basic characteristics of vehicular networks, provide an overview of applications and associated requirements, along with challenges and their proposed solutions. In addition, we provide an overview of the current and past major ITS programs and projects in USA, Japan and Europe. Moreover, vehicular networking architectures and protocol suites employed in such programs and projects in USA, Japan and Europe are discussed