Αξιολόγηση του βαθμού ωρίμανσης της μπανάνας με χρήση ανάλυσης εικόνας και υφής και ενόργανων μεθόδων χημικής ανάλυσης

Μούκα, Ελισσάβετ; Αουάντ, Κωνσταντίνος

Banana ripening assessment by combining image and texture analysis and instrumental methods of analytical chemistry

Πτυχιακή εργασία

Author

Μούκα, Ελισσάβετ

Αουάντ, Κωνσταντίνος

Date

2023-03

Advisor

Σινάνογλου, Βασιλεία

Πτυχιακή Εργασία (3.486Mb)

Keywords

Μπανάνα ; Φρούτα ; Ωρίμανση ; Image analysis

Abstract

Η μπανάνα αποτελεί ένα από τα πιο διαδεδομένα και με ευρεία κατανάλωση φρούτα ανά την υφήλιο που η μικρή διάρκεια ζωής της από την έναρξη της ωρίμανσης σε συνδυασμό με το ότι η μεταφορά της μπορεί να διαρκέσει ακόμα και ημέρες, κρίνει μείζονος σημασίας την αξιολόγηση των διαφορετικών σταδίων ωρίμανσής της σε σχέση με τις φυσικoχημικές παραμέτρους ποιότητας και τις παραμέτρους της υφής, τόσο για τα οικονομικά οφέλη που επιφέρει το εμπόριό της όσο και για την αποδοχή των καταναλωτών. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η εφαρμογή εύχρηστων, ταχέων, μη καταστρεπτικών μεθόδων που δεν παρουσιάζουν ιδιαίτερη δυσκολία στην εφαρμογή, για την αξιολόγηση των ποιοτικών αλλαγών που πραγματοποιούνται στη φλούδα και την σάρκα της μπανάνας κατά την διάρκεια ωρίμανσης σε θάλαμο ελεγχόμενης θερμοκρασίας και υγρασίας. Αυτό επετεύχθη με την εφαρμογή ποικίλλων αναλυτικών τεχνικών όπως Φασματοσκοπίας Υπερύθρου Μετασχηματισμού Fourier με Αποσβένουσα Ολική Ανάκλαση (ATR-FTIR), ανάλυσης υφής, χρωματομετρικών και φυσικοχημικών μεθόδων, φασματοφωτομετρικών μεθόδων για τον προσδιορισμό των ολικών φαινολικών, της αντιοξειδωτικής και αντιριζικής δράσης και ανάλυσης εικόνας σε συνδυασμό με διακριτική και στατιστική ανάλυση. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης εικόνας έδειξαν ότι κατά την διάρκεια της ωρίμανσης σημειώθηκε σημαντική υποβάθμιση της υφής της εικόνας της φλούδας της μπανάνας που συνδέεται με την αύξηση της ανομοιογένειας της επιφάνειας της φλούδας και την απώλεια της δομικής τάξης της. Η στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων των χαρακτηριστικών υφής κατάφερε να διακρίνει τέσσερα στάδια ωρίμανσης με υψηλή ακρίβεια. Επιπλέον, παρατηρήθηκαν σημαντικές αλλαγές στις παραμέτρους του χρώματος και δραματική μείωση στις παραμέτρους της μηχανικής υφής της σάρκας. Ο συνδυασμός της ανάλυσης εικόνας και της φασματοσκοπίας υπερύθρου (ATR-FTIR), του προσδιορισμού της υγρασίας και της περιεκτικότητας σε ολικά διαλυτά στερεά (οBrix), έδειξε ότι κατά την αποθήκευση προκλήθηκε αύξηση σε διαλυτά σάκχαρα καθώς και μεταφορά νερού προς τη σάρκα ως αποτέλεσμα της διάσπασης του αμύλου. Η κόκκινη και η κίτρινη απόχρωση της φλούδας της μπανάνας συσχετίστηκαν σε μεγάλο βαθμό με την περιεκτικότητα της σάρκας σε υγρασία και ολικά διαλυτά στερεά (οBrix), με τα χαρακτηριστικά της υφής της, και τον χρόνο αποθήκευσης. Αναφορικά με τις φασματοφωτομετρικές μεθόδους, τόσο το ολικό φαινολικό περιεχόμενο όσο και η αντιοξειδωτική και αντιριζική δράση παρουσίασαν τις πρώτες μέρες της αποθήκευσης μείωση, ακολουθούμενη από σημαντική αύξηση τις τελευταίες μέρες της περιόδου αποθήκευσης. Η μεταβολή αυτή καταδεικνύει ότι η αντιοξειδωτική δράση της σάρκας της μπανάνας οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στις φαινολικές ενώσεις. Ο συνδυασμός όλων αυτών των τεχνικών, σε συνδυασμό με στατιστικά εργαλεία κατάφερε να παρακολουθήσει τη φυσικοχημική και οργανοληπτική ποιότητα της μπανάνας κατά την αποθήκευση και θα μπορούσε να εφαρμοστεί περαιτέρω και για την αξιολόγηση της ποιότητας άλλων φρούτων και λαχανικών.

Abstract

Banana is one of the most popular and consumed fruits in the world which its short life span upon the start of the ripening process and the fact that, after harvesting, transportation can take up to a few days until reaching the final destination make the evaluation of the different stages of fruit ripening in relation to physical, chemical and textural quality parameters an increasingly important issue when considering both the trade economic benefits and consumer acceptance. The aim of the current study was to evaluate and define the quality of banana peel and pulp in terms of ripening after storage in controlled temperature and humidity conditions. This was accomplished by employing practical, quick, nondestructive, and conventional methods such as Attenuated Total Reflection-Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, texture analysis, colorimetric and physicochemical methods, spectrophotometric assays for the determination of the Total Phenolic Content (TPC), Antioxidant and Antiradical activity and image-analysis methods combined with discriminant and statistical analysis. Image analysis showed that banana peel images were significantly degraded during storage, and that could be in relation to the increase of image-texture dissimilarity, and the loss of texture structural order, whereas the computed features were sufficient to discriminate four ripening stages with high accuracy. Furthermore, the results revealed that storage was responsible for significant changes of color parameters and dramatic decrease in texture attributes of banana flesh. The findings of the combined image and ATR-FTIR analyses along with moisture, and total soluble solids (oBrix) results, indicated that total soluble sugars were increased during storage and water transfer to the flesh occurred following the considerable starch degradation. Banana peel redness and yellowness along with flesh moisture content, texture attributes and Brix and storage time were strongly interrelated. Regarding the spectrophotometric methods, not only the total phenolic content but also the antioxidant and antiradical activity showed a decrease in the first days of storage, followed by a significant increase in the last days. This result seems to state that the antioxidant capacity of banana flesh is predominantly due to phenolic compounds. Combining these methods with statistical tools made it possible to keep track of the physicochemical and sensory quality of bananas during storage, and they could be used to evaluate the quality of other fruits and vegetables as well.