JOURNAL OF THE SCIENTIFIC AGRICULTURAL SOCIETY OF FINLAND 125 Maataloustieteellinen Aikakauskirja Voi. 50: 125-156, 1978 Voimakasaromisen sipulin pakkaskuivaus Yrjö Mälkki ja Sauli Heinonen Valtion teknillinen tutkimuskeskus, Elintarvikelaboratorio, 02150 Espoo 15 Freeze-drying of high aroma onions Yrjö Mälkki and Sauli Heinonen Food Research Laboratory, The Technical Research Centre of Finland, SF-02150 Espoo 15 Abstract. Pilot-plant freeze-drying experiments were performed using both vegeta- tively and seed-bred onions of Finnish origin. The strength of aroma was estimated by determining the pyruvic acid .ormed after crushing the tissue, and by determining the odour threshold values of onion suspensions. An inverse correlation was found between the logarithm of the threshold value and the pyruvic acid content, but due to the great variation both of these methods were used to obtain a more reliable information. In some cases, the organoleptic profile and scoring methods were also used. A short pre-drying at 28° C increased the pyruvic acid content of the vegetatively- bred variety Lemi by 18 %. Storage at —l° C also increased the pyruvic acid content; after 5 months it reached the maximum being 40 % above the start value. Both types of varieties were found suitable for freeze-drying. At a loading of 8 kg/m2 the minimum length of the drying cycle was 6 hours, when the final moisture level was 3.5 %. Slowly frozen (-20° C, air velocity 2.3 m/s) samples had a lower shrinkage during drying, and a better organoleptic quality. According to electron micrographs, the reason was supposed to be a formation of channels through the tissue enhancing the mass transfer. According to all the evaluation methods used, the aroma of the freeze-dried Finnish onions was fairly rich compared to the literature data and to commercial samples studied, presumed, however, that the diminution before drying was done without crushing the tissue. According to the flavour profile determinations, the typical pungent and lachry- matory factors were strong in the Finnish onions. The retention of pyruvic acid during freeze-drying was as a mean for vegetatively bred onions 90 %, and for the seed-bred onions 70 %. The difference is evidently due to the higher content of soluble carbohydrates in the former. The threshold values of freeze-dried, vegetatively bred varieties were between 1.2 .. . 2.7 mg dry matter/1000 ml, for seed-bred varieties between 0.4 . . .0.7 mg/1000 ml, respectively. Corresponding literature data vary between 2.5 ... 40 mg/1000 ml. The formation of pyruvic acid was for both groups about 45 fimol/g dry matter. The high dry matter of the vegeta- tively bred varieties offers economical advantages for freeze-drying. Sipulin kulutuksessa on viimeisen kahden vuosikymmenen aikana tapah- tunut jatkuvaa siirtymistä tuoreen sipulin käytöstä puolivalmisteiden tai teol- listen valmisteiden käyttöön. Tätä kehitystä on tapahtunut sekä teollisuu- dessa ja suurtalouksissa että kotitalouksissa. Tärkeimpinä syinä ovat olleet https://www.c-info.fi/en/info/?token=_zrH2N4GvIy9S6_O.RNOixnPBGL6foipyfd1r-Q.uCj358l8E6upriCe6Mq3IhEZ9Eds614wcBSd1_zGe1eY4NODUUxQ7QKu3vi8kVC12kikDwqqQmWRFOD0W4O7L35ZrR-lwDqcNT93IZsLBJG7kawzgCkVracr10OnISeaCRsv__r_fnMbj7U6cgwqS1ZT7f0HYV5IHFy2YvanXZwyC0cgSLT-Byf06u85DGXKyoZUE2o 126 työn rationalisointi, säilyvyys ja hygieeniset seikat. FREEMANin ja WHENHAMin tutkimuksissa (1974) on vertailtu etikkasäilöttyjen, lämpösäilöttyjen, keitet- tyjen friteerattujen, pakastettujen, kuumailmakuivattujen ja pakkaskuivattu- jen sipulivalmisteiden aromia, ja todettu pakkaskuivauksen antavan aromiltaan ylivoimaisesti parhaat valmisteet. Kotimaista sipulia on tunnetusti pidetty voimakasaromisena. Tämä on todettu myös kemiallisten tunnuslukujen perusteella (Mälkki ym., 1978). Myös sen korkea kuiva-aine- ja disakkaridipitoisuus ovat edullisia kuivauspro- sessin kannalta. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on ollut selvittää tämän raaka-aineen pakkaskuivauksen optimaalisia olosuhteita ja saatujen valmistei- den laatua markkinoilla oleviin valmisteisiin verrattuna. Aineisto ja menetelmät Sipulimateriaali Vuoden 1973 ja 1974 kokeissa käytetty ryvässipuli Lemi sekä vuoden 1973 esikokeissa käytetty pistosipuli Stuttgarter Liva hankittiin Kesko Oy:n Länsi- Hahkialan koetilalta Hauholta ja se toimitettiin suoraan pellolta laboratorioon. Vuoden 1974 kokeissa käytetty riihikuiva pistosipuli oli tuntematonta lajiketta ja peräisin Saarijärven Vihannes Oydtä Saarijärveltä. Kuivauskokeissa käy- tettiin vain yli 50 gramman painoisia sipuleita. Pakkaskuivauksen suoritus Sipulit kuorittiin käsin ja viipaloitiin terävällä leikkurilla kohtisuoraan pituusakselia vastaan. Ne jäädytettiin välittömästi Fricoscandia Pilot Freezer pakastimessa käyttäen vaakasuoraa ilmavirtausta ja kahta eri jäädytysno- peutta. Nopeammassa jäädytyksessä oli ilman lämpötila —4o° C ja nopeus 4,6 m/s ja hitaammassa vastaavasti —2o° C ja 2,3 m/s. Pakkaskuivaaja oli Atlas Pilot Plant Freeze-Drying Unit Ray 1, jossa lämmönsiirto tapahtuu lähinnä säteilemällä, koska lämmityselementit eivät ole kosketuksissa tuottee- seen. Kuivauksen aikana rekisteröitiin lämmityselementin ja kuivattavan tuot- teen lämpötilat sekä kuivauskammion paine ja tuotteen painonväheneminen. Kuivausta säädeltiin lämmitysteholla ja kuivaustilan paineella. Kuivauk- sen päätyttyä laskettiin kuivauskammioon kuivaa typpeä ja kuivasipulit pa- kattiin typpiatmosfääriin lasitölkkeihin. A nalyysirnenelelmät Aromin voimakkuutta tutkittiin määrittämällä kemiallisesti palorypäle- happo PT , jota syntyy kudosta murskattaessa käynnistyvässä entsymaattisessa arominmuodostusreaktiossa ekvimolaarisesti hajonneen aromiprekursorin mää- rään nähden. Lisäksi tutkittiin eräissä tapauksissa määrityksen aikana synty- vän palorypälehapon osuutta PE vähentämällä kokonaismäärästä kontrolli- näytteistä saatu palorypälehappomäärä Pc. Kontrollinäytteiden entsyymit inaktivoitiin käsittelemällä näytteitä mikroaaltouunissa (2450 MHz) 5 minuu- tin ajan. 127 Koska sipulin aromi on hyvin voimakas, käytettiin aistivaraisessa arvoste- lussa lähinnä hajun kynnysarvomenetelmää. Menetelmässä lietetään sipulia veteen ja määritetään minimikonsentraatio, jossa sipulin haju on tunnetta- vissa. Lisäksi käytettiin eräissä tapauksissa aistinvaraisen arvostelun arvo- piste- ja profiilimenetelmiä. Aromianalyysiä varten punnittiin kolmen sipuliyksilön syötävästä osasta yhteensä noin 10 gramman näyte tai noin 5 grammaa kuivasipulia, lisättiin 100 ml tislattua vettä, imeytettiin 10 minuuttia ja homogenisoitiin Virtis homogenisaattorilla. Suspension annettiin seistä 1 tunti, jonka jälkeen tilavuus täytettiin 200 mkksi ja suspensio suodatettiin Buchnersuodattimella käyttäen imua. Suodoksesta tehtiin sopivat laimennokset ja sitä käytettiin palorypäle- happo- ja kynnysarvomäärityksiin. Palorypälehappomääritys tehtiin ScnwiMMEßin ja WESTONin (1961) mu- kaan neljästä eri laimennoksesta ja keskiarvo laskettiin kolmesta laimennok- sesta, jotka osuivat sopivalle konsentraatioalueelle. Kynnysarvomääritys tehtiin ScnwiMMEßin ja OuADAGNin (1962) mukaan sillä erotuksella, että duo-trio testin sijasta käytettiin paritestiä. Kynnysarvo oli se konsentraatio, jonka 70 % arvostelijoista tunnisti sipulin hajun perus- teella. Arvostelijoina oli harjaantunut 12 henkilön ryhmä ja jokainen näyte arvosteltiin kahdesti. Sipulin makuprofiilia määritettäessä pureskeltiin kuivasipulinäytettä 30 sekuntia. Jokainen esiintuleva maku pyrittiin tunnistamaan ja kunkin maun voimakkuus arvioitiin havaitsemisjärjestyksessä asteikolla o—4, jolla 1 oli heikoin ja 4 voimakkain aistimus. Arvosteluun osallistui 6 makuarvosteluun harjaantunutta henkilöä. Tuoreen sipulin vesipitoisuus määritettiin kuivaamalla noin 3 gramman suuruista näytettä 6 tuntia 103° C:ssa. Kuivasipulin vesipitoisuus määritettiin Karl-Fischer titrauksella McCoMßin ja WniGHTin (1954) mukaan ja näyte otettiin 16 grammasta viljanäytemyllyllä (Jacobsen, 1975) jauhettua kuiva- sipulia. Koska vesi on kuivavihanneksissa vahvasti sitoutuneena, käytettiin uuttamiseen formamidia. Veden aktiivisuus kuivasipulissa määritettiin Hygro- dynamics Inc’n mittauslaitteella. Kuivasipulin ominaistilavuus, jota käytettiin kutistumisen laskemiseen määritettiin käyttämällä mitta-asteikolla varustettua astiaa ja siemeniä. Kuivasipulin väri määritettiin HENDELin ja BAiLYn (1950) mukaan ekst- raktin absorbanssina. Veden uudelleenimeytymistä tutkittiin imeyttämällä kuivasipulia 5 ja 40 minnuttia 23° C;ssa vedessä (Heinonen, 1974). Tulokset Sipulin esikuivaus ja kylntävarasiointi Mälkin ym. (1978) tulosten perusteella valittiin ryvässipuli Lemi ja pisto- sipuli Stuttgarter Liva esikokeisiin syksyllä 1973. Esikokeiden perusteella valitiin ryvässipuli Lemi, koska sille saatiin suurempi palorypälehappomäärä sekä tuorepainoa että kuiva-ainetta kohti. Ryvässipulin kuiva-ainepitoisuus oli myös korkeampi. Sipuli korjattiin normaaliin aikaan ja siirrettiin tuuletet- 128 tuun huoneeseen +2B° C:een lämpötilaan, koska lyhyen esikuivauksen oli havaittu lisäävän palorypälehapon muodostusta sekä Mälkin ym. (1978) tutkimuksissa että esikokeissa. Palorypälehapon muodostus lisääntyi kolmen vuorokauden pituisen esikuivauksen aikana 17 %. Esikuivauksen jälkeen sipu- lit siirrettiin pakkasarkkuun noin 0° C:een lämpötilaan. Sipulien jäähdyttä- mistä ei voitu suorittaa kovin nopeasti jäätymisvaaran takia ja se oli ilmeisesti syynä siihen, että esikuivauksen optimiaika ylitettiin ja palorypälehapon muodostus väheni jälleen. Pakkasarkun olosuhteet l. . . +3° C:n lämpötila ja 70 ... 90 % suhteellinen kosteus olivat sipulin varastoinnille suotuisat ja palorypälehapon muodostus lisääntyi huomattavasti varastoinnin kuluessa. Viiden kuukauden kuluttua oli pitoisuus 40 % alkuperäistä korkeammalla tasolla. Palorypälehapon muodostuksen muutokset esikuivauksen ja varas- toinnin aikana on esitetty kuvassa 1. Esikuivauksen edullinen vaikutus oli havaittavissa myös vuoden 1974 kuivauskokeissa, jolloin ryvässipuli Lemin palorypälehappopitoisuus kasvoi 19 % ja pysyi tällä tasolla ilmeisesti siksi, että sipulit siirrettiin kylmävarastoon jo 2,5:n vuorokauden esikuivauksen jälkeen. Pistosipulilla vuonna 1973 suoritetuissa esikokeissa ei havaittu esi- kuivauksen lisäävän palorypälehapon muodostusta ja vuoden 1974 kokeissa ei asiaa voitu tutkia, koska käytetty pistosipuli oli riihikuivaa. Esikuivauksesta aiheutuva painotappio vaihteli välillä 5 . . . 10 %. Kuiva- ainetappio oli ryvässipulilla noin 1 % ja pistosipulilla esikokeissa 2,5 %. Ryvässipuli oli käyttökelpoista pakkaskuivaukseen koko koesarjan ajan eli yli 5 kuukautta, jos ei oteta huomioon mikrobiologista pilaantumista. Pisto- sipulilla havaittiin pakkaskuivausta haittaavaa silmujen kasvua vasta 6 ... 7 kuukauden kylmävarastoinnin jälkeen. Kuva 1. Esikuivauksen ja kylmävarastoinnin vaikutus ryvässipuli Lemin palorypälehapon muodostukseen (Pj)- Fig. 1. Effect of pre-drying and refrigerated storage on pyruvic acid formation of a vegata- tively bred variety Lemi 129 Pakkaskuivauksen optimonti Sipulille edullisten pakkaskuivausolosuhteiden selvittämiseksi tutkittiin vuoden 1973 kokeissa seuraavien tekijöiden vaikutusta. Kuivaussyklin muoto ja kuivauksen loppukohta Kuormitus (kerrospaksuus) Sipulin jääfaasin ja kuivan kerroksen lämpötilat kuivauksen aikana Jäädytysnopeus Kuivauskammion paine Tulokset on esitetty yksityiskohtaisesti muualla (Heinonen, 1974) ja seu- raavassa on yhteenveto tärkeimmistä tuloksista. Edulliseksi kuormitukseksi havaittiin noin 8kg/m 2 , koska suuremmillakuor- mituksilla kuivaus oli hidas ja tuote epähomogeeninen. Koska jään nopea sublimoituminen jäähdyttää voimakkaasti tuotetta, voitiin kuivauksen alussa käyttää suurta lämmitystehoa, jolloin lämmityselementin lämpötila oli yli 200° C. Kuivauksen edistyessä vähennettiin lämmitystehoa siten, että tuot- teen pintakerros ei ruskistunut. Jääfaasin ja kuivan kerroksen lämpötilat tuotteessa pysyivät likimain vakioina sublimointivaiheen ajan. Jään lämpö- tila tuotekerroksen keskellä oli keskimäärin —22° C jasublimoitumisrintamassa noin —lo° C koeajossa, jossa saatiin edullinen kuivausajan ja valmisteen laa- dun suhde. Kuivasipulin säilyvyyden kannalta oli vaatimuksena alle 4 %:n vesipitoisuus (Heiss, 1968). Tähän päästiin pitämällä tuotteen lämpötila desorptiovaiheessa +so° C;ssa. Jos lämpötilaa nostettiin niin paljon, että kuivausaika lyheni olennaisesti, oli valmiste palaneen makuinen. Edellä esitetyissä olosuhteissa oli kuivausaika noin 6 tuntia, joka teollisessa valmistuk- sessa antaa mahdollisuuden kolmeen sykliin vuorokaudessa, koska on otettava huomioon mm. täyttö- ja tyhjennysajat. Kuivasipulin vesipitoisuus oli keski- määrin 3,5% ja veden aktiivisuus sipulissa vaihteli välillä 0,05... 0,13. 53 Pa (0,4 mm Hg) osoittautui edulliseksi kuivauskammion paineeksi. Jos paine nostettiin arvoon 133 Pa (1,0 mm Hg), nousivat jääfaasin lämpötilat 2 ... 6° C. Havaitulla vähäisellä kuivausnopeuden kasvulla ei ollut käytän- nön merkitystä ja alempi paine oli edullisempi valmisteen laadun kannalta. Käytettäessä ennen kuivausta hitaampaa jäädytystä saavutettiin hieman nopeampi loppukuivaus kuin nopeammin jäädytetyllä tuotteella. Kuvasta 2 nähdään, että hitaammin jäädytetty sipuli kutistui selvästi vähemmän kuivauksen aikana. Elektronimikroskooppitutkimuksen perusteella näyttää todennäköiseltä syyltä tähän se, että hitaan jäädytyksen aikana syntyi riittä- västi solunseinämien läpi kulkevia kiteitä ja siten myös kuivauksen edistyessä vastaavia kanavia, jotka helpottivat kuivausta. Tällöin kutistuminen ja tuot- teen muu vaurioituminen oli kuivauksen aikana vähäisempää. Tämä tulos oli huomionarvoinen ja jonkin verran yllättävä, koska nopea jäädytys on todettu useimmiten edulliseksi pakkaskuivatun valmisteen laadun kannalta. Pakkaskuivattujen valmisteiden aromi Kuvassa 3 on esitetty kotimaisten tuoreiden ja pakkaskuivattujen sipu- leiden aromi määritettynä palorypälehaponmuodostuksena PT sekä hajun kynnysarvona. Kuvassa on lisäksi kaupallisille ulkolaisille sipulivalmisteille saatuja määritystuloksia. Palorypälehapon muodostuksen ja kynnysarvon vä- lillä on suuresta hajonnasta huolimatta havaittavissa käänteistä riippuvuutta. Riippuvuus on jonkin verran selvempi, jos käytetään kynnysarvon logaritmia, kuten Schwimmer ym. (1964) ovat esittäneet. Molempien menetelmien käyt- täminen rinnan antoi huomattavasti luotettavamman kuvan aromin voimak- kuudesta kuin jompikumpi yksin. Aistinvarainen kynnysarvomentelmä on tosin huomattavan työläs ja virheherkkä. Kuvassa 3 nähdään myös, että vuo- Kuva 2. Jäädytysnopeuden ja kuivauskammion paineen vai- kutus sipulin kutistumiseen. Fig. 2. Effect of freezing rate and chamber pressure on the shrinkage of onions. Kuva 3. Hajun kynnysarvon ja palorypälehaponmuodostuk- sen (Pj) välinen riippuvuus. Fig. 3. The correlation of odour threshold values and formation of pyruvic acid (P'p). Merkinnät Symbols: o tuore fresh, 0 pakkaskuivattu freeze-dried, P pistosipuli seed-bred, R 1 ryvässipuli 1973 vegetetively bred 1973, R 2 ryvässipuli 1974 vegetatively bred 1974, xD tanskalainen pak- kaskuivattu Danish freeze- dried, xF ranskalainen pakkas- ku ivattu French freeze-dried, xA ilmakuivattu hot-air 130 131 Taulukko 1. Tuoreen ja pakkaskuivatun sipulin aromin voimakkuus. Table 1. Flavour strength of fresh and freeze-dried onion. Palor.h. Pyruv.acid Näyte ~ , . . mo kuiva-ain./1000 ml Hajupisteet, o—4' «mol/g kuiva-ain. ' ' r Sample ~ , Odour threshold, Odour score, o—40— 4r umoljg dry wt. mg dry matterj 1000 ml Tuore sipuli 37.1 1.76 Fresh onion Pakkaskuivattu sipuli Freeze-dried onion hidas jäähdytys 35.4 1.25 3.9 slow freezing nopea jäädytys 32.3 2.45 2.8 fast freezing ulkom. valmiste 36.8 3.00 2.7 foreign commercial sample den 1974 sato oli ryvässipuli Lemillä selvästi aromirikkaampaa kuin edellisen vuoden sato. Taulukossa 1 on vertailtu vuoden 1973 ryvässipuli Lemin, siitä kuivattujen valmisteiden ja ulkomaisen pakkaskuivatun valmisteen aromia eri menetelmien tulosten perusteella. Kuvassa 4 on lisäksi esitetty kuivavalmisteiden maku- profiilit. Kaikkien menetelmien tulokset osoittavat kotimaisesta sipulista pakkas- kuivatun valmisteen olevan varsin aromirikkaan, ja makuprofiilien perusteella havaittiin sipulille luonteenomaiset kirpeät japistävät maut voimakkaina myös kuivavalmisteissa. Ero kaupalliseen ulkomaiseen valmisteeseen oli voimakkain juuri näissä ominaisuuksissa (kuva 4). Käytetty kemiallinen arominmääritysmenetelmä antaa tulokseksi määri- tyksen aikana eli sipulia murskattaessa tai kuivasipulia imeytettäessä syntyvän palorypälehapon määrän P E sekä sipulissa ennestään olevan palorypälehapon tai sen kaltaisesti reagoivien yhdisteiden yhteismäärän P T . On kuitenkin mah- dollista, että arominmuodostusreaktio pääsee tapahtumaan jo sipulin prosessoin- nin aikana ja osa aromitekijöistä menetetään taikka syntyy määritystä häirit- seviä yhdisteitä. Taulukossa 2 on esitetty määrityksen aikana syntyneen palo- rypälehapon osuus vuoden 1974 sadon ryvässipuli Lemillä ja siitä kuivatuilla valmisteilla. Tuloksista havaitaan, että määrityksen aikana syntyneen palo- rypälehapon osuus oli suuri myös pakkaskuivatuilla valmisteilla. Partikkelikoon vaikutus viipaloinnin ja pakkaskuivauksen aikana tapah- tuneisiin aromitappioihin on esitetty taulukossa 3, jossa on vertailtu eri tavalla viipaloituja pistosipulivalmisteita. Taulukossa 4 on vertailtu vuoden 1974 sadon ryväs- ja pistosipulia ja niistä pakkaskuivattuja valmisteita. Tuoreen sipulin palorypälehappomäärissä ei ryväs- ja pistosipulilla ollut suuriakaan eroja. Pistosipulin alhaisemmasta kuiva-ainepitoisuudesta johtuen oli sen palorypälehappomäärä suurempi kuiva-ainetta kohti. Koska ryväs- sipulin palorypälehappotappiot olivat vähäisemmät pakkaskuivauksen aikana, 132 Taulukko 2. Määrityksen aikana syntyneen palorypälehapon (Pj;) osuus kokonaismäärästä (Pf) ryvässipulilla. Table 2. Proportion of the pyruvic acid produced during analysis (Pj?) from the total pyruvic acid (Pq-) of the vegetatively bred onions. PT PE * Mmol/g kuiva-ain. umol/g kuiva-ain. Pj?/Pt Sampler fimol/g dry wt. fimoljg dry wt. Tuore sipuli 48.5 39.2 0.81 Fresh onion Pakkaskuivattu sipuli Freeze-dried onion 4—5 mm viipaleet 43.9 32.7 0.74 3—4 mm viipaleet 39.3 25.2 0.66 3—4 mm slices oli kuivavalmisteiden palorypälehappopitoisuus yhtä suuri. Pistosipulin hajun kynnysarvo oli jonkin verran pienempi kuin ryvässipulin, mutta sen merkitystä on vaikeata arvioida, koska lajikkeiden koostumus (Mälkki ym. 1978) ja tästä johtuen myös aromin profiili ovat erilaisia. Tulosten tarkastelua Palorypälehapon kokonaismäärä, PT ja aistinvaraisesti määritetty hajun kynnysarvo antoivat yhdessä melko hyvän kuvan aromin voimakkuudesta kun oli kyseessä tuore tai varovaista käsittelyä käyttäen pakkaskuivattu val- Kuva 4. Pakkaskuivattujen sipulei- den makuprofiilit. Fig. 4. Flavour profiles offreeze-dried onions. Näytteet Samples: I hidas jäädy- tys slow freezing, II nopea jäädy- tys fast freezing, III: ulkomainen kaupallinen valmiste foreign com- mercial sample. Maku- ja aromisä- vyt Flavour profile notes: A makea sweet, B kirpeä pungent, C kyy- nelöitymistä aiheuttava lachryma- tory, D karvas bitter, E pehmeä favourable flavour, F jälkimaku aftertaste. Taulukko 3. Viipaloinnin vaikutus pakkaskuivatun sipulin aromiin pistosipulilla. Table 3. Influence of slicing on the flavour strength of freeze-dried seed-bred onion. P’f Kynnysarvo, Näyte Sample fimol/g kuiva-ain. P-p-retention, % mg kuiva-ain./1000 ml fimol/g dry wt. P % Odour threshold, mg dry matter/ 1000 ml Tuore sipuli 65.7 0.18 Fresh onion Pakkaskuivattu sipuli Freeze-dried onion 56 mm viipaleet, erä 1 .... 45.7 7C 0.67 5—6 mm slices, batch 1 56 mm viipaleet, erä 2 .... 39.9 61 0.39 5—6 mm slices, batch 2 34 mm viipaleet 34.6 53 0.56 34 mm slices 3 x 10 x 10 mm palat 28.5 43 1.27 5 X 10 X 10 mm pieces Taulukko 4. Ryväs- ja pistosipuli vertailu Table 4. Comparison of seed-bred and vegetatively bred onions Tyyppi TypeNäyte Sample Ryvässipuli Vegetatively bred onion Pistosipuli Seed-bred onion Tuore sipuli Fresh onion kuiva-aine % 17.8 14.5 dry matter % Pf, fimol/g tuoreain 8.6 9.2 Pj, fimol/g fresh wt. Pt. itmol/g kuiva-ain 48.3 65.7 PT, fimol/g dry wt. Kynnysarvo, mg kuiva-ain./1000 ml 0.85 0.18 Odour threshold, mg dry matter/WOO ml Pakkaskuivattu sipuli Freeze-dried onion P-T fimol/g kuiva-ain 44.2 45.7 PT, fimol/g dry wt. Pf retentio, % 92 70 Pj retention, % Kynnysarvo, mg kuiva-ain./1000 ml 1.2—2.7 0.4 —0.7 Odour threshold mg dry matter/WOO ml 133 134 Taulukko 5. Aromin voimakkuus eri tutkimuksissa palorypälehapon muodostuksen (PtO ja kynnysarvon perusteella. Table 5. Aroma strength in various investigations as determined by the formation of pyruvic acid (Pf) and by odour threshold Kynnysarvo PT //mol/g mg kuiva-ain./1000 ml Tutkijat Authors Näytteet Samples kuiva-ain. (dry wt) Odour thres hold mg dry matter) 1000 ml Freeman et al. (1974) tuore - fresh 69.1 ... 145.4 1.0... 1.75 » pakkaskuivattu freeze-dried 60.1 .. . 91.7 20 » ilmakuivattu air-dried 23.9 . . . 47.5 i) kaupallinen commercial 12.7 . . . 30.5 Schwimmer et al. (1964) tuore Jresh 69.3 . . . 156.1 0.4 . . . 3.3 » ilmakuivattu air-dried 18.6... 51.9 2.5... 21.7 Peleg et al. (1970) ilmakuivattu - air-dried 19.6 . . . 39.2 4.0 .. . 38.1 Saguy et. al. (1970) tuore - fresh 3.8 .. . 21 » ilmakuivattu air-dried 13.0 . . . 28.6 Mälkki, Nikkilä & Aalto (1978) tuore fresh 56.9 ... 118.4 pakkaskuivattu frccze-dried 34.8 .. . 134.1 Tämä tutkimus This study tuore —fresh 37.1 .. . 65.7 0.2 .. . 1.8 pakkaskuivattu freeze-dried 35.4 .. . 45.7 0.4 .. . 2.7 raiste. Jos halutaan tutkia muiden prosessointimenetelmien taikka kuivasipu- lin varastoinnin vaikutusta aromiin, voi olla syytä käyttää myös muita mene- telmiä mm. häiritsevien karbonyyliyhdisteiden tai sivuhajujen aiheuttamien virhemahdollisuuksien takia. (Peleg ym. 1970, Saguy ym. 1970, Freeman ja Whenham, 1974, Tewari ja Bandyopadhyay, 1977). Verrattaessa tämän tutkimuksen tuloksia ulkomaisiin tutkimuksiin (Tau- lukko 5) havaitaan, että käytetyn kotimaisen sipulimateriaalin palorypäle- happopitoisuus ei ollut alunperin kovin korkea, mutta sensijaan tappiot pak- kaskuivauksessa olivat suhteellisen vähäiset. Eri laboratorioissa kynnysarvo- menetelmillä saadut tulokset eivät ilmeisestikään ole täysin vertailukelpoisia, mutta niistä käy kuitenkin selvästi ilmi, että kotimaisen sipulin hajun intensi- teetti oli varsin voimakas myös pakkaskuivauksen jälkeen. Tätä johtopää- töstä tukevat myös makuprofiilikokeiden tulokset. Kotimaisesta sipulimateriaalista todettiin sekä ryväs- että pistosipulin soveltuvan hyvin pakkaskuivauksen ja niistä pakkaskuivatut valmisteet olivat laadullisesti hyvin kilpailukykyisiä vastaaviin ulkomaisiin kaupallisiin valmis- teisiin verrattuina. Ryvässipulin huomattavan korkea kuiva-aine (17,5 .. . 20 %) olisi ilmeisesti varsin merkittävä tekijä valmistuksen taloudellisuuden kannalta. Ryvässipulin palorypälehappopitoisuus ei ollut käytetyssä materiaa- lissa niin korkea kuin aikaisemmat tulokset (Mälkki ym., 1978) antoivat aiheen odottaa. Sensijaan palorypälehappotappiot olivat pakkaskuivauksen aikana yleensä alle 10 % eli erittäin vähäiset. Tähän ovat ilmeisesti vaikutta- neet ryvässipulin korkea kuiva-aine ja ennenkaikkea korkea liukoisten hiili- hydraattien pitoisuus (Mälkki ym., 1978). Liukoisten hiilihydraattien edulli- nen vaikutus pakkaskuivauksen aromiaineretentioon on havaittu useilla tuot- teilla ja myös sipulimehulla suoritetuilla mallikokeilla. (Ofcarcik ja Burns, 135 1974). Kotimaisella sipulilla havaittu hitaan jäädytyksen edullinen vaikutus aromin säilyvyyteen on myös sopusoinnussa TmjssENin (1975) selektiivisen diffuusion teorian ja sen perusteella tehtyjen mallikokeiden tulosten kanssa. Sipulin pakkaskuivauksen kustannuksista VTT:n elintarvikelaboratoriossa tehdyt laskelmat osoittavat, että tähän menetelmään liittyvistä korkeista investointi- ja energiakustannuksista johtuen pelkät pakastus- ja kuivausope- raation kustannukset tulisivat Suomen olosuhteissa olemaan 7 . . . 8-kertaiset kuumailmakuivausoperaation nähden. Pakkaskuivatun tukkupakatun val- misteen tuotannon kokonaiskustannukset tulisivat olemaan noin 70 ... 80 % korkeammat kuin ilmakuivatulla valmisteella. Kannattavuuden avainkysy- myksenä on pakkaskuivausyksikön koko vuotuisen kapasiteetin mahdolli- simman tehokas hyväksikäyttö. Koska kannattavasti toimivan yksikön mini- mikoko on myös jatkuvasti kasvanut, edellyttää tuotannon aloittaminen usei- den kuivattavien tuotteiden saamista valmistusohjelmaan. Tiivistelmä Kotimaisella ryväs- ja pistosipulilla suoritettiin vuosina 1973 ja -74 puoli- teknillisen mittakaavan pakaskuivauskokeita, joihin oli valittu sipulimateriaali osittain aikaisempien vertailevien tutkimusten perusteella. Tuoreen ja kuiva- tun sipulin aromin voimakkuus määritettiin kemiallisesti arominmuodostus- reaktion eräänä tuotteena syntyvän palorypälehapon määränä sekä veteen lietetyn sipulin hajun kynnysarvona. Palorypälehapon muodostuksen ja kyn- nysarvon logaritmin välillä havaittiin käänteinen korrelaatio, mutta hajonnan takia lisäsi molempien menetelmien käyttö rinnan määrityksen luotettavuutta. Eräissä tapauksissa arvosteltiin kuivasipulin aromia aistinvaraisilla maku- profiili- ja arvopistemenetelmillä. Välittömästi korjuun jälkeen suoritettu lyhyt esikuivaus 28° C:n lämpö- tilassa lisäsi ryvässipuli Lemin palorypälehapon muodostustakeskimäärin 18%. Kylmävarastointi vaikutti myös palorypälehapon muodostusta lisäävästi ja muodostus oli 5 kuukauden varastoinnin jälkeen 40 % alkuperäistä kor- keammalla tasolla. Tutkittaessa ryväs- ja pistosipulin edullisia pakkaskuivaus- olosuhteita todettiin molempien soveltuvan hyvin pakkaskuivaukseen. Pakkas- kuivaussyklin minimikesto oli 8 kg/m 2:n kuormituksella 6 tuntia, kun valmis- teen vesipitoisuus oli 3,5 %. Hitaasti jäädytetty (—2o° C, ilman virtausno- peus 2,3 m/s) sipuli kutistui kuivauksen aikana vähemmän ja kuivavalmiste oli parempilaatuinen kuin nopeampaa jäädytystä käytettäessä. Kaikki arominmääritysmenetelmät osoittivat kotimaisesta materiaalista pakkaskui vattujen sipuli valmisteiden olevan varsin aromirikkaita kirjalli- suustietoihin ja tutkittuihin kaupallisiin valmisteisiin verrattuina. Tällöin edellytettiin kuitenkin, että sipulin pienentäminen suoritettiin välttäen solujen murskaamista. Makuprofiilin perusteella esiintyivät sipulille luonteenomaiset kirpeät ja pistävät (pungent) ja kyynelöitymistä aiheuttavat tekijät (lachryma- tory factor) voimakkaina kotimaisissa kuivavalmisteissa. Palorypälehapporetentio oli ryvässipulin pakkaskuivauksessa keskimäärin 90 % ja pistosipulilla keskimäärin 70 %. Ryvässipulin korkea liukoisten hiili- hydraattien pitoisuus vaikutti ilmeisesti edullisesti retentioon. Pakkaskuivatun 136 ryvässipulin kynnysarvo vaihteli välillä 1,2 . . . 2,7 mg kuiva-ainetta/1000 ml ja pistosipulin välillä 0,4 . . . 0,7 mg kuiva-ainetta/1000 ml kun kirjallisuuden vastaavat arvot vaihtelevat välillä 2,5 ... 40 mg kuiva-ainetta/1000 ml. Palorypälehapon muodostus oli sekä ryväs- että pistosipulista pakkaskuiva- tulla valmisteella noin 45 /traol kuiva-ainegrammaa kohti. Ryvässipulin korkea kuiva-aine (17,5 ... 20 %) on varsin edullinen pakkaskuivauksen taloudellisuuden kannalta. Kiitos Aistinarvostelututkimukset on suorittanut fil.maist. Meri Suihko arvosteluryhmineen, josta tekijät esittävät parhaat kiitokset. KIRJALLISUUSLUETTELO Freeman, G. G. & Whenham, R. J. 1974. Changes in onion (Allium cepa L.J flavour components resulting from some post-harvest processes. J. Sci. Fd Agric. 25: 499 515. Heinonen, S. 1974. Jäädytys- ja kuivausolosuhteiden vaikutus sipulin pakkaskuivauksessa. 84 p. Dipl, työ, Teknillinen korkeakoulu, Helsinki. Heiss, R. 1968. Haltbarkeit und Sorptionsverhaltenwassarermer Lebensmittel. 163 p. Springer Verlag, Berlin—Heidelberg. Hendel, C. E. & Bailey, G. F. 1950. Measurement of nonenzymatic browning of dehydrated vegetables during storage. Fd Technol. 4: 344—347. Jacobsen, E. 1975. The FHI-method for moisture determination in cereals and feedstuffs. Cereal Chem. 52: 740-741. McComb, E. A. & Wright, H. M. 1954. Application of formamide as an extraction solvent with Karl Fischer reagent for the determination of moisture in some food products. Fd Technol. 8: 73-75. Mälkki, Y., Nikkilä, O. E. & Aalto, M. 1978. Sipulin koostumus ja aromi sekä niihin vai- kuttavat tekijät. Maatal.tiet. Aikak. 50: 103 124. Ofcarcik, R. P. & Burns, E. E. 1974. Carbonyl retention in model systems and Bermuda onion juice during lyophilization. J. Fd Sci. 39: 350 353. Peleg, Y., Mannheim, C. H. & Berk, Z. 1970. Changes in quality of dehydrated kibbled onions during storage. J. Fd Sci. 35:513 517. Saguy, M., Mannheim, C. H. & Peleg, Y. 1970. Estimation of volatile onion aroma and flavour compounds. J. Fd Technol. 5: 165—l7l. Schwimmer, S. & Guadagni, D. G. 1962. Relation between olfactory threshold concentration and pyruvic acid content of onion juice. J. Fd Sci. 27: 94—97. * , Venstrom, D. W. & Guadagni, D. G. 1964. Relation between pyruvate content and odor strength of reconstituted onion powder. Fd Technol. 18:121 123. » & Weston, W. J. 1961. Enzymatic development of pyruvic acid in onion as a measure of pungency. J. Agr. Fd Chem. 9: 301 304. Tewari, G. M. & Bandyopadhyay, C. 1977. Pungency and lachrymatory factor as a measure of flavour strength of onion. Lebensm.-Wiss. u. Technol. 10; 94—96. Thjissen, H. A. C. 1975. Effect of process conditions in freeze drying on retention of volatile components. In; Freeze Drying and Advanced Food Technology. Academic Press, London, p. 373—400. Käsikirjoitus saapunut 1.3. 1978