Optimizing storage conditions for minimally processed rocket leaves: effect of temperature and gas conditions on aromatic profile, sensorial and nutritional quality

Abstract Il nome comune di ‘rucola’ è associato a molte specie di vegetali a foglia verde appartenenti alla famiglia delle Brassicacee e caratterizzate da un tipico sapore pungente; nonostante l’alta variabilità tra le specie, Eruca sativa L. e Diplotaxis tenuifolia L. sono le più diffuse. Dal punto di vista nutrizionale, la rucola fornisce un vasto range di fitonutrienti e minerali come provitamina A, vitamina C, flavonoidi, glucosinolati, fibre, potassio e zolfo. Il consumo di rucola permette di introdurre nella nostra dieta nutrienti che presentano diversi benefici per il corpo umano, molti dei quali hanno attività diuretiche, antinfiammatorie, stimolanti, depurative ed epatoprotettive. La rucola dal punto vista commerciale è molto apprezzata in Europa proprio per il suo sapore tipico e per la sua consistenza; normalmente è consumata cruda come componente di insalate. In seguito all’aumento della richiesta e del consumo riscontrati negli ultimi anni, la rucola è principalmente venduta lavata e imbustata come prodotto di IV gamma. La shelf-life della rucola di IV gamma dipende dalle condizioni di conservazione e dalle operazioni di produzione dell’alimento; questi fattori potrebbero accelerare i processi di degradazione, indurre avvizzimento, perdita di colore e degli attributi sensoriali come aroma e sapore. In questo studio sono stati valutati gli effetti di diversi fattori sulla shelf-life della rucola di IV gamma al fine di ottimizzare le condizioni di conservazione attraverso la gestione della temperatura e della composizione dei gas all’interno della confezione. Per analizzare l’effetto della temperatura sulle cinetiche di degradazione degli attribuiti sensoriali, fisici e chimici in funzione della temperatura di conservazione, è stato confrontato il modello di Weibull con il modello convenzionale di primo ordine. Il modello di Weibull ha permesso di descrivere accuratamente la forma e la pendenza delle curve di degradazione degli attributi qualitativi considerati e ha mostrato un’alta abilità nel fittare i dati sperimentali rispetto al modello convenzionale di primo ordine. Questi risultati permettono anche di stabilire quali possano essere i fattori limite per la durata della vita commerciale della rucola, come l’aspetto visivo ed il contenuto di acido ascorbico. Come secondo obiettivo parziale diverse concentrazioni di ossigeno (0.5, 3 e 6 kPa) e di anidride carbonica (5, 10 e 20 kPa) sono state testate, indipendentemente l’una dall’altra, per analizzare i loro potenziali effetti positivi e negativi sugli attributi qualitativi della rucola fresca durante la conservazione. In generale le concentrazioni di ossigeno considerate non hanno avuto un alto impatto sulla qualità della rucola fresca durante la conservazione, gli attributi sensoriali sono stati maggiormente preservati nelle foglie conservate con 3 e 6 kPa di ossigeno, mentre concentrazioni al di sotto di 0.5 kPa hanno avuto un impatto negativo sulla shelf-life della rucola. I benefici associati all’impiego di alte concentrazioni di CO2 sono stati più evidenti rispetto a quelli ottenuti usando basse concentrazioni di O2, infatti l’aspetto visivo della rucola conservata con CO2 rispetto a quella conservata in aria si è mantenuto più elevato. Nonostante i buoni risultati ottenuti per l’aspetto visivo, la rucola quando conservata con 20 kPa CO2 ha prodotto cattivi odori. In conclusione, gli studi svolti sulla composizione dei gas hanno indicato che concentrazioni estreme di O2 pari a 0.5 kPa, e l’accumulo di CO2 sopra i 20 kPa dovrebbero essere evitati durante la conservazione della rucola, mentre l’aggiunta di una quantità pari a 10 kPa di CO2 all’aria potrebbero preservare la qualità della rucola. L’effetto della temperatura è stato inoltre valutato sulla rucola di IV gamma imbustata in atmosfera modificata passiva (MAP). La cinetica degradazione degli attributi qualitativi è stata modellata matematicamente in condizioni isotermiche e non isotermiche al fine di migliorare la gestione della catena logistica di produzione in funzione della sua storia termica. Una forma cumulativa dell’equazione di Weibull e del modello log-logistico ha permesso di fittare i dati sperimentali nel tempo e di studiare la degradazione degli attributi sensoriali, fisici e chimici in dipendenza dalla temperatura. Gli effetti positivi della conservazione in MAP potrebbero essere persi se nella confezione si creano condizioni di anaerobiosi in seguito ad una gestione impropria della fase di imballaggio. A tal fine, sono stati analizzati i cambiamenti della composizione volatile della rucola conservata in MAP in condizioni isotermiche (5°C) e non isotermiche simulando la masticazione dell’alimento attraverso l’omogeneizzazione del campione. La conservazione in MAP ha permesso di preservare la freschezza del prodotto in termini di aspetto visivo e mantenimento dell’odore tipico. Tuttavia, nell’ultimo giorno di conservazione è stato osservato un aumento della produzione di dimetil-solfuro e acetaldeide, i quali potrebbero conferire rispettivamente note di zolfo ed etereo alla percezione dell’odore della rucola. La fluttuazione della temperatura ha indotto cambiamenti nel profilo dei volatili, rispetto a quanto osservato nella condizione di conservazione isotermica, che vengono mantenuti anche dopo il ripristino della catena del freddo. Infine in un ulteriore esperimento i volatili sono stati monitorati direttamente nello spazio di testa della confezione per valutare l’effetto della composizione dei gas e della temperatura sui composti responsabili dell’odore percepibile dopo l’apertura della busta. I cambiamenti nel profilo dei volatili sono stati valutati sulla rucola confezionata e conservata a 0, 5 e 15°C, e, nel caso della conservazione a 5°C, i risultati sono stati confrontati con un controllo in aria. All’aumentare della temperatura si verifica un’accelerazione dei processi degradativi e questo induce lo sviluppo di cattivi odori. Durante la conservazione a 15°C è stata osservata infatti una maggiore produzione di derivati lipidici e di composti solforati rispetto alla conservazione a temperature più basse; l’aroma tipico viene mantenuto a 0°C, temperatura alla quale non sono stati osservati processi degradativi. Gli effetti della conservazione in MAP, valutati tramite confronto con il controllo in aria, sono stati molto più bassi rispetto a quelli relativi all’impiego di diverse temperature; la percezione di cattivi odori nella rucola in MAP è risultato essere maggiore rispetto a quella riportata per la conservazione in aria. Questi risultati contribuiscono ad aumentare la conoscenza sulle reazioni di degradazione che si verificano durante la conservazione della rucola a differenti temperature e composizione dei gas, fornendo importanti informazioni per migliorare la gestione dei punti critici di controllo e per mantenere la qualità durante l’intera catena di produzione. Abstract ‘Rocket’ is a collective name to indicate many species of green leaves belonging to Brassicacea family and characterized by a tipical pungent taste. Although the great variability and number of rocket species, Eruca sativa L. and Diplotaxis tenuifolia L. are the most common species; they are a source of a wide range of phytonutrients, such as provitamin A, vitamin C, flavonoids, glucosinolates, fiber, potassium and sulfur. Beneficial effects have been associated to the consumption of rocket due to the employment/ingestion of nutrient compounds characterized by diuretic, anti-inflammatory, stimulant, depurative, hepatoprotective and stomathic activities. Rocket leaves are very appreciated in Europe for their typical taste and texture and are manly consumed raw in salads. Due to the increased e consumption in the recent years, rocket it’s mainly sold as a ready-to-eat product, which has been washed and packaged. The shelf-life of ready-to-eat rocket is principally limited by the storage conditions and processing operations, which may accelerate the degradation process, inducing wilting, discoloration, loss of nutritional properties and sensorial attributes as aroma and flavor. In this study was investigated the effect of several factors on the shelf-life of ready-to-eat rocket leaves in order to optimize the storage conditions through a correct management of the temperature and the gas composition inside the packaging. The effect of temperature on the degradation kinetics of sensorial, physical and chemical attributes of rocket leaves was studied. Weibull model was compared to conventional first-order model to describe quality changes over time in function of the temperature. Weibull model showed an higher ability to fit experimental data compared to conventional first-order models, allowing to accurately describe shape and slope of the degradation curves. Obtained results also permitted to establish the most limiting factors for shelf-life of rocket leaves, which was therefore estimated in term of appearance score and ascorbic acid. As second partial objective different concentrations of O2 ( 0.5, 3 and 6 kPa) and CO2 (5, 10 and 20 kPa) were independently tested to evaluate their potential beneficial or negative effects on qualitative attributes of fresh rocket during storage. Generally different oxygen concentrations did not had a high impact on quality of rocket leaves, resulting in a slightly high sensorial quality for the leaves stored under 3 and 6 kPa O2, whereas O2 concentrations below 0.5 kPa negatively affected the shelf-life of rocket leaves. On the other hand, the effects of high CO2 were more evident than those of low oxygen, indicating that the visual appearance was better preserved in presence of CO2 compared to the storage in air. Despite this positive effect on appearance a strong production of off-odors was observed for rocket stored with 20 kPa CO2, whereas level of 10 kPa CO2 did not induced any off-odor development. In conclusion results of the experiments on gas composition suggested that extreme gas concentrations with oxygen level of 0.5 kPa O2 and accumulation of CO2 up to 20 kPa should be avoided, whereas the addition of 10 kPa CO2 to the air preserved the quality of the rocket leaves. The effect of the temperature on rocket leaves packaged in passive modified atmosphere (MAP) was also evaluated. Degradation kinetics of the quality attributes on fresh-cut rocket were modeled in isothermal and non isothermal conditions in order to improve the management of the logistic chain according to the product thermal history. In particular, the cumulative form of the Weibull equation and a log-logistic model were, respectively, used to fit the experimental data over time and to study the temperature dependence of the degradation rates for several sensorial, chemical and physical attributes. Moreover, since MAP beneficial effects can be lost if anaerobic conditions develop inside the packaging due to an improper packaging management, volatile changes in MAP stored rocket leaves were analyzed in isothermal (5°C) and non isothermal conditions, by homogenizing the samples, and therefore simulating the chewing process. Storage in MAP had a beneficial effect on the quality of rocket leaves preserving the freshness of the produce in terms of visual quality and retention of the typical odor. However, at the last days of storage an increased production of dimethyl sulfide and acetaldehyde was observed, which could respectively confer the typical sulfurous and ethereal odor to the produce. Moreover, temperature fluctuation induced changes in the volatile profile compared to rocket stored in isothermal conditions which persisted even when the cold chain control was restored. The last experiment was aimed to monitor the volatiles directly accumulated in the headspace of the packages to evaluate the effect of gas composition and temperature on the compounds responsible of the perceived odor after the opening of the package. Rocket leaves were packed and stored at 0, 5 and 15°C; additionally at 5°C a control in air was also included to test the effect of gas composition on volatile profile. Temperature played an important role by accelerating the degradation rate of the rocket leaves inducing the development of off-odors. At 15 °C temperature lipid derivatives and sulphurous compounds were in fact produced in much higher quantity than at low temperatures. The typical aroma was best preserved at 0°C, in which no degradation process was observed in the last days of storage. The effect of the MAP conditions compared to the control in air, was much lower than the effect of the temperature, with an higher perception of off-odors for MAP stored samples than for samples stored in air. All the results contributed to increase the knowledge on degradation reactions occurring during storage of rocket leaves under different temperature and gas conditions, providing important tools to improve the management of the critical control points and quality maintenance during the entire production chain.