Tegenwoordig hechten consumenten, naast veiligheid en gezondheid, veel belang aan de kwaliteitseigenschappen van een levensmiddel (bijvoorbeeld kleur, geur, smaak). Spijtig genoeg zijn deze karakteristieken gevoelig aan bewaring. Een grote daling in de kwaliteit zal een drastische impact hebben op de aanvaardbaarheid van een levensmiddel door de consument en kan er toe leiden dat dit levensmiddel niet meer geconsumeerd wordt zelfs wanneer de houdbaarheidsdatum nog niet bereikt is. Om ervoor te zorgen dat de kwaliteit van een levensmiddel voldoende lang gegarandeerd kan blijven, is kennis vereist over kwaliteitsveranderingen tijdens bewaring. Deze kennis kan verworven worden door het uitvoeren van analytische en sensorische testen, door integratie van de hieruit bekomen resultaten en toepassen van verschillende data-analysemethoden. Het gebruik van deze geïntegreerde aanpak kan nieuwe inzichten in kwaliteitsveranderingen tijdens bewaring opleveren en kan tevens gebruikt worden voor het bepalen van de houdbaarheidsdatum van levensmiddelen.

Tijdens dit doctoraatsonderzoek werd getracht om aan te tonen wat het potentieel is van deze geïntegreerde aanpak voor het bestuderen van kwaliteitsveranderingen van levensmiddelen tijdens bewaring. De voorgestelde geïntegreerde aanpak werd toegepast in een case study met gepasteuriseerd aardbeiensap. Deze onderzoeksmatrix is representatief voor zure levensmiddelen die voor een lange tijd op kamertemperatuur bewaard kunnen worden (i.e. shelf-stable zijn). Specifiek voor het geselecteerde levensmiddel, werd beoogd om kwantitatief inzicht te verwerven in de impact van drie bewaarfactoren (bewaartijd, bewaartemperatuur en zuurstofbeschikbaarheid) op de kleur- en flavoureigenschappen door gebruik te maken van een geïntegreerde aanpak waarin niet-doelgerichte, doelgericht en sensorische data gecombineerd werden en waarin verschillende dataanalysemethoden toegepast werden. Om het vooropgestelde doel te bereiken werd gepasteuriseerd aardbeiensap bewaard bij kamertemperatuur (20 °C) en bij verhoogde temperaturen (28-42 °C) in twee types PET-flessen met een verschillende zuurstofpermeabiliteit.

Verschillende kleurgerelateerde eigenschappen (roodheid, totaal kleurverschil, chroma, tint, gehalte aan anthocyanen en ascorbinezuur) veranderden significant tijdens bewaring bij de verschillende condities. Een verhoogde bewaartemperatuur en een hogere zuurstofbeschikbaarheid resulteerden in een snellere verandering in de kleurgerelateerde eigenschappen van gepasteuriseerd aardbeiensap. Dit laatste werd kwantitatief aangetoond door het schatten van kinetische parameters (reactiesnelheidsconstanten en activeringsenergieën). De geobserveerde kleurveranderingen van aardbeiensap tijdens bewaring, zijnde een verlies aan rode kleur en een vorming van een bruine kleur, kunnen verklaard worden door de degradatie van de roodgekleurde anthocyaanpigmenten en de vorming van bruine componenten door de afbraak van ascorbinezuur.

De verandering in flavoureigenschappen werd op drie niveaus bestudeerd. Een niet-doelgerichte fingerprinting aanpak toonde aan dat de vluchtige fractie van gepasteuriseerd aardbeiensap duidelijk veranderde tijdens bewaring op kamertemperatuur in beide types PET-fles. De vluchtige componenten die het meest gevoelig waren aan bewaring, behoorden tot de esters, aldehyden, terpenen, zwavelhoudende componenten en ketonen. Zuurstofbeschikbaarheid bleek echter geen invloed te hebben op de verandering in vluchtige componenten. In een volgende stap werden twaalf karakteristieke aromacomponenten van aardbeien geselecteerd. De concentratie van deze componenten werd opgevolgd in functie van bewaring bij de verschillende bewaartemperaturen in de standaard fles. Uit de geschatte kinetische parameters bleek dat de karakteristieke aromacomponenten significant veranderden bij bewaring op alle temperaturen. De bekomen resultaten toonden echter aan dat de verandering van slechts een aantal van de geselecteerde aromacomponenten versneld werd door bewaring bij een verhoogde temperatuur. Enkel de snelheid van verandering van de geselecteerde aldehyden, terpenen, zwavelhoudende componenten en niet-vluchtige zuren werd beïnvloed door de bewaartemperatuur. Daarnaast kon besloten worden uit de resultaten van de twee toegepaste analytische aanpakken dat zuurstofbeschikbaarheid een minder grote invloed heeft op de veranderingen in aroma dan op de kleurstabiliteit van gepasteuriseerd aardbeiensap. De geobserveerde veranderingen in aromacomponenten van aardbeiensap veroorzaakten sensorische verschillen tussen een onbewaard staal en stalen die bewaard werden bij 20 °C. Dit werd aangetoond door het uitvoeren van sensorische van sensorische verschiltesten en door na te gaan of een aromacomponent aromaactief was.

Uit bovenstaande resultaten bleek dat de veranderingen in kleur en aroma van gepasteuriseerd aardbeiensap nagegaan kunnen worden door het gebruik van analytische testen. Aangezien de consument de laatste schakel is in de voedselketen, is het belangrijk om na te gaan wat de impact van kleur- en aromaveranderingen is op de aanvaardbaarheid van gepasteuriseerd aardbeiensap. Door het uitvoeren van aanvaardbaarheidstesten, waarin de kleur en het aroma onafhankelijk van elkaar geëvalueerd werden, bleek dat kleurveranderingen bepalend zijn voor de houdbaarheid van gepasteuriseerd aardbeiensap. De kleurgebaseerde aanvaardbaarheid daalde bij elke temperatuur en daalde bovendien sneller tijdens bewaring op verhoogde temperaturen. Op basis van de resultaten van de aanvaardbaarheidstesten werd een kleurgebaseerde houdbaarheidsdatum geschat voor elke bewaartemperatuur. De kleurgebaseerde houdbaarheid werd relatief snel bereikt en werd korter voor bewaring op een hogere temperatuur. Door gebruik te maken van de geschatte kinetische parameters voor de verschillende kleureigenschappen, werden analytische grenswaarden bepaald voor de kleurgebaseerde houdbaarheid bij elke bewaartemperatuur. Het gebruik van analytische grenswaarden is een toegevoegde waarde voor de voedingsindustrie aangezien deze toelaten om de houdbaarheid van aardbeiensap na te gaan zonder dat tijdsrovende aanvaardbaarheidstesten uitgevoerd moeten worden.

De resultaten van dit doctoraatswerk tonen het potentiaal aan van een geïntegreerde aanpak voor het bestuderen van kwaliteitsveranderingen van levensmiddelen en het bepalen van de houdbaarheidsdatum. Door het combineren van analytische (zowel doelgerichte en niet-doelgerichte) en sensorische testen en door toepassen van verschillende data-analysemethoden kan een diepgaand inzicht bekomen worden in de evolutie van de kwaliteitseigenschappen van een levensmiddel tijdens bewaring. De resultaten van dit onderzoek tonen ook het belang aan van het gebruik van sensorische testen in de studie van kwaliteitsveranderingen van levensmiddelen. Het uitvoeren van een bewaarexperiment bij verhoogde temperatuur valt onder de noemer van versnelde houdbaarheidstesten en toonde het negatieve effect van bewaring bij verhoogde temperaturen. Daarnaast biedt deze aanpak ook de mogelijkheid om sneller inzicht te bekomen in kwaliteitsveranderingen en om de snelheid van kwaliteitsverlies bij omgevingscondities te voorspellen op basis van de resultaten van een versnelde houdbaarheidstest door gebruik te maken van kinetische modellen. Tot slot is het sterk aangeraden om verschillende geavanceerde data-analysetechnieken (kinetische modellering, chemometrics en survival analyse) te gebruiken in het onderzoek naar kwaliteitsveranderingen.

Nowadays, consumers are paying a lot of attention towards the quality characteristics of food products (e.g. colour, aroma, taste). Upon storage of a food product, its quality characteristics are continuously evolving. A serious decrease in the quality of food products can have a drastic impact on product acceptability by consumers and will result in a food product not being consumed even before the shelf-life date has been reached. To ensure that the quality of a food product can be maintained long enough, knowledge on quality changes during storage is required. This information can be obtained performing analytical (untargeted and targeted) as well as sensorial tests, by the integration of these data and by the application of different data analysis methods. The application of such an integrated approach can be of high value for food quality investigations and shelf-life assessment.

The aim of this work was to develop and evaluate the potential of such an integrated approach for food quality evaluations and shelf-life assessment. In this work, the suggested integrated approach was applied in a case study on pasteurised strawberry juice, being representative for shelf-stable high acid food products. Specifically for the research matrix, this work aimed at gaining quantitative insight into the impact of three storage factors (storage time, storage temperature and oxygen availability) on colour and flavour changes during storage using an integrated approach, which combined untargeted, targeted and sensorial data and different data analysis techniques. To reach the objective, pasteurised strawberry juice was stored at ambient (20 °C) and accelerated temperatures (28, 35 and 42 °C) in two types of PET bottles with a different oxygen permeability.

Different colour-related attributes (redness, total colour difference, chroma, hue angle, anthocyanin and ascorbic acid content) changed significantly during storage at all conditions. Higher storage temperatures and a higher oxygen availability resulted in a faster change of the colour-related attributes as shown by the estimated kinetic parameters (reaction rate constants and activation energy). The observed change in colour of the strawberry juices could be explained by the loss of red anthocyanin pigments and the formation of brown-coloured compounds by the degradation of ascorbic acid.

Flavour changes were studied at three levels. An untargeted fingerprinting approach showed that the volatile fraction of strawberry juice was clearly changing during storage at ambient conditions in both bottle types. The volatiles changing the most during storage at ambient conditions in both bottles could be classified as esters, aldehydes, terpenes, sulfur compounds and ketones. To gain further insight, twelve characteristic aroma compounds were quantified during storage at ambient and accelerated temperatures using a targeted approach followed by kinetic modelling. The estimated reaction rate constants showed that all characteristic aroma compounds changed significantly during storage at each temperature. The rate of change in some compounds was accelerated by storage at higher temperatures. Based on the outcome of the two analytical approaches, it was concluded that a difference in oxygen availability had no significant effect on the rate of volatile changes and that the change in selected aldehydes, terpenes, sulfur compounds and acids was accelerated during storage at higher temperatures. Moreover, it was concluded that the effect of oxygen availability (which was linked to the type of bottle) on volatile/aroma changes was less pronounced compared to its role in colour changes. The observed changes in strawberry juice volatiles caused sensorial differences between non-stored and 20 °C stored samples as shown by the sensory evaluations and odour activity values.

As consumers are the last stage in the food chain, the impact of colour and aroma changes during storage on the acceptability of strawberry juice was also evaluated. The colour- and aroma-based acceptance tests showed that colour changes of strawberry juice are shelf-life limiting. Aroma changes could be noticed by the human senses, however, they will not be critical for the shelf-life of strawberry juice. The colour-based acceptability decreased at all temperatures. A faster decrease in colour-based acceptability was observed during storage at accelerated temperatures. The colour-based shelf-life was reached in the early stages of storage and was shortened at higher temperatures. Analytical cut-off values for the colour-based shelf-life were estimated for each storage temperature relying on the estimated kinetic parameters. These values can be of great value for food industries as they can be used as an indicator for a product’s shelf-life without the need to perform time consuming acceptance tests.

The results of this work demonstrate the applicability of an integrated approach for quality investigations and shelf-life assessment. By combining analytical (untargeted and targeted) and sensorial tests and different data analysis methods, a profound insight into quality changes during storage can be obtained. Based on the results of this work, it is noteworthy to highlight the importance of sensory tests in quality investigations and shelf-life assessment. The application of accelerated shelf-life testing (in this case storage at temperature abuse conditions) showed the negative effect of storage at abuse conditions. In addition, it allows to obtain a faster insight into food quality changes and to predict the rate of quality deterioration at ambient conditions using kinetic models. The latter is useful for shelf-stable food products with a long shelf-life. Lastly, the use of different data analysis methods (kinetic modelling, chemometrics and survival analysis) is recommended in an integrated approach.