SUPERVISOR
Morteza Sadeghi,Milad Fathi,Seyed Ahmad Mireei
مرتضی صادقی (استاد راهنما) میلاد فتحی (استاد مشاور) سیداحمد میره ای (استاد مشاور)
STUDENT
Mina sadat Bargegole
میناالسادات برگ گل
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Study of Osmotic Dehydration of Kiwifruit Slices with Applying Ultrasound Pretreatment and its Modeling
Kiwifruit ( Actinidia deliciosa ) is a fruit full of various vitamins. Due to the short shelf life and fast deterioration, its storage and processing before consumption is of great importance. Osmotic dehydration process is one of preservation techniques for fruits, which is mostly used as a pretreatment for subsequent processes such as drying. In this process, both water loss and solid gain phenomena occur simultaneously. However, the low rate of water loss in the process is one its drawbacks. Applying pretreatments such as ultrasound waves can help overcoming this problem. In order to reach the optimum performance of each process, the control of the process is needed which in turn requires investigating on the mechanisms involved in the process in detail and knowing how the effective parameters act on it. In this regard, adopting a phenomenological modeling approach can facilitate the study. Moisture sorption isotherms are important tools to determine changes in moisture content during storage of the food materials, thermodynamic conditions after mixing the products and making decisions pertaining to undesirable chemical and enzymatic reactions. On the other hand, determination of the glass transition temperature ( T g ); as a powerful tool for understanding water properties in foods and control of the products’ shelf life, is vitally important. The objective of the present study was applying osmotic dehydration process for kiwifruit slices in sucrose solution at concentrations of 30, 40 and 50 °Brix, immersion durations of 0, 5, 10, 20, 30, 60 and 120 min, and indirect ultrasound pretreatment at durations of 10, 20 and 30 min. After conducting the experiments, the optimum treatment was determined using response surface methods (RSM) and genetic algorithms (GA). Through analytical modeling of osmotic dehydration process in axisymmetric cylindrical coordinates (two-dimensional approximation), the coefficients of moisture diffusion were obtained. The effect of osmotic dehydration and ultrasound pretreatment on fruit’s tissue was examined by scanning electron microscopy (SEM). Moisture desorption isotherms for the fresh and optimized treated samples were determined at temperature of 20 °C. Among well-known models, the most appropriate one was selected based on the highest correlation coefficient and the lowest root mean square error and mean relative error indices. The results showed that applying the ultrasound waves before osmotic dehydration of the product enhanced the rate of water loss. Moreover, by increasing the immersion duration, concentration of the osmotic solution and ultrasound pretreatment time water loss and solid gain increased. The best model predicting the moisture desorption of the kiwifruit samples were GAB and Peleg models. Thermal analysis showed that the T g values decreased with increasing moisture content. The modeling of T g showed that the best model for predicting the variations in T g values of the fresh and optimized treated samples with equilibrium moisture content was Brostow et al model. The obtained values of model parameters Gordon - Taylor near other researchers parameters better. Moreover, in modeling of T g as a function of water activity, Ross model and Khalloufi et al. model showed an acceptable agreement with the experimental data. Key Words: Glass transition temperature, Moisture desorptionption isotherm, Optimization, Thermal analysis.
میوهی کیوی ( Actinidia deliciosa ) سرشار از ویتامینهای مختلف میباشد. به دلیل فسادپذیری سریع و کوتاه بودن عمر آن نگهداری و فرآوری آن همواره از اهمیت خاصی برخوردار بوده است. یکی از روشهای نگهداری میوهجات و مواد غذایی، فرآیند آبگیری اسمزی بوده که به عنوان یک پیشتیمار برای مراحل فرآوری بعدی از جمله خشک کردن بکار میرود. در این فرآیند علاوه بر کاهش رطوبت، جذب مواد جامد نیز صورت میپذیرد. پایین بودن سرعت خروج رطوبت در فرآیند آبگیری اسمزی یکی از معایب آن است که استفاده از پیشتیمار امواج فراصوت میتواند به رفع آن کمک کند. بازدهی مطلوب هر فرآیند مستلزم کنترل بهتر آن میباشد که خود نیازمند مطالعهی دقیق مکانیسمهای درگیر در فرآیند و نحوهی عملکرد متغیرها است. در این زمینه، بکارگیری یک فرآیند مدلسازی میتواند مطالعه پدیده شناختی را تسهیل کند. همدماهای جذب و دفع رطوبت در محاسبه تغییرات مقدار رطوبت مواد در حین انبارداری، شرایط ترمودینامیکی پس از اختلاط محصولات و تصمیمگیری در رابطه با واکنشهای شیمیایی و آنزیمی نامطلوب کاربرد فراوان دارند. از طرف دیگر، تعیین دمای گذار شیشهای ( T g ) به عنوان یک ابزار پر قدرت برای درک خاصیت حرکتپذیری آب در غذا و کنترل زمان مجاز نگهداری محصول اهمیت دارد. هدف از انجام این تحقیق بکارگیری فرآیند آبگیری اسمزی نمونههای میوهی کیوی در محلول اسمزی با غلظتهای ساکاروز 30، 40 و 50 درجه بریکس، زمان غوطهوری 0، 5، 10، 20، 30، 60 و 120 دقیقه همراه با پیشتیمار اعمال امواج فراصوت به صورت غیر مستقیم به مدتهای 10، 20 و 30 دقیقه بود. تعیین تیمار بهینه با استفاده از دو روش سطح پاسخ و الگوریتم ژنتیک انجام شد. از طریق مدلسازی تحلیلی فرآیند آبگیری اسمزی به صورت دو بعدی در مختصات استوانهای، مقادیر ضریب نفوذ جرمی رطوبت به دست آمدند. اثر آبگیری اسمزی و امواج فراصوت بر بافت محصول توسط دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. منحنیهای همدمای دفع رطوبت میوه کیوی (نمونه تازه و نمونه تیمار شده بهینه) برای هفت سطح فعالیت آبی در دمای 20 درجه سلسیوس تعیین شد و سپس مناسبترین مدل از بین نه مدل تجربی بر مبنای بالاترین ضریب همبستگی و کوچکترین ریشه میانگین مربعات خطا و کمترین مدول میانگین انحراف نسبی انتخاب شد. دمای گذار شیشهای نمونههای تازه و تیمار بهینه با استفاده از دستگاه DSC اندازهگیری شد. برای آنالیز حرارتی، دمای نمونهها در محدودهی دمایی 70- تا 100 درجه سلسیوس با سرعت 5 درجه سلسیوس بر دقیقه تغییر داده شد. هفت مدل نیمه تجربی و تئوری مرسوم برای مدلسازی دمای گذار شیشهای میوهی کیوی به کار گرفته شد. نتایج نشان داد از پیشتیمار فراصوت میتوان برای آبگیری اسمزی به منظور افزایش سرعت افت رطوبت محصول استفاده کرد. به طور کلی با افزایش زمان غوطهوری، غلظت محلول اسمزی و زمان پیشتیمار فراصوت، مقدار افت رطوبت و جذب مواد جامد افزایش یافت. بافتشناسی نمونهها توسط تصاویر گرفته شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که امواج فراصوت سبب ایجاد ریز کانالها و تخریب بافت میگردند و در نتیجه سختی بافت نمونه کاهش مییابد. مناسبترین مدل برای مدلسازی منحنیهای همدمای نمونههای کیوی تازه و تیمار بهینه مدلهای گب و پلگ شناخته شدند. نتایج آنالیز حرارتی نشان داد که با افزایش محتوای رطوبتی دمای گذار شیشهای کاهش یافت. نتایج مدلسازی دمای گذار شیشهای همچنین نشان داد که مدل بروستاو و همکاران بهترین پیشبینی را از روند تغییرات دمای گذار شیشهای نمونههای کیوی تازه و تیمار بهینه با محتوای رطوبتی تعادلی دارد. همچنین مقادیر به دست آمده از پارامترهای مدل گوردون – تیلور با پارامترهای دیگر محققان نزدیکی بهتری دارد. در مدلسازی دمای گذار شیشهای به عنوان تابعی از فعالیت آبی نیز مدل روس و مدل خالوفی و همکاران برازش قابل قبولی به دادههای آزمایشی نشان دادند. کلید واژه : آنالیز حرارتی، بهینهسازی، دمای گذار شیشهای، همدمای دفع رطوبت.