SUPERVISOR
Javad Keramat,Nasser Hamdami
جواد کرامت (استاد مشاور) ناصر همدمی (استاد راهنما)
STUDENT
Hossein Mirzaei
حسین میرزائی بکتاشی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Effect of pulsed electric fields, ultrasound and hot water blanching pre-treatments on drying kinetics and quality of dried button mushroom by electrohydrodynamics and convective hot air method
Drying is a well-known and commonly used preservation method that increase the periodic consumption of biomaterials. Recently, the use of hybrid non-thermal methods with conventional drying methods are developed to increace the shelf life and quality of agricultural products. These methods improve the quality characteristics of dried products, on the other hand, reduce processing time, energy consumption and generally improve drying efficiency. In the present study, mushroom slices with 5 mm thickness, after the hot water blanching pre-treatment at 80°C for 3 minutes were subjected to pre-treatment of pulsed electric field at 1.6kV/cm 2 electric field strength (frequency 50Hz-pulse width 2.5 ms) to reach the disintegration index Z levels 0.2, 0.4, 0.6 and ultrasound pre-treatment at three levels of time 10, 20, and 30 minutes at two levels, the duty cycle was 45% and 68%. Then, the preformed mushroom slice with hot air convection at a flow rate of 2 m/s and EHD technique at 4.85 kV/cm 2 (at voltage of 17KV and gap electrode distance of 3.5 cm) at a constant temperature of 65°C with three replications Dried up. In order to evaluate the effect of pre-treatments and drying treatments on the quality characteristics of dried mushroom slice, final moisture content, texture hardness, water ability absorption and shrinkage of dried samples and color indices in dried and rehydrated samples where investigated. In order to determine the kinetics of moisture loss during drying, moisture content versus time and drying rate versus moisture content were plotted for each treatment. The value of drying rate increased with enhancement duty cycle and time for ultrasound pre-treatment, and with increasing disintegration index Z for pulsed electric fields pre-treatment. Using the analytical solution of Fick's second law relationship, Crank's solution, the effective moisture diffusivity values were obtained for the samples pre-treated with pulsed electric field during drying by electrohydrodynamic and hot air convection method, between 4.63×10 -10 to 5.75×10 -10 and 7.06×10 -10 to 10.18×10 -10 m 2 /s, respectively and samples pre-treated with ultrasound during drying by EHD and hot air convection method, between 4.75×10 -10 to 7.17×10 -10 and 7.20×10 -10 to 12.21×10 -10 m 2 /s, respectively. According to the results of the average energy consumption in drying 70 gr of mushroom slice in the electrohydrodynamics and hot air convection systems at constant temperature for pre-treatment of pulsed electric field, is 15.74 and 60.51 MJ/kg, and for ultrasonic pretreatment, 14/66 and 479/71 MJ/kg, respectively. The application of pre-treatment of pulsed electric fields and ultrasound betterment the color index (L * , a * , b * , ?E, BI) of pretreated mushroom slice compared to the blanched samples. Among the drying treatments, the electrohydrodinamic method had a lower color quality than hot air convection drying. The application of ultrasonic and pulsed electric field pre-treatment, increased the shrinkage of mushroom slice. Also, drying treatment with hot air convection was significantly (p?0.05) less damaged than electrohydrodinamic method. Amount of water absorption of mushroom slices was increased by applying pre-treatment of pulsed electric field and ultrasound compared to the blanched samples and the hardness of the mushroom slice decreased. Dried mushroom slice with electrohydrodynamic technique have much more hardness and lower water absorption capability than hot air convection dried samples. According to the results, the phenolic content and antioxidant activity of the mushroom slices after applying ultrasonic and pulse electric field pre-treatments decreased; enhancement the disintegration index Z in pre-treatment of pulsed electric fields and enhancement the duty cycle and time of ultrasound, the antioxidant compounds in the mushroom slice decreased. Also, electro-hydrodynamic treatment had a negative effect on phenolic content and antioxidant activity of mushroom slices compared to hot air convection Keywords : Pulsed electric field, ultrasound, convective flow, EHD, mushroom slice, drying, cavitation, electroporation
خشک کردن یک روش شناختهشده و معمول نگهداری مواد غذایی است که مصرف دورهای مواد بیولوژیک را افزایش میدهد. اخیراً استفاده از ترکیب روشهای غیرحرارتی با روشهای مرسوم خشک کردن برای حفظ کیفیت محصولات کشاورزی گسترشیافته است. این روشها باعث بهبود خصوصیات کیفی محصولات خشک شده، کاهش زمان فرآوری، کاهش مصرف انرژی و بهطورکلی افزایش راندمان خشک کردن میشوند. در پژوهش حاضر ورقههای قارچ باضخامت 5 میلیمتر بعد از فرآیند آنزیم بری با آب داغ در دمای80 درجه سلسیوس به مدت 3 دقیقه، تحت پیش تیمار میدان الکتریکی پالسی در قدرت میدان 6/1 کیلوولت بر سانتیمتر مربع (فرکانس 50 هرتز- پهنای پالس 5/2 میلیثانیه) تا رسیدن به سطوح فاکتورتخریب 2/0، 4/0، 6/0 و با پیش تیمار فراصوت در سه سطح زمان پیش تیمار 10، 20 و 30 دقیقه در دو سطح انرژی صوتی با ضریب کار 45% و 68% (توان 900 وات در ضریب کار 99%) قرار گرفتند؛ سپس ورقههای قارچ پیش تیمار شده با روش همرفت هوای داغ در سرعت جریان 2 متر بر ثانیه و روش الکتروهیدرودینامیک در قدرت میدان 5/2 کیلوولت بر سانتیمتر مربع (ولتاژ 17 کیلو ولت- فاصله بین الکترودی 5/3 سانتی متر) در دمای ثابت 65 درجه سلسیوس با سه تکرار خشک شدند. بهمنظور ارزیابی تأثیر پیش تیمارها و تیمارهای خشک کردن بر ویژگیهای کیفی ورقههای قارچ خشک شده، میزان رطوبت نهایی، سختی بافت، باز جذب آب و چروکیدگی نمونههای خشک شده و شاخصهای رنگی در نمونههای خشک شده و بازجذب شده موردبررسی قرار گرفت. بهمنظور بررسی سینتیک افت رطوبت طی فرآیند خشک شدن، نمودارهای آهنگ خشک کردن برحسب محتوای رطوبتی و محتوای رطوبتی برحسب زمان برای هر تیمار ترسیم شد. در پیش تیمار فراصوت با افزایش ضریب کار و زمان و در پیش تیمار میدان الکتریکی پالسی با افزایش فاکتورتخریب بافتی، آهنگ خشک شدن ورقههای قارچ افزایش یافت. طبق نتایج، میانگین انرژی مصرفی برای خشک کردن 70 گرم از ورقههای قارچ در سامانه الکتروهیدرودینامیک و همرفت هوای داغ در دمای ثابت برای پیش تیمار میدان الکتریکی پالسی بهترتیب برابر با 74/15 و 10/560 مگا ژول بر کیلوگرم و برای پیش تیمار فراصوت بهترتیب برابر با 66/14 و 71/479 مگا ژول بر کیلوگرم بود. اعمال پیش تیمار میدان الکتریکی پالسی و فراصوت باعث بهبود شاخصهای رنگی (افزایشL * وکاهشa * ) ورقههای قارچ پیش تیمار شده نسبت به تیمار آنزیم بری با آب داغ شد. بعد از فرآیند خشک کردن، باوجود برتری شاخصهای رنگی تیمار شاهد در مقایسه پیش تیمار فراصوت و پالس الکتریکی، بعد از فرآیند بازجذب تیمارهای شاهد دچار افت شدید رنگی شدند این در حالی بود که بعد از فرآیند بازجذب ورقههای قارچ آنزیم بری شده و پیش تیمار شده شاخصهای رنگی بهبود پیدا کرد. در بین تیمارهای خشک کردن، روش الکتروهیدرودینامیک داری کیفیت رنگی پایینتری نسبت به خشک کردن همرفت هوای داغ بود. اعمال پیش تیمار فراصوت و میدان الکتریکی پالسی باعث افزایش چروکیدگی ورقههای قارچ شد. همچنین تیمار خشک کردن با جریان همرفت بهصورت معنی دارای دارای چروکیدگی کمتری نسبت به روش الکتروهیدرودینامیک بود. میزان باز جذب آب ورقههای قارچ با اعمال پیش تیمار میدان الکتریکی پالسی و امواج فراصوت در مقایسه با ورقههای قارچ آنزیم بری شده افزایش و سختی بافت ورقههای قارچ کاهش یافت. ورقههای قارچ خشک شده با روش الکتروهیدرودینامیک سختی بافت بیشتر و قابلیت جذب آب پایینتری را در مقایسه با نمونههای خشک شده با جریان همرفت هوای داغ داشتند. بر اساس نتایج محتوای فنولی و فعالیت آنتیاکسیدانی ورقههای قارچ بعد از اعمال پیش تیمار فراصوت و میدان الکتریکی پالسی کاهش یافت؛ با افزایش فاکتورتخریب بافتی در پیش تیمار میدان الکتریکی پالسی و افزایش ضریب کار و زمان پیش تیمار فراصوت میزان ماندگاری ترکیبات آنتیاکسیدانی موجود در ورقههای قارچ کاهش یافت. همچنین تیمار الکتروهیدرودینامیک در مقایسه با تیمار همرفت تأثیر منفی بر محتوای فنولی و فعالیت آنتیاکسیدانی ورقههای قارچ داشت. کلمات کلیدی: میدان الکتریکی پالسی، فراصوت، جریان همرفت، الکتروهیدرودینامیک، ورقههای قارچ، خشک کردن، حفره زایی، الکتروپوریشن