مطالعه هم دماهای رطوبتی پالپ انگور (واریته سیاه سردشت)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه علوم و صنایع غذایی دانشگاه ارومیه

2 مدیر تحصیلات تکمیلی

3 استادیار گروه علوم و صنایع غذایی دانشگاه ارومیه

چکیده

سابقه و هدف: انگور سیاه ارگانیک که در منطقه سردشت آذربایجان‌غربی تولید می‌شود، حاوی رسوراترول و فلاوونوئیدها و مقادیر بالایی از ملاتونین است که برای سلامتی مفید می‌باشند. منحنی‌های هم‌دمای جذب و دفع رابطه بین رطوبت ماده غذایی و رطوبت نسبی تعادلی در یک دمای معین را نشان می‌دهند. منحنی‌های هم‌دما در تخمین عمرماندگاری و در محاسبه مقدار تغییرات رطوبت در طی خشک‌کردن، نگهداری و بسته‌بندی کاربرد دارند. داده‌های به‌دست آمده از منحنی‌های هم‌دمای جذب و دفع رطوبت در آنالیز واکنش‌های فیزیکی، شیمیایی و میکروبی انواع مواد غذایی بسیار حایز اهمیت می‌باشند. منحنی‌های هم‌دما قادر به پیش‌بینی حداکثر رطوبت حفظ شده در ماده غذایی طی فراوری می‌باشند. در این تحقیق رطوبت تعادلی هم‌دماهای جذب و دفع پالپ انگور سیاه سردشت در پنج دمای30، 40، 50، 60 و70 درجه سانتی‌گراد و در محدوده فعالیت آبی (aw) 1/0 تا 9/0 به‌روش وزن‌سنجی ایستا تعیین گردید.
مواد و روش‌ها: انگور سیاه مورد استفاده در این تحقیق، از باغی در شهرستان سردشت تهیه شد. نُه محلول اشباع نمکی با درجه خلوص بالای 98 درصد برای ایجاد رطوبت نسبی مورد نیاز، به‌کار گرفته شد و برای توضیح رفتار هم‌دمایی ، پنج مدل ریاضی گب، بت، دآرسی-‌وات، هندرسون و هالسی برای برازش با داده‌های آزمایشی با استفاده از آنالیز رگرسیون غیر خطی مورد استفاده قرار گرفت. مدل‌ها بر اساس حداقل مدول میانگین انحراف نسبی (P%) ، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) ، مربع کای (χ2) و حداکثر ضریب تبیین (R2) مورد آنالیز قرار گرفتند. انرژی پیوندی با استفاده ار معادله کلازیوس-کلاپیرون محاسبه گردید.
یافته‌ها: منحنی‌های هم‌دمای رطوبتی حاصل از پالپ انگور سیاه سردشت در تمام سطوح دمایی، شبیه منحنی نوع سوم بت بود. هم-دماهای جذب و دفع رطوبتی به‌دست‌آمده در این تحقیق، تحت تاثیر دما بوده و با افزایش دما محتوای رطوبت تعادلی نمونه‌ها عموما افزایش یافت. با توجه به پارامترهای ارزیابی مدل‌های آزمایش شده، مدل دآرسی-وات همواره دارای مدول میانگین انحراف نسبی کمتر از ده و کمترین مقادیر ریشه میانگین مربعات خطا و مربع کای را داشت که نشان دهنده اعتبار این مدل در پیش‌بینی رفتار جذب و دفع رطوبتی پالپ انگور سیاه می‌باشد. همچنین نتایج نشان داد که مدل‌های بت و گب فقط در دماهای بالا برای پیش‌بینی هم-دماهای رطوبتی در پالپ انگور سیاه قابل استفاده‌اند. انرژی پیوندی با کاهش محتوای رطوبتی به‌ویژه در رطوبت‌های کمتر از 2/0% (بر مبنای ماده خشک) به طور قابل توجهی افزایش یافت.
نتیجه‌گیری: با افزایش دما مقادیر رطوبت تعادلی پالپ انگور سیاه افزایش یافت و اثر معکوس دمایی در محدوده فعالیت آبی مورد مطالعه مشاهده نشد. با وجود آن که پالپ انگور سیاه محتوی قند است در روابط بین رطوبت تعادلی با فعالیت آبی نیز پدیده وارونگی مشاهده نشد. مدل دآرسی-وات بهترین برازش را در تمام دامنه فعالیت آبی و دماهای آزمایشی فراهم نمود. انرژی پیوندی با افزایش محتوای رطوبتی کاهش یافت که به دلیل نزدیک شدن خصوصیات آب موجود در پالپ به آب آزاد است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study of sorption isotherms of grape pulp (Siah-Sardasht cultivar)

نویسندگان [English]

  • Nelma Aghazadeh 1
  • Forough Mohtarami 3
1 MSc Student of Food Science and Technology of Urmia University
3 Assistant professor of Food Science and Technology of Urmia University
چکیده [English]

Background and objectives: Organic black grapes, which are produced in Sardasht, West Azerbaijan province of Iran, contain resveratrol and flavonoids and high amount of melatonin having health benefits. The relationship between equilibrium moisture content and water activity at specified temperature is expressed as sorption isotherms. Moisture sorption isotherms are useful in predicting shelf-life stability and in calculating the variations of moisture content during drying, storage and packaging. In physical, chemical and microbial analysis of food, data obtained from adsorption and desorption curves are very important factors. Isotherm curves are able to predict the maximum moisture retention in foods during processing. In this study, the moisture sorption isotherms of grape pulp (Siah-Sardasht cultivar) were determined using a static-gravimetric method at 30, 40, 50, 60 and 70°C with water activities over the range of 0.1-0.9.
Material and methods: Black grapes were obtained from a vineyard of Sardasht in the West Azerbaijan province of Iran. Nine saturated salt solutions with degree of purity over 98% for generating a range of relative humidity were used and in order to describe the sorption moisture isotherms, the BET, GAB, Henderson, Darcy-watt and Halsey equations were tested to fit the experimental data by using non-linear regression analysis method. The models were sorted based on the least mean absolute percentage error (p < 10%), RMSE and χ2, and the highest R-square. The isosteric heat was determined using the Claussius–Clapeyron equation.
Results: At all of temperature levels, moisture sorption isotherm curves of Sardasht black grape pulp were of type III, according to BET. Moisture sorption isotherms obtained in this work were affected by temperature, and the equilibrium moisture content generally increased with increasing of temperature. According to the evaluation parameters of the models tested, P-value of Darcy-Watt model was consistently less than 10 % and its RMSE and χ2 were lowest, indicating its reliability in predicting moisture sorption behavior of the black grape pulp. The results also showed that, to predict moisture sorption in the grape pulp, BET and GAB models can be used only at high temperatures. The isosteric heat showed a marked increase with decreasing moisture content especially at less than 0.3% (d.b).
Conclusion: At the studied range of water activity, the equilibrium moisture content values of the black grape pulp increased with increasing temperature, and the reverse temperature effect wasn’t observed in the range studied of water activities. In spite of presence of sugar in the black grape pulp, no inversion phenomenon was observed in the relationship between equilibrium moisture content and water activity. Darcy-Watt model was found to be offering the best fits over the entire water activity and temperature range. The isosteric heat decreased with increasing of moisture content by reason of the approaching pulp water properties to the free water one.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Grape pulp (Siah Sardasht Cultivar)
  • Equilibrium humidity
  • Sorption isotherm
  • Isosteric heat of sorption
Ahmadi, K. 2013. Agricultural statistics, Ministry of Agriculture, Department of planning and economic center of information and communication technology. (In Persian)
Ahmadi, K., Golizadeh, H.A., Ebadzadeh, H.R., Hoseinpur, R., Hatami, F., Abdshah, H., Rezai, M.M., Kazemifard, R., and Estabrag, M.F. 2014. Agricultural statistics, Ministry of Agriculture, Department of planning and economic center of information and communication technology. (In Persian)
 Alakali, J., Irtwange, S.V., and Satimehin, A. 2009. Moisture adsorption characteristics of ginger slices. Food Science and Technology (Campinas), 29(1): 155-164.       
 Alhamdan, A.M., and Hassan, B.H. 1999. Water sorption isotherms of date pastes as influenced by date cultivar and storage temperature. Journal of Food Engineering, 39(3), 301-306.           
 Ayranci, E., Ayranci, G., and Dogantan, Z. 1990. Moisture sorption isotherms of dried apricot, fig and raisin at 20 C and 36 C. Journal of food science, 55(6): 1591-1593.
 Basu, S., Shivhare, U., and Mujumdar, A. 2006. Models for sorption isotherms for foods: A review. Drying technology, 24(8): 917-930.
 Chui, M.H., and Greenwood, C.E. 2008. Antioxidant vitamins reduce acute meal-induced memory deficits in adults with type 2 diabetes. Nutrition Research, 28(7): 423-429. 
 Ciro, H., Osorio, J. A., and Cortes, E.A. 2008. Determination of the isosteric heat to plantain pulp (musa paradisiaca) by sorption isotherms. Dyna, 75(156): 127-134.
Cowley, G., 1995. Melatonin. Newsweek, August, 7: 46-48
 Dandamrongrak, R., Young, G., and Mason, R. 2002. Evaluation of various pre-treatments for the dehydration of banana and selection of suitable drying models. Journal of Food Engineering, 55(2): 139-146.
1Dolati, H., and Abdollahi, B. 2012. Sardasht mass screening and health clones black grape varieties to improve yield and fruit quality, research projects. (In Persian)
Esmaiili, M., Rezazadeh, G., Sotudeh-Gharebagh, R., and Tahmasebi, A. 2007. Modeling of the seedless grape drying process using the generalized differential quadrature method. Chemical Engineering and Technology, 30(2): 168-175.
Garcia-Parrilla, M.C., Cantos, E., and Troncoso, A.M. 2009. Analysis of melatonin in foods. Journal of Food Composition and Analysis, 22(3): 177-183.
Golami Porshokuhi, M., Rashidi, M., and Beheshti, B. 2008. Estimation of Moisture Desorption Isotherms for Thompson Seedless Raisins and Determining the Best Appropriate Model. Journal of Agricultural Tehran University. 10(2): 115-126. (In Persian)
Goula, A.M., Karapantsios, T.D., Achilias, D.S., and Adamopoulos, K.G. 2008. Water sorption isotherms and glass transition temperature of spray dried tomato pulp. Journal of Food Engineering, 85(1): 73-83.
Hall, C.W., and Davis, D.C. 1979. Processing equipment for agricultural products, AVI Publishing Co., Inc.
Haque, A., Shimizu, N., Kimura, T., and Bala, B. 2007. Net isosteric heats of adsorption and desorption for different forms of hybrid rice. International Journal of Food Properties, 10(1), 25-37.
Kaya, S., and Kahyaoglu, T. 2005. Thermodynamic properties and sorption equilibrium of pestil (grape leather). Journal of Food Engineering, 71(2): 200-207.
Kaymak-Ertekin, F., and Gedik, A. 2004. Sorption isotherms and isosteric heat of sorption for grapes, apricots, apples and potatoes. LWT-Food Science and Technology, 429-438.         
Kaymak-Ertekin, F., and Sultanoğlu, M. 2001. Moisture sorption isotherm characteristics of peppers. Journal of Food Engineering, 47(3): 225-231.
Kumar, A.J., Singh, R., Patil, G., and Patel, A. 2005. Effect of temperature on moisture desorption isotherms of kheer. LWT-Food Science and Technology, 38(3): 303-310.        
Labuza, T., Kaanane, A., and Chen. J. 1985. Effect of temperature on the moisture sorption isotherms and water activity shift of two dehydrated foods. Journal of food science, 50(2), 385-392.
Majd, K.M., Karparvarfard, S.H., Farahnaky, A., and Jafarpour, K. 2013. Thermodynamic of water sorption of grape seed: temperature effect of sorption isotherms and thermodynamic characteristics. Food Biophysics, 8(1): 1-11. 
ohtarami, F., and Esmaiili, M. 2014. Effect of grape pretreatment on moisture isotherms. Journal of Food. 24 (1): 1-10. (In Persian)
Mrad, N.D., Bonazzi, C., Boudhrioua, N., Kechaou, N., and Courtois, F. 2012. Influence of sugar composition on water sorption isotherms and on glass transition in apricots. Journal of Food Engineering, 111(2): 403-411.
Muzaffar, K., and Kumar, P. 2016. Moisture sorption isotherms and storage study of spray dried tamarind pulp powder. Powder Technology, 291: 322-327.         
Rodríguez-Bernal, J., Flores-Andrade, E., Lizarazo-Morales, C., Bonilla, E., Pascual-Pineda, L.A., Gutierrez-Lopez, G., and Quintanilla-Carvajal, M.X. 2015. Moisture adsorption isotherms of the borojó fruit (Borojoa patinoi. Cuatrecasas) and gum arabic powders. Food and Bioproducts Processing, 94, 187-198.
Samapundo, S., Devlieghere, F., Demeulenaer, B., Atukwase, A., Lamboni, Y., and Debevere, J.M. 2007. Sorption isotherms and isosteric heats of sorption of whole yellow dent corn. Journal of Food Engineering, 79(1), 168-175.
San Martin, M.B., Mate, J.I., Fernandez, T., and Virseda, P. 2001. Modelling adsorption equilibrium moisture characteristics of rough rice. Drying technology, 19(3-4): 681-690
Saravacos, G., Tsiourvas, D., and Tsami, E. 1986. Effect of temperature on the water adsorption isotherms of sultana raisins. Journal of food science, 51(2): 381-383.   
Sormoli, M E., and Langrish, T.A. 2015.  Moisture sorption isotherms and net isosteric heat of sorption for spray-dried pure orange juice powder. LWT-Food Science and Technology, 62(1), 875-882.
Telis, V., Gabas, A., Menegalli, F., and Telis-Romero, J. 2000. Water sorption thermodynamic properties applied to persimmon skin and pulp. Thermochimica Acta, 343(1): 49-56.
Tsami, E., Marinos-Kouris, D., and Maroulis, Z. 1990. Water sorption isotherms of raisins, currants, figs, prunes and apricots. Journal of food science, 55(6): 1594-1597.        
Wang, N., and Brennan, J. 1991. Moisture sorption isotherm characteristics of potatoes at four temperatures. Journal of Food Engineering, 14(4): 269-287.
Weisser, H., Weber, J., and Loncin, M. 1982. Water vapour sorption isotherms of sugar substitutes in the temperature range 25 to 80° C. Inter Zeits Lebens Technol, 33, 89.
Wolf, W., Spiess, W., and Jung, G. 1985. Standardization of isotherm measurements (cost-project 90 and 90 bis). Properties of water in foods, Springer, 661-679.    
Yan, Z., Sousa-Gallagher, M.J., and Oliveria, F.A.R. 2008. Sorption isotherms and moisture sorption hysteresis of intermediate moisture content banana. Journal of Food Engineering, 86(3): 342-348.