بهینه‌سازی خشک کردن جلبک قرمز دریایی (Chondracanthus chamissoi) با هوای گرم و با کمک لامپ رشته‌ای با استفاده از روش سطح پاسخ

ماشین های کشاورزی

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 31 خرداد 1404   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی انگلیسی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2025.89911.1283

نویسندگان

امیلی النا ویوانکو-کوبا¹؛ داوید ویوانکو پسانتس^{* 2}

¹دانشکده مهندسی شیمی و نساجی، دانشگاه ملی مهندسی، لیما، پرو

²دانشکده مهندسی شیلات و مواد غذایی، دانشگاه ملی کالائو، پرو

چکیده

جلبک‌های دریایی به‌خاطر ارزش‌های تکنولوژیکی، تغذیه‌ای و سلامتی آن‌ها شناخته می‌شوند. برای تثبیت و حفظ کیفیت محصول در طول انبارداری خشک کردن آن‌ها ضروری است. در این تحقیق، با استفاده از روش سطح پاسخ مدل‌های ریاضی خشک کردن به‌صورت توابع چندجمله‌ای ارائه شده‌اند. تاثیر متغیرهای مستقل خشک کردن شامل چگالی بار (1.70-15 کیلوگرم بر متر مربع)، توان لامپ رشته‌ای (0-500 وات)، دما (30-70 درجه سانتی‌گراد) و سرعت هوا (0.5-2.5 متر بر ثانیه) بر متغیرهای پاسخ شامل پذیرش جهانی (--)، محتوای فنلی کل (معادل میلی‌گرم گالیک اسید در 100 گرم وزن خشک) و زمان خشک کردن (دقیقه) مورد مطالعه قرار گرفت. این مطالعه نشان داد که دما و توان لامپ رشته‌ای در طی خشک کردن به‌طور قابل‌توجهی بر محتوای فنلی کل تاثیر می‌گذارند. خشک کردن بهینه در شرایط چگالی بار 9.13 کیلوگرم بر متر مربع، وات لامپ رشته‌ای 374.5 وات، دما و سرعت هوای خشک‌کن به‌ترتیب 63.3 درجه سانتی‌گراد و 1.88 متر بر ثانیه حاصل شد. نتایج همچنین نشان می‌دهد که افزایش توان لامپ‌های رشته‌ای منجر به کوتاه‌تر شدن زمان خشک شدن تا 40-45 درصد می‌شود. برای شرایط بهینه از مدل‌های ریاضی برای شبیه‌سازی منحنی خشک کردن و سینتیک ماده مورد مطالعه استفاده شد. با استفاده از روش شبه نیوتن سیمپلکس، دو مدل میدیلی و همکاران و پیج به‌ترتیب عملکرد بهتری در برازش منحنی‌ها با داده‌های تجربی به‌دست آوردند. تحت این شرایط، مقدار ضریب نفوذ موثر آب در حدود ^11-10×2.03 متر مربع بر ثانیه به‌دست آمد که مقداری بسیار شبیه به مقادیر اعلام‌شده برای محصولات مرتبط با صنایع کشاورزی می‌باشد. اطلاعات به‌دست‌آمده در این پژوهش می‌تواند برای استفاده از پارامترهای به‌دست‌آمده و تکنیک‌های استفاده‌شده برای توسعه تجهیزات و کنترل فرآیند در خشک کردن جلبک دریایی قرمز کمک زیادی کنند.

کلیدواژه‌ها

بهینه‌سازی خشک کردن؛ روش سطح پاسخ؛ سینتیک خشک کردن؛ ضریب نفوذ موثر؛ محتوای فنلی؛ مدل‌سازی ریاضی

مراجع

1. Aladag, M. O., Doğu, S., Uslu, N., Özcan, M. M., Gezgin, S. Y., & Dursun, N. (2020). Effect of Drying on Antioxidant Activity, Phenolic Compounds and Mineral Contents of Hawthorn and Wild Pear Fruits. Erwerbs-Obstbau, 62(4), 1439-0302. https://doi.org/10.1007/s10341-020-00526-6
2. Amir, N., Mustajib, M. I., Gozan, M., & Chan, C. (2024). Development of a novel tray solar dryer for aquaculture product: Experimental study on drying kinetics and product quality in Eucheuma cottonii seaweed. Solar Energy, 273,1-16. https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112503
3. Botelho, F., Corrêa, P., Goneli, A., Marcio, A., Martins, A., Magalhães, F., & Campos, S. (2011). Periods of constant and falling-rate for infrared drying of carrot slices. Storage and Processing of Agricultural Products, 15(8), 845-852. https://doi.org/10.1590/s1415-43662011000800012
4. Burneo, N. F., Mora-Medina, M., & Figueroa, J. G. (2021). Optimization of Dehydration and Extraction of Phenolic Compounds from Mango Peel. Nova, 45(5), 621-629, https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170842
5. Castro, L. M., & Coelho-Pinheiro, M. N. (2015). A Simple Data Processing Approach for Drying Kinetics Experiments, Chemical Engineering Communications, 203(2), 258-269 https://doi.org/10.1080/00986445.2014.993468
6. Celma, A. R., Rojas, R., & López-Rodríguez, F. (2008). Mathematical modelling of Thin-Layer infrared drying of wet olive husk. Chemical Engineering and Processing, 47(9-10), 1810-1818. https://doi.org/10.1016/j.cep.2007.10.003
7. Chen, D., Li, K., & Zhu, X. (2012). Determination of effective moisture diffusivity and activation energy for drying of powdered peanut shell under isothermal conditions. BioResources, 7(3), 3670-3678.
8. Chenlo, , Arufe, S., Díaz, D., Torres, M. D., Sineiro, J., & Moreira, R. (2018). Air-drying and rehydration characteristics of the brown seaweeds, Ascophylum nodosum and Undaria pinnatifida. Journal of Applied Phycology, 30, 1259-1270. https://doi.org/10.1007/s10811-017-1300-6
9. Crank, J. (1975). The Mathematics of Diffusion (2nd ed.). Oxford, UK: Clarendon Press, Oxford University Press.
10. Del Rosario, E. Z., & Mateo, (2019). Hot water blanching pre-treatments: enhancing drying of seaweeds (Kappaphycus alvarezii S.). Open Science Journal, 4, 1-28. https://doi.org/10.23954/osj.v4i1.2076
11. Dereje, B., & Abera, S. (2020) Effect of some pretreatments before drying on microbial load and sensory acceptability of dried mango slices during storage periods, Cogent Food & Agriculture, 6(1), 1807225. https://doi.org/10.1080/23311932.2020.1807225
12. Díaz-godínez, G., Peña-solís, K., & Diaz-domínguez, G. (2024). Algae as nutritional and bioactive food ingredients. Mexican Journal of Chemical Engineering, 23(2), 1-19. https://doi.org/10.24275/rmiq/bio24209
13. Dong, X., Hu, Y., Li, Y., & Zhou, Z. (2019). The maturity degree, phenolic compounds and antioxidant activity of Eureka lemon [Citrus limon (L.) Burm. f.]: A negative correlation between total phenolic content, antioxidant capacity and soluble solid content. Scientia Horticulturae, 243(3), 281-289. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.08.036
14. Galoburda, R., Kruma, Z. Y., & Ruse, K. (2012). Effect of Pretreatmen Method on the Content of Phenolic Compounds, Vitamin C and Antioxidant Activity of Dried Dill. International Journal of Nutrition and Food Engineering, 6(4), 50-59.
15. Gonzales, R. V., Rodeiro, M. C., San Martin, F. C., & Vila, P. S. (2014). Introduction to sensory analysis. Hedonic study of bread in Ies Mugardos. Sgapeio, 1(1), 1-25.
16. Lewicki, P. P., & Korczak, K. (1996). Modeling convective drying of apple. In C. Strumillo & Z. Pakowski (Eds.), Drying '96 - Proceedings of the 10th International Drying Symposium (IDS 961, Vol. B) (pp. 965-972). Krakow, Poland.
17. Liu, H., Yousaf, K., Chen, K., Fan, R., Liu, J., & Soomro, S. A. (2018). Design and thermal analysis of an air source heat pump dryer for food drying. Sustainability, 10(9), 3216. https://doi.org/10.3390/su10093216
18. Lopez-Hortas, L., Florez-Fernandez, N., Mazon, J., Domínguez, H., & Dolores-Torres, M. (2023). Relevance of drying treatment on the extraction of high valuable compounds from invasive brown seaweed Rugulopteryx okamurae. Algal Research, 69, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.algal.2022.102917
19. Midilli, A., Kucuk, H., & Yapar, Z. (2002). A new model for single layer drying. Drying Technology, 20(7), 1503-1513. https://doi.org/10.1081/drt-120005864
20. Nazemi, F., Keikhosro, K., & Denayer, J. F. (2023). Techno-economic aspects of different process approaches based on brown macroalgae feedstock: A step toward commercialization of seaweed-based biorefineries. Algal Research, 58, 1-14. https://doi.org/10.1016/j.algal.2021.102366
21. Patil, M. D. R., Kore, M. S. S., Patil, M. V. N., Mane-Deshmukh, M. A. S., Mali, S. B. Y., & Durgade, D. P. (2019). Artificial lightning in solar tunnel dryer for coriander. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 6(7), 1051–1056. Retrieved from https://www.irjet.net/archives/V6/i7/IRJET-V6I7113.pdf
22. Purnomo, B. P. Y., & Fzahruddin, A. (2024). Design and Testing of Holagen Incandescent Lamp-Based Corn Drying Cabinet to Improve Efficiency and Cleanliness of the Processing Process. Indonesian Journal of Microbiology, 1(1). https://doi.org/10.47134/ijm.v1i1.2473
23. Ramaswamy, H. S., & Nsonzi, F. (1998). Convective-air drying kinetics of osmotically pre-treated blueberries. Drying Technology, 16(3-5), 743-759. https://doi.org/10.1080/07373939808917432
24. Rorato, T. B., Mezzomo, N., & Salvador, S. R. (2014). Application of banana peel extract with antioxidant potential in the formulation of biscuits. Latin American Food, 310, 60-66.
25. Santhoshkumar, P., Yoha, K. S., & Moses, J. A. (2023). Drying of seaweed: Approaches, challenges and research needs. Trends in Food Science & Technology, 138, 153-163. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2023.06.008
26. Snoussi, A., Essaidi, I., Ben Haj Koubaier, H., Zrelli, H., Alsafari, I., Živoslav, T., Mihailovic, J., Khan, M., El Omri, A., Ćirković Veličković, T. Y., & Bouzouita, N. (2021). Drying methodology effect on the phenolic content, antioxidant activity of Myrtus communis leaves ethanol extracts and soybean oil oxidative stability. BMC Chemistry, 15(1). https://doi.org/10.1186/s13065-021-00753-2
27. Sharma, G., Verma, R., & Pathare, P. (2005). Mathematical modeling of infrared radiation thin-layer drying of onion slices. Journal of Food Engineering, 71(3), 282-286. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2005.02.010
28. Soysal, Y., Keskin, M., Arslan, A., & Sekerli, Y. E. (2018). Infrared drying characteristics of pepper at different maturity stages. In Proceedings of the International Conference on Energy Research (ENRES2018), 1-2 November 2018, Alanya, Turkey, pp. 293-304.
29. Thakur, A. K., & Gupta, A. K. (2006). Water absorption characteristics of paddy, brown rice and husk during soaking. Journal of Food Engineering, 75(2), 252-257. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2005.04.014
30. Tingxue, Z., Qingying, D., Huabin, Z., & Hailong, Y. (2022). Drying Kinetics. Physicochemical properties, antioxidant activity and antidiabetic potential of Sargassum fusiforme processed under four drying techniques. LWT-Food Science and Technology, 163(1), 1-10. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2022.113578
31. Treybal, R. E. (1980). Mass transfer operations. 2nd. Ed. Mexico D. F. Mexico. Editorial McGraw-Hill; p. 480.
32. Torrenegra-Alarcón, M., Granados-Conde, C., & León-Mendez, G. (2019). Antioxidant activity of ethanolic extract of capsicum frutescens L. Bistua. Journal of the Faculty of Basic Sciences, 17(2), 1-12. https://doi.org/10.24054/01204211.v2.n2.2019.3526
33. Uribe, E., Vega-Gálvez, A., Di Scala, K., Oyanadel, R., Saavedra Torrico, J., & Miranda, M. (2011). Characteristics of Convective Drying of Cucumber Fruit (Solanum muricatum): Application of Weibull Distribution. Food Bioprocess Technology, 4(8), 1349-1356. https://doi.org/10.1007/s11947-009-0230-y
34. Vega, G. A., Lemus, M. R., Tello, I. C., Miranda, M., & Yagnam, F. (2009). Kinetic Study of convective drying of blueberry variety O’Neil (Vaccinium corymbosum ). Chilean Journal of Agricultural Research, 69(2), 171-178. https://doi.org/10.4067/S0718-58392009000200006
35. Vigasini, S. C., Barrow, A., Xinyu, D., Osman, T., Hafiz, A. R., & Suleira A. (2023). Comparative study on the effect of different drying techniques on phenolic compounds in Australian beach-cast brown seaweeds. Algal Research, 72, 1-15. https://doi.org/10.1016/j.algal.2023.103140
36. Vivanco-Pezantes, D., & Nieto-Freire, D. J. (2021). Use of response surface methodology for the optimization of ginger (Zingiber Officinale) sheet microwave drying and determination of equilibrium moisture conditions. Agroindustrial Science, 11(2), 211-219. https://doi.org/10.17268/agroind.sci.2021.02.11
37. Wang, J., Yang, X. H., Mujumdar, A. S., Fang, X. M., Zhang, Q., & Zheng, Z. (2018). Effects of high-humidity hot air impingement blanching (HHAIB) pretreatment on the change of antioxidant capacity, the degradation kinetics of red pigment, ascorbic acid in dehydrated red pep-pers during storage. Food Chemistry, 259, 65-72. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.03.123
38. Wells, M. L., Potin, P., Craigie, J. S., Raven, J. A., Merchant, S. S., & Helliwell, K. E. (2017). Algae as nutritional and functional food sources: revisiting our understanding. Journal of Applied Phycology, 29, 949-982. https://doi.org/10.1007/s10811-016-0974-5
39. Xianglu, Z., Healy, L., Zhihang, Z., Maguire, J., Dae-Wur, S., & Tiwari, B. K. (2021). Novel postharvest processing strategies for value-added applications of marine algae. Science of Food and Agriculture, 1, 1-12. https://doi.org/10.1002/jsfa.11166