تاثیر صمغ ها بر رئولوژی دینامیک ماست فوری شتر: بهینه سازی با استفاده از الگوریتم کرم شب تاب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد فیزیک و مهندسی مواد غذایی گروه علوم و صنایع غذایی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در این مقاله، اثر صمغ های کربوکسی متیل سلولز، صمغ کنجاک و صمغ دانه مرو و مخلوط آنها بر خصوصیات رئولوژیکی دینامیک ماست فوری شتر مورد ارزیابی قرار گرفت و سپس این خصوصیات با استفاده از مدلهای به دست آمده از طرح مخلوط با استفاده از الگوریتم کرم شب تاب بهینه گردید. نتایج آزمون تنش متغیر برای نمونه های مختلف نشان داد که مدول الاستیک (G’) بیشتر از مدول ویسکوز (G”) بود که مبین رفتار جامد گونه نمونه ها بود. نتایج اثر سینرژیستی این سه صمغ به ویژه اثر سینرژیستی صمغ دانه مرو و کربوکسی متیل سلولز بر روی کرنش بحرانی و تنش تسلیم تیمار های فرمولاسیون ماست فوری شتر را نشان داد. صمغ دانه مرو نیز بیشترین تاثیر را برروی افزایش k’، k” و k* داشت که البته ترکیب با کربوکسی متیل سلولز و صمغ کنجاک نیز می توانست این تاثیر را بهبود دهد. از طرفی کلیه اثرات خطی و متقابل صمغ های مختلف بر روی n’، n” و n* معنی دار نبود که نشان دهنده تاثیر یکسان صمغ ها برروی این پارامترها بود. نتایج بهینه درصد صمغ های مختلف برای دستیابی به حداکثر مدول الاستیک در ناحیه خطی (G΄LVE)، ، کرنش بحرانی (γc)، تنش تسلیم (τy)، n′، k′، n″، n*، k* و حداقل مدول افت در ناحیه خطی (G˝LVE) استفاده از الگوریتم کرم شب تاب در فضای مولفه های اصلی نشان داد که مقادیر بهینه به دست آمده از صمغ های کنجاک و دانه مرو در مجاورت هم قرار گرفته و واریانس بیشتری از داده‌های مربوط به پارامترهای رئولوژیکی را به خود اختصاص داده اند که نشان دهنده تشابه اثر این دو صمغ و نقش موثرتر آنها به ویژه صمغ دانه مرو به عنوان صمغ بومی ایران بر روی پارامتر های مزبور نسبت به کربوکسی متیل سلولز می باشد.

چکیده تصویری

تاثیر صمغ ها بر رئولوژی دینامیک ماست فوری شتر: بهینه سازی با استفاده از الگوریتم کرم شب تاب

تازه های تحقیق

  • ماست فوری شتر توسط خشک کردن پاششی ماست تازه شتر و مخلوط آن با صمغ های مختلف تهیه شد.
  • اثر کربوکسی متیل سلولز، صمغ کنجاک و صمغ دانه مرو بر خصوصیات رئولوژیکی دینامیک ماست فوری شتر مورد ارزیابی قرار گرفت.  
  • فرمولاسیون ماست فوری شتر با استفاده از الگوریتم کرم شب تاب بهینه‌سازی شد.
  • صمغ دانه مرو به‌عنوان یک هیدروکلوئید جدید، بسیار مناسب بوده و خواص مطلوب را در ماست فوری شتر ایجاد می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of gums on dynamic rheology of instant camel yogurt: Optimization using mixture design and Firefly Algorithm

نویسندگان [English]

  • Morteza Kashaninejad 1
  • Sayyed Mohammad Ali Razavi 2
1 PhD Student, Department of Food Science and Technology, Ferdowsi University of Mashhad (FUM),
2 Professor in food physics and Engineering in Department of Food Science& Technology , Agriculture Faculty , Ferdowsi University of Mashhad, Iran
چکیده [English]

In this paper, the effect of carboxyl methyl cellulose (CMC), konjac gum (KG) and sage seed gum (SSG) and their mixtures on dynamic rheological properties of the instant camel yogurt samples were investigated, Then, these properties were optimized using mixture design models and firefly algorithm. The results of the stress sweep tests for different samples showed that the elastic modulus (G ') values were greater than viscous modulus (G') indicating behavior essentially like that of solids. Results showed the synergistic effect of these three gums, especially the synergistic effect of SSG and CMC on the critical strain and the yield stress of instant camel yogurt samples. Frequency sweep test results showed that samples had a typical weak gel-like structure behavior at any given frequency and complex viscosity (*) had a linear correlation with frequency. SSG had the most positive effect on k’, k" and k* but the combination with CMC and KG could also improve this effect. All the linear terms in the predicted models for the n’, n" and n* parameters were insignificant (P

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carboxymethylcellulose
  • Dynamic rheology
  • Firefly algorithm
  • Instant camel yogurt
  • Konjac gum
  • Sage seed gum
[1] Tamime, Y., Robinson, R. K., Tamime and Robinson's Yoghurt 3rd Edition Science and Technology (2007). Imprint: Woodhead Publishing, pp 350.

 [2] Kumar, P., Mishra, H. N. (2004). Yoghurt powder— A review of process technology, storage and utilization. Food Bioprod Process, 82(C2), 133–142.

 [3] Dogan, M., Kayacier, A., Ic, E. (2007). Rheological characteristics of some food hydrocolloids processed with gamma irradiation. Food Hydrocoll., 21(3), 392–396.

[4] Labell, F. 1989. Yogurt cultures offer health benefits. Food Processing 10,133–138.

[5] Kayacier, A., Dogan, M. (2006). Rheological properties of some gums-salep mixed solutions. J. Food. Eng., 72, 261–265.

[6] Walkenström, P., Kidman, S., Hermansson, A., Rasmussen, P.B., Hoegh, L. (2003). Microstructure and rheological behaviour of xanthan/pectin mixed gels. Food Hydrocoll., 17, 593–603.

[7] Demirkesen, I., Mert, B., Sumnu, G., Sahin, S. (2010). Rheological properties of gluten-free bread formulations. J. Food. Eng., 96, 295–303.

[8] Dolz, M., Hernandez Delegido, J., Alfaro, M.C., Munoz, J. (2007). Influence of xanthan gum and locust bean gum upon flow and thixotropic behavior of food emulsions containing modified starch. J. Food. Eng., 81, 179–186.

[9] Mandala, I., Kapetanakou, A., Kostaropoulos, A. (2008). Physical properties of breads containing hydrocolloids stored at low temperature. II. Effect of freezing. Food Hydrocoll., 22, 1443– 1451.

[10] Pedersen, J.K. (1980). Carrageenan, pectin and xanthan/locust bean gum gels. Trends in their food use. Food Chem., 6, 77–88.

[11] Ramírez, J.A., Barrera, M., Morales, O.G., Vázquez. M. (2002). Effect of xanthan and locust bean gums on the gelling properties of myofibrillar protein. Food Hydrocoll. 16,11–16.

[12] Sahin, H., Ozdemir, F. (2004). Effect of some hydrocolloids on the rheological properties of different formulated ketchups. Food Hydrocoll. 18, 1015–1022.

[13] Secouard, S., Malhiac, C., Grisel, M., Decroix, B. (2003). Release of limonene from polysaccharide matrices: Viscosity and synergy effect. Food Chem., 82, 2227–2234.

[14] Rohm, H. (1992). Viscosity determination of stirred yoghurt. Lebensmittel-Wissenschaft and Technologie 25,297–301.

[15] Lubbers, S., Decourcelle, N., Vallet, N., Guichard, E. (2004). Flavor release and rheology behaviour of strawberry fat-free stirred yogurt during storage. J. Agric. Food. Chem., 52(10), 3077–3082.

[16] Sodini, I., Lucas, A., Tisier, J.P., Corrieu, G. (2005). Physical properties and microstructure of yogurts supplemented with milk protein hydrolysates. Int. Dairy. J., 15(1), 29–35.

[17] Biliaderis, C.G., Khan, M.M. Blank, G. (1992). Rheological and sensory properties of yogurt from skim milk and ultrafiltered retentates. Int. Dairy. J., 2, 311–323.

[18] Remeuf, F., Mohammed, S., Sodini, I., Tissier, J.P. (2003). Preliminary observations on the effects of milk fortification and heating on microstructure and physical properties of stirred yogurt. Int. Dairy. J., 13(9), 773–782.

 [19] El-Hatmi, H.,. Girardet, J., Gaillard, J., Yahyaoui, M. H. (2007). Characterisation of whey proteins of camel (Camelus dromedarius) milk and colostrum. Small Rumin. Res. 70, 267–271.

[20] El-Agamy, E. I. (2000). Effect of heat treatment on camel milk proteins with respect to antimicrobial factors: a comparison with cows’ and buffalo milk proteins. Food Chem. 68, 227–232.

[21] Al Kanhal, H. (2010). Compositional, technological and nutritional aspects of dromedary camel milk. Int Dairy J. 20(12), 811-821.

[22] Attia, H., Kherouatou, N., Dhouib, A. (2001). Dromedary milk lactic acid fermentation: microbiological and rheological characteristics. Ind. Microbiol. Biotechnol. 26, 263–270

[23] Hashim, I.B., Khalil, A.H., Habib, H. (2008). Quality and acceptability of a set type yogurt made from camel milk. J. Dairy. Sci., 92, 857– 862.

[24] Yang, X-S., Nature-Inspired Metaheuristic Algorithm, Luniver Press, 2008.

[25] Yeomans, J. S. (2015). A parametric testing of the firefly algorithm in the determination of the optimal osmotic drying parameters of mushrooms. JAISCR, 4, 4, 257–266.

[26] Razavi, S.M.A.,   Taheri, H., Sunchez. R. (2013). Viscoelastic characterization of wild sage (Salvia macrosiphon) seed gum, Int. J. Food. Prop., 16, 1604–1619.

[27] Chua, M., Baldwin, T.C., Hocking, T.J., Chan, K. (2010). Traditional uses and potential health benefits of Amorphophallus konjac K. Koch ex NE Br. J. Ethnopharmacol., 128, 268–278.

 [28] Koroskenyi, B., McCarthy, S. P. (2001). Synthesis of acetylated konjac glucomannan and effect of degree of acetylation on water absorbency. Biomacromolecules, 2(3), 824-826.

[29] Belitz, H. D., Grosch, W. Schieberle, P. (2009). Food Chem., 4th edn, Springer-Verlag, Berlin, Germany.

[30] Bostan, A., Razavi, S. M., Farhoosh, R., (2010). Optimization of hydrocolloid extraction from wild sage seed (Salvia macrosiphon) using response surface. Int. J. Food Prop., 13(6), 1380-1392.

[31] Mishra, H. N., Kumar, P. (2004). Yoghurt Powder- A Review of process technology, storage and utilization. Institution of Chemical Engineers, 82, 133-142.

[32] Balaghi, S., Mohammadifar, M. A., Zargaraan, A., Ahmadi Gavlighi, H., and Mohammadi, M. (2011). Compositional analysis and rheological characterization of gum tragacanth exudates from six species of Iranian Astragalus. Food Hydrocoll. 25, 1775-1784.

[33] Nardi, J.V., Acchar, W., Hotza, D. (2004). Enhancing the properties of ceramic products through mixture design and response surface analysis. Eur. Ceram. Soc. 24, 375

[34] Yang, X-S., “Firefly Algorithms for Multimodal Optimization, in, Stochastic Algorithms”, Foundations and Applications, SAGA, Lecture Notes in Computer Sciences, Cambridge, UK, 5792, 2009, pp. 169-178.

[35] Yang, X-S., “Firefly Algorithm, Stochastic Test Functions and Design Optimization”, INT J Bio-Inspir Com, Vol. 2, No. 2, 2010, pp. 78-84.

 [36] Pai, V.B., Khan, S.A. (2002). Gelation and Rheology of xanthan/ enzyme-modified guar blends. Carbohydr Polym., 49, 207–216.

[37] Heldman, D.R., Lund, D.B. (2007). Handbook of Food Engineering, 2nd edn. Pp. 12–15, 25–30, 36–40, New York, NY, USA, CRC Press.

[38] Farahnaky, A., Askari, H., Majzoobi, M., Mesbahi, G. (2010). The impact of concentration, temperature and pH on dynamic rheology of psyllium gels. J. Food. Eng., 100, 294–301.

[39] Clark, A.H., Ross-Murphy, S.B. (1987). Structural and mechanical properties of biopolymer gels. Adv. Polym. Sci., 83, 57– 192.

[40] Heldman, D.R., Lund, D.B. (2007). Handbook of Food Engineering, 2nd edn. Pp. 12–15, 25–30, 36–40, New York, NY, USA, CRC Press.

[41] Ozer, B.H., Robinson, R.K., Grandison, A.S., Bell, A.E. (1997). Comparison of Techniques for Measuring the Rheological Properties of Labneh (Concentrated Yogurt). Int J Dairy Technol., 50, 129–134.

[42]  Paulsson, M., Dejmek, P. (1990). Rheological Properties of Heat-Induced -lactoglobulin gels. J Dairy Sci., 73, 45– 53.

[43] Steffe, J.F. (1996). Rheological methods in food process engineering (pp. 17e23). East Lansing, MI, Freeman Press.

[44] Razavi, S.M.A., HasanAbadi, M., Ghadiri, G.R., Salehi, E. A. (2013). Rheological interaction of sage seed gum with xanthan in dilute solution. Food Res Int., 20(6), 3111–3116.

[45] Mandala, I., Savvas, T., and Kostaropoulos, A. (2004). Xanthan and locust bean gum influence on the rheology and structure of a white model-sauce. J Food Eng., 64, 335-342.

[46] Naji-Tabasi, S., and Razavi, S. M. A. (2016). New studies on basil (Ocimum bacilicum L.) seed gum: Part III – Steady and dynamic shear rheology. Food Hydrocoll. 67, 243–251

[47] Steffe, J.F. (1996). Rheological methods in food process engineering (pp. 17e23). East Lansing, MI: Freeman Press.

[48]  Martins, J. T., Cerqueira, M. A., Bourbon, A. I., Pinheiro, A. C., Souza, B. W. S., and Vicente, A. A. (2012). Synergistic effects between k-carrageenan and locust bean gum on physicochemical properties of edible films made thereof. Food Hydrocoll. 29, 280-289.

[49] Ozer, B.H., Stenning, R., Grandison, A.S., and Robinson, R.K. (1999). Rheology and microstructure of labneh (concentrated yoghurt), J. Dairy Sci., 82, 682–689.

[50] Cocero, A.M., Kokini, J.L. (1991). The Study of the Glass Transition of Glutenin Using Small Amplitude Oscillatory Rheological Measurements and Differential Scanning Calorimetry. J Rheol. 35, 257–270.

[51] Roefs, S.P.F.M., van Vliet, T., van den Bijgaart, H.J.C.M., de Groot-Mostert, A.E.A., Walstra. P. (1990) Structure of casein gels made by combined acidification and rennet action. Neth. Milk Dairy J. 44, 159–188.

[52] Nolan, E.J., Holsinger, V.H., Shieh, J.J. (1989). Dynamic rheological properties of natural and imitation mozzarella cheese. J Texture Stud., 20, 179–189.

[53] Carreau, P. J., Cotton, F., Citerne, G.P., Moan. M. (2002). Rheological properties of concentrated suspensions: Application to foodstuffs. In J Welti-Chanes G V. Barbosa-Canovas, J. M. Aguilera (Eds.), Engineering and food for the 21st century (pp. 327–346). Boca Raton: CRC.

[54] Hirashima, M., Takasashi, R., Nishinari, K. (2004). Effects of citric acid on the viscoelasticity of corn starch pastes. J. Agric. Food. Chem., 52, 2929–2933.