بهینه یابی شرایط هموژنیزاسیون فراصوت خامه شیر شتر با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات چند هدفه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

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

چکیده

در این تحقیق، اثر توان (120 تا 360 وات)، زمان (1 تا 6 دقیقه) و دما (25 تا 65 درجه سانتی گراد) بر متوسط اندازه ذرات گویچه چربی، خصوصیات رئولوژیکی (سختی، قوام و چسبندگی) و رنگ (شاخص سفیدی) خامه شیر شتر مورد ارزیابی قرار گرفت و سپس این خصوصیات با استفاده از مدلهای به دست آمده از طرح باکس-بنکن توسط الگوریتم های ازدحام ذرات چند هدفه و الگوریتم تپه‌نوردی (قابلیت بهینه یابی عددی در نرم افزار Design Expert) بهینه گردید. نتایج نشان داد که با افزایش توان، زمان و دمای فراصوت، متوسط اندازه ذرات گویچه چربی نمونه ها کاهش یافت. نتایج حاصل از آزمون اکستروژن پسرو نیز نشان داد که فقط اثر متقابل توان- زمان در سطح 95 درصد بر سختی و چسبندگی نمونه ها معنی‌دار بودند به طوری که با افزایش زمان در توان های پایین سختی و چسبندگی نمونه ها افزایش می یافت ولی در توان های بالا با افزایش زمان، سختی و چسبندگی نمونه ها کاهش یافت. همچنین با افزایش زمان، قوام نمونه ها نیز به طور معنی داری افزایش یافت. همچنین نتایج تحقیق نشان داد که با افزایش توان و زمان شاخص سفیدی نمونه ها افزایش یافت. نتایج مقایسه میانگین 5 نقطه بهینه به دست آمده نیز نشان داد که الگوریتم فرا ابتکاری ازدحام ذرات میانگین توان و دمای معنی دار بالاتر و زمان معنی دار پایین تری را به دست آورد که این نقاط به دست آمده منجر به کاهش معنی دار متوسط اندازه ذرات گویچه چربی و افزایش سختی شد. بنابراین به طور کلی می توان نتیجه گرفت که الگوریتم ازدحام ذرات از عملکرد بهتری نسبت به الگوریتم تپه نوردی در بهینه یابی مدلهای به دست آمده از طرح باکس بنکن در بهینه یابی شرایط هموژنیزاسیون فراصوت خامه شیر شتر داشت.

چکیده تصویری

بهینه یابی شرایط هموژنیزاسیون فراصوت خامه شیر شتر با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات چند هدفه

تازه های تحقیق

  • فرآیند فراصوت  به عنوان یک روش سریع در فرآیند هموژنیزایسیون خامه شیر شتر معرفی بکار رفت.
  • فرایند فراصوت قادر به کاهش متوسط اندازه ذرات گویچه چربی و افزایش سختی و قوام خامه شیر شتر بود.
  • از طرح باکس-بنکن جهت مدلسازی تاثیر شرایط هموژنیزاسیون فراصوت خامه شیر شتر بر خصوصیات آن استفاده شد.
  • الگوریتم ازدحام ذرات دارای عملکرد بهتری نسبت به الگوریتم تپه نوردی در بهینه یابی شرایط هموژنیزاسیون فراصوت خامه شیر شتر بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimization of ultrasonic homogenization conditions of camel milk cream using multiple objective particle swarm algorithm

نویسندگان [English]

  • Morteza Kashaninejad 1
  • Sayyed Mohammad Ali Razavi 2
1 Department of Food Science and Technology, Ferdowsi University of Mashhad (FUM), P.O. Box 917751163, Mashhad, Iran
2 Professor in food physics and Engineering in Department of Food Science& Technology , Agriculture Faculty , Ferdowsi University of Mashhad, Iran
چکیده [English]

In this research, the effects of ultrasound variables including power (120 to 360 W), time (1 to 6 min) and temperature (25 to 65 °C) on the average size of fat globules, Rheological properties (hardness, adhesiveness and consistency) and color parameters (whiteness index) of camel milk cream were investigated , Then, these properties were optimized using Box-Benken design models and Particle Swarm Optimization and and hill climbing algorithm (Numerical Optimization in Design Expert software). The results of the evaluation of the measured properties showed that with increasing power, time and temperature of ultrasonication, the average size of the fat globules decreased. The results of the back-extrusion test showed that only the power-time interaction at 95% confidence level had significant effect on the hardness and adhesiveness of the samples. So that the hardness and adhesiveness of the samples increased with increasing the time in low powers. The results also showed that with increasing the power and time of ultrasonication, whiteness index of samples increased. To compare the optimization performance of two-particle swarm and hill climbing algorithms, the average of 5 optimal points obtained from the two algorithms were compared by t-test. The results of t-test. showed that the particle swarm algorithm significantly achieved higher power and temperature and lower time, lead to significant decrease in average size of fat globules and increase in hardness. Therefore, it can be concluded that the particle swarm algorithm performs was better than the hill climbing algorithm in optimizing the models obtained from Box-Benken design in optimizing the homogenization conditions of camel milk cream.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Camel milk cream
  • Hill climbing algorithm
  • Multiple objective particle swarm algorithm
  • Particle size
  • Texture
  • Ultrasound

مراجع

[1] Hagrass, A.E., Hssan, A.A., Soryal, K.A., Mervat, A.S., & El-Shabrawy, S.A. (1987). Chemical composition of fat and butter of camel,s milk. Egyp. J Food Sci., 15, 15-25.
[2] Al haj, A., & Al Kanhal, H. A. (2010). Compositional, technological and nutritional aspects of dromedary camel milk, Int Dairy J., 20 (12), 811-821.
[3] Kohler, K., Aguilar, F.A., Hensel, A., Schubert, K., Schubert, H., & Schuchmann, H.P. (2007). Design of a microstructured system for homogenization of dairy products with high fat content. Chem Eng Technol, 30,1590-1595.
[4] Darling, D.F., & Butcher, D.V.  (1978). Milk-fat globule membrane in homogenized cream. J. Dairy Res. 45, 197-208.
[5] Knorr, D., Zenker, M., Heinz, V., & Lee, D. (2004). Applications and potential of ultrasonics in food processing. Trends Food Sci. Technol., 15, 261-266.
[6] Patist, A., & Bates, D. (2008) Ultrasonic innovations in the food industry: from the laboratory to commercial production. Innov. Food Sci. Emerg. Technol., 9,147-154.
[7] Bermudez-Aguirre, D., Mawson, R., Versteeg, C., & Barbosa-Canovas, G. (2009). Composition properties, physicochemical characteristics and shelf life of whole milk after thermal and thermo-sonication treatments. J. Food Qual., 32, 283-302.
[8] Ahmed, J., Ramaswamy, H., Kasapis, S., & Boye, J. (2010). Novel Food Processing Effects on Rheological and Functional Properties. United Kingdom :Taylor and Francis Group, pp. 65-98.
[9] Ertugay ,M.F., & Sengul, M. (2004). Effect of ultrasound treatment on milk homogenisation and particle size distribution of fat. Turk J Vet Anim Sci., 28, 303-308.
[10] Bermudez-Aguirre, D., Mawson, R., & Barbosa, G.V. (2008) Microstructure of fat globules in whole milk after thermosonication treatment. J. Food Sci. Technol., 73, 325-32.
[11] Yang, X.S. (2010). Engineering Optimization: An Introduction with Metaheuristic Applications. Hoboken, New Jersey: Wiley & Sons, Inc.
[12] Bourne, M.C. (1978). Texture profile analysis. Food Technol., 32, 62-66 72.
[13] Shie, J.S., & Park, J.W. (1999). Physical characteristics of surimi seafood as affected by hermal processing conditions. J Food Sci., 64(2), 287-290.
[14] STAT-EASE. (2000). Design expert user’s guide. Minneapolis: Stat-Ease Inc.
[15] Sun, D.W. (2005) Emerging Technologies for Food Processing. Cambridge, Massachusetts: Elsevier Academic Press, pp. 323-344.
[16] Krukovsky, V.N., & Sharp, P. F.(1940). Effect of the Properties of the Fat and of the Fat Globule Surface on Lipolytic Activity in Milk, J. Dairy Sci., 23(11), 1109-1118.
[17] Bosiljkov, T., Brncic, M., Tripalo, B., Karlovic, S,. Ukrainczyk, M., Ježek, D., & Rimac, S. (2009). Impact of ultrasound-enhanced homogenization on physical properties of soybean milk. Chem. Eng. Trans., 17, 1029-1034.
[18] Mulder, H., & Walstra, P. (1974). The Milk Fat Globule. Emulsion is applied to milk products and comparable foods. Wageningen, Netherlands: Center for Agricultural Publishing and Documentation.
[19] Soria, A.C., & Villamiel, M. (2010) Effect of ultrasound on the technological properties and bioactivity of food: a review. Trends Food Sci Technol, 21, 323-331.
[20] Wu, H., Hulbert, G.J., & Mount, J. (2001) Effects of ultrasound on milk homogenization and fermentation with yogurt starter. Innov Food Sci Emerg Technol, 1, 211-218.
[21] Riener, J., Noci, F., Cronin, D.A. Morgan, D.J., & Lyng, G.J. (2009) The effect of thermosonication of milk on selected physicochemical and microstructural properties of yoghurt gels during fermentation. Food Chem., 114, 905-911.
[22] Park, Y.W. (2007). Rheological characteristics of goat and sheep milk. Small Ruminant Res, 68(8), 73-78.
[23] Tuyen, T., Martin, P., Nidhi, B., & Bhesh, B. (2016). Effect of Milk Fat Globule Size on the Physical Functionality of Dairy Products. New York City: Springer.
[24] Cantor, M.D., Tempel, T. van den, Hansen, T.K., & Ardo, Y. (2004). Blue cheese. In: Fox, P.F. McSweeney, P.L.H. Cogan, T. M., &  Guinee, T.P (Eds.). Cheese Chemistry, Physics and Microbiology, Vol. 2 Major Cheese Groups, (3rd edn  pp. 175–198) . Amsterdam :Elsevier Academic Press.
 [25] Liu,J., Guan, X., Zhu, D., & Sun, J. (2008). Optimization of the enzymatic pretreatment in oat bran protein extraction by particle swarm optimization algorithms for response surface modeling. LWT-Food Sci Technol, 41(10), 1913-1918.
فناوری‌های جدید در صنعت غذا
دوره 8، شماره 1
آبان 1399
صفحه 47-62

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 01 فروردین 1399
  • تاریخ بازنگری: 22 اردیبهشت 1399
  • تاریخ پذیرش: 17 تیر 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار