بررسی امکان تشخیص انواع قند محلول با استفاده از یک حسگر تشدیدگر دی الکتریک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد

2 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد

10.22104/jift.2021.4901.2043

چکیده

< p>< p>< p>یکی از مهمترین اجزای تشکیل دهنده اغلب مواد غذایی قندها می‌باشند، که تشخیص انواع آن در مواد غذایی از اهمیت بالایی برخودار است. در این مطالعه، یک حسگر دی‌الکتریک استوانه‌ای با استفاده از یک دستگاه مولد تابع و تحلیل‌گر طیف برای استخراج طیف‌های دی‌الکتریک در محدوده فرکانس 150-0 مگاهرتز برای تشخیص انواع قند به شکل محلول در آب استفاده شد. طیف‌های دی‌الکتریک با تهیه انواعی از محلول آب- قند شامل گلوکز، ساکاروز، فروکتوز، اینورت، شربت غنی از فروکتوز و عصاره مالت جو (قند غالب مالتوز)، در سطوح بریکس بین 12-3 اندازه‌گیری شد. همچنین نمونه‌هایی نیز به شکل محلول قندهای ترکیبی مورد آزمون قرار گرفت. روش‌ آماری تحلیل مولفه‌های اصلی (PCA) برای امکان تشخیص و تفکیک انواع قند در نمونه‌ها از داده‌های طیفی دی‌الکتریک مورد ارزیابی قرار گرفت. تحلیل مؤلفه‌های اصلی با دو مؤلفه‌ی اصلی PC1 و PC2، قابلیت تشخیص انواع قندهای مستقل در سه دسته متمایز شامل ساکاروز و شربت ذرت غنی از فروکتوز، فروکتوز و قند اینورت، گلوکز و مالت را نشان داد. صرف نظر از قند گلوکز، قندهای مستقل و ترکیبی تقریبا در دو دسته متفاوت تشخیص داده شد. نتایج حاصل پتانسیل نسبتا خوبی از روش دی‌الکتریک برای تشخیص انواع قند را نشان داد، با این حال اثر تجمعی دی الکتریک قندها در ترکیب با هم در محدوده فرکانسی مورد آزمون قابل تفکیک نبود که انتظار می‌رود با محدوده های فرکانسی بزرگ‌تر بتوان نتایج قابل قبول‌تری از آن به دست آورد.

چکیده تصویری

بررسی امکان تشخیص انواع قند محلول با استفاده از یک حسگر تشدیدگر دی الکتریک

تازه های تحقیق

  • ارزیابی روش طیف نگاری دی الکتریک با استفاده از یک تشدیدگر استوانه ای برای تشخیص انواع قند محلول در مایعات غذایی
  • امکان تشخیص و تفکیک قندهای ساکاروز، گلوکز، فروکتوز، اینورت، شربت ذرت غنی از فروکتوز و مالت جو در سه گروه متمایز
  • تفکیک قندهای محلول به شکل تک قند و قندهای ترکیبی با مالت جو در دو دسته متمایز

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Feasibility study on detecting different types of sugar solutions using a dielectric resonator sensor

نویسندگان [English]

  • Farideh Keyvani 1
  • Mojtaba Naderi-Boldaji 2
  • Mahdi Ghasemi-Varnamkhasti 2
  • Zahra Izadi 2
1 Graduated master student, Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Shahrekord University
2 Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Shahrekord University
چکیده [English]

< p >< p >< p >One of the most important ingredients of most foods is sugar, so it is important to detect the type of sugar in foods. In this study, a cylindrical dielectric sensor using a function generator and a spectrum analyzer was used to measure dielectric spectra in the range of 0-150 MHz to detect different sugars in water-sugar solutions. Dielectric spectra were investigated by preparing a variety of water-sugar solutions including glucose, sucrose, fructose, invert, high fructose corn syrup and malt extract (dominantly maltose sugar) in four brix levels ranged within 3-12. Moreover, samples were tested with mixing the sugars in a solution. The statistical method of principal component analysis (PCA) was evaluated for detecting and discriminating different types of sugars from dielectric spectral data. PCA with two principal components PC1 and PC2, showed a distinct separation of sugars in three visual groups of sucrose and high fructose corn syrup, fructose and invert and glucose and malt. Irrespective of glucose, the mixed sugar solutions were discriminated from single sugar solutions in two groups. The results of this study showed a promising potential of dielectric method for detecting different sugars, however, the cumulative dielectric effect of the mixed sugars was not discriminable which is expected to be detected with greater range of frequency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sugar
  • Cylindrical sensor
  • Dielectric power spectroscopy
[1] Bagherzadeh, Gh., & Manzary tavakoli, M. (2017). Identification of two new sugars in saffron wastes using gas chromatography-mass spectrometry. J. Saffron Res., 5(1), 90-99. [In Persian]
 [2] Akbari-Adergani, B., Naghavi, S., & Shirkhan, F. (2018). Comparative evaluation of major carbohydrates in classic and flavored non-alcoholic beers by high performance liquid chromatography and refractive index detection. J. Health Res. Commun., 4(3), 79-90. [In Persian]
[3] Ferreira I. M., & Martins F. (2007). Carbohydrate content of lager and ale beer. Food Ind. Human., 13(1), 26-30.
[4] Rajalakshmi, G., Gopal, A., Kumar, A., & Kumar, A. D. (2017). Identification of moisture, glucose, sucrose, fructose region in honey sample using NIR spectroscopy. 3rd International Conference on Sensing Signal Processing and Security. 4-5 May. Chennai, India
[5] Lijuan, X., Xingqian, Y., Donghong, L., & Yibin, Y. (2009). Quantification of glucose, fructose and sucrose in bayberry juice by NIR and PLS. Food Chem., 114, 1135–1140.
[6] Lee, D. K., Kang, J. H., Lee, J. S., Kim, H. S., Kim, C., Kim, J., Lee, T., Son, J. H., & Seo, M. (2015). Highly sensitive and selective sugar detection by terahertz nanoantennas. Sci. Rep., 5, 15459.
[7] Alshami, A. S. (2007). Dielectric properties of Biological Materials: A Physical Chemical Approach. Ph.D. Thesis. College of Engineering and Architecture. Washington State University. USA.
[8] Khalilian, H., Ghasemi-Varnamkhasti, M., NaderiBoldaji, M., & Rostami, S. (2017). Developing and testing of a cylindrical dielectric sensor for measuring sugar concentration of sugar beet syrup. Iranian J. Biosyst. Eng., 48(1), 144-137. [In Persian]
[9] Ghasemi-Varnamkhasti, M., Ghatreh-Samani, N., Naderi-Boldaji, M., Forina, M., & Bonyadian, M. (2017). Development of two dielectric sensors coupled with computational techniques for detecting milk adulteration. Comput.Electron. Agric., 140, 266–278.
[10] Naderi-Boldaji, M., Mishra, P., Ahmadpour-Samani, M., Ghasemi-Varnamkhasti, M., Ghanbarian, D., & Izadi, Z. (2018). Potential of two dielectric spectroscopy techniques and chemometric analyses for detection of adulteration in grape syrup. Meas., 127, 518–524.
 [11] Naderi-Boldaji, M., Mokhtari, M., Ghasemi-Varnamkhasti, M., & Tohidi, M. (2018). Feasibility study of using a cylindrical resonator sensor to detect fraud in sesame oil. J. New Food Technol., 6, 409-420. [In Persian]
 [12]  Naderi-Boldaji, M., Fazeliyan-Dehkordi, M., Mireei, S. A., & Ghasemi-Varnamkhasti, M. (2015). Dielectric power spectroscopy as a potential technique for the nondestructive measurement of sugar concentration in sugarcane. Biosyst. Eng., 140, 1-10.
[13] Jackson, B., & Jayanthy, T. (2015). Determination of sucrose in raw sugarcane juice by microwave method. Indian J. Sci. Technol., 7, 566- 570.
[14] Angkawisittpan, N., & Manasri, T. (2012). Determination of sugar content in sugar solutions using interdigital capacitor sensor. Meas. Sci. Rev., 12, 8- 13.
[15] Ghasemi-Varnamkhasti, M., Mohtasebi, S. S., Siadat, M., Ahmadi, H., & Razavi, S. H. (2015). From simple classification methods to machine learning for the binary discrimination of beers using electronic nose data. Eng. Agric. Environ. Food., 8, 44-51.
[16] Hoog-Antonyuk, N. A., Olthuis, W., Mayer, M. J. J., Yntema, D., Miedema, H., & Van den Berg, A. (2012). On-line fingerprinting of fluids using coaxial stub resonator technology. Sens. Actuators. B Chem., 163(1), 90-96.
 [17 ] Hoog, N.A. (2014). Stub resonators transmission line based water sensors. PhD Thesis. University of Twente. The Netherlands.
[18] Guo, W., Fang, L., Liu, D., & Wang, Zh. (2015). Determination of soluble solids content & firmness of pears during ripening by using dielectric spectroscopy. Comput. Electron. Agric., 117, 226-233.