فرآیند تولید شیره خرما با گرمایش اهمی تحت خلا: ارزیابی تأثیر گرادیان ولتاژ و فشار بر مصرف انرژی، راندمان و ویژگی‌های کیفی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی همدان، همدان،

2 گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

3 گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

چکیده

در این مطالعه، تولید و ارزیابی کیفی شیره خرما با استفاده از سامانه گرمایش اهمی تحت خلا مورد بررسی قرار گرفت. هدف اصلی، مقایسه عملکرد این فناوری نوین با روشهای سنتی (گرمایش مستقیم) در زمینه مصرف انرژی، حفظ کیفیت محصول و پایداری زیست‌محیطی بود. نمونه های خرما پس از آماده‌سازی اولیه تحت سطوح مختلف گرادیان ولتاژ (۱۰ تا ۲۵ ولت بر سانتیمتر) و فشار (۵۵ تا ۱۰۰ کیلوپاسکال) در سامانه اهمی-خلا فرآوری شدند. پارامترهای زمان فراوری، نرخ گرمایش، انرژی مصرفی ویژه، راندمان انرژی و اکسرژی، تغییرات رنگی ویژگی‌های حسی (رنگ، طعم، بو) ارزیابی شدند. نتایج نشان داد افزایش گرادیان ولتاژ، نرخ گرمایش را بهبود بخشید و زمان فرآوری را تا ۲۳ % کاهش داد. همچنین، انرژی مصرفی ویژه در بالاترین گرادیان ولتاژ (۲۵ ولت/سانتیمتر) و پایین‌ترین فشار (۵۵ کیلوپاسکال) به کمترین مقدار خود (۹۱/۲ مگاژول بر کیلوگرم آب تبخیرشده) رسید. راندمان انرژی در شرایط اتمسفر (فشار 100 کیلوپاسکال) تا ۹۰ % افزایش یافت، در حالی که حداکثر راندمان اکسرژی برابر با ۴۱/%۱۲ به دست آمد. تغییرات رنگی در نمونه‌های فرآوری‌شده با روش اهمی-خلا نسبت به روش سنتی به‌طور معناداری کمتر بود. ارزیابی حسی بیانگر بهبود کیفیت رنگ و طعم در نمونه‌های فرآوری شده با روش گرمایش اهمی -خلاء در مقایسه با روش سنتی بود. در نهایت، گرمایش اهمی تحت خلا به عنوان یک فناوری کارآمد، با کاهش مصرف انرژی، حفظ کیفیت تغذیه‌ای و حسی، و کاهش زمان فرآوری، گزینه مناسبی برای تولید پایدار شیره خرما توصیه می شود.

چکیده تصویری

فرآیند تولید شیره خرما با گرمایش اهمی تحت خلا: ارزیابی تأثیر گرادیان ولتاژ و فشار بر مصرف انرژی، راندمان و ویژگی‌های کیفی

تازه های تحقیق

 

  • ترکیب گرمایش اهمی با شرایط خلاء برای تولید شیره خرما
  • بررسی همزمان تأثیر گرادیان ولتاژ و فشار بر پارامترهای فرآیند تغلیظ
  • استفاده از تحلیل اکسرژی (بر پایه قانون دوم ترمودینامیک) برای سنجش بازده واقعی سیستم.
  • دستیابی به زمان فرآوری کوتاهتر (تا ۲۳%) همراه با بهبود ویژگیهای حسی (رنگ، طعم، بو) و کاهش تغییرات شیمیایی (کاراملیزاسیون، اکسیداسیون) نسبت به روشهای سنتی.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Process production of date syrup using ohmic heating under vacuum: Evaluating the impact of voltage gradient and pressure on energy consumption, efficiency, and quality characteristics.

نویسندگان [English]

  • Pedram Mohammadi 1
  • Reza Amiri Chayjan 2
  • Hosain Darvishi 3
1 Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran.
2 Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Bu Ali Sina University, Hamedan, Iran
3 Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
چکیده [English]

This study investigates the production and quality assessment of date syrup utilizing an ohmic heating system under vacuum conditions. The primary objective was to evaluate the performance of this innovative technology in comparison to traditional direct heating methods, focusing on parameters such as energy consumption, preservation of product quality, and environmental sustainability. Date samples underwent processing at varying voltage gradients (10 to 25 v/cm) and pressures (55 to 100 kp) within the ohmic-vacuum system following initial preparation. Key parameters assessed included processing time, heating rate, specific energy consumption, energy efficiency, exergy efficiency, and colorimetric changes, alongside sensory attributes such as color, taste, and aroma. The findings demonstrated that an increase in voltage gradient significantly enhanced the heating rate and reduced processing time by up to 23%. The specific energy consumption was minimized at 91.2 MJ per kilogram of evaporated water when utilizing the highest voltage gradient (25 v/cm) in conjunction with the lowest pressure (55 kp). Energy efficiency peaked at 90% under atmospheric conditions (100 kp), while maximum exergy efficiency reached 41.12%. Notably, color changes in samples processed with the ohmic-vacuum method were substantially less pronounced than those observed in the traditional method. Sensory evaluations revealed enhancements in both color and taste quality in samples processed via ohmic-vacuum heating compared to traditional approaches. In conclusion, the implementation of ohmic heating under vacuum is advocated as an effective technology for sustainable date syrup production. This method not only diminishes energy consumption but also preserves the nutritional and sensory qualities of the product while significantly reducing processing time.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Date syrup
  • ohmic heating
  • vacuum
  • energy efficiency
  • color changes
  • sensory evaluation
 
[1] Sain, Mukul, et al. "Effect of Ohmic Heating on Food Products: An In‐Depth Review Approach Associated with Quality Attributes." Journal of Food Processing and Preservation 2024.1 (2024): 2025937.
[2] Fadavi A, Yousefi S, Darvishi H, Mirsaeedghazi H (2018) Comparative study of ohmic vacuum, ohmic, and conventional-vacuum heating methods on the quality of tomato concentrate. Innov Food Sci Emerg Technol 47:225–230
[3] Makroo, H. A., N. K. Rastogi, and B. Srivastava. "Ohmic heating assisted inactivation of enzymes and microorganisms in foods: A review." Trends in Food Science & Technology 97 (2020): 451-465.
[4] Sabanci, S. and Icier, F., 2022. Evaluation of an ohmic assisted vacuum evaporation process for orange juice pulp. Food and Bioproducts Processing, 131, pp.156-163.
[5] Shao, L., Zhao, Y., Zou, B., Li, X. and Dai, R., 2021. Ohmic heating in fruit and vegetable processing: Quality characteristics, enzyme inactivation, challenges and prospective. Trends in Food Science & Technology, 118, pp.601-616.
[6] Gavahian, M., Tiwari, B.K., Chu, Y.H., Ting, Y. and Farahnaky, A., 2019. Food texture as affected by ohmic heating: Mechanisms involved, recent findings, benefits, and limitations. Trends in Food Science & Technology, 86, pp.328-339.
[7] Priyadarshini, Aparajita, Kalpana Rayaguru, and Prakash Kumar Nayak. "Influence of Ohmic heating on fruits and vegetables: A review." Journal of Critical reviews 7.19 (2020): 1952-1959.
[8] Darvishi, H., Mohammadi, P., Fadavi, A., Saba, M.K. and Behroozi-Khazaei, N., 2019. Quality preservation of orange concentrate by using hybrid ohmic–Vacuum heating. Food Chemistry, 289, pp.292-298.
[9] Alkanan, Zina T., Ammar B. Altemimi, Asaad RS Al-Hilphy, Francesco Cacciola, and Salam A. Ibrahim. "Application and effects of ohmic-vacuum combination heating on the quality factors of tomato paste." Foods 10, no. 12 (2021): 2920.
[10] Darvishi, H., Hosainpour, A., Nargesi, F. and Fadavi, A., 2015a. Exergy and energy analyses of liquid food in an Ohmic heating process: A case study of tomato production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 31, pp.73-82.
[11] Poojitha, P. and Athmaselvi, K. A. 2016. Stability and storage studies on banana pulp by ohmic heating and conventional heating. Bioscience  and Biotech Reserch Asia; 13(2): 1231-1238.
[12] Dai, Y., Miao, J., Yuan, S.Z., Liu, Y., Li, X.M., Dai, R.T., 2013. Colour and sarcoplasmic protein evaluation of pork following water bath and ohmic cooking. Meat Sci. 93 (4), 898–905.
[13] Darvishi, H., Behroozi-Khazaei, N., Koushesh Saba, M., Alimohammadi, Z. and Nourbakhsh, H., 2021. The influence of Ohmic-vacuum heating on phenol, ascorbic acid and engineering factors of kiwifruit juice concentration process. International Journal of Food Science and Technology, 56(9), pp.4789-4798.
[14] Darvishi, H., Hosainpour, A., Nargesi, F., Fadavi, A. 2015b. Exergy and energy analyses of liquid food in an Ohmic heating process: A case study of tomato production Innovative Food Science & Emerging Technologies, 31: 73 357 –82.
[16] Icier, F. and Ilicali, C. 2005b. The effects of concentration on electrical conductivity of orange juice concentrates during ohmic heatingEuropean Food Research and Technology; 220: 406-414.
[17] Al-Hilphy, Asaad R., Ammar B. Altemimi, Zina T. Alkanan, Aya S. Eweys, Imane Haoujar, Francesco Cacciola, and Tarek G. Abedelmaksoud. "Vacuum ohmic heating: a promising technology for the improvement of tomato paste processing, safety, quality and storage stability." Basrah Journal of Agricultural Sciences 36, no. 1 (2023): 214-237.
[18] Syamsuri, R. "An overview of ohmic heating utilization in the processing of food." In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 1230, no. 1, p. 012182. IOP Publishing, 2023.
[19]Fadavi, A., Salari, S., Mansouri, A. and Hoseini, S., 2020. Effects of vacuum and juice concentration on electrical conductivity by the ohmic method: A case study of sour cherry. Food and Bioprocess Technology13, pp.1146-1153.
[20] Icier, F., Yildiz, H., Sabanci, S., Cevik, M. and Cokgezme, O.F., 2017. Ohmic heating assisted vacuum evaporation of pomegranate juice: Electrical conductivity changes. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 39, pp.241-246.
[21] Sabanci, S., Icier, F. 2017. Applicability of ohmic heating assisted vacuum evaporation for 421 concentration of sour cherry juice. Journal of Food Engineering, 212: 262 422 -270.
[22] Assiry, A.M., Galiy, M.H., Alsamee, M., Sarifudin, A. 2010. Electrical conductivity of 339 seawater during ohmic heating. Desalination, 260: 9 340 –17.
[23] Mercali, G.D., Schwartz, S., Marczak, L.D.F., Tessaro, I.C., Sastry, S., 2014. Ascorbic acid degradation and color changes in acerola pulp during ohmic heating: effect of electric field frequency. J. Food Eng. 123, 1–7.
[24] Cokgezme, O. F., Sabanci, S., Cevik, M., Yildiz, H., & Icier, F. (2017). Performance analyses for evaporation of pomegranate juice in ohmic heating assisted vacuum system. Journal of Food Engineering, 207(4), 1–9.
[25] Torshizi, M.V., Azadbakht, M. and Kashaninejad, M., 2020. Application of response surface method to energy and exergy analyses of the ohmic heating dryer for sour orange juice. Fuel, 278, p.118261.
[26]Sabanci, S. and Icier, F., 2020. Enhancement of the performance of sour cherry juice concentration process in vacuum evaporator by assisting ohmic heating source. Food and Bioproducts Processing, 122, pp.269-279.
[27] Shrestha, P., Abedini, A., Parmar, P., Rathnakumar, K. and Poudya, R.L., 2024. Effect of Ohmic Heating on Color Profile of Liquid Food. Non-Thermal Food Processing Technologies, pp.165-199.
[28] Sabancı, S., Icier, F., 2019. Effects of vacuum ohmic evaporation on some quality properties of sour cherry juice concentrates. Int. J. Food Eng. 15 (9), 20190055.
[29] Brochier, B., Mercali, G.D., Marczak, L.D.F., 2018. Effect of ohmic heating parameters on peroxidase inactivation, phenolic compounds degradation and color changes of sugarcane juice. Food Bioprod. Process. 111, 62–71.