اثر پیش‌تیمار ترکیبی اسمزی - فراصوت بر ویژگی‌های فیزیکی و ریزساختار سطحی حبه سیب خشک‌شده انجمادی با رویکرد تبدیل موجک دوبعدی

براتیان قرقی, سمیرا; کاشانی نژاد, مرتضی; حیدری, محسن; سرابندی, خشایار; وسیعی, علیرضا

doi:10.22104/ift.2026.8126.2270

اثر پیش‌تیمار ترکیبی اسمزی - فراصوت بر ویژگی‌های فیزیکی و ریزساختار سطحی حبه سیب خشک‌شده انجمادی با رویکرد تبدیل موجک دوبعدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

سمیرا براتیان قرقی ¹

مرتضی کاشانی نژاد ²

محسن حیدری ²

خشایار سرابندی ³

علیرضا وسیعی ⁴

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

² استادیار گروه فناوری های سبز مواد غذایی، موسسه پژوهشی علوم و صنایع غذایی، مشهد، ایران

³ استادیار گروه شیمی مواد غذایی، موسسه پژوهشی علوم و صنایع غذایی، مشهد، ایران

⁴ استادیار گروه ایمنی و کنترل کیفیت مواد غذایی، موسسه پژوهشی علوم و صنایع غذایی، مشهد، ایران

10.22104/ift.2026.8126.2270

چکیده

غلظت محلول اسمزی و مدت زمان فراصوت از عوامل مؤثر بر کارایی فرآیند و ویژگی های کیفی محصول در خشک‌کردن انجمادی میوه‌ها محسوب می‌شوند و بررسی اثر همزمان این عوامل بر ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی میوه خشک‌شده ضروری است. لذا در این پژوهش، اثر غلظت محلول اسمزی ساکارز (۴۰ تا ۶۰ درصد وزنی/وزنی) و زمان پیش‌تیمار فراصوت (۱۰ تا ۵۰ دقیقه) بر روی کاهش وزن بعد از آبگیری اسمزی، کاهش وزن پس از خشک‌کردن، جذب مجدد آب، ویژگی‌های بافتی (سختی و چسبندگی)، تغییر رنگ کلی (ΔE)، چروکیدگی سطحی، پارامترهای لبه (EL وED) و زیرباندهای تبدیل موجک دوبعدی (LL، LH، HL و HH) حبه های سیب خشک‌شده به روش انجمادی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از ارزیابی ویژگی‌های اندازه‌گیری‌شده با استفاده از روش سطح پاسخ حاکی از آن بود که افزایش غلظت محلول اسمزی به‌طور معنی‌داری موجب کاهش چروکیدگی سطحی، تغییر رنگ کلی و پارامترهای لبه شد. افزایش زمان فراصوت نیز سختی را به‌طور معنی‌داری کاهش داد در حالی که چسبندگی تحت تأثیر معنی‌دار هیچ‌یک از متغیرها قرار نگرفت. در تحلیل تبدیل موجک، زیرباندهای LL و HL به هر دو متغیر پاسخ معنی‌دار نشان دادند، زیرباند HH تنها به غلظت محلول اسمزی پاسخ داد و زیرباند LH به هیچ متغیری پاسخ معنی‌دار نداشت. به‌طور کلی، غلظت محلول اسمزی نقش غالب در حفظ کیفیت ظاهری و ریزساختار سطحی داشت، در حالی که پیش‌تیمار فراصوت عمدتاً بر ویژگی‌های بافتی مؤثر بود و ترکیب بهینه این دو پیش‌تیمار می‌تواند منجر به بهبود همزمان چندین شاخص کیفی سیب خشک‌شده انجمادی گردد.

چکیده تصویری

اثر پیش‌تیمار ترکیبی اسمزی - فراصوت بر ویژگی‌های فیزیکی و ریزساختار سطحی حبه سیب خشک‌شده انجمادی با رویکرد تبدیل موجک دوبعدی

تازه های تحقیق

افزایش غلظت محلول اسمزی باعث کاهش معنی‌دار چروکیدگی سطح، تغییر رنگ کلی و پارامترهای لبه حبه‌های سیب خشک‌شده شد.
پیش‌تیمار با فراصوت، سختی حبه‌ها را به طور قابل توجهی کاهش داد، در حالی که چسبندگی تحت تأثیر قرار نگرفت.
تحلیل تبدیل موجک نشان داد که غلظت اسمزی و زمان فراصوت بر زیرباندهای LL و HL تأثیر معنی‌داری دارند.
ترکیب بهینه اسمزی و فراصوت می‌تواند به بهبود همزمان کیفیت ظاهری و ریزساختار سطحی سیب خشک‌شده انجمادی کمک کند.

کلیدواژه‌ها

خشک‌کردن انجمادی

فراصوت

آبگیری اسمزی

پردازش تصویر

تبدیل موجک

موضوعات

مهندسی صنایع غذایی

عنوان مقاله English

Effect of combined osmotic–ultrasound pretreatment on physical properties and surface microstructure of freeze‑dried apple cubes using a two‑dimensional wavelet transform approach

نویسندگان English

Samira Baratian Ghorghi ¹

Morteza Kashaninejad ²

Mohsen Heydari ²

Khashayar Sarabandi ³

Alireza Vasiee ⁴

¹ PhD student of Food Science and Technology, Ferdowsi University of Mashhad (FUM)

² Assistant Professor, Department of Green Technologies in Food Processing, Research Institute of Food Science and Technology (RIFST), Mashhad, Iran

³ Assistant Professor, Department of Food Chemistry, Research Institute of Food Science and Technology (RIFST), Mashhad, Iran

⁴ Assistant Professor, Department of Food Safety and Quality Control, Research Institute of Food Science and Technology (RIFST), Mashhad, Iran

چکیده English

Osmotic solution concentration and ultrasonic pretreatment duration are crucial parameters influencing process efficiency and product quality in freeze-drying. Investigating the combined effect of these factors on the physicochemical properties of freeze-dried fruit is therefore essential. This study evaluated the impact of varying sucrose solution concentrations (40-60 wt%) and ultrasonic pretreatment times (10-50 min) on several characteristics of freeze dried apple cubes, including water loss after osmotic dehydration, weight loss after drying, water absorption capacity, textural properties (hardness and adhesiveness), overall color change (ΔE), surface shrinkage, edge parameters (EL and ED), and two-dimensional wavelet transform coefficients (LL, LH, HL, and HH). Response Surface Methodology (RSM) analysis revealed that increasing osmotic concentration significantly reduced surface shrinkage, overall color change, and edge parameters. Ultrasonic pretreatment duration significantly decreased hardness, while adhesiveness was unaffected by either variable. Wavelet analysis indicated that LL and HL subbands were significantly responsive to both factors, HH responded only to osmotic concentration, and LH showed no significant response. Overall, osmotic solution concentration played a dominant role in preserving visual quality and surface microstructure, whereas ultrasonic pretreatment primarily affected textural properties.The combined application of these two pretreatments may therefore improve several quality attributes of freeze dried apples simultaneously.

کلیدواژه‌ها English

Freeze-drying

Ultrasonication

Osmotic Dehydration

Image Processing

Wavelet Transform

[1] Mujumdar, A.S. (2006). Handbook of industrial drying. CRC press .

https://doi.org/10.1201/9781420017618.ch15

[2] Ciurzyńska, A. & Lenart, A. (2011). Freeze-drying-application in food processing and biotechnology-a review. Polish J. Food Nutr. Sci., 61, 165-171.

https://doi.org/10.2478/v10222-011-0017-5

[3] Torreggiani, D. (1993). Osmotic dehydration in fruit and vegetable processing. Food Res. Int., 26, 59-68.

https://doi.org/10.1016/0963-9969(93)90106-S

[4] Lewicki, P.P. & Porzecka-Pawlak, R. (2005). Effect of osmotic dewatering on apple tissue structure. J. Food Eng. 66, 43-50.

https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.02.032

[5] Mierzwa, D. & Kowalski, S.J. (2016). Ultrasound-assisted osmotic dehydration and convective drying of apples: Process kinetics and quality issues. Chem. Process Eng. 37.

https://doi.org/10.1515/cpe-2016-0031

[6] Fernandes, F.A., Gallão, M.I. & Rodrigues, S. (2008). Effect of osmotic dehydration and ultrasound pre-treatment on cell structure: Melon dehydration. LWT-Food Sci. Technol.. 41, 604-610.

https://doi.org/10.1016/j.lwt.2007.05.007

[7] Cárcel, J.A., Benedito, J., Rosselló, C., & Mulet, A. (2007). Influence of ultrasound intensity on mass transfer in apple immersed in a sucrose solution. J. Food Eng., 78, 472-479

https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2005.10.018

[8] Shamaei, S., Emam‐Djomeh, Z. & Moini, S. (2012). Ultrasound‐assisted osmotic dehydration of cranberries: Effect of finish drying methods and ultrasonic frequency on textural properties. J. Texture Stud., 43, 133-141.

https://doi.org/10.1111/j.1745-4603.2011.00323.x

[9] Zheng, C., Sun, D.W. & Zheng, L. (2006). Recent developments and applications of image features for food quality evaluation and inspection–a review. Trends Food Sci. Technol., 17, 642-655.

https://doi.org/10.1016/j.tifs.2006.06.005

[10] Kashaninejad, M. & Razavi, S.M.A. (2020) Influence of thermosonication treatment on the average size of fat globules, emulsion stability, rheological properties and color of camel milk cream. LWT, 132, 109852.

https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109852

[11] Vega-Gálvez, A. Ah-Hen, K., Chacana, M., Vergara, J., Martínez-Monzó, J., García-Segovia, P., Lemus-Mondaca, R., & Di Scala, K. (2012). Effect of temperature and air velocity on drying kinetics, antioxidant capacity, total phenolic content, colour, texture and microstructure of apple (var. Granny Smith) slices. Food Chem., 132, 51-59.

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2011.10.029

[12] Kashaninejad, M. &Mohebbi, M. (2018). Detecting adulteration in camel milk using color change modeling by image processing and mixture-process variable experiment. Res. Innov. Food Sci. Technol., 7, 89-104.

https://doi.org/10.22101/JRIFST.2018.05.19.717

[13] Batchelor, B. G., Hill, D. A., & Hodgson, D. C. (1985). Automated Visual Inspection. IFS Publications/North-Holland.

[14] Singh, C.B. Jayas, D. S., Paliwal, J., & White, N. D. G. (2010). Wavelet analysis of signals in agriculture and food quality inspection. Food Bioprocess Technol., 3, 2-12.

https://doi.org/10.1007/s11947-008-0093-7

[15] Rastogi, N.-K. Raghavarao, K. S. M. S., Niranjan, K., & Knorr, D. (2002). Recent developments in osmotic dehydration: methods to enhance mass transfer. Trends Food Sci. Technol., 13, 48-59.

https://doi.org/10.1016/S0924-2244(02)00032-8

[16] Simal, S. Benedito, J., Sánchez, E. S., & Rosselló, C. (1998). Use of ultrasound to increase mass transport rates during osmotic dehydration. J. Food Eng., 36(3), 323–336.

https://doi.org/10.1016/S0260-8774(98)00053-3

[17] Rastogi, N., Raghavarao, K. & Niranjan, K. (2005). Developments in osmotic dehydration. In G. V. Barbosa-Cánovas, M. S. Tapia, & M. P. Cano (Eds.), Emerg. Technol. Food Process. (pp. 221–249). Elsevier.

https://doi.org/10.1016/B978-012676757-5/50011-6

[18] Garcia-Noguera, J. Oliveira, F. I. P., Gallão, M. I., Weller, C. L., Rodrigues, S., & Fernandes, F. A. N. (2010). Ultrasound-assisted osmotic dehydration of strawberries: effect of pretreatment time and ultrasonic frequency. Drying Technol., 28(2), 294-303.

https://doi.org/10.1080/07373930903530402

[19] Rastogi, N., Raghavarao, K. & Niranjan, K. (1997). Mass transfer during osmotic dehydration of banana: Fickian diffusion in cylindrical configuration. J. Food Eng., 31, 423-432.

https://doi.org/10.1016/S0260-8774(96)00086-6

[20] Hebda, T., Brzychczyk, B., Giełżecki, J., & Cieśla, K. (2025). The effect of pre-treatment on the rehydration of dried apple cube. Appl. Sci., 15(3), 1377.

https://doi.org/10.3390/app15031377

[21] Górnicki, K., Choińska, A. & Kaleta, A. (2020). Effect of variety on rehydration characteristics of dried apples. Processes, 8, 1454.

https://doi.org/10.3390/pr8111454

[22] Yitayew, T. & Fenta, T. (2020). The effect of drying method on the texture, color, vitamin c and β-carotene content of dried mango slices (Cv. Apple and Kent). In: Proceedings of the International Conference on Advances of Science and Technology (ICAST 2020). Springer.

https://doi.org/10.1007/978-3-030-80621-7_7

[23] Aguilera, J.M. (2003). Drying and dried products under the microscope. Food Sci. Technol. Int., 9, 137-143.

https://doi.org/10.1177/1082013203034640

[24] Krokida, M. & Maroulis, Z. (1997). Effect of drying method on shrinkage and porosity. Drying Technol., 15, 2441-2458.

https://doi.org/10.1080/07373939708917369

[25] Tortoe, C. (2010) A review of osmodehydration for food industry. Afr. J. Food Sci., 4(6), 303–324.

[26] Fernandez, L., Castillero, C. & Aguilera, J. (2005). An application of image analysis to dehydration of apple discs. J. Food Eng., 67, 185-193.

https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.05.070

[27] Bharati, M.H., Liu, J.J. &MacGregor, J.F. (2004). Image texture analysis: methods and comparisons. Chemometr Intell Lab Syst., 72, 57-71.

https://doi.org/10.1016/j.chemolab.2004.02.005

[28] Quevedo, R. Aguilera, J. M., Pedreschi, F., & León, J. (2002) Description of food surfaces and microstructural changes using fractal image texture analysis. J. Food Eng., 53, 361-371.

https://doi.org/10.1016/S0260-8774(01)00177-7