Zastosowanie modeli matematycznych do opisu izoterm adsorpcji pary wodnej suszonej marchwi purpurowej i pomarańczowej

• Autorzy: Małgorzata Nowacka , Grzegorz Janiak , Marcin Kidoń , Janusz Czapski , Dorota Witrowa-Rajchert

Warianty tytułu

Applying Mathematical Models to Describe Water Vapour Adsorption Isotherms of Dried Purple and Orange Carrots

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

W pracy wyznaczono i opisano modelami matematycznymi: BET, GAB, Lewickiego, Oswina, Halsey'a i Pelega izotermy adsorpcji pary wodnej suszonej marchwi pomarańczowej i purpurowej. Marchew pomarańczową odmiany Bolero oraz purpurową odmiany Deep Purple suszono czterema metodami: konwekcyjną, promiennikowo-konwekcyjną, mikrofalowo-konwekcyjną i sublimacyjną. Do wyznaczenia izoterm sorpcji stosowano metodę statyczno-eksykatorową. Przydatność modeli do opisu uzyskiwanych izoterm oceniono na podstawie średniego błędu kwadratowego (RMS). Izotermy adsorpcji wody badanych suszy marchwi pomarańczowej i purpurowej charakteryzowały się III typem izoterm według klasyfikacji BET, charakterystycznym dla produktów o dużej zawartości cukrów. Przebieg izoterm uzależniony był od zastosowanej metody suszenia. Generalnie, model GAB najlepiej opisywał izotermy sorpcji, jednak dobrze dopasowane zostały tylko izotermy suszy sublimacyjnych marchwi pomarańczowej i purpurowej, w przypadku których błąd kwadratowy RMS osiągnął wartość odpowiednio 0,07 i 0,09. Pozostałe wartości błędu RMS modeli matematycznych opisujących izotermy adsorpcji przewyższały wartość 0,25, co świadczy o braku możliwości wykorzystania tych modeli do opisu przebiegu adsorpcji pary wodnej badanych suszy marchwi. Niezależnie od zastosowanego modelu, najlepsze dopasowanie modeli stwierdzono w przypadku suszy sublimacyjnych (Ve=3,3-8,5 %). Susze marchwi purpurowej charakteryzowały się większymi równowagowymi zawartościami wody w monowarstwie, w związku z czym mają potencjalnie większą stabilność przechowalniczą niż susze marchwi pomarańczowej. (abstrakt oryginalny)

EN

In the paper, there were determined and described the water vapour adsorption isotherms of dried orange and purple carrots using BET, GAB, Lewicki, Oswin, Halsey, and Peleg mathematical models. The orange carrots of Bolero cultivar and purple carrots of Deep Purple cultivar were dried using four methods: convective, infrared-convective, microwave-convective, and freeze-drying. A static-desiccator method was applied to determine the sorption isotherms. The usefulness of models for describing isotherms was assessed on the basis of root mean square error (RMS). According to the BET classification, the water adsorption isotherms of dried orange and purple carrots were characterized by a III isotherm type characteristic for high sugar content products. The pattern of isotherms depended on the drying method applied. The GAB model was the best to describe the sorption isotherms; however, only the freeze-dried orange and purple carrot isotherms were well matched, and, in this case, the RMS error values were 0.07 and 0.09, respectively. All other RMS error values of mathematical models describing the absorption isotherms exceeded 0.25; it means that those models cannot be used to describe the water vapour adsorption pattern of the dried carrots investigated. Regardless of the used model, the best fit of models were for freeze dried samples (Ve = 3,3 - 8,5 %). The dried purple carrots were characterized by a higher equilibrium water content in the monolayer; therefore, their storage stability was potentially higher than that of the dried orange carrots. (original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Żywność; Technologia produkcji żywności; Przetwórstwo owocowo-warzywne; Badanie żywności; Modele matematyczne

EN

Food; Food production technology; Fruit and vegetables processing; Food research; Mathematical models

• Czasopismo: Żywność: nauka - technologia - jakość
• Rocznik: 19 (2012)
• Numer: nr 5 (84)
• Strony: 60--72

Twórcy

autor

Małgorzata Nowacka

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

autor

Grzegorz Janiak

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

autor

Marcin Kidoń

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

autor

Janusz Czapski

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

autor

Dorota Witrowa-Rajchert

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Bibliografia

• [1] Aksay S., Ekiz I., Turker N.: Effect of storage temperature on the stability of anthocyanins of a fermented black carrot (Daucus carota var. L.) beverage: shalgam. J. Agric. Food Chem., 2004, 52, 3807-3813.
• [2] Alasalvar C., Grigor J.M., Quantick P.C., Shahidi F., Zhang D.: Comparison of volatiles, phenolics, sugars, antioxidant vitamins, and sensory quality of different colored carrot varieties. J. Agric. Food Chem., 2001, 49, 1410-1416.
• [3] Abdelhag E.H., Labuza T.P.: Air drying characteristics of apricots. J. Food Sci., 1987, 52, 432-447.
• [4] Carle R., Kammerer D., Schieber A.: Quantification of anthocyanins in black carrot extracts (Daucus carota ssp. sativus var. atrorubens Alef.) and evaluation of their colorproperties. Eur. Food Res. Tech., 2004, 219, 479-486.
• [5] Chirfie J., Iglesias H.A.: Equations for fitting water sorption isotherms of foods. Part I: A Review. J. Food Technol., 1978, 13, 159-174.
• [6] Ersus S., Yurdagel U.: Microencapsulation of antocyanin pigments of black carrot (Daucus carota L.) by spray drier. J. Food Eng., 2007, 80, 805-812.
• [7] Falade K.O., Aworh O.C.: Adsorption isotherms of osmo-oven dried African star apple (Chrysophyllum albidum) and african mango (Irvingia gabonensis) slices. Eur. Food Res. Technol., 2004, 218, 278-283.
• [8] Gondek E., Lewicki P.P.: Izotermy sorpcji pary wodnej suszonych i kandyzowanych owoców. Acta Sci. Pol., Technologia Alimentaria, 2005, 4 (1), 63-71.
• [9] Janowicz M., Lenart A.: Rozwój i znaczenie operacji wstępnych w suszeniu żywności. Właściwości fizyczne suszonych surowców i produktów spożywczych. Komitet Agrofizyki PAN, Wyd. Nauk. FRNA, Lublin 2007, ss. 15-33.
• [10] Kalt W.: Effect of production and processing factors on major fruit and vegetable antioxidants. J. Food Sci., 2005, 70, 1, 11-19.
• [11] Kędzierska K., Pałacha Z.: Wpływ temperatury na właściwości sorpcyjne suszu pieczarek. Acta Agrophysica, 2011, 17 (1), 77-88.
• [12] Koyuncu T., Tosun I., Pinar Y.: Drying characteristics and heat energy requirement of cornelian cherry fruits (Cornus mas L.). J. Food Eng., 2007, 78 (2), 735-739.
• [13] Lewicki P.P.: Woda jako składnik żywności. Przem. Spoż., 2003, (5) , 8-14.
• [14] Mayor L., Silva M.A., Sereno A.M.: Microstructural changes during drying of apple slices. Drying Technol., 2005, 23, 2261-2276.
• [15] Moreira R., Vazquez G., Chenlo F.: Influence of the temperature on sorption isotherms of chickpea: Evaluation of isosteric heat of sorption. Electron. J. Environ., Agric. Food Chem. 2002, 1, 1-11.
• [16] Nicolle C., Simon G., Rock E., Amouroux P., Remesy C.: Genetic variability influences carotenoid, vitamin, phenolic, and mineral content in white, yellow, purple, orange, and dark-orange carrot cultivars. J. Am. Soc. Hort. Sci., 2004, 129, 523-529.
• [17] Pałacha Z.: Badanie stanu wody w matrycy modelowej i uzyskanej z jabłek z wykorzystaniem metody opartej na izotermach sorpcji oraz kalorymetrycznej. Wyd. SGGW, Warszawa 2007.
• [18] Hodowla roślin warzywnych. Red. K. Niemirowicz-Szczytt. Wyd. SGGW, Warszawa 1993.
• [19] Uprawa warzyw w polu. Red. L. Skąpski, B. Dąbrowska. Wyd. SGGW, Warszawa 1994.
• [20] Świtka J., Krasowski Z.: Zastosowanie izoterm sorpcji wody w technologii żywności. Przem. Spoż., 1990, (4-5), 105-107.
• [21] Tsami E., Marinos-Kouris D., Maroulis Z.B.: Water sorption isotherms of raisins currants, figs, prunes and apricots. J. Food Sci., 1990, 55, 1594-1597.
• [22] Witrowa-Rajchert D., Czapski J., Kidoń M., Bawoł A.: Purpurowe odmiany marchwi jako surowiec do suszenia. W: Metody fizyczne diagnostyki surowców roślinnych i produktów spożywczych. Red. Dobrzański B., Grundas S., Rybczyński R. Komitet Agrofizyki PAN, Wyd. Nauk. FRNA, 2008, ss. 75-86.
• [23] Witrowa-Rajchert D., Fabisiak A., Stawczyk J., Sheng Li.: Wpływ metody suszenia i temperatury procesu na właściwości higroskopijne suszu jabłkowego. Inż. Rol., 2006, 7, 457-463.
• [24] Wu L., Orikasa T., Tagawa A.: Vacuum drying characteristics of eggplants. J. Food Eng., 2007, 83 (3), 422-429.
• [25] Yanniotis S., Blahovec J.: Model analysis of sorption isotherms. LWT - Food Sci. Technol., 2009, 42, 1688-1695.
• [26] PN-90/A/75101/03. Przetwory owocowe i warzywne. Przygotowanie próbek i metody badań fizyko-chemicznych. Oznaczanie suchej masy metodą wagową.