(RSM) بهینه‌یابی شرایط تصفیه شربت خام چغندر‌قند با استفاده از بنتونیت با روش سطح پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• عیسی جاهد ¹
• محمدحسین حدادخداپرست ²
• خلیل بهزاد ³
• محمد الهی ⁴
• آرش کوچکی ²

¹ دانشگاه ارومیه

² گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

³ گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

⁴ مهندسی علوم و صنایع غذایی

https://doi.org/10.22067/ifstrj.v8i1.14389

چکیده

در این تحقیق از روش سطح پاسخ (RSM) برای تعیین شرایط بهینه فرآیند تصفیه شربت خام چغندر‌قند با استفاده از بنتونیت جهت تولید قند مایع انورته استفاده شد. برای این منظور فاکتورهای موثر بر فرآیند تصفیه شامل غلظت بنتونیت (gr/li 5-1)، pH (6-5/3) و دما (C° 95-35) مورد بررسی قرار گرفت. برای هر پاسخ مدل چند جمله ای درجه دوم با استفاده از تحلیل رگرسیون خطی چند متغیره به دست آمد. ضرایب تبیین مدل‌های رگرسیونی برازش شده برای پارامترهای رنگ، کدورت، خاکستر، درجه خلوص اصلاح شده و قند انورت در فرآیند تصفیه شربت به ترتیب 95/0، 89/0، 90/0، 91/0 و 96/0 تعیین شدند. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت بنتونیت میزان کدورت افزایش ولی درجه خلوص اصلاح شده کاهش یافت در حالی که این متغیر تاثیر معنی‌داری بر سایر پارامترها نداشت. هم چنین با کاهش pH جداسازی عوامل ایجاد‌ رنگ و کدورت توسط بنتونیت افزایش، ولی جداسازی خاکستر کاهش یافت. با افزایش دما از ˚C 35 به ˚C 95، حذف عوامل ایجاد رنگ و کدورت روند افزایشی داشت و میزان قند انورت و درجه خلوص اصلاح‌شده نیز افزایش یافت در حالی که این متغیر تاثیر معنی‌داری بر میزان خاکستر شربت نداشت. شرایط اپتیمم تصفیه شربت خام چغندر با استفاده از بنتونیت جهت به حداقل رساندن میزان رنگ، کدورت و خاکستر و همچنین به حداکثر رساندن میزان قند‌انورت و درجه خلوص اصلاح شده که در آزمایش های عملی مورد تایید قرار‌گرفت، برای پارامترهای مستقل شامل غلظت بنتونیت، pH و دما به ترتیب gr/li 7/1، 47/4 و
˚C 75 به دست آمد. در این نقطه بهینه میزان رنگ، کدورت، خاکستر، درجه خلوص اصلاح شده و قند انورت به ترتیب 1664 (420ICU)، 30/6 (NTU) ، 55/0 (%)، 9/93 (%) و 60/1 (%) تعیین شد.

کلیدواژه‌ها

• روش سطح پاسخ
• شربت خام چغندر‌قند
• بنتونیت

عنوان مقاله [English]

Optimization of Raw Sugar Beet Juice Purification Process Conditions Using Bentonite by Response Surface Methodology

نویسندگان [English]

• Eisa Jahed ¹
• Mohammad Hossein Hadad Khodaparast ²
• Khalil Behzad ³
• Mohammad Elahi ⁴
• Arash Koocheki ²

¹ Urmia University

² Department of Food Science and Technology, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

³ Department of Food Science and Technology, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

⁴ Food Science and Technology Engineering

چکیده [English]

In this study, response surface methodology was used to determine the optimum raw sugar beet juice purification process conditions using bentonite to produce inverted liquid sugar. For this purpose, impact of factors on the purification process such as bentonite concentration (1-5 gr/li), pH (3.5-6) and temperature (35-95 ˚C) was investigated. For each response, a second-order polynomial model was developed using multiple linear regression analysis. Correlation coefficients of fitted regression models of color, turbidity, ash, adjusted purity and invert sugar for juice purification process were determined as 0.95, 0.89, 0.90, 0.91 and 0.96 respectively. Results showed that while increasing the bentonite concentration increased the turbidity content but the adjusted purity decreased, and had no significant effect on other parameters. At lower pH levels, separation of color and turbidity causes by bentonite, but was in creased it decreased separation of ash and also increased invert sugar levels. With increasing temperature from 35˚C, to 95˚C, Separation of color and turbidity causes and invert sugar and adjusted purity content as well as increased, while this variable has no significant effect on syrup ash content. The optimum conditions of raw sugar beet juice purification process using bentonite was determined to obtain minimum color, turbidity and ash with maximum invert sugar and adjusted purity which were verified experimentals were found to be bentonite concentration of 1.70 gr/li, pH of 4.47 and temperature of 75˚C. At this optimum point, color, turbidity, ash, adjusted purity and invert sugar content were found to be 1664 ICU420, 6.3 NTU, 0.55 %, 93.9 % and 1.60 %, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

• Response surface methodology
• Juice purification
• bentonite

مراجع

اکشی، ع.، 1378، شفاف‌سازی آبمیوه، (ترجمه میرخلیل پیروزی فرد)، انتشارات جهاد دانشگاهی ارومیه، 81-74 .

سیلین، پ . م.، 1363، تکنولوژی تولید شکر از چغندر‌قند و تصفیه شکر، جلد اول ( ترجمه مهندس محمد باقر پورسید، مهندس اکبر سجادی)، انتشارات سندیکای کارخانجات قند و شکر ایران.

شیخ الاسلامی، ر.، ۱۳۷۶، رو‌شهای آزمایشگاهی و کاربرد آنها در کنترل فرایند صنایع غذایی ( قند)، نشر مرسا، تهران.

فرمانی، ب.، حدادخداپرست، م. ح.، حصاری، ج و رضا‌یی، ع.، ۱۳۸۴، تصفیه شربت خام نیشکر با بنتونیت ۱- تعیین مقداربهینه بنتونیت و pH، مجله علوم و صنایع غذایی ایران، دانشگاه تربیت مدرس، دوره ۲، شماره ۴، 9-1.

فرمانی، ب.، حدادخداپرست، م. ح.، حصاری، ج و رضایی، ع.، ۱۳۸۵، تصفیه شربت خام نیشکر با بنتونیت ۲- تعیین مقدار بهینه ژلاتین، زمان و دمای فرآوری با بنتونیت، مجله پژوهش‌های علوم و صنایع غذایی ایران، دانشگاه فر‌دوسی مشهد، 75-63.

مک گینس، ر.،1387، تکنولوژی چغندر‌قند، جلد اول ( ترجمه مسعود فلاحی، محمد باقر باقرزاده، رضا شیخ الاسلامی)، انتشارات مرکز بررسی و تحقیق و آموزش صنایع قند ایران،74-59

Altin, O., Ozbelge, O. H., Dogu, T., 1999, Effect of pH, flow rate and concentration on the sorption of Pb and Cd on montmorillonite: I. Experimental. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 74 , 1131–1138.

Alvarez-Ayuso, E., Garcia-Sanchez, A ., 2003, Removal of heavy metals from waste waters by natural and Na-exchanged bentonites. Clays Clay Mineral, 51 (5), 475–480.

Anonymous.,1982, Grading manual for canned apple juice. United states department of agriculture, processed products branch.

Babel, S., Kurniawan, T. A., 2003, Low-cost adsorbents for heavy metals uptake from

contaminated water, a review. Journal of Hazardous Materials, B 97, 219–243.

Didi , M. A., Makhoukhi, B., Azzouz, A., Villemin, D., 2009, Colza oil bleaching through optimized acid activation of bentonite, A comparative study. Applied Clay Science, 42 , 336–344.

Erdogan, B., Demirci, S., Akay, Y., 1996, Treatment of sugar beet juice with bentonite, sepiolite, diatomite and quartamin to remove color and turbidity. Applied Clay Science, 11, 55-67.

Gokmen, V., Serpen, A., 2002, Equilibrium and kinetic studies on the adsorption of dark

colored compounds from apple juice using adsorbent resin . Journal of Food Engineering, 53, 221–227.

Kaya, A., Oren, A. H., 2005, Adsorption of zinc from aqueous solutions to bentonite. Journal of Hazardous Materials, B 125 , 183–189.

Khalid, N., Ahmad, S., Kiani, S. N., Ahmed, J., 1999, Removal of mercury from aqueous solutions by adsorption to rice husks. Separation Science and Technology, 34 (16), 3139–3153.

Koocheki, A., Taherian, A. R., Razavi, S. M. A., Bostan, A., 2009, Response surface methodology for optimization of extraction yield, viscosity, hue and emulsion stability of mucilage extracted from Lepidium perfoliatum seeds. Food Hydrocolloids, 23 , 2369–2379

Koyuncu, H., Kul, A. R., Calimli, A., Yildiz, N., Ceylan, H., 2007, Adsorption of dark compounds with bentonites in apple juice. LWT, 40 , 489–497.

Li, Q., Yan Yue, Q., Jian Sun, H., Su, Y., Yu Gao, B., 2010, A comparative study on the properties, mechanisms and process designs for the adsorption of non-ionic or anionic dyes onto cationic-polymer/bentonite. Journal of Environmental Management, 91, 1601-1611.

Mohammed A. Al-Anber., 2010, Removal of high-level Fe3+ from aqueous solution using natural inorganic materials:Bentonite (NB) and quartz (NQ). Desalination, 250 , 885–891.

Ozcan, A., Omeroglu, C., Erdogan, Y., Ozcan, A. S., 2007, Modification of bentonite with a cationic surfactant: an adsorption study of textile dye Reactive Blue 19. Journal of Hazardous Materials, 140, 173-179.

Rossi, M., Gianazza, M., Alamprese, C., Stanga, F., 2001, The effect of bleaching and pHysical refining on colour and minor components of palm oil. Journal of the American Oil Chemists' Society, 78, 1051-1055.

Shen, D, Fan, J., Zhou, W., Gao, B., Yue, Q., Kang, Q., 2009, Adsorption kinetics and isotherm of anionic dyes onto organo-bentonite from single and multisolute systems. Journal of Hazardous Materials, 172 , 99–107.

Zhansheng, W., Chun, L., Xifang, S., Xiaolin, X., Bin, D., Jin'e, L., Hongsheng, Z., 2006, Characterization, Acid Activation and Bleaching Performance of Bentonite from Xinjiang. Chinese J. Chem. Eng, 14 (2), 253-258.