مدل‌سازی هیدراتاسیون برنج (Oryza Sativa) توسط مدل‌های تجربی و انتشار

نویسنده
محسن دلوی اصفهان
استادیار گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه جهرم، جهرم، ایران. تلفن 07154344445
10.22034/FSCT.19.134.87
چکیده
در این مطالعه ویژگی های جذب آب برنج سفید در حین خیساندن در دمای 25-65 درجه سانتی گراد تعیین شد. در مرحله بعد، کارایی مدل‌های بنیادی و تجربی برای پیش‌بینی میزان رطوبت دانه در حین خیساندن مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. مدل‌های بنیادی با استفاده از حل‌ تحلیلی و عددی قانون دوم انتشار فیک بر اساس اشکال منظم (مکعب و استوانه) و هندسه واقعی برنج سفید به ترتیب توسعه داده شدند. 5 مدل تجربی نیز (مدل هندرسون و پابیس، مدل نمایی، مدل پیج، مدل پیج اصلاح شده و مدل نمایی دو جمله‌ای) برای توضیح رفتار خیساندن برنج نیز مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج مدل‌های مورد مطالعه نشان داد که مدل عددی به طور قابل ‌توجهی از مدل تحلیلی در توصیف منحنی‌های جذب آب دقیق‌تر است. دقت بالاتر مدل عددی را می‌توان به این دلیل نسبت داد که این مدل شکل مناسبی را برای نشان دادن دانه های برنج در مدل ریاضی انتخاب کرد. مقدار متوسط ضریب نفوذ موثر در دامنه درجه حرارت 25-65 درجه سلسیوس 11-10× 83/8 (متر مربع بر ثانیه) با روش کمینه سازی خطا بین داده های تجربی و مدل به دست آمد. در بین مدل‌های تجربی، مدل نمایی دو جمله‌ای بهتر از سایر تغییرات رطوبت نمونه در طول خیساندن را پیش‌بینی کرد. به طور کلی، اگرچه هر دو رویکرد در مدل‌سازی قادر به پیش‌بینی تغییرات رطوبت نمونه در طول خیساندن بودند، مدل عددی مناسب‌تر بود، زیرا درک جامع‌تری از فیزیک فرآیند را ارائه داد و پارامترهای مدل مستقیماً با مقادیر فیزیکی قابل اندازه گیری مرتبط هستند.
کلیدواژه‌ها
برنج
جذب آب
مدل تحلیلی
مدل عددی
مدل تجربی

موضوعات

عنوان مقاله English

Hydration Modeling of Rice (Oryza Sativa) by Empirical and Diffusion Models

نویسنده English

mohsen Dalvi-Isfahan
Assistant professor, Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture, Jahrom University, Jahrom, Iran. TEL:07154344445. Email: mohsen.dalvi@gmail.com- dalvi@jahromu.ac.ir
چکیده English

In this study, water absorption characteristics of white rice during soaking at 25-65 oC was investigated. In the next step, the efficiency of fundamental and empirical models to predict the moisture content of grain during soaking were evaluated and compared. The fundamental models were developed by using analytical and numerical solutions of Fick’s second law of diffusion based on regular shapes (cube and cylinder) and the real geometry of the white rice, respectively. Five empirical models (Henderson and Pabis model, exponential model, Page model, modified Page model and two-term exponential model) for explaining the soaking behavior of rice were also studied. The results of the studied models indicate that the numerical model were substantially more accurate than analytical model in describing the water absorption curves. The higher accuracy of numerical model can be attributed to the fact that this model selected appropriate shape to represent rice grains in the mathematical model. The average value of the effective water diffusivity at 25-65 oC was estimated to be in the order of 8.83×10-11 m2/s, by minimizing the error between experimental and numerically predicted results. Among the empirical models, the two-term exponential model was better than others in predicting changes in sample moisture during soaking. Overall, although both modeling approaches were able to predict the changes in moisture content of the sample during soaking, the numerical model was found to be more appropriate because it provided a more comprehensive understanding of the underlying physics of the process and the model parameters were directly related to measurable physical quantities.

کلیدواژه‌ها English

Rice
Hydration
analytical model
Numerical model
Empirical model
[1] Shafaei, S. M., Nourmohamadi-Moghadami, A., & Kamgar, S. (2016). Development of artificial intelligence based systems for prediction of hydration characteristics of wheat. Computers and Electronics in Agriculture, 128, 34-45.
[2] Maskan, M. (2001). Effect of maturation and processing on water uptake characteristics of wheat. Journal of Food Engineering, 47(1), 51-57.
[3] Feng, W., Fan, D., Li, K., Wang, T., Zhang, H., Zhou, X., Wan, J., & Wang, R. (2022). Removal of cadmium from rice grains by acid soaking and quality evaluation of decontaminated rice. Food Chemistry, 371, 131099.
[4] Zhu, L., Cheng, L., Zhang, H., Wang, L., Qian, H., Qi, X., & Wu, G. (2019). Research on migration path and structuring role of water in rice grain during soaking. Food Hydrocolloids, 92, 41-50.
[5] Maskan, M. (2002). Effect of processing on hydration kinetics of three wheat products of the same variety. Journal of Food Engineering, 52(4), 337-341.
[6] Kalita, D., Jain, S., Srivastava, B., & Goud, V. V. (2021). Sono-hydro priming process (ultrasound modulated hydration): Modelling hydration kinetic during paddy germination. Ultrasonics Sonochemistry, 70, 105321.
[7] Kashaninejad, M., Dehghani, A. A., & Kashiri, M. (2009). Modeling of wheat soaking using two artificial neural networks (MLP and RBF). Journal of Food Engineering, 91(4), 602-607.
[8] Kashaninejad, M., Maghsoudlou, Y., Rafiee, S., & Khomeiri, M. (2007). Study of hydration kinetics and density changes of rice (Tarom Mahali) during hydrothermal processing. Journal of Food Engineering, 79(4), 1383-1390.
[9] Bakalis, S., Kyritsi, A., Karathanos, V. T., & Yanniotis, S. (2009). Modeling of rice hydration using finite elements. Journal of Food Engineering, 94(3), 321-325.
[10] Prakash, B., & Pan, Z. (2012). Effect of Geometry of Rice Kernels on Drying Modeling Results. Drying Technology, 30(8), 801-807.
[11] Dalvi-Isfahan, M. (2020). A comparative study on the efficiency of two modeling approaches for predicting moisture content of apple slice during drying. 43(11), e13527.
[12]  کاشانی نژاد، م،. چابرا، د.، رفیعی، ش. بررسی جذب رطوبت و تغییرات خواص فیزیکی ارقام برنج در فرآیند خیساندن. 1387. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی. 15 (2). 163-175.
[13] Gong, M., Zhou, Z., Jin, J., Yu, Y., Liu, S., Han, X., Zhong, F., & Mao, J. (2020). Effects of soaking on physicochemical properties of four kinds of rice used in Huangjiu brewing. Journal of Cereal Science, 91, 102855.
[14] Yu, S., Ma, Y., Menager, L., & Sun, D.-W. (2012). Physicochemical Properties of Starch and Flour from Different Rice Cultivars. Food and Bioprocess Technology, 5(2), 626-637.
[15] Dutta, H., Mahanta, C. L., Singh, V., Das, B. B., & Rahman, N. (2016). Physical, physicochemical and nutritional characteristics of Bhoja chaul, a traditional ready-to-eat dry heat parboiled rice product processed by an improvised soaking technique. Food Chemistry, 191, 152-162.
[16] Roca, E., Broyart, B., Guillard, V., Guilbert, S., & Gontard, N. (2007). Controlling moisture transport in a cereal porous product by modification of structural or formulation parameters. Food Research International, 40(4), 461-469.
[17] Takeuchi, S., Maeda, M., Gomi, Y.-i., Fukuoka, M., & Watanabe, H. (1997). The change of moisture distribution in a rice grain during boiling as observed by NMR imaging. Journal of Food Engineering, 33(3), 281-297.
[18] Fan, D., Ma, S., Wang, L., Zhao, H., Zhao, J., Zhang, H., & Chen, W. (2013). 1H NMR studies of starch–water interactions during microwave heating. Carbohydrate Polymers, 97(2), 406-412