بررسی سینتیک و مدلسازی خشک کردن رزماری (rosmarinus officinalis ‌l.) با استفاده از مادون قرمز

سابقه و هدف: گیاه رزماری، بوته‌ای همیشه سبز و معطر از خانواده‌ی نعناعیان است که دارای خواص آنتی اکسیدانی و دارویی زیادی است. امروزه جهت افزایش میزان استحصال اسانس و بهبود کیفیت اسانس، ابتدا گیاه مورد نظر خشک شده و سپس اسانس گیری انجام می‌شود. لذا روش‌های جدید، برای خشک کردن گیاهان دارای اسانس، مورد مطالعه می‌باشد. در گذشته در مورد رزماری روش‌های خشک کردن مختلفی از جمله، هوای داغ، مایکروویو، انجمادی، آفتابی و ...، توسط محققین مختلف به کار برده شده و کیفیت اسانس استحصالی و سینتیک انتقال جرم، مورد بررسی قرار گرفته است. اما امروزه خشک کردن با مادون قرمز، برای بسیاری از محصولات کشاورزی مورد توجه قرارگرفته است که این روش در مورد رزماری تاکنون به کار گرفته نشده است. لذا هدف از این تحقیق، بررسی تاثیر خشک کردن مادون قرمز بر حجم و رنگ و کیفیت اسانس برگ‌های رزماری و مطالعه سنتیک خشک کردن و همچنین مدل‌سازی فرآیند خشک کردن مادون قرمز و مقایسه با سایر روش‌های خشک کردن، بود. مواد و روش‌ها: در این مطالعه ابتدا، خواص هندسی برگ‌های رزماری، توسط میکرومتر میتوتویو اندازه‌گیری شد. سپس با استفاده از پرتودهی امواج الکترومغناطیس در محدوده‌ی طیف مادون قرمز (100، 200 و 300 وات)، برگ‌های تازه چین شده‌ی گیاه رزماری (rosmarinus officinalis l.)، خشک شدند و پس از اسانس‌گیری با روش کلونجر میزان استحصال اسانس و ترکیبات اسانس (با استفاده از گاز کروماتوگرافی جرمی) محاسبه و با توجه به توان تابش امواج مادون قرمز، با استفاده از طرح کاملا تصادفی، مورد مقایسه قرار گرفت. کیفیت رنگ رزماری های خشک شده و اسانس به دست آمده نیز با نرم افزار ایمیج جی، مورد مطالعه قرار گرفت و پارامترهای *l، *a، b*، شاخص کروما، اندیس قهوه ای شدن، اختلاف رنگ کل و زاویه هیو محاسبه و با روش طرح کاملا تصادفی مورد مقایسه قرار گرفت. علاوه بر این با استفاده از داده‌های مربوط به رطوبت سنجی، منحنی‌های زمان و روند خشک‌کردن، رسم و ضرائب نفوذ موثر و میزان انرژی فعال‌سازی، تعیین گردید.یافته‌ها: با توجه به نتایج آنالیز واریانس و مقایسه میانگین دانکن در سطح 5 درصد، مشاهده شد که با افزایش توان لامپ مادون قرمز در فرآیند خشک کردن، پارامترهای l، b، chroma و bi در رزماری خشک شده، کاهش و پارامترهای δe، a* و hue angel افزایش داشتند. همچنین افزایش توان مادون قرمز اثر معنی داری بر کاهش حجم اسانس تولیدی داشت. در مورد رنگ اسانس نیز مشاهده شد که با افزایش توان لامپ مادون قرمز، پارامترهای *l و a* و hue angel کاهش و پارامترهای b*، bi و chroma افزایش داشتند. همچنین مشاهده شد که افزایش توان مادون قرمز در فرآیند خشک کردن رزماری، تاثیر معنی‌داری بر کاهش میزان ترکیبات فرار موجود در اسانس رزماری دارد. ضرائب نفوذ موثر از 9^10×3.33 تا 8^10×1.907 متغیر بود. انرژی فعال‌سازی نیز kw/kg 30.243 تعیین شد. با بهره‌گیری از هشت مدل شناخته شده و با استفاده از نرم افزار متلب2016، مدل‌سازی رگرسیونی انجام شد و مدل midilli برای توان‌های 200 و 300 وات و مدل verma et al برای توان 100 وات، جهت پیش بینى روند خشک شدن، انتخاب گردیدند. نتیجه گیری: افزایش توان مادون قرمز طی فرآیند خشک کردن برگ‌های رزماری، سبب کاهش راندمان اسانس گیری می‌شود. همچنین افزایش توان مادون قرمز تاثیر مستقیم و معنی داری در کاهش مواد موثره ی موجود در اسانس مانند سینئول و بتاپینن میگردد. رنگ رزماری خشک شده و اسانس حاصل از آن تحت تاثیر توان تابش مادون قرمز قرارگرفته و با افزایش توان تغییر می‌کند. افزایش توان تابش مادون قرمز، سبب افزایش ضرایب نفوذ موثر می‌گردد. مدل‌های میدیلی و ورما و همکاران بهترین مدل‌ها، برای پیشگویی رفتار خشک شدن رزماری هستند.

Modeling Kinetics of Rosemary Drying (Rosmarinus officinalis L.) Using Infrared

Background:Rosemary is an evergreen and aromatic plant of the mint family, which has many antioxidant and medicinal properties. Nowadays, to increase the quantity of extraction and improve the quality of essence, the plant is dried and then the extraction process is performed. Thus, new and combined methods for drying of plants containing essence have been studied. Different drying methods such as hot air, microwave, microwave vacuum, sun and freeze drying have been studied by many researcher to dry rosemary and the quality of the extracted essence and the kinetics of mass transfer have been investigated. Drying by means of infrared is considered for many agricultural products but this method has not been applied to rosemary until now. Therefore, the purpose of this study was to investigate the kinetics of drying and the effect of infrared drying on the volume, color and quality of essence of rosemary leaves. Our specific target was modeling of the infrared drying process and compare it with other drying methods. Materials and Methods: In this study, the geometric properties of rosemary leaves were measured by Mitutoyo Micrometer. Then, by using electromagnetic radiation in the range of infrared spectrum (100, 200 and 300watts) freshly prepared leaves of rosemary were dried. After essence extraction by clevenger method, the volume of extraction and components were determined by GC/MS and according to the power of infrared wavelength were evaluated by completely randomized design. The quality of dried rosemary and essences were also studied by ImageJ software, and color parameters a*, b*, L*, chroma (C*), browning index, total color difference and Hue angle, were calculated by completely randomized design. In addition, drying curves, effective diffusivities and activation energy determined by using moisture measurement data.Results:According to the results of analysis of variance and Duncan’s Multiple Range test at 5% level, it was observed that with increasing the power of the infrared lamp in the drying process, color parameters like L, b, Chroma and BI in dried rosemary decreased and ΔE, A and Hue angel increased. Analysis of variance and comparison of Duncan’s mean at 5% level showed that increasing the infrared power has a significant effect on reducing the volume of essence. In the case of essence color, it was perceived that with increasing the power of the infrared lamp, the color parameters like A, L and Hue angel decreased and b, BI and Chroma increased. Furthermore, increasing the infrared power in the drying process of rosemary has a significant effect on reducing the volatile compounds of rosemary essence. Effective diffusivities varied from 33.3×9.109 to 1.0907×108. The activation energy was also determined as 30.243 kW/kg. To predict the rosemary drying trend by using eight models, regression modeling was performed through MATLAB software (version 2016). Results showed that, Midilli model for the power of 200 and 300 watts and Verma model for the power of 100 watts, due to high correlation coefficient index and low standard error, were two suitable models for evaluation of Drying kinetic and prediction of drying process.Conclusion:Increasing infrared power during drying process of rosemary leaves decreases the efficiency of essence extraction. Moreover, increasing the infrared power has a significant effect on reducing the active ingredients like cineol and BetaPinene in essence. The color of dried rosemary and extracted essence are affected by infrared radiation power and varies with increasing the power. Rising the infrared radiation power results in an increase in the effective diffusivity coefficients. Also, it can be concluded that, midilli and verma are two best models for prediction of drying trend of rosemary.