استفاده از سیستم استنتاج تطبیقی فازی-عصبی برای تخمین انتقال جرم هنگام خشک‌کردن همرفتی جوانه‌های کینوا تیمارشده با مایکروویو

سیستم استنتاج تطبیقی فازی-عصبی (انفیس) یک روش جدید برای مدل‌سازی و مطالعه سینتیک انتقال جرم و حرارت هنگام فرآوری مواد غذایی است. در این پژوهش اثر زمان تیماردهی با مایکروویو بر سرعت افت رطوبت، ضریب نفوذ موثر رطوبت و آبگیری مجدد جوانه‌های کینوا هنگام خشک‌شدن بررسی و سرعت انتقال جرم با استفاده از مدل‌های سینتیکی و انفیس مدل‌سازی شد. برای اعمال پیش‌تیمار، جوانه‌های کینوا به مدت 0، 30، 60 و 90 ثانیه داخل دستگاه مایکروویو قرار گرفتند و سپس با خشک‌کن هوای داغ خشک شدند. نتایج نشان داد که پیش‌تیمار مایکروویو به مدت 30 ثانیه باعث افزایش سرعت خروج رطوبت، افزایش ضریب نفوذ موثر رطوبت و کاهش زمان خشک‌کردن جوانه‌های تازه کینوا می‌گردد. با پیش‌تیمار جوانه‌های کینوا توسط مایکروویو به مدت 30 ثانیه مشاهده گردید که ضریب نفوذ موثر رطوبت به‌صورت معنی‌داری از m2s-1 11-10×5.73 به m2s-1 11-10×10.49 افزایش یافت (0.05>p). بر اساس نتایج به دست آمده از بخش بررسی مدل‌های سینتیک مختلف، استفاده از مدل سینتیکی لگاریتمی برای بررسی فرآیند خشک‌کردن جوانه‌های کینوا توصیه می‌شود. با پیش‌تیمار جوانه‌ها توسط مایکروویو به مدت 30 ثانیه مشاهده شد که آبگیری مجدد جوانه‌های خشک‌شده به‌صورت معنی‌داری از 196.27 درصد به 253.86 درصد افزایش یافت (0.05>p). ساختار کلی شبکه انفیس در این مطالعه شامل دو ورودی (زمان پیش‌تیمار مایکروویو و زمان حرارت‌دهی)، 20 تابع عضویت ورودی، 10 قانون در لایه میانی، 10 تابع عضویت خروجی و یک پاسخ خروجی (افت رطوبت جوانه‌های کینوا) بود. نتایج انفیس نشان داد با استفاده از ساختار بهینه انفیس می‌توان درصد افت رطوبت جوانه‌های کینوا تیمارشده با مایکروویو هنگام خشک شدن همرفتی را با دقت بالایی پیش‌بینی نمود. در مجموع، شرایط مناسب برای خشک‌کردن جوانه‌های تازه کینوا، 30 ثانیه پیش‌تیمار با مایکروویو و سپس استفاده از خشک‌کن همرفتی بود. روش مدل‌سازی انفیس توانست افت رطوبت جوانه‌های کینوا را با خطای پایین و ضریب تبیین حدود 0.99 پیش‌بینی کند.

application of the adaptive neuro-fuzzy inference systemto estimate mass transfer during convective drying ofmicrowave-treated quinoa sprouts

introduction: adaptive neuro-fuzzy inference system (anfis) is an advanced method for modeling andstudying mass and heat transfer kinetics during food processing. sprouting is an effective way to enhancethe nutritional value of quinoa seeds, and quinoa sprouts are a rich source of protein, essential amino acids,vitamins, phenolic compounds, and antioxidants. convection drying is the most widely used method forpreserving agricultural crops and food materials, helping to extend their shelf life. recently, extensiveresearch has been focused on the use of microwave pretreatment to improve mass transfer rates and reduceprocessing time during the convective drying of agricultural products. modeling the drying process servesas a valuable tool for process optimization and dryer design. the aim of this study was to employ kineticmodels and the adaptive neuro-fuzzy inference system (anfis) method to predict mass transfer duringthe convective drying of microwave-treated quinoa sprouts.materials and methods: to prepare quinoa sprouts, quinoa seeds were soaked for 1 hour and then left at25°c for 72 hours to sprout. this study investigated the effects of microwave treatment time on themoisture loss rate, effective moisture diffusivity coefficient, and rehydration of quinoa sprouts. the masstransfer rate was modeled using both kinetic models and the adaptive neuro-fuzzy inference system(anfis). for the pretreatment, quinoa sprouts were placed in a microwave device for 0, 30, 60, and 90seconds. after microwave treatment, the sprouts were dried in a thin layer in a hot air dryer at 70°c untila constant weight was reached. to model the effect of microwave treatment time on the moisture removalrate from quinoa sprouts, the anfis toolbox in matlab software was used.results and discussion: the results of this study indicate that microwave pretreatment for 30 secondsenhances the moisture removal rate, increases the effective moisture diffusivity coefficient, and reducesthe drying time of fresh quinoa sprouts. after microwave pretreatment for 30 seconds, the effectivemoisture diffusivity coefficient significantly increased from 5.73×10⁻¹¹ m²s⁻¹ to 10.49×10⁻¹¹ m²s⁻¹(p<0.05). based on the findings from the analysis of various kinetic models, the logarithmic kinetic modelis recommended for studying the drying process of microwave-pretreated quinoa sprouts. with microwavepretreatment of quinoa sprouts for 30 seconds, the rehydration of dried sprouts significantly increased from196.27% to 253.86% (p<0.05). the overall structure of the anfis network in this study included twoinputs (microwave pretreatment time and heating time), 20 input membership functions, 10 rules in themiddle layer, 10 output membership functions, and one output response (moisture loss of quinoa sprouts).the gaussian membership function was found to be suitable for modeling the data in this study, and goodresults were achieved using this function. the results from the anfis modeling method demonstratedthat, by employing the optimal anfis structure, the moisture loss percentage of microwave-treated quinoasprouts during convective drying can be predicted with high accuracy.conclusion: increasing the microwave treatment time to 60 and 90 seconds reduces the mass transfer rate,lowers the effective moisture diffusivity coefficient, and prolongs the drying time for fresh quinoa sprouts,while also reducing the rehydration capacity of dried quinoa sprouts. in general, the optimal condition fordrying fresh quinoa sprouts is a 30-second microwave pretreatment followed by hot air drying. the anfismodeling method effectively predicts the moisture loss of microwave-treated quinoa sprouts during hot airdrying with low error and a coefficient of determination (r²) of approximately 0.99.