کدورت زدایی شیره میوه جات با استفاده از جاذب های زیستی پوست مرکبات: غربالگری جاذب های زیستی و بهینه‌سازی شرایط عملیاتی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی-دانشکده مهندسی-دانشگاه کردستان- سنندج- ایران

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه کردستان، ایران

3 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه کردستان، ایران،

چکیده

سابقه و هدف: شیره انگور و انجیر به‌عنوان منابع غنی از قندهای طبیعی، پلی‌فنول‌ها و مواد معدنی، دارای خواص آنتی‌اکسیدانی، ضدالتهابی و خون‌ساز هستند. این ترکیبات طبیعی با تأثیر بر بهبود کم‌خونی، تقویت سیستم ایمنی و افزایش انرژی، در صنایع غذایی و دارویی کاربردهای بالقوه‌ای دارند. با این حال، وجود کدورت در شیره‌های میوه‌جات یکی از چالش‌های اساسی در پذیرش مصرف‌کننده و فرآوری صنعتی محسوب می‌شود. پژوهش حاضر به بررسی عملکرد جاذب‌های زیستی حاصل از پوست مرکبات (پرتقال، لیمو و نارنگی) در حذف کدورت از این شیره‌ها با استفاده از روش جذب سطحی اختصاص دارد.
مواد و روش‌ها: بدین منظور، پوست مرکبات پس از جداسازی از بخش خوراکی، خشک شده، آسیاب و در ادامه الک گردید. جهت ارزیابی ویژگی‌های ساختاری و شیمیایی جاذب‌ها، آزمون‌های FESEM، EDX، FTIR و BET انجام گرفت.
یافته‌ها: نتایج حاصل از ارزیابی تصاویر FESEM نشان دادند که پوست لیمو دارای ساختاری متراکم و تجمع ذرات است، در حالی که پوست نارنگی و به‌ویژه پرتقال دارای ساختار متخلخل و یکنواخت هستند. آنالیز BET سطح ویژه بالاتری برای پوست پرتقال (m²/g ۱۰) نسبت به سایر جاذب‌ها ثبت کرد. از سوی دیگر، بررسی نتایج حاصل از طیف‌سنجی FTIR نشان داد که گروه‌های عاملی فعال نظیر هیدروکسیل، کربونیل و فنولی در پوست پرتقال در مقایسه با جاذب‌های زیستی پوست نارنگی و لیمو از شدت بیشتری برخوردارند. با استفاده از جاذب پوست پرتقال، تحت شرایط عملیاتی یکسان، 5/65% از شیره انجیر و 8/36% از شیره انگور کدورت‌زدایی شد. این اختلاف عملکرد به تفاوت در ماهیت و ترکیب کدورت‌زای موجود در هر شیره نسبت داده می‌شود. در ادامه، تأثیر متغیرهای عملیاتی از جمله زمان تماس، مقدار جاذب، غلظت ژلاتین و pH محلول بر بازده کدورت‌زدایی شیره‌ انجیر با بکارگیری پوست پرتقال به عنوان جاذب زیستی، با استفاده از روش یک فاکتور در یک زمان مورد بررسی قرار گرفت. در شرایط عملیاتی بهینه (زمان تماس ۶۰ دقیقه، مقدار جاذب g 2/0، مقدار ژلاتین g 009/0 و pH اسیدی)، بیشترین میزان حذف کدورت برای شیره انجیر (4/70 %) ثبت گردید. استفاده از ژلاتین طبیعی به‌عنوان کمک‌منعقدکننده موجب افزایش تعامل بین ذرات کدورت‌زا و جاذب گردید؛ با این‌حال، افزایش بیش‌ازحد آن باعث بروز کدورت معکوس شد.
نتیجه‌گیری: این نتایج کاربردی می‌توانند در طراحی راهکارهای عملیاتی موثر جهت ارتقاء کیفیت ظاهری و پذیرش مصرف‌کننده در فرآوری شیره‌های گیاهی مورد توجه قرار گیرند. در مجموع، یافته‌ها نشان دادند که جاذب زیستی پوست پرتقال می‌تواند به‌عنوان گزینه‌ای مؤثر، کم‌هزینه و زیست‌سازگار برای شفاف‌سازی شیره‌های گیاهی مورد استفاده قرار گیرد و زمینه‌ساز توسعه روش‌های صنعتی پایدار در فرآوری محصولات غذایی باشد. این عملکرد بهبودیافته توسط بیوجاذب پوست پرتقال می‌تواند به سبب مورفولوژی یکنواخت‌تر و متخلخل‌تر، توزیع مناسب سایت‌های فعال، مساحت سطح بالاتر و حضور بیشتر گروه‌های عاملی فعال در این نمونه نسبت به دو نمونه پوست لیمو و نارنگی باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Clarification of Fruit Syrup Using Citrus Peel Biosorbents: Screening of Biosorbents and Optimization of Operational Conditions

نویسندگان [English]

  • Rojiar Akbari seneh 1
  • Hamed Amirian 2
  • Omid Ahmadi 3
  • Arman Soltani 2
  • Avin Zandi 2
1 Dept. of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
2 Dept. of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
3 Dept. of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
چکیده [English]

Background and Objective: Grape and fig syrups, as rich sources of natural sugars, polyphenols, and minerals, possess antioxidant, anti-inflammatory, and hematopoietic properties. These natural compounds have potential applications in the food and pharmaceutical industries due to their effects on improving anemia, boosting the immune system, and increasing energy levels. However, turbidity in fruit syrups remains a major challenge in terms of consumer acceptance and industrial processing. This study investigates the performance of biosorbents derived from citrus peels (orange, lemon, and tangerine) in removing turbidity from these syrups using the adsorption method.
Materials and Methods: For this purpose, citrus (orange, lemon, and tangerine) peels were separated from the edible portions, dried, ground, and sieved. To evaluate the structural and chemical characteristics of the adsorbents, FESEM, EDX, FTIR, and BET analyses were conducted.
Results: FESEM imaging revealed that lemon peel exhibited a dense structure with particle aggregation, whereas tangerine and especially orange peels showed a porous and uniform morphology. BET analysis recorded a higher specific surface area for orange peel (10 m²/g) compared to the other adsorbents. FTIR spectroscopy indicated that active functional groups such as hydroxyl, carbonyl, and phenolic groups were more intense in orange peel than in lemon and tangerine peels. Under identical operational conditions, orange peel adsorbent achieved 65.5% turbidity removal from fig syrup and 36.8% from grape syrup. This performance difference was attributed to the nature and composition of turbidity-causing compounds in each syrup. Subsequently, the effects of operational variables—including contact time, adsorbent dosage, gelatin concentration, and solution pH—on the turbidity removal efficiency of fig syrup using orange peel biosorbent were examined through a one-factor-at-a-time approach. Under optimal conditions (60-min contact time, 0.2 g adsorbent, 0.009 g gelatin, and acidic pH), the highest turbidity removal rate for fig syrup (70.4%) was recorded. The use of natural gelatin as a coagulant aid enhanced the interaction between turbidity particles and the adsorbent; however, excessive gelatin led to reverse turbidity.
Conclusion: These practical findings can inform the design of effective operational strategies to improve the visual quality and consumer acceptance of plant-based syrup processing. Overall, the results demonstrated that orange peel bioadsorbent is a cost-effective, eco-friendly, and efficient option for clarifying plant-based syrup, paving the way for sustainable industrial methods in food product processing. The improved performance of the orange peel biosorbent can be attributed to its more uniform and porous morphology, appropriate distribution of active sites, higher surface area, and the presence of more active functional groups compared to the lemon and tangerine peel samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Clarification
  • Citrus peel
  • Grape syrup
  • Fig syrup
  • Optimization