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 استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه کردستان، ایران.(*رایانامه نویسنده مسئول: r.akbari@uok.ac.ir)

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه کردستان، ایران.

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

4 دانشجوی دکتری، 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 4
1 Assistant Professor, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Iran, (*Corresponding author Email: r.akbari@uok.ac.ir)
2 M.Sc. student, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Iran. 3 Assistant Professor, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Iran
3 Assistant Professor, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Iran.
4 Ph.D. student, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, 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

مراجع

  1. De Oliveira, R. C., Docê, R. C., & de Barros, S. T. D. (2012). Clarification of passion fruit juice by microfiltration: Analyses of operating parameters, study of membrane fouling and juice quality. Journal of food engineering, 111(2), 432-439.
  2. Ramos, J. E. T., Duarte, T. C., Rodrigues, A. K. d. O., Silva Jr, I., Cavalcante Jr, C., & Azevedo, D. C. S. d. (2011). On the production of glucose and fructose syrups from cashew apple juice derivatives. Journal of food engineering, 102(4), 355-360.
  3. Castro-Muñoz, R., Correa-Delgado, M., Córdova-Almeida, R., Lara-Nava, D., Chávez-Muñoz, M., Velásquez-Chávez, V. F., . . . Ahmad, M. Z. (2022). Natural sweeteners: Sources, extraction and current uses in foods and food industries. Food chemistry, 370, 130991.
  4. Derouich, M., Meziani, R., Bourkhis, B., Filali-Zegzouti, Y., & Alem, C. (2020). Nutritional, mineral and organic acid composition of syrups produced from six Moroccan date fruit (Phoenix dactylifera L.) varieties. Journal of food composition and analysis, 93, 103591.
  5. Puoci, F., Iemma, F., Spizzirri, U. G., Restuccia, D., Pezzi, V., Sirianni, R., . . . Cirillo, G. (2011). Antioxidant activity of a Mediterranean food product:“fig syrup”. Nutrients, 3(3), 317-329.
  6. Cosme, F., Pinto, T., & Vilela, A. (2018). Phenolic compounds and antioxidant activity in grape juices: A chemical and sensory view. Beverages, 4(1), 22.
  7. Ahani, T., Ahmadi, M. M., & Saghebjoo, M. (2023). Effects of Grape Syrup Intake on Metabolic Rate and Substrate Oxidation During and After Sprint Intermittent Exercise. Zahedan Journal of Research in Medical Sciences, 25(4).
  8. Dereli, B. O., Türkyılmaz, M., & Özkan, M. (2023). Clarification of pomegranate and strawberry juices: Effects of various clarification agents on turbidity, anthocyanins, colour, phenolics and antioxidant activity. Food chemistry, 413, 135672.
  9. Aghajanzadeh, S., Ziaiifar, A. M., & Verkerk, R. (2023). Effect of thermal and non-thermal treatments on the color of citrus juice: A review. Food Reviews International, 39(6), 3555-3577.
  10. Echavarría, A., Torras, C., Pagan, J., & Ibarz, A. (2011). Fruit juice processing and membrane technology application. Food Engineering Reviews, 3(3), 136-158.
  11. Singh, R., & Singh, R. (2015). Role of Enzymes in Fruit juices Clarification during Processing: A review. Int. J. Biol. Technol, 6(1), 1-12.
  12. Ahamad, S., Choupdar, G. K., Kumar, R., Kumar, A., Bihari, C., Singh, S., . . . Wamiq, M. (2023). Enhancing clarity and quality: The role of clarifying agents in horticulture foods and formulations. Int J Environ Clim Change, 13, 549-559.
  13. Yin, J., Fang, K., Li, J., Du, N., Hu, D., Cao, D., . . . Li, K. (2023). Competitive adsorption mechanisms of pigments in sugarcane juice on starch-based magnetic nanocomposites. International Journal of Biological Macromolecules, 231, 123134.
  14. Nehmé, L., El Tekle, M., Barakat, N., El Khoury, A., Azzi-Achkouty, S., & El Rayess, Y. (2024). Alternative processes for apple juice stabilization and clarification: A bibliometric and comprehensive review. Processes, 12(2), 296.
  15. Crini, G., & Lichtfouse, E. (2019). Advantages and disadvantages of techniques used for wastewater treatment. Environmental Chemistry Letters, 17(1), 145-155.
  16. Bhattacharjee, C., Dutta, S., & Saxena, V. K. (2020). A review on biosorptive removal of dyes and heavy metals from wastewater using watermelon rind as biosorbent. Environmental Advances, 2, 100007.
  17. Vijayaraghavan, K., & Balasubramanian, R. (2015). Is biosorption suitable for decontamination of metal-bearing wastewaters? A critical review on the state-of-the-art of biosorption processes and future directions. Journal of Environmental Management, 160, 283-296.
  18. Solangi, N. H., Kumar, J., Mazari, S. A., Ahmed, S., Fatima, N., & Mubarak, N. M. (2021). Development of fruit waste derived bio-adsorbents for wastewater treatment: A review. Journal of hazardous materials, 416, 125848.
  19. Dutta, S., Bhattacharyya, A., Ganguly, A., Gupta, S., & Basu, S. (2011). Application of response surface methodology for preparation of low-cost adsorbent from citrus fruit peel and for removal of methylene blue. Desalination, 275(1-3), 26-36.
  20. Malviya, A., & Jaspal, D. (2023). Biosorption application in water reuse and recovery. In Resource Recovery in Drinking Water Treatment (pp. 93-105): Elsevier.
  21. Januário, E. F. D., Vidovix, T. B., Araújo, L. A. d., Bergamasco Beltran, L., Bergamasco, R., & Vieira, A. M. S. (2022). Investigation of Citrus reticulata peels as an efficient and low-cost adsorbent for the removal of safranin orange dye. Environmental Technology, 43(27), 4315-4329.
  22. Gupta, A. K., Dhua, S., Kumar, V., Naik, B., Magwaza, L. S., Ncama, K., . . . Mishra, P. (2023). Current and emerging applications in detection and removal of bitter compounds in citrus fruit juice: A critical review. Food Bioscience, 55, 102995.
  23. Mahato, N., Sharma, K., Sinha, M., Baral, E. R., Koteswararao, R., Dhyani, A., . . . Cho, S. (2020). Bio-sorbents, industrially important chemicals and novel materials from citrus processing waste as a sustainable and renewable bioresource: A review. Journal of Advanced Research, 23, 61-82.
  24. Dey, S., Basha, S., Babu, G., & Nagendra, T. (2021). Characteristic and biosorption capacities of orange peels biosorbents for removal of ammonia and nitrate from contaminated water. Cleaner Materials, 1, 100001.
  25. Bukhari, A., Ijaz, I., Zain, H., Gilani, E., Nazir, A., Bukhari, A., . . . Naseer, Y. (2022). Removal of Eosin dye from simulated media onto lemon peel-based low cost biosorbent. Arabian Journal of Chemistry, 15(7), 103873.
  26. Khalfaoui, A., Benalia, A., Selama, Z., Hammoud, A., Derbal, K., Panico, A., & Pizzi, A. (2024). Removal of chromium (VI) from water using orange peel as the biosorbent: experimental, modeling, and kinetic studies on adsorption isotherms and chemical structure. Water, 16(5), 742.
  27. Jmaa, S. B., Abdelhedi, O., Karia, J., Jridi, M., & Sebai, H. (2025). Assessment of an ecofriendly process to remove Nickel and Zinc from wastewater using ultrasound-treated Citrus fruit peels. Results in Engineering, 107003.
  28. Rani, S., & Chaudhary, S. (2022). Adsorption of methylene blue and crystal violet dye from waste water using Citrus limetta peel as an adsorbent. Materials Today: Proceedings, 60, 336-344.
  29. Dev, S., Khamkhash, A., Ghosh, T., & Aggarwal, S. (2020). Adsorptive removal of Se (IV) by citrus peels: Effect of adsorbent entrapment in calcium alginate beads. ACS omega, 5(28), 17215-17222.
  30. Ahmadi Omid. (1403). Optimization of operational conditions for de-turbidization of diluted grape juice with natural lemon peel adsorbent. (in Persian)
  31. Hatami Kia Masoom, Mohammadi Thani Ali and Zamardi Shaheen. (1391). Investigation of the effect of different clarification agents on the physicochemical and microbial properties of grape juice. (in Persian).
  32. Jasim, S. A., Hashim, A. F., S, R., Sridevi, G., Chaudhary, K., Sharma, S., . . . Kadhum, W. R. (2025). Optimization of lemon peel adsorbent for clarification of date syrup. Chemical Papers. doi:10.1007/s11696-025-04430-9
  33. Zandi, Avin., Akbari-Saneh, Rojiar and Rahmani, Farhad. (1403). Evaluation of structural-optical properties and catalytic performance of heterogeneously bonded BiOI-CuO photocomposite embedded in zeolite paste. Journal of Mineral Resources Engineering, 9 (4), 95-113. (in Persian).
  34. Bhagat, M., Yadav, A., & Yadav, V. (2018). Removal of Pb (II) ions from Aqueous Solution using Natural Orange Peel and Activated Orange Peel. Int. J. Res. Advent Technol, 6, 688-693.
  35. Lazim, Z. M., Mazuin, E., Hadibarata, T., & Yusop, Z. (2015). The removal of methylene blue and Remazol Brilliant Blue R dyes by using orange peel and spent tea leaves. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering), 74(11).
  36. Nasser, A. O., & Kareem, S. L. (2024). Removal of Congo red from aqueous solution using lemon peel-Fe3O4 nanocomposite adsorbent. Biomass Conversion and Biorefinery, 14(18), 23183-23193.
  37. Kukowska, S., Nowicki, P., & Szewczuk-Karpisz, K. (2025). Valorization of orange peels through the production of eco-friendly, highly effective adsorbents for herbicides based on one-step CO₂-activation under conventional/microwave heating. Food and Bioproducts Processing, 153, 145-160.
نشریه فرآوری و نگهداری مواد غذایی
دوره 17، شماره 4
دی 1404
صفحه 23-44

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار