Mathematical modeling of the freeze-drying kinetics of the sesame extract or “milk”

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i2.12752

Keywords:

Sesame; Drying kinetics; Thermodynamic properties.

Abstract

Among oilseeds, sesame has functional components that increase resistance against oxidative deterioration, providing neutraceutical values. Considering the high nutritional and functional potential of the sesame extract or "milk", it is necessary to apply conservation techniques that increase its shelf life and give rise to new products. Many drying processes have been used for the production of powdered foods, among which freeze-drying is highlighted. In this context, the technology applied in the development of a new product from sesame extract (sesame milk), pre-frozen under different temperatures (-20, -60, -100 and -140 ° C) was studied, addressing the heat and mass transfer in freeze drying of this product, introducing new concepts proposed by Cavalcanti-Mata (2018) from the Fick model, giving new meaning to the equations proposed by Page, Lewis and Cavalcanti Mata. Among the drying models studied, the Cavalcanti-Mata modified by Cavalcanti-Mata was the one that best expressed the experimental data. In the models by Fick, Cavalcanti-Mata, Page and Lewis modified by Cavalcanti-Mata, the diffusion of the sublimation of the sesame extract or “milk” decreased proportionally the decrease in the pre-freezing temperature of the samples. Enthalpy and entropy grew with the decrease in the pre-freezing temperature and Gibbs free energy was positive for the entire temperature range, having a behavior directly proportional to the decrease in the pre-freezing temperature, thus demonstrating that it is a non-spontaneous process.

References

Amoo, S. O., Okorogbona, A. O. M., Du Plooy, C. P., & Venter, S. L. Sesamum indicum. Medicinal Spices and Vegetables from Africa. Cambridge: Academic Press, 2017. 549-579.

Araújo, W. D., Goneli, A. L. D., Corrêa, P. C., Hartmann Filho, C. P., & Siqueira, E. A. Martins. (2017). Modelagem matemática da secagem dos frutos de amendoim em camada. Revista Ciência Agronômica. 48(3).

Botelho, F. M., Hauth M. R., Hoscher, R. H., & Botelho, S. C. C. (2018). Modelagem matemática da contração volumétrica de grãos de soja durante o processo de secagem. Revista Engenharia na Agricultura, Viçosa, MG, 26(1), 1-12.

Corrêa, P. C., Oliveira, G. H. H., Oliveira, A. P. L. R., Botelho, F. M., & Goneli, A. L. D. (2017). Propriedades termodinâmicas do processo de secagem e absorção de água de grãos de arroz. CyTA-Journal of Food, 15, 204-210.

Cruz, N. F. F. S. Nascimento, L. F. J., Santos, R. F., Zanão Júnior, L. A., Cunha, E., & Rocha, E. O. (2019). Características e tratos culturais do gergelim (Sesamum indicum L.). Revista Brasileira de Energias Renováveis, 8(4), 665-675.

Dannenberg, F., & Kessler, H. (1988). Reaction kinetics of the denaturation of whey proteins in milk. Journal of Food Science, 53, 258–263.

Ferreira, J. C. Processo para o desenvolvimento da umbuzada em pó liofilizada, composta de umbu, extrato de soja e rapadura. 2011. 295f. Tese (Doutorado em Engenharia de Processo) – Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande, PB.

Gharby, S., Harhar, H., Bouzoubaa, Z., Asdadi, A., El Yadini, A., & Charrouf, Z. (2017).Chemical characterization and oxidative stability of seeds and oil of sesame grown in Morocco. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, Riade, 16(2), 105-111

Kumar, S. B., Ravi, R., & Saraswathi, G. (2010).Optimization of Fruit Punch Using Mixture Design. Journal of Food Science, 75(1).

Majdalawieh, A. F., Massri, M., & Nasrallah, G. K. (2017).A comprehensive review on the anti-cancer properties and mechanisms of action of sesamin, a lignan in sesame seeds (Sesamum indicum). European Journal of Pharmacology, Utrecht, 815, 512-521.

Malik, S., Gouseti, O., & Bakalis, S. (2018). Effect of freezing on microstructure and reconstitution of freeze-dried high solid hydrocolloid-based systems. Food Chemistry, 63(1), 1–10

Marques, L. G. Liofilização de frutas tropicais. 2008. 255f. Tese (Doutorado em Engenharia Química). Universidade Federal de São Carlos. São Carlos. 2008.

Oikonomopoulou, V. P., Krokida, M. K., & Karathanos, V. T. (2011). The influence of freeze drying conditions on microstructural changes of food products. Italian Oral Surgery, 1, 647–654.

Oliveira, S. N. de. Liofilização de polpa de maracujá do mato (Passiflora cincinnata Mast.) para obtenção de produtos alimentícios. 2016. 274 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola). Universidade Federal de Campina Grande. Campina Grande, 2016.

Orrego Alzate, C. E. Congelación y Liofilización de Alimentos. Manizales, Caldas, Colômbia. 49 – 65.

Oyinloye, B. E., Ajiboye, B. O., Ojo, O. A., Nwozo, S. O., & Kappo, A. P. Cardioprotective and antioxidant influence of aqueous extracts from Sesamum indicum seeds on oxidative stress induced by cadmium in Wistar rats. Pharmacognosy Magazine, Bilaspur, 12, S170-S174.

Pereira A. S. et al. (2018). Metodologia da pesquisa científica. UFSM.

Queiroga, V. De P., Gondim, T. M. De S., Almeida, F. De A. C., & Albuquerque, E. M. B., Gergelim orgânico tecnologia de produção. Campina Grande: Embrapa Algodão, 2017. 166.

Ruckmani, A., Meti, V., Vijayashree, R., Arunkumar, R., Konda, V. R., Prabhu, L., Madhavi, E., & Devi, S. Anti-rheumatoid activity of ethanolic extract of Sesamum indicum seed extract in Freund’s complete adjuvant induced arthritis in Wistar albino rats. Journal of Traditional and Complementary Medicine, Taipei, 8, 377- 386.

Sousa, R. V. Secagem em camada fina e espessa de grãos de arroz vermelho em casca: avaliação experimental, modelagem e simulação. 2017. 207p. Tese (Doutorado em Engenharia de Processos), Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande, 2017.

Terroni, H. C. Et Al. Liofilização. Revista Cientifica UNILAGO, 271–284.

Vieira, A. P., Nicoleti, J. F., & Telis, V. R. N. Liofilização de fatias de abacaxi: avaliação da cinética de secagem e da qualidade do produto. Brazilian Journal Food Technology, Campinas, 15(1), 50-58.

Yoshida, H., & Takagi, S. Effects of seed roasting temperature and time on the quality characteristics of sesame (Sesamum indicum) oil. Journal of the Science of Food and Agriculture, 75(1), 19-26.

Published

21/02/2021

How to Cite

MELO, M. O. P. .; CAVALCANTI-MATA, M. E. R. M.; DUARTE, M. E. M.; SOUSA, F. M. de .; LEITE FILHO, M. T. .; LÚCIO, A. da S. .; ALMEIDA, M. D. A. de; SANTOS, R. M. S. .; ANDRÉ, A. M. M. C. N. .; BARROS, S. L. .; MARTINS, J. J. A. Mathematical modeling of the freeze-drying kinetics of the sesame extract or “milk”. Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 2, p. e40110212752, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i2.12752. Disponível em: https://www.rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/12752. Acesso em: 20 apr. 2024.

Issue

Section

Agrarian and Biological Sciences