Microwave osmotic dehydration of apples («Red Gala») under continuous flow medium spray conditions (MWODS) for improving moisture transport rate and product quality

• Main Author: Azarpazhooh, Elham
• Other Authors: Hosahalli Ramaswamy (Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2011
• Subjects: Agriculture - Food Science and Technology
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=96935

Microwave osmotic dehydration (MWOD) is a novel technique with a good potential for more efficient osmotic drying of fruits and vegetables. It combines the microwave heating with osmotic dehydration for enhancing moisture transfer rate in the osmotic dehydration process and product quality. Preliminary studies were carried out to compare the osmotic dehydration kinetics of apple (Red Gala) cylinders in microwave osmotic dehydration under continuous flow medium spray conditions (MWODS) with microwave osmotic dehydration under continuous flow medium immersion conditions (MWODI), as well as conventional osmotic drying (COD) in immersion (CODI) and spray (CODS) modes. The results showed that the MWODS process considerably enhanced the moisture transfer rate from the fruit, and limited the solids gain at the same time. In the second part, the two-parameter Azuara model and the conventional diffusion model were evaluated for describing the mass transfer kinetics of apple (Red Gala) cylinders during MWODS, MWODI, CODS and CODI. The results showed that both models adequately described the transient mass transfer kinetics during the OD process; however the Azuara model was superior. MWODS was further studied to evaluate the effect of various process variables (sucrose concentration, medium temperature, flow rate and contact time) by using response surface methodology and a central composite rotatable design. Predictive models were developed relate the response variables to process parameters. Finally optimization studies were carried out to elucidate optimal processing conditions under MWODS. The study demonstrated that moisture loss (ML), solids gain (SG) and weight reduction (WR) were predictably higher at higher sucrose concentrations, higher medium temperatures, longer contact times and higher flow rates. Since OD only results in partial dehydration, a second stage drying was evaluated employing conventional air drying and compared with freeze drying to identify cost effective systems for preserving the quality of the osmotically dehydrated shelf-stable fruits. The effect of MWODS pretreatment on air-drying kinetics and quality parameters (color, texture, and rehydration characteristics) of apple (Red Gala) cylinders was evaluated. The results revealed that drying time decreased with increasing concentrations and medium temperature of the MWODS treatment. Compared with untreated control samples, MWODS air-dried samples had higher coefficient of moisture diffusivity (Dm). In terms of quality parameters, the MWODS air-drying combination process resulted in a product with lower color change and a more chewy structure. The air dried product without MWODS had the least desirable quality characteristics. While the color was better preserved in the freeze dried product, it was much more brittle than MWODS – air-dried product. The rehydration capacity of MWODS air-dried products was lower than freeze-dried products and higher than air-dried. Overall, the thesis research contributes to a better understanding of the moisture transfer behavior during microwave osmotic dehydration under continuous flow medium spray processing conditions. Together with a simple second stage air-drying it can produce high quality dehydrated apple products. === La déshydratation osmotique à l'aide des micro-ondes (MWOD) est une nouvelle technique avec un bon potentiel pour plus d'efficacité de séchage osmotique des fruits et légumes. Il combine le chauffage micro-onde avec la déshydratation osmotique pour améliorer le taux de transfert de l'humidité dans le procédé de déshydratation osmotique et la qualité du produit. Des études préliminaires ont été effectuées pour comparer la cinétique de déshydratation osmotique des cylindres de pommes (Rouge Gala) à déshydratation osmotique sous conditions de flux continu de pulvérisation (MWODS) avec déshydratation osmotique à l'aide des micro-ondes sous flux continu d'immersion (MWODI), ainsi que séchage osmotique le conventionnel (COD) en mode d'immersion (CODI) et en mode de pulvérisation (CODS). Les résultats ont montré que le processus de MWODS a considérablement amélioré le taux de transfert d'humidité à partir du fruit et a limité le gain des solides en même temps. Dans la deuxième partie, le modèle d'Azuara à deux paramètres et le modèle de diffusion classique ont été évalués pour décrire la cinétique de transfert de masse des cylindres de la pomme (Rouge Gala) pendant MWODS, MWODI, COD et CODI. Les résultats ont montré que les deux modèles décrivent adéquatement la cinétique transitoire de transfert de masse pendant le processus d'OD, mais le modèle Azuara était supérieur. MWODS a aussi été étudié pour évaluer l'effet des différentes variables de processus (concentration en saccharose, la température du moyen, le taux de flux et le temps de contact) en utilisant la méthodologie de surface de réponse et la décomposition rotative du programme global. Les modèles prédictifs ont été développés pour relier les variables de réponse aux paramètres du procédé. Enfin, des études d'optimisation ont été menées pour élucider les conditions optimales de transformation sous MWODS. L'étude a démontré que la perte d'humidité (ML), les gains de solides (SG) et les pertes de poids (WR) ont été plus prévisibles à des concentrations de saccharose, températures de moyen, temps de contact et taux de flux plus élevés. Une deuxième étape de séchage a été évaluée employant l'air de séchage conventionnel par rapport à la lyophilisation pour identifier les systèmes efficaces pouvant préserver la qualité des fruits osmotiquement déshydratés. L'effet du prétraitement du MWODS sur la cinétique du séchage à l'air et l'effet des paramètres de qualité (couleur, texture, et caractéristiques de réhydratation) des cylindres de pomme (Rouge Gala) ont été évalués. Les résultats ont révélé que le temps de séchage diminue avec l'augmentation des concentrations et de la température du moyen du traitement MWODS. Par rapport aux échantillons témoins non traités, les MWODS échantillons séchés à l'air était ont un coefficient de diffusivité de l'humidité (Dm) plus entée. En termes de paramètres de qualité, le processus de MWODS avec séchage à l'air arrive à un produit avec un changement de couleur inférieur et une structure plus tendre. Le produit séché à l'air sans MWODS avait les caractéristiques de qualité le moins souhaitable. Bien que la couleur a été mieux préservé dans le produit lyophilisé, le produit était beaucoup plus fragile que le produit MWODS avec séchage à l'air. La capacité de réhydratation des produits de MWODS séchés à l'air est supérieure de celle des produits séchés à l'air et celle des produits lyophilisés.En général, cette recherche contribue à une meilleure compréhension du comportement de transfert d'humidité à micro-ondes pendant la déshydratation osmotique sous flux continu du moyen avec de la pulvérisation. Avec une deuxième simple étape du séchage à l'air, le processus peut produire des produits de pomme avec une haute qualité.