Investigation and modeling of drying kinetics of pine nut (Pinus pinea L.) and optimization of oil extraction

Abstract

Çam fıstığı, farklı güç seviyelerinde (180, 360, 540, 720 ve 900 W) mikrodalgada kurutma ve dondurarak kurutma ile kurutuldu. Kurutulmuş çam fıstığının kuruma özellikleri ve fizikokimyasal (renk, doku ve rehidrasyon) ve antioksidan özellikleri (toplam fenolik içerik ve DPPH radikal süpürme aktivitesi) belirlendi. Midilli-Küçük kurutma modeli, çam fıstığının dondurarak kurutma ve mikrodalgada kurutma davranışlarını açıklayan en uygun model olarak bulundu. Mikrodalga kurutma için elde edilen efektif nem diffusivite değerleri (Deff) (5,60 × 10-9?9,78 × 10-9 m2 s-1), dondurarak kurutma için elde edilen Deff değerine (1,35 × 10-10 m2 s-1) göre oldukça yüksek bulundu. Dondurarak kurutulmuş (FD) çam fıstığının kalite özellikleri, taze çam fıstığına çok yakındır ve mikrodalgada kurutulmuş (MWD) çam fıstığından daha iyidir. Yanıt yüzey yöntemi (RSM), Box-Behnken tasarımı kullanılarak çam fıstığı yağı için solvent ekstraksiyonu ve ultrason destekli ekstraksiyon (UAE) koşullarını optimize etmek için kullanıldı. Sıcaklık, süre, çözgen/örnek (S/S) oranı çözgen ekstraksiyonu için faktör iken S/S oranı, süre, döngü ve güç seviyesi ise UAE için faktördür. Ekstraksiyon etkinliği, yağ verimi, sarılık indeksi (YI), peroksit değeri (PV), p-anisidin değeri (p-AnV), totoks değeri (TV), serbest yağ asidi (FFA), DPPH-hidrofilik fraksiyon (DPPH-HF), DPPH-lipofilik fraksiyon (DPPH-LF) ve DPPH-yağ bağımsız değişkenlerdir (cevap). Optimum koşulları belirlemek için arzu edilebilirlik fonksiyonu yaklaşımı kullanıldı. UAE'nin çözücü ekstraksiyonundan daha iyi bir ekstraksiyon tekniği olduğu bulundu.

Pine nuts were dried with freeze-drying and microwave drying at different power levels (180, 360, 540, 720 and 900 W). Drying characteristics, and physicochemical (color, texture and rehydration) and antioxidant properties (total phenolic content and DPPH radical scavenging activity) of dried pine nuts were determined. Midilli-Kucuk drying model was found to be the most appropriate model describing the freeze-drying and microwave drying behaviors of pine nuts. The effective moisture diffusivity coefficient (Deff) for microwave drying (5.60 × 10-9–9.78 × 10-9 m2 s-1) was found to be quite higher than Deff for freeze-drying (1.35 × 10-10 m2 s-1). Quality characteristics of freeze-dried (FD) pine nuts were very close to those of fresh pine nuts and better than microwave-dried (MWD) pine nuts. Response surface methodology (RSM) was used to optimize solvent extraction and ultrasound-assisted extraction (UAE) conditions for pine nut oil using Box-Behnken design. Temperature, time and solvent/sample (S/S) ratio were the factors for solvent extraction while S/S ratio, time, cycle and power level were the factors for UAE. Extraction efficiency, oil yield, yellowness index (YI), peroxide value (PV), p-anisidine value (p-AnV), totox value (TV), free fatty acid (FFA), DPPH-hydrophilic fraction (DPPH-HF), DPPH-lipophilic fraction (DPPH-LF) and DPPH-Oil were dependent variables (responses). The desirability function approach was used to determine optimum conditions. UAE was found to be a better extraction technique than solvent extraction.