Evaluation of water, sucrose and minerals effective diffusivities during osmotic treatment of pork in sugar beet molasses

Abstract

Effective diffusivities of water, sucrose and minerals in osmotic treatment of pork cubes (M. triceps brachii) were calculated using Response Surface Methodology (RSM), with respect to temperature (20, 35 and 50°C) and concentration of sugar beet molasses, (60, 70 and 80 mass%). The numerical solution of Fick's law for unsteady-state mass transfer in a perfect cube configuration was used to calculate the effective diffusivities of water, sucrose and minerals (Na, K, Ca and Mg). Zugarramurdi and Lupin's model was used to predict the equilibrium condition, which has shown to be appropriate for water loss and solute uptake during osmotic treatment. Effective diffusivity of water was found to be in the range of 6.95×10-10-8.03×10-10 m2 s-1, the sucrose effective diffusivity was between 6.39×10-10 and 8.25×10-10 m2 s-1, while diffusivities for minerals (m2 s-1) were in the range: 6.34×10-10-8.82×10-10 for Na, 6.27×10-10-7.43×10-10 for K, 6.44×10-10-8.94×10-10 for Ca and 3.47×10-10-5.66×10-10 for Mg.

Metoda odzivne površine (Response Surface Methodology - RSM) je korišćena pri matematičkom modelovanju i izračunavanju vrednosti prividne (efektivne) difuzije vode, saharoze i minerala tokom osmotskog tretmana kockica svinjskog mesa (M. triceps brachii), na temperaturi 20, 35 i 50°C i pri koncentracijama osmotskog rastvora (melasa šećerne repe) od 60, 70 i 80 mas.%. Numeričko rešavanje Fikovog (Fick) zakona o prenosu mase, pri nestacionarnim uslovima, za idealnu kocku je korišćeno za izračunavanje efektivnog koeficijenta difuzije vode, saharoze i minerala (Na, K, Ca and Mg). Sadržaj vlage i minerala je izmeren u tri ponavljanja. Korišćen je model Cuguramurdija (Zugarramurdi) i Lupina (Lupin) za predviđanje ravnotežnih uslova i ispostavilo se da je taj model pogodan za izračunavanje gubitka vlage i priraštaja suve materije tokom procesa osmotskog tretmana. Metoda odzivnih površina, koje se široko koristi za modelovanje i kontrolu procesa u prehrambenoj industriji, a u ovom radu je korišćena za predviđanje efektivnog koeficijenta difuzije vode, saharoze i minerala, pri određenoj temperaturi imerzije i koncentraciji melase šećerne repe. Matematički modeli koji su dobijeni na osnovu eksperimentalnih podataka obrađuju kompleksne nelinearne relacije sa interakcijama između procesnih promenljivih. Dobijene vrednosti efektivne difuzivnosti (m2 s-1) za vodu bili su u rasponu od 6,95×10-10 do 8,03×10-10, za efektivnu difuzivnost saharoze bili su između 6,39×10-10 i 8,25×10-10, dok su difuzivnosti za minerale bile u opsezima: 6,34×10-10-8,82×10-10 (Na), 6,27×10-10- -7,43×10-10 (K), 6,44×10-10-8,94×10-10 (Ca) i 3,47×10-10-5,66×10-10 (Mg). Korišćenjem razvijenih matematičkih modela dobijene su vrednosti efektivnih koeficijenata difuzije, sa tačnošću izraženom preko koeficijenata determinacije (r2) za Dw, DSuc, DNa. DK, DCa i DMg, i to: 0,993; 0,998; 0,999; 0,992; 0,999 i 0,998, redom. Širok opseg procesnih promenljivih veličina razmatranih u formiranju ovih modela, kao i njihova laka implementacija u tabelarnim proračunima, čini ove modele veoma praktičnim za projektovanje i kontrolu procesa.