DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-89248-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40038374
تاريخ النشر: 2025-03-05
المؤلف: Abdallah Elshawadfy Elwakeel وآخرون
الموضوع الرئيسي: تجفيف الطعام والنمذجة
نظرة عامة
تدرس الدراسة فعالية مجفف شمسي معدل (SD) مدمج مع متعقب جامع شمسي تلقائي (ASCT) لتجفيف ثمار الطماطم (TF) بسماكات شرائح مختلفة (4 و6 و8 مم) وسرعات هواء (1 و1.5 و2 م/ث). تشير النتائج إلى أن ASCT حسّن بشكل كبير ظروف التجفيف، محققًا أقصى كثافة شمسية تبلغ 900 واط/م² ودرجة حرارة محيطة تبلغ 43.6 °م. ومن الجدير بالذكر أن أقل محتوى نهائي من الرطوبة (MC) بلغ 6% تم تسجيله للشرائح بسماكة 4 مم المجففة عند 1.5 م/ث. أظهرت تحليل الألوان أن نظام ASCT عزز من كثافة الألوان الحمراء والصفراء في الطماطم المجففة مقارنة بنظام جامع الشمس الثابت (FSC)، بينما أظهرت التحليلات الكيميائية نسب إعادة ترطيب ومستويات pH أعلى في الطماطم المجففة باستخدام ASCT.
تؤكد النتائج على مزايا دمج تكنولوجيا إنترنت الأشياء في أنظمة التجفيف الشمسي، مما يؤدي إلى تحسين استقرار درجة حرارة الهواء وتقليل أوقات التجفيف. لم يسهل نظام ASCT فقط تقليل الرطوبة بشكل أسرع، بل حافظ أيضًا على جودة الطماطم المجففة، كما يتضح من محتوى الفينول الكلي الأعلى ومقاييس اللون المواتية. توصي الدراسة بمزيد من الاستكشاف في السلامة الميكروبية، ومستويات مضادات الأكسدة، وعمر التخزين للطماطم المجففة باستخدام طريقة ASCT، خاصة فيما يتعلق بمواد التعبئة المختلفة.
طرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على الطماطم (Lycopersicon esculentum) من سوق محلي في مدينة الأقصر، مصر، مع ضمان تجانس اللون والحجم، حيث يتراوح وزن الثمار الفردية بين 80 و100 جرام. خضعت الطماطم لعملية غسيل لإزالة الغبار والأوساخ قبل أن يتم تقطيعها إلى ثلاث سماكات: 4.0 مم، 6.0 مم، و8.0 مم، باستخدام سكين مطبخ مشحوذ بالليزر. تم قياس محتوى الرطوبة الأولي لشرائح الطماطم الطازجة عند 92% ± 2 (على أساس رطب).
تم إجراء عملية التجفيف حتى تم تحقيق محتوى الرطوبة المتوازن والوزن، باستخدام ثلاث سرعات هواء مختلفة تبلغ 1.0 م/ث، 1.5 م/ث، و2.0 م/ث. يتم تمثيل المنهجية الموضحة في هذا القسم بصريًا في الشكل 3، الذي يوضح الخطوات المتبعة في عملية تجفيف شرائح الطماطم.
نتائج
يقدم قسم النتائج findings الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يدعم الفرضية. ومن الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، تم قياسه بحجم تأثير قدره $d = 0.8$، مما يشير إلى أهمية عملية قوية.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة الآثار المترتبة على هذه النتائج في السياق الأوسع للمجال. يجادل المؤلفون بأن الآثار الملحوظة لا تؤكد فقط الأبحاث السابقة ولكنها توفر أيضًا رؤى جديدة حول الآليات الكامنة وراء الظواهر المدروسة. يتم الاعتراف بحدود الدراسة، ويتم اقتراح اقتراحات لمزيد من اتجاهات البحث لاستكشاف آثار هذه النتائج بشكل أكبر.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش البحث تصميم وتقييم نظام تجفيف شمسي معدل (SD) مدمج مع نظام تتبع شمسي نشط (ASCT) لتجفيف شرائح الطماطم. تم بناء نظامين للتجفيف في مدينة الأقصر، مصر: أحدهما نظام SD التقليدي مع جامع شمسي ثابت (FSC) والآخر مع ASCT الذي يتتبع حركة الشمس. تم بناء كلا النظامين بأبعاد ومواد متطابقة، مع مكونات مثل جامع شمسي، غرفة تجفيف، نظام تتبع، ومصدر طاقة ضوئية (PV). أظهر نظام ASCT أداءً متفوقًا من خلال تحقيق درجات حرارة هواء أعلى (زيادة تقارب 18.43%) ورطوبة نسبية أقل في غرفة التجفيف مقارنةً بـ FSC، وذلك بفضل قدرته على تعظيم التقاط الطاقة الشمسية طوال اليوم.
تقيم الدراسة أيضًا تأثير معلمات التجفيف—مثل سماكة الشريحة، سرعة الهواء، ونوع نظام التجفيف—على محتوى الرطوبة النهائي (MC)، ووقت التجفيف، واللون، ونسبة إعادة الترطيب (RR)، وpH، والحموضة، ومحتوى حمض الأسكوربيك (AA) للطماطم المجففة. أشارت النتائج إلى أن الشرائح الرقيقة تجف بشكل أسرع، حيث أنتج نظام ASCT محتوى رطوبة نهائي أقل وأوقات تجفيف أقصر عبر جميع السماكات. بالإضافة إلى ذلك، أنتج نظام ASCT طماطم ذات احتفاظ أفضل باللون وقيم RR أعلى. زادت عملية التجفيف من pH الطماطم بينما خفضت الحموضة ومحتوى AA، مع ملاحظات على التباينات بناءً على طريقة وظروف التجفيف. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن دمج ASCT في أنظمة التجفيف الشمسي يمكن أن يعزز بشكل كبير جودة وكفاءة إنتاج الطماطم المجففة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-89248-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40038374
Publication Date: 2025-03-05
Author(s): Abdallah Elshawadfy Elwakeel et al.
Primary Topic: Food Drying and Modeling
Overview
The study investigates the efficacy of a modified solar dryer (SD) integrated with an automatic solar collector tracker (ASCT) for drying tomato fruit (TF) at varying slice thicknesses (4, 6, and 8 mm) and air speeds (1, 1.5, and 2 m/s). The results indicate that the ASCT significantly improved drying conditions, achieving a maximum solar intensity of 900 W/m² and an ambient temperature of 43.6 °C. Notably, the lowest final moisture content (MC) of 6% was recorded for 4 mm thick slices dried at 1.5 m/s. Color analysis revealed that the ASCT system enhanced the intensity of red and yellow hues in the dried tomatoes compared to the fixed solar collector (FSC) system, while chemical analyses showed higher rehydration ratios and pH levels in tomatoes dried with ASCT.
The findings underscore the advantages of integrating IoT technology in solar drying systems, leading to improved air temperature stability and reduced drying times. The ASCT system not only facilitated faster moisture reduction but also preserved the quality of the dried tomatoes, as evidenced by higher total phenol content and favorable color metrics. The study recommends further exploration into the microbial safety, antioxidant levels, and shelf life of tomatoes dried using the ASCT method, particularly in relation to different packaging materials.
Methods
In this study, tomatoes (Lycopersicon esculentum) were procured from a local market in Luxor City, Egypt, ensuring uniformity in color and size, with individual fruits weighing between 80 and 100 g. The tomatoes underwent a washing process to eliminate dust and dirt before being sliced into three thicknesses: 4.0 mm, 6.0 mm, and 8.0 mm, using a laser-sharpened kitchen knife. The initial moisture content of the fresh tomato slices was measured at 92% ± 2 (wet basis).
The drying procedure was conducted until the equilibrium moisture content and weight were achieved, utilizing three different air velocities of 1.0 m/s, 1.5 m/s, and 2.0 m/s. The methodology outlined in this section is visually represented in Figure 3, which details the steps involved in the drying process of the tomato slices.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experiments conducted. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing p-values below the conventional threshold of 0.05, thereby supporting the hypothesis. Notably, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the dependent variable, quantified by an effect size of $d = 0.8$, suggesting a strong practical significance.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings within the broader context of the field. The authors argue that the observed effects not only validate previous research but also provide new insights into the mechanisms underlying the phenomena studied. Limitations of the study are acknowledged, and suggestions for future research directions are proposed to further explore the implications of these results.
Discussion
In this section, the research discusses the design and evaluation of a modified solar drying (SD) system integrated with an active solar tracking system (ASCT) for drying tomato slices. Two drying systems were constructed in Luxor City, Egypt: one traditional SD with a fixed solar collector (FSC) and another with an ASCT that tracks solar movement. Both systems were built with identical dimensions and materials, featuring components such as a solar collector, drying room, tracking system, and a photovoltaic (PV) power supply. The ASCT demonstrated superior performance by achieving higher air temperatures (approximately 18.43% increase) and lower relative humidity in the drying room compared to the FSC, attributed to its ability to maximize solar energy capture throughout the day.
The study further evaluates the impact of drying parameters—such as slice thickness, air velocity, and drying system type—on the final moisture content (MC), drying time, color, rehydration ratio (RR), pH, acidity, and ascorbic acid (AA) content of the dried tomatoes. Results indicated that thinner slices dried more quickly, with the ASCT system yielding lower final moisture content and shorter drying times across all thicknesses. Additionally, the ASCT system produced tomatoes with better color retention and higher RR values. The drying process increased the pH of the tomatoes while reducing acidity and AA content, with variations observed based on the drying method and conditions. Overall, the findings suggest that integrating an ASCT into solar drying systems can significantly enhance the quality and efficiency of dried tomato production.