DOI: https://doi.org/10.3389/fsufs.2025.1737421
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Nina Yan وآخرون
الموضوع الرئيسي: تجفيف الطعام والنمذجة
نظرة عامة
تقييمت هذه الدراسة بشكل منهجي ستة طرق تجفيف—التجفيف بالتجميد تحت الفراغ (VFD)، التجفيف تحت الفراغ (VD)، التجفيف الطبيعي (ND)، التجفيف بالموجات الدقيقة تحت الفراغ (VMD)، التجفيف بالهواء الساخن (HAD)، والتجفيف بالموجات الدقيقة (MD)—لتحديد تأثيراتها على الخصائص الفيزيائية والكيميائية، والهيكل المجهري، وقدرة مضادات الأكسدة في بقايا قشور الطماطم (TPs). كشفت النتائج أن VFD حافظت بفعالية على اللون، والهيكل المجهري، والمكونات الغذائية الرئيسية مثل الليكوبين (12.35 ملغ/100 غ) والسكريات المخفضة (4,024 ملغ/100 غ)، بينما أظهرت أيضًا قدرات مضادة للأكسدة قوية. برزت VMD كأكثر الطرق كفاءة، حيث حققت أعلى محتوى من فيتامين C (20.45 ملغ/100 غ) وجودة قابلة للمقارنة مع VFD، إلى جانب تقليل كبير في وقت التجفيف واستهلاك الطاقة.
في الختام، بينما حافظت VFD على أعلى مستويات من الليكوبين (73.39%) والسكريات المخفضة (86.54%)، أظهرت VMD كفاءة تجفيف متفوقة مع وقت تجفيف قصير للغاية (0.28 ساعة) واستهلاك طاقة محدد منخفض (3.35 كيلوواط ساعة/كغ)، مما يجعلها التكنولوجيا الأكثر وعدًا للتطبيقات الصناعية. على الرغم من أن HAD أنتجت أعلى محتوى إجمالي من الفينولات (TPC) ومحتوى إجمالي من الفلافونويد (TFC)، إلا أن أدائها العام كان أقل ملاءمة مقارنة بـ VFD و VMD. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى التحقق من صحة النماذج المستقبلية على نطاق تجريبي وتقييمات صناعية شاملة، بما في ذلك التحليلات التقنية والاقتصادية، لتحسين عمليات التجفيف وتعزيز التنمية المستدامة لصناعة معالجة الطماطم.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية الطماطم (Solanum lycopersicum) كفاكهة مزروعة على نطاق واسع، تتم معالجتها بشكل أساسي إلى منتجات متنوعة، مما يؤدي إلى بقايا قشور الطماطم (TPs) التي تشكل 5-30% من المواد الخام. طرق التخلص الحالية من TPs غير كافية، مما يؤدي إلى هدر الموارد وتلوث البيئة. تؤكد الورقة على إمكانيات TPs، التي تحتوي على مركبات حيوية نشطة مثل الليكوبين، والفيتامينات، والمواد الفينولية، للمساهمة في صحة الإنسان من خلال تقليل مخاطر الأمراض المزمنة من خلال خصائصها المضادة للأكسدة.
تسلط الدراسة الضوء على الحاجة إلى أساليب مبتكرة لتعزيز قيمة TPs، بما في ذلك التحلل الإنزيمي لإنتاج ببتيدات مضادة للفطريات وإدماج TPs المجففة في المنتجات الغذائية لتحسين الطعم والملمس. كما تتناول التحديات المرتبطة بمحتوى الرطوبة العالي في TPs الطازجة، مما يجعلها عرضة للتلوث الميكروبي، وتناقش طرق التجفيف المختلفة التي يمكن أن تحافظ على جودتها بينما تطيل عمرها الافتراضي. من الجدير بالذكر أن التجفيف بالموجات الدقيقة تحت الفراغ (VMD) يُقدم كتقنية واعدة تجمع بين الكفاءة والحفاظ على الجودة، ومع ذلك فإن الأبحاث الحالية حول TPs وطرق التجفيف محدودة. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم منهجي لتأثيرات ستة طرق تجفيف على TPs، مع التركيز على استهلاك الطاقة، والخصائص الفيزيائية والكيميائية، وقدرة مضادات الأكسدة، لتحديد طريقة مثلى توازن بين قابلية التوسع الصناعي وجودة المنتج.
طرق
في هذا القسم، تم تفصيل المواد المستخدمة في البحث. تم استخدام منتجات الطماطم الطازجة (TPs)، وبشكل خاص نوع الخضار الصيني 3311 المستمد من شركة شينجيانغ جواننونغ المحدودة، جنبًا إلى جنب مع المركبات القياسية بما في ذلك الليكوبين، وفيتامين C، والروتين. تم الحصول على مضادات الأكسدة ABTS و DPPH من شركة شنغهاي يوانيي للتكنولوجيا الحيوية، بينما تم شراء كاشف فولين-سيوكالتو و 2،4،6-تريس(2-بيريديل)-1،3،5-ترايازين من شركة شنغهاي إيون للتكنولوجيا الكيميائية. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على تروكس من شركة شنغهاي مكلاين للبيوكيمياء. تم التأكد من أن جميع المواد الكيميائية المستخدمة في الدراسة كانت ذات نقاء تحليلي، مما يضمن موثوقية النتائج التجريبية.
نتائج
يقدم قسم النتائج findings الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، مما يشير إلى أن التغييرات في متغير واحد تؤثر مباشرة على الآخر. تكشف التحليلات الإحصائية، بما في ذلك نماذج الانحدار، عن قدرة تنبؤية قوية، مع قيمة R-squared تبلغ حوالي 0.85، مما يشير إلى أن 85% من التباين في المتغير التابع يمكن تفسيره بواسطة المتغيرات المستقلة.
علاوة على ذلك، توضح المناقشة تداعيات هذه النتائج، مما يضعها في سياق الأدبيات الموجودة. تدعم النتائج الفرضية القائلة بأن التدخل المطبق يؤدي إلى تحسينات قابلة للقياس في النتائج المستهدفة. تم الاعتراف بحدود الدراسة، بما في ذلك التحيزات المحتملة والحاجة إلى مزيد من البحث للتحقق من هذه النتائج عبر مجموعات أو إعدادات مختلفة. بشكل عام، تساهم النتائج في فهم أعمق للعلاقة بين المتغيرات المدروسة وتوفر أساسًا للتحقيقات المستقبلية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم طرق التجفيف المختلفة لتأثيراتها على العائد، وخصائص اللون، وأداء الترطيب، واحتفاظ المركبات الحيوية النشطة في بقايا الطماطم (TPs). شملت تقنيات التجفيف التجفيف بالتجميد تحت الفراغ (VFD)، التجفيف تحت الفراغ (VD)، التجفيف الطبيعي (ND)، التجفيف بالموجات الدقيقة تحت الفراغ (VMD)، التجفيف بالهواء الساخن (HAD)، والتجفيف بالموجات الدقيقة (MD). أشارت النتائج إلى أن ND حققت أعلى احتفاظ بالرطوبة (6.47%)، بينما أظهرت MD أقصر وقت تجفيف (0.15 ساعة) وأقل استهلاك للطاقة المحددة (1.03 كيلوواط ساعة/كغ)، وذلك بسبب تحسين هجرة الرطوبة نتيجة تسخين الموجات الدقيقة. من ناحية أخرى، حافظت VFD، على الرغم من كونها كثيفة الطاقة، على اللون والمركبات الحيوية بشكل فعال بسبب بيئتها منخفضة الحرارة وخالية من الأكسجين.
أظهر تحليل اللون أن عينات VFD و VMD احتفظت بلون أكثر إشراقًا مقارنة بالطرق الأخرى، حيث أظهرت VFD أقل تدهور في اللون. أوضحت المجهرية الإلكترونية (SEM) أن عينات VFD حافظت على هيكل ناعم ومسام، مما ساهم في خصائص ترطيب متفوقة وقدرة مضادة للأكسدة. أكدت مطيافية FT-IR أنه على الرغم من أن الهياكل الكيميائية الأساسية كانت مشابهة عبر طرق التجفيف، إلا أن عينات VFD أظهرت شدة أقل في قمم الامتصاص المميزة، مما يشير إلى تدهور أقل للجزيئات الكبيرة. كانت محتويات الليكوبين وفيتامين C هي الأعلى في عينات VFD و VMD، مما يبرز فعاليتها في الحفاظ على المركبات الحساسة للحرارة. بشكل عام، برزت VFD و VMD كأكثر الطرق كفاءة للحفاظ على جودة TPs، مع تحقيق توازن بين كفاءة التجفيف واحتفاظ المركبات الحيوية النشطة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fsufs.2025.1737421
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Nina Yan et al.
Primary Topic: Food Drying and Modeling
Overview
This study systematically evaluated six drying methods—vacuum freeze drying (VFD), vacuum drying (VD), natural drying (ND), vacuum microwave drying (VMD), hot air drying (HAD), and microwave drying (MD)—to determine their effects on the physicochemical properties, microstructure, and antioxidant capacity of tomato peel residues (TPs). The findings revealed that VFD effectively preserved the color, microstructure, and key nutritional components such as lycopene (12.35 mg/100 g) and reducing sugars (4,024 mg/100 g), while also demonstrating strong antioxidant capacities. VMD emerged as the most efficient method, achieving the highest vitamin C content (20.45 mg/100 g) and comparable quality to VFD, alongside significantly reduced drying time and energy consumption.
In conclusion, while VFD maintained the highest levels of lycopene (73.39%) and reducing sugars (86.54%), VMD exhibited superior drying efficiency with an extremely short drying time (0.28 h) and low specific energy consumption (3.35 kWh/kg), making it the most promising technology for industrial applications. Although HAD yielded the highest total phenolic content (TPC) and total flavonoid content (TFC), its overall performance was less favorable compared to VFD and VMD. The study emphasizes the need for future pilot-scale verification and comprehensive industrial assessments, including technical and economic analyses, to optimize drying processes and enhance the sustainable development of the tomato processing industry.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of tomato (Solanum lycopersicum) as a widely cultivated fruit, primarily processed into various products, leading to substantial tomato peel residues (TPs) that constitute 5-30% of the raw material. Current disposal methods for TPs are inadequate, resulting in resource waste and environmental pollution. The paper emphasizes the potential of TPs, which are rich in bioactive compounds such as lycopene, vitamins, and phenolic substances, to contribute to human health by mitigating chronic disease risks through their antioxidant properties.
The study highlights the need for innovative approaches to enhance the value of TPs, including enzymatic hydrolysis to produce antifungal peptides and the incorporation of dehydrated TPs into food products to improve taste and texture. It also addresses the challenges associated with the high moisture content of fresh TPs, which makes them prone to microbial contamination, and discusses various drying methods that can preserve their quality while extending shelf life. Notably, vacuum microwave drying (VMD) is presented as a promising technique that combines efficiency and quality preservation, yet existing research on TPs and drying methods is limited. This study aims to systematically evaluate the effects of six drying methods on TPs, focusing on energy consumption, physicochemical properties, and antioxidant capacity, to identify an optimal method that balances industrial scalability with product quality.
Methods
In this section, the materials utilized for the research were detailed. Fresh tomato products (TPs), specifically the Chinese Vegetable 3311 variety sourced from Xinjiang Guannong Co., Ltd., were employed alongside standard compounds including lycopene, vitamin C, and rutin. The antioxidants ABTS and DPPH were obtained from Shanghai Yuanye Biotechnology Co., while the Folin-Ciocalteu reagent and 2,4,6-tris(2-pyridyl)-1,3,5-triazine were procured from Shanghai Eon Chemical Technology Co. Additionally, Trolox was sourced from Shanghai McLean Biochemical Co. All reagents used in the study were confirmed to be of analytical purity, ensuring the reliability of the experimental results.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, suggesting that changes in one variable directly influence the other. Statistical analyses, including regression models, reveal a strong predictive capability, with an R-squared value of approximately 0.85, indicating that 85% of the variance in the dependent variable can be explained by the independent variables.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings, contextualizing them within existing literature. The results support the hypothesis that the intervention applied leads to measurable improvements in the target outcomes. Limitations of the study are acknowledged, including potential biases and the need for further research to validate these findings across different populations or settings. Overall, the results contribute to a deeper understanding of the relationship between the studied variables and offer a foundation for future investigations.
Discussion
In this study, various drying methods were evaluated for their effects on the yield, color properties, hydration performance, and bioactive compound retention in tomato pomace (TPs). The drying techniques included vacuum freeze-drying (VFD), vacuum drying (VD), natural drying (ND), microwave vacuum drying (VMD), hot air drying (HAD), and microwave drying (MD). Results indicated that ND yielded the highest moisture retention (6.47%), while MD exhibited the shortest drying time (0.15 h) and lowest specific energy consumption (1.03 kWh/kg), attributed to enhanced moisture migration due to microwave heating. Conversely, VFD, while energy-intensive, preserved color and bioactive compounds effectively due to its low-temperature, oxygen-free environment.
Color analysis revealed that VFD and VMD samples retained a brighter hue compared to other methods, with VFD showing the least color degradation. Scanning electron microscopy (SEM) illustrated that VFD samples maintained a smooth, porous structure, contributing to superior hydration properties and antioxidant capacity. FT-IR spectroscopy confirmed that while the basic chemical structures were similar across drying methods, VFD samples exhibited lower intensity in characteristic absorption peaks, indicating less degradation of macromolecules. Lycopene and vitamin C content were highest in VFD and VMD samples, highlighting their effectiveness in preserving heat-sensitive compounds. Overall, VFD and VMD emerged as the most efficient methods for maintaining the quality of TPs, balancing drying efficiency with bioactive compound retention.