Comparación de las propiedades secas de Ganoderma lucidum producidas por el secador convectivo y el secador infrarrojo.

Aug 14, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 12636 (2023) Citar este artículo

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Ganoderma lucidum es un medicamento prometedor con una gran cantidad de antioxidantes y calcio. La selección de métodos de proceso de secado apropiados en la ciencia de los alimentos tiene un papel principal para alcanzar las mejores características finales. Este estudio tuvo como objetivo investigar los efectos de la velocidad del aire y la temperatura en el secador convectivo, la distancia de la muestra y la potencia infrarroja en los secadores infrarrojos sobre la cinética de secado y la calidad de las rodajas de Ganoderma lucidum. Además, se utilizó la Metodología de Superficies de Respuesta basada en el diseño de composición central para optimizar y analizar las condiciones de secado. Los rangos de temperatura y velocidad del aire fueron de 40 a 60 °C y de 0,5 a 1,5 m/s, respectivamente, en el proceso de secado por convección, mientras que el rango de distancia y potencia infrarroja fue de 4 a 16 cm y 500 a 1500 W, respectivamente, en el proceso de secado por convección. proceso de secado. Cabe mencionar que los contenidos de antioxidantes y calcio aumentaron enormemente durante los procedimientos de secado. Además, los valores de la diferencia de color total oscilaron entre 8,21 y 19,66 para el secador por convección y 8,14 y 28,85 para el secador de infrarrojos. Un estudio cinético indicó que las muestras secadas por el secador de infrarrojos podrían alcanzar rápidamente el equilibrio del contenido de humedad debido a la exposición a la radiación IR. En consecuencia, los resultados indicaron que el secador infrarrojo tiene mejor rendimiento que el secador convectivo en cuanto a tiempo de secado, consumo de energía y cantidad de calcio y antioxidante.

El Ganoderma lucidum es una de las medicinas tradicionales chinas más prestigiosas y también es uno de los ingredientes más prestigiosos del género macrofungi oriental poliporo conocido como Lingzhi1,2,3,4. Este producto se utiliza simultáneamente tanto en medicamentos como en alimentos5,6. Se han estudiado varios compuestos fenólicos en Ganoderma lucidum, a saber, ácido gálico, pirogalol, ácido hidroxibenzoico, ácido cumárico, ácido cinámico, ácido protocatequiico, catequina, naringina, miricetina, quercetina, kaempferol, hesperetina y formononetina7,8,9. Recientemente, los investigadores han informado que los polisacáridos son uno de los componentes activos más prometedores del Ganoderma lucidum y se aplican para muchos propósitos, incluidos efectos antitumorales10,11,12, antioxidantes13,14,15,16, hipoglucemiantes e inmunoestimulantes17. 18,19,20,21,22 debido a sus actividades biológicas. En la industria alimentaria y en la medicina, los polisacáridos naturales se utilizan desde hace mucho tiempo. Se han realizado numerosos estudios sobre los polisacáridos bioactivos especialmente, sus estructuras y mecanismos en las enfermedades23,24,25. Varios años de investigación han demostrado que Ganoderma lucidum es un inmunoestimulante y un poderoso antioxidante. Actualmente se utiliza como complemento para evitar los efectos secundarios de la quimioterapia y para tratar el cáncer25. Los polisacáridos GLP exhiben una variedad de efectos biológicos, que incluyen propiedades inmunomoduladoras, antineurodegenerativas, antidiabéticas, antiinflamatorias, anticancerígenas y antibacterianas. Los -d-glucanos, en particular, son bien conocidos por su actividad biológica y fisiológica26. Además, los polisacáridos naturales con diferentes efectos curativos se han examinado en su mayoría e incluso se han aplicado en terapias27,28. Varios factores, incluidos los componentes químicos, el peso molecular, la estructura, la conformación e incluso las técnicas de secado, pueden afectar las actividades antioxidantes de los polisacáridos, especialmente en lo que respecta a los componentes eliminados o aislados de la materia prima15,29,30,31,32. Secar Ganoderma suele ser una forma de prolongar la vida útil sin aplicar conservantes químicos y concentrar el valor medicinal en el cuerpo fructífero15,33,34. Según estudios de la literatura, el tipo de tejido y su posición en la célula son factores importantes en diferentes métodos de secado para determinar sus efectos sobre los compuestos fenólicos35. El uso y selección de las mejores técnicas poscosecha juega un papel importante para mejorar la vida útil y preservar la calidad del hongo36. Hayati et al. descubrieron que la forma de los materiales secantes tiene un gran impacto en la retención del contenido de polisacáridos solubles en agua y las actividades antioxidantes de Ganoderma lucidum. Además, los cuerpos fructíferos fueron más efectivos para mantener los ingredientes activos farmacéuticos termolábiles de Ganoderma con cada forma de secado (secado bajo luz solar directa, secado bajo el sol, cubierto con tela negra, secado en horno y secado en horno con circulación de aire). Además, se encontró que la circulación de aire durante el secado en horno de Ganoderma lucidum tenía la mayor retención del contenido de polisacáridos solubles en agua y actividades antioxidantes entre otras técnicas de secado37. Chen et al. utilizaron una técnica de secado combinada que comprende métodos de secado al vacío por microondas y al vacío convencionales para extraer los polisacáridos y comparar los resultados con el método de liofilización. Indicaron que la calidad de extracción utilizando esta técnica combinada era cercana a la calidad de extracción liofilizada y mucho mejor que la del enfoque convencional secado al vacío34. Chin et al. investigaron el método de secado convectivo con aire caliente para Ganoderma tsugae Murrill. en diferentes condiciones de temperatura de secado, tamaño y flujo de aire. Descubrieron que el Ganoderma secado a 50 °C con una velocidad del aire de 1.401 m/s tiene la máxima retención del contenido de ácido ganodérico crudo33. Afzal et al. investigaron el consumo de energía y las propiedades de la cebada seca mediante un secador combinado de convección FIR38. Descubrieron que los infrarrojos podrían mejorar la velocidad de secado y disminuir el consumo de energía durante el proceso de secado. Además, Taghinezhad et al. Estudiaron el proceso de secado de rodajas de nabo mediante el secador infrarrojo convectivo y utilizaron una técnica de modelado inteligente para optimizar y modelar el proceso de teñido propuesto39.

El propósito de esta investigación es investigar los efectos de diversas técnicas de secado sobre la actividad antioxidante de Ganoderma lucidum. La Metodología de Superficie de Respuesta (RSM) se aplica como un enfoque estadístico valioso para estudiar los impactos de diferentes variables de entrada que pueden desempeñar un papel importante en la calidad de los productos40,41,42,43. RSM investiga y optimiza los efectos de diferentes variables, incluida la temperatura del aire, la distancia, la potencia infrarroja y la velocidad del aire, en las variables del proceso, incluido el tiempo de secado, el consumo de energía, los antioxidantes, el contenido de calcio y la diferencia total de color del Ganoderma lucidum con un diseño de composición central. (CCD). Estudiar los aspectos médicos del Ganoderma lucidum como una gran medicina herbaria como antioxidante y cantidades de calcio secadas por secadores infrarrojos y convectivos es la novedad de la presente contribución. Además, esta investigación puede ayudar a los investigadores que se ocupan de las medicinas a base de hierbas a cómo secar materiales en las mejores condiciones.

Se recolectaron manualmente cuerpos fructíferos frescos de Ganoderma lucidum en una granja ubicada en Bandar-e Anzali, una ciudad de la provincia de Gilan en Irán, y luego se transportaron al laboratorio y se cortaron en rodajas cuadradas de 2 × 2 cm con 2 mm de espesor. Se midió que el contenido de humedad inicial de las muestras en base húmeda era 78,46 ± 2% WB usando el horno a 105 °C durante 24 h.

La configuración experimental y el esquema de los secadores convectivos e infrarrojos utilizados en este estudio se muestran en la Fig. 1. Esta configuración se puede utilizar como secador convectivo cuando solo el calentador y el ventilador están en servicio. Las rebanadas de muestra se expusieron a aire caliente a una temperatura que oscila entre 40 y 60 °C y una velocidad del aire que oscila entre 0,5 y 1,5 m/s en el secador convectivo. Por lo tanto, se midieron 10 g de materia prima con una balanza electrónica (A&D, EK-6000i, Japón) y se puso en marcha el secador convectivo durante aproximadamente 30 minutos para alcanzar una condición estable antes de colocar las muestras en el secador convectivo. Posteriormente, se midió la pérdida de peso de las rodajas mediante una balanza electrónica una vez cada 15 min hasta alcanzar el contenido de humedad de equilibrio (EMC). Además, cabe mencionar que el consumo de energía se midió una vez cada 15 minutos hasta llegar al EMC mediante un monitor de potencia (modelo de energía EMS-EU, Inglaterra). Después de alcanzar EMC, las muestras se trituraron hasta convertirlas en polvo utilizando una trituradora mecánica (Grindmatic modelo NO.QYX-501, Hong Kong) para usar en pruebas características.

Real (a) y esquemático (b) de secadores convectivos e infrarrojos: (1) soplador; (2) calentador eléctrico; (3) lámparas de infrarrojos; (4) cámara de secado; (5) unidad de control; (6) salida de aire.

Como se puede observar en la Fig. 1, el secador de infrarrojos se puede aplicar cuando el calentador y el ventilador no están en servicio y la lámpara de infrarrojos debería estar en servicio. Para suministrar energía infrarroja se utilizó una lámpara de infrarrojos (Victory, Inglaterra) con una potencia de 1500 W. Las distancias entre la lámpara de infrarrojos y la muestra se pueden cambiar mediante un cable en este sistema. En el secado por infrarrojos, se investigó el impacto de diferentes niveles de intensidad de radiación (es decir, 500, 1000, 1500 W) y la distancia de la lámpara a la muestra (4, 10, 16 cm). Los procesos de secado por convección o infrarrojos se continuaron hasta que el peso de la muestra disminuyó a niveles de humedad inferiores a 12 ± 2% (base húmeda). Con más detalle, la balanza electrónica y el monitor de potencia midieron la pérdida de peso de las rebanadas y el consumo de energía, respectivamente, una vez cada 2 minutos hasta alcanzar el EMC. Después de alcanzar EMC, las muestras se trituraron hasta convertirlas en polvo utilizando un triturador mecánico para utilizarlas en pruebas características.

La determinación de la eliminación de radicales libres se llevó a cabo mediante 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo, que comúnmente se denomina DPPH. Según las directrices, Miliauskas cambió el procedimiento de Brand-Williams para determinar el potencial de eliminación de radicales DPPH de cada extracto44,45. La banda de absorción máxima del radical DPPH es de 515 nm, que desaparece tras la reducción por un agente antioxidante.

Diariamente se preparó la solución de DPPH en metanol (\(6\times {10}^{-5} \mathrm{M}\)) y se mezclaron 3 ml de esta solución con 100 μl de soluciones metanólicas de extractos de plantas. Luego, las muestras se incubaron en un baño de agua durante 20 min a 37 °C y se midió la disminución de la absorbancia a 515 nm (AE). Además, la muestra en blanco se preparó diariamente en la solución DPPH que contenía 100 μl de metanol y se determinó su absorbancia (AB). este experimento fue repetido tres veces. Se utilizó la siguiente fórmula para cuantificar la actividad eliminadora de radicales.

donde AB es la absorbancia de la muestra en blanco y AE se refiere a la absorbancia del extracto de la planta.

El color es conocido como un parámetro clave en la evaluación de productos alimenticios y su estabilidad46. Se observó un cambio de color durante el secado debido a las reacciones bioquímicas. Las velocidades de reacción están muy influenciadas por las condiciones del proceso y los métodos de secado47. Los valores de color de la superficie de las rodajas de Ganoderma frescas y secas se caracterizaron mediante un colorímetro Chroma Meter establecido por Konica Minolta de Japón en condiciones ambientales. El colorímetro se calibró en una pizarra blanca y negra normal antes de las mediciones. Los valores de color representados por L∗ oscilan entre 0 (se refiere a la negrura) y 100 (se refiere a la blancura). Además, hay otros dos parámetros de color, incluidos a y b, que oscilan entre − a (verde) y + a (rojez) y también − b (azul) y + b (amarillento), respectivamente48. Además, los valores de croma (C), la diferencia total de color (∆E) y el ángulo de tono se pueden determinar mediante las siguientes ecuaciones49.

donde L0*, a0* y b0* representan las muestras frescas.

Cabe mencionar que el parámetro Ángulo de tono representa el tono del color (es decir, rojo-púrpura: 0°, verde azulado: 180°, amarillo: 90° y azul: 270°). Además, el parámetro Chroma (C) se utiliza como estándar para la saturación o pureza del color.

Las muestras fueron preparadas (lavadas, secadas y molidas) de acuerdo con la literatura publicada previamente50. En primer lugar, las muestras se lavaron con agua y luego se lavaron nuevamente con una solución de HCl 0,1 mol y agua destilada. La muestra de planta se secó en estufa durante 48 h a 70 °C y luego se molió. La muestra molida se pasó a través de un tamiz de 0,5 mm y se midió su cantidad de absorción de nutrientes como N, P, K, Ca y Mg. El extracto obtenido de la liofilización se utilizó para determinar la cantidad de calcio y magnesio. Para ello, se diluyó 1 ml de extractos con agua destilada en una proporción de 1:9. Además, se transfirieron 0,25 ml de extracto diluido a un tubo con una micropipeta y luego se agregaron al tubo 4,75 ml de solución de La(NO3)3 que contenía 1 mg de La. Este extracto preparado se usó para determinar la absorción de calcio a una longitud de onda de 422,7 nm a través de un espectrofotómetro de absorción. Se aplicó la siguiente fórmula para calcular el contenido de calcio en las muestras de plantas secas.

donde a es la concentración de calcio del extracto en ppm, b es la concentración de calcio de la muestra de control en ppm, V es el volumen inicial en ml, W es el peso de la muestra en g y DM se refiere al porcentaje en peso de planta seca. Cabe mencionar que el contenido de calcio de la muestra fresca se midió en 0,2%.

Durante la preparación de muestras secas en ambos secadores, se midió el peso de las muestras. La siguiente ecuación se puede utilizar para determinar el consumo de energía específico del proceso de secado en MJ/g de agua.

donde Et representa el consumo de energía de la deshumidificación y Mw se refiere al peso del agua eliminada de las muestras durante el proceso de secado.

Se utilizó la metodología de superficie de respuesta (RSM) del software Design-Expert versión 12.0 con diseño de composición central (CCD) para optimizar los impactos de varios factores, incluida la temperatura del aire, la distancia, la potencia infrarroja y la velocidad del aire en el proceso para el tiempo de secado y el consumo de energía. , extracción antioxidante, extracción de calcio y diferencia total de color de Ganoderma lucidum.

Un CCD es la categoría más aplicada de experimento diseñado con superficie de respuesta. Además, es un diseño factorial o factorial fraccionado con puntos centrales, ampliado con un grupo de puntos estrella que puede tener gran capacidad en predicciones de curvatura. En este estudio, de acuerdo con dos variables de entrada consideradas para el proceso de secado por convección e infrarrojo, el enfoque CCD sugirió 13 experimentos y después de probar estas condiciones experimentales, se llevaron a cabo estudios de modelado y optimización en el software antes mencionado.

El tiempo de secado de los cuerpos fructíferos de Ganoderma lucidum dependió sustancialmente del método de secado, la temperatura y la potencia. Los rangos de parámetros en secadores infrarrojos y convectivos se informan en las Tablas 1 y 2.

Se observó que el menor tiempo de secado está relacionado con el secador infrarrojo (IP = 1000 W, L = 4 cm), y el mayor está relacionado con el secador convectivo (T = 50 °C, V = 0,5 m/s). El tiempo mínimo de secado de las muestras en secadores convectivos e infrarrojos fue de 270 y 25 min, respectivamente. Esto significa que el secador de infrarrojos redujo el tiempo de secado hasta en un 90%. El calor se libera desde el interior de la muestra mediante la absorción de la radiación infrarroja en el secador de infrarrojos y el agua se transporta desde el interior de la muestra a su superficie, lo que lleva a un secado rápido. Estas observaciones han sido confirmadas con la literatura51 para las propiedades de secado de las rodajas de champiñones y cuanto mayor es la potencia y menores las distancias entre las muestras, menor es el tiempo de secado en el secador de infrarrojos. Además, esta investigación indicó que cuanto mayor es la velocidad y la temperatura del aire, menor es el tiempo de secado en un secador convectivo. Motevali et al.52 descubrieron que aumentar el caudal de aire reduce la presión de vapor, lo que da como resultado la capacidad del material para evaporar la humedad más rápido.

Se obtuvieron las ecuaciones (7) y (8) para predecir el tiempo de secado de muestras en secadores convectivos e infrarrojos, respectivamente (Tabla 3).

Según los resultados obtenidos del ANOVA, los valores de R2 para los secadores convectivos e infrarrojos fueron 0,9990 y 0,9896, respectivamente.

donde X1X2 y X3X4 se refieren a la temperatura × velocidad y potencia × distancia, respectivamente. Además, el signo negativo representa los efectos incompatibles mientras que el signo positivo señala los efectos sinérgicos.

Para que el modelo sugerido tenga un buen ajuste, los criterios de significancia del modelo de regresión y los coeficientes del modelo individual se lograron en función del valor F o el valor P con un nivel de confianza del 95%. La Figura 2 indica gráficos de regresión entre el tiempo de secado previsto y real para secadores convectivos e infrarrojos. Como se puede ver en esta figura, los puntos de datos reales ilustrados por el cuadrado tienen una gran concordancia con los valores de tiempo de secado previstos debido a su cercanía a la línea Y = X.

Gráfico de regresión para predecir el tiempo de secado para: (a) secador convectivo y (b) secador infrarrojo.

Además, el gráfico de superficie tridimensional como se indica en la Fig. 3 investiga los efectos de la temperatura y la velocidad en el secador convectivo y la potencia y distancia en el secador infrarrojo sobre el tiempo de secado.

El gráfico de superficie tridimensional del tiempo de secado para: (a) secador por convección y (b) secador por infrarrojos.

Los análisis estadísticos entre el tiempo de secado experimental y previsto para secadores convectivos e infrarrojos como R2, porcentaje de desviación relativa (CV%), valor F y desviación estándar (STD) se calcularon y presentaron en la Tabla 4.

El consumo de energía específico es la energía necesaria para eliminar la humedad de las muestras. Según las Tablas 1 y 2, la SEC mínima para el secador convectivo fue de 0,7416 kWh/kg de agua a 60 °C y 1 m/s, mientras que la SEC mínima para el secador infrarrojo obtuvo 0,31392 MJ/g de agua a 1354 W y 6 cm. de distancia de la lámpara. También se puede observar que los valores de SEC dependen del tiempo de secado porque a medida que el tiempo de secado es más corto, el valor de SEC disminuye. Motevali et al.52 obtuvieron la energía más baja requerida para secar rodajas de champiñones: 12,33 MJ/g de agua con una intensidad de radiación de 0,49 W/cm2 y una velocidad del aire de 0,5 m/s.

Además, según los resultados obtenidos de ANOVA, los valores de R2 para los secadores convectivos e infrarrojos fueron 0,9759 ​​y 0,9550, respectivamente.

donde X1X2 y X3X4 se refieren a la temperatura × velocidad y potencia × distancia, respectivamente. Además, el signo negativo representa los efectos incompatibles mientras que el signo positivo señala los efectos sinérgicos.

La Figura 4 indica gráficos de regresión entre la SEC prevista y real para secadores convectivos e infrarrojos. Como se puede ver en esta figura, existe una gran concordancia entre los valores de tiempo de secado experimentales y pronosticados debido a su cercanía a la línea Y = X.

Gráfico de regresión para predecir SEC para (a) secador convectivo y (b) secador infrarrojo.

Además, se utilizó el gráfico de superficie tridimensional como se indica en la Fig. 5 para investigar los efectos de la temperatura y la velocidad en el secador convectivo y la potencia y la distancia en el secador infrarrojo en el SEC. En el secador convectivo, la temperatura tiene un impacto mayor en la SEC que la velocidad del aire, mientras que la potencia de un secador infrarrojo tiene un impacto significativo en la SEC en comparación con la distancia de la lámpara.

El gráfico de superficie tridimensional de SEC para (a) secador convectivo y (b) secador infrarrojo.

Los análisis estadísticos entre SEC experimental y predicha para secadores convectivos e infrarrojos como R2, porcentaje de desviación relativa (CV%), valor F, valor P y desviación estándar (STD) se calcularon y presentaron en la Tabla 5.

Las especies reactivas de oxígeno se producen regularmente como consecuencia del metabolismo celular, y la oxidación se considera un importante contribuyente a varias enfermedades crónico-degenerativas53. Ganoderma lucidum exhibe una actividad antioxidante sustancial in vitro e in vivo debido a su alto contenido de fenólicos, triterpenoides y polisacáridos54,55. En este estudio, se investigaron los efectos de los diferentes procesos de secado sobre la actividad antioxidante de Ganoderma lucidum utilizando la actividad eliminadora de DPPH.

La capacidad del modelo sugerido fue el objetivo clave para evaluar el análisis de datos del experimento. Las ecuaciones (11) y (12), con R2 de 0,9004 y 0,9485, respectivamente, se desarrollaron para pronosticar los antioxidantes en secadores de infrarrojos y de convección.

La Figura 6 indica gráficos de regresión entre la actividad antioxidante prevista y real para secadores convectivos e infrarrojos. Como se puede ver en esta figura, existe una gran concordancia entre los valores de antioxidantes experimentales y predichos debido a su cercanía a la línea Y = X.

Gráfico de regresión para predecir el valor antioxidante para (a) secador convectivo y (b) secador infrarrojo.

Además, el gráfico de superficie tridimensional como se indica en la Fig. 7 investiga los efectos de la temperatura y la velocidad en el secador convectivo y la potencia y la distancia en el secador infrarrojo sobre los valores de antioxidantes. Según la Fig. 7, la capacidad de eliminación de radicales libres del DPPH en el secador infrarrojo fue mejor que la del secador convectivo y pudo aumentar el porcentaje de inhibición hasta un 47%. An et al.7 confirmaron que la capacidad antioxidante del jengibre chino seco mediante secadores de infrarrojos era mayor que los secadores de aire caliente y microondas.

El gráfico de superficie tridimensional del valor antioxidante para (a) secador convectivo y (b) secador infrarrojo.

Según los resultados de ANOVA, la Tabla 3 indicó la diferencia en la cantidad de extracción antioxidante de Ganoderma seco.

Los análisis estadísticos entre la actividad antioxidante experimental y la prevista para secadores convectivos e infrarrojos como R2, porcentaje de desviación relativa (CV%), valor F, valor P y desviación estándar (STD) se calcularon y presentaron en la Tabla 6.

El color es uno de los factores de calidad más importantes que influyen en la elección del consumidor y establece la calidad del producto final. Los cambios de color debidos al secado de verduras y frutas pueden ser causados ​​por un pardeamiento no enzimático además de la pérdida de pigmento56. Los resultados indicaron que en los puntos medios del rango definido para potencia y distancia, los cambios de color de la superficie de las muestras durante el secado son bajos. La alta potencia provoca muchos cambios de color. A medida que aumenta la potencia y disminuye la distancia, se observaron cambios significativos en la superficie de color del secador de infrarrojos. En el secador convectivo a temperaturas constantes, hubo cambios significativos de color a altas velocidades y la muestra quedó oscura. Las muestras de Ganoderma son más sensibles a temperaturas más altas, como se ve por el aumento de pardeamiento de las muestras que se produjo cuando se elevó la temperatura de secado. En el caso del secado con aire caliente, Kotwaliwale et al.57 y Argyropoulos et al.58 aprobaron un fenómeno similar durante el secado del hongo ostra y del hongo Boletus edulis, respectivamente.

También se puede observar que a bajas temperaturas y velocidades, los cambios de color fueron bajos y uniformes. Según los resultados de ANOVA, los valores de R2 fueron 0,9973 y 0,9052 para los secadores infrarrojos y convectivos, respectivamente.

Se desarrollaron las ecuaciones (13) y (14) para predecir el cambio en el color de la superficie de las muestras en secadores infrarrojos y convectivos, respectivamente:

La Figura 8 indica gráficos de regresión entre las diferencias de color previstas y reales para secadores convectivos e infrarrojos. Como se puede ver en esta figura, existe una gran concordancia entre los valores de diferencia de color experimentales y predichos debido a su cercanía a la línea Y = X.

Gráfico de regresión para predecir la diferencia de color total para (a) secador convectivo y (b) secador infrarrojo.

Además, el gráfico de superficie tridimensional como se indica en la Fig. 9 investiga los efectos de la temperatura y la velocidad en el secador convectivo y la potencia y la distancia en el secador infrarrojo sobre los valores de diferencia de color.

El gráfico de superficie tridimensional de la diferencia total de color para (a) secador convectivo y (b) secador infrarrojo.

Los análisis estadísticos entre las diferencias de color totales experimentales y previstas para secadores convectivos e infrarrojos como R2, porcentaje de desviación relativa (CV%), valor F, valor P y desviación estándar (STD) se calcularon y presentaron en la Tabla 7.

Según los resultados presentados en las Tablas 1 y 2, la conservación de los compuestos de calcio en el secador infrarrojo fue mucho mejor que en el convectivo. La cantidad de calcio en el Ganoderma fresco es 0,2.

Las ecuaciones (15) y (16) han sido escritas para la estimación del contenido de calcio del Ganoderma seco en secadores convectivos e infrarrojos, respectivamente.

La Figura 10 indica gráficos de regresión entre los valores de calcio previstos y reales para secadores convectivos e infrarrojos. Como se puede observar en esta figura, existe una gran concordancia entre los valores de calcio experimentales y predichos debido a su cercanía a la línea Y = X.

Gráfico de regresión para predecir el calcio para: (a) secador convectivo y (b) secador infrarrojo.

Además, el gráfico de superficie tridimensional como se indica en la Fig. 11 investiga los efectos de la temperatura y la velocidad en el secador convectivo y la potencia y distancia en el secador infrarrojo sobre los valores de calcio.

El gráfico de superficie tridimensional del calcio para (a) secador convectivo y (b) secador infrarrojo.

Como se muestra en la Fig. 11, a potencias más bajas y distancias más largas, los contenidos de calcio en las muestras secas fueron mayores. Además, la alta potencia provoca que se pierda calcio en el secador de infrarrojos. Además, en un secador convectivo a velocidad constante se obtuvieron mejores respuestas al inicio y al final de las temperaturas. Esto significa que a 40 °C y 60 °C, hubo mayores contenidos de calcio y también a la velocidad más baja, este contenido de calcio fue mucho mayor. Este hallazgo fue confirmado con el artículo de Rongchai et al.59 sobre la determinación del contenido de calcio en hojas secas de moringa. Indicaron que a temperaturas más bajas, los contenidos de calcio aumentaban.

Los análisis estadísticos entre el contenido de calcio experimental y previsto para secadores convectivos e infrarrojos como R2, porcentaje de desviación relativa (CV%), valor F, valor P y desviación estándar (STD) se calcularon y presentaron en la Tabla 8.

Para investigar la cinética del secado se midió la proporción de humedad durante el proceso de secado, que indica una reducción en la humedad de las muestras. Además, las Figs. 12 y 13 indicaron relaciones de humedad versus tiempos de secado para secadores convectivos e infrarrojos, respectivamente. Como puede verse, con un tiempo de secado constante, la proporción de humedad del secador por convección es mayor que la del secador por infrarrojos porque el secador por infrarrojos reduce el tiempo de secado, lo cual es la ventaja del secador por infrarrojos en comparación con el secador por convección. Se puede utilizar la siguiente fórmula para determinar la proporción de humedad39.

Relación de humedad versus tiempo de secado para secador por convección.

Relación de humedad versus tiempo de secado para secador de infrarrojos.

Mt y M0 se refieren al peso preliminar y dependiente del tiempo de la muestra, respectivamente, y Me es el peso de la muestra en condiciones EMC.

Como se puede observar en las curvas de humedad, a velocidad constante, las muestras secadas con temperaturas más altas tienen tiempos de secado más bajos para los secadores convectivos. Además, el tiempo de secado se puede aumentar en el secador de infrarrojos cuando la distancia de la lámpara aumenta a potencia constante.

Se suponía que los contenidos máximos de antioxidantes y calcio y la mínima diferencia de color y tiempo de secado eran criterios críticos para optimizar los procesos de secado. Las soluciones para la cobertura óptima de los criterios se dieron utilizando el enfoque de la función de deseabilidad. Los valores ideales de las tres variables, con mayor coeficiente de deseabilidad, fueron 0,5 m/s y 60 °C en el secador convectivo y 947 W y 7 cm en el secador infrarrojo. En este punto, se esperaba que el antioxidante, el contenido de calcio, el tiempo y la diferencia de color fueran 0,332%, 0,5%, 485,91 min y 6,71, respectivamente en el secador convectivo (ver Fig. 14) y 0,404%, 0,62%, 40,39. min y 10,183, respectivamente en el secador de infrarrojos (ver Fig. 15).

Punto de optimización para secador convectivo.

Punto de optimización para secador de infrarrojos.

Como una breve configuración del estudio actual, la Fig. 16 indica un diagrama de flujo del proceso de secado mediante secadores convectivos e infrarrojos y también indica el progreso del método de modelado y optimización llevado a cabo por el enfoque RSM.

Diagrama de flujo del proceso de secado en este estudio.

El presente estudio tuvo como objetivo investigar diferentes características de Ganoderma lucidum, como el calcio, la diferencia de color total y los valores de antioxidantes secados con el secador convectivo y el secador infrarrojo. La investigación experimental de estas propiedades acompañada de la modelización del proceso de secado es la novedad de la contribución actual. Los parámetros medibles en el secador por convección fueron la temperatura y la velocidad del aire, mientras que la distancia y la potencia de la lámpara fueron variables influyentes en el secador de infrarrojos. Los resultados indicaron que el secador infrarrojo tiene un mejor efecto sobre el tiempo de secado, el consumo de energía, la cantidad de calcio y los antioxidantes. El contenido de calcio de la muestra seca en el secador de infrarrojos aumentó de 0,2 a 0,62% en comparación con la muestra fresca, mientras que esta propiedad aumentó de 0,2 a 0,5% en el secador convectivo. En el secador de infrarrojos, la cantidad de antioxidantes extraídos fue significativamente mayor que en el secador convectivo. La mayor cantidad de calcio se obtuvo a baja potencia y distancia y la mayor cantidad de antioxidantes se obtuvo a alta potencia y corta distancia. Además, aumentar la potencia y reducir la distancia tuvo efectos notables en la reducción del tiempo de secado y el consumo de energía. Los cambios de color de la superficie de las muestras fueron menores en el secador convectivo. Además, se utilizó ANOVA para desarrollar fórmulas para predecir los valores de antioxidantes, contenido de calcio, tiempo de secado y diferencia de color. Las condiciones óptimas se obtuvieron a una distancia de 7 cm y una potencia de 947 W en el secador infrarrojo, mientras que esta condición se obtuvo a una velocidad del aire de 0,5 m/s y una temperatura del aire de 60 °C en el secador convectivo. En consecuencia, esta investigación presenta un proceso económico para obtener productos médicos de alto valor agregado y puede ayudar a los investigadores que se ocupan de las medicinas a base de hierbas a secar materiales en las mejores condiciones.

Los autores declaran que los datos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles en el artículo. Si se necesitan archivos de datos sin procesar en otro formato, están disponibles con el autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Este trabajo fue apoyado por la Universidad Tecnológica Babol Noshiravani con el número de subvención BNUT/370675/99.

Facultad de Ingeniería Química, Universidad Tecnológica de Babol Noshirvani, Babol, Mazandaran, Irán

Maryam Naseri, Kamyar Movagharnejad y Sara Nanvakenari

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Todos los autores contribuyeron con la escritura, la concepción, los experimentos y el modelado.

Correspondencia a Maryam Naseri o Kamyar Movagharnejad.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Naseri, M., Movagharnejad, K. & Nanvakenari, S. Comparación de las propiedades secas de Ganoderma lucidum producidas por el secador convectivo y el secador infrarrojo. Informe científico 13, 12636 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39883-z

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Recibido: 25 de abril de 2023

Aceptado: 01 de agosto de 2023

Publicado: 03 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39883-z

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