بهينه يابي متغيرهاي مخلوط- فرآيند درتوليد خامه قنادي شير شتر با استفاده از الگوريتم جهش قورباغه چند هدفه

سابقه و هدف: از آنجايي كه الگوريتم جهش قورباغه به عنوان يك روش بهينه يابي نسبتا جديد مطرح است و در سال هاي اخير قابليت هاي خود را اثبات كرده است و متاسفانه اطلاعاتي درمورد خامه قنادي شير شتر و اثرات جايگزين هاي چربي و شرايط مختلف توليد بر خصوصيات ان موجود نيست، لذا در اين تحقيق، اثر مقادير مختلف كربوكسي متيل سلولز (0 تا 0/2 درصد) و صمغ دانه شاهي (0 تا 0/2 درصد) به عنوان متغيرهاي آزمايشي طرح مخلوط و كنسانتره پروتئين آب پنير (2 تا 8 درصد) و مدت زمان هم زدن (2 تا 8 دقيقه) به عنوان متغيرهاي آزمايشي طرح فرآيند بر ويژگي هاي فيزيكي و رئولوژيكي خامه قنادي شير شتر مورد بررسي قرار گرفت و سپس اين خصوصيات با استفاده از مدل هاي به دست آمده از طرح آزمايشي متقاطع مخلوط- فرآيند توسط الگوريتم جهش قورباغه چند هدفه بهينه گرديد. مواد و روش‌ها: شير شتر از بازار محلي مشهد تهيه شد و سپس توسط سپراتور چربي آن جدا گرديد. خامه تهيه شده در دماي 25 درجه سلسيوس با صمغ دانه شاهي (2/0 - 0 درصد)، صمغ گوار (2/0 - 0 درصد) و كنسانتره پروتئين آب پنير (8-2 درصد) طبق طرح متقاطع مخلوط- فرآيند در نسبت هاي مورد نظر مخلوط شدند. نمونه‌ها پس از پاستوريزاسيون در دماي 80 درجه سلسيوس به مدت 5 دقيقه (در حمام آب) و هموژنيزاسيون در دماي 50 درجه سلسيوس به‌منظور آبگيري كامل به مدت يك شب در دماي 6-4 درجه سلسيوس در يخچال قرار گرفتند. روز بعد، نمونه ها در دماي 25 درجه سلسيوس به وسيله همزن با حداكثر 1500 دور در دقيقه به مدت 2 تا 8 دقيقه هم زده شدند تا هوادهي مناسب صورت پذيرد. در انتها افزايش حجم، پايداري كف و خصوصيات رئولوژيكي نمونه ها اندازه گيري و شرايط بهينه تعيين شد. يافته‌ها: نتايج تحقيق نشان داد كه با افزايش مدت زمان هم زدن و كنسانتره پروتئين آب پنير، افزايش حجم نمونه ها افزايش يافت و نمونه هاي داراي كربوكسي متيل سلولز بيشتر نسبت به نمونه هاي داراي صمغ دانه شاهي بيشتر از افزايش حجم بالاتري برخوردار بودند. با افزايش كنسانتره پروتئين آب پنير و مدت زمان هم زدن (در مقادير بالاي كنسانتره پروتئين آب پنير)، پايداري نمونه ها نيز افزايش يافت و تغيير نسبت صمغ هاي دانه شاهي و كربوكسي متيل سلولز هيچگونه اثر معني داري بر پايداري نمونه ها نداشت. نتايج حاصل از آزمون اكستروژن پسرو بافت نيز نشان داد كه با افزايش زمان همزدن و افزايش صمغ دانه شاهي، سختي و چسبندگي نمونه ها افزايش يافت. به منظور بهينه يابي صفات در اين تحقيق، افزايش حجم، پايداري، سختي، ضريب قوام حداكثر و چسبندگي و رفتار جريان حداقل در نظر گرفته شدند كه با توجه به صفات مذكور، ميزان كربوكسي متيل سلولز 19/0 درصد، صمغ دانه شاهي 01/0 درصد، كنسانتره پروتئيني آب پنير 2 درصد و مدت زمان هم زدن 9/7 دقيقه به دست آمد. نتيجه گيري: به طور كلي نتايج پژوهش نشان داد كه الگوريتم جهش قورباغه علاوه بر دقت از سرعت بالايي هم برخوردار است و مي تواند در زمان بسيار اندكي به جواب بهينه همگرا برسد. بنابراين روش ارائه شده در اين پژوهش مي تواند براي مقاصد مختلف كه در آن دقت و زمان هر دو مهم است، مورد استفاده قرار گيرد.

Background and objectives: Since the shuffled frog-leaping algorithm is a relatively new optimization method that has proven its capabilities in recent years and there is no information about the effects of fat substitutes and whipping time on the properties of camel milk whipped cream so in this study, the effects of different amounts of carboxymethylcellulose (CMC) (0 to 0.2%), cress seed gum (CSG) (0 to 0.2%) as experimental variables of the mixture design and whey protein concentrate (WPC) (2 to 8%), and whipping time (WT) (2 to 8 min) as experimental variables of the process design on the physical and rheological properties of camel milk whipped cream were investigated. Then, these properties were optimized using multi-objective shuffled frog-leaping algorithm. Materials and methods: Camel milk was purchased from a local market in Mashhad, Iran, and then its fat was separated by a separator. Then, using pearson square, with a mixture of skim milk and separated fat, camel cream samples with 37% fat were prepared. the samples containing CSG (0-0.2%), CMC (0-0.2%), and WPC (2-8%) were formulated. After pasteurization at 80 ° C for 5 minutes in a water bath and homogenization at 50 °C and 3000 RPM for 1 min, the samples were placed in a refrigerator for complete hydration overnight at 4-6 °C. The next day, the samples were whipped at 25 °C with a stirrer at a maximum of 1500 rpm for 2-8 minutes. Finally, the overrun, foam stability and rheological properties of camel milk whipped cream were measured and the optimal conditions were determined. Results: The results showed that with increasing the WP and WPC levels, overrun increased and samples with higher CMC had higher overrun than samples with higher CSG. With increasing the WPC and WP (in high WPC values), the foam stability of the samples increased and changing the ratio of CSG and CMC gums had no significant effect on the foam stability. The results of the back extrusion test showed that with increasing the WP and CSG, the hardness and adhesiveness of the samples increased. To optimize the whipped cream formulation, the overrun, foam stability, hardness and consistency were considered to be maximum, and adhesiveness and flow behavior index were adjusted to be minimum. According to the optimization results, the sample containing 0.19% CMC, 0.01% CSG, 2% WPC and produced with 7.9 min WT was the optimized formulation. Conclusion: In general, the results showed that the shuffled frog-leaping algorithm has a high speed and can reach the optimal convergent solution in a very short time. So, the method presented in this research can be used for different purposes where accuracy and time are both important.