Desalination of fish sauce by electrodialysis

การกำจัดเกลือจากน้ำปลาโดยกระบวนการแยกสารผ่านเยื่อด้วยไฟฟ้า

Name: Nathamol Chindapan

Name: ณฐมล จินดาพรรณ

keyword: Artificial neural networks

Abstract: The present research project was conducted to develop and study a process for production of low-salt fish sauce via electrodialysis (ED). The research project was divided into 4 parts. The first part was dedicated to the design and construction of a laboratory-scale ED system for removal of salt from fish sauce as well as to the determination of the effects of applied voltage (6, 7 and 8 V) and residual salt concentration (2, 6, 10, 14, 18 and 22 % w/w) on the system performance in terms of the energy consumption, current efficiency, yield and ED time as well as the selected physicochemical properties, i.e., total soluble solids, density, viscosity, sodium and potassium ion concentrations, total nitrogen, total amino nitrogen and color, of the EDtreated fish sauce. The results indicated that an increase in the applied voltage led to an increase in the rate of salt removal as well as the rates of changes of the electrical conductivity and total soluble solids of the fish sauce. The energy consumption increased, whereas the current efficiency and yield decreased significantly with an increase in the applied voltage and the salt removal level. The total soluble solids, viscosity, density, sodium and potassium ion concentrations decreased significantly at higher salt removal levels, but these parameters were not affected by the applied voltage level. The applied voltage and salt removal level had significant effects on the color of the ED-treated fish sauce. Since ED desalination may affect aroma and taste quality of the ED-treated fish sauce, the second part of the study was performed to determine the effect of ED desalination on selected aroma compounds, amino acids and sensory quality, in terms ofthe saltiness intensity and the flavor difference, of the ED-treated fish sauce having various residual salt concentrations (2, 6, 10, 14, 18 and 22% w/w). The results indicated that the amounts of trimethylamine, 2,6-dimethylpyrazine, phenols and all carboxylic acids except for hexanoic acid significantly decreased, whereas benzaldehyde increased significantly when the salt removal level was higher. The amounts of almost all amino acids decreased with the increased salt removal level. This led to a significant flavor difference between the ED-treated fish sauce and the untreated fish sauce when the salt concentration was reduced to 18 % (w/w) or lower. Since varying the ED parameters including the applied voltage and residual salt concentration affects the ED performance and changes in the fish sauce quality, an ability to predict these changes and search for an optimized ED condition is necessary to obtain high-quality ED-treated fish sauce that is not much different from the original fish sauce. The third part of the study was therefore dedicated to development of models enabling the prediction of the ED performance and changes in quality attributes of the ED-treated fish sauce using artificial neural networks (ANNs). In addition, the search for an optimum condition of a process via the use of multi-objective optimization using genetic algorithm (MOGA) was conducted. Two ANN models were developed to predict the ED performance and basic characteristics of the ED-treated fish sauce (i.e., total nitrogen concentration, sodium and potassium ion concentrations, total soluble solids, density, viscosity and Triangle E*) as a function of the applied voltage and residual salt concentration of the treated fish sauce. Another ANN model was developed for the prediction of the concentrations of total aroma compounds and total amino acids as well as flavor difference and saltiness intensity of the ED-treated fish sauce as a function of the residual salt concentration. Subsequently, two sets of the objective functions based on the developed ANN models were evaluated to search for the optimum ED condition via the use of MOGA. The results showed that the optimal ANN models were able to predict the ED performance with R2 = 0.995, fish sauce basic characteristics with R2 = 0.992 and the concentrations of total aroma compounds and total amino acids as well as flavor difference and saltiness intensity of the ED-treated fish sauce with R2 = 0.999. Through the use of MOGA the optimum condition of the ED process was the use of an applied voltage of 6.3 V and the maintenance of the residual salt concentration of the treated fish sauce of 14.3 % (w/w). Finally, since it is expected that the ED-treated fish sauce would be highly perishable due to its lower salt content, in the fourth part of the study the effect of ED pretreatment prior to spray drying to produce low-salt fish sauce powder, which is a more shelf-stable and convenient product compared with liquid fish sauce, was investigated. Product recovery, morphology and selected physicochemical properties, i.e., moisture content, water activity, hygroscopicity, as well as X-ray diffraction (XRD) patterns of the fish sauce powder, were determined. The ED-treated fish sauce having various residual salt concentrations (in the range of approximately 2-25 % w/w) was spray dried at inlet drying air temperatures of 120-180 C. It was found that the feed salt concentration and inlet air temperature had significant effects on all observed variables. This is due to the fact that the feed salt concentration strongly affected water removal from the ED-treated fish sauce during spray drying, leading to significant alterations of the ED-treated fish sauce powder properties.

Abstract: โครงการวิจัยนี้จัดทำขึ้นเพื่อพัฒนาและศึกษากระบวนการผลิตน้ำปลาโซเดียมต่ำโดยวิธีการแยกสาร ผ่านเยื่อด้วยไฟฟ้า การดำเนินงานของโครงการแบ่งออกได้เป็น 4 ส่วน โดยส่วนที่หนึ่งเป็นการ ออกแบบและสร้างเครื่องแยกสารผ่านเยื่อด้วยไฟฟ้าระดับห้องปฎิบัติการสำหรับแยกเกลือออกจาก น้ำปลา จากนั้นจึงศึกษาอิทธิพลจของความต่างศักย์ไฟฟ้า ( 6 7 และ 8 โวลท์)และความเข้มข้นของ เกลือที่เหลือ (ร้อยละ 2 6 10 14 18 และ 22 โดยน้ำหนัก) ที่มีต่อประสิทธิภาพของระบบ ทั้งในแง่ของ การใช้พลังงาน ประสิทธิภาพของการใช้กระแสไฟฟ้า ผลผลิต และเวลา ตลอดจนสมบัติทางเคมีและ กายภาพบางประการของน้ำปลาที่ผ่านกระวนการ ได้แก่ ของแข็งที่ละลายได้ทั้งหมด ความหนาแน่น ความหนืด ความเข้มข้นของไอออน (ได้แก่ โซเดียมและโปรแตสเซียมไอออน) ไนโตรเจนทั้งหมด อะ มิโน ไนโตรเจนทั้งหมด และสี จากผลการทดลองพบว่าการเพิ่มขึ้นของค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าทำให้ อัตราการกำจัดเกลือและอัตราการเปลี่ยนแปลงค่าการนำไฟฟ้า รวมทั้งของแข็งที่ละลายได้ทั้งหมดใน น้ำปลาเพิ่มขึ้น อีกทั้งยังพบว่าค่าการใช้พลังงานเพิ่มขึ้น ขณะที่ประสิทธิภาพของการใช้กระแสไฟฟ้า รวมทั้งผลผลิต ลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเพิ่มค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าและระดับการกำจัดเกลือนอกจาก นี้ยังพบว่าปริมาณของแข็งที่ละลายได้ทั้งหมด ความหนืด ความหนาแน่น ความเข้มข้นของโซเดียม และคลอไรด์ไอออน ลดลงอย่างมีนัยสำคัญที่ระดับการกำจัดเกลือที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตามสมบัติ เหล่านี้ไม่เปลี่ยนแปลงไปตาค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า ในขณะที่ทั้งค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าและระดับการ กำจัดเกลือมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงค่าสีของน้ำปลาอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากการกำจัดเกลือโดยวิธีการแยกสารผ่านเยื่อด้วยไฟฟ้าอาจส่งผลกระทบต่อกลิ่นและรสของ น้ำปลาที่ผ่านกระบวนการ ส่วนที่สองของงานวิจัยจึงมุ่งศึกษาอิทธิพลของการกำจัดเกลือโดยวิธีการ แยกสารผ่านเยื่อด้วยไฟฟ้าที่มีต่อสารให้กลิ่น กรดอะมิโน รวมทั้งคุณภาพด้านประสาทสัมผัส ในแง่ ของความเค็ม และความแตกต่างด้านรสชาติของน้ำปลาที่ผ่านกระบวนการจนกระทั่งเหลือความเข้ม ข้นของเกลือเป็นร้อยละ 2 6 10 14 18 และ 22 โดยน้ำหนัก จากผลการทดลองพบว่าปริมาณของสาร ไตรเมทธิวเอมีน 2,6-ไดเมทธิวไพราซีน ฟีนอล และกรดคาร์บอกซิลิกทั้งหมด ยกเว้นกรดเฮกซาโนอิก ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ในทางตรงกันข้ามกลับพบว่าเบนซอลดีไฮด์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อระดับ ของการกำจัดเกลือเพิ่มขึ้น นอกจากนี้พบว่ากรดอะมิโนส่วนใหญ่ลดลงเมื่อระดับการกำจัดเกลือสูง ขึ้น การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวข้างต้นทำให้น้ำปลาที่ผ่านกระบวนการมีกลิ่นรสที่แตกต่างไปจากน้ำ ปลาเริ่มต้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อความเข้มข้นของเกลือลดลงจนถึงร้อยละ 18 โดยน้ำหนัก หรือต่ำกว่า เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของกระบวนการแยกสารผ่านเยื่อด้วยไฟฟ้า เช่น ค่าความต่าง ศักย์ไฟฟ้า และความเข้มข้นของเกลือที่เหลืออยู่ในน้ำปลา ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของระบบ ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงคุณภาพของน้ำปลา ดังนั้นความสามารถในการทำนายการเปลี่ยนแปลง ต่างๆ ดังกล่าว ตลอดจนการหาสภาวะเหมาะที่สุดของกระบวนการจึงมีความสำคัญเพื่อให้ได้น้ำปลา ที่มีคุณภาพสูง โดยมีความแตกต่างจากน้ำปลาเริ่มต้นน้อยที่สุด ดังนั้นส่วนที่สามของงานวิจัยจึงมุ่ง พัฒนาแบบจำลองที่สามารถทำนายประสิทธิภาพของระบบการแยกสารผ่านเยื่อด้วยไฟฟ้าและการ เปลี่ยนแปลงคุณภาพด้านต่างๆ ของน้ำปลาที่ผ่านกระบวนการ โดยใช้วิธีการวิเคราะห์โครงข่าย ประสาทเทียม อีกทั้งหาสภาวะเหมาะที่สุดของกระบวนการโดยใช้เทคนิคการหาสภาวะเหมาะที่สุด แบบหลายวัตถุประสงค์ด้วยขั้นตอนวิธีเชิงพันธุกรรม ทั้งนี้พัฒนาแบบจำลองโครงข่ายประสาทเทียม ขึ้น 2 ชุด เพื่อทำนายประสิทธิภาพของระบบและคุณภาพพื้นฐานของน้ำปลาที่ผ่านกระบวนการได้แก่ ความเข้มข้นของไนโตรเจนทั้งหมด ความเข้มข้นของโซเดียมไอออนและโปแตสเซียมไอออนของแข็ง ที่ละลายได้ทั้งหมด ความหนาแน่น ความหนืด และค่าสี โดยกำหนดให้เป็นฟังก์ชันของค่าความต่าง ศักย์ไฟฟ้าและความเข้มข้นของเกลือที่เหลืออยู่ในน้ำปลา นอกจากนี้ยังไดัพัฒนาแบบจำลองอีกหนึ่ง ชุดเพื่อทำนายความเข้มข้นทั้งหมดของสารให้กลิ่น กรดอะมิโนทั้งหมด รวมทั้งความแตกต่างด้านกลิ่น รสและระดับความเค็มของน้ำปลาที่ผ่านกระบวนการ โดยกำหนดให้เป็นฟังก์ชัน ของความเข้มข้นของ เกลือที่เหลืออยู่ในน้ำปลา จากนั้นจึงสร้างฟังก์ชันวัตถุประสงค์ขึ้นสองชุด เพื่อใช้หาสภาวะเหมาะที่สุด โดยใช้เทคนิคการหาสภาวะเหมาะที่สุดแบบหลายวัตถุประสงค์ด้วยขั้นตอนวิธีเชิงพันธุกรรม จากผล การศึกษาพบว่าแบบจำลองโครงจ่ายประสาทเทียมสามารถทำนายประสิทธิภาพของระบบด้วยค่า R2 = 0.995 สามารถทำนายการเปลี่ยนแปลงคุณภาพพื้นฐานของน้ำปลาด้วยค่า R2 = 0.992 และ สามารถทำนายความเข้นข้นของสารให้กลิ่นทั้งหมด ความเข้มข้นของกรดอะมิโนทั้งหมดรวมทั้งความ แตกต่างด้านกลิ่นรสและระดับความเค็มด้วยค่า R2 = 0.999 และจากการใช้เทคนิคการหาสภาวะเหมาะ ที่สุดแบบหลายวัตถุประสงค์ด้วยขั้นตอนวิธีเชิงพันธุกรรม พบว่าสภาวะเหมาะที่สุดของการแยกเกลือ ออกจากน้ำปลา คือ การใช้ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า 6.3 โวลท์ และรักษาระดับความเข้มข้นของเกลือที่ เหลือในน้ำปลาไว้ที่ร้อยละ 14.3 โดยน้ำหนัก ในส่วนสุดท้าย เนื่องจากคาดว่าน้ำปลาที่ผ่านการกำจัดเกลือจะเสื่อมเสียได้ง่ายเนื่องจากมีปริมาณเกลือ ต่ำลง ดังนั้นส่วนที่สี่ของงานวิจัยจึงมุ่งเน้นศึกษาอิทธิพลของการเตรียมขั้นต้นโดยวิธีการแยกสารผ่าน เยื่อด้วยไฟฟ้าก่อนการอบแห้งแบบพ่นฝอยเพื่อผลิตน้ำปลาเกลือต่ำแบบผลที่มีอายุการเก็บรักษานาน ขึ้น และสะดวกต่อการใช้งานมากขึ้น โดยได้ตรวจวิเคราะห์ปริมาณผลผลิต โครงสร้างระดับจุลภาค รวมทั้งสมบัติทางเคมี และกายภาพบางประการของน้ำปลาเกลือต่ำแบบผง ได้แก่ ความชื้น วอเตอร์ แอคติวีตี้ การดูดความชื้น และรูปแบบการเสี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ จากผลการอบแห้งน้ำปลาที่มึความ เข้มข้นของเกลือที่เหลืออยู่ร้อยละ 2-25 โดยน้ำหนัก ที่อุณหภูมิอากาศร้อนระหว่าง 120-180 ํ C พบว่า ความเข้มข้นของเกลือที่เหลืออยู่และอุณหภูมิอากาศร้อนมีอิทธิพบต่อตัวแปรที่ศึกษาทั้งหมด อย่างมี นัยสำคัญ ทั้งนี้เนื่องจากความสามารถในการกำจัดน้ำออกจากน้ำปลา โดยวิธีการอบแห้งแบบพ่นฝอย ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของเกลือในน้ำปลา ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสมบัติต่างๆ ของน้ำปลาผงอย่าง มีนัยสำคัญ

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Sakamon Devahastin

Role: Advisor

Created: 2011

Modified: 2555-10-07

Issued: 2555-10-07

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: FDE568

tha

DegreeName: Doctor of Engineering

Level: Doctoral Degree

Descipline: Food Engineering

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	FDE568.pdf	3.14 MB	103	2024-01-14 14:45:01
2	FDE568ab.pdf	84.9 KB	43	2020-07-28 14:54:46

ใช้เวลา

0.03756 วินาที