Published November 24, 2020 | Version v1
Publication Open

Modeling the Kinetics of Potassium Diffusion in Estima Potato under Different Leaching Conditions

Creators

  • 1. University of Energy and Natural Resources
  • 2. Kwame Nkrumah University of Science and Technology

Description

The diffusion of potassium in potato (Solanum tuberosum) at different leaching conditions was investigated. Two modes of pretreatment of potato samples (cubes and spheres) by preheating to 80°C and leaching at temperatures of 20-80°C were performed using a temperature- and agitation-controlled batch extractor. A Fickian model incorporating the effective diffusion coefficient (Deff), partition coefficient (K) between the solute concentration in the potato and medium, and mass transfer coefficient (kl) was developed to simulate and predict the fraction of potassium leached from the potato at any temperature. Results showed significant reduction in activation energies from 92 to 25.02 kJ/mol for cubes and from 75.02 to 13.40 kJ/mol for spheres culminating in higher extraction rates when samples were preheated to 80°C. The Deff, K, and kl values obtained were in the range of 0.02 - 7.33 × 10-9 m2/s, 0.63 - 8.00 × 10-2, and 0.01333.00 × 10-4 m/s, respectively. The kinetic parameters showed a change in slope or discontinuity in the gelatinization temperature range as a function of temperature, an indication of a change in the diffusional matrix. The optimum operating conditions were 80°C preheating and leaching at temperatures up to 50°C. The proposed mathematical model offered a satisfactory description of both dynamic and equilibrium mass transfers of potassium by adequately predicting the fraction of potassium from potato cubes and spheres. The present findings could be useful in the pretreatment of potato for renal patients.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم التحقيق في انتشار البوتاسيوم في البطاطس (Solanum tuberosum) في ظروف الرشح المختلفة. تم إجراء طريقتين للمعالجة المسبقة لعينات البطاطس (المكعبات والكريات) عن طريق التسخين المسبق إلى 80 درجة مئوية والترشيح عند درجات حرارة 20-80 درجة مئوية باستخدام مستخرج دفعة يتم التحكم في درجة حرارته وتحريكه. تم تطوير نموذج فيكي يتضمن معامل الانتشار الفعال (Deff)، ومعامل التقسيم (K) بين تركيز المذاب في البطاطس والمتوسطة، ومعامل نقل الكتلة (kl) لمحاكاة والتنبؤ بجزء البوتاسيوم الذي يتم ترشيحه من البطاطس عند أي درجة حرارة. أظهرت النتائج انخفاضًا كبيرًا في طاقات التنشيط من 92 إلى 25.02 كيلوجول/مول للمكعبات ومن 75.02 إلى 13.40 كيلوجول/مول للكريات التي بلغت ذروتها في معدلات استخراج أعلى عندما تم تسخين العينات مسبقًا إلى 80 درجة مئوية. كانت قيم Deff و K و kl التي تم الحصول عليها في حدود 0.02 - 7.33 × 10-9 م 2/ث، 0.63 - 8.00 × 10-2، و 0.01333.00 × 10-4 م/ث، على التوالي. أظهرت المتغيرات الحركية تغيرًا في المنحدر أو الانقطاع في نطاق درجة حرارة الجيلاتين كدالة لدرجة الحرارة، وهو مؤشر على تغير في المصفوفة الانتشار. كانت ظروف التشغيل المثلى هي التسخين المسبق 80 درجة مئوية والترشيح عند درجات حرارة تصل إلى 50 درجة مئوية. قدم النموذج الرياضي المقترح وصفًا مرضيًا لكل من عمليات نقل كتلة البوتاسيوم الديناميكية والمتوازنة من خلال التنبؤ بشكل كافٍ بجزء البوتاسيوم من مكعبات البطاطس والكريات. يمكن أن تكون النتائج الحالية مفيدة في المعالجة المسبقة للبطاطس لمرضى الكلى.

Translated Description (French)

La diffusion du potassium dans la pomme de terre (Solanum tuberosum) à différentes conditions de lixiviation a été étudiée. Deux modes de prétraitement d'échantillons de pommes de terre (cubes et sphères) par préchauffage à 80°C et lixiviation à des températures de 20-80°C ont été réalisés à l'aide d'un extracteur batch à température et agitation contrôlées. Un modèle de Fickian intégrant le coefficient de diffusion efficace (Deff), le coefficient de partage (K) entre la concentration en soluté dans la pomme de terre et le milieu, et le coefficient de transfert de masse (kl) a été développé pour simuler et prédire la fraction de potassium lessivée de la pomme de terre à n'importe quelle température. Les résultats ont montré une réduction significative des énergies d'activation de 92 à 25,02 kJ/mol pour les cubes et de 75,02 à 13,40 kJ/mol pour les sphères aboutissant à des taux d'extraction plus élevés lorsque les échantillons étaient préchauffés à 80°C. Les valeurs Deff, K et kl obtenues se situaient dans la plage de 0,02 à 7,33 × 10-9 m2/s, 0,63 à 8,00 × 10-2 et 0,01333,00 × 10-4 m/s, respectivement. Les paramètres cinétiques ont montré un changement de pente ou de discontinuité dans la plage de température de gélatinisation en fonction de la température, une indication d'un changement dans la matrice diffusionnelle. Les conditions de fonctionnement optimales étaient le préchauffage à 80°C et la lixiviation à des températures allant jusqu'à 50°C. Le modèle mathématique proposé offrait une description satisfaisante des transferts de masse dynamiques et d'équilibre du potassium en prédisant de manière adéquate la fraction de potassium des cubes et des sphères de pommes de terre. Les présents résultats pourraient être utiles dans le prétraitement de la pomme de terre pour les patients rénaux.

Translated Description (Spanish)

Se investigó la difusión de potasio en patata (Solanum tuberosum) en diferentes condiciones de lixiviación. Se realizaron dos modos de pretratamiento de muestras de patata (cubos y esferas) mediante precalentamiento a 80 °C y lixiviación a temperaturas de 20-80 °C utilizando un extractor por lotes controlado por temperatura y agitación. Se desarrolló un modelo Fickiano que incorpora el coeficiente de difusión efectiva (Deff), el coeficiente de partición (K) entre la concentración de soluto en la papa y el medio, y el coeficiente de transferencia de masa (kl) para simular y predecir la fracción de potasio lixiviado de la papa a cualquier temperatura. Los resultados mostraron una reducción significativa en las energías de activación de 92 a 25.02 kJ/mol para cubos y de 75.02 a 13.40 kJ/mol para esferas que culminaron en mayores tasas de extracción cuando las muestras se precalentaron a 80 ° C. Los valores de Deff, K y kl obtenidos estuvieron en el rango de 0.02 - 7.33 × 10-9 m2/s, 0.63 - 8.00 × 10-2 y 0.01333.00 × 10-4 m/s, respectivamente. Los parámetros cinéticos mostraron un cambio en la pendiente o discontinuidad en el rango de temperatura de gelatinización en función de la temperatura, una indicación de un cambio en la matriz difusional. Las condiciones óptimas de funcionamiento fueron el precalentamiento a 80 °C y la lixiviación a temperaturas de hasta 50 °C. El modelo matemático propuesto ofreció una descripción satisfactoria de las transferencias de masa de potasio tanto dinámicas como de equilibrio al predecir adecuadamente la fracción de potasio de los cubos y esferas de papa. Los presentes hallazgos podrían ser útiles en el pretratamiento de la patata para pacientes renales.

Files

1876463.pdf.pdf

Files (15.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:8b44a364ca74b327d3300b6169d4e866
15.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نمذجة حركية انتشار البوتاسيوم في بطاطس استيما تحت ظروف رشح مختلفة
Translated title (French)
Modélisation de la cinétique de diffusion du potassium dans la pomme de terre Estima dans différentes conditions de lixiviation
Translated title (Spanish)
Modelado de la cinética de la difusión de potasio en la patata Estima en diferentes condiciones de lixiviación

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3110066079
DOI
10.1155/2020/1876463

Is supplement to
https://openalex.org/W2385382668 (Other)
https://openalex.org/W2351460627 (Other)
https://openalex.org/W2335514579 (Other)
https://openalex.org/W2283102826 (Other)
https://openalex.org/W2100701926 (Other)
https://openalex.org/W2079698632 (Other)
https://openalex.org/W2023596821 (Other)
https://openalex.org/W2001632381 (Other)
https://openalex.org/W1974236007 (Other)
https://openalex.org/W1969098006 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Ghana

References

  • https://openalex.org/W1786395844
  • https://openalex.org/W1822769519
  • https://openalex.org/W1934506803
  • https://openalex.org/W1963572880
  • https://openalex.org/W1964215748
  • https://openalex.org/W1969735455
  • https://openalex.org/W1983711953
  • https://openalex.org/W1985150353
  • https://openalex.org/W1993573993
  • https://openalex.org/W1995611562
  • https://openalex.org/W1997928551
  • https://openalex.org/W2025576429
  • https://openalex.org/W2025759503
  • https://openalex.org/W2049422018
  • https://openalex.org/W2055215216
  • https://openalex.org/W2062974042
  • https://openalex.org/W2064577401
  • https://openalex.org/W2066749553
  • https://openalex.org/W2066961227
  • https://openalex.org/W2080749564
  • https://openalex.org/W2092531104
  • https://openalex.org/W2109814591
  • https://openalex.org/W2115602612
  • https://openalex.org/W2135397065
  • https://openalex.org/W2137199705
  • https://openalex.org/W2170729037
  • https://openalex.org/W2180775340
  • https://openalex.org/W2192871637
  • https://openalex.org/W2316358886
  • https://openalex.org/W2326230097
  • https://openalex.org/W2327771849
  • https://openalex.org/W2464529759
  • https://openalex.org/W2491737086
  • https://openalex.org/W2520202798
  • https://openalex.org/W2603710445
  • https://openalex.org/W2794047088
  • https://openalex.org/W2808180475
  • https://openalex.org/W285856132
  • https://openalex.org/W2971267635
  • https://openalex.org/W570071023
  • https://openalex.org/W611598045