CFD modelling of diffusive-reactive transport of ozone gas in rice grains

Silva, Marcus V.; Martins, Márcio Arêdes; Faroni, L. R. D.; Bustos-Vanegas, Jaime Daniel; Sousa, Adalberto Hipólito de

doi:10.1016/j.biosystemseng.2018.12.010

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“…Comparing the results of previous work with the present results reinforce the importance of the fumigant’s diffusion to evaluate whether a new product could realistically be used to protect stored food. As suggested by Silva and colleagues 52 for the application of ozone gas (O 3 ) in high volumes of rice grain, the use of external forces to induce the flow of gas through the column of grain could overcome the issue raised by the low diffusion coefficient of eugenol, improving its distribution and increasing its protective effect on grain.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Eugenol diffusion coefficient and its potential to control Sitophilus zeamais in rice

Prates

Faroni

Heleno

et al. 2019

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Given the insecticidal potential of eugenol as a fumigant, this work aimed to determine the diffusion coefficient of eugenol emanating from a pure standard solution (99%), as well as from clove essential oil ( Eugenia caryophillata Thunb. (Myrtaceae)) through rice grain; to chemically analyse the volatile composition of commercially available eugenol and clove essential oil; and to evaluate the mortality of Sitophilus zeamais Motschulsky (Coleoptera: curculionidae) after exposure to eugenol inside a test chamber filled with rice. The solid phase microextraction method of extracting and quantifying eugenol by gas chromatography presented a good analytical response for the quantification of the analyte. There was no significant difference between the diffusion coefficient of eugenol diffusing from pure eugenol or from clove essential oil. The diffusion coefficient of eugenol through rice with the conditions herein adopted is 1.09 × 10 −3 cm 2 s −1 . The characterization of clove essential oil confirmed the presence of eugenol as its major component (74.25%). A difference was observed in the composition of the distinct phases evaluated. The exposure of adult S. zeamais to diffused eugenol from pure eugenol over seven days resulted in significantly higher mortality rates (~37%) than eugenol diffused from clove essential oil (~11%). No differences in mortality rates were observed in individuals placed at different positions inside the test chamber during eugenol fumigation.

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Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Eugenol diffusion coefficient and its potential to control Sitophilus zeamais in rice

Prates

Faroni

Heleno

et al. 2019

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“…O valor comercial do milho de pipoca está relacionado principalmente com o seu volume de expansão. Esta variável qualitativa é diretamente afetada quando a integridade física do tegumento dos grãos é prejudicada por danos mecânicos ou pelo ataque de insetos-praga (Silva et al, 2019b).…”

Section: Conclusãounclassified

“…A metodologia utilizada na determinação do volume de expansão do milho de pipoca foi a mesma adotada por , e Silva et al (2019b), utilizando-se amostras de 250 g de grãos. A expansão do milho de pipoca foi realizada em uma máquina Cretors MWVT (Metric Weight Volume Tester).…”

Section: Volume De Expansãounclassified

“…Agricultura Pecuária e Abastecimento (MAPA, 2011) estabelece que o limite mínimo de volume de expansão para comercialização de milho de pipoca é de 30 mL g -1 . Estudos anteriores mostram que o ozônio injetado em fluxo também não alterou significativamente o volume de expansão de grãos de milho de pipoca, quando expostos às concentrações de 0,1 mg L -1 , por 30 dias ) ou de 0,5 mg L -1 , por 10 h (Silva et al, 2019b).…”

Section: Qualidade Dos Grãos De Milho De Pipocaunclassified

“…Apesar do ozônio apresentar um comportamento difusivo em meios porosos constituídos por grãos (Silva et al, 2019b), investigações científicas demonstram que sua aplicação em grãos armazenados para o controle de pragas atinge resultados satisfatórios quando seu transporte na massa de grãos ocorre por convecção forçada .…”

Section: Introdução Geralunclassified

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Ozonização de grãos de milho de pipoca: cinética de reação, controle de insetos, desinfecção fúngica e características de qualidade

Silva¹

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Os objetivos deste estudo foram: (i) Caracterizar a cinética de reação do gás ozônio aplicado em fluxo e a baixa pressão para controle de Sitophilus zeamais (Coleoptera: Curculionidae) e inativação de Aspergillus flavus em milho de pipoca; e (ii) avaliar a qualidade dos grãos de milho de pipoca após exposição ao gás ozônio. O estudo foi realizado em três etapas. Na primeira etapa, foi caracterizada a cinética de reação do gás ozônio aplicado em fluxo para controle de S. zeamais. Para isso, amostras de 1,5 kg de grãos milho de pipoca foram expostas ao gás O 3 e ao oxigênio (controle) em uma vazão específica de 0,33 m 3 min -1 t -1 nas concentrações de 0,5; 2,2 e 4,5 mg L -1 . Na segunda etapa, determinou-se a eficácia do ozônio na inativação de A. flavus. Adotou-se a concentração de entrada de 16,0 mg L -1 , nas vazões específicas de 0,15 e 1,0 m 3 min -1 t -1 em 3 kg de grãos, nos períodos de exposição de 0; 6; 12; 24; 36 e 48 h, respectivamente. Na terceira etapa, determinou-se a cinética e decomposição do ozônio e eficácia do ozônio no controle de S. zeamais em sistema de injeção a baixa pressão. Para caracterizar a cinética de decomposição do gás ozônio a baixas pressões foi utilizada uma câmara hipobárica de volume igual a 70 L. Foram utilizadas amostras de 5,0 kg de grãos embalados em sacos de polipropileno trançado. A pressão interna da câmara foi reduzida para 250 hPa e o O 3 foi injetado nas concentrações de 5,0; 6,7; 8,5 e 13,0 mg L -1 até a pressão interna da câmara atingir 940 hPa. O decaimento da concentração de ozônio dentro da câmara e da embalagem foi monitorado. A qualidade do milho de pipoca foi avaliada, considerando-se o volume de expansão, teor de água, condutividade elétrica e cor dos grãos. O tempo de saturação para a massa de grãos de milho de pipoca com o gás ozônio para as concentrações de 0,5; 2,2 e 4,5 mg L -1 foi de 10; 3,1 e 2,1 h, respectivamente. Na segunda etapa, obteve-se os tempos de saturação para as vazões específicas de 0,15 e 1,0 m 3 min -1 t -1 de 3,59 e 0,88 h, respectivamente. A concentração de saturação, para a vazão específica de 0,15 m 3 min -1 t -1 , foi de 8,59 mg L -1 , enquanto que para a vazão específica de 1,0 m 3 min -1 t -1 a concentração de saturação foi de 15,44 mg L -1 . A cinética de decomposição do gás ozônio quando aplicado em fluxo ou em sistema de injeção a baixa pressão obedeceu ao modelo de primeira ordem para todas as concentrações estudadas. O tempo de meia-vida do gás O 3 na massa de grãos de milho de pipoca quando aplicado em fluxo para as concentrações de 0,5; 2,2 e 4,5 mg L -1 foi de 5,20; 6,22 e 5,56 min, respectivamente. Os tempos de meia vida do ozônio no sistema de injeção a baixa pressão variaram de 22,7 a 49,86 min dentro da embalagem e de 20,6 a 46,5 min no interior da câmara. As concentrações de 0,5; 2,2 e 4,5 mg L -1 foram letais aos insetos (S. zeamais) nos períodos de exposição correspondente a saturação, para cada concentração. A redução do percentual de infecção por A. flavus foi de 80%, decorridas 6 h de exposição ao gás ozônio para ambas as vazões específicas utilizadas. O gás ozônio aplicado em sistemas a baixa pressão, na concentração de 13,0 mg L -1 , controlou 94,45% dos insetos na massa de grãos. Pode-se concluir que o tratamento com gás ozônio foi eficiente no controle de insetos adultos de S. zeamais e na inativação de A. flavus em milho de pipoca. Foi possível concluir ainda com este estudo que a exposição dos grãos ao gás ozônio não alterou o volume de expansão, teor de água, condutividade elétrica e cor de forma que pudesse comprometer comercialmente a qualidade da pipoca. Palavras-chave: Armazenamento. Zea mays everta. Ozônio.

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Low‐pressure ozone injection system: relationship between reaction kinetics and physical properties of grains

et al. 2022

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BACKGROUND The ozonation of grains in a closed system at low pressure is a strategy with the potential for treating packaged products. Research is necessary to characterize the reaction kinetics of ozone in this type of injection system so that it is possible to design chambers and determine the ozone concentrations suitable for commercial‐scale applications. The objective of this study was therefore to characterize the low‐pressure ozone injection system in relation to the physical properties of the grains and determine possible changes in their quality. Samples (5 kg each) of common beans, cowpea beans, corn, popcorn kernels, paddy rice, and polished rice were exposed to ozone in a 70 L hypobaric chamber. Initially, the internal pressure of the chamber was reduced to 500 hPa. Then, ozone was injected at a concentration of 32.10 g m−3 at a volumetric flow rate of 1 L min−1 until reaching a pressure of 1000 hPa. To relate the decomposition of ozone to the grains that were being evaluated, different physical properties were determined, and quality analysis was conducted. RESULTS Ozone gas half‐life outside and inside the package depended on the grain type. Ozone decomposition was quickest in polished rice and slowest in common beans. The half‐life of the different grains ranged from 17.8 to 52.9 and 16.4 to 52.9 min, outside and inside the package, respectively. Considering the physical properties, specific surface (Ss), surface area (SA), and sphericity (φ) exhibited a significant correlation with the decomposition rate constant (k) of ozone. However, the variables volume (V), permeability (K), porosity (ε), and specific mass (ρ) showed no correlation with k. CONCLUSION The physical properties of grain influenced the reaction kinetics of ozone gas during the low‐pressure injection process. Ozone gas injection at low pressures did not alter the quality attributes of the grains under study. © 2022 Society of Chemical Industry.

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CFD modelling of diffusive-reactive transport of ozone gas in rice grains

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Eugenol diffusion coefficient and its potential to control Sitophilus zeamais in rice

Eugenol diffusion coefficient and its potential to control Sitophilus zeamais in rice

Ozonização de grãos de milho de pipoca: cinética de reação, controle de insetos, desinfecção fúngica e características de qualidade

Low‐pressure ozone injection system: relationship between reaction kinetics and physical properties of grains

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