تحقیق و مدل سازی فرآیند خشک کردن ورقه های موز به شیوه الکتروهیدرودینامیک

STUDENT

DEGREE

YEAR

Drying is the most common method of food preservation which extends the food self-life and minimizies packaging, storage, and traortation costs.Electrohydrodynamic (EHD) drying is the least well-known of all the drying methods perhaps because of its relative novelty and recent development. In this method, high electric field is used for drying of fruits and vegetables. The principle mechanism of electrohydrodynamic drying is convective without the involvement of heat, so is useful in drying heat sensitive materials. The high electric field generates electric wind that is the main driving force for the accelerated drying of the agricultural products. In the present study, a multiple point to plate high voltage electric field system was made to conduct the drying experiments. It mainly consisted of 25 needle-point electrodes with 2.5 mm in diameters and a steel square plate (150×150 mm). The distance between needle-point electrodes was 34.6 mm. In order to produce the electric field, a high voltage power supply was used with a maximum output voltage of 22 kV at 1 mA. Banana slices with 3.5 mm in thickness were investigated using electrohydrodynamic field at 6, 8 and 10 kV.cm -1 , oven at 50, 60 and 70 0 C and hot air drying at 50, 60 and 70 0 C with the constant air velocity of 1.5 m.s -1 . In order to evaluate electrohydrodynamic, oven and hot air drying methods, consumed energy, drying time, rehydration capacity, color parameters (L * ,a * ,b * and ?E), and the shrinkage of dried samples were investigated. The data were designed based on a completely randomized arrangement. The mean comparisons of treatments were examined through the LSD test at the probability level of . Moisture reduction kinetics was investigated through moisture content versus time, drying rate versus time and drying rate versus moisture content curves. In electrohydrodynamic method, with increasing the electric field and in the oven and hot air drying methods with increasing the temperature, the values of drying rate increased. The effective moisture diffusivity values were calculatedusing Crank’s solution of second Fick’s equation for infinite plane sheet and were obtained between 3.12×10 -10 and 4.23×10 -10 m 2 .s -1 for electrohydrodynamic, 2.85×10 -10 and 7.27×10 -10 m 2 .s -1 for oven, and 4.10×10 -10 and 1.34×10 -9 m 2 .s -1 for hot air drying. Empirical modeling of drying data was done by fitting to 12 commonly used thin layer drying models. The performance of these models wasassesed by statistical procedure. According to the maximum coefficient of determination (R 2 ) and minimum value of root mean square of error (RMSE) between the observed and predicted moisture ratios, the Diffusion model for electrohydrodynamic and hot air drying methods, and Midilli model for oven method showed the best close prediction to the observed

درکشور های توسعه یافته، بخش قابل توجهی از محصولات کشاورزی به منظور افزایش عمر ماندگاری،کاهش هزینه های بسته بندی،کاهش هزینه های حمل و نقل، حفظ شکل ظاهری، عطر و طعم اولیه و تولید فرآورده های آماده، خشک می شوند. یکی از روش های نوین خشک کردن، روش الکتروهیدرودینامیک می باشد. در این شیوه از میدان الکتریکی با ولتاژ بالا برای خشک کردن استفاده می شود. خشککردن به روش الکتروهیدرودینامیک برای مواد حساس به حرارت های بالا مانند فرآورده های کشاورزی که با استفاده از روش خشک کردن معمول بوسیله هوای داغ آسیب می بینند، مناسب می باشد. مکانیزم خشک شدن به شیوه الکتروهیدرودینامیک عموما به باد الکتریکی تولید شده توسط میدان الکتریکی به عنوان نیروی محرکه اساسی در انتقال جرم نسبت داده می شود. باد الکتریکی به ماده تر برخورد می کند و سبب جابجایی رطوبت سطحی و افزایش گرادیان انتقال جرم (رطوبت) می شود. در این پژوهش، یک خشک کن الکتروهیدرودینامیکی در ابعاد آزمایشگاهی متشکل از دو صفحه ی فولادی موازی با ابعاد140× 140 میلی متر مربع شامل 25 عدد الکترود نقطه ای به ضخامت 5/2 میلی متر و به فاصله 6/34 میلی متر ساخته شد. به منظور ایجاد میدان الکتریکی بین دو صفحه، از یک منبع تغذیه ولتاژ بالا دارای خروجی ولتاژ قابل تنظیم بین 0 تا 22 کیلو ولت و با حداکثر خروجی جریان مستقیم 1 میلی آمپر استفاده شد. خشککردن ورقه های موز به ضخامت 5/3میلی متر به شیوه الکتروهیدرودینامیک در شدت های میدان الکتریکی 6، 8 و 10 کیلو ولت بر سانتی متر، آون در دماهای 50، 60 و 70 درجه سانتی گراد و جریان همرفت هوای داغ در دماهای 50، 60 و 70 درجه سانتی گراد و سرعت هوای 1 متر بر ثانیه با سه تکرار انجام شد. به منظور ارزیابی سه روشفوق، انرژی مصرفی، مدت زمان خشککردن، ظرفیت باز جذب آب، شاخص های رنگ (L * ،a * ،b * وE?) و چروکیدگی محصول خشک شده مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفت. به منظوربررسی تاثیر تیمارهای مختلف بر صفات اندازه گیری شده از طرح کاملا تصادفی استفاده شد. در صورت معنی دار بودن اثر هر عامل آزمایشی از آزمون حداقلاختلافمعنی دار استفاده گردید. به منظور بررسی سینتیک افت رطوبت طی فرآیند خشکشدن، نمودارهای محتوی رطوبتی بر حسب زمان، آهنگ خشکشدن بر حسب زمان و آهنگ خشکشدن بر حسب محتوی رطوبتی برای هر تیمار رسم شد. در شیوه الکتروهیدرودینامیک، با افزایش شدت میدان الکتریکی و در شیوه آون و جریان همرفت هوای داغ با افزایش دما، آهنگ خشکشدن ورقه های موز افزایش پیدا کرد. با استفاده از حل تحلیلی رابطه قانون دوم فیک به روش حل کرانک برای صفحه نامتناهی، مقدار ضریب انتشار موثر رطوبت برای روش الکتروهیدرودینامیک در محدوده 10- 10×12/3 تا 10- 10×23/4 متر مربع بر ثانیه، در آون در محدوده 10- 10×85/2 تا 10- 10×27/7 متر مربع بر ثانیه و در خشک کن جریان همرفت هوای داغ، در محدوده 10- 10×10/4 تا 9- 10×34/1 متر مربع بر ثانیه بود. به منظور مدلسازی تجربی داده های افت رطوبت ورقه های موز، از 12 مدل تجربی استفاده شد که بر اساس بالاترین ضریب تبیین و کمترین مقدار ریشه میانگین مربعات خطا، مدل دیفیوژن به عنوان مناسب ترین مدل برای توصیف فرآیند خشککردن ورقه های موز به شیوه الکتروهیدرودینامیک و جریان همرفت هوای داغ، و مدل میدیلی به عنوان مناسب ترین مدل برای توصیف فرآیند خشک شدن ورقه های موز به شیوه آون انتخاب شد. مدل سازی بنیادی فرآیند خشکشدن ورقه های موز با استفاده حل عددی (ضمنی) قانون دوم فیک نیز انجام شد. مدل بنیادی برای توجیه روند خشکشدن ورقه های موز به شیوه الکتروهیدرودینامیک مناسب بود، اما برای نمونه های خشک شده در آون و جریان همرفت هوای داغ دقت کافی نداشت. شیوهخشککردن،تاثیرمعنی داریبرمدتزمانخشکشدن،شاخصچروکیدگیوبازجذبآب ورقه های موزداشت؛اماتفاوتمعنیداریدرشاخصرنگنمونه های خشک شده مشاهدهنشد. میانگینانرژیمصرفیخشککردنورقه هایموزبهشیوهالکتروهیدرودینامیک،آونوجریانهمرفتهوایداغبهترتیببرابر34/0، 55/487 و 31/1096 کیلوژولبرگرمبود. میانگین مدت زمان خشکشدن ورقه های موز تا رطوبت 5/17 درصد (بر پایه خشک) نیز به ترتیب برابر8/335،3/321 و 8/199 دقیقه بود. اگر چه مدت زمان خشک شدن ورقه های موز به شیوه الکتروهیدرودینامیک در مقایسه با روش های آون و جریان همرفت هوای داغ بیشتر بود، اما با توجه به انرژی مصرفی بسیار پایین، چروکیدگی کمتر و باز جذب آب بیشتر نمونه های خشک شده، می تواند جایگزین مناسبی باشد. کلمات کل ی د ی : باد الکتریکی، انرژی، چروکیدگی، ظرفیت باز جذب آب، مدلسازی