SUPERVISOR
Javad Keramat,Nasser Hamdami,Mohammad Shahedi bagh khandan
جواد کرامت (استاد مشاور) ناصر همدمی (استاد راهنما) محمد شاهدی باغ خندان (استاد راهنما)
STUDENT
Behzad Abbasnezhad
بهزاد عباس نژاد
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Study of Heat Transfer during Thermal Pasteurization of Egg
Eggs are consumed all over the world and they have been recognized as a highly nutritive food. Intact, fresh, clean shell eggs and derived egg products (health food using raw eggs, salads, sauces, ice-cream and mayonnaise) can get spoiled easily and may also contain Salmonella enteritidis bacteria, which can be a major cause of food-borne illnesses. Pasteurization of eggs has been proposed as a possible way to eliminate foodborne illness related salmonellae from raw eggs. In this study, chemical composition of egg white and yolk were determined then thermophysical properties of egg white and yolk were studied at range of temperatures from 5°C to 60°C. Three predictive models of the effective thermal conductivity during thermal process were developed (Krischer, parallel and series models). The effective thermal conductivity of egg white predicted by Krischer model (f ? = 0.20) and for egg yolk parallel model were in good agreement with the experimental data. Data from differential scanning calorimeter (DSC) showed that denaturation of white protein start at 60 ?C. Surface heat transfer coffecient measured by transient temperature method in a three pasteurization temperature (50,55 and 60 ?C) Surface heat transfer coffecient increased with increasing of temperature. Density decreased during thermal process and was correlated by polynomial model. A knowledge of rheological properties is important in processing, handling, process design, product development and quality control. The flow curves and time-dependent flow properties of the liquid egg yolk and white were assessed at different temperatures of pasteurization (50, 55 and 60°C) and ambient temperature (25°C) by using concentric cylinder viscometer. The shear rate range was 7.92 to 54.12s -1 for liquid egg white and 1.02 to 33.6 s -1 for liquid egg yolk. Rheological behavior was pseudoplastic and showed thixotropic behavior. Forward and backward measurements of the flow curves were modeled and yolk fitted by the power law model and Herschel-Bulkley model well described egg white experimental data. The consistency, behavior indexes, apparent viscosity and yield stress, dependent on temperature, were expressed by an Arrhenius-type equation. The value obtained from C value of the three-point system and area of the hysteresis loop showed the thixotropy and confirm that time-dependency behavior decreased with increasing temperature. To develop three-dimensional numerical model, governing partial differential equations of heat transfer equations using heat conduction mechanisms in the intact egg based on finite element method was solved by COMSOL multiphysics 3.5, The model confirmed by comparing results predicted by the model with the measured data during thermal pasteurization of egg. The developed model was able to predict temperature profiles, the cold spot and intensity of heat treatment in egg at different pasteurization temperatures. The air cell acted as insulation and when air cell increased, heat transfer rate decreased and cold spot location changed. Keyword: DSC, egg, heat transfer, numerical modeling, pasteurization, Salmonella enteritidis, thermophysical peoperties
تخم مرغ به عنوان یک منبع غنی و متعادل از مواد مغذی مورد نیاز انسان در همه کشورهای جهان مصرف می شود. تخم مرغ کامل و فراورده های مشتق شده از آن می توانند دچار آلودگی میکروبی با سالمونلا اینتریدیس شوند. پاستوریزه کردن به عنوان راهی برای حذف بیماری های ناشی از سالمونلا در فراورده های خام تخم مرغ، پیشنهاد می شود. بررسی منابع نشان می دهد که تاکنون مدل جامعی برای توصیف پدیده های انتقال درگیر در فرایند حرارتی تخم مرغ در پوسته با هدف بهینه سازی شرابط پاستوریزاسیون آن ارائه نشده است. لذا در این تحقیق سعی گردید تا مدلی عددی برای توصیف انتقال حرارت و سایر پدیده های درگیر در فرایند حرارتی تخم مرغ توسعه داده شده و خواص ترموفیزیکی مورد نیاز تعیین گردد. برای نیل به اهداف مذکور، ابتدا اجزا شیمیایی زرده و سفیده تعیین شده، سپس خصوصیات ترموفیزیکی تخم مرغ در دامنه دمایی 5 تا60 درجه سانتیگراد مطالعه شد. سه مدل برای توصیف هدایت حرارتی موثر طی فرایند حرارتی توسعه داده شد (کریشر، موازی و سری). مدل کریشر با فاکتور توزیع وزنی (2/0) هدایت حرارتی موثر سفیده را پیش بینی می کند در حالی که مدل موازی برای زرده دارای انطباق خوبی با داده های آزمایشگاهی است. داده های بدست آمده از کالریمتری اسکنی تفرقی (DSC) نشان دهنده شروع دناتوراسیون پروتیین ها در دمای 60 درجه سانتیگراد است. ضریب انتقال حرارت در سطح توسط روش گرما در حالت گذرا در سه دمای پاستوریزه کردن (50، 55 و 60) اندازه گیری شد. ضریب انتقال حرارت در سطح با افزایش دما، افزایش می یابد. دانسیته در طول فرایند حرارتی کاهش پیدا کرد و این رفتار با مدل پلی نومیال در توافق است. خصوصیات رئولوژیکی در فراوری، حمل و نقل، طراحی، توسعه محصول و کنترل کیفیت اهمیت زیادی دارد. منحنی های جریان و خصوصیات وابسته به زمان در سه دمای پاستوریزه کردن (50، 55 و 60 درجه سانتیگراد) و دمای محیط، توسط ویسکومتر سیلندری چرخان مورد ارزیابی قرار گرفت. از سرعت برشی در دامنه 92/7 به 12/54 (s -1 ) برای سفیده و 02/1 به 6/33 (s -1 ) برای زرده استفاده شد. رفتار رئولوژیکی سودوپلاستیک و نشان دهنده تیکسوتروپی است. اندازه گیری های رفت و برگشت منحنی های جریان مدل شد و رفتار زرده با قانون توان تطابق داشت درحالیکه مدل هرشل-بالکلی داده های آزمایشگاهی سفیده را بخوبی توصیف می کند. ضریب قوام، اندیس جریان، گرانروی ظاهری و تنش تسلیم وابسته به دما هستند و از معادله آرنیوس برای بیان آن ها استفاده شد. داده های بدست آمده از مقدار اندیس از روش سیستم سه نقطه ای و ناحیه هیسترسیس نشان دهنده رفتار تیکسوتروپی است و همچنین کاهش رفتار وابسته با زمان با افزایش دما را تایید می کند. برای توسعه مدل عددی سه بعدی، معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم بر انتقال حرارت با استفاده از مکانیسم هدایت در تخم مرغ کامل بر پایه گسسته سازی معادلات انتقال حرارت بر پایه روش المان محدود بر روی نرم افزار COMSOL multiphysics 3.5 حل شد، تایید مدل بوسیله مقایسه نتایج پیش بینی شده توسط مدل با داده های نفوذ حرارتی اندازه گیری شده طی پاستوریزه کردن تخم مرغ انجام شد. مدل توسعه داده شده قادر به پیش بینی پروفیل های دمایی، نقطه سرد و شدت فرآیند حرارتی در داخل تخم مرغ در دماهای مختلف پاستوریزه کردن می باشد. کیسه هوایی به صورت عایق عمل کرده و هرچه میزان کیسه هوایی بیشتر باشد انتقال حرارت کندتر شده و محل نقطه سرد تغییر می کند. کلمات کلیدی: انتقال حرارت، پاستوریزاسیون، تخم مرغ، خصوصیات ترموفیزیکی، سالمونلا اینتریدیس ، کالریمتری اسکنی تفرقی، مدل سازی عددی