مطالعه کاهش رطوبت ورقه های سیر به شیوه الکتروهیدرودینامیک و جریان هوای داغ

STUDENT

DEGREE

YEAR

Drying is the most common method of food preservation which extends the food self-life and minimizies packaging, storage, and traort costs. Using high-voltage electric field for drying be named electrohydrodynamic (EHD). This method is used for fruits and vegetables drying. The principle mechanism of electrohydrodynamic drying is convective without involving heat, so is useful in drying heat sensitive materials. The high electric field generates electric wind that is the main driving force for speeded up drying of the agricultural products. In the present study, a multiple point to plate high-voltage electric field was made to conduct the 15% dehydration of garlic slices. It mainly consisted of 30 needle-point electrodes with 0.15 mm in diameters, a copper and aluminum square plates (150×150 mm). The distance between needle-point electrodes was 32.16 mm. To produce the electric field, a high voltage power supply was used with a maximum output voltage of 22 kV at 1 mA. The slices with 2 mm in thickness were investigated using electrohydrodynamic field at 4, 5, and 6 kV cm -1 and Hot-air drying at 30, 40, and 50 ? C with the constant air velocity of 0.5 and 1 m s - 1 . Consumed energy, drying time, water absorpation, color parameters (L * , a * , b * , and , shrinkage, and biot number of dehydrated samples were investigated. A completely randomized arrangement in factorial experimentation was used. Moisture reduction kinetics was investigated through moisture content versus time and drying rate versus time. The results showed with increasing the electric field, temperature, and air flow rate, dehydration rate increased. Empirical modeling of dehydration data was done by fitting to 6 commonly used for thin layer drying models. To performe these models was assesed 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 Midilli and Logaritm models for electrohydrodynamic and Hot-air drying method showed the best prediction to the observed data. The analytical modeling of dehydration data was done using Crank equation considering biot number. The electric field had a significant effect on the drying time, water absorpation, consumed energy, and color parameters. Meanwhile, the hot-air had a significant effect on biot number and the flow rate had a significant effect on shrinkage. Consumed energy of dehydration of garlic slices with 0.5 m s -1 air flow rate at 30 ? C was 1811 kJ g -1 and for 6 kV cm -1 electric field, 1 m s -1 air flow rate at 50 ? C was 845 kJ g -1 . The mean value of drying time of garlic slices decreased with increasing the electric field, air temperature, and its flow rate. Considering low consumed energy and drying time, 6 kV cm -1 electric field with 1 m s -1 air flow rate at 50 ? C was economic treatment.

در کشورهای توسعه‌یافته، بخش قابل توجهی از محصولات کشاورزی به منظور افزایش عمر ماندگاری،کاهش هزینه های بسته بندی،کاهش هزینه های حمل‌ونقل، حفظ شکل ظاهری، عطر و طعم اولیه و تولید فرآورده های آماده، خشک می شوند. به‌کارگیری میدان الکتریکی با ولتاژ بالا برای خشک کردن، الکتروهیدرودینامیک اطلاق می شود. این شیوه برای مواد حساس به حرارت‌های بالا مانند فرآورده‌های کشاورزی که با استفاده از روش خشک کردن معمول به وسیله هوای داغ آسیب می‌بینند، مناسب می باشد. مکانیزم خشک شدن به شیوه الکتروهیدرودینامیک عموماً به باد الکتریکی تولیدشده 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 رطوبت (انتقال جرم) می شود. در این پژوهش، سامانه خشک کن الکتروهیدرودینامیکی در ابعاد آزمایشگاهی، متشکل از دو صفحه مربعی موازی مسی (صفحه بالا) و آلومینیومی (صفحه پایین) با ابعاد150× 150 میلی مترمربع شامل 30 عدد الکترود نقطه ای قطر 15/0 میلی متر با فواصل برابر 16/32 میلی متر بود. به منظور ایجاد میدان الکتریکی بین دو صفحه الکترودی، از یک منبع تغذیه ولتاژ بالا دارای خروجی ولتاژ قابل تنظیم بین 0 تا 22 کیلو ولت و با حداکثر خروجی جریان مستقیم 1 میلی‌آمپر استفاده شد. کاهش رطوبت 15 درصدی ورقه های سیر به ضخامت 2 میلی متر به شیوه الکتروهیدرودینامیک در شدت میدان الکتریکی 4، 5 و 6 کیلوولت بر سانتی متر، جریان هوای داغ با دماهای 30، 40 و 50 درجه سانتی گراد و سرعت 5/0 و 1 متر بر ثانیه با سه تکرار انجام شد. انرژی مصرفی، زمان خشک کردن، ظرفیت جذب آب، شاخص های رنگ (L * ، a * ،b * و E?)، چروکیدگی و عدد بایوت نمونه ها مورد مقایسه قرار گرفت. به منظور بررسی تأثیر تیمارهای مختلف بر صفات اندازه‌گیری شده از آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی استفاده شد. به منظور بررسی سینتیک افت رطوبت طی فرآیند کاهش رطوبت، نمودارهای محتوی رطوبتی بر حسب زمان و آهنگ خشک شدن بر حسب زمان برای هر تیمار رسم شد. نتایج نشان داد که با افزایش شدت میدان الکتریکی، افزایش دما و سرعت جریان هوا، آهنگ خشک شدن ورقه‌های سیر افزایش پیدا کرد. به منظور مدل‌سازی تجربی داده های افت رطوبت ورقه‌های سیر، از 6 مدل تجربی استفاده شد که بر اساس بالاترین ضریب تبیین و کمترین مقدار ریشه میانگین مربعات خطا، مدل میدیلی و همکاران و مدل لگاریتمی به عنوان مناسب ترین مدل برای توصیف فرآیند خشک کردن ورقه های سیر به ترتیب به شیوه الکتروهیدرودینامیک و جریان همرفت هوای داغ انتخاب شد. مدل‌سازی بنیادی با حل تحلیلی معادله کرانک و محاسبه عدد بایوت، قادر به توجیه روند کاهش رطوبت ورقه های سیر به شیوه الکتروهیدرودینامیک و جریان هوای داغ بود. میدان الکتریکی بر مدت زمان کاهش رطوبت، ظرفیت جذب آب، انرژی مصرفی و شاخص های رنگ تأثیر معنی دار داشت. این در حالی است که جریان هوای داغ علاوه بر موارد فوق بر عدد بایوت و سرعت جریان هوا بر میزان چروکیدگی نیز تأثیر معنی دار داشت. بیشترین انرژی مصرفی ویژه کاهش رطوبت ورقه های سیر، در سرعت هوای 5/0 متر بر ثانیه و دمای هوای 30 درجه سانتی گراد و کمترین انرژی مصرفی ویژه در شدت میدان الکتریکی 6 کیلوولت بر سانتی متر ، سرعت هوای 1 متر بر ثانیه و دمای هوای 50 درجه سانتی گراد، به ترتیب برابر 1811 و 845 کیلوژول بر گرم بود. میانگین زمان کاهش رطوبت ورقه های سیر با افزایش شدت میدان الکتریکی، دمای هوا و سرعت جریان هوا کاهش یافت. با توجه به اهمیت بعد اقتصادی، شدت میدان الکتریکی 6 کیلوولت بر سانتی متر، سرعت جریان هوای 1 متر بر ثانیه و دمای هوای 50 درجه سانتی گراد، به عنوان بهترین تیمار از لحاظ کمترین زمان کاهش رطوبت و کمترین انرژی مصرفی ویژه بود.