SUPERVISOR
Nafiseh Soltanizadeh,Nasser Hamdami
نفیسه سلطانی زاده (استاد راهنما) ناصر همدمی (استاد راهنما)
STUDENT
Neda Omidi Arjenaki
ندا امیدی ارجنکی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
The Feasibility of Using Tetradecane as a Phase Change Material to Maintain Meat Temperature During Temperature Fluctuations
High temperature fluctuation during cold traortation of food materials such as meat increases the possibility of spoilage which results in poisoning the consumers. Using phase change materials (PCM) is an interesting method for decreasing the temperature fluctuation throughout the traort chain until consumption. So, in this study tetradecane was used as a PCM to evaluate the tempreture changes as well as feasibility of the PCM for meat temprtature maintainance during temprtature fluctuations (12.5 o C) and enporsure to environment temprtature (30 o C). Firstly, its melting temperature and latent heat of fusion were determined using differential scanning calorimetry (DSC) to find out its heat storage behavior. Aluminum was used as a model system to evaluate the effectiveness of PCM in controlling the temperature variations. Based upon the heat capacity of aluminum and meat, the required weight of aluminum that is equivalent to 100 gram meat was calculated and two pieces of aluminum with dimensions of 13×8×1 cm and 13×8×1.5 cm were cut and placed in polystyrene packages. Appropriate quantity of tetradecane to prevent the temperature fluctuation during two hours was calculated and after packaging in polyethylene film, was put in three positions of over, beneath and over-beneath of the aluminum piece. The polystyrene packages were covered with polyvinylchloride film and were placed in refrigerated incubator until the temperature of aluminum and tetradecane decreased to 0 o C. Two temperature of 12.5 o C (as temperature fluctuation) and 30 o C (as ambient temperature) was selected for evaluation of tetradecane effectiveness. A k-type thermocouple and a data logger (R3100, Supcon, China) was used to record temperature of aluminum at time intervals of half a second and the rate of its change in different aluminum thickness and PCM positions was compared. Also, to investigate the effect of PCM on controlling the temperature fluctuation and its impact on the quality of food materials, meat was used in a similar way. Firmness and drip loss were evaluated as two important qualitative properties of meat. Results showed that the position of tetradecane has a significant effect on the heating rate patterns and the best results were obtained by placing PCM over - beneath the aluminum, followed by PCM placed beneath the aluminum. The minimum and maximum yields of tetradecane at 30 o C were attributed to placing the PCM over the aluminum with 4.3% and placing it over-beneath the aluminum with 62% yields, respectively. Decrease in aluminum thickness results in more rapidly temperature alteration at 12.5 o C but at 30 o C the total time is dramatically increased. So, the thickness is an effective factor in temperature changes. The temperature-time plots showed that the position of tetradecane has a significant effect on the temperature control of meat during incubation at 12.5 o C, but using PCM at the storage temperature of 30 o C hasn’t an effective role in delaying the meat temperature increasing. Generally, the best result was obtained by placing the PCM over-beneath the meat at 12.5 o C. Tetradecane also has a significant effect on quality attributes of meat in terms of firmness and drip loss. It can be concluded that using tetradecane as a phase change material, the thermal variations could be controlled about 5 hours which in turn could delay the quality loss of meat in traortation chain. Keywords : cold chain, meat, phase change materials, tetradecane
با توجه به نوسانات دمایی زیاد طی حمل و نقل مواد غذایی سرد مانند گوشت، احتمال فساد این محصولات که در برخی موارد می تواند منجر به مسمومیت مصرف کنندگان گردد، افزایش می یابد؛ لذا کاهش نوسانات دمایی گوشت در کل زنجیره حمل و نقل تا هنگام مصرف ضروری به نظر می رسد. یکی از راهکارها در این زمینه استفاده از مواد تغییر فازدهنده است. در این پژوهش از تترادکان به عنوان ماده تغییر فاز دهنده استفاده شد تا چگونگی تغییرات دمایی و قابلیت تترادکان در حفظ دمای گوشت طی مواجه با نوسانات دمایی (دمای5/12 درجه سلسیوس) و قرار گیری در دمای محیط (دمای 30 درجه سلسیوس) ارزیابی گردید. ابتدا، نقطه ذوب و گرمای نهان ذوب تترادکان با روش کالریمتر روبشی-افتراقی به دست آمد. برای ارزیابی اولیه قابلیت تترادکان در حفظ زنجیره سرما، ابتدا آلومینیوم به عنوان یک مدل سیستم از گوشت برای ارزیابی تغییرات دما در حضور و عدم حضور مواد تغییر فاز دهنده انتخاب گردید. براساس ظرفیت گرمایی آلومینیوم و گوشت، وزن مورد نیاز از آلومینیوم که معادل 100 گرم گوشت است، محاسبه و یک قطعه آلومینیومی در ابعاد 8*13 سانتی متر و دو ضخامت 1 و 5/1 سانتی متر برش داده شد. پس از محاسبه مقدار تترادکان لازم برای جلوگیری از نوسانات دمایی طی 2 ساعت، این مقدار از ماده تغییر فازدهنده در فیلم پلی اتیلنی بسته بندی شد و در سه موقعیت بالا-پایین، پایین و بالا نسبت به قطعه آلومینیومی قرار گرفت. آلومینیوم و تترادکان در بسته های پلی استایرن قرار گرفته و با فیلم پلی وینیل کلرید پوشش داده شد. تغییرات دمای آلومینیوم در دو دمای 5/12 (نوسان دمایی) و 30 درجه سلسیوس (دمای محیط) با استفاده از ترموکوپل ثبت و در قالب نمودارهای دما- زمان بررسی شد. پس از اطمینان از کارایی تترادکان در حفظ سرما، آزمایش در مرحله دوم با استفاده از گوشت تکرار گردید تا علاوه بر ارزیابی نقش تترادکان در ممانعت از افزایش دما، اثر این روش در حفظ ویژگی های کیفی گوشت نیز بررسی گردد. دو ویژگی بافت (شامل پارامترهای چسبندگی، سفتی، قابلیت ارتجاعی، صمغی بودن و قابلیت جویدن) به روش آنالیز پروفیل بافتی با استفاده از دستگاه سنجش بافت و خروج خونابه مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان داد محل قرار گیری تترادکان اثر معنی داری بر زمان تغییر فاز تترادکان داشته (05/0 p) و استفاده از تترادکان در بالا-پایین آلومینیوم مؤثرتر از قرار دادن آن در پایین آلومینیوم و این موقعیت بهتر از گذاشتن تترادکان در بالای آلومینیوم است. با کاهش ضخامت آلومینیوم در دماهای کمتر (5/12 درجه سلسیوس)، آلومینیوم زودتر به دمای انکوباتور رسیده، اما در دماهای بالاتر (دمای 30 درجه سلسیوس) زمان کل به شدت افزایش می یابد. بنابراین ضخامت یکی دیگر از عوامل تاثیر گذار بر پارامتر های تغییر فاز می باشد. کمترین و بیشترین کارایی تترادکان به ترتیب به هنگام قرار گیری تترادکان در بالای آلومینیوم در دمای 30 درجه سلسیوس با راندمان 3/4 درصد و بالا-پایین آلومینیوم در دمای 5/12 درجه سلسیوس با راندمان 62 درصد به دست آمد. نمودارهای دما-زمان گوشت نشان داد که تنها زمانی که این ماده غذایی در دمای 5/12 درجه سلسیوس قرار گرفت، موقعیت قرارگیری تترادکان می تواند اثر معنی داری بر جلوگیری از افزایش دمای گوشت داشته باشد و دردمای 30 درجه سلسیوس، تترادکان هیچ کارایی در ممانعت از افزایش دمای گوشت ندارد. در کل، بهترین نتایج زمانی حاصل شد که تترادکان در بالا-پایین گوشت و در دمای 5/12 درجه سلسیوس قرار گرفت. در کنار حفظ دما، تترادکان توانست کیفیت گوشت را از لحاظ میزان سفتی و خروج خونابه به طور معنی داری حفظ کرده و اثرات مطلوبی از نظر کیفی و اقتصادی ایجاد نماید. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد استفاده از تترادکان می تواند در شرایط نوسان دمایی تا حدود 5 ساعت از افزایش دمای گوشت جلوگیری نماید که بیانگر راندمان بالای این ترکیب در حفظ دمای گوشت و جلوگیری از افت کیفیت آن می باشد. کلمات کلیدی : تترادکان، زنجیره سرما، گوشت، موادتغییرفازدهنده