عنوان

مدلسازی عددی فرآیند خشک‌کردن پالپ هویج تولید شده به روش فوم‌مت با استفاده از خشک‌کن هیبریدی (هوای داغ-مایکروویو) و ارزیابی ویژگی‌های کیفی و عملکردی محصول

پ۲۶۰۷۸

per

مدلسازی عددی فرآیند خشک‌کردن پالپ هویج تولید شده به روش فوم‌مت با استفاده از خشک‌کن هیبریدی (هوای داغ-مایکروویو) و ارزیابی ویژگی‌های کیفی و عملکردی محصول

مریم آزادی

کشاورزی

۱۳۹۹

۱۳۶ص.

سی دی

کارشناسی ارشد

مهندسی صنایع غذایی-گرایش صنایع غذایی

۱۳۹۹/۱۰/۲۲

خشک‌کردن یکی از روش‌های قدیمی و مرسوم جهت افزایش ماندگاری محصولات غذایی است. به کارگیری تکنولوژی‌های مناسب در فرایند خشک‌کردن محصولات کشاورزی، سبب کاهش زمان فراوری و بهبود کیفیت محصولات (حفظ ویژگی‌های اولیه) می‌شود. در همین راستا هویج با داشتن بتاکاروتن فراوان (پیش‌ساز ویتامین A) و استفاده در تهیه انواع غذاها یکی از محصولات مهم کشاورزی به شمار می‌آید که نیازمند نگهداری هدفمند و مناسب است. هدف از این پژوهش تولید پودر هویج به روش فوم‌مت و بررسی ویژگی‌های کیفی، شبیه‌سازی پدیده‌های انتقال جرم و حرارت در طول خشک‌کردن با استفاده از خشک‌کن ترکیبی هوای داغ – مایکروویو می‌باشد. آزمایشات مربوط به پژوهش با خشک‌کن هوای داغ – مایکروویو با سرعت هوای ثابت 1 متر بر ثانیه، در دمای 40 درجه سانتی‌گراد و توان‌های مایکروویو 90، 360 و 600 وات صورت گرفت. عامل فوم‌ساز در این آزمایش پودر ساپونین با غلظت‌های 5/0، 1 و 5/1 درصد (وزنی/ وزنی) بوده و از متیل سلولز تحت عنوان پایدار‌کننده کف در غلظت 5/0 درصد (وزنی/ وزنی) و همچنین از مالتودکسترین به عنوان حامل (کمک خشک‌کن) برای فوم با ضخامت 5 میلی‌متر استفاده شد. در این پژوهش تأثیر متغیرهای فرایند که شامل توان مایکروویو و غلظت عامل فوم‌ساز و روش‌های مختلف خشک‌کردن بر روی میزان رطوبت، نسبت رطوبت، نرخ خشک‌کردن، ضریب انتشار مؤثر رطوبت، پارامترهای رنگ، حلالیت در آب و جذب آب، قابلیت جریان یافتن، جزء حجمی هوا، تخلخل داخل گرانولی، ریزساختار، ویژگی‌های حرارتی پودر هویج، حجم آب اندازی، پایداری و انبساط و همچنین دانسیته فوم و نیز انرژی مصرفی مورد بررسی قرار گرفت. و در آخر، معتبر‌سازی داده‌های حاصل از شبیه‌سازی با داده‌های آزمایشی انجام گرفت. با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش، با افزایش غلظت ساپونین از 5/0 به 5/1 درصد، مقدار دانسیته فوم کاهش و مقادیر انبساط، میزان تخلخل و پایداری فوم افزایش پیدا کرد. مقدار محتوا و نسبت رطوبت بر مبنای خشک فوم هویج با افزایش غلظت ساپونین کاهش یافت. نرخ خشک‌کردن نیز با افزایش غلظت ساپونین روند کاهشی از خود نشان داد. ضریب انتشار مؤثر رطوبت با افزایش غلظت ساپونین افزایش پیدا کرد و درنتیجه زمان خشک‌کردن کاهش یافت. با افزایش غلظت ساپونین، انرژی مصرفی نیز روند افزایشی نشان داد. همچنین با افزایش غلظت ساپونین، کلیه ترکیبات شیمیایی پودر هویج (پروتئین، کربوهیدرات، چربی، خاکستر و فیبر) نسبت به نمونه بدون ساپونین افزایش یافت. علاوه بر این، با افزایش غلظت ساپونین، دانسیته توده‌ای، دانسیته ضربه‌ای، دانسیته ذره‌ای کاهش و تخلخل داخل گرانولی، شاخص حلالیت در آب، شاخص جذب آب پودر هویج افزایش یافت. در آخر، با افزایش غلظت ساپونین، مقادیر روشنایی (L*)، اختلاف رنگ کلی (E∆) و شاخص کروما در پودر هویج روند کاهشی و زاویه هیو روند افزایشی نشان داد. با بررسی تصاویر ریزساختاری پودر هویج به دست آمده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، مشاهده شد که با افزایش غلظت ساپونین، چسبندگی ذرات افزایش یافته و در نتیجه دانسیته توده‌ای کاهش یافته است. در بررسی تأثیر توان‌های مختلف مایکروویو در خشک‌کردن فوم هویج، مشاهده شد که با افزایش توان مایکروویو از 90 به 600 وات، مقدار محتوا و نسبت رطوبت بر مبنای خشک فوم هویج کاهش یافت. نرخ خشک‌کردن افزایش و در نتیجه زمان فرایند کاهش پیدا کرد. همچنین با افزایش توان مایکروویو، انرژی مصرفی روند افزایشی نشان داد. ضریب انتشار موثر رطوبت نیز با افزایش توان، افزایش پیدا کرد. همچنین با افزایش توان مایکروویو، دانسیته توده‌ای، دانسیته ضربه‌ای، دانسیته ذره‌ای افزایش و تخلخل گرانولی، شاخص حلالیت در آب، شاخص جذب آب کاهش یافت. همچنین با افزایش توان، مقادیر روشنایی (L*)، اختلاف رنگ کلی (E∆) و شاخص کروما کاهش و زاویه هیو پورد هویج افزایش یافت. در آخر با بررسی تصاویر به دست آمده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، مشاهده شد که افزایش توان مایکروویو، موجب افزایش تخلخل و در نتیجه افزایش حلالیت پودر در آب می‌شود. در بررسی روش‌های مختلف خشک‌کردن، مشاهده شد که ضریب انتشار مؤثر رطوبت در روش ترکیبی هوای داغ - مایکروویو بیشترین مقدار و در روش هوای داغ کمترین مقدار را دارا می‌باشد. کمترین نرخ خشک‌کردن در روش هوای داغ و بیشترین آن در روش مایکروویو مشاهده شد. همچنین زمان فرایند و انرژی مصرفی در روش ترکیبی هوای داغ – مایکروویو در مقایسه با روش ترکیبی مایکروویو – هوای داغ کمتر شد. در بررسی مقادیر روشنایی (L*) کمترین مقدار در روش مایکروویو و بیشترین مقدار در روش هوای داغ مشاهده شد. همچنین در بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، مشاهده شد که نمونه‌های به دست آمده از روش مایکروویو، کاملاً چروکیده می‌باشند در حالی‌که، نمونه‌های حاصل از روش هوای داغ، فشرده و بدون منفذ هستند و نیز در نمونه‌های خشک شده به روش ترکیبی هوای داغ – مایکروویو، سطح ذرات دارای چروکیدگی هستند که در مقایسه با روش مایکروویو متفاوت می‌باشد، به این معنی که در روش ترکیبی هوای داغ – مایکروویو حالتی خشن دارند. در نهایت نتایج حاصل از بهینه‌سازی با استفاده از نرم‌افزار دیزاین اکسپرت بهترین روش خشک‌کردن را مایکروویو 600 وات-هوای داغ 40 درجه سانتی‌گراد و بهترین غلظت ساپونین را 5/1 درصد انتخاب کرد. نتایج حاصل از مدلسازی انتقال جرم و حرارت طی خشک‌کردن فوم هویج توسط هوای داغ و مایکرویو جهت بررسی نحوه پخش رطوبت و حرارت در غلظت‌های مختلف ساپونین، نشان داد که بین داده‌های آزمایشی و داده‌های حاصل از مدل ضریب همبستگی بالایی به ترتیب (R2=0.975) و (R2=0.952) برای روش هوای داغ و مایکروویو وجود دارد.

Abstract: Drying is one of the old and common methods to increase the shelf life of food products. Applying appropriate technologies in the drying process of agricultural products reduces processing time and improves product quality. In this regard, Carrots with abundant beta-carotene (precursor of vitamin A) and used in the preparation of various foods is one of the important agricultural products. The purpose of this study, is to produce carrot powder by foam mat method and investigation the quality characteristics, simulation of heat and mass transfer during drying using a combined hot air – microwave dryer. The experiments were performed with a hot air - microwave dryer at a constant air velocity of 1 m/s at a temperature of 40°C and microwave powers of 90, 360 and 600 Watts. The foaming agent in this experiment was saponin powder with concentrations of 0.5, 1 and 1.5% (w/w) and from methyl cellulose as foam stabilizer at a concentration of 0.5% (w/w) and from maltodextrin to The title carrier (dryer aid) was used for 5 mm thick foam. In this study, the effect of process variables including microwave power and concentration of foaming agent and different drying methods on moisture content, moisture ratio, drying rate, effective moisture diffusion coefficient, color parameters, beta-carotene content, water solubility and water absorption, Flowability, air volume component, intra-granular porosity, microstructure, thermal properties of carrot powder, dewatering volume, stability and expansion, as well as foam density and energy consumption were investigated. Finally, the simulation data were validated with experimental data.According to the results of this study, with increasing the concentration of saponin, the amount of foam density decreased and the values of expansion, the amount of porosity and stability of the foam increased. The amount of drying rate also decreased with increasing concentration. The effective diffusion coefficient of moisture increased with increasing concentration. Also, with increasing the concentration of saponin, the chemical composition of carrot powder increased. In addition, with increasing saponin concentration, bulk density, impact density, particle density decreased and intragranular porosity, water solubility index, water uptake index increased. Finally, with increasing saponin concentration, brightness (L*) and total color difference (∆E) and chroma index showed a decreasing trend and Hugh angle increased. Examination of microstructural images of carrot powder obtained from field emission scanning electron microscope showed that with increasing saponin concentration, particle adhesion increased and as a result the bulk density decreased. In examining the effect of different microwave powers, it was observed that with increasing microwave power, the drying rate increased and as a result, the processing time decreased. Also, with the increase in microwave power, energy consumption showed an increasing trend. The effective moisture diffusion coefficient also increased with increasing power. Also, with increasing microwave power, bulk density, impact density, particle density increased and granular porosity, water solubility index, water absorption index decreased. Also, with increasing power, the values of brightness (L*), the overall color difference (∆E) and the chroma index decrease and the Hugh angle increases. Finally, by examining the images obtained from the scanning electron microscope, the field emission is increased by increasing the microwave power, porosity and consequently increasing the solubility in water.In the study of different drying methods, it was observed that the effective moisture diffusion coefficient showed the highest value in the combined hot-microwave method and the lowest value in the hot air method. The drying rate was the lowest in the hot air method and the highest in the microwave method. Also, the process time and energy consumption in the combined hot-microwave method was shorter compared to the combined microwave-hot air method. In the study of brightness (L*) values, the lowest value was observed in the microwave method and the highest value was observed in the hot air method. Also, in the field scanning electron microscopy images, it was observed that the samples obtained by the microwave method are completely wrinkled, while the samples obtained by the hot air method are compact and without pores, and also the samples dried by the method. Hot-microwave combination, the surface of the particles has shrinkage, which is different compared to the microwave method, which means that in the hot-microwave combination method, they are rough. Also, mass and heat transfer modeling during drying was used to investigate the distribution of moisture and heat at different concentrations of saponin. Validation of the model showed a high correlation coefficient (R2 = 0.975) between the experimental data and the model data

Experimental and Numerical Study of Carrot Pulp Produced by Foam Mat Drying Using Hybrid Dryer (Convective Hot Air – Microwave) and Investigation of the Product Qualitative and Functional Characteristics

‏آزادی،

‏مریم

تهيه کننده

‏خاکباز حشمتی ،

دهقان‌نیا،

داداشی،

‏مریم

‏جلال

‏ سعید

استاد راهنما

استاد راهنما

استاد مشاور

تبریز