عنوان

مطالعه ی عددی-تجربی و مدل سازی فرآیند پیش سرمایش قارچ در بسته بندی های مرسوم

پ۲۵۷۹۲

per

مطالعه ی عددی-تجربی و مدل سازی فرآیند پیش سرمایش قارچ در بسته بندی های مرسوم

راضیه سلامت

کشاورزی

۱۴۰۰

۱۳۲ص.

سی دی

دکتری

مکانیزاسیون کشاورزی گرایش مهندسی پس از برداشت

۱۴۰۰/۴/۲۲

پیش¬سرمایش¬ به¬طور گسترده در مدیریت پس از برداشت محصولات کشاورزی با هدف کاهش تلفات کمی و کیفی محصولات مورداستفاده قرار می¬گیرد. از میان روش¬های پیش¬سرمایش، سرمایش به روش هوادهی اجباری بسیار مورد توجه است؛ زیرا سرعت سرمایش در آن به¬طور قابل¬توجهی نسبت به اتاق سرمایش افزایش یافته و ظرفیت خنک¬کنندگی واحد سرمایش را افزایش می¬دهد. به علاوه، برای شمار زیادی از محصولات نیز می¬تواند به¬کار رود. پیش¬سرمایش قارچ به علت سرعت تنفس بالای قارچ و عمر قفسه-ای بسیار کوتاهی که دارد، ضروری است. این تحقیق با هدف بررسی عددی و تجربی روش پیش¬سرمایش قارچ دکمه¬ای به روش هوادهی اجباری انجام گرفت. به این منظور، هندسه¬ی مدل که شامل یک جعبه حاوی قارچ بود با استفاده از ماژول دیزاین مدلر در نرم افزار انسیس طراحی و در انسیس مشینگ مش¬بندی شد. سپس معادلات ناویر استوکس برای جریان هوا در داخل جعبه به شکل پایا حل شد و داده¬های حل به¬عنوان داده¬های اولیه برای حل معادله¬ی انرژی به شکل ناپایا مورداستفاده قرار گرفت. معادله¬ی انرژی هم برای جریان هوا و هم قارچ¬ها حل شد. به منظور اعتبارسنجی مدل، آزمایش تجربی با طرح مشابه انجام گرفت. بر اساس آزمایشات انجام شده قارچ¬ها پس از گذشت یک ساعت و نیم از شروع سرمایش به دمای دو درجه سانتی¬گراد رسیدند. با توجه به افت جرم قابل¬توجه قارچ در طول فرایند سرمایش به علت خواص مرفولوژیکی آن، مقدار آن در حین آزمایش به طور مداوم اندازه-گیری شد. گرمای نهان موردنیاز جهت تبخیر این رطوبت با استفاده از داده¬های افت جرم، به شکل متغیر در بازه¬های زمانی مختلف تخمین زده شد و به¬صورت مقدار ثابت در هر بازه¬ی زمانی در معادله¬ی انرژی قارچ وارد شد. توافق بسیار خوبی میان نتایج حاصل از حل عددی و آزمایشات دیده شد (خطای جذر میانگین مربعات دمای قارچ¬ها 8/3%). مقدار افت رطوبت اندازه¬گیری شده در کل زمان سرمایش برابر با 29/1% وزن اولیه¬ محصول بود که بر اساس نتایج مشخص شد اثر قابل¬توجهی را بر کاهش دمای قارچ در طول فرایند داشت. مدل پس از اعتبارسنجی، جهت ارزیابی عملکرد جعبه¬های تجاری موجود و نیز جعبه¬های پیشنهادی به¬کار گرفته شد. هم¬چنین کاربرد مواد تغییرفازدهنده برای یکنواختی فرایند بررسی شد. کم¬ترین شاخص غیریکنواختی (12.98%) برای جعبه¬ی PSD1 به¬دست آمد. هم¬چنین حداکثر اختلاف دما پس از گذشت 80 دقیقه از زمان سرمایش برای این طرح، 0.62 درجه بود که در مقایسه با سایر طرح¬ها به¬طور قابل¬توجهی پایین بود. طرح PTD2 با شاخص غیریکنواختی 4/13% در رتبه¬ی بعدی قرار داشت. از بین طرح¬های پیشنهادی، طرح¬هایی که از نظر یکنواختی و زمان سرمایش بهتر از بقیه عمل می¬کردند، از نظر عملکرد سرمایشی با مفهوم نسبت انتقال حرارت انجام گرفته در طول سرمایش به ازاء افت فشار ایجاد شده در سامانه بررسی شدند. نتایج نشان داد که به¬کارگیری مواد تغییرفازدهنده عملکرد سرمایشی سامانه سرمایشی را به¬طور قابل¬توجهی افزایش می¬دهد (عملکرد سرمایشی جعبه¬ی PSD1 حدود 199 به¬دست امد و پس از آن جعبه¬ی PTD2 با ضریب عملکرد سرمایشی 107 قرار داشت)؛ علی¬رغم عملکرد سرمایشی بالای جعبه¬های حاوی مواد تغییرفازدهنده ، به¬علت نیاز به بررسی¬های بیشتر در کاربرد این مواد، طرح جعبه¬ی¬ PTD2 با سامانه هوادهی موازی به¬عنوان طرح موردنظر جهت به¬کارگیری در آزمایش¬های بعدی به¬منظور بررسی اثر سرمایش بر خواص کیفی قارچ انتخاب شد. در مرحله¬ی بعد، قارچ¬ها با استفاده از سامانه هوادهی منتخب در مقیاس آزمایشگاهی خنک شدند و نحوه¬ی تغییرات کیفی قارچ¬ها در طول دوران ذخیره¬سازی بررسی شد. هم¬چنین اثر به¬کارگیری هم¬زمان سرمایش قارچ به روش هوادهی اجباری و اتمسفر اصلاح شده بر روی خواص کیفی قارچ و افت وزن آن محاسبه شد. نتایج نشان داد پیش-سرمایش قارچ با هوا در دمای دو درجه سانتی¬گراد و ذخیره¬سازی آن تحت اتمسفر اصلاح شده در دمای دو درجه سانتی¬گراد به-طورقابل¬توجهی خواص کیفی قارچ را حفظ می¬کند. مقدار سفتی قارچ¬های خنک¬شده با جریان هوای اجباری در دمای دو درجه بعد از گذشت ده روز هم¬چنان بالای 10 نیوتن بود و تغییر چندانی نسبت به روز اول نداشت. هم¬چنین مقدار شاخص قهوه¬ای شدن برای نمونه¬های خنک شده با جریان هوای اجباری و جریان هوای طبیعی زمانی که تحت شرایط اتمسفر اصلاح شده ذخیره¬سازی شدند به ترتیب 19 و 26 به¬دست آمد. بنابراین، سرمایش قارچ به روش هوادهی اجباری مشروط بر اینکه قارچ¬ها تحت اتمسفر اصلاح شده ذخیره¬سازی شوند، به¬عنوان یک روش موثر جهت افزایش عمر پس از برداشت قارچ توصیه می¬شود.

Abstract: Precooling is extensively used in order to reduce the qualitative and quantitative of agricultural products. Among precooling methods, Forced-air cooling is especially of interest because not only provides a fast cooling process, but also it is adapted for a variety of products. Mushroom has a very high respiration rate and short shelf life. Therefore, mushroom precooling seems to be necessary. This research aimed at numerical and experimental investigation of forced-air precooling of mushroom in order to investigate different package systems in terms of cooling performance. To this, desired geometry, including a small package filled with mushrooms, was designed and meshed using commercial package Ansys 17.2. The simulation then was performed in CFD commercial code Fluent 17.2, which is based on finite volume method, in two separate steps: In first step, the flow-field equations (continuity and standard Navier-Stokes equations) were solved using a steady solver, and in the next step, the energy transport was simulated in both solid phase and gas phase as a time dependent process. The obtained data from the first step were used as initial values for the latter and the flow field equations were switched off in transient mode. The model was validated then against experimental results. To avoid the complexity of the simulation, the mass transfer equations were not taken into account. However, amount of mass loss as measured during the experimets was high enough to affect the cooling process. Hence, the latent heat of the mass loss was estimated as a function of cooling time based on mass loss and added to the energy equation of mushroom. The results implied that both convective mode and water avaporation plays a key role in precooling of mushroom. The validated model then was used to investigate how efficient is the commercial cooling system when it is used for mushroom precooling. Then new package designs, either in-series or parallel, were proposed and compared with respect to cooling uniformity and cooling time. In addition, the application of phase change materials was investigated to see how it affects the cooling uniformity. The packages were also compared regarding cooling performance which is defined as the heat exchanged during the process per unit of drop pressure in the cooling system. It was concluded that phase change materials (PCM) considerably improves the efficiency of cooling system. Nevertheless, further investigations should be done to the applicability when it comes into practice. Therefore, the package design PTD2 was introduced to be used in cooling process of mushroom. In next phase, the mushrooms were cooled using the forced-air cooling system to track the qualitative changes of mushroom dusing storage. The simultaneous effect of cooling and performing modified atmosphere packaging (MAP) on qualitative parameters of mushroom (namely, color change, whiteness, browning index as well as firmness) was studied. According to the results, forced-air cooling process of mushrooms at 2 ℃ followed by modified atmosphere storage is recommended as an integrated technology to effectively increase the shelf life of mushroom because it results in a significant decrease in color change and browning index. In addition, the firmness was also preserved effectively.

Studying and modelling of mushroom precooling in conventional package procedures in order to optimize the process

‏ سلامت،

‏راضیه

تهيه کننده

‏‏قاسم زاده،

رنجبر،

‏بهفر،

ملمان،

‏حمیدرضا

‏فرامرز

‏حسین

‏ یوخن

استاد راهنما

استاد راهنما

استاد مشاور

استاد مشاور

‏ تبریز