عنوان

شبیه‌سازی کامپیوتری و بررسی تجربی فرآیند خشک‌کردن پالپ کلم بروکلی به روش فوم‌مت در خشک‌کن هیبریدی هوای داغ مایکروویو

Number

پ۲۵۴۹۲

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

شبیه‌سازی کامپیوتری و بررسی تجربی فرآیند خشک‌کردن پالپ کلم بروکلی به روش فوم‌مت در خشک‌کن هیبریدی هوای داغ مایکروویو

First Statement of Responsibility

مریم عطائی

Name of Publisher, Distributor, etc.

کشاورزی

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۰

Specific Material Designation and Extent of Item

۱۳۵ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

علوم و مهندسی صنایع غذایی گرایش صنایع غذایی

Date of degree

۱۴۰۰/۰۵/۰۳

Text of Note

چکیده: خشک‌کردن گسترده‌ترین روش برای نگهداری مواد غذایی است، سطح محتوای رطوبتی محصول را کاهش داده و واکنش‌های شیمیایی، بیوشیمیایی و میکروبیولوژکی که موجب تخریب مواد غذایی می‌شود را کاهش می‌دهد. در خشک‌کردن به روش فوم‌مت، ماده غذایی مایع یا نیمه مایع از طریق افزودن گاز و عوامل فوم‌ساز و پایدارکننده فوم، تشکیل فومی پایدار داده و در نهایت با استفاده از روش‌های مختلف خشک‌کردن، به پودر تبدیل می‌شود. هدف از این پژوهش، شبیه‌سازی انتقال جرم و حرارت طی خشک‌کردن فوم پالپ کلم بروکلی توسط هوای گرم و انرژی مایکروویو است. با استفاده از شبیه‌سازی می‌توان به یکنواخت بودن پخش حرارت و رطوبت حین خشک‌کردن ماده غذایی پی برده و محصولی با بیش‌ترین کیفیت تولید کرد. در این پژوهش، تأثیر غلظت سفیده تخم‌مرغ به عنوان عامل ایجاد‌کننده کف (1، 2 و 3 درصد وزنی/حجمی) روی خشک‌کردن فوم‌مت کلم بروکلی مورد بررسی قرار گرفت. افزایش غلظت سفیده تخم‌مرغ سبب کاهش دانسیته فوم و افزایش میزان انبساط، تخلخل و پایداری فوم گردید. نتایج آنالیز پودر نشان داد، افزایش غلظت سفیده تخم‌مرغ باعث کاهش دانسیته ضربه‌ای و افزایش دانسیته توده‌ای شده است. تغییرات دانسیته ضربه‌ای و توده‌ای به ترتیب در بازه 519/0 تا 5153/0 و 4827/0 تا 4858/0 گرم بر مترمکعب بود. همچنین افزایش غلظت عامل فوم‌ساز، سبب 189/15 درصد افزایش در شاخص حلالیت پودر شد. تغییرات پارامتر رنگی زاویه هیو بین هر 3 درصد سفیده تخم‌مرغ معنی‌دار بود. ویتامین "ث" پودر با افزایش غلظت سفیده تخم‌مرغ، 994/27 درصد کاهش نشان داد. علاوه بر این، تأثیر توان مایکروویو (90، 360 و 600 وات) نیز روی ویژگی‌های کمی و کیفی محصول بررسی شد. افزایش توان مایکروویو روی دانسیته توده‌ای و ضربه‌ای پودر و همچنین قابلیت جریان‌یافتن پودر غیر معنی‌دار بود. شاخص حلالیت در آب پودر با افزایش توان مایکروویو، 289/5 درصد کاهش یافت. با افزایش توان مایکروویو، ضریب انتشار مؤثر رطوبت افزایش نشان داد که آن نیز سبب افزایش نرخ خشک‌کردن به میزان 9042/402 درصد شد. در اثر افزایش توان مایکروویو، میزان اختلاف رنگ کلی و میزان قهوه‌ای شدن به ترتیب 799/49 و 336/221 درصد افزایش یافتند و محتوای ویتامین "ث" نیز 2/9 درصد افزایش یافت. همچنین تأثیر ترکیب هوای گرم (دمای هوای 40 درجه سانتی‌گراد) و مایکروویو (توان 90 وات) بررسی گردید. خشک‌کردن ترکیبی مایکروویو و هوای گرم در هر دو صورت (مایکروویو-هوای گرم و هوای گرم-مایکروویو) باعث افزایش دانسیته توده‌ای و ضربه‌ای پودر در مقایسه با روش هوای گرم تنها و مایکروویو تنها شد. بیش‌ترین شاخص حلالیت در آب، در روش خشک‌کردن هوای گرم- مایکروویو به میزان 3647/0 مشاهده شد و با دیگر روش‌های خشک‌کردن تفاوت معنی‌دار داشت. بیش‌ترین انرژی مصرفی خشک‌کردن در روش هوای گرم به میزان 295/2241 مگاژول بر کیلوگرم و کم‌ترین انرژی مصرفی در روش مایکروویو به میزان 29644/21 مگاژول بر کیلوگرم دیده شد. همچنین با مقایسه روش‌های خشک‌کردن ترکیبی مشاهده شد، کاربرد مایکروویو در انتهای فرآیند در مقایسه با کاربرد آن در ابتدای فرآیند، انرژی مصرفی را 471/73 درصد کاهش می‌دهد. حفظ ویتامین "ث" به زمان فرآیند بستگی داشت، روش مایکروویو که کوتاه‌ترین زمان فرآیند را بین روش‌ها داشت، بیش‌ترین میزان ویتامین را حفظ کرده بود. بهینه‌سازی به منظور یافتن بهترین روش خشک‌کردن و مناسب‌ترین غلظت سفیده تخم‌مرغ انجام شد. نتایج نشان داد توان 90 وات مایکرویوو و غلظت 3 درصد سفیده تخم‌مرغ، دارای بیش‌ترین مطلوبیت برای خشک‌کردن کلم بروکلی می‌باشد. بررسی ریزساختار پودر بروکلی از طریق تصویربرداری میکروسکوپی الکترونی روبشی نشر میدانی نشان داد که با افزایش غلظت سفیده تخم‌مرغ، چسبندگی ذرات به یکدیگر افزایش یافته و فضای خالی بین ذرات بیشتر می‌شود. همچنین افزایش توان مایکروویو چروکیدگی سطحی را افزایش داده و ذراتی دارای حفرات بیشتر به وجود آمد. نتایج بررسی روش‌های خشک‌کردن نشان داد که پودر تولید شده در هوای داغ دارای ساختاری فشرده با تخلخل کم می‌باشد. در روش مایکروویو به علت ایجاد گرمایش حجمی، سطح ذرات پودر کمی چروکیده و متخلخل بود. در ترکیب هوای داغ و مایکروویو مشاهده شد زمانی که از مایکروویو در انتهای فرآیند استفاده ‌شد، تخلخل و افزایش حجم ساختار بیشتر می‌باشد. بررسی ویژگی‌های حرارتی پودر بروکلی با آزمون کالریمتری روبشی افتراقی نشان داد که با افزایش غلظت سفیده تخم‌مرغ، دمای انتقال شیشه‌ای و دمای ذوب افزایش و آنتالپی ذوب و آنتالپی تخریب کاهش یافت. با افزایش توان مایکروویو، دمای ذوب و دمای انتقال شیشه‌ای کاهش و دمای کریستالیزاسیون افزایش یافت. کم‌ترین دمای انتقال شیشه‌ای در روش خشک‌کردن مایکروویو-هوای داغ (4/33- درجه سانتی‌گراد) و بیش‌ترین دمای ذوب در روش خشک‌کردن هوای داغ- مایکروویو (9/152 درجه سانتی‌گراد) دیده شد. در نهایت شبیه‌سازی انتقال جرم و حرارت در خشک‌کردن هوای گرم (دمای 40 درجه سانتی‌گراد) و مایکروویو (توان 90 وات) برای فوم بروکلی با غلظت 1 درصد سفیده تخم‌مرغ انجام شد. بررسی مدل هوای گرم نشان داد، ضریب همبستگی بین داده‌های آزمایشی و داده‌های حاصل از شبیه‌سازی، برای محتوای رطوبت فوم بروکلی 9603/0 و برای دمای سطح فوم بروکلی 9976/0 است. همچنین نتایج حاصل از مدل مایکروویو نشان داد، ضریب همبستگی بین داده‌های آزمایشی و داده‌های حاصل از شبیه‌سازی، برای محتوای رطوبت فوم بروکلی 9406/0 و برای دمای سطح فوم بروکلی 9373/0 بود.

Text of Note

Abstract: Drying is the most widespread method of preserving foods. It can reduce the moisture content of the product and the chemical, biochemical and microbiological reactions that cause food degradation. In foaming method, liquid or semi-liquid food is formed into a stable foam by adding gas in the presence of foaming agents and stabilizing agents, and finally it is converted into powder by using different drying methods. The aim of this study was simulating the heat and mass transfer of broccoli pulp foamlat drying, using hot air and microwave energy. In this study, the effect of egg white concentration as a foaming agent (1, 2 and 3%) on drying of broccoli foam was investigated. Increasing the egg white concentration decreased the foam density and increased the expansion, porosity and stability of the foam. The results of powder analysis showed that increasing the concentration of egg white reduced the tap density and increased the bulk density. Tap and bulk density changes ranged from 0.519 to 0.5153 and 0.4827 to 0.4858 g/cm3, respectively. Also, increasing the concentration of foaming agent caused a 15.189% increase in powder solubility index. Changes in the color parameter of the hue angle between every three concentrations of egg white were significant. Vitamin "C" of powder decreased by 27.994% with increasing the concentration of egg white. In addition, the effect of microwave power (90, 360 and 600 watts) on the quantitative and qualitative characteristics of the product was investigated. The increase in microwave power on the tap density, bulk density and the flowability of the powder was insignificant. The solubility index of powder decreased by 5.289% with the increasing of microwave power. With increasing of microwave power, the effective moisture diffusion coefficient increased, and also drying rate increased by 402.9042%. Due to the increase of microwave power, the total color difference and the rate of browning index increased by 49.799 and 336.233%, respectively, and the content of vitamin "C" increased by 9.2%. Also, the effect of the combination of hot air (40 °C) and microwave (90 watts) was investigated. Combination of microwave and hot air in both cases (microwave-hot air and hot air-microwave) increased the tap and bulk density of the powder compared to the hot air method and microwave. The highest solubility index in water was observed in hot air-microwave drying method (0.3647) and was significantly different from other drying methods. The highest energy consumption of drying was observed in hot air drying (2224.2295 MJ / kg) and the lowest energy consumption was observed in microwave drying method (21.29644 MJ / kg). Also, by comparing the combined drying methods, it was observed that the application of microwave at the end of the process, compared to its application at the beginning of the process, reduces the energy consumption by 73.471%. Preservation of vitamin C depended on the time of the process; the microwave drying , which had the shortest process time among the other methods, retained the highest amount of vitamin C. Optimization results were performed in order to find the best drying method and the most suitable egg white concentration. The results showed that 90 watt microwave power and 3% egg white concentration were the most desirable method of broccoli foammat drying. Microstructure of broccoli powder through scanning electron microscopy (SEM) was examined. As the egg white concentration increased, the adhesion of the particles increased and the empty space between the particles increased. Also, increasing the microwave power increased the surface shrinkage and created particles with more cavities. The results between the drying methods showed that the powder produced in hot air had a compact structure and had low porosity. When the microwave was used at the end of the process, the porosity and volume of the structure increased. The thermal properties of broccoli powder were also investigated by differential scanning calorimetry test (DSC). With increasing egg white concentration, the glass transition temperature and melting temperature increased and the melting enthalpy and degradation enthalpy decreased. With increasing microwave power, the melting temperature and glass transition temperature decreased and the crystallization temperature increased. The lowest glass transfer temperature was observed in the microwave-hot air drying method (-33.4 °C) and the highest melting temperature was observed in the hot air-microwave drying method (152.9 °C). Finally, heat and mass transfer simulations were performed in hot air drying (40 °C) and microwave (90 watt power) for broccoli foam with a concentration of 1% egg white. The study of hot air model showed that the correlation coefficient between experimental and simulation data is 0.9603 for broccoli foam moisture content and 0.9976 for broccoli foam surface temperature. Also, the results of the microwave model showed that the correlation coefficient between the experimental data and the simulation data was 0.9406 for broccoli foam moisture content and 0.9373 for broccoli foam surface temperature.

Variant Title

Computer simulation and experimental investigation of broccoli pulp foam mat drying process in hybrid dryer (convective hot air-microwave)

Entry Element

‏عطائی،

Part of Name Other than Entry Element

‏ مریم

Relator Code

تهيه کننده

Entry Element

‏ خاکباز حشمتی،

Entry Element

دهقان‌نیا،

Entry Element

‏داداشی،

Part of Name Other than Entry Element

مریم ‏

Part of Name Other than Entry Element

‏جلال

Part of Name Other than Entry Element

‏سعید

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏ تبریز