بهینه سازی فرآیند خشک کردن جعفری و نعناع با استفاده از روش ترکیبی هوای داغ و مایکروویو (2)

عنوان

بهینه سازی فرآیند خشک کردن جعفری و نعناع با استفاده از روش ترکیبی هوای داغ و مایکروویو

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول – مقدمه

1-1.کلیات..........................................................................................................................................................2

1-2. معایب خشک کن‌های معمول امروزی......................................................................................................3

1-3. خشک کردن با مایکروویو.........................................................................................................................4

1-4. روش‌های ترکیبی خشک کردن..................................................................................................................5

1-5. ضرورت انجام تحقیق................................................................................................................................6

1-6. اهداف و فرضیات......................................................................................................................................7

1-6-1. اهداف...................................................................................................................................................7

1-6-2. فرضیات................................................................................................................................................7

فصل دوم – بررسی منابع

2-1. جعفری.....................................................................................................................................................9

2-2. نعناع.......................................................................................................................................................10

2-3. گیاه شناسی جعفری و نعناع....................................................................................................................10

2-3-1. گیاه شناسی جعفری...........................................................................................................................10

2-3-2. گیاه شناسی نعناع................................................................................................................................11

2-4. خواص دارویی و تغذیه ای جعفری و نعناع...........................................................................................11

2-4-1. خواص دارویی و تغذیه ای جعفری...................................................................................................12

2-4-2. خواص دارویی و تغذیه‌ای نعناع........................................................................................................12

2-5. بررسی تحقیقات پیشین در زمینه خشک کردن......................................................................................13

2-5-1. بررسی مطالعات پیشین در زمینه خشک کردن با هوای داغ...............................................................13

2-5-2. بررسی مطالعات پیشین در زمینه خشک کردن با مایکروویو............................................................. 15

2-5-3. بررسی مطالعات پیشین در زمینه خشک کردن ترکیبی هوای داغ و مایکروویو..................................17

فصل سوم – مواد و روش‌ها

3-.1 رقم مورد آزمایش....................................................................................................................................20

3-2. اندازه گیری رطوبت................................................................................................................................20

3-3. خشک کردن با هوای داغ (آون) ............................................................................................................21

3-3-1. سینتیک خشک کردن با هوای داغ......................................................................................................21

3-4. خشک کردن با مایکروویو.......................................................................................................................22

3-4-1. سینتیک خشک کردن با مایکروویو....................................................................................................22

3-5. محاسبه نسبت رطوبت............................................................................................................................22

3-6. محاسبه شدت خشک شدن.....................................................................................................................23

3-7. خصوصیات کیفی....................................................................................................................................25

3-7-1. رنگ...................................................................................................................................................25

3-7-2. نسبت جذب آب مجدد (RR) .........................................................................................................25

3-7-3. ویتامین ث..........................................................................................................................................26

3-8. خشک کردن ترکیبی................................................................................................................................26

3-9. مدل سازی ریاضی فرآیند خشک کردن هوای داغ و مایکروویو............................................................27

3-10. روش تجزیه و تحلیل داده ها...............................................................................................................28

فصل چهارم - نتایج و بحث

4-1. مقدار رطوبت..........................................................................................................................................31

4-2. نسبت رطوبت.........................................................................................................................................35

4-3. شدت خشک شدن.................................................................................................................................37

4-4. آزمون‌های کنترل کیفیت..........................................................................................................................39

4-4-1. اندازه‌گیری رنگ.................................................................................................................................39

4-4-2. اندازه گیری جذب مجدد آب.............................................................................................................42

4-4-3. ویتامین ث..........................................................................................................................................43

4-5. فرآیند خشک کردن ترکیبی....................................................................................................................44

4-6. مدل‌ سازی فرآیند خشک کردن جعفری و نعناع با هوای داغ و مایکروویو............................................49

فصل پنجم – نتیجه گیری و پیشنهادات

5-2. نتیجه گیری.............................................................................................................................................60

5-3. پیشنهادات...............................................................................................................................................62

فصل ششم – منابع

منابع.................................................................................................................................................................64

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل: 4-1 نمودار تغییرات مقدار رطوبت (وزن مرطوب) در فرآیند خشک کردن جعفری با هوای داغ.........33

شکل: 4-2 نمودار تغییرات مقدار رطوبت (وزن مرطوب) در فرآیند خشک کردن نعناع با هوای داغ.............33

شکل: 4-3 نمودار تغییرات مقدار رطوبت (وزن مرطوب) در فرآیند خشک کردن جعفری با مایکروویو.......34

شکل: 4-4 نمودار تغییرات مقدار رطوبت (وزن مرطوب) در فرآیند خشک کردن نعناع با مایکروویو...........34

شکل: 4-5 نمودار نسبت رطوبت در فرآیند خشک کردن جعفری با هوای داغ..............................................35

شکل: 4-6 نمودار نسبت رطوبت در فرآیند خشک کردن نعناع با هوای داغ..................................................35

شکل: 4-7 نمودار نسبت رطوبت در فرآیند خشک کردن جعفری با مایکروویو............................................36

شکل: 4-8 نمودار نسبت رطوبت در فرآیند خشک کردن نعناع با مایکروویو.................................................36

شکل: 4-9 نمودار شدت خشک شدن در فرآیند خشک کردن جعفری با هوای داغ.......................................37

شکل: 4-10 نمودار شدت خشک شدن در فرآیند خشک کردن نعناع با هوای داغ........................................38

شکل: 4-11 نمودار شدت خشک شدن در فرآیند خشک کردن جعفری با مایکروویو...................................38

شکل: 4-12 نمودار شدت خشک شدن در فرآیند خشک کردن نعناع با مایکروویو.......................................38

شکل: 4-13 اثر دما و توان خشک کن بر ΔΕ جعفری خشک شده...............................................................41

شکل: 4-14 اثر دما و توان خشک کن بر ΔΕ نعناع خشک شده...................................................................41

شکل: 4-15 نمودار مقدار رطوبت در فرآیند خشک کردن جعفری با روش ترکیبی.......................................44

شکل: 4-16 نمودار مقدار رطوبت در فرآیند خشک کردن نعناع با روش ترکیبی...........................................45

شکل: 4-17 نمونه جعفری شاهد و خشک شده در 60 درجه سانتی‌گراد.....................................................48

شکل: 4-18 نمونه نعناع شاهد و خشک شده در 60 درجه سانتی‌گراد..........................................................48

شکل: 4-19 نمودار نسبت رطوبت واقعی و محاسبه شده با مدل پیج در جعفری خشک شده.......................50

شکل: 4-20 نمودار نسبت رطوبت واقعی و محاسبه شده با مدل پیج در نعناع خشک شده...........................50

شکل: 4-21 نمودار نسبت رطوبت واقعی در روش ترکیبی و محاسبه شده با مدل پیج..................................50

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول: 3-1 مدل‌های منتخب جهت توصیف فرآیند خشک کردن جعفری و نعناع..............................................28

جدول: 4-1 مقادیر پارامتر‌های رنگی L، a، b در خشک کردن با هوای داغ و مایکروویو .................................40

جدول: 4-2 نسبت جذب مجدد آب در نمونه‌های خشک شده با هوای داغ و مایکروویو...................................42

جدول: 4-3 مقادیر ویتامین ثدر نمونه‌های خشک شده با هوای داغ و مایکروویو............................................43

جدول: 4-4 مقادیر آزمایشات کیفی در روش خشک کردن ترکیبی .....................................................................46

جدول: 4-5 نتایج آماری مدل‌های مختلف در خشک کردن جعفری با هوای داغ...............................................51

جدول 5-6 نتایج آماری مدل‌های مختلف در خشک کردن نعناع با هوای داغ....................................................52

جدول: 4-7 نتایج آماری مدل‌های مختلف در خشک کردن جعفری با مایکروویو..............................................53

جدول: 4-8 نتایج آماری مدل‌های مختلف در خشک کردن نعناعبا مایکروویو...................................................54

جدول: 4-9 مقادیر ثابت مدل‌ها در خشک کردن جعفری با هوای داغ.................................................................55

جدول: 4-10 مقادیر ثابت مدل‌ها در خشک کردن نعناع با هوای داغ..................................................................56

جدول:4-11 مقادیر ثابت مدل‌ها در خشک کردن جعفری با مایکروویو..............................................................57

جدول: 4-12 مقادیر ثابت مدل‌ها در خشک کردن نعناع با مایکروویو.................................................................58

چکیده

در این پژوهش خشک کردن جعفری و نعناع با استفاده از سه روش خشک کردن با هوای داغ (50، 60 و 70 درجه سانتی‌گراد)، مایکروویو (90، 180، 360، 600 و 900 وات) و روش ترکیبی هوای داغ-مایکروویو (60 درجه سانتی‌گراد و 360 وات) انجام شد. انتخاب سطوح بهینه برای خشک کردن در روش ترکیبی، با بررسی آزمایشات کیفی نمونه‌های خشک شده صورت گرفت. داده‌های حاصل از خشک کردن جعفری و نعناع با روش هوای داغ و مایکروویو با 8 مدل پیج، نیوتن، هندرسون و پابیس، لگاریتمی، میدیلی،دو جمله‌ای نمایی، ورما و همکاران و وانگ و سینگ برازش شدند. نتایج نشان داد مدل پیج و دو‌جمله‌ای نمایی بهترین توصیف برای رفتار خشک کردن جعفری و نعناع را دارا می‌باشند. همچنین بررسی فرآیند خشک کردن ترکیبی و آزمایشات کیفی محصول نهایی حاصل از آن نشان داد استفاده از انرژی مایکروویو به عنوان فرآیند خشک کردن نهایی می‌تواند جنبه‌های مهم و مطلوب مختلفی را به همراه داشته باشد و این روش می‌تواند تا مقدار قابل توجهی باعث بهبود پارامترهای کیفی مثل رنگ، جذب مجدد آب و از جمله مقدار ویتامین ث و همینطور کاهش زمان خشک شدن جعفری و نعناع شود. طولانی‌ترین زمان فرایند خشک شدن جعفری و نعناع در خشک کردن با هوای داغ و در دمای 50 درجه سانتی‌گراد بود که 420 دقیقه برای هر دو محصول به طول انجامید. این زمان در فرایند خشک کردن ترکیبی به ترتیب باعث کاهش 43/66% و 58/68% در زمان خشک شدن جعفری و نعناع نسبت به خشک کردن با هوای داغ 50 درجه سانتی‌گراد گردید.

کلید واژه ها: بهینه سازی، جعفری، خشک کردن ترکیبی، خشک کردن با مایکروویو، خشک کردن با هوای داغ، مدل سازی، نعناع.

فصل اول مقدمه

فصل اول

مقدمه

1-1. کلیات

خشک کردن میوه‌ها و سبزیجات یکی از قدیمی‌ترین و در عین حال گسترده‌ترین روش‌های شناخته شده جهت نگهداری غذا و از مهم‌ترین فرآیندها برای حفظ کیفیت مواد غذایی است. هدف عمده در خشک کردن محصولات کشاورزی، کاهش رطوبت تا حدی است که در طولانی مدت قابل نگهداری باشند که با کاهش فعالیت‌های میکروبیو آنزیمی وتقلیل سرعت فعل و انفعالات شیمیایی، زمان ماندگاری محصول را افزایش و با کاهش قابل توجه در وزن و حجم آنها، هزینه‌های بسته بندی، ذخیره سازی و حمل و نقل آن را سهولت می‌بخشد (آکپینار و همکاران، 2006).

تاریخچه تولید فراورده‌های خشک در ایران به دوران بسیار قدیم باز می‌گردد. با گذشت سالیان طولانی در بخش فرآوری این محصولات، تغیرات عمده‌ای پدیدار نشده و هنوز هم به طور غالب در ایران از روش‌های سنتی (آفتابی) استفاده می‌گردد که این روش‌ها دارای نارسایی‌هایی است مانند قرار گرفتن محصولات در محیطی که روی پارامترهای آن کنترلی وجود ندارد. فرآیند خشک کردن در شرایط کنترل شده (سیستم صنعتی) روند رو به رشدی را نشان می‌دهد که ریشه در انتظارات مصرف کنندگان دارد. در این روش فرآیند خشک کردن محصولات در فضایی با شرایط کنترل شده و بدون وابستگی به شرایط جوی انجام می‌پذیرد. پارامترهای مؤثر بر شاخص‌های کیفی محصول (مانند درجه حرارت، سرعت جابه جایی هوا و رطوبت نسبی) تحت کنترل، فرآیند را پشت سرمی‌گذارد. در بازار عرضه و فروش فرآورده‌های خشک در سطح جهانی، هنگامی کشور ما می‌تواند حضور داشته باشد و با دیگر کشورهای تولید کننده به رقابت بپردازد که قادر باشد با به کارگیری روش‌های نوین و طبق استاندارد‌های قابل قبول محصولات خود را تولید و عرضه نماید (زیرجانی و توکلی پور، 1389).

انجام صحیح عملیات خشک کردن به علت امکان بروز تغییرات نامطلوب در ماده غذایی اهمیت زیادی دارد. برای کاهش آب مواد غذایی زمان طولانی و دمایی نسبتا بالا مورد نیاز است که همین زمان طولانی موجب بروز برخی تغییرات نامطلوب می‌شود که از جمله می توان به تغییرات رنگ، طعم، عطر، کاهش مواد مغذی، افزایش وزن مخصوص (به علت چروکیدگی شدید) و کاهش ظرفیت آبگیری مجدد محصول خشک شده اشاره کرد (امام جمعه و عسکری، 1383).

1-2. معایب خشک کن‌های معمول امروزی

در خشک کن‌های معمول صنعتی با هوای گرم به خاطر اینکه هدایت حرارتی پایین است و انتقال حرارت به قسمت‌های داخلی ماده غذایی محدود می‌باشد، راندمان انرژی پایین می‌آید و مدت زمان طولانی‌تری برای خشک کردن لازم است. با توجه به این موارد، امروزه روش‌های دیگری برای خشک کردن مواد غذایی مورد توجه قرار گرفته‌اند، یکی از آنها مانند خشک کردن با مایکروویو است (زیرجانی و توکلی پور، 1389).

1-3. خشک کردن با مایکروویو

یکی از روش‌هایی که طی دهه اخیر توجه زیادی به آن مبذول شده، خشک کردن با استفاده از اشعه مایکروویو است. پرتوهای مایکروویوازدسته پرتوهای الکترومغناطیسی باطول موج بلند و فرکانس (٢٤٥٠ مگاهرتز) می‌باشند. در هنگام عبور این امواج از بافت ماده غذایی، مولکول‌های قطبی نظیر آب و نمک‌ها به ارتعاش در‌آمده و همین ارتعاش موجب تبدیل انرژی مایکروویو به حرارت می‌شود. قابل توجه اینکه بر خلاف روش‌های دیگر خشک کردن که در آنها گرما باید از سطح به عمق نفوذ کند، در این روش گرما در خود ماده غذایی به وجود می‌آید. مثال‌های متعددی از کاربردهای خشک کردن مایکروویو وجود دارد که مایکروویو مزیت‌های قابل توجهی را فراهم کرده است. کاربرد مایکروویو در خشک کردن گستره وسیعی از صنایع از جمله صنایع غذایی را دربر می‌گیرد. در هر مورد، سیستم‌های خشک کردن مایکروویو، زمان خشک کردن را به طور قابل توجهی کاهش داده‌اند بدون اینکه اثر منفی بر کیفیت محصول بگذارند. در خشک کردن با مایکروویو، گرما، حاصل از تبدیل انرژی مایکروویو به انرژی حرارتی در درون مواد مرطوب است و دمای مطلوب را برای خشک کردن سریع مواد فراهم می‌کند. گرمایش حجمی ناشی از نفوذ مایکروویو و کاهش هزینه های فرآیند، مایکروویو را به منبع جذاب انرژی حرارتی تبدیل کرده است. زمان‌های کوتاهتر فرآوری، به میزان قابل توجهی هزینه‌های تولید برخی از محصولات را کاهش می‌دهد (ده بوره و اسمعیلی، 1389). همچنین به خاطر تمرکز انرژی، سیستم مایکروویو فقط 20 تا 35 درصد نسبت به سایر روش های خشک کردن نیاز به فضا دارد و چون نتایج تحقیقات نشان داده که کاربرد نادرست مایکروویو باعث تولید محصولات با کیفیت بد شده پیشنهاد شده که انرژی مایکروویو باید در مرحله محتوای رطوبتی پایین، در انتهای عمل خشک کردن استفاده شود (آلیباس، 2007). در این روش گرما در خود بافت ماده غذایی تولید شده و از آسیب دیدن و سوختن قسمتهای سطحی ماده غذایی جلوگیری می شود. با توجه به هزینه‌های بالای خشک کردن با استفاده از انرژی مایکروویو و همچنین برخی دیگر از معایب آن ترکیب خشک کن هوای داغ و مایکروویو بسیار مورد توجه قرار گرفته است. هدف از ترکیب روش‌ها در تمامی موارد، استفاده از مزایای هرکدام از روش‌های مذکور بوده است. در این رابطه استفاده از انرژی مایکروویو بسته به چگونگی و زمان استفاده از آن می‌تواند نتایجی متفاوت و بعضا متضاد داشته باشد. اثرات این انرژی بر رنگ محصول و نیز میزان تخلخل آن از این قبیل موارد هستند (امام جمعه و عسکری، 1383).

1-4. روش‌های ترکیبی خشک کردن

گرایش‌های جدید در توسعه و بهبود فرآیندها و محصولات غذایی در زمینه خشک کردن، منجر به ایجاد روش‌های ترکیبی از فناوری‌های متعارف و غیر متعارف مختلف خشک کردن شده است. یکی از اهداف تمامی این فرآیندها به حداقل رساندن زمان عمل خشک کردن است به طوری که تغییر در مقدار رطوبت، همراه با عدم آسیب رسیدن به محصول نهایی و فرآیندی کارآمد و مقرون به صرفه نیز باشد. سبزیجات و گیاهان دارویی و معطر حاوی سطح بالایی از رطوبت و محیطی مناسب برای نفوذ میکرو‌ارگانیسم‌ها هستند. بنابراین، خشک کردن فوری‌ترین عملیات بعد از برداشت، برای جلوگیری از زیان‌های وارده است (ازکان و همکاران، 2007).

1-5. ضرورت انجام تحقیق

سبزیجات نیز همانند اغلب محصولات کشاورزی فساد پذیر است و میزان ضایعات آن‌ها نیز زیاد است. بنابراین بایستی یا سریعا مصرف شوند و یا اینکه برای مصارف بعدی تحت شرایط کنترل شده و نگه‌داری گردند. جعفری و نعناع نیز به دلیل دارا بودن ترکیبات مهم و مفید فراوان از جمله سبزی‌های شاخص و پرکاربرد به حساب می آیند. خشک کردن یکی از روش‌های مطلوب نگه‌داری است. در کشورهای در حال توسعه، یکی از اهداف خشک کردن سبزیجات از جمله جعفری و نعناع، کاهش ضایعات پس از برداشت است. در حالی که در کشورهای توسعه یافته، این محصول به عنوان یک نیاز غذایی روزانه، مورد توجه است. در سال‌های اخیر جعفری و نعنای خشک شده از حاشیه سبد غذایی به بخش اصلی تولید و عمومی صنعت غذا راه یافته است. همچنین اخیرا استفاده از روش‌های ترکیبی خشک کردن نیز جهت بهینه‌ سازی کیفیت محصول نهایی به همراه کاهش زمان فرآیند، اهمیت بیشتری یافته است. انجام این تحقیق با توجه به اینکه تا کنون هیچ مطالعه‌ای بر فرایندهای مختلف خشک کردن جعفری و نعناع در ایران انجام نشده است امری ضروری به نظر می‌رسد.

1-6. اهداف و فرضیات

1-6-1. اهداف

1- بهینه کردن شرایط خشک کردن جعفری و نعناع با استفاده از هوای داغ و مایکروویو.

2- بررسی اثر روش خشک کردن بر کیفیت جعفری و نعناع خشک شده.

3- بررسی سینتیک خشک کردن جعفری و نعناع.

4- انتخاب بهترین مدل توصیف کننده فرآیند خشک کردن جعفری و نعناع.

1-6-2. فرضیات

1- دماهای مختلف خشک کردن بر خصوصیات کیفی و ظاهری جعفری و نعناع تاثیر گذار است.

2- نوع خشک کن مورد استفاده بر خصوصیات کیفی و ظاهری جعفری و نعناع تاثیر گذار است.

3- خشک کردن ترکیبی با هوای داغ و مایکروویو باعث بهبود خصوصیات کیفی و ظاهری جعفری و نعناع می‌شود.