بهینه سازی فرآیند خشک کردن حلقه های پیاز با استفاده از روش ترکیبی هوای داغ و مایکروویو

 بهینه سازی فرآیند خشک کردن حلقه های پیاز با استفاده از روش ترکیبی هوای داغ و مایکروویو

چکیده

در این پژوهش خشک کردن ترکیبی با هوای داغ و مایکروویو بهینه سازی شد. بدین صورت که اثر سه دمای (70، 60 و8 0درجه) آون و پنج توان مختلف مایکروویو (800،500،300،100و100 0وات) روی خصوصیات کیفی و ظاهری پیاز مانند رنگ، جذب و مجدد آب و مورد ارزیابی قرار گرفت و بهترین دمای آون و نیز بهترین توان مایکروویو از نظر این خصوصیات ترکیب شد. تجزیه و تحلیل داده ها با استفاده از نرم‌افزارSAS و میانگین داده ها با آزمون دانکن و در سطح اطمینان 95 درصد انجام شد.در این سطح اطمینان تاثیر هیچ کدام از درجات و توانها روی جذب مجدد آب تفاوت معنی‌دار نبود ولی پارامتر رنگ در دمای 80 درجه و توان 100 وات تفاوت معنی‌داری با سایر دماها و توانها داشت. نتایج حاصل از خشک کردن نشان داد که دمای 70 درجه آون و توان100 وات مایکروویو مناسب‌ترین حالت خشک کردن ترکیبی پیاز می‌باشد. همچنین در این پژوهش این داده ها با 8 مدل تجربی متفاوت (پیج، نیوتن، هندرسون و پابیس، میدیلی کوک، دو جمله ای، ورما ، وانگ و سینگ، لگاریتمی) برازش شدند که از بین این مدل‌ها مدل پیج برای آون و همچنین مدل پیج و ورما برای مایکروویو بالاترین ضریبR² و کمترین ضریب χ² ,MBEو RMSEرا در بین مدل‌ها دارا بودند. همچنین مقادیر ثابت هر مدل نیز جداگانه به دست آمد

. کلید واژه ها: بهینه سازی، پیاز، خشک کردن ترکیبی، خشک کردن با مایکروویو، خشک کردن با هوای داغ، مدلسازی.

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول - مقدمه

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

1-2. تاریخپه..................................................................................................................................................3

1-3. آمار تولید پیاز................................................................................................................... .................. 4

1-4. گیاهشناسی پیاز....................................................................................................................................4

1-5. ترکیبات شیمیایی پیاز..................................................................................................... .....................5

1-6. تئوری خشک کردن.............................................................................................................................6

1-7. اهداف و مزایای خشک کردن............................................................................... ..............................8

1-8. عوامل موثر در خشک کردن یک محصول............................................................... ..........................9

1-9. معادلات خشک کردن لایه نازک........................................................................... ...........................11

1-10. ضرورت انجام تحقیق.......................................................................................... ..........................13

1-11. اهداف و فرضیات..........................................................................................................................14

فصل دوم – بررسی منابع

2-1. بررسی تحقیقات پیشین...................................................................................................................16

فصل سوم – مواد و روش ها

3-1. زمان و مکان تحقیق................................. ....................................................... ................................21

3-2. تجهیزات مورد استفاده....................................................................................... ..............................21

3-3. رقم مورد آزمایش............................................................................................... .............................22

3-4. مقدار رطوبت اولیه................................................................................................ . .........................22

3-5. خشک کردن با هوای داغ............................................................................... ................................22

3-5-1. سینتیک خشک کردن با هوای داغ................................................................... ..........................23

3-6. خشک کردن با مایکروویو.................................................................................. ...........................23

3-6-1. سینتیک خشک کردن با مایکروویو............................................................... ............................23

3-7. خشک کردن ترکیبی.......................................................................................... ...... .....................23

3-8. اندازه گیری رطوبت بر مبنای وزن مرطوب و خشک...................................... .......... ..................24

3-9. محاسبه نسبت رطوبت.................................................................................. ...............................25

3-10. محاسبه شدت خشک شدن...................................................... ................. ................................25

3-11. نسبت آبگیری مجدد............................................................. ....................................................26

3-12. رنگ................................................................................... .......................................................26

3-13. مدلسازی خشک کردن پیاز................................................. ......................................................27

3-14. روش تجزیه و تحلیل داده ها........................................... ........................................................28

فصل چهارم - نتایج و بحث

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

4-2. شدت خشک شدن................................. ..................................................................................35

4-3. تاثیر دما و نوع خشک شدن بر خصوصیات فیزیکوشیمیایی پیاز........... ..................................36

4-3-1. رنگ ..................................................................................................................................36

4-3-2. جذب مجدد آب........................................................................... ......... ...........................40

4-3. فرایند خشک کردن ترکیبی................................................................... ......... ........................41

4-4. مدلسازی خشک کردن پیاز........................................................................ ............................43

فصل پنجم – نتیجه گیری و پیشنهادات............................................................ ............................52

5-1. نتیجه گیری.................................................................................................... ......................52

5-2. پیشنهادات..............................................................................................................................53

فصل ششم – منابع........................................................................................................................55

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل:4-1 نمودار تغییرات مقدار رطوبت در فرآیند خشک کردن پیاز با هوای داغ...................................32

شکل:4-2 نمودار تغییرات نسبت رطوبت درفرآیند خشک کردن پیاز با هوای داغ...................................33

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

شکل:4-4 نمودار تغییرات نسبت رطوبت در فرآیند خشک کردن پیاز با مایکروویو ..............................34

شکل:4-5 نمودار شدت خشک شدن درخشک کردن پیاز با هوای داغ............................ ......................35

شکل:4-6 نمودار شدت خشک شدن درخشک کردن پیاز با ماکروویو........................... .......................36

شکل:4-8 نمودار مقادیر مولفه های L، aو b در خشک کردن هوای داغ...................... ......................38

شکل:4-9 نمودار مقادیر مولفه های L، aو b در خشک کردن مایکروویو.................... ......................38

شکل:4-10: پیاز خشک شده با آون(70 درجه)............................................................. ......................39

شکل: 4-11. پیاز خشک شده توسط مایکروویو(100 وات)......................................... ......................39

شکل:4-12. نمودار نسبت رطوبت در خشک کردن ترکیبی........................................... ....................41

شکل:4-13. نمودار تغییرات شدت خشک شدن در مقابل نسبت رطوبت در خشک کردن ترکیبی.. .42

شکل:4-14. نمودار مقادیر مولفه های L، aو b در خشک کردن ترکیبی...........................................42

شکل4-15. مقدار رطوبت نسبی پیش‌بینی شده توسط مدل پیج در برابر مقدار رطوبت واقعی در دمای 70 درجه سانتی‌گراد...................................................................................................................................43

شکل4-16. مقدار رطوبت نسبی پیش‌بینی شده توسط مدل پیج در برابر مقدار رطوبت واقعی در توان 100 وات......................................................................................................................................................44

شکل4-17. مقدار رطوبت نسبی پیش‌بینی شده توسط مدل پیج در برابر مقدار رطوبت واقعی خشک کردن ترکیبی................................... .............................................................................................................44

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول: 3-1 مدل‌های منتخب جهت توصیف فرآیند خشک شدن پیاز..............................................27

جدول: 4-1 تاثیر دما و نوع خشک کن بر جذب مجدد آب..............................................................40

جدول: 4-2 نتایج آماری حاصل از مدل‌ پیج در خشک کردن ترکیبی پیاز.........................................44

جدول: 4-3 نتایج آماری حاصل از مدل‌های مختلف در خشک کردن پیاز با هوای داغ....................45

جدول4-4 نتایج آماری حاصل از مدل‌های مختلف در خشک کردن پیاز با مایکروویو.....................46

جدول: 4-5 مقادیر ثابت مدل‌ها برای دماهای مختلف در خشک کردن پیاز با هوای داغ .................48

جدول: 4-6 مقادیر ثابت مدل‌ها برای شدت های مختلف در خشک کردن پیاز با مایکروویو............49

فصل اول مقدمه

فصل اول

مقدمه

1-1. کلیات

امروزه حفظونگهداریمحصولاتغذاییباتوجهبهرشد جمعیتوکمبودموادغذاییبسیارموردتوجهقرار گرفته‌ استوروزبهروزاهمیتجلوگیریازاتلافمواد غذاییوطولانینمودنزمانماندگاریآنهابدلیلرشد صادراتوبدستآوردنبازارهایپایداربیشترنمایان می‌گردد. ازجملهراههایجلوگیریازاتلافمازاد محصولوافزایشطولعمرآن،خشککردنمواد غذایی می‌باشد.بوسیلهخشکنمودن،علاوهبراینکه زمانماندگاریمحصولطولانیمی‌گردد،همچنین محصولتولیدیفضایکمتریاشغالنمودهوبهتبعآن هزینه‌هایحملونقلوانبارداریآنبطورقابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد (بانداری و هووس، 1999). طبقآمارارائهشدهمیزانضایعاتفرآورده‌هایکشاورزیدر حدود30تا35درصدبرآوردشدهاستکهبخشیازآنبهدلیل کمبودصنایعتبدیلیمی‌باشد (عباسی و همکاران، 1389). تاریخچه تولید فراورده‌های خشک در ایران به دوران بسیار قدیم باز می‌گردد. با گذشت سالیان طولانی در بخش فراوری این محصولات، تغیرات عمده‌ای پدیدار نشده و هنوز هم به طور غالب در ایران از روش‌های سنتی (آفتابی) استفاده می‌گردد که این روش دارای نارسایی‌هایی است، مانند قرار گرفتن محصولات در محیطی که روی پارامترهای آن کنترلی وجود ندارد. درمقابلروشصنعتیآنبا هزینهکمتریصورتمی‌پذیرد.فرآورده‌هایتولیدیدراینروشاز لحاظبهداشتیواقتصادیمطلوبنبودهوقادربهبرآوردهکردنشاخص‌هایکیفیموردانتظارنمی‌باشد. فرآیند خشک کردن در شرایط کنترل شده (سیستم صنعتی) روند رو ‌به ‌رشدی را نشان می دهد که ریشه در انتظارات مصرف کنندگان دارد (مسکن، 2001).

1-2. تاریخچه

پیاز یکی از سبزی‌های مهم و مشهور دنیا است. این سبزی در بیشتر نقاط دنیا کشت می‌شود. پیاز گیاه بومی جنوب غربی آسیا و احتمالا مربوط به ناحیه‌ای بین فلسطین و هندوستان و یا منطقه شرق مدیترانه می‌باشد. بعضی ایران را موطن اصلی پیاز می‌دانند. کشور مصر به خاطر کاشت نوعی پیاز مشهور بوده که قدمت کشت آن در این کشور به 5000 سال قبل از میلاد مسیح می‌رسد و در اهرام مصر پیاز کشف گردیده است. در نوشته رومیان و یونانیان مطالبی در مورد پیاز به چشم می‌خورد، و نیز در کتاب مقدس مسیحیان از آن نام برده شده است. پیاز یکی از گیاهانی است که به طور مستقیم در قران به آن اشاره شده از جمله در سوره بقره آیه 61 مورد اشاره قرار گرفته و به نام (بصل)‌ از آن صحبت به میان آمده است. پیاز یکی از موادی بود که قوم بنی اسرائیل در موقع مهاجرت از مصر در بیابان‌های عربستان خواهان آن بودند (نوتیلا و همکاران، 2003؛ شات و همکاران، 1998؛ ژاکوبفسکی،2003).

1-3. آمار تولید پیاز

برطبق آمار وزارت جهاد کشاورزی ایران در زمره ده کشور عمده تولید کننده پیاز قرار دارد. ایران با 52 هزار هکتار اراضی زیر کشت، 2 درصد کل سطح زیر کشت پیاز جهان را دارا بوده و با یک میلیون و نهصد هزار تن تولید و 36 تن عملکرد متوسط در هر هکتار، 4 درصد تولید پیاز در دنیا را از آن خود ساخته است. در کشور نیز استان آذربایجان شرقی با 24 درصد تولید پیاز کشور رتبه نخست تولید را دارا می‌باشد (وزارت صنایع و معادن، 1386). پیاز با تولید سالانه 47 میلیون تن در سال رتبه سوم بالاترین میزان تولید درمیان هفت سبزیجات عمده یعنی پیاز، سیر،‌ گل‌کلم، نخود سبز، کلم، گوجه‌فرنگی و لوبیا سبز در جهان می‌باشد (کایماگ و گدیک؛ 2005).

1-4. گیاهشناسی پیاز

نام علمی پیاز آلیوم سپا¹ است و از خانواده سوسنیها² است. پیاز با وجود اینکه گیاهی دو یا چند ساله است، در سبزی‌کاری به عنوان محصول یک ساله کاشته می‌شود. جنس آلیوم سپا دارای گونه‌های زیادی است‌ که اغلب تولید غده پیاز کرده‌. گونه‌های وحشی در این جنس یافت می‌شود،‌ که به جای تولید بذر،‌ تولید پیازچه‌های کوچک در خوشه گل می‌کنند که برای تکثیر از آن استفاده می‌شود (شاس، 1998).

گل پیاز دارای سه پرچم و یک تخمدان 6 برچه‌ای می‌باشد‌. ساقه گل دهنده همانند توپ به نظر می‌رسد. پیاز دارای ساقه پهن ‌نازک،‌ مدور،‌‌ سفید رنگ و زیر‌زمینی است. درقسمت زیرین، ریشه پیاز نسبتا ضخیم، گوشتی و ساده است که از قسمت‌های تحتانی ساقه زیر‌زمینی خارج می‌شود‌. طول این ریشه‌ها نسبتا کوتاه وانتشار آن در 10 یا 20 سانتیمتر قسمت فوقانی خاک می‌باشد. و نیز از قسمت‌های فوقانی آن برگهای ضخیم‌تر‌،‌ متورم و فلس مانند‌،‌ که سفید یا قرمز رنگ بوده و کلروفیل خود را از دست داده‌اند و از مواد غذایی ذخیره شده اند، خارج می‌گردد (زرگری،1993)‌.

1-5. ترکیبات شیمیایی پیاز

برگ‌های متورم پیاز که قسمت حجیم آن را تشکیل می‌دهد‌،‌ دارای مقدار زیادی اینولین است‌. اینولین نوعی نشاسته است که بر اثر تجزیه در بدن به فروکتوز و مقدار کمی گلوکز تبدیل می‌گردد‌.

ترکیبات موجود در 100 گرم پیاز شامل87%‌ آب ،‌ 11%‌ کربوهیدرات ،‌ 2/1 %‌ پروتئین ،‌ 4/0 %‌ املاح معدنی،‌ 6/0%‌ ترکیبات فیبری و عناصری که در پیاز در حد وفور یافت می‌شود عبارت است از کلسیم ،‌ فسفر ،‌ پتاسیم ،‌ منیزیم و آهن است پیاز تازه حاوی مقدار بسیار زیادی پتاسیم (82/696-55/16357 میلی‌گرم بر کیلوگرم)، کلسیم (64/69-03/340 میلی‌گرم / کیلوگرم)، سدیم(72/37-43/1895 میلی‌گرم / کیلوگرم)، منیزیم (31/3- 77/964 میلی‌گرم / کیلوگرم) و فسفر(47/46-3،07/384 میلی‌گرم / کیلوگرم) می‌باشد (مارتینز،2007؛ لانزوتی، 2006) و نیز ترکیبات دیگری از جمله پروستاگلاندین‌ها، پکتین، آدنوزین، کوئرستین، ویتامین‌های E،C ،B₆ ،B₂ ،B₁ و بیوتین، اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه ضروری است (نوتیلا و همکاران، 2003؛ شات و همکاران، 1998).

1. Allium cepa 2. Liliacea

مزه و طعم و تندی پیاز به رقم شرایط آب و هوایی بستگی دارد و مربوط به روغن فراری به نام آلیل پروپیل دی سولفاید است. در پیاز و سایر گونه‌های جنس آلیوم¹ بخصوص سیر، ترکیبات امینواسید قابل حلی در آب به نام آلین² وجود دارد. آلین توسط آنزیم آلیناز³ به آلیسین⁴ تبدیل می‌گردد. ترکیبات آلیسین خاصیت ضد‌باکتریایی دارند. بنابراین پیاز به عنوان یک داروی آنتی بیوتیک مصرف می‌شود همچنین در درمان سرماخوردگی و گریپ⁵ استفاده می‌کنند.

1-6. تئوریخشککردن

Allium 2. Alin 3. Allinaz 4. Allicin 5. Grip

Drying اصطلاحا به معنی خشکاندن و dehydration به معنی خشکانیدن به کار می‌رود. تفاوت این دو را می‌توان در روش آبگیری دانست به طوری که drying به خشک کردن طبیعی گفته می‌شود که گاهی اصطلاحا sun_drying هم گفته می‌شود در حالیکه dehydration به روش‌های صنعتی گفته می‌شود و توسط دستگاههای خشک کن صورت می‌گیرد. همانطور که از تعریف خشک کردن مشخص است اصول نگهداری مواد غذایی به صورت خشکبار بر اساس تبخیر آب و کم کردن رطوبت مواد غذایی جهت جلوگیری از فساد می‌باشد. خشککردنموادغذایییکیازقدیمی‌ترینروش‌هاینگهداریاست،چراکهآبدریکماده غذاییعاملاصلیواکنش‌هایشیمیاییوبیولوژیکیاست. دراثرکاهشرطوبتمادهغذایی امکانفسادمیکروبیازبینمی‌رودوازسرعتواکنش‌هایمضرنیزبهمقدارقابلتوجهیکاسته می‌شود.خشککردنضمناینکهدرمحصولاثرمحافظتیدارد،وزنوحجمآنرانیزبهمقدار چشمگیریکاهشمی‌دهد،درنتیجهازهزینه‌هایحملونقل،ذخیره‌سازیمحصولوقیمت تمام‌ شدهمحصولمی‌کاهد .خشککردنفرآیندپیچیده‌ایاستکهغالباباواکنشهایشیمیاییو بیوشیمیاییوتغییرحالتمانندکریستالیزاسیون،شیشه‌ایشدنوچروکیدگیهمراهاست)بیکر،۱۹۹۷).

درابتداعملخشککردنتنهابااستفادهازعواملطبیعیمانندآفتابوبادانجاممی‌شدامابهدلیلمشکلاتموجودمانندطولانیبودنزمانخشککردن،استفادهازدیگرانواعخشک‌کنرایجگردید. برایخشککردنموادغذاییازخشک‌کن‌هایهوایداغ،خشککن انجمادی،خشک‌کنمادونقرمزوخشک‌کنمایکروویواستفادهمی‌شود.حرارتلازمبرایخشککردنممکناستازطریقجابجایی(خشک‌کن‌هایمستقیم)، هدایتی(خشک‌کن‌هایغیرمستقیم) ویاتشعشعی (تابشی)بهمادهغذاییمنتقلشود. معمولادرخشک‌کن‌ها،ابتداحرارتتولیدوسپسبهمادهغذاییازطریقهدایت،جابجاییویاهردومنتقلمی‌گرددولیدرخشک‌کن‌هاییکهانتقالحرارتبهصورتتشعشعی )خشک‌کن مایکروویو)صورتمی‌گیرد،گرمایشنتیجهواکنشبینانرژیمایکروویوویکمادهدی‌الکتریکدرمادهغذاییاست،بنابراینسرعتگرمایشسریعترخواهدبود (کاشانی‌نژاد،۱۳۸۲(.باافزایشتقاضابرایغذاهاییکهسریعآمادهمی‌شوند،پیشرفت‌هایاخیردرزمینهتکنولوژیمایکروویوجهتآبگیریمی‌تواندمناسبباشد.ازمزایایاینروشگرمشدنسریعاولیهتاحدوددمایتبخیر،بدونحرارت‌دهیبیشازحدویاخشکشدنبیشازحدسطحخارجیمادهاست. بنابراینمحصولخشکشدهباکیفیتبهتریتولیدمی‌شود. امواجمایکروویوبخشیازطیفالکترومغناطیسبافرکانسحدود۳۰۰۰۰۰-۳۰۰مگاهرتزوطولموج 1- 001/0درهواهستندکهبینطیفدی‌الکتریکومادونقرمزقراردارندوازمادهعبورکردهوباتحریکپیوندهایبینترکیباتشیمیاییبهخصوصآب،حرارتتولیدمی‌کنند (پرکشوهمکاران،٢٠٠٤(. درصنعتغذاازاینانرژیبهمنظورگرمکردن،خشککردن،انجمادزدایی،نرمکردن، استریلیزاسیونو ... استفادهمی‌گردد.درسالهایاخیرنیزخشککردنبااستفادهازامواج مایکروویوگزینهمناسبیدرصنعتغذامحسوبمی‌شود(کوییوهمکاران،٢٠٠٤).علت سرعتبالایخشککردندرمایکروویوایجادگرادیانفشاراست(کرایشیوهمکاران،٢٠04). درفرآیندخشککردنانتقالجرموحرارتبهطورهمزمانصورتمی‌گیردوبهدنبال پیشرفتفرآیند،ساختارفیزیکیمادهدرحالخشکشدنتغییرمیکند. برایبهینهسازیفرآیند خشککردن،طراحیوکنترلیکخشک‌کن،مدلسازیفرآیندخشککردنواقعیباتوجهبه روابطریاضیضروریاست. ازاینروبرایپیش‌بینیفرآیندخشککردنمحصولاتکشاورزی، ازخشککردنلایهنازکویاخشککردنبسترعمیقمی‌تواناستفادهکرد. درخشککردنتجاری،معمولاازخشک‌کن‌هاییبابسترعمیقاستفادهمی‌شودوازآنجاکه ارزیابیوبدستآوردنپارامترهایخشککردندرخشک‌کن‌هایواقعیبسیارپیچیدهومشکل است،لذاباخشککردنلایهنازکیازپیازدرشرایطآزمایشگاهیمی‌توانمدلمناسبو شرایطبهینهرابرایخشک‌کن‌هایتجاریبدستآورد. برایبهینهسازیفرآیندخشککردن علاوهبربررسیتاثیردمابرزمانوشدتخشککردنپیاز،بررسیتاثیردمایخشککردنبر ویژگی‌هایکیفیمحصولنیزبایدموردتوجهقرارگیردتاشرایطبهینهبرایخشککردنپیاز تعیینشود. خشککردنلایهنازکبهفرآیندیاشاره می‌کندکهدرآنتمامیمادهغذاییبهطورکاملدر معرضهواییباشرایطثابت(درجهحرارتورطوبتثابت)قرارگرفتهوخشکمی‌شود. به طورکلیخشککردنموادغذاییتاضخامت۲۰سانتیمتررابهعنوانخشککردنلایهنازک درنظرمی‌گیرند.تمامیخشک‌کن‌هایمداوموغیرمداومصنعتیبراساسنتایجبهدست آمدهاز خشککردنلایهنازکطراحیمی‌شوند) بالا،۱۹۹۷،چاکراورتی،۱۹۹.(

1-7. اهداف و مزایای خشک کردن

الف. چون aw¹ کاهش می‌یابد، پس قابلیت نگهداری محصول افزایش می‌یابد. بدین صورت که هم فعالیت و رشد میکروارگانیسم‌ها و هم فعالیت آنزیم‌‌‌‌‌‌ها کاهش می‌یابد و یا بعضا متوقف می‌شود.

ب. در اثر خشک کردن حجم و وزن ماده غذایی کاهش می‌یابد. کاهش حجم و وزن باعث می‌شود که در هزینه‌های حمل و نقل صرفه‌جویی شده و علاوه بر این هزینه‌ نگهداری محصول نیز کاهش می‌یابد.

ج. در اثر خشک کردن محصولاتی بدست می‌آید که آماده مصرف هستند مثل چای، قهوه فوری و پودر آبمیوه که با افزودن مقداری آب به آن‌ها آماده مصرف می‌شوند.

1-8. عوامل موثر در خشک کردن یک محصول

1-8-1. شرایط محیطی

1-8-1-1. دما: هر چه اختلاف درجه حرارت بین ماده غذایی و عامل گرما دهنده بیشتر باشد، سرعت تبخیر بیشتر خواهد بود. البته در مراحل اولیه خشک کردن که دمای ماده غذایی از دمای هوای اطراف آن بسیار کمتر بوده و غلظت محصول نیز کمتر است، سرعت تبخیر بیشتر می‌باشد، ولی چون به تدریج دمای محصول زیادتر می‌شود، سرعت خشک کردن هم کمتر می‌شود. هر چه دمای هوا بالاتر باشد، قدرت جذب رطوبت بیشتر خواهد بود، به همین علت است که در خشک کردن تا حدامکان از هوای داغ استفاده می‌شود البته کنترل دمای هوا جهت جلوگیری از صدمه حرارتی به ماده غذایی از عوامل مهم می‌باشد.

1-8-1-2. سرعت جریان هوا: به این معنا است که رطوبتی که از ماده غذایی در اثر حرارت تبخیر می‌شود، هر چه با سرعت بیشتری از ماده غذایی دور شود، کار تبخیر بعدی با سرعت بیشتری صورت گرفته و به عبارتی از اشباع شدن هوا از رطوبت جلوگیری می‌کند.

1-8-1-3. خشکی هوا: بدیهی است هر چه رطوبت اطراف محصول بیشتر باشد تبخیر دیرتر صورت می‌گیرد و هر چه رطوبت هوای مورد استفاده در خشک‌کن کمتر باشد، ظرفیت جذب آب آن بالاتر است.

1-8-1-4. فشار هوا: هر چه فشار هوای اطراف جسم مرطوب کمتر باشد، در صورت ثابت بودن دما، سرعت تبخیر زیادتر خواهد شد. این امر بیانگر آن است که در شرایط خلا می‌توان دمای تبخیر را کاهش داده و در نتیجه سرعت تبخیر را افزایش داد.

1-8-2. خصوصیات خود جسم

1-8-2-1. سطح آزاد محصول و اندازه ذرات محصول: عموما هر چه قطعات محصول دارای اندازه ذرات کوچکتری باشند، زمان خشک کردن کوتاهتر وسرعت خشک کردن بیشتر می‌شود. هر چه ذرات کوچکتر باشد، سطح تماس آزاد محصول با عامل حرارتی بیشتر بوده و سرعت خشک کردن افزایش می یابد.

1-8-2-2. غلظت مواد محصول: هر چه غلظت مواد محلول بیشتر باشد نقطه جوش آب بالاتر رفته و عمل خشک کردن کندتر می‌شود.

1-8-2-3. اتصالات آب: هر چه فشار بخار آب ماده غذایی از فشار بخار آب موجود در اتمسفر بیشتر باشد، شدت تبخیر سطحی آن بیشتر می‌شود. با کاهش آب آزاد فشار بخار افزایش یافته و از شدت تبخیر کاسته می‌شود. علت این امر آن است که مقداری از آب با اتصالات شیمیایی به مواد تشکیل دهنده ماده غذایی متصل می‌باشد. به طوری که هر قدر آب آزاد بیشتر باشد، خشک کردن با سرعت و شدت بیشتری انجام می‌شود.

1-8-2-4. ساختمان سلولی و وضعیت مواد تشکیل دهنده: هنگامی که سلول ماده غذایی می‌میرد، دیواره نسبت به خروج رطوبت مقاومت نکرده لذا عمل تبخیر آسان تر صورت می‌گیرد. در مورد وضعیت مواد تشکیل دهنده نیز هر چه مولکول‌ها یکسان‌تر باشند، راحت‌تر رطوبت را از دست می‌دهند. در حالی که محصولاتی مانند گوشت که عمده مواد چربی و ماهیچه بوده و به صورت لایه لایه روی هم قرار دارنداز تبخیر جلوگیری می کنند پس مقدار رطوبت در قسمت های مختلف آن به دلیل متفاوت بودن مقدار چربی با هم متفاوت خواهند بود.

معادلاتخشککردنلایهنازک

پیش‌بینیشدتخشککردن) بهویژهدرمحصولاتمتخلخلجاذبرطوبت)درمرحلهسرعت نزولیپیچیده‌ترازمرحلهسرعتثابتاستچوندراینمرحلهعلاوهبرمکانیسم‌هایانتقال خارجی (انتقالجرموحرارتبهروشجابجایی)،مکانیسم‌هایانتقالدردرونمحصول(انتقال جرمبهروشنفوذوانتقالحرارتبهروشهدایت)نیزبایدموردتوجهقرارگیرند. ازاینرو تئوری‌هاومعادلاتمختلفیبرایپیش‌بینیرفتارخشککردندرمرحلهسرعتنزولیعرضه شدهاستکهبهسهدستهروابطتئوری،نیمهتئوریوتجربیتقسیممی‌شوند. روابطتئوریاز معادلهنفوذیامعادلاتانتقالحرارتوجرمناشیمی شوند. روابطنیمهتئوریازتخمین،تقریب ویااصلاحمعادلاتتئوریحاصلمی‌شوندومعادلاتتجربیازارتباطمستقیمبینتغییرات مقداررطوبتمادهغذاییوزمانخشککردنبهدستمی‌آیند(بالا،١٩٩٧؛بروکروبیکر، ١٩٩٢، چاکراورتی،1995). معادلاتنیمهتئوریخشککردنازسادهکردنسریعمومیمعادلهفیکیااصلاحمعادلات سادهشدهبهدستمی‌آیندامااینمعادلاتفقطدرمحدودهدرجهحرارت،رطوبتنسبی، سرعتجریانهواومقداررطوبتیکهگزارششده‌اند،معتبرمی‌باشند.معادلاتنیمهتئوری نسبتبهمعادلاتتئوریساده‌ترهستندومحاسبهآن‌هازمانکمترینیازدارد. علاوهبرایندر اینمعادلاتنیازیبهدرنظرگرفتنبعضیفرضیاتمعادلاتتئوریمثلشکلهندسی،نفوذو هدایتجرمنیست. دربینمعادلاتنیمهتئوری،مدلهندرسون-پابیس¹،مدلنماییدو جمله‌ای²،مدللوئیس³،مدلپیج⁴ کاربردگسترده‌ایدارند(بالا،١٩٩٧؛بروکر وبیکر،١٩٩٢؛چاکراورتی،١٩٩٥).

معادلاتتجربیخشککردن: همانگونهکهاشارهشد،اینمعادلاتازارتباطبینتغییرات مقداررطوبتوزمانخشککردنمشتقمی‌شوند. دراینمعادلاتاصولفرایندخشککردن نادیدهگرفتهشدهوپارامترهایآن‌هامفهومفیزیکیندارند. ازاینروقادرنیستندمفهومدقیقیاز عواملمهممؤثردرفرآیندخشککردنراارائهکنند.اگرچهممکناستمنحنیخشککردنرا برایشرایطآزمایشگاهیبهخوبیتوصیفنمایند) کریمروهمکاران،٢٠٠١؛میرساوبروکر، ١٩٨٠). جهتبسط‌ دادن معادلاتخشککردنلایهنازک، محققینلایهنازکیازمادهغذاییراتحت شرایطکنترلشده‌ایازدرجهحرارت،رطوبتنسبیوسرعتجریانهواقراردادهوتغییرات وزننمونهرادرفواصلمعینیثبتمی‌کنند.سپسبابرازشنتایجآزمایشگاهیبهمدلمربوطهبا استفادهازتکنیکرگرسیونخطییاغیرخطی¹،پارامترهایثابتخشککردن² رابهدست می‌آورند.درنهایتبرایبهدستآوردنمعادلهعمومی³،رابطهریاضیبینپارامترهایثابت خشککردنراتعیینمی‌کنند.‌ مدل‌هایتئوریوتجربیمتعددیبرایبسیاریازموادغذاییومحصولاتکشاورزیارائه شدهاست،همچنینخشککردنپیازنیزتوسطتعدادیازمحققینموردبررسیقرارگرفته ولیدرموردخشککردنپیازهیچ‌کدامازارقامایرانیمدلیگزارشنشدهاستلذا دراینتحقیقبهبررسیمدلسازیخشککردنپیازتوسطمدل‌هایمتعددمی‌پردازیم.

1- Henderson-Pabis 2- Two-term exponential 3- Lewis 4- Page

{ 7

ضرورت انجام تحقیق

در اکثر کشورهای جهان پیاز به عنوان ماده غذایی مهم در سبد محصولات غذایی خانوارها قرار دارد. پیاز یکی از این محصولات است که با توجه به مصرف بالای آن و نیز میزان بالای ضایعات کشاورزی به دلیل فساد‌پذیری احتیاج به روش‌های نگهداری آن روز به روز بیشتر احساس می‌شود. در بین روش‌های نگهداری مواد غذایی، خشک کردن یکی از پرکاربردترین آنها می‌باشد که قدمت طولانی دارد. به همین دلیل تحقیقات زیادی درباره خشک کردن این محصول انجام شده. پارامترهای کیفی محصول خشک شده در همه روشهای خشک کردن از اهمیت زیادی برخوردار بوده و به آن توجه می‌شود.انجام این تحقیق با توجه به اینکه هیچ مطالعه‌ای بر فرآیندهای مختلف خشک کردن در ایران انجام نشده امری ضروری می‌.باشد.

1-4- اهداف و فرضیات

1-4-1- اهداف

1. بهینه کردن شرایط خشک کردن پیاز.
2. بررسی سینیتیک خشک کردن پیاز.
3. بدست آوردن مدل ریاضی برای خشک کردن پیاز.
4. بررسی اثر نوع خشک کن بر کیفیت فیزیکوشیمیایی پیاز.
5. بدست آوردن بهترین مدل توصیف کننده خشک کردن پیاز.

1-4-2- فرضیات

1. دماهای مختلف خشک کردن بر خصوصیات کیفی و ظاهری پیاز تاثیر گذار است.
2. نوع خشک‌کن مورد استفاده بر خصوصیات کیفی و ظاهری پیازموثر است.
3. خشک کردن ترکیبی با هوای داغ و مایکروویو باعث بهبود خصوصیات کیفی و ظاهری پیازمی‌شود.
4. با بدست آوردن مدل ریاضی خشک کردن لایه نازک می توان فرایند خشک کردن پیاز را بهینه کرد.