بخشی از مقاله
فن آوري نوين خشك كردن
دربسياري از فرايندها خشك كردن يك كار سخت و مهم است . يك بررسي پژوهشي نشان داد كه در سال 1985 در آمريكا 4/2 كواد , افزون بر 20 كواد نيرو براي خشك كردن مصرف شده است . پس حتي درصد كوچكي صرفه جويي در مصرف انرژي بهبود قابل توجهي را در كارايي انرژي ايجاد مي كند . افزون بر اين ديگر كيفيت نهايي محصول غذايي به شدت تحت تأثير روش و راهكار خشك كردن قرار دارد.
در بخشهاي بعد اين فصل روشهاي جديد خشك كردن و كاربرد استخراج با سيال فوق بحراني و متراكم مكانيكي مجدد بخار در فرايند خشك كردن آورده شده است .
1-4 خشك كردن با كهموج (ميكروويو)
امواج راديويي با بسامد بالا تا 000/30 مگاهرتز مي تواند در خشك كردن به كار گرفته شود . يك ژنراتور بسامد بالا موجها را به درون يك آون كه براي جلوگيري از عبور موجها طراحي شده است مي فرستد. طول موج گزيده شده به گونه اي است كه از عبور و نفوذ آنها از داخل ماده‌ي غذايي اطمينان به دست آيد. افزون بر اين ميزان نفوذ تحت تأثير عمق و نوع مواد در معرض موج قرا ر مي گيرد . هر ماده اي بايد به طور جداگانه مورد آزمايش و محاسبه قرار گيرد تا طول موج مناسب برا ي خشك كردن آن شناخته شود. چنانچه انرژي امواج به داخل ماده وارد شود مولكولهاي ماده سعي مي كنند در جهت ميدان الكتريكي اعمال شده آرايش بگيرد . سپس در حول محور خود شروع به نوسان مي كند و انرژي موج ها را به انرژي حرارتي تبديل مي كند.
اين حرارت توليد شده موجب خشك شدن ماده غذايي مي گردد. نوع طراحي اتاقك خشك كن كه مانع عبور موجها و فرار آنها مي گردد موجب مي شود كه موجها پس از بازتابهاي متوالي بر روي ديواره هاي محفظه به طوركامل جذب ماده ي در حال خشك شدن گردد در اين روش سرعت خشك شدن به طور قابل توجهي افزايش مي يابد . به دليل آن كه موج ها بايد از ماده غذايي عبور كند تا بتواند نقاط دروني آن را خشك كند , خشك كردن غير يكنواخت مي گردد.
اين نوع گرمايش كارايي بالايي دارد و راندمان مصرف توان , معمولا بيشتر از 70% است .
جنبه هاي تجاري مهم اين روش نگهداري رنگها و كيفيت طبيعي ماده غذايي است . اين روش مي تواند چيپس سيب زميني و كلم و تكه هاي سيب زميني را به ترتيب از مقدار رطوبت 15% به 9% و 7% به 5% كاهش دهد. در اين روش زمان مورد نياز براي خشك كردن 5/1 زمان لازم نسبت به خشك كن هاي دمش عرضي هوا مي باشد .
در اين زمينه (جپسون) و (نوري و سالونخه ) و (هوكسول و مورگان)و (ديويس)و(وينكه) و(پورتر)و(بلو)و(اوامير) كارهايي را انجام دادند.
2-4 : اتيل اولئات :
در فرايند خشك كردن مي توان از برخي تركيب ها برا ي افزايش سرعت خشك كردن برخي از محصول هاي غذايي بهره گيري كرد.
يكي از اين تركيب ها اتيل اولئات مي باشد. اين ماده باعث مي گردد كه سطح ماده ي غذايي خشك شود و رطوبت پدير گردد و رطوبت داخلي را بيشتر به طرف سطح بكشد . بسياري از پژوهشگران بر اين باورند كه اين پديده به علت واكنش حل كنندگي اتيل اولئات كه پوسته ي مومي و ديواره ي ياخته ي برخي فرآورده ها را در خود حل مي كند مي باشد.
تنها نشاسته با آميلوز بالا انگورهاي بي دانه , دانه هاي ذرت و برخي از ميوه هاي متخلخل تحث تاثير اين ماده بهتر خشك مي شود . اين ماده همچنين روي خمير هاي نشاسته تاثير دارد و لي بر روي ژل ها بي اثر است .
عمل اتيل اولئات مانند يك فعال كننده ي سطحي مي باشد و با افزايش دادن و پخش كردن نقاطي كه مسيري برا ي عبور آب هستند سرعت تبخير رطوبت را زياد مي كند .
براي مثال مواد مومي كهدر سطح انگورها وجود دارد مانع انتقال رطوبت مي گردد كه اتيل اولئات با حل كردن آنها انتقال حرارت را به درون محصول آسان مي كند.
شكل 4-1 اثر ميزان اتيل اولئات را بر روي سرعت خشك كردن مواد غذايي توسط هوا را نشان مي دهد .
ساراواكوس(1986) و سوارزو همكاران (1986) و سالاس و لابوزا (1968)و لوسين و روت (1985) و ساراوكوس و چارم (1962) و پونتينگ و مك بين (1970) و رازوو ساراواكوس (1986) وريواومازي (1986) و چمبرو پوسينگهام (1963) دراين زمينه ي كارهاي بيشتري انجام داده اند.
3-4 خشك كردن صوتي :
نوآوري ديگر در خشك كردن مواد غذايي و خشك كردن صوتي است . در اين روش محصول ها توسط موج هاي صوتي با شدت بالا و فركانس كم در دامنه ي دمايي پايين 0140 تا 200 درجه فارنهايت خشك مي شود . اين موج هاي صوتي نيرومند ضرايب انتقال گرما و جرم را درلايه ي مرزي محصول افزايش مي دهد . اين پديده باعث جدا شدن مايع از جامد مي گردد. سرعت خشك كردن اين گونه خشك كن 3 تا 10 برابر خشك كن هاي معمولي است. بهره وري آنها نزديك BTU/IB 1500 آب جدا شده است.
اين فرايند در پهنه ي موج هاي فرا صوتي نيز انجام مي گيرد . محصولي كه بايد خشك شود در اثر وزن خود از بالاي خشك كن در آن مي ريزد.
محصول براي ورود به اتاقك خشك كن ابتدا پودر مي شودو سپس با هوا و موج هاي صوتي نزديك ودر معرض چند ثانيه خشك مي گردد .
در نهايت يك سيكلون براي جمع آوري محصول خشك شده درمسير قرار داده ميشود . اين دستگاه نياز به يك سيستم صداگير دارد . زيرا هنگام خشك كردن سرو صداي زيادي ايجاد ميكند.
غذاهايي كه معمولا در دسته مواد غذايي قرار مي گيرند كه به سختي خشك مي شوند در خشك كن صوتي به طور موفقيت آميزي خشك گرديده اند.
مايع هايي كه داراي 5 تا 78% رطوبت است .تا مرز 5/0% رطوبت خشك شده است .
محصول هاي غذايي داراي چربي فراوان تا نزديك 30% نيز در اين سيستم به خوبي خشك شده است.
محصولات ديگري كه در اين خشك كن به خوبي خشك مي شود عبارت است از :
شربت هاي ذرت سرشار از فركتوز و رب گوجه فرنگي و آب ليمو و آب پرتقال ازا آنجا كه اين فرايند كم و بيش تند و خنك است و افت طعم و بو و رنگ و ارزش خوراكي آن كم است .
افزون بر اين بازسازي آن آسان و مزه ي آنها بر جاي مي ماند. آگاهي بيشتر در اين زمينه را ميتوان از بنگاه گسترش آمريكا (موراليدها)و(انسمينگر) به دست آورد.
4-4 خشك كردن با پرتو زير قرمز
اين روش خشك كردن اغلب با خشك كردن به روش تصعيدي برا شتاب بخشيدن به فرايند تصعيد و خشك كردن مرحله اي و خشك كردن نواري پيوسته استفاده مي شود.
تابش پرتو زير قرمز به وسيله داغ كردن فرآورده تا دماي بالا موجب جذب مستقيم رويه به وسيله پرتو افشاني مي گردد . فراورده هاي آرماني برا ي اين روش به كار بستن اجسام سياه است . اين دما بيشتر با شعله گاز پديد مي آيد .
روش هاي برقي مانند لامپ هاي گداخته بازتابنده 100 تا 5000 وات , لوله هاي كوارتز و مقاومت ها مي باشد. پرتو افشاني داغ از صفحه هاي سوار شده در بالاي سيني ها ي محصول مي تابد.
چون ضخامت لايه هاي محصول نبايد بيشتر از 3 ميلي متر باشد بيشتراز روش پيوسته بهره گيري مي شود.
دوغاب ها و ژل ها در اين روش به خوبي خشك مي گردد و جذب بهتري دارد.
اين روش خشك كردن سرعت خشك كردن بالا را بدون خطر سوختن ماده غذايي فراهم مي كند.
(بيااو)و(وينك)و(هاگن و دراورت)و(ساندو)و(اورفويل)و(سيفاوري وپرير)و(هاساتاني)و (كوتز )
پژوهش هاي ديگري را در اين زمينه انجام داده اند و در روسيه نيز پژوهش هاي ارزشمندي انجام يافته است .
5-4 آب زدايي به روش ميدان الكتريكي و مغناطيسي
بهره گيري از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي در آغاز براي جدا كردن تركيب هاي جامد با مايع به كار رفته است . نخستين بار كه در فرايند اين كار فر آورده آب زدا گرديد به عنوان يك روش كامل كننده ي روش سنتي آبگيري به كار رفت .
بخش بنيادين فرايند جريان ميدان برق مستقيم است كه بر رو ي جسم آبگيري شونده به كار مي رود.
اين روند بر ويژگي هاي رويه اي جامد- مايع مانند پتانسيل زتا برهم كنشي دوقطبي ها و ويژگي نم گيري آن اثر مي گذارد .
اين روش در دو فرايند كار مي كند.يكي تراوندگي برقي يا الكترو اسمزي و صافي الكتريكي . اكترواسمزي حركت آب از ميان پوسته هاي متخلخل محصول با به كاربردن جريان برق مستقيم است .
اين يك فرايند نفوذ سطحي مي باشد. صافي كردن صافي الكتريكي حركت ذره هاي باردار شده است به سمت الكترودها در يك ميدان الكتريكي مستقيم است . اين فرايندها پيش از فرستادن فرآورده به خشك كني ديگر در يك اتاق جداگانه انجام مي گيرد .
به دليل هاي اقتصادي روش اين فرايندها در اندازه هاي بازرگاني انجام نمي شود. و لي در آينده به دليله اي زيست محيطي توجه بيشتري به آن خواهد شد در اين زمينه پژوهش هاي بيشتري به وسيله سازمان هاي كان هاي آمريكا ة سازمان علمي و پژوهش صنعتي مشتر ك المنافع استراليا ة اداره توليد برق مركزي انگلستان و انجمن بنياد بانك سوئيس و شركت برق فوجي با مسئوليت محدود و ژاپن , روش هاي شيميايي زيست محيطي مونسانتو در آ مريكا انجام گرفته است .
6-4 بخار داغ :
اين روش خشك كردن معمولا با يك روش خشك كن دو نواري همراه است . محصول بر روي نوار بالايي به صورت يك لايه ي يكنواخت و غير فشرده قرا ر مي گيرد. هنگامي كه نوار وارد خشك كن مي گردد بخار سراسر نوار و محصول را مي پيمايد .
در پايان نخستين نوار نقاله يك روش بارگيري گرانشي محصول را روي نوار پاييني بارگيري مي كند. و محصول نيمه خشك دوباره سراسر اتاقك خشك كن را مي پيمايد . بخار به طور موازي به محصول دميده مي شود . اين روش برا ي خشك كردن يوننجه و خميرها مناسب است. شكل 4-2 نمايي از اين نوع خشك كن را نشان مي دهد.
هوا نبايد به درون اين سيستم راه يابد وبنابراين دستگاه بايد به خوبي و در برابر ورود هوا آب بندي شود.
بخار داغ در فشار اتمسفري تنها محيط خشك كننده ي موجود مي باشد. اين روش نسبت به خشك كردن با هواي داغ زمان و سطح خشك كردن مورد نياز را كاهش ميدهد.
سرعت تبخير توسط سرعت انتقال گرما ميان مايع خشك كننده و محصول كنترل مي شود و در پايان فرايند خشك كردن بخار ساده تر از هوا از محصول خشك خارج مي گردد.
بخار كاملا اشباع شده از خشك كن بيرون مي رود و سپس فشرده شده تا اندك آب به جا مانده درآن معيان يافته و از آن خارج شود . پس از پايان فرايند بخار منبسط شده و به داخل خشك كن باز گردانده مي شود.
با اينكه هزينه ي اوليه اين روش بسيار بالاست ولي سودمندي آن بسيار است . هيچگونه ضايعاتي در فرآورده پديد نمي آيد و موجب سوختن محصول نمي شود آلودگي زيست محيطي نداردو 50 % انرژي صرفه جويي مي شود. براي اطلاعات بيشتر به گارين و همكاران مراجعه شود.
هوانبايد به درون اين سيستم راه يابد و بنابرين دستگاه بايد به خوبي در برابر ورود هوا اب بندي شود بخار داغ در فشار اتمسفري تنها محيط خشك كننده ي موجود مي باشد اين روش نسبت به خشك كردن مورد نياز را كاهش مي دهد سرعت تبخير توسط سرعت انتقال گرما ميان مايع خشك كننده و محصول كنترل مي شود در پايان فرايند خشك كردن, بخار ساده تر از هوا از محصول خشك خارج مي گردد بخار كاملا اشباع شده از خشك كن بيرون مي رود و سپس فشرده شده تا اندك اب به جا مانده در ان ميعان يافته و از ان خارج شود .
پس از پايان فرايند, بخار منبسط شده و به داخل خشك كن باز گردانده مي شود . با اينكه هزينه ي اوليه اين روش بسيار بالا است, ولي سودمندي ان بسيار است هيچ گونه ضايعاتي در فراورده پديد نمي ايد و موجب سوختن محصول نمي شود .
الودگي زيست محيطي ندرد و 50 ./. انرژي صرفه جويي مي شود براي اطلاعات بيشتر به گارين و همكاران مراجعه شود.
7-4 آب گيرنده ها (نم گيرها)
نم گيرها ابتدا در صنعت تهويه مطبوع مورد استفاده قرارگرفته است . اما بسياري بر اين باورند كه اين روش ويژه مي تواند كاربردهايي در خشك كردن مواد غذايي داشته باشد . فرايند بر پايه ي يك روش رطوبت زدايي از هواي در حال جريان در يك سيكل تبخير كننده سركننده ي بسته قرار دارد. اين گمان هست كه با جذب رطوبت محصول غذايي در حفره هاي نم گير و چگالش آب گرماي نهان تبخير را مي توان به گرماي محسوس تبديل كرد.
محصول در يك خشك كن چرخان يا ناپيوسته خشك مي گردد. سرعت بالاي چرخش ديگ خشك كن همراه با سرعت جريان پايين هوا باعث ايجاد پتانسيل بالايي براي انتقال جرم از هوا به نم گير مي شود.
براي پايه از نگهداشتن دماي نم گير همواره يك جريان آب سرد در چرخ است . مي توان از ژل جامد يا يك مايع نم گير نيز بهره گيري كرد . ژل جامد براي بيرون راندن آب به فشار بالايي نياز دارد وبراي فعال كردن نم گير نيز به دماي بالاتري نياز است .
پس اين فرايند براي راه اندازي به هزينه چشم گيري نياز دارد. فشار بخار نم گير مايع از آب كمتر است كه اين خود موجب آبكي شدن نم گير مي شود . اين بدان معني است كه ماده نم گير رطوبت را از محصول جذب مي كند. تحقيقات بيشتر توسط گانديداسان و همكاران 1998 پني و ماكلاين – كراس 1985 و اپشتاين و گرولمز 1983 انجام گرفته است.
8-4: در اين فرايند اسمزي از چندين محلول براي خشك كردن تراوشي بهره گيري مي شود . نوع اصلي تميار با شربت شكر است . اين روش آب زدايي با قرار دادن محصول مرطوب در مجاورت محلول شكر انجام مي شود. برگه هاي محصول براي 4 تا 24 ساعت در محلول هاي غليظ شكر گذارده مي شود . كه اين زمان به گونه ي غذايي كه بايد خشك شود بستگي دارد.
اين عمل رطوبت محصول را تا 50% كاهش مي دهد. و پس از آن مي توان براي خشك كردن بيشتر محصول از روشهاي سنتي ديگر بهره گيري كرد.
موارد مورد استفاده ديگر شكر و مخلوط شكر و نشاسته وشربت شكر است. اين فرايند شيرين سازي محصولي متخلخل با بافت شكننده به دست مي دهد كه بيشتر طعم اوليه را به همراه دارد.
از اسمز معكوس نيز مي توان به عنوان يكروش آبگيري استفاده كرد . اين فرايند بيشتر براي تغليظ كردن آبميوه ها سودمند است . و نسبت به روشهاي موجود سرعت بيشتري دراد.
دامنه ي دمايي مناسب براي اين فرايند بين 20 تا 40 درجه ي سانتي گراد مي باشد. زمان خشك كردن با دما نسبت معكو س دارد. پژوهش ها نشان مي دهد كه افزايش دما بين 40 تا 80 درجه سانتي گراد زمان خشك كردن را كوتاه تر مي كند.
ولي كيفيت محصول را نيز كاهش مي دهدو علاوه بر اين موجب چروكيدن پوسته ديواره ياخته مي گردد.
سرعت خشك كردن به نوع ماده ي غذايي ماده ي مورد استفاده براي تراوش و پارامترهاي فرايند خشك كردن بستگي دارد . افزون بر اين دماهاي بالاتر چسبندگي محلو ل را پايين مي آورد و باعث افزايش ضريب نفوذ آب در فرايند تراوش مي شود .
شكل 3-4 تاثير درجه ي حرارت را بروي فرايند تراوش سيب نشان مي دهد. تحقيقات بيشتر در اين زمينه توسط پونتينگ 1966 و آدام بونو و كاستاين 1983 و لنارت و لويكي 1988و لس و سالونخه 1967 و 1966 و سالونخه و دو 1973 و بولين 1970 و مورگامن 1965 و ايگاراشي و همكاران 1988 انجام گرفته است.
9-4. تركيدن پفكي
اين روش بسياري از ويژگي هايي دلخواه محصول خشك شده به روش تصعيدي را با هزينه ي كمتر, زمان خشك كردن كوتاهتر و جذب اب بهتر براي محصول نهايي, فراهم مي اورد محصول خشك شده به روش تصعيدي را با هزينه كمتر زمان خشك كردن كوتاهتر و جذب آب بهتر براي محصول نهايي فراهم مي آورد. محصول در گام نخست تا اندازه اي خشك و سپس آن را به يك استوانه چرخان بسته كه تفنگ ناميده مي شود بار مي كنند.
محصول در داخل استوانه گرم مي شود تا اين كه فشار داخلي آن به اندازه اي از پيش تعيين شده برسد.
سپس فشار ماده ي غذايي به سرعت تا فشار اتمسفري اهش داده مي شود.
در اين حالت مقداري از آب ماده ي غذايي بخار شده است. واقعيت آن است كه تركيدن يك شبكه سوراخ درون قطعه پديد آورده است . اين سوراخ ها باعث مي شود كه خشك شدن نهايي بهتندي كامل مي شود كهاين سرعت تقريبا دو برابرسريعتر از روش هاي سنتي خشك كردن مي باشد . تفنگ دوباره چند سال پيش با ساخت بخار بسيار داغ 500 فارنهايت و فشار 55 پوند بر اينچ مربع درون آن طراحي شد . اين امر از چگالش بخار جلوگيري مي كند و باعث مي شود كه ذرات از همه سمت در برابر بخار قرار گيرد . اين فرايند بيشتر براي ميوه ها و سبزي ها و غله ها به كارمي رود . پژوهش هاي ديگري بر روي خشك كردن و بازسازي مجدد توسط استرول 1970 و ايزيدرو 1968 و ايزنهارت و همكاران 1968و1967و1964و1962 و ويلسون 1965 و سوليوان و كوردينگ 1969 و اسكلوو گلبر1964 و اسكو 1965 ارائه شده است .
10-4. خشك كردن كف پوشي :
دانسته شده است كه تبديل ماده ي غذايي مايع به كف هزينه ي كمتري براي بهبود كيفيت محصول دارد.
كف ها بسيار تندتر از مايع ها خشك مي شود و فرايند خشك كردن دردماي پايين تر و مدت زمان كوتاه تري انجام مي شود.
افزايش سرعت خشك كردن به دليل افزايش سطح تماس وانتقال ساده تر رطوبت از ميان ساختار خشك شده سوراخدار نسبت به ساختار داراي سوراخ كمتر مايع خشك شده مي باشد. انتقال حرارت در كف كارايي كمتري دارد ولي كافي است چون خشك كردن مواد غذايي توسط انتقال جرم داخلي كنترل مي شود . افزون بر اين زمان تماس ماده غذايي حساس به حرارت را با دماي بالا كاهش مي دهد و موجب مي شود كه كف هاي خشك شده داراي بافت سوراخدار بتواندبه راحتي رطوبت را جذب كند و بازسازي شود.
چندين روش خشك كردن كفي ايجاد شده است كه در برگيرنده ي خشك كردن پفي تحت خلا خشك كردن پاششي كفي و خشك كردن كف پوشي باشد ((خشك كردن پفي تحت خلا))به فرايندي گفته مي شود كه از خلا براي كف كردن محصول استفاده مي كند. به گفته ي هولذر ورث (1974) خشك كردن كفي در خلا از برسي هاي خشك كردن تصعيدي عصاره اب پرتقال , سرچمه گرفت چند نمونه عصاره اب ميوهي خشك شده ي تصعيدي , افزايش چشم گيسرعت خشك كردن و ساختار متخلخل , به دليل كف كردن مايعات تحت خلا را نشان داد .
زماني كه گازها, پيش از خشك كردن پاششي در فشار بسيار بالا در خوارك مايع حل ميشود فرايند كار خشك كردن پاششي كفي ناميده مي شود . چگالي محصول هاي خشك شده كفي تا يك دوم كاهش مي يابد. و در حالي كه محصول هاي خشك شده به روش پاششي به شكل كره ي تهي مي باشد كه ديواره ضخيمي از ماده ي خشك پيرامون آنرا فراگرفته است .
ولي محصول هاي به دست آمده از فرايند كفي داراي فضاي دروني گسترده و ديواه هاي نسبتا نازكي است . كراسبي و ويل 1977 از اصول كلي خشك كردن پاششي – كفي سخن گفته اند.
در خشك كردن كف پوشي كف كردن مايع به علت بودن عوامل فعال كننده سطحي ترسازها است كه يا به گونه اي طبيعي در ماده غذايي يافت مي شود و يا به آن افزوده شده است. يك كف پايدار در يك پوشش نازك گسترده و با هواي گرم خشك مي شود . نمونه ي محصول خشك شده با اين روش شير و خمير و سيب زميني و ميوه هاست . كه مي تواند از روي سطح نوار يا سيني متحرك خشك كن تراشيده شده و سپس گردآوري شود . هزينه خشك كردن كف پوششي از خشك كردن پاششي و غلطكي بيشتر است ولي از خشك كردن تصعيدي كمتر مي باشد.مورگان 1974.
اين به دليل سطح بزرگ خشك كردن لازم براي خشك كردن يك لايه ي نازك ماده غذايي باشد . لايه هاي ضخيم تر نامناسب مي باشد. زيرا زمان خشك كردن آنها از زمان پايداري بيشتر كف ها بيشتر است . هرتزندورف و موشي جدول زير را براي همسنجي هزينه كارهاي گوناگون خشك كردن به دست داده اند. در هنگامي كه هزينه هاي مطلق ممكن است پس از سال 1970 افزايش يافته باشد. هزينه هاي نسبي نيز احتمالا همين گونه خواهد بود.
پيشرفت هاي چند سال گذشته در زمينه ي فرايند خشك كردن كف پوشي و كاربردهاي آن در صنايع غذايي مي تواند بر روي كارهايي كه در سال 1960 به وسيله ي مورگان و همكارانش در آزمايشگاه پژوهش اداره ي كشاورزي بخش باختري آمريكا انجام مي گرفت اثر گذار باشد.
ولي انديشه ي خشك كردن كف پوشي پيشينه اي بيشتر دارد گواه اين پيشينه صدور حق امتياز برا كمپبل در 1917 و مينك 1939و1940 به ترتيب براي فرايندهاي خشك كردن شير و سفيده ي تخم مرغ مي باشد.
11-4. استخراج با سيال هاي فوق بحراني و كاربرد آن در خشك كردن :
سيال هاي فوق بحراني داراي ويژگيهاي يگانه اي مي باشد كه آنها را آماده مي سازد تا بخش هاي سازند را به گونه اي گزينشي از يك مخلوط جدا كند. اين توانايي اخيرا به عنوان گزينه اي براي فرايندهاي جداسازي مانند تقطير يا جداسازي بخش هاي مايع به كار گرفته مي شود . انگيزه ي بررسي و پژوهش استخراج باسيال فوق بحراني يافتن فن آوري هاي جداسازي با هزينه هاي انرژي پايين تر و بهبود استاندارد هاي سلامتي و ايمني است.
استخراج با سيال فوق بحراني , بهره برداري از ويژگيهايي است كه در دما و فشار بسيار بالا رخ مي دهد. شكل 4-4 يك نمودار چگونگي نسبت به دما – فشار براي دي اكسيد كربن مي باشد كه بخش هاي جامد يا مايع و گاز در آن نشان داده شده است . ناحيه ي فوق بحراني بالاي نقطه بحراني است .
در اين منطقه ويژگيهايي كه به وسيله سيال ها نمايش داده شد ويژگي هاي ميان سيال ها و گازها است.
سودمندترين ويژگي در زمينه ي استخراچ با سيال فوق بحراني و يژگي هاي ميان شاره ها و گازها است.
شك ل5-4 وابستگي ميان فشار و چگالي را نشان مي دهد . يك گاز با افزايش فشار چگالشي فزاينده مي يابد. در بالاي نقطه ي بحراني اين چگالي افزايش يافته حلاليت را تشديد مي كند و مانند يك مايع عمل مي نمايد.
همين حلاليت است كه از استخراج با سيال فوق بحراني يك گزينه ي دست يافتني مي سازد. ويژگي هاي انتقال جرم نيز همانند انتقال گازها در جداسازي سيال هاي بسيار حساس يك عامل برجسته مي باشد. از سال 1974 كه براي نخستين بار حق امتياز شماره 824/843/3 آمريكا منتشر گرديد بسياري از حق امتيازها در زمينه ي استخراج با سيال فوق بحراني در دسترس همگان قرار گرفت .
اين حق امتيازها در زمينه ي جداسازي رازك . كافئين و ادويه ها و اسيدهاي چرب و كاني ها و تركيب هاي عطر ساز بود.
متداول ترين حلال همگاني است زيرا سمي نيست آتش نمي گيرد ارزان است و دماي بحراني كمي K 304 دارد.
يك كاربرد استخراج با سيال فوق بحراني كه چنين مي نمايد هنوز آشكار نشده است . چگونگي كاركرد آن در خشك كردن مواد غذايي مي باشد. چون رطوبت ماده خوراكي بر روي بافت واكنش هاي شيميايي و فسادميكروبي آن تأثير دارد خشك كردن روشي است كه حفظ كيفيت و افزايش زمان عمر انبارداري ماده ي غذايي را به همراه دارد. پيچيدگي كار خشك كردن ماده ي غذايي آن است كه احتمال دارد در بافت آنها تغييرات فيزيكي يا شيميايي پديد آيد كه موجب تغيير ساختار محصول مي شود. استخراج با سيال فوق بحراني از بروز چنين مشكلاتي جلوگيري مي كند زيرا در اين روش فرآورده ها ي غذايي بدون آنكه آب آن از حالت مايع به حالت بخار درآيد خشك مي شود.
هميچنين اگر از يك حلال مانند دي اكسيد كربن فوق بحراني استفاده گردد و خشك كردن حتي در دماي محيط نيز انجام مي شود.
1- استخراج :
فرايند استخراج با سيال فوق بحراني در برگيرنده يك گام بنيادين است . پيچيدگي اين روش آن است كه هر گونه جداسازي به نوع محصول و شرايط عملياتي بستگي دارد . شكل 6-4 نشان دهنده ي يك روش بنيادين براي اين فرايند است. نخست محصول با سيال فوق بحراني در آميخته مي شود.
سيال نزديك به نقطه بحراني در شرايطي است كه حداكثر حلاليت بين آن و ماده استخراج شونده وجود دارد. يك فرايند پيوسته در اين نمودا رنشان داده شده است و محصول غذايي از طريق شيرهاي چرخان وارد انباره ي استخراج مي شود. دماي ماده غذايي طوري تنظيم مي شود كه با دماي سيال فوق بحراني نزديك باشد بايد پيش بيني هاي لازم انجام گيرد تا شرايط حداكثر حلاليت تغيير نكند. سپس ماده ي خوراكي از انباره پايين مي آيد و از شير چرخان ديگر بيرون مي ريزد . سيال فوق بحراني كه شامل ماده استخراج شده مي باشدو انباره ي استخراج را ترك كند و پس از عبور از ميان يك دستگاه شرايط را در جهت كاهش آميزش پذيري تغيير مي دهد. چون آميزش پذيري تابعي از دما و فشار است ازيك مبدل حرارتي برا ي كاهش دما جريان مخلوط حلال و تركيب استخراج شده استفاده مي شود . سپس مخلوط وارد يك جداكننده مي شود تا عصاره ي جداشده بتواند از حلال جدا شود . حلال دوباره به سيستم برگشت داده ميشود.
آشكار است كه افت سيال فوق بحراني از ميان شيرهاي چرخان بايد مد نظر قرار گيرد . اين مشكل به اين صورت حل مي شود كه از يك انباره ي يدكي سيال فوق بحراني برا ي افزودن و تامين پيوسته اين سيال استفاده مي شود.
شكل 7-4 نمايي از يك جريان را نشان مي دهد كه نه فقط سيال را تامين مي كند بلكه فشار را نيز توليد وتنظيم مي نمايد . بايد توجه داشت كه فشار فرايند نبايد هيچ گاه از فشار بحراني كمتر شود چون اگر اين مورد رخ دهد تغيير حالت رخ مي دهد و احتمال دارد كيفيت محصول نهايي تغيير كند.
2- كاربرد سيال فوق بحراني براي خشك كردن مواد غذايي :
استفاده از دي اكسيد كربن فوق بحراني كه ماده اي مطمئن سالم و مناسب مي باشد در صنايع غذايي مورد توجه قرار گرفته است . در حا ل حاضر اين فرايند براي استخراج بسيار ي از تركيب هاي مواد غذايي مانند كافئين و رازك مورد استفاده قرا ر مي گيرد. دماي بحراني پايين دي اكسيد كربن اهميت زيادي دارد چون تغييرات فيزيكي و شيميايي در اغلب مواد غذايي در اين شرايط به كندي انجام مي شود. سيال فوق بحراني خود را از تغيير حالت جلوگيري مي كند و اين موضوع برا ي حفظ ساختار و بافت محصول اهميت دارد .
روش هاي متداول خشك كردن ممكن است موجب قهوه اي شدن و چروكيدگي و حتي اتلاف عطر وطعم شود . استخراج آب با سيال فوق بحراني مي تواند از رخداد بيشتر اين پي آمدهاي ناخواسته جلوگيري كند. حل شدني بودن آب در دي اكسيد كربن براي خشك كردن به وسيله ي جداسازي سيال بسيار حساس حائزاهميت است . گرچه آب توان حل شدن كمي در دي اكسيد كربن دارد ولي كاملا نامحلول نيست . شكل 8-4 رابطه بين تركيب آب در دي اكسيد كربن و فشار را در دماهاي مختلف نشان مي دهد. نتايج بر حسب گرم آب در ليتر دي اكسيد كربن منبسط شده در شرايط استاندارد داده شده است. اين موضوع نشان مي دهد كه مقدار حل شدن آب بايد در شرايط فوق بحراني كه در آن چگالي دي اكسيد كربن افزايش مي يابد بيشترباشد . از اين نمودار مشخص مي شود كه با تغيير دما توان حل شدن نيز تغيير مي كند.
3- افزوني :
همانگونه كه گفته شد دي اكسيد كربن در همسنجي با توان حل كنندگي تركيب هاي ديگر نسبت به آب حل كننده ي ضعيفي است . توان حل كنندگي پايين احتمال برگزيده شدن را افزايش مي دهد كه گونه اي سودمندي است . ولي موجب محدوديت هايي مي شودو فرايند را با شرايط شديد يا غير اقتصادي روبرو كند . بهبود توان حلال مي تواند با استفاده از يك تركيب سوم انجام گيرد. اين تركيب يك افزودني حلال كمكي يا اصلاح كننده ناميده مي شود.
هدف از استفاده از افزودني افزايش ظرفيت حلال در يك روش است . افزودني بايد گونه اي برگزيده شود كه حلاليت آن ميان حلاليت سيال فوق بحراني و تريب حل شونده قرار گيرد . برونرر و پيتر 1983 سه شرط را برا ي افزودني بايسته مي داند:
1- افزودني بايد حلاليت را افزايش دهد و شرايطي فراهم آورد كه فرايند بتواند در فشار پايين تر انجام گيرد.
2- افزودني بايد فقط با تغيير دما شرايط بازيابي گازها را فراهم آورد.
3- افزودني بايد ضريب جداسازي را افزايش دهد.
در شكل 9-4 يك نمودار سه حالتي كه رابطه ميانيك روش با يك افزودني را نشان مي دهد نمايش داده شده است . بديهي است كه تحت شرايط از پيش تعيين شده يك اختلاف چشمگير در امتزاج پذيري بين دي اكسيد كربن و آب وجود دارد در حالي كه در اندازه حلاليت آب و افزودني هيچ گونه اختلافي نبايد وجود داشته باشد.
هنگامي كه افزودني در حلال مي شود ماده ي حل شده را با آن حمل خواهد كرد. اين فرايند را مي توان با تغيير امتزاج پذيري كنترل كرد. شكل 10-4 نشان مي دهد كه چگونه تغييرات دما مي تواند امتزاج پذيري را تغيير دهد.
برونر و پيتر اين نمودار را به گونه اي مشروح گزارش كرده اند. شكل 11-4 يك نماي جريان براي اين فرايند دو مرحله اي را به همراه نمودار سه حالتي برابر با مراحل نشان مي دهد.
در ستون نخست كه در دامنه بسيار حساس دما اندكي از دماي بحراني بالاتر است.
عمل مي كند يك اختلاف امتزاج پذير فقط بين سيال فوق بحراني و ماده ي جداشده وجود دارد. ستون دوم با همان فشارولي در دماي اندكي بالاتر عمل مي كند.
اكنون يك اختلاف امتزاج پذير اضافي وجود دارد. كه موجب مي شود در هنگامي كه حلاليت كاهش مي يابد. ماده استخراج شده جدا شود . زيان به كار بردن يك افزودني از دشواري هاي كار تا هزينه افزوده را در بر مي گيرد.
يك دشواري كار آن است كه يك مرحله دوم جداگانه براي افزودني موورد نياز مي باشد.
كاهش افزودني از اين مرحله را بايد براي پايدار نگهداشتن چگالش در دستگاه به گونه اي جايگزين كرد . امروزه پژوهش هاي اندكي د ر زمينه ي اندازه گيري روش هاي سه حالتي چاپ شده است .
چنين مي نمايد كه افزون يك افزودني به روش دو حالتي موجب انعطاف پذيري آشكاري مي شود و لي طبيعت دقيق تغييرات انجام شده شناخته شده نيست.
بررسي امكان سودمندي افزودني براي خشك كردن بايد آزمايش شود.
4- امكان پذيري :
يكي از زيان هاي مهم در روش جداسازي سيال فوق بحراني سرمايه گذاري بسيار براي دستگاههاي تحت فشار است . چون جداسازي با سيال فوق بحراني يك فرايند نسبتا جديد است پژوهش در زمينه ي طراحي و ساخت دستگاه هاي با كارايي بالا اندك بوده است .
ولي پيش بيني شده است كه گرايش جداسازي با سيال فوق بحراني موجب افزايش دلبستگي به اين پهنه خواهد شد . با افزايش اين گرايش ها پيشرفت هايي در زمينه كاهش هزينه هاي فرايند انجام خواهد شد.
هزينه فرايند به مقدار جداسازي مورد نياز و آبكي بودن ماده ي جدا شده بستگي دارد .معمولا غذايي كه شامل مقدار بالايي آب است . نسبت به خوراكي كه آب كمتري دارد به مقدار انرژي بيشتري براي خشك كردن و رساندن آن به مقدار رطوبت پايين تر نياز دارد.
از سوي ديگر كم آبكي بودن ماده ي جدا شده به انرژي بيشتري نياز دارد. شكل 12-4 وابستگي ميان كارايي و بازيابي و زمان را نشان مي دهد . چگالي هاي پايين تر ماده حل شده زمان لازم براي جداكردن مقدار كمي از محلول از زمان لازم براي استخراج همان مقدار در غلظت هاي بالا بيشتر است.
واضح است كه وقتي كارايي به بالاترين اندازه مي رسد در آن نقطه استخراج بيشتر غير اقتصادي خواهد بود.
يك رو ش جداسازي در برگيرنده ي جداساز ي مرحله اي است . نمودار آن درشكل 13-4 نشان داده شده است . تعداد مراحل و زمان صرف شده در هر مرحله توسط جداسازي مورد نياز تعيين مي شوند.
جداسازي مرحله اي موجب جداسازي جداسازي جزء به جزء مي شود. اگر توليد كننده به محصولي با خشكي هاي گوناگون نياز داشته باشد اين طراحي سودمند است. گرچه در زمينه ي افزايش صرفه جويي با اين طرح هيچگونه گواهي در دست نيست .
دوره هاي زماني طولاني براي تكميل خشك كردن يا تعداد بيشتر مراحل ممكن نيست . اين فرايند را ممكن نيست . اين فرايند را ممكن سازد . دبي نسي حلال مي تواند افزايش يابد . مي دانيم كه در مورد گاز دي اكسيد كربن يك جداسازي خوب با شرايط اشباع نياز به 5 تا 20 كيلوگرم گاز در ساعت براي هر كيلو گرم نمونه دارد.
براي امكان پذيري بيشتر فرايند مراحل صرفه جويي انرژي نيز پيشنهاد شده است . براي نمونه شكل 14-4 شرايط بايسته براي افزايش فشار از 60 به 600 بار را نشان مي دهد. در اين شكل فرايند دو مرحله اي كه شامل خنك كردن ميانه است بيش از 4/1 انرژي لازم براي فشرده سازي را متراكم كردن صرفه جويي مي كند. انرژي مورد نياز براي جداسازي سيال بسيار حساس كمتر از انرژي مورد نياز براي تقطير است . اين مقدرا انرژي براي جداسازي مايع مورد نياز مي باشد . اين تا اندازه اي بدليل سرعت هاي بالاي جداسازي گرماي جذب پايين و قابل دسترس بودن حلال هاي ارزان است .
اگر بتوان فرايند جداسازي را با تغيير دما كنترل كرد هزينه ي عمده ي عملياتي مربوط به فشرده ي سازي و دوباره فشرده كردن سيال بسيار حساس به كمترين اندازه مي رسد. هزينه ي انرژي فشرده سازي اين روش بسيار بالاست . اگر تغيير توان حل سازي را بتوان توسط تغييرات دما كنترل كرد مي توان از هزينه هاي انرژي بالا براي باز فشرده سازي سيال فوق بحراني دوري نمود.
بهره گيري از دگرگوني ها ي دما با سيا ل فوق بحراني دي اكسيد كربن بسيار سودمند است . چون ميتوان از دماهاي ميانه بهره گيري كرد. اگر از تغييرات دما استفاده گردد مي توان كمترين نيرو را براي تغيير حلاليت لازم براي خشك كردن به كار برد. پيش بيني شده است كه هزينه هاي كارگري براي سيال فوق بهراني بسيار كمتر باشد چون در اين روش برخلاف جداسازي متداول مايع كه به دو مرحله جداسازي و تبخير نياز دارد تنها به يك مرحله جداسازي نياز است. هزينه هاي نگهداري در اين دو روش يكسان است . تعيين هزينه هاي ويژه در ارتباط با جداسازي سيال فوق بحراني مشكل است.
تحقيقات كمي در اين زمينه انجام گرديده است و پژوهش هاي انجام شده نيز به سادگي در دسترس نيست . وجود رقابت براي كاربرد اين روش در مقياس تجاري ميزان اطلاعات چاپ شده را محدود كرده است . ولي روشن است كه جداسازي با سيال فوق بحراني به سرمايه گذاري نخستيني بالايي نياز دارد . هزينه ي راه اندازي به محصول بستگي دارد . خشك كردن و جداسازي با سيال فوق بحراني ممكن است براي محصولات گرانقيمت امكان پذير باشد.
در آينده با بهبود طراحي و دسترسي به بهروه وري بالا اين روش را يك گزينه ساده و در دسترس براي همه ي فراورده ها مي سازد.
12-4 . پرداذش اقتصادي باز فشرده سازي مكانيكي بخار براي يك خشك كن استوانه اي :گزارش شده بود كه يك فرايند خشك كردن استوانه اي معمولي به BTU 1300 يكاي حرارتي انگليسي
گرما براي تبخير يك پوند آب نياز دارد . اگر دستگاه داراي يك باز فشارنده ي بخار مكانيكي يك حالتي 2(MVR) باشد فقط به يك گرماي BTU/IB 218 برا ي هر پوند آب نياز دارد . و BTU/IB176
براي يك روش دوحالتي كفايت مي كند. اگر يك خشك كن استوانه اي با باز فشارنده ي بخار مكانيكي در شرايط بهينه عمل كند و صرفه جويي بيشتري در مصرف انرژي بدست مي آيد. چون اين كار برروي خشك كردن استوانه اي مواد غذايي با يك منبع معمولي حرارتي متمركز شده است بازيابي حرارتي مي تواند منجر به كاهش هزينه هاي فرايند شود.پمپ حرارتي و مبدل حرارتي دستگاه هايي است كه به طور گسترده اي براي بازيابي انرژي حرارتي مورد استفاده قرار مي
گيرد.محدوديت اصلي مورد اخير سطح هاي دريافت كننده ي حرارتي است كه در همه موارد از سطح منبع حرارتي كمتر است .از طرف ديگر گرچه يك پمپ حرارتي اين محدوديت را ندارد قيمت بالا و هزينه اي عملياتي بالا استفاده از آن را در صنعت محدود مي كند. بر طبق نظر هيپ 1979 چندين چرخه عملياتي براي يك پمپ حرارتي وجود دارد. درميان انواعي كه به طور گسترده اي در صنعت استفاده مي شود مي توان از بازفشارنده ي مكانيكي بخار و پمپ حرارتي برايتون و پمپ حرارتي چرخه بسته و چرخه باز نام برد.باز فشارنده بخار مكانيكي يكي از مهم ترين چرخه ها ي فرايند است كه با بخار فرايند به طور مستقيم كار مي كند
و حداكثر دماي قابل دسترس را محدود نمي سازد زيرا از يك محيط انتقال حرارت ويژه مستقل است . هردو حرارت نهان و محسوس بخار در باز فشارنده ي بخار مكانيكي بازيابي مي شود.و موجب صرفه جويي مؤثر انرژي در فرايند خشك كردن مي گردد. باز فشارنده ي بخار مكانيكي مي تواند به جاي هر خشك كن تماسي مانند خشك كن استوانه اي و خشك كن سيني دار و يا خشك كن گردان به كار رود.
كاربرد هاي خشك كردن 5
در اين فصل به كاربردها برخي فرايندها ي خشك كردن در صنايع غذايي مي پردازيم . در فصل سوم از خشك كن هاي معمولي در صنعت غذا يي سخن به ميان آمد و در فصل چهارم اين كتاب روش هاي نوين خشك كردن مواد غذايي توضيح داده شد. به دليل گوناگوني دستگاه هاي خشك كن و گسترده ي وسيع مواد غذايي امكان بررسي همه آنها در اين كتاب ميسر نيست . در اين فصل از ميان خشك كن هاي متداول خشك كن افشانه اي انتخاب شده است. كه كاربرد بيشتري در صنايع غذايي دارد و از روش هاي نوين خشك كردن نيز آبزدايي تراوشي درنظر گرفته شده است كه در صنايع غذايي روش رو به گسترش است . در اين فصل همچنين در مورد بسته بندي مواد غذايي خشك شده كه برا ي طولاني كردن عمر انباري و حفظ كيفيت آن ضروري است . مطالبي ارائه شده است.
1-5 خشك كردن افشانه اي
1-1-5 مقدمه :
خشك كن افشانه اي يكي از دستگاههاي مهم فرآوري در صنايع غذايي مي باشد .نخست براي يافتن شرايط مناسب خشك كردن كمي از ماده ي غذايي به روش آزمايشي فرآوري مي شود تا شرايط درست كار ارزيابي گردد.
