بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی اصول و مبانی فرایند خشک کردن مواد غذایی به روش الکتروهیدرودینامیکی (EHD)
چکیده
فرایند خشک کردن از جمله پرکاربردترین فرایند ها در صنایع غذایی و دارویی و محصولات کشاورزي است که به دلیل حذف رطوبت بیولوژیکی فعال و کاهش فعالیت آنزیم ها موجب افزایش طول عمر و زمان نگهداري محصول می شود.انتخاب نوع فرایند خشک کردن با توجه به نوع ماده،کیفیت محصول مورد نظر و میزان مصرف انرژي از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.خشک کردن به روش الکتروهیدرودینامیک از جمله روش هاي غیر حرارتی و نوین در زمینه خشک کردن میباشد که با مصرف بسیار کم انرژي،مناسب براي خشک کردن مواد حساس به دما می باشد.در این روش باد الکتریکی تولید شده در اثر میدان الکتریکی ولتاژ بالا به سطح ماده برخورد می کند و با کاهش گرماي نهان تبخیر و افزایش ضریب انتقال جرم و حرارت منجر به افزایش سرعت خشک کردن می شود.
کلمات کلیدي: خشک کردن الکتروهیدرودینامیکی،باد الکتریکی،سرعت خشک شدن
١. مقدمه
خشک کردن یکی از قدیمی ترین روش ها براي نگهداري و افزایش طول عمر مواد غذایی می باشد. همچنین این فرایند در صنایع دارویی،سرامیک،چوب و کاغذ نیز کاربرد گسترده اي دارد.خشک کردن با مکانیسمهاي حرارتی رسانایی،جابجایی و تابشی از متداول ترین روش هاي خشک کردن می باشند.از مهم ترین عواملی که در زمینه خشک کردن باید مورد توجه قرار گیرد به حداقل رساندن تغییرات فیزیکی و شیمیایی در محصول نهایی می باشد که در نهایت منجر به عرضه محصولی با کیفیت و قابل رقابت در بازار می شود.از این رو با در نظر گرفتن شرایط و امکانات و همچنین نوع ماده مورد نظر از روشهاي مختلفی براي خشک کردن استفاده میشود.
١
خشک کردن به روشهاي مایکروویو،انجمادي و اسمزي از جمله این روشها می باشد.در خشک کردن به روش مایکروویو اگر چه سرعت خشک کردن مناسب میباشد اما به علت گرماي تولید شده،براي مواد حساس به دما مناسب نمی باشد و همچنین با مصرف انرژي زیادي همراه است.در روش انجمادي با منجمد کردن و کاهش فشار به زیر نقطه سه گانه و سپس افزایش دما عمل خشک کردن انجام میشود.در این روش کیفیت محصول قابل قبول بوده اما مصرف انرژي بسیار زیاد می باشد.روش اسمزي نیز مناسب براي مواد داراي سلول هاي غشایی می باشد و بر اساس اختلاف فشار اسمزي بین ماده و محلول اسمزي صورت می گیرد.از معایب این روش می توان به زمان بر بودن آن اشاره نمود.
اما یکی از روش هاي نوین در زمینه خشک کردن مواد،روش الکتروهیدرودینامیکی می باشد که به علت وجود میدان الکتریکی که باعث به وجود آمدن جریان سیال می شود به این نام نامیده میشود.در این روش با استفاده از یک منبع تغذیه ولتاژ بالا،اختلاف پتانسیل الکتریکی زیادي(در حد کیلو ولت) بین دو صفحه فلزي که روي یکی از آنها الکترودهاي فلزي قرار داده شده است برقرار می شود.در این حالت الکترودها، هواي اطراف خود را یونیزه میکنند و یون هاي ایجاد شده بر اثر حضور در میدان الکتریکی قوي ایجاد شده بین دو صفحه فلزي شروع به جابجا شدن و وارد کردن نیرو به مولکول هاي خنثی هوا میکنند.به این ترتیب جریانی از یون ها و مولکول هاي هوا به وجود می آید که به آن باد الکتریکی یا باد کرونایی می گویند.باد الکتریکی ایجاد شده با برخورد به سطح ماده مورد نظر که بر روي صفحه بدون الکترود قرار دارد جریان گردابهاي به وجود می آورد که منجر به کاهش گرماي نهان تبخیر و افزایش ضریب انتقال جرم و حرارت شده و با آسان نمودن انتقال رطوبت از لایه هاي درونی ماده به سطح باعث افزایش نرخ تبخیر و خشک شدن می شود.همچنین به دلیل اینکه آب موجود در ماده داراي مولکولهاي قطبی می باشد،این مولکول ها در اثر حضور در میدان الکتریکی قوي جابجایی هایی خواهند داشت، که این امر هم به نوبه خود به افزایش سرعت خشک شدن کمک می کند.
شکل ١-طرح کلی از یک سیستم خشک کن الکتروهیدرودینامیکی
٢. رابطه های تجربی حاکم
یکی از روش هاي تعیین میزان رطوبت ماده کاربرد از قانون دوم نفوذ فیک در انتقال جرم می باشد.
که در آن M میزان رطوبت جسم و Deff ضریب نفوذ موثر رطوبت است.با حل معادله فوق و قرار دادن شرایط مرزي و اولیه معادله( (2 حاصل می شود.
براي زمان خشک کردن نسبتا طولانی (M- M e)/(Ma - Me)= U<0.6 خواهد بود.درنتیجه رابطه (2) را به شکل رابطه (3) میتوان نوشت که C و K ثابت می باشند.
سوآرز و ویولاز[1] در سال 1991 نشان دادند که نتایج آزمایشگاهی با معادله فوق مطابقت چندانی ندارد.این دو در توجیه این عدم تطابق به دو عامل وابستگی ضریب نفوذ موثر در هر لحظه به میزان رطوبت جسم و چروکیدگی ماده در حین عمل خشک کردن اشاره کردند.همچنین اسمیرنف و لیزنکو[2] در سال 1989 بر اساس مشاهدات خود از تعداد زیادي از منحنی هاي خشک کردن که از دادهاي آزمایشگاهی حاصل از روش هاي مختلف خشک کردن به دست آمده بود،توانستند رابطه (4) را به عنوان یک رابطه تجربی در زمینه خشک کردن مواد ارائه دهند.
در نهایت با حل معادله فوق با شرایط مرزي مناسب رابطه (5) به دست آمد.
بارتاکور و همکاران [3] در سال 1993 سه قطعه سیب زمینی با ضخامت هاي 2، 4 و 8 میلیمتر را به روش الکتروهیدرودینامیکی خشک نمودند و نتایج آزمایشگاهی را مطابق جدول 1 با اعداد به دست آمده از معادله اسمیرنف و لیزنکو مقایسه نمودند.
نتایج حاکی از تطابق قابل قبول نتایج آزمایشگاهی با رابطه تجربی بود.طبق محاسبات میزان متوسط انحراف در روش الکتروهیدرودینامیکی براي ضخامت 8،4،2 به ترتیب 1.6،5.5،%8.3 بود و مطابقت با افزایش ضخامت بیشتر شد.
٣. بررسی پارامترهای موثر بر افزایش سرعت خشک کردن
١-٣. میزان ولتاژ اعمال شده بین دو صفحه
نیشی یاما و همکاران [4] در سال 2003 اثر تغییرات ولتاژ بر سرعت خشک شدن گندم در دماي 50 درجه سانتیگراد و گپ الکترود 50 میلیمتر (فاصله بین نوك الکترود تا صفحه مقابل) را بررسی کردند و مشاهده نمودند که با افزایش ولتاژ سرعت خشک کردن افزایش می یابد.همچنین با افزایش ولتاژ رطوبت بیشتري از نمونه خارج میگردد.
باي و همکاران [5] نیز با بررسی تغییرات ولتاژ بر روي سرعت خشک کردن یک گونه ماهی اسپانیایی به نتایج مشابهی دست یافتند.
