بخشی از مقاله
چکیده:
بهکارگیری امواج فراصوت با توان بالا بهعنوان یک عملیات مقدماتی پیش از فرایند خشکشدن، یکی از ابزارهای افزایش نرخ خشکشدن محسوب میشود. در حمامهای فراصوتی که بهصورت گسترده برای این منظور مورد استفاده قرار میگیرند، فاصلهی مواد از محل انتشار امواج تاثیر بسزایی در افزایش نرخ خشکشدن خواهد داشت.
بنابراین، در این تحقیق تاثیر فاصلهی عمودی و افقی میوهی سیب از محل قرارگیری مبدل در یک دستگاه حمام فراصوت با فرکانس 28 کیلوهرتز و توان 70 وات بر نرخ خشک شدن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسیها نشان داد که فاصلهی عمودی مواد از محل قرارگیری مبدل تاثیر معنیداری بر نرخ خشکشدن داشته است. انتقال ماده از سطح آب به کف مخزن سبب کاهش 5/7 درصدی در زمان مورد نیاز برای رسیدن به محتوای رطوبتی 0/02 شده است. تغییر فاصلهی افقی میان ماده و محل انتشار امواج تاثیر معنیداری بر روی نرخ و زمان مورد نیاز برای خشکشدن نداشته است.
مقدمه
بهکارگیری امواج فراصوت توسط بشر از سالهای پیش از جنگ جهانی دوم آغاز شده و تاکنون نیز ادامه دارد . 9 در دهههای اخیر استفاده از آن در حوزه-های مختلف صنایع غذایی رشد قابل ملاحظهای داشته است. کاربرد اساسی امواج فراصوت در صنایع غذایی به تاثیر آن بر روی پدیدهی انتقال جرم و حرارت مربوط میشود . 2 امواج فراصوت هنگام عبور از محیط سیال با انقباض و انبساطهای مکرر همراه است.
در صورتی که انرژی امواج به اندازهی کافی بالا باشد، حبابها و یا حفرههایی را در سیال ایجاد خواهد کرد که به صورت متناوب و به سرعت تا یک اندازهی بحرانی رشد کرده و سپس منفجر میشوند. انفجار این حبابها اغلب با آزاد شدن مقدار زیادی انرژی همراه است که این انرژی به شکل تنش برشی به محیط اطراف اعمال میشود.
بنابراین، میتوان از این تاثیر در بسیاری از فرایندها از قبیل عصارهگیری، کفزدایی، غیر فعالسازی باکتریها و میکروارگانیسمها، هموژنیزاسیون، انجماد، برش، خشک کردن و غیره استفاده نمود . 7 در سالهای اخیر مطالعات گوناگونی در زمینهی استفاده از امواج فراصوت به عنوان یک عملیات مقدماتی پیش از فرایند خشک شدن، به منظور تغییر در بافت مواد و سرعت بخشی به خروج رطوبت از آنها گزارش شده است.
در سال 2007، جامبراک1 و همکارانش تاثیر استفاده از امواج فراصوت با فرکانس 40 کیلوهرتز و توان 0/5 وات بر سانتیمترمربع را بر پدیدهی انتقال جرم و همچنین کاهش زمان خشک شدن قارچ دکمهای، کلم بروکلی و گل کلم مورد بررسی قرار دادند.
نتایج تحقیقات آنها نشان داد که امواج فراصوت سبب کاهش زمان و افزایش نرخ خشک شدن در تمامی نمونههای تحت تیمار نسبت به نمونهی شاهد شده است . 8 در همان سال فرناندس و رودریگس2 به مقایسهی تاثیر استفاده از دو نوع تیمار اسمز و فراصوت با فرکانس 25 کیلوهرتز و توان 4870 وات بر مترمربع، بر سینتیک خشک شدن میوهی موز پرداختند.
نتایج بررسی آنها نشان داد که استفاده از تیمار فراصوت به مدت 20 دقیقه سبب کاهش 10/3 درصدی و استفاده از تیمار اسمز به مدت 120 دقیقه سبب کاهش 22/5 درصدی زمان کل انجام فرایند - تیمار+ خشک شدن - شده است. علاوه بر این، بررسی میزان انرژی مصرفی نیز نشان داد که انرژی الکتریکی مورد نیاز برای خشک شدن 1 کیلوگرم میوهی موز با تیمار فراصوت و اسمز بهترتیب برابر با 44100 و 45456 کیلوژول بوده است
نتایج بررسیهای فرناندس و همکارانش در سال 2008 بر روی آناناس و عنبهی هندی نیز بیانگر تاثیر امواج فراصوت در سرعت بخشی به از دست دادن رطوبت در طول فرایند خشک شدن بوده است
در سال 2010، آزوبل3 و همکارانش به مطالعهی سینتیک خشک شدن میوهی موز، به کمک امواج فراصوت با فرکانس 25 کیلوهرتز و توان 4870 وات بر مترمربع در سه سطح زمانی 10، 20 و 30 دقیقه پرداختند. نتایج تحقیقات آنها نشان داد که افزایش زمان اعمال فراصوت سبب افزایش قابلیت انتشار رطوبت شده است
در سال 2012، اشراقی و همکارانش تاثیر زمان اعمال فراصوت و ابعاد نمونه را بر زمان خشک شدن، قابلیت جذب آب مجدد و همچنین برخی از ویژگیهای حسی ورقههای کیوی خشک شده به کمک آون با دمای 65 دجهی سانتیگراد مورد بررسی قرار دادند. نتایج بررسی آنها نشان داد که هم افزایش زمان اعمال فراصوت و هم کاهش ابعاد ضخامت نمونه تاثیر مثبتی بر پارامترهای مورد بررسی داشته است
دو سیستم متداول برای بهکارگیری امواج فراصوت عبارتند از: گیرندهها و حمامهای فراصوتی. در گیرندههای فراصوتی امواج مستقیما از طریق یک جسم ارتعاش کننده به ماده منتقل میشود و با توجه به شکل ظاهری سر گیرنده میتوان شدت امواج انتقالی را تغییر داد. به دلیل مشکل میرایی امواج فراصوت در هوا، فاصلهی میان سر گیرنده و مادهی مورد نظر از جمله پارامترهایی است که هنگام استفاده از آن بایستی بهدقت مورد توجه قرار گیرد.
در حمامهای فراصوتی یک یا چند مبدل فراصوت، دارای نوسان همفاز، در زیر یک محفظهی فلزی نصب میشود. در این نوع از سیستمها نیز به دلیل تضعیف امواج در هوا و عدم انتقال کامل آن به مادهی جامد، از سیال واسطه برای این منظور استفاده میشود. با توجه به انعکاس امواج فراصوت بین هوا و مایع، همواره یک میدان ساکن درون مخزن ایجاد خواهد شد که دارای نواحی ماکزیمم و مینیمم شدت امواج است . 2 بنابراین، هنگام استفاده از حمام فراصوت تعیین نقطهای از مخزن که شدت امواج در آن ناحیه ماکزیمم باشد، از اهمیت ویژهای برخوردار است.
بنابراین، در این تحقیق سعی شده است تا علاوه بر یافتن ناحیهی ماکزیمم شدت امواج در حمام فراصوت، تاثیر موقعیت عمودی و افقی نمونه از محل قرارگیری مبدل بر نرخ خشک شدن میوه سیب مورد بررسی قرار گیرد.
مواد و روشها
میوهی سیب رقم زرد لبنانی پس از خریداری از باغهای مناطق شمالی کشور، در محیطی با دمای 11 -12 درجهی سانتیگراد نگهداری شده و حدود 1 ساعت پیش از انجام آزمایشات از محیط انبار به محل آزمایشگاه انتقال داده شدند. میوهها پس از شستشو و پوستگیری از مرکز به دو نیم تقسیم شده و هستهی آن کاملا جداسازی شد. درصد رطوبت اولیهی نمونهها براساس استاندارد PN-90/A-75101/03 و از طریق خشک کردن در آون با دمای 105 درجهی سانتیگراد تا رسیدن به وزن ثابت اندازهگیری، و مقدار آن 87/52 - بر پایهی تر - محاسبه شد
تیمار فراصوت
به منظور تیمار نمونهها از یک دستگاه حمام فراصوت - مدل - Parsonic 2600S با ابعاد داخلی 24 13/5 10 سانتیمتر مکعب و حجم 2/7 لیتر استفاده شد. امواج فراصوت با فرکانس 28 کیلوهرتز و توان 70 وات از طریق مبدلی که در زیر و مرکز محفظه تعبیه شده است به درون مخزن انتقال داده میشود. به منظور بررسی تاثیر فاصلهی عمودی و افقی نمونه از محل قرارگیری مبدل بر نرخ خشک شدن، نمونهها در چهار موقعیت مختلف CB - مرکز و کف مخزن - ، CL - مرکز و نزدیک به سطح آب - ، WB - نزدیک به دیواره و کف مخزن - و WL - نزدیک به دیوارهی مخزن و سطح آب - قرار داده شدند.
با توجه به اینکه امواج فراصوت برای عبور از بافت میوه نیاز به سیال واسطه دارند بنابراین، پس از قرارگیری نمونهها در محل مورد نظر، حجم دستگاه با آب مقطر پر شد. برای جلوگیری از شناور شدن نمونهها بر روی سطح آب از یک شبکهی فلزی استفاده شد. سپس با راهاندازی دستگاه نمونهها به مدت 60 دقیقه و در دمای محیط آزمایشگاه 25 - درجهی سانتیگراد - تحت تیمار فراصوت قرار گرفتند. آزمون برای هر تیمار به صورت جداگانه و در سه تکرار انجام شد.
فرایند خشک شدن
نمونههای تیمار و شاهد - نمونههایی که تحت تیمار فراصوت قرار نگرفته است - پس از حذف رطوبت سطحی به کمک کاغذ جاذب، درون یک دستگاه آون - مدل - Memmert UNE500 با دمای 105 درجهی سانتیگراد قرار داده شدند. کاهش وزن نمونهها در طول فرایند خشک شدن به کمک ترازوی دیجیتال - با دقت 0/001 گرم - ، در فواصل زمانی مشخص و تا رسیدن به رطوبت تعادلی اندازهگیری شد. به منظور تعیین نمودارهای مربوط به خشک شدن، از رابطهی زیر برای محاسبهی محتوای رطوبتی استفاده شد.
که در آن M درصد رطوبت نمونه در لحظهی t بر حسب گرم آب به گرم ماده خشک، M0 درصد رطوبت اولیه بر حسب گرم آب به گرم ماده خشک، Me درصد رطوبت تعادلی بر حسب گرم آب به گرم ماده خشک و MR محتوای رطوبتی نمونه میباشند. به منظور بررسی رابطهی مناسب میان محتوای رطوبتی و زمان خشک شدن، دادههای حاصل از انجام آزمایش با انواع منحنیها مورد برازش قرار گرفت.
نتایج و بحث
در شکل 1 درصد رطوبت - بر پایهی خشک - نمونههای تیمار CB در طول فرایند خشک شدن نشان داده شده است.
شکل : 1 درصد رطوبت تیمار CB در طول فرایند خشک شدن.
