بخشی از مقاله
چکیده
از مشکلات فرایند تولید پودر میوه از جمله آب انار چسبندگی ذرات به یکدیگر و جداره خشک کن پاششی در طی فرایند خشک شدن می باشد. رفتار فیزیکی ترکیبات قندی و اسید های آلی از قبیل آب دوستی باعث ایجاد این مشکل می گردد. یکی از روشهای رفع چسبندگی استفاده از مواد افزودنی خوراکی با وزن مولکولی بالا از قبیل مالتودکسترین، آدامس عربی و متیل سلولز می باشد. این مواد قبل از ارسال خوراک مایع به خشک کن به ماده اولیه اضافه شده و از تشکیل باندهای هیدروژنی در اطراف ذرات جلوگیری می نمایند.
کاربرد بهینه مواد افزودنی در فرایند تولید پودر و افزایش کیفیت محصول خروجی مستلزم شناسایی دمای مرز چسبندگی است . در این راستا بایستی دمای تبدیل شیشه ای محصول با استناد به مقادیر گرمای ویژه و دمای تبدیل شیشه ترکیبات تشکیل دهنده آن از رابطه تجربی موجود تعیین گردد . در این تحقیق با استفاده از نرم افزار MATLAB و تعریف محدوده دمای بحرانی چسبندگی در فرایند خشک کردن آب آنار در خشک کن پاششی، میزان بهینه مواد افزودنی در هر دما برای رفع چسبندگی در فرایند تولید پودر انار تخمین زده شد .
نتایج بدست آمده نشان داد با افزایش دمای هوای خشککن از 70 به 90 درجه سلسیوس میزان مالتودکسترین - DE12 - از 26 درصد به 40 درصد افزایش یافته است. همچنین مطابق با نتایج حاصل از تولید پودر آب انار توسط خشک کن پاششی نیمه صنعتی، مقدار مناسب مالتودکسترین برای تولید پودر روان 35 درصد وزنی در دمای 77 درجه سلسیوس می باشد. این دما در واقع دمای محیط خشککن و معرف دمای چسبندگی است . با حل معادله تجربی مقدار مناسب مالتودکسترین 31 درصد تخمین زده شد که در محدوده خطای 10 درصد قابل قبول میباشد.
مقدمه
در دماهای بالاتر از دمای تبدیل شیشه ای، ذرات از حالت جامد وارد فاز پلاستیک می شوند. افزایش دما و تجاوز آن از دمای تبدیل شیشه ای، باعث تغییر ناگهانی در بسیاری از خواص فیزیکی محصول خواهد شد . از مهمترین آن ها میتوان از افزایش حجم مولکولی، افزایش گرمای ویژه، افزایش ضریب انبساط حرارتی و تغییر خواص ویسکوالاستیکی نام برد
دمای نقطه چسبندگی 10 الی 20 درجه سلسیوس بالاتر از دمای تبدیل شیشه ای میباشد
روس و کارل و نیز بهانداری و همکاران همبستگی دمای تبدیل شیشه ای و لزجت بحرانی را مورد بررسی قرار دادهاند بر اساس نتایج، ذرات در محدوده دمایی 10 تا 20 درجه سلسیوس بالاتر از دمای تبدی ل شیشه ای به لزجت بحرانی می رسد. بر این اساس، دمای سطح ذره در طی خشک شدن نبایستی به 10 تا 20 درجه سلسیوس بالاتر از دمای تبدیل شیشه ای برسد. استفاده از مواد افزودنی با وزن مولکولی زیاد، باعث بالا رفتن دمای Tg مواد غذایی شده و از چسبیدن آنها در طی خشک شدن به دیواره خشک کن پاششی جلوگیری می نمایند
در تحقیقات انجام شده توسط دولینسکی و همکاران، پودر ترکیباتی از شیر و آب میوه هایی از قبیل سیب و توت فرنگی در خشک کن پاششی تولید شد . مواد ترموپلاستیک موجود در آب سیب در انتهای فرآیند خشک شدن به صورت نرم و قابل ذوب باقی می مانند. استفاده از مواد افزودنی، خنک کردن مکانهای مختلف جداره خشک کن و همچنین خنک کردن واحد جداسازی و تخلیه مواد پودری جهت کاهش خاصیت ترموپلاستیک ذرات، ضروری است
دمای نقطه چسبندگی، دمایی است که در آن ذرات به سختی جریان پیدا می کنند. آزمایشهای مربوط به تعیین نقطه چسبندگی توسط محققان بسیاری از قبیل جایا صورت گرفته است
سوداگر و همکاران با افزودن 45 درصد مالتودکسترین به آب انبه نسبت به تولید پودر انبه در یک خش ک کن پاششی آزمایشگاهی با دمای هوای ورودی 167 درجه سلسیوس که مجهز به جاروبک های دوار هوا می باشد، اقدام نمودند. افزودن این مقدار مالتودکسترین باعث افزایش دمای چسبندگی و بهینه شدن روانی پودر آب میوه میگردد
ادیکاری و همکاران سینتیک خ شک شدن مواد قندی با وزن مولکولی کم از قبیل فروکتوز، گلوکز، ساکاروز و
اسیدهای آلی از قبیل اسید سیتریک و مواد با وزن مولکولی بالا از قبیل مالتودکسترین - DE6 - را به صورت
آزمایشگاهی با بررسی خشک شدن یک قطره مورد مطالعه قرار داده و با نتایج حاصل از مدل سازی عددی مقایسه نمودند. در این راستا تاریخچه چسبندگی قطرات به صورت آزمایشگاهی تعیین و به روش عددی و بر اساس دمای تبدیل شیشه لایه سطحی قطرات تخمین زده شد . مالتودکسترین تشکیل یک لایه بر قطرات داده و آن ها را به شرایط غیرچسبنده نزدیک می نماید
در تحقیقات انجام شده توسط ادیکاری و همکاران نتیجهگیری شده است که چسبندگی سطح قطره زمانی کاملاً رفع می گردد که دمای تبدیل شیشه لایه سطحی قطره، 10 درجه سلسیوس بیش از دمای قطره گردد
جدایش لایه های نازک خمیرهای مواد غذایی مانند مالتودکسترین، آدامس عربی و یا ملاس چغندر از سینی های شیشهای خشک کن در دماها و رطوبت های مختلف بررسی و با نتایج تجربی حاصل از تعیین دمای تبدیل شیشه مواد مقایسه گردید. جدایش زمانی رخ میدهد که شرایط دمایی مطابق با دمای تبدیل شیشه باشد. این دما بستگی به ترکیبات تشکیل دهنده و میزان مواد قندی هریک از مواد غذایی دارد
پایداری مواد آمورف - با شکل نامنظم مولکولی - وابسته به ترکیبات تشکیل دهنده است . کرستالیزاسیون لاکتوز به عنوان یک ماده آمورف در دمای تبدیل شیشه بالا اتفاق می افتد. افزودن ترکیبات نمک به لاکتوز باعث افزایش این دما می گردد. در این میان کلرید کلسیم بهترین خاصیت جذب آب را داشته و باعث افزایش بیشتر دمای تبدیل شیشه خواهد گردید
چسبندگی ذرات پودر با ایجاد یک پل توسط صفحات لاستیکی بین دیواره و ذرات کاهش می یابد. در این راستا دمای تبدیل شیشه که حدود 20 درجه سلسیوس زیر نقطه چسبندگی درنظر گرفته شده، با استفاده از رابطه تجربی کوچمن و کاراز تخمین زده شده است
در این تحقیق شرایط بهینه کاربرد ماده افزودنی مالتودکسترین - DE12 - در فرایند تولید پودر آب انار در خشککن پاششی و رفع چسبندگی، با استفاده از رابطه تجربی کوچمن و کاراز ُ تخمین زده شد . در این راستا با نوشتن یک برنامه محاسباتی بر اساس موازنه جرمی توسط کد MATLAB مقدار بهینه ماده افزودنی جهت رسیدن به دمای تبدیل شیشه قابل قبول تعیین گردید.
مواد و روشها
جهت انجام آزمایش ها و تولید پودر آب انار، از یک خشک کن پاششی نیمه صنعتی بلندِ که پاشنده آن از نوع نازل دو سیاله می باشد استفاده گردید. آب انار دارای ترکیبات قندی با وزن مولکولی کم و اسیدهای آلی بوده که همگی دارای دمای تبدیل شیشه پایین هستند. مواد قندی از قبیل فروکتوز و گلوکز بسیار آب دوست بوده و تمایل زیادی به جذب مولکول های آب از محیط اطراف دارند . رفتار فیزیکی این مواد با وزن مولکولی کم باعث ایجاد مشکلات زیادی در طی خشک کردن از قبیل آب دوستی، حلالیت بالا، چسبندگی و دمای ذوب پایین می گردد. جذب رطوبت باعث تشدید مسئله چسبندگی خواهد شد . بهطورکلی آب انار دارای حدود 13 درصد مواد قندی و 1/3 درصد اسیدهای آلی می باشد. ترکیبات تشکیل دهنده آب انار در جدول - 1 - ارائه شده است.
جدول :1 ترکیبات تشکیل دهنده آب انار
جهت انجام آزمایشات، آب انار به صورت کنسانتره با بریکس 65 از شرکت دشت نشاط تهیه گردید . این غلظت جهت ارسال به خشک کن مناسب نمی باشد لذا با استفاده از آب مقطر آب انار رقیق شد تا غلظت آن به حدود 24 درصد برسد. دمای تبدیل شیشه آب انار با استفاده از رابطه تجربی کوچمن و کاراز و با توجه به غلظت اولیه آن، درصد وزنی، گرمای ویژه و دمای تبدیل شیشه ترکیبات تشکیل دهنده محاسبه گردید . دمای تبدیل شیشه و گرمای ویژه ترکیبات قندی، اسیدهای آلی و ماده افزودنی مالتودکسترین توسط کلارس و همکاران ارائه داده شده است بر اساس این رابطه، دمای تبدیل شیشه آب انار حدود 17 درجه سلسیوس گردید.
