بخشی از مقاله
چکیده به علت افزایش و بهبود جابجایی حرارت بوسیله میدان الکتریکی یکنواخت، کاربرد آن در کاهش رطوبت مواد بیولوژیکی نیز مورد توجه قرار گرفته است. در این روش با مصرف هزینه و انرژي کمتر می توان محصولی با کیفیت بالا از نظر رنگ، میزان چروکیدگی، طعم و محتواي بهتر ماده مغذي نسبت به روش هاي انتقال گرما، فریزري و اسمزي تولید کرد. علم ترمودینامیک تایید می کند که کمترین دماي خشک کردن الکتروهیدرودینامیک - EHD - همراه با نرخ بالاي تبخیر آن حاصل از یک میدان الکتریکی قوي با ولتاژ بالاي Ac یا Dc که جریان را بین دو صفحه، یکی ساده که ماده غذایی روي آن قرار گرفته و دیگري سوزنی با یک یا چندین نقطه الکترود ایجاد می شود.
تعداد، اندازه و میزان تیزي سوزن ها، مقدار فاصله آنها از صفحه ساده، قدرت میدان الکتریکی و سرعت جریان هوا از فاکتورهاي مهم و تاثیر گذار بر سرعت و کیفیت فرایند می باشند. با توجه به پتانسیل بالاي سیستم EHD به لحاظ طراحی ساده تر، هزینه کمتر و مهمتر از همه مصرف انرژي کم آن می تواند جایگزین مناسبی نسبت به روش هاي خشک کردن مرسوم غذایی باشد. در تحقیق حاضر، نرخ خشک شدن برگ چغندر در شدتهاي مختلف میدان الکتروستاتیکی به میزان قابل توجهی بیشتر از نمونه شاهد هوا خشک بود. نرخ خشک شدن با افزایش ولتاژ، افزایش و با گذشت زمان بعد از 4 ساعت کاهش یافت. حداکثر مقدار جریان کمتر از 70 mA بود. حداکثر توان مصرفی با وجود ولتاژ بسیار بالا، کمتر از 14 watt بود.
مقدمه
خشک کردن مرسوم به روش انتقال گرماي توام با دماي بالا از سه طریق رسانایی، تابش و یا گرم کردن به طور مستقیم انجام شده یا به روش فریزري با منجمد کردن ماده غذایی در لوله هاي خالی از هوا صورت می گیرد. خشک کردن مرسوم اغلب تغییرات نامطلوبی را در ویژگی هاي ظاهري و ذاتی ماده ایجاد کرده و از طرفی انرژي زیادي مصرف می کنند. از آبگیري اسمزي نیز براي خارج کردن آب موجود در بافت گیاهی از یک محلول هیپرتونیک - شامل ساکاریدها، کلرید سدیم، ... - که فشار اسمزي آن نیروي رانشی براي انتقال جرم را تامین می کند، استفاده می شود که بسیار زمان بر است.
از این رو استفاده از خشک کن با دماي پایین همراه با ایجاد تغییرات موثر در ویژگی هاي فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ماده غذایی و ایجاد محصولی با کیفیت بالا در مدت زمان کوتاه یعنی روش الکتروهیدرودینامیک مورد توجه است. تیمارهاي الکتریکی به منظور جداسازي سلولها، افزایش قدرت جوانهنی، افزایش عمر انبارداري میوهها، کاهش رطوبت مواد غذایی و نگهداري آنها مورد استفاده قرار میگیرند - Jemai and . - Vorobiev, 2002 با این حال مطالعاتی نیز روي تاثیر میدان تخلیه االکتریکی بر خشک شدن خاك، غذاها و محصولات کشاورزي انجام گرفته است. خشک کردن با استفاده از میدان الکتروستاتیکی ولتاژ بالا در مقایسه با دیگر روشهاي خشک کردن که بر اساس هدایت، رسانایی، تابش و سایر روشها کار میکنند، کمتر شناخته شده است.
Isobe و همکاران - 1999 - گزارش دادند که خشک کردن با میدان الکتریکی ولتاژ بالا یک روش بدون تولید گرماست و نرخ خشک شدن ژل آگار با استفاده از این روش نسبت به شاهد سه برابر افزایش یافت. درگیري میدانهاي جریان سیال، جریان گرما و جریانهاي الکتریکی با ولتاژ بالا با هدف خنک کاري سطوح، تحت جابجایی اجباري مسئله اي است که سبب توام شدن پدیده هاي انتقال با پدیده هاي الکتریکی شده و اصطلاحا تحت عنوان الکتروهیدرودینامیک شناخته می شود.
در خشک کن هایی که با انتقال گرما کار می کنند مانند ماکرویو، در طول فرایند گرماي زیاد با مصرف بالاي انرژي همراه بوده و به لحاظ اقصادي مناسب نمی باشد و محصول خشک شده از نظر کیفی نیز نامطلوب بوده زیرا دماي بالا رنگ ماده غذایی را به شدت تغییر داده و موجب کاهش رنگدانه هاي کلروفیل و کارتن شده و در نتیجه کمبود مواد carotenoid , lycopertie و anthocyanin را به دنبال دارد که این مواد خاصیت آنتی اکسیدان داشته و در کاهش خطر سرطان موثر می باشند - . - Yi, 2005 این در حالی است که ویتامین C آن نیز به طور کامل از بین می رود.
در خشک کن هاي فریزري محصولات با کیفیتی بالاتر تولید می شوند، اما انرژي زیادي در جداره هاي خشک کن و در پمپ هاي خلا و... تلف می شود و از طرف دیگر انرژي بالایی براي سرد کردن محیط سیستم و واحد هاي اصلی آن باید صرف نمود. استفاده از سوخت هاي فسیلی آلوده کردن محیط زیست با انتشار گاز هاي گلخانه اي ضمن مصرف انرزي بالا بایستی مورد توجه قرار گیرد - . - Baker, 2005 انرژي الکتریکی یک منبع انرژي پاك بوده و نیز کمترین اثرات مضر را روي کیفیت ذاتی ماده غذایی داراست - . - Bajgai et al., 2005
فواید منحصر به فرد تیمار با میدان الکتریکی در مورد خشک کردن مواد حساس به حرارت مانند دانهها، به خصوص به دلیل فاسد شدن سریع دانهها پس از برداشت و در زمان انبارداري ، مشخص است. اما تحقیقات بسیار کمی بر روي خشک کردن دانهها با استفاده از میدانهاي الکتریکی صورت گرفته است . - Jemai and Vorobiev, 2002 - Cao و همکاران - 2004 - اثرات میدان الکتریکی ایجاد شده بین یک صفحه و چند الکترود نقطهاي را بر خشک شدن گندم مورد مطالعه قرار دادند. نتایج نشان داد که میزان رطوبت نمونههاي تیمار شده نسبت به شاهد با افزایش ولتاژ به سرعت کاهش مییابد. بصیري و اسحق بیگی - 1386 - اثر میدان الکتریکی بر جوانهزنی بذر کلزا را مورد بررسی قرار دادند.
نتایج بدست آمده در این آزمایش نشان داد که تیمارهاي اعمال شده اثر معنیداري در سطح 5 درصد بر روي طول ریشهچه و ساقهچه داشته است. اما روي سرعت و درصد جوانهزنی بذر اثر معنیداري مشاهده نگردید. بصیري و همکاران - 1386 - تاثیر میدان الکتریکی بر جوانهزنی بذر ماش سبز مورد مطالعه قرار دادند. شدت بالاي میدان الکتریکی - 10 kV/cm + 120S - بهترین نتیجه را نشان داد و تمام تیمارها اثر معنیداري بر روي طول ریشهچه، ساقهچه و سرعت جوانهزنی بذر ماش سبز نشان دادند اما اثر معنیداري بر درصد جوانهزنی مشاهده نشد.
در روش الکتروهیدرودینامیک با اعمال یک میدان الکتریکی ولتاژ بالا بین سیم الکترود سوزنی و الکترود صفحه جریان هواي موجود در سطح ماده غذایی یونیزه شده و این یون ها توسط نیروي کولمب رانده شده و اندازه حرکتی به مولکول هاي خنثی اعمال می کنند و در نتیجه یک جریان حجمی از هوا به وجود می آورند. این پدیده را باد یونی یا باد کرونا می نامند. باد یونی حاصله بر سطح ماده غذایی در حال خشک شدن پرتاب شده و موجب می شود مولکول هاي آب تحت نیرو در فضا با سرعت زیاد پخش شوند و یک جریان گردابی و متلاطمی ایجاد می شود که حاصل آن کاهش گرماي نهان بخارسازي و در نتیجه کاهش دماي سطح ماده غذایی می باشد. براي ایجاد تعادل دمایی آب موجود در ماده غذایی تبخیر شده و در نتیجه فرایند خشک شدن صورت می گیرد.
روش آزمایش
براي ایجاد فرایند EHD نیاز به یک دستگاه ترانسفورماتور - ولتاژ بالا - که قادر به ایجاد ولتاژهاي بالا در حد کیلو ولت و نیز بدنه سیستم که مجموعه اي از پایه،گیره و دو دیسک ساده و سوزنی می باشد. صفحه ساده فلزي روي زمین ثابت شده و به قطب منفی دستگاه متصل می شود و نقاط الکترود که قابل حرکت هم می باشند به قطب مثبت دستگاه وصل می شود. البته فاصله نقاط الکترود - سر سوزن ها - تا دیسک ساده را گپ الکترود گویند که با جابه جا کردن نقاط الکترود می توان این فاصله را تنظیم نمود. از طرفی آزمایش براي سنجش متغیرهایی مانند دما و رطوبت، به ترتیب نیاز به دماسنج و رطوبت سنج هم دارد.
براي آنکه رطوبت سنج، رطوبت حقیقی ماده غذایی را سنجش کند، لازم است که سیستم آزمایش در محیطی ایزوله قرار گیرد و در صورت نبودن چنین شرایطی می توان در یک توالی زمانی فرایند را متوقف کرده و وزن ماده غذایی را توسط ترازوي دیجیتالی با دقت یک صدم اندازه گیري نمود. پس از انجام فرایند، براي تعیین کیفیت رنگ ماده غذایی خشک شده از دستگاه رنگ سنج استفاده می شود. اساس کار این دستگاه آنالیز گرافیکی عکس ماده خشک از طریق سه پارامتر b,a وl می باشد که به ترتیب بیانگر میزان قرمزي، زردي و شفافیت نمونه مورد آزمایش است. براي تعیین اسید هاي آلی و مواد قندي موجود در ماده غذایی خشک شده نیز از دستگاه HPLC استفاده شد.
