بخشی از مقاله
چکیده
بهینهسازی و مدلسازی فرآیند به عنوان یکی از مهمترین مراحل افزایش بازدهی فرآیندهای حرارتی به شمار میرود. پیداکردن روابط بین عوامل مؤثر و محصول نهایی برای محققین بسیار ارزشمند است. در این پژوهش یک خشککن بسترسیال به کمک میکروویو آزمایشگاهی برای خشک کردن نمونههای پسته استفاده شد. رطوبت اولیه نمونههای پسته 0/557 برپایه خشک بدست آمد. برای خشککردن نمونه ها از سه سرعت هوای ورودی 1/2، 2/93و 4/01 متر بر ثانیه و سه دمای هوا 40، 55 و 70 درجه سلیسیوس و سه سطح توان میکروویو 270، 450 و 630 وات استفاده شد. چروکیدگی نمونههای پسته بعد از خشکشدن اندازه گیری شد. بیشترین مقدار درصد چروکیدگی در دمای 70درجه سلسیوس و سرعت هوای 2/93 متر بر ثانیه و کمترین مقدار درصد چروکیدگی در دمای 40درجه سلسیوس و سرعت هوای 1/2 متربرثانیه اتفاق افتاد. نتایج بهینهسازی خشککردن پسته در خشک کن مورد استفاده مقادیر بهینه برای چروکیدگی %14/41 در دمای 70œC، سرعت هوای 1/2 متربرثانیه و توان میکروویو 560 وات مشاهده شد.
واژه های کلیدی: خشککردن، بهینهسازی، پسته، چروکیدگی
مقدمه
در ایران تولید پسته افزایش چشمگیری پیدا کرده و هماکنون در حدود 257925 هکتار از اراضی کشور زیر کشت این محصول است. سالانه 47097 تن پسته تولید میشود و ایران مهمترین صادر کننده پسته است. پسته چربی بالایی دارد و بسیار غنی از اسیدهای چرب اشباع نشده است و این باعث میشود پسته بسیار حساس به آلودگی و فساد باشد. خشک کردن و عملیات ذخیره سازی تا حد زیادی بر کیفیت محصول تأثیر میگذارد . - Kashaninejad and Mortazavi, 2007 - از آنجا که محتوای رطوبتی زیاد محصولات کشاورزی طول دوره انبارداری آنها را کاهش می به روش مصنوعی محتوا است که برای کاهش محتوای رطوبتی محصولات کشاورزی به طور گسترده استفاده شده است. سینیتیک خشک تغییرات زمانی مقادیر متوسط رطوبت و درجه حرارت ماده بحث میکند. بعلت عوامل غیرقابل کنترل، کاهش مقدار رطوبت دانهها به میزان مناسب همیشه در مزارع امکانپذیر نیست.
در بسیاری از کشورها قیمت دانهها تا قبل از برداشت محصولات جدید بالا میباشد. کشاورزان با برداشت دانهها با رطوبت بالا و کاهش مصنوعی رطوبت آنها ممکن است سود خود را افزایش دهند. در نواحی که دو یا سه محصول در سال تولید میشود، برداشت دانهها با رطوبت بالا باعث میشود که فصل تولید زراعی محصول کاهش یابد. بنابراین برای کشاورزان زمان بیشتری فراهم میشود تا به امور دیگر مزرعه بپردازند. برداشت محصول با رطوبت بالا باعث افزایش دوره برداشت محصول میگردد که این امر در اکثر نقاط دنیا، سبب بالا رفتن مدت بکارگیری ادوات مکانیزه برداشت در مزارع مکانیزه و یا مدیریت مناسبتر در مزارعی که در فصل برداشت مشکل کمبود کارگر پیدا میکنند میگردد. برداشت دانههای مرطوب ضایعات ریزش را کاهش میدهد.
روش سطح پاسخ - RSM - با آثار باکس و ویلسون در سال 1951 میلادی شروع شد. این روش مجموعهای از روشهای آماری و ریاضی است که برای بهینهسازی فرآیندها مفید بوده و میتواند با حداقل منابع و دادههای کمی، با بکارگیری طرح آزمایشی مناسب، نقطه بهینه چندین متغیر را به طور همزمان تعیین کند. RSM یکی از متداولترین روشهای بهینهسازی است که در علوم غذایی استفاده میشود. تئوری قابل درک، بازدهی بالا و سادگی از مزایای این روش میباشد. امواج میکروویو بخشی از طیف الکترومغناطیس هستند که دارای فرکانس 300-300000 مگاهرتز و طول موج 0/001 1 متر در هوا میباشد و این طیف بین دی الکتریک و مادون قرمز واقع شده است.
در طی فرآیند خشک کردن، شکل و اندازه محصولات تغییر محسوسی میکند. تاثیر در خواص فیزیکی آنها به نوبه خود باعث تغییر بافت محصول نهایی - چروکیدگی - و خواص حمل و نقل محصولات خشک میشود. در مراحل ابتدایی فرایند خشک شدن سرعت رطوبتزدایی از دانه سریع است، زیرا در این مدت رطوبت از لایههای درونی به سطح دانه آمده و از آنجا به وسیله جریان هوای گرم از سطح دانه جدا میشود. با گذشت زمان عمل انتقال رطوبت از لایههای درونی و مغز دانه به سطح آن در مدت زمان بیشتری انجام میگیرد. امواج میکروویو برخلاف اشعه ایکس و گاما، قادر به شکستن پیوندهای شیمیایی و آسیب رسانی به مولکولهای مواد غذایی نیستند. در روشهای حرارت دهی متداول، گرما از منبع حرارتی خارجی به ماده غذایی منتقل میشود. در روش میکروویو، حرارت، در داخل ماده غذایی تولید میشود. خشک کردن به کمک میکروویو دارای مزایای متعددی نسبت به روش خشک کردن جابجایی دارد از جمله سرعت خشک کردن بالا، حرارت حداقل در نقاط با آب کمتر و در مکانهایی که در آن حرارت مورد نیاز نمیباشد، صرفه جویی در مصرف انرژی، کنترل دقیق فرایند و کیفیت بالای محصول . - Mayor and Sereno, 2004 -
تحقیقات زیادی در مورد خشک کردن محصولات کشاورزی از جمله چروکیدگی و بهینه سازی آنها انجام گرفته است که به چند نمونه از آنها اشاره میشود: کوچک زاده و همکاران - 2010 - مدل سازی سینتیک خشک کردن پسته را با میکروویو بررسی کردند. کورزو و همکاران - 2008 - بهینه سازی خشککردن لایه نازک ورقههای کروبا را مورد بررسی قرار دادند. چایجان و همکاران - 2012 - ، مدل سازی بعضی از مشخصههای خشککردن پسته در شرایط بسترسیال، نیمهسیال و بسترثابت را مورد بررسی قرار دادند. با توجه به مطالب بیان شده تا کنون پژوهشی در مورد خشک کردن و بهینهسازی پسته در خشک کن میکروویو بسترسیال انجام نشده است لذا بررسی این تحقیق میتواند در کاهش ضایعات خشککردن پسته و کاهش مصرف انرژی که این امر باعث کاهش هزینه میشود کمک فراوانی باشد.
با توجه به تحقیقات انجام گرفته و اهمیت محصول پسته در ایران و محدود بودن مطالعات انجام شده بر روی خشک کردن پسته با خشک کنهای مختلفمخصوصاً خشککن میکروویو بستر سیال، ضرورت پژوهش در مورد خشک کردن پسته به کمک این روش پیشنهاد میشود. با توجه به عوامل تاثیر گذار بر بهینه سازی چروکیدگی در فرآیند خشککردن پسته، روش آماری سطح پاسخ به عنوان گزینه مناسبی برای بهینهسازی فرآیند انتخاب شد که در آن تاثیر متغیرهای ورودی مختلف از قبیل سرعت هوا، توان میکروویو و دمای هوای ورودی بر روی چروکیدگی مورد ارزیابی واقع شد. هدف این پژوهش عبارت است از بررسی فرایند خشککردن پسته در شرایط بستر سیال به کمک میکروویو و یافتن نقاط بهینه عملکرد دستگاه برای کمینه شدن چروکیدگی به کمک روش سطح پاسخ.
مواد و روشها
پسته تازه رقم فندقی دامغان تهیه شد و برای انجام آزمایشها در یخچال در دمای3-1 œC نگهداری شد. مقدار رطوبت اولیه پسته با استفاده از آون بدست آمد. نمونههای 14 گرمی در آون در دمای 103-1 œC قرار داده شد. مقدار رطوبت اولیه پسته 0/557 برمبنای وزن خشک بدست آمد. برای انجام آزمایشهای خشک کردن پسته از خشک کن بسترسیال به کمک میکروویو که بدین منظور طراحی و ساخته شده است، استفاده شد. این خشک کن دارای یک میکروویو شارپ با حداکثر توان 900 وات است و نیز دارای یک دمنده برای سیال کردن دانههای پسته میباشد که سرعت این دمنده با اینورتری که متصل به موتور دمنده می باشد در آزمایشهای مختلف تغییر میکرد. برای هر آزمایش سرعت دمنده تا پایان آن آزمایش ثابت میباشد. دمای داخل محفظه خشککن و دمای محیط توسط دماسنج دیجیتال Lutron TM-903 با سنسور نوع k ساخت تایوان با دقت -0/1 œC اندازهگیری شد. همچنین رطوبت محیط توسط رطوبت سنجLutron TM-903 ساخت تایوان و با دقت 3 RHح% اندازهگیری شد. وزن نمونهها با استفاده از ترازوی AND مدل GF600 ساخت کشور ژاپن با دقت 0/01 گرم در هر یک ساعت اندازه گیری شد. در
