بخشی از مقاله
چکیده
چروکیدگی محصول علاوه بر این که معیاری برای کیفیت محصول خشک شده میباشد، سینتیک خشک شدن را نیز تحت تاثیر قرار میدهد. بنابراین آگاهی از مکانیزم چروکیدگی باعث درک بهتر سینتیک خشک شدن میشود. به منظور شبیهسازی چروکیدگی هویج در حین فرایند خشک شدن، معادلات انتقال جرم و حرارت با معادلات مکانیکی به طور همزمان درشرایط سه بعدی و در دماهای 60 و70 درجه سیلسیوس با استفاده از نرم افزار comsol multiphysics استفاده گردید. با در نظر گرفتن تنش حرارتی بدست آمده، نمودارهای توزیع تنش نسبت رطوبتی ورقههای هویج در فرایند خشک شدن رسم شدند. نتایج به دست آمده از شبیهسازی محتوای رطوبت، دما و چروکیدگی با دادههای تجربی مقایسه شدند و همبستگی مناسبی ما بین آنها وجود داشت و مشخص شد که درصد چروکیدگی با افت رطوبت متناسب است.
مقدمه
افزایش کیفیت مواد خشک شده یکی از مهمترین دغدغههای صنایع تبدیلی است. و یکی از تغییرات فیزیکی مهم که در حین خشک شدن مواد غذایی اتفاق می بازارپسندی محصول را کاهش میدهد. در طی خشک شدن مواد غذایی، چروکیدگی به طور پیوسته اتفاق میافتد که خصوصیات فیزیکی ماده و نیز خصوصیات ترموفیزیکی ماده را تحت تاثیر قرار می روی کیفیت تاثیر گذار است - . - Mayor and Sereno, 2004 هویج یکی از پر مصرفترین سبزیجات مورد استفاده برای تغذیه انسان به دلیل محتوای فیبر و ویتامینهای بالای است.
این محصول غنی از ویتامینهای - B1 ,B2 , B6 , B12 ,A - ، شکر، نشاسته، پتاسیم، کلسیم، فسفر، آهن و سایر مواد مغذی و نمکهای معدنی و پنج نوع اسیدهای آمینه میباشد - . - aboltins etal., 2011 هویج تازه دارای محتوای رطوبتی 80-90 درصد است. کاهش رطوبت محصول در طی فرایند خشک شدن باعث چروکیدگی میشود، بنابراین بررسی چروکیدگی ورقههای هویج حائز اهمیت فراوانی میباشد. تحقیقاتی با مدل دو بعدی برای شبیه آن مدل انتقال جرم و حرارت به همراه معادلات کار مجازی به طور همزمان حل شدند. تطابق خوبی بین نتایج تئوری و تجربی به دست آمد و مدل قادر بود تغییر شکل و ترک را پیشبینی کند - . - tsuka etal.,1991; Akiyama and Hayakawa,2000
اگر چروکیدگی بطور یکنواخت در داخل محصول اتفاق بیافتد رفتار کرنش چروکیدگی غیر یکنواخت بوجود می آورد که باعث ایجاد تنش , تغییر شکل غیر یکنواخت و تاثیر منفی در بافت و جذب دوباره رطوبت محصول خشک شده می شود . - kowalski and Rajewska,2002 - توزیع دو بعدی تنش در فرایند خشک شدن ماکارونی با حل همزمان معادلات انتقال رطوبت و ساختاری با استفاده از روش المان محدود به محصول ایجاد میشود - . - Inazu etal.,2005
تئوری انتقال جرم و حرارت درگیر در مواد غذایی متخلخل به صورت سه بعدی با در نظر گرفتن خواص مهندسی متغییر در طی خشک شدن بررسی شد، هر چند در دو ساعت اول دادههای تئوری با دادههای شبیهسازی شده تطابق خوبی داشتند و در صد خطا از %5 بیشتر نشد اما در ادامه فرایند به دلیل در نظر نگرفتن چروکیدگی، بین دادههای تئوری و پیش بینی شده انحراف مشاهده شد
. - aversa etal., 2007 - در بیشتر مدلهای انتخاب شده، برای سهولت حل معادلات، از چروکیدگی صرفنظر کردهاند. در حالیکه یکی از مهمترین تغییرات فیزیکی که در حین خشک شدن اتفاق میافتد، کاهش حجم است که در بعضی از موارد همراه تغییر حجم، تغییر شکل نیز اتفاق میافتد - . - %LD REU]HZVNL etal., 2008 ترک که نیز کیفیت محصولات غذایی را تحت تاثیر قرار می کششی به وجود آید. بنابراین از الگوی تنش میتوان جهت گسترش ترک را پیش بینی کرد - . - Niamnuy etal.,2008
مواد و روش ها
در این تحقیق مدلهای ریاضی سه بعدی برای پیشبینی محتوای رطوبت، حرارت، چروکیدگی و پروفیل تنش در فرایند خشک شدن هویج در خشک حرارتی بر روی تغییر شکل اعمال شد.
فرضیات: هویج به عنوان ماده همگن فرض شد، توزیع اولیه دما و رطوبت به صورت یکنواخت در نظر گرفته شد، انتقال جرم در داخل هویج با نفوذ رطوبت صورت می میافتد و رفتار کرنش و تنش از قانون هوک برای مواد الاستیک پیروی میکند.
مدل سازی ریاضی در بیان معادلات انتقال حرارت و جرم
معادلات انتقال حرارت
انتقال حرارت در داخل محصول از طریق هدایت به دلیل گرادیان دما در تمام جهات اتفاق می محصول معادله انتقال حرارت - قانون فوریه - در حالت ناپایدار در سه بعد حل میشود . - Mohan and
