مقاله فن آوری های نوین خشک کردن میوه ها و سبزیجات

بخشی از مقاله

چکیده

خشک کردن محصولات غذایی بهمنظور افزایش عمر نگهداری، کاهش نیاز به بستهبندی و سهولت حمل و نقل انجام میگردد . در ارزیابی کیفی محصولات خشک شده، تغییرات فیزیکی، شیمیایی، میکروبی و تغذیهای محصول مورد بررسی قرار میگیرد. خشک کردن اسمزی، خلایی، فریزری، بخار فوق گرم، پمپ گرما، پاششی و الکتروهیدرودینامیکی محصولات کشاورزی، از روشهای مورد استفاده در خشک کنها میباشد.

از آنجا که استفاده از حرارت از طریق هدایت، همرفت و تابش به منظور کاهش رطوبت ماده عمدتا با تغییرات نامطلوبی در خواص ماده همراه است، در سالهای اخیر استفاده از سامانههای بدون گرما از جمله خشک کنهای الکتروهیدرودینامیکی و فریزری توسعه یافتهاند. بهطور کلی روش مناسب خشک کردن بستگی به عواملی چون نوع محصول، در دسترس بودن خشک کن، هزینه خشک کردن و کیفیت نهایی محصول خشک شده دارد و مدیریت فاکتورهای فوق بهترین بازده خشک کردن را در بر خواهد داشت.

مقدمه

میوهها و سبزیجات منابع مهمی از مواد مغذی ضروری مانند ویتامینها، مواد معدنی و فیبرها در رژیم غذایی انسان هستند. از آنجا که رطوبت میوهها وسبزیجات تازه معمولا بیش از 80 درصد است آنها به عنوان مواد فساد پذیر طبقه بندی میشوند . - Orsat et al., 2006 - نگهداری محصول به صورت تازه، بهترین راه برای حفظ ارزش تغذیهای محصول است، اما بسیاری از روشهای ذخیره سازی نیازمند درجه حرارت پایین هستند که تامین آن در طول زنجیره توزیع دشوار میباشد.

از سوی دیگر، خشک کردن یک جایگزین مناسب برای مدیریت پس از برداشت به خصوص در کشورهای پر جمعیت مانند هند با امکانات ضعیف نگهداری و حمل و نقل میباشد. لازم به ذکر است بیش از 20 از محصولات فاسد شدنی جهان برای افزایش عمر نگهداری و ارتقای سلامت غذایی خشک میشوند . - Grabowski et al., 2003 - با این وجود، قسمت کوچکی از محصولات فاسد شدنی در هند خشک میشوند که منجر به از دست رفتن پول، کار و گران بودن محصولات در فصول نبود محصول میشود. خشک کردن میوهها و سبزیجات قرنها قدمت دارد و به خشک کردن خورشیدی برمیگردد.

کیفیت پایین و آلودگی محصول منجر به توسعه تکنولوژیهای خشک کردن جایگزین شد - Bezyma . - and Kutovoy, 2005 به جزخشک کردن فریزری، استفاده از حرارت در خشک کردن از طریق هدایت، همرفت و تابش تکنیکهای اساسی مورد استفاده به منظور کاهش رطوبت مواد هستند. انتخاب روش مناسب خشک کردن، بستگی به عواملی چون نوع محصول، در دسترس بودن خشک کن، هزینه خشک کردن و کیفیت نهایی محصول خشک شده دارد.

به منظور کاهش استفاده از سوختهای فسیلی، انرژی الکتریکی یک منبع انرژی پاک برای خشک کردن است به ویژه این که برق توسط یک منبع انرژی تجدید شونده مانند برق آبی و یا قدرت باد تولید شود . - Raghavan et al., 2005 - هدف از مقاله مروری حاضر بررسی پیشرفتهای اخیر و همچنین دور نمای خشک کردن محصولات میباشد.

خشک کردن میوهها و سبزیجات

خشک کردن میوهها و سبزیجات به روش همرفت مشکلات زیادی در ارتباط با تغییرات خواص فیزیکی محصولات کشاورزی از جمله رنگ - Chua et - al., 2000، بافت، طعم، مزه، مواد مغذی وکیفیت ظاهری ماده - چروکیدگی - بوجود میآورد . - Mayor and Serno, 2004 - علاوه بر این، خشک شدن همرفتی در طول زمان باز جذب آب توانایی پایینی از خود نشان میدهد . - Khraisheh et al., 2004 -

استفاده از درجه حرارت بالا در فرآیند خشک کردن، عاملی مهم در کاهش کیفیت محصولات خشک شده دارد . - Beaudry et al., 2004 - به منظور کاهش هزینهها، پیش تیمارهای مختلف و روش های جدید با اعمال دمای پایین و مصرف انرژی کمتر توسعه یافته است. حل شدنی بودن آب در دی اکسید کربن برای خشک کردن مواد در دمای پایین کاربرد دارد.

در این راستا استفاده از دی اکسیدکربن فوق بحرانی که دمای بحرانی پایینی دارد و ماده ای مطمئن سالم و مناسب میباشد در صنایع غذایی مورد توجه قرار گرفته است. از نمک طعام بیشتر به عنوان مزه در فراوری میوهها و سبزیها استفاده میشود، اما در برخی کاربردها از آمیزه ساکارز و نمک به عنوان محلول تراوشی استفاده میشود و با غوطه وری میوهها آنها را به یک سطح فعالیت آبی ویژه میرسانند.

در فرایند خشک کردن میتوان از برخی ترکیبها نظیر اتیل اولئات برای افزایش سرعت خشک کردن بهره برد. اتیل اولئات که پوسته مومی و دیواره یاخته برخی فرآوردهها را در خود حل میکند، موجب خشک شدن سطح ماده غذایی میشود و در نتیجه رطوبت داخلی را بیشتر به طرف سطح خارجی میکشد. فراهم کردن حرارت و گرما توسط تشعشع مادون قرمز موجب میشود گرما در درون ماده تولید شده و در منطقه با رطوبت بیشتر متمرکز شود. بنابراین با افزایش فشار بخار در این منطقه، رطوبت به سمت لایههای بیرونی که فشار بخار کمتر است می رود و مشکلات مربوط به هدایت گرمایی و خشک شدن پوسته کاهش مییابد . - Afzal e

در روش ترکیدن پفکی ابتدا محصول در داخل استوانهای گرم میشود تا این که فشار داخلی آن به اندازهای از پیش تعیین شده برسد. سپس فشار ماده غذایی به سرعت تا فشار اتمسفری کاهش داده میشود. در این حالت مقداری از آب ماده غذایی بخار شده و با ترکیدن ماده یک شبکه سوراخ پدید میآید که این سوراخها موجب میشود که سرعت خشک شدن تقریبا دو برابرسریعتر از روشهای سنتی باشد.

بطور کلی داغ کردن مواد تا دمای بالا موجب جذب مستقیم رویه به وسیله پرتو افشانی میگردد. روشهای برقی مانند لامپهای گداخته و لولههای کوارتز با پرتو افشانی داغ از صفحههای سوار شده در بالای سینیها به محصول میتابد. دوغابها و ژلها در این روش به خوبی خشک میگردد و جذب بهتری دارد. این روش خشک کردن سرعت خشک کردن بالا را بدون خطر سوختن ماده غذایی فراهم میکند.

خشک کردن اسمزی1

اسمز بیشتر به عنوان بخشی از فرآیند خشک کردن یک ماده شناخته میشود . در این روش، کاهش رطوبت در حدی نیست که ماده به عنوان یک محصول خشک در نظر گرفته شود. خشک کردن اسمزی میوهها و سبزیجات برای تولید مواد غذایی با رطوبت متوسط و یا بعنوان پیش تیمار به منظور کاهش مصرف انرژی و آسیب حرارتی میوهها و سبزیجات مورد توجه است . - Jayaraman and Gupta, 1992 -

پارامترهای مهم در فرایند خشک کردن اسمزی شامل غلظت، دما، نسبت نمونه به محلول، تحریک میوه در شربت، شکل و اندازه نمونه، نوع مواد و پیش تیمار میباشد - ; Talens et al., 2000 . - Fito et al., 2001 غیر گرمایی بودن فرایند اسمز موجب حفظ مواد مغذی میشود . - Shi et al., 1997 - در خشک کردن ورقههای گواوا نشان داده شد که افزایش غلظت قند - بریکس - 60 و درجه حرارت 60 - درجه سانتی گراد - نرخ کاهش رطوبت را افزایش میدهد . - Sagar and Kumar, 2007 - در این روش، نیروی محرکه برای انتشار یا حرکت آب از بافت ماده به محلول، اختلاف فشار اسمزی است.

به طور کلی، نرخ انتقال جرم در طول خشک کردن اسمزی کم است. اعمال یک نیروی گریز از مرکز64 - 2 برابر شتاب جاذبه - در خشک کردن اسمزی، نشان داد که انتقال جرم %15 افزایش یافت - Azura, . - 1996 از جمله تکنیکهایی که انتقال جرم را بهبود میبخشد عبارتند از: خلأ نسبی - Rastogi and Raghavarao, 2004 - ، فشار بالای هیدرواستاتیک - Rastigi and Niranjan, 2008 - 3، میدان الکتریکی پالسی4 شدت بالا - Rastogi et al., 1999 - و استفاده از نیروی گریز از مرکز قبل از خشک کردن اسمزی . - Azura et al., 1996 - کاهش فشار موجب انبساط و فرار گازهای محبوس شده در منافذ میشود .

وقتی که فشار مجددا برقرار شود، منافذ را میتوان با محلول اسمزی پر کرد که موجب افزایش سطح انتقال جرم در دسترس میشود. تاثیر کاربرد خلاء در طول خشک کردن اسمزی بر اساس پارامترهای انتقال اسمزی یعنی ضریب انتقال جرم و مساحت سطحی - Rastogi and Raghavarao, 2004 - بیان میشود. فشار خلاء در محدوده 100 -50 میلیبار برای کوتاه شدن زمان خشک شدن اعمال میشود. استفاده از فشار هیدرواستاتیک بالا موجب آسیب به دیواره سلولی میشود که ساختار بافتها را به طور قابل ملاحظهای تغییر میدهد و منجر به نفوذ پذیری بیشتر سلولها و در نتیجه افزایش نرخ انتقال جرم در طول خشک کردن اسمزی می شود .

میدان الکتریکی پالسی، نفوذپذیری سلولهای گیاهی را افزایش میدهد. صدمات سلولی ناشی از تیمار میدان الکتریکی پالسی موجب نرم شدن و کاهش مقاومت بافت میشود . افزایش نفوذ پذیری بافت سیب زمینی - Azura et al., 1996 - و هویج - Rastogi et al., 1999 - تیمار شده با میدان الکتریکی پالسی منجر به بهبود انتقال جرم در طول خشک کردن اسمزی شده است.

ضریب انتشار موثر آب و املاح به صورت نمایی با قدرت میدان الکتریکی افزایش مییابد. افزایش ضریب انتشار موثر نیز میتواند به افزایش نفوذپذیری دیواره سلولی نسبت داده شود که انتقال آب و املاح را تسهیل میکند - Taiwo et . - al., 2002 اثر میدان الکتریکی پالسی در خشک کردن اسمزی ورقههای سیب نشان داد که میدان الکتریکی پالسی منجر به افزایش نفوذ پذیری غشاء سلول می شود .

همچنین پیش تیمار میدان الکتریکی پالس در انبه منجر به افزایش نرخ انتقال رطوبت در خشک کن اسمزی شد - Lai and Sharma, . - 2005 پیش تیمار میدان الکتریکی پالسی و تیمار اسمزی نشان داد که محتوای اسید اسکوربیک و کاروتنوئید فلفل قرمز بیشتر بود. همچنین زمان خشک کردن فلفل قرمز پیش تیمار شده با میدان الکتریکی پالس تا %25 کاهش یافت . - Ade-Omowaye et al., 2003 - تاثیر شدت میدان الکتریکی پالسی و خشک کردن اسمزی روی ویژگیهای باز جذب آب ورقههای سیب در دماهای مختلف نشان داد که نرخ باز جذب آب با دما افزایش یافت - Taiwo et al., . - 2003

الکتروهیدرودینامیک5

خشک کردن مواد غذایی در درجه حرارتهای بالا از فرآیندهای پر مصرف انرژی است و اغلب تغییرات نامطلوبی در خواص فیزیکی و شیمیایی مواد غذایی ایجاد میکند . روش الکتروهیدرودینامیک با کاهش انرژی مصرفی فرایند خشک کردن، ضمن آبگیری درصدی از رطوبت اولیه، محصولی با کیفیت بالا از نظر رنگ، میزان چروکیدگی و طعم نسبت به سایر روشهای خشک کردن مانند هوای داغ ،آون و مایکرویو تولید میکند. مکانیزم خشک شدن به شیوهی الکتروهیدرودینامیک عموما به باد الکتریکی تولید شده توسط میدان الکتریکی به عنوان نیروی محرکهی اساسی در خشک کردن نسبت داده می شود.

تعداد زیادی از یونهای هوا توسط تخلیهی کورونا در سیستم الکترود و صفحهی یونیزه کننده تولید میشود. یونهایی که در ناحیهی کوچک اطراف الکترودهای نقطهای یونیزهکننده تولید میشود، بوسیلهی میدان الکتریکی شتاب داده میشوند و سبب حرکت هوا شده و از این رو سبب تولید باد الکتریکی میشود. باد الکتریکی به مادهی تر برخورد میکند و سبب افزایش انتقال جرم به منظور بهبود نرخ خشک شدن میشود.

روش الکتروهیدرودینامیک میتواند با ایجاد کمترین حرارت در سطح مواد غذایی محصولی با کیفیت بهتر همراه با بهره انرژی بالا و سازگاری با محیط زیست ارایه نماید - Esehaghbeygi et al., . - Esehaghbeygi and Basiry, 2011; 2013 در شیوه الکتروهیدرودینامیک، در فضای بین الکترود نقطهای و صفحه زیرین، عایق هوا قرار دارد. هوا دارای گذردهی الکتریکی بسیار پایینی است. به همین علت شدت جریان مصرفی و متعاقبا انرژی مصرفی در خشک کردن به شیوه الکتروهیدرودینامیک بسیار پایین است.

امواج فراصوت6

امواج مکانیکی صوتی میتواند روی لایه مرزی که بین فاز مایع و جامد وجود دارد تاثیر گذارد. به عبارت دیگر موج های صوتی نیرومند، ضرایب انتقال گرما و جرم را در لایه مرزی سلولها افزایش می دهد که این پدیده موجب جدا شدن مایع از جامد میگردد. کاویتاسیون، پدیده تولید شده توسط فراصوت، متشکل ازحبابهای هوا در مایع است که میتواند نوسان فشاری موضعی را از بین ببرد و یا تولید کند که این در نهایت انتقال جرم اسمزی را افزایش میدهد.

نرخ انتقال بستگی به فشار و فرکانس موج تولید شده توسط موج فراصوت دارد . - Raghavan et al., 2005 - شربتهای ذرت سرشار از فرکتوز، رب گوجه فرنگی، آب لیمو و آب پرتقال در خشک کنهای صوتی که کم و بیش روشی سریع و خنک هستند، افت کمی در طعم، بو، رنگ و ارزش خوراکی بدنبال داشتهاند. امواج فراصوت گرادیان فشار را در سطح گاز- مایع تحت تاثیر قرار میدهد وسبب تشدید تبخیر میشود.

امواج مایکرویوی7

امواج مایکرویو با تولید حرارت در داخل محصول از طریق جنبش مولکولی، آب را بخار میکنند. گرمایش حجمی و کاهش زمان فرآیند، امواج مایکرویو را یک منبع جذاب انرژی حرارتی میکند. در خشک کردن مایکرویوی از انرژی الکتریکی در محدوده فرکانس 300 مگاهرتز تا 300 گیگاهرتز استفاده میشود. مایکروویو را میتوان به راحتی با سایر روشهای خشک کردن ترکیب کرد .

به منظور کنترل دمای محصول، چگالی توان - وات/گرم مواد - و سیکل اعمال امواج باید کنترل شود . - Changrue et al., 2004 - توانایی اصلی مایکرویو در مرحله دوم سیکل خشک شدن، یعنی مرحله نزولی نرخ رطوبت که رطوبت به سختی از محصول جدا میشود مطرح است. به دلیل حرارت بالای مرکز ماده در اثر جذب امواج مایکرویو، اختلاف گرادیان حرارتی بین هسته و سطح موجب افزایش نرخ انتقال جرم میشود .

- Soysal et al., 2006 - چنانچه انرژی امواج به داخل ماده وارد شود مولکولهای ماده سعی میکنند در جهت میدان الکتریکی اعمال شده آرایش بگیرند. سپس در حول محور خود شروع به نوسان میکنند و انرژی موج ها به انرژی حرارتی تبدیل میشود. این حرارت تولید شده بعلت اصطکاک، موجب خشک شدن ماده غذایی میگردد.