بررسی و مدلسازی فرآیند خشک کردن ترکیبی همرفتی-مایکروویو ورقه های لیموترش

پیشرفت تکنولوژی، روش های جدیدی را برای خشک کردن در اختیار بشر قرار داده است که یکی از آن ها استفاده از امواج مایکروویو در خشک کن ها می باشد. تابش امواج مایکروویو به ماده غذایی موجب چرخش مولکول های قطبی (به ویژه مولکول آب) و حرکت ذرات باردار (مانند یون ها) می شود. اصطکاک ایجاد شده بر اثر این چرخش و حرکت، موجب گرم شدن ماده و خارج شدن رطوبت از آن می شود. در این پژوهش یک دستگاه خشک کن ترکیبی همرفتی-مایکروویو با اصلاح یک اجاق مایکروویو خانگی ساخته شد. سپس خشک کردن لایه نازک ورقه های لیموترش در روش های همرفتی با اعمال هوای گرم در سه دمای50، 55 و 60 درجه سانتی گراد، مایکروویوی با اعمال توان مایکروویو 180 وات و ترکیبی با اعمال دو سطح توان مایکروویو 180 و 360 وات در دماهای همرفتی 50، 55 و 60 درجه سانتی گراد و با سه تکرار انجام شد. در تمامی آزمایش ها وزن نمونه اولیه در حدود 190 گرم و سرعت هوای همرفتی 5/1 متر بر ثانیه ثابت بود. رطوبت نمونه ها از حدود 66/5 تا 15/0 گرم بر گرم بر پایه خشک کاهش یافت. بررسی کیفیت نمونه های خشک شده با اندازه گیری شاخص های رنگ (l* ، a* و b*) و درصد جذب مجدد آب انجام شد. آزمایشها در قالب طرح فاکتوریل کاملا تصادفی آنالیز شده و جداول تجزیه واریانس و مقایسه میانگین رسم شدند (p?0.05). برای بررسی سینتیک افت رطوبت طی فرآیند خشک شدن، نمودارهای محتوی رطوبتی-زمان، آهنگ خشک شدن-محتوی رطوبتی و نسبت رطوبت-زمان برای هر تیمار رسم شد. در همه تیمارها افت رطوبت ابتدا با آهنگ ثابت و پس از آن با آهنگ نزولی رخ داد. در مرحله آهنگ نزولی خشک شدن نیز دو دوره متمایز اول و دوم مشاهده شد. نسبت مدت زمان مرحله آهنگ ثابت به مدت زمان مرحله آهنگ نزولی با افزایش سطح توان مایکروویو کاهش یافت. مدل سازی تحلیلی داده های خشک شدن با سه روش انجام شد: 1- استفاده از مدل نیوتن (بدست آمدن ضریب خشک شدن) ، 2- روش حل کرانک بر معادله قانون دوم فیک برای صفحه نامتناهی (بدست آمدن ضریب انتشار موثر رطوبت) و 3- روش دینسر و داست (بدست آمدن عدد بایوت، ضریب انتشار رطوبت و ضریب انتقال رطوبت). در هر سه مدل افزایش سطح توان مایکروویو، افزایش مقادیر ضرایب خشک شدن، انتشار و انتقال رطوبت و کاهش زمان خشک شدن را به همراه داشت. مدل سازی تجربی داده ها نیز با برازش به 9 مدل تجربی و نیمه تجربی شناخته شده برای خشک کردن لایه نازک انجام شد و مقدار ثابت های هر مدل بدست آمد. بر اساس حداکثر ضریب تبیین (r2) و حداقل ریشه میانگین مربعات خطا (rmse)، مدل میدیلی و همکاران بهترین همخوانی را با داده ها داشت. با توجه همزمان به سه مشخصه زمان خشک شدن، کیفیت محصول خشک شده و مقدار انرژی مصرفی، استفاده از روش ترکیبی همرفتی-مایکروویو با توان مایکروویو 180 وات (حدود یک وات بر گرم محصول تر) و دمای همرفتی 50 درجه سانتی گراد برای خشک کردن ورقه های لیموترش، بهترین کارایی را نشان داد.