بررسی سینتیک خشک‌کردن قطعات هویج با‌استفاده از خشک‌کن ترکیبی مادون‌قرمز-بسترسیال

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

دانشکده صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: در میان روش‌های مختلف خشک‌کردن با هوای داغ، استفاده از بسترسیال مزایای قابل‌توجهی مثل سرعت‌ بالای انتقال جرم و حرارت و یکنواخت بودن فرآیند در تمام سطوح ماده غذایی به علت اختلاط مناسب با هوای داغ و همچنین راندمان حرارتی بالا همراه با دمای یکنواخت و قابل‌کنترل بستر را دارا است. در سال‌های اخیر استفاده از پرتو مادون‌قرمز برای خشک‌کردن محصولات غذایی با توجه به کیفیت بالاتر محصول، توزیع یکنواخت حرارت، بازدهی بالای انرژی، سرعت بالای انتقال حرارت و کاهش زمان فرآیند، تسهیل کنترل دمای مواد اولیه، نیاز کم به عبور جریان هوا از میان محصول و بالا بودن امکان کنترل پارامترهای فرآیند نسبت به روش‌های متداول خشک‌کردن، افزایش یافته است.
مواد و روش‌ها: پپس از انتخاب و خریداری هویج‌های سالم و شست‌و‌شو با آب، هویج‌ها بااستفاده از پوست‌گیر دستی، پوست‌گیری شده و سپس با خلال‌کن به قطعات مکعب‌شکل تقسیم شدند. به‌منظور خشک‌کردن ترکیبی مادون‌قرمز-بسترسیال، دستگاه خشک‌کنی (در مقیاس آزمایشگاهی) طراحی و ساخته شد. در این پژوهش، خشک‌کردن قطعات مکعب‌شکل هویج در قالب طرح آزمایشی فاکتوریل در سه توان لامپ مادون‌قرمز (200، 400 و 600 وات)، سه سطح دمایی (50، 60، 70 درجه‌سلسیوس) و دو اندازه‌ نمونه (5/0 و 1 سانتی‌مترمکعب) و در سه تکرار انجام گرفت و برای توصیف رفتار فرآیند خشک‌شدن نمونه‌های هویج به‌روش ترکیبی مادون‌قرمز-بسترسیال ، پنج مدل ریاضی (پیج، پیج اصلاح‌شده، هندرسون و پابیس، میدیلی و لگاریتمی) بررسی شد.
یافته‌ها: ‌نتایج به‌دست‌آمده نشان داد تغییر دمای هوای ورودی، اندازه قطعات هویج و توان لامپ مادون‌قرمز اثر معنی‌داری (05/0P< ) روی خروج آب از نمونه داشت و با افزایش دمای هوا و توان لامپ و کاهش اندازه قطعات هویج، زمان خشک‌شدن کاهش پیدا کرد؛ در نتیجه میزان انرژی مصرفی نیز به‌طور قابل‌توجهی کاهش داشت به‌طوری که از 63/12 در روش بسترسیال (به‌تنهایی) به میزان 28/2 کیلووات‌ساعت بر کیلوگرم بااستفاده از روش ترکیبی مادون‌قرمز-بسترسیال، تقلیل پیدا کرد. با در نظرگرفتن بیشترین مقدار ضریب تبیین و کمترین میزان خطای استاندارد، مدل پیج نسبت به سایر مدل‏ ها پیشگویی بهتری از داده ‏های آزمایشی داشت.
نتیجه‌گیری: تجزیه و تحلیل داده‌ها نشان داد که هرسه متغیر مورد بررسی (دمای هوا، اندازه قطعات نمونه و توان لامپ مادون‌قرمز) روی مقدار و سرعت خروج آب از نمونه و در نتیجه زمان فرآیند خشک‌شدن اثر معنی‌دار داشتند. استفاده از سامانه ترکیبی مادون‌قرمز-بسترسیال در مقایسه با روش‌های معمول خشک‌کردن باهوای داغ، مدت زمان فرآیند را به‌طور قابل‌توجهی کاهش داده و به این ترتیب میزان انرژی مصرفی در این روش به‌شکل چشمگیری کاهش یافت.

واژه‌های کلیدی: مادون‌قرمز، ترکیبی بسترسیال، خشک‌کردن، سینتیک، هویج

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study of Kinetics during Infrared-Fluidized Bed Drying of Carrot Cubes

نویسندگان [English]

  • Sara Saeedfar
  • Mehdi Kashaninejad
  • Mehran Alami
  • Alireza Asadiamirabadi
Faculty of Food Science, Gorgan University of Agricultural Science and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده [English]

Abstract
Background and objectives: Among the various hot air drying methods, fluidized bed drying has significant advantages such as high heat and mass transfer, uniform moisture reduction of products with short time and high drying rate and uniform process at entire surface of the product due to efficient mixing with the drying air and high efficiency of process. In recent years, usage of infrared drying to dry food products has increased over conventional drying methods due to higher product quality, uniform heat distribution, high energy efficiency, high heat transfer rate and less processing time, facilitating the control of raw material temperature, reduced necessity for air flow across and the high ability to control process parameters in infrared heating. In this study, kinetics of carrot cubes drying by infrared-fluidized bed dryer were investigated.
Materials and methods: Fresh carrot were washed with tap water and peeled manually then diced by dicer. To drying carrot cubes by combined infrared- fluidized bed method a laboratory scale dryer was designed and performed. In this study, drying of carrot cubes (0.5 and 1 cm3) was performed in factorial design experiments using air temperatures of 50, 60 and 70 °C and three levels of infrared power (200, 400 and 600 W) in three replications. To describing the infrared-fluidized bed drying behavior of carrot cubes, five mathematical models (Page, Modified Page, Henderson & Pabis, Midilli and Logarithmic) were evaluated.
Results: The results demonstrated that the change in inlet air temperature, size of carrot cubes and infrared power had a significant effect (P <0.05) on water withdrawal from the sample and drying time decreased with increasing air temperature and infrared power and decreasing carrot cubes size. Therefore, the energy consumption was also reduced considerably, decreasing from 12.63 Kwh/kg in bed fluidized method (without infrared power) to 2.28 Kwh/kg using infrared -fluidized bed drying. The Page model was identified as the suitable model to describe the drying kinetics of carrot cubes by infrared-fluidized bed dryer that showed a good agreement with experimental data.
Conclusion: The statistical analysis of variance showed that air temperature, sample size and infrared power had a significant effect on water withdrawal rate of samples and therefore drying time. According to the results, using infrared-fluidized bed drying as a combined method in comparison with conventional hot air drying methods can reduce drying time and energy consumption and costs considerably.

Keywords: Infrared, Combined fluidized bed, Drying, Kinetics, Carrot

کلیدواژه‌ها [English]

  • Infrared
  • Combined fluidized bed
  • Drying
  • Kinetics
  • Carrot

مراجع

1. Abano, E., Ma, H. and Qu, W. 2011. Influence of air temperature on the drying kinetics and quality of tomato slices. Journal of Food processing and Technology, 2: 1-9.
2. Abe, T. and Afzal, T. 1997. Thin-layer infrared radiation drying of rough rice. Journal of Agricultural Engineering Research, 67(4): 289-297.
3. Adonis, M. and Khan, M.T.E. 2004. Combined convective and infrared drying model for food applications. 2. 1049-1052 Vol.2.
4. Afzal, T.M. and Abe, T. 1998. Diffusion in potato during far infrared radiation drying. Journal of Food Engineering, 37(4): 353-365.
5. Baysal, T. et al. 2003. Effects of microwave and infrared drying on the quality of carrot and garlic. European Food Research and Technology, 218(1): p. 68-73.
6. Bazyma, L.A. et al. 2006. The investigation of low temperature vacuum drying processes of agricultural materials. Journal of Food Engineering. 74(3): p. 410-415.
7. Cárdenas-Bailón, F., Osorio-Revilla, G. and Gallardo-Velázquez, T. 2017. Evaluation of quality parameters of dried carrot cubes in a spout-fluidized-bed dryer with and without draft tube. Journal of Food Measurement and Characterization, 11(1): p. 245-255.
8. Chandran, A., Rao, S.S. and Varma, Y. 1990. Fluidized bed drying of solids. AIChE Journal: (1)36p. 29-38.
9. Das, I., Das, S.K. and Bal, S. 2009. Drying kinetics of high moisture paddy undergoing vibration-assisted infrared (IR) drying. Journal of Food Engineering. 95(1): 166-171.
10. Dondee, S. 2011. Reducing cracking and breakage of soybean grains under combined near-infrared radiation and fluidized-bed drying. Journal of food engineering. 104 (No. 1): 6-13-2011 V.104 No.1.
Doymaz, I. 2007. Air-drying characteristics of tomatoes. Journal of food engineering. 78(4): p. 12.1297-91
12. Doymaz, İ. 2015. Infrared Drying Kinetics and Quality Characteristics of Carrot Slices. Journal of Food Processing and Preservation. 39(6): 2738-2745.
13. Doymaz, I. and Pala, M. 2003. The thin-layer drying characteristics of corn. Journal of Food Engineering: 60(2): 125-130.
14. Ertekin, C. and Heybeli, N. 2014. Thin‐Layer Infrared Drying of Mint Leaves. Journal of Food Processing and Preservation,38(4): 1480-1490.
15. Górnicki, K. and Kaleta, A. 2007. Drying curve modelling of blanched carrot cubes under natural convection condition. Journal of Food Engineering. 82(2): p. 160-170.
16. Hebbar, H.U., Vishwanathan, K.H. and Ramesh, M.N. 2004. Development of combined infrared and hot air dryer for vegetables. Journal of Food Engineering: (4) 65.004p. 557-563.
17. Hebbar, U., Harishchandra Vishwanathan, K. and Raghavarao, K. 2010. Hot Air Assisted Infrared Drying of Vegetables and Its Quality. 16: 381-388.
18. Hu, X. 2016. fluidized Bed Dryinf of Microwave-Assisted Fluidized Bed Drying of Carrot Slices.
19. Kashaninejad, M. et al. 2007. Thin-layer drying characteristics and modeling of pistachio nuts. Journal of Food Engineering. 78(1): 98-108.
20. Keshavarz, R. et al. 2010. Experimental survey on bulk drying in a fluidized bed dryer using infrared heating. Journal of Separation Science and Engineering. 2(2): 103-110.
21. Khanali, M., Banisharif, A. and Rafiee, S. 2016. Modeling of moisture diffusivity, activation energy and energy consumption in fluidized bed drying of rough Heat and Mass Transfer. 52(11): 2541-2549.
22. Kocabiyik, H. 2010. Combined Infrared and Hot Air Drying, in Infrared Heating for Food and Agricultural Processing. CRC Press. p. 101-116.
23. Kocabiyik, H. and Tezer, D. 2009. Drying of carrot slices using infrared radiation. International Journal of Food Science & Technology. 44(5): p. 953-959.
24. Lee, J.H. and Kim, H.J. 2009. Vacuum drying kinetics of Asian white radish (Raphanus sativus) slices. LWT-Food Science and Technology. 42 (1):180-186.
25. Mitrevski, V. et al. 2017. Drying Kinetics and Mathematical Modeling of Far-Infrared Vaccum Drying of Some Vegetables and Fruits. Vol. 2. 109-114.
26. Mongpraneet, S., Abe, T. and Tsurusaki, T. 2002. Far-Infrared Vaccumed and Convection Drying of Welsh Onion. Transactions of the ASAE. 45(5): 15-29.
27. Mulet, A., Berna, A. and Rossello, C. 1989. Drying of carrots. I. Drying models. Drying Technology. 7(3): 537-557.
28. Pan, Z., Venkitasamy, C. and Li, X. 2016. Infrared Processing of Foods, in Reference Module in Food Science, Elsevier.
Prakash, S., Jha, S. and Datta, N. 2004. Performance evaluation of blanched carrots dried by three different driers. Journal of Food Engineering. 62(3): 305-313.
30. Praveen Kumar, D.G. et al. 2005. Infrared and Hot-Air Drying of Onions. Journal of Food Processing and Preservation. 29(2): 132-150.
31. Sharma, G.P., Verma, R.C. and Pathare, P.B. 2005. Thin-layer infrared radiation drying of onion slices. Journal of Food Engineering. 67:(3)p. 361-366.
32. Sivakumar, R. et al. 2016. Fluidized bed drying of some agro products – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 61: 280-301.
33. Wang, J. and Sheng, K.C. 2004. Modeling of Muti-layer Far-Infrared Dryer. Drying Technology. 22(4): 809-820.
34. White, G., Ross, I. and Poneleit, C. 1981. Fully-exposed drying of popcorn. Transactions of the ASAE. 24(2): 466-0468.
35. Yadollahinia, A. and Jahangiri, M. 2009. Shrinkage of potato slice during drying. Journal of Food Engineering. 94(1): 52-58.
36. Yaldiz, O., Ertekin, C. and Uzun, H.I. 2001. Mathematical modeling of thin layer solar drying of sultana grapes. Energy. 26(5): 457-465.
37. Zare, D., Naderi, H. and Ranjbaran, M. 2015. Energy and Quality Attributes of Combined Hot-Air/Infrared Drying of Paddy. Drying Technology. 33(5): 570-582.
38. Zielinska, M. and Markowski, M. 2007. Drying Behavior of Carrots Dried in a Spout–Fluidized Bed Dryer. Drying Technology. 25(1): 261-270.
نشریه فرآوری و نگهداری مواد غذایی
دوره 14، شماره 1
فروردین 1401
صفحه 59-72

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار