توصيفگر ها :
خشك كردن آلتراسونيك , هواي گرم همرفتي , هواي گرم مادون قرمز , هيستوگرام RGB
چكيده فارسي :
چكيده
در اين تحقيق، فرايند خشككردن موز با استفاده از سه مكانيسم اصلي شامل گرمايش همرفتي، تابش مادونقرمز و ارتعاشات آلتراسونيك بررسي شده است. هر يك از اين مكانيسمها نقش مشخصي در انتقال حرارت و رطوبت ايفا مينمايند. بااينحال، اعمال ارتعاشات آلتراسونيك ميتواند با افزايش نفوذپذيري ديوارههاي سلولي، كاهش مقاومت در برابر خروج رطوبت و در نتيجه كاهش زمان خشكسازي، منجر به حفظ بهتر كيفيت محصول نهايي گردد. هدف اصلي اين پژوهش، بررسي تأثير همزمان امواج آلتراسونيك، گرمايش با هواي داغ همرفتي در دماي 60 درجه سانتيگراد و تابش مادونقرمز بر فرايند خشككردن موز و ارزيابي پارامترهاي كيفي محصول خشكشده است.
جهت انجام آزمايشها، از دو نوع منبع حرارتي شامل هواي گرم همرفتي و تابش مادونقرمز استفاده شد. همچنين، امواج آلتراسونيك با فركانس 20 كيلوهرتز در چهار سطح توان شامل صفر (بدون اعمال فراصوت)، 150، 300 و 450 وات بهعنوان عامل متغير در نظر گرفته شد. فرايند خشكسازي در دماي ثابت 60 درجه سانتيگراد انجام شد كه بر اساس بررسيهاي اوليه، دماي بهينه براي خشككردن موز محسوب ميشود. در بخش مادونقرمز، از لامپ 100 وات براي توليد تابش حرارتي استفاده گرديد.
در فرايند خشككردن با هواي گرم همرفتي، گرما از طريق جريان هوا و عمدتاً در سطح ماده منتقل ميشود، درحاليكه در روش مادونقرمز، انرژي بهصورت موضعي و بانفوذ بيشتر، مستقيماً به مولكولهاي آب درون ماده اعمال شده و فرايند تبخير را تسريع مينمايد. يافتهها نشان داد كه افزايش توان آلتراسونيك تأثير معناداري در كاهش زمان خشكسازي، بهبود رنگ و حفظ بافت ميوه داشت. بهعنوان نمونه، براي رسيدن به 35 درصد وزن اوليه، مدتزمان لازم در شرايط بدون آلتراسونيك و با توان 150 وات به ترتيب 249 و 232 دقيقه ميباشد. درحاليكه در سطوح توان 300 و 450 وات، اين زمان به ترتيب به 118 و 109 دقيقه كاهش يافت. همچنين، بررسي هيستوگرامهاي RGB بيانگر آن ميباشد كه تيمارهاي همراه با امواج آلتراسونيك و تابش مادونقرمز منجر به حفظ بهتر كيفيت رنگ و بافت موز خشكشده در مقايسه با ساير تيمارها گرديدند.
نتايج حاصل از اين پژوهش نشان داد كه استفاده تركيبي از فناوريهاي امواج فراصوت و تابش مادونقرمز، عملكرد بهتري در مقايسه با خشككردن صرف با هواي گرم همرفتي دارد. اعمال امواج آلتراسونيك منجر به بهبود راندمان انتقال جرم، كاهش زمان فرايند و حفظ ويژگيهاي كيفي محصول نهايي شد. همچنين، هنگاميكه منبع گرمايي تابش مادونقرمز ميباشد. استفاده از امواج آلتراسونيك بيشترين اثربخشي را در بهبود پارامترهاي كيفي نشان داد؛ بنابراين، بهرهگيري از روشهاي همانند خشككردن آلتراسونيك ميتواند بهعنوان رويكردي مؤثر در بهينهسازي فرايند خشكسازي ميوهها، بهويژه در مقياسهاي صنعتي، پيشنهاد شود.
چكيده انگليسي :
Abstract
In this study, the banana drying process was investigated using three main mechanisms including convective heating, infrared radiation and ultrasonic vibrations. Each of these mechanisms plays a specific role in heat and moisture transfer. However, the application of ultrasonic vibrations can lead to better preservation of the quality of the final product by increasing the permeability of cell walls, reducing the resistance to moisture escape and consequently reducing the drying time. The main objective of this study is to investigate the simultaneous effect of ultrasonic waves, convective hot air heating at 60°C and infrared radiation on the banana drying process and to evaluate the quality parameters of the dried product.
Two types of heat sources including convective hot air and infrared radiation were used for the experiments. Also, ultrasonic waves with a frequency of 20 kHz at four power levels including zero (without ultrasound application), 150, 300 and 450 watts were considered as a variable factor. The drying process was carried out at a constant temperature of 60°C, which is considered the optimal temperature for drying bananas based on preliminary studies. In the infrared section, a 100-watt lamp was used to produce thermal radiation. In the convective hot air drying process, heat is transferred through the air flow and mainly at the surface of the material, while in the infrared method, energy is applied locally and more penetratingly, directly to the water molecules within the material, accelerating the evaporation process. The findings showed that increasing the ultrasonic power had a significant effect on reducing the drying time, improving the color and preserving the texture of the fruit. For example, to reach 35% of the initial weight, the time required in the absence of ultrasonics and with a power of 150 watts was 249 and 232 minutes, respectively. While at power levels of 300 and 450 watts, this time was reduced to 118 and 109 minutes, respectively. Also, the examination of RGB histograms indicates that treatments combined with ultrasonic waves and infrared radiation resulted in better preservation of the color and texture quality of dried bananas compared to other treatments.
The results of this study showed that the combined use of ultrasonic waves and infrared radiation technologies has better performance compared to drying with hot convective air alone. The application of ultrasonic waves resulted in improved mass transfer efficiency, reduced process time, and maintained the quality characteristics of the final product. Also, when the heat source is infrared radiation. The use of ultrasonic waves showed the greatest effectiveness in improving quality parameters; therefore, the use of methods such as ultrasonic drying can be suggested as an effective approach in optimizing the fruit drying process, especially on an industrial scale.