ميكرومدل‌سازي اثر پيش‌تيمار جت هواي داغ مرطوب بر بافت و سينتيك خشك شدن انگور

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

كشاورزي

دكتري

پيش‌تيمار جت برخوردي هواي داغ مرطوب با توجه مزايايي كه دارد، به عنوان يك پيش‌تيمار غير شيميايي مؤثر بر خشك كردن انگور مطرح است. در فاز اول اين پژوهش براي اعمال اين پيش‌تيمار به انگور و مطالعه چگونگي تأثير آن بر بافت و روند خشك كردن انگور، سامانه اعمال پيش‌تيمار طراحي و ساخته شد و مورد ارزيابي قرار گرفت. در فاز دوم با رويكرد مدل‌سازي چندمقياسي، مكانيزم‌هاي حاكم بر انتقال حرارت در هنگام اعمال جت برخوردي هواي داغ مرطوب بر حبه‌هاي انگور (ماكرومقياس) به صورت عددي مطالعه شد. شبيه‌سازي در دماي 110 درجه سلسيوس و رطوبت‌هاي نسبي 20، 40، 60 و80 درصد انجام شد. در اين مدل انتقال حرارت ناشي از جت برخوردي و ميعان در سطح انگور در نظر گرفته شد. مقايسه مقادير پيش‌بيني‌شده و اندازه‌گيري شده دماي مركز حبه انگور نشان‌دهنده انطباق نتايج با ضريب تعيين 993/0 بود. با توجه به اين كه بافت انگور يك محيط چند فازي با خصوصيات ناهمگن است، در فاز سوم يك ميكرومدل هندسي از بافت با استفاده از مدل رشد سلولي بر اساس بيومكانيك سلول‌هاي گياهي توسعه يافت. نتايج بيانگر انطباق پارامترهاي هندسي استخراج شده از بافت ايجاد شده توسط مدل رشد سلولي بر مقادير به دست آمده از بافت واقعي انگور با ضريب تعيين 995/0 بود. با افزايش دما، افزايش نفوذپذيري غشاء سلول منجر به از دست رفتن فشار تورمي و در نتيجه نرم‌شدگي بافت مي‌شود. علاوه بر اين، هنگام اعمال فرآيند، گرما باعث تخريب حرارتي پكتين‌هاي ديوار سلول از طريق واكنش حذف بتا شده كه منجر به از بين رفتن بيشتر بافت مي‌شود. بنابراين، در فاز چهارم توسعه يك مدل كيفي با استفاده از روش المان‌هاي محدود براي مطالعه تغيير بافت انگور تحت تأثير پيش‌تيمار جت‌برخوردي هواي داغ مرطوب كه ويژگي‌هاي هندسي در مقياس ميكرو براي محصول را در خود جاي دهد، مورد نظر قرار گرفت. در اين مدل كيفي، ضريب الاستيسيته بافت انگور به عنوان معيار بافت در نظر گرفته شد. مدل ميكرومقياس توسعه داده شده شامل انتقال حرارت و رطوبت در مقياس ميكرو، تخريب پكتين در مواد ديواره سلول و مدل مكانيكي جامد در مقياس ميكرو بود. اين مدل براي پيش‌بيني ضريب الاستيسيته همگن بافت انگور در طول حرارت دهي در دماها و مدت‌هاي مختلف استفاده شد. براي اعمال شرايط مرزي بر المان نماينده حجمي (ميكرومقياس) از نتايج شبيه‌سازي انتقال حرارت جت برخوردي هواي داغ مرطوب در انگور (ماكرومقياس) استفاده شد. مدل توسعه‌يافته با پيش‌بيني ضريب الاستيسيته در دماها و مدت‌هاي مختلف اعمال پيش‌تيمار و مقايسه آن‌ها با داده‌هاي تجربي تأييد شد. روندهاي شبيه‌سازي‌شده در تغييرات ضريب الاستيسيته با نتايج تجربي مطابقت داشت. كارايي مدل توسعه يافته نشان داد كه چارچوب طراحي شده را مي‌توان براي شبيه‌سازي تغييرات بافت طي اعمال پيش‌تيمارهاي حرارتي استفاده كرد. در فاز آخر تأثير دما و مدت اعمال پيش‌تيمار (دماهاي 90، 100 و 110 درجه سلسيوس و مدت‌هاي 30، 60، 90، 120 و 150 ثانيه) در سرعت جت هواي 10 متر بر ثانيه و رطوبت نسبي 45 درصد در قالب طرح آزمايشي فاكتوريل 5×3 بر پايه طرح كاملاً تصادفي با سه تكرار بر روند خشك شدن انگور به روش سايه‌خشك مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج بيانگر كاهش مدت خشك كردن با افزايش دما و مدت اعمال پيش‌تيمار بود. با افزايش مدت پيش‌تيمار از 30 به 150 ثانيه در دماهاي 90، 100 و 110 درجه سلسيوس سرعت خشك كردن به تر تيب 31، 5/37 و 45 درصد افزايش پيدا كرد. در مقايسه با انگور شاهد (بدون اعمال پيش‌تيمار)، افزايش سرعت خشك كردن تحت تأثير جت برخوردي هواي داغ مرطوب از 8 درصد براي مدت 30 ثانيه در دماي 90 درجه سلسيوس تا 68 درصد براي مدت 150 ثانيه در دماي 110 درجه سلسيوس تغيير يافت. بر اساس آناليز رنگ، شاخص‌هاي رنگي كشمش‌ توليدي با افزايش دما و مدت اعمال پيش‌تيمار بهبود پيدا كرد و دماي 110 درجه سلسيوس و محدوده مدت 150-90 ثانيه به عنوان شرايط مناسب اعمال پيش‌تيمار به دست آمد.

221242

مهندسي مكانيك بيوسيستم

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان