مدل‌سازي انتقال جرم در فرايند خشك‌كردن برش‌هاي سيب توسط پرتودهي مادون‌قرمز با روش حرارت‌دهي متناوب

Modeling of Mass Transfer in the Drying Process of Apple Slices Using Infrared Irradiation with Intermittent Heating Method

پرتودهي مادون‌قرمز با حرارت‌دهي متناوب، روشي نوين است كه طي آن دماي سطحي محصول جهت انجام هم‌زمان بلانچينگ و خشك‌كردن، ثابت نگه داشته مي‌شود. مزيت كلي پرتودهي متناوب ذخيرۀ انرژي و جلوگيري از تغييرات كيفي نامطلوب در محصول نهايي است. از محاسبه‌هاي انتقال جرم براي تخمين شرايط دمايي و زمان در اين فرايند مي‌توان استفاده كرد. در اين پژوهش، رفتار خشك‌شدن برش‌هاي سيب (واريتۀ زرد لبناني) به شكل تيغه در 3 اندازه با ضخامت 5، 9 و 13 ميلي‌متر و با طول و عرض 20 ميلي‌متر بررسي شد. عمليات حرارتي در يك خشك‌كن مادون‌قرمز مجهز به كنترل‌كنندۀ دماي سطحي محصول و در 3 دماي 70، 75 و 80 درجۀ سانتي‌گراد انجام شد. مدل‌هاي سينتيكي به‌صورت مدل‌هاي نيوتن، پيج، اصلاح‌شدۀ پيج، هندرسون-پابيس و پارابوليك در نرم‌افزار متلب روي داده‌هاي تجربي نسبت رطوبتي بدون بُعد برازش گرديد. مقايسۀ مدل‌ها توسط ضريب همبستگي تصحيح‌شده (Adj.R2) و ريشۀ ميانگين مربعات خطا (RMSE) انجام شد. محاسبۀ ضريب نفوذ مؤثر رطوبت (Deff) طي خشك‌شدن برش‌ها انجام گرفت و ارتباط آن با دماي فرايند نيز ازطريق رابطۀ آرنيوس بررسي شد. نتايج نشان داد، مدل پيج و مدل پارابوليك برازش مطلوبي روي داده‌هاي آزمايشي نشان دادند (Adj.R2 بيشتر و RMSE كمتر). ضريب نفوذ مؤثر با افزايش دماي سطحي و ضخامت محصول به‌طور معني‌داري همواره بالاتر بود. اين پارامتر در ضخامت‌هاي كمتر انرژي فعال‌سازي بالاتري داشت كه اين امر نشان‌دهندۀ وابستگي بيشتر ضريب نفوذ مؤثر به دماي پرتودهي با كاهش ضخامت است.

Infrared radiation by intermittent heating is a novel method in which the surface temperature of the product is maintained at a constant value. This method is widely used in simultaneous blanching and drying process. The main advantages of intermittent IR-radiation are energy saving and preventing undesirable quality changes in the final product. The calculations of mass transfer in this process can be used to estimate the temperature and time conditions in the process. For this purpose, drying behavior of apples slices (Golden Delicious variety) was investigated with slab shape in three different sizes: thickness of 5, 9 and 13 mm and length and width was 20 mm. Heating operation performed by infrared dryer that was equipped with controller of product surface temperatures at 70, 75 and 80 °C. Kinetic models such as Newton, Page, Modified Page, Henderson-Pabis and parabolic were fitted on experimental data of dimensionless moisture ratio using MATLAB software. The adjusted correlation coefficient (Adj.R²) and root mean square error (RMSE) were used to compare the models. The evaluation of effective moisture diffusivity (D_eff) performed during drying of slices and its dependency with temperature investigated using Arrhenius equation. The results showed that models of page and parabolic presented a good fit on experimental data, respectively (higher Adj.R² and lower RMSE). The effective diffusion coefficient significantly elevated with an increase in surface temperature and thickness. This parameter showed higher energy activation for lower thicknesses that indicated a greater irradiation temperature dependence of effective diffusion coefficient through the decreasing of thickness.