مدل سازي رياضي فرايند آبزدايي اسمزي و خشك شدن با هواي داغ براي قطعات پاپايا

Mathematical Modeling of Osmotic Dehydration and Hot-air Drying for Papaya Fruit Slices

در اين تحقيق، آزمايش‌هاي خشك‌كردن با هواي داغ بر روي قطعات پاپايا در سه سطح ضخامت 3، 5 و 7 ميلي‌متر و سه سطح دمايي 40، 50 و 60 درجه سلسيوس در يك آون جابجايي انجام شد. سرعت، رطوبت نسبي و مطلق هواي داغ استفاده شده به ترتيب 1/0±1 متر بر ثانيه،30 درصد و 02/0±6/0 گرم آب بر كيلوگرم هواي داغ بود. روش آبگيري اسمزي در محلول اسمزي 50 درصد ساكارز براي قطعات پاپايا با ضخامت 5 ميلي‌متر انجام گرفت.پارامترهاي اسمزي ميزان كاهش آب (WL)، ميزان جذب ماده جامد (SG) و ميزان كاهش وزن (WR) با افزايش زمان غوطه‌وري افزايش يافت. فرايند آبگيري اسمزي قطعات پاپايا با مدل‌هاي پلگ، آزورا و ويبول و فرايندخشك‌كردن با هواي داغ با 8 مدل رياضي معروف لايه نازكمدل‌سازي شدند. كه از بين اين مدل‌ها، مدل‌هاي پلگ و آزورا بر اساس R2 بالاتر (0.992) و RMSE پايين‌تر (0.179) دقت بيشتري در تخمين پارامتر SGآبگيري اسمزي داشتند و همچنين مدل‌هاي دوجمله‌اي و دوجمله اي نمايي نسبت به ساير مدل‌هاي پيشنهاد شده با بالاترين ضريب تبيين به عنوان بهترين مدل براي پيش‌بيني خشك شدن لايه نازك پاپايا با هواي داغ ارائه گرديد. افزايش دما از 40 به 60 درجه سلسيوس سبب افزايش Deffاز10-10×28/2 به10-10×58/7 مترمربع بر ثانيه گرديد. مقدار انرژي فعالسازي براي قطعات پاپايا برابر 48.61 كيلوژول بر مول به دست آمد. نتايج آناليز واريانس نشان داد كه دماهاي خشك كردن اثر معني‌داري بر پارامتر هاي رنگ سنجي نسبت به نمونه شاهد داشتند و همچنين اثر دما بر افزايش ميزان چروكيدگي قطعات معني دار بود (0.05p<).

In this research, the drying process of papaya slices was conducted at three temperature levels of 40, 50 and 60 °C and three thicknesses of 3, 5 and 7 mm in a hot-air oven. The velocity, relative and absolute humidity of the hot-air used were 1±0.1 m/s, 30% and 0.6±0.02 g water/kg dry air, respectively. An osmotic solution containing 50% sucrose solution was used for dehydration of papaya slices with 5 mm thickness. The osmotic parameters of water lost (WL), solid gain (SG) and weight reduce (WR) increased with increasing immersion time. The osmotic dehydration process was modeled by Plege, Azuara and Weibull models. In addition the kinetics of hot-air drying was modeled by 8 well-known thin layer mathematical models. The results demonstrated that the Plege and Azuara’s models with R2 and RMSE amounts of 0.992 and 0.179, respectively, had more precision to predict the SG values. Also, the two terms and exponential two terms models had the highest and lowest amounts of R2 and RMSE, respectively, to estimate the MR (moisture ratio) values during hotair drying. Increase in temperature resulted in an increase in the effective diffusivity coefficient, so that this coefficient reached to 7.58×10-10m2/s at 60 °C from the initial value of 2.28×10-10m2/s at 40 °C. The activation energy (Ea) calculated for the papaya slices were 48.61 kJ/mol. Analysis of variance results showed that the drying temperature had a significant effect on the color parameters compared to the control sample, and also the influence of temperature on shrinkage was significant (p<0.05).