مدل‎سازی خشک‎شدن لایه نازک خمیر خرمای مضافتی (Phoenix dactylifera L.)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 گروه مهندسی مواد و طراحی صنایع غذایی، دانشکده صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

3 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

سابقه و هدف:‌‌‌ بر طبق آمار فائو، ایران در سال‌های 2011 و 2012 ایران با تولید حدود 1023130 میلیون تن خرما در سال 2010، سومین تولیدکننده جهان بعد از مصر و عربستان صعودی بوده است. با این حال حدود 30 درصد خرمای تولیدی از بین می‌رود. خمیر خرما یکی از محصولات فرعی است که می‏تواند به کاهش ضایعات کمک کند. کاهش رطوبت و میزان فعالیت آبی خرما و خمیر آن می‌تواند به افزایش بازده تولید کمک کند. این مطالعه به بررسی تجربی ویژگی‎های خشک ‎شدن لایه نازک خمیر خرما در شرایط متفاوت خشک‎ شدن و تعیین تاثیر دو شاخص دما و ضخامت روی زمان و سرعت خشک ‎شدن خمیر خرما و یافتن بهترین مدل‎ تجربی می‌پردازد.
مواد و روش‌ها: خرمای رقم مضافتی پوست‌گیری، هسته‌گیری و خمیر شد. سپس در دمای 18 درجه سانتی‏گراد نگهداری شد و قبل از هر آزمایش با دمای هوای متعادل سازی شد. خصوصیات خشک ‎شدن لایه نازک خمیر خرمای مضافتی به صورت تجربی در خشک کن هوای داغ بررسی شد. دمای هوا با سنسورهای دمای متصل به ترموکوپل کنترل شد. تغییرات وزن از طریق لودسل با دقت 1/0± گرم و در فاصله زمانی ده ثانیه در رایانه ثبت شد. خمیر خرما در قالب طرح آزمایشی فاکتوریل در سه سطح دمایی (70، 80 و 90 درجه‎سانتی‎گراد) و دو سطح ضخامت (3 و 5 میلی‎متر) با سرعت ثابت جریان هوای داغ (5/1 متر بر ثانیه) و در سه تکرار خشک شد. هشت مدل ریاضی (لوئیس، هندرسون و پابیس، پیج، پیج اصلاح شده، میدیلی، مدل خزایی، نفوذ و نمایی) برای توصیف رفتار خشک ‎شدن خمیر خرما در خشک ‎کن هوای داغ بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج آزمون‎های انجام شده با خشک ‎کن هوای داغ بیان می‎کند که دمای هوای خشک ‎کن عامل اصلی و تعیین کننده بر سرعت خشک ‎شدن است. افزایش دمای خشک ‎شدن در هر دو ضخامت، به سرعت نسبت رطوبت (MR) را کاهش می‎دهد، در نتیجه سرعت خشک ‎شدن افزایش و زمان خشک ‎شدن کاهش می‏یابد. دو مدل پیج و خزایی مناسب‏ترین مدل‎ها جهت توصیف رفتار خشک ‎شدن خمیر خرما بودند. دمای هوای خشک ‎کردن بیشترین و ضخامت خمیرخرما کمترین تاثیر را روی کینتیک خشک ‎شدن خمیرخرما داشت. نفوذ موثر آب در محدوده مورد مطالعه 9-10×5517/1 تا 10-10×1806/2 مترمربع بر ثانیه تغییر نمود. انرژی فعال‏سازی 166/13 کیلوژول بر مول محاسبه گردید. وابستگی دمایی ضریب نفوذ به میزان رضایت‎بخشی توسط معادله ساده شبه آرنیوسی توصیف شد.
نتیجه‎گیری: دمای خشک‎ شدن و ضخامت دو عامل مهم در خشک ‎شدن خمیر خرما هستند. تاثیر دما نسبت به ضخامت بسیار معنی‎دارتر می‏باشد. افزایش دمای خشک ‏کن، به میزان معنی‌داری روی رطوبت تعادلی و زمان خشک‎ شدن تاثیر داشت. خشک ‎شدن خمیر خرما در تمام دماهای آزمایشی در محدوده سرعت نزولی رخ داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Modeling the Thin Layer Drying of Date paste of Mozafati (Phoenix dactylifera L.)

نویسندگان [English]

  • Narjes Mohamadi 1
  • Mehdi Kashani nejad 2
چکیده [English]

Background and objectives: According to FAO statistics, Iran with production about 1023130 million tons date in 2010, is the third largest producer of date fruits in the world after Egypt and Saudi Arabia. However, 30 percent of date product is discarded. Date paste is a by-product that can reduce waste. Moisture and water activity (aw) reduction of date and its paste can increase production efficiency. This research was made experimentally to determine thin layer drying of date paste in different drying conditions and effect of temperature and thickness on time and rate of drying in date paste and finding the best experimental model.
Materials and methods: Date of Mozafati variety, first peeled, destoned and then converted to paste. The prepared date paste was kept in freezer -18 OC and before each test equilibrated with its environment. Thin layer drying characteristics of date paste were determined in hot air dryer. Air temperature was controlled with sensors connected into thermocouple. Weight changes with ±0.1 accuracy recorded with 10 seconds intervals. Date pasts were dried in factorial design experiments using three air temperature levels (70, 80 and 90 oC) and two levels of thickness (3 and 5 mm) with constant hot air velocity (1.5 m / s) in three replications. Eight mathematical models (Lewis, Henderson and Pabis, Page, Modified Page, midilli, Khazaei, Diffusion and Exponential) for describing the hot air drying behavior of date paste were investigated.
Results: temperature of dryer environment is the main and determining factor for drying rate according the findings. By increasing temperature in each thickness, moisture ratio (MR) decrease instantly, so the drying rate increases and drying time decreases. Page and Khazaei models were found to be the most suitable models for describing the drying behavior of the date paste. The drying air temperature had the greatest effect and thickness had the smallest effect on the drying kinetics of date paste. Effective diffusivity of water varied from 1.5517 × 10 -9 to 2.1806 × 10 -10 m2 / s. The activation energy during the studied temperature range calculated 13.166 KJ / mol. The temperature dependence of the diffusivity coefficients was described satisfactorily by a simple Arrhenius-type relationship.
Conclusion: Temperature and thickness are two important factors in date paste drying. The effect of temperature is more significant than thickness. Drying temperature increment had highly impact on the equilibrium moisture content (Me) and drying time in the range of our test.

کلیدواژه‌ها [English]

  • date paste
  • thin layer drying
  • activation energy and effective diffusivity
 01. Abdelhag, E.H., and Labuza, T.P. 1987. Air drying characteristics of apricots. Journal of
Food Science. 52: 342–345.
2. Ajibola, O.O. 1989. Thin layer drying of melon seed. Journal of Food Engineering. 9 (4):
305–320.
3. Ashrafi, Z. Hamidi-Esfahani, Z. and Sahari, M.A. 2012. Evaluation and characterization of
vacuum drying of date paste. Journal of Agricultural Science and Technology. 14: 565-575.
4. Beeria, S., and Jabal-Ameli, F. 2006. The effective factors in exporting pistachio, saffron and
dates in Iran's non-oil export commodities basket (1991-2001). Journal of Agricultural and
Development Economics.14: 54. 85-102. (In Persian)
5. Bon, J., Simal, S., Rossell, O.C., and Mulet, A. 1997. Drying characteristics of hemispherical
solids. Journal of Food Engineering. 34: 109–122.
6. Carbonell, J.V., Pinaga, F., Yusa, V., and Pena, J.L. 1986. Dehydration of paprika and
kinetics of color degradation. Journal of Food Engineering. 5: 3.179–193.
7. Chinnan, M.S. 1984. Evaluation of selected mathematical models for describing thin layer
drying of in-shell pecans. Transactions of the ASAE. 27: 2. 610–615.
8. Doymaz, I. 2004. Convective air drying characteristics of thin layer carrots. Journal of Food
Engineering. 61: 359–364.
9. Doymaz, İ. 2012. Evaluation of some thin-layer drying models of persimmon slices
(Diospyros kaki L.). Energy Conversion and Management. 56: 199-205.
10.FAO Statistics. 2012. www.fao.org.
11.Farahanaki, A., Mesbahi, GH., and Askari, H. 2009. Thin layer drying of Routab (var.
Kabkaab) to Tamar and monitoring its quality parameters. Journal of Science and
Technology of Agriculture and Natural Resources, Water and Soil Science. 12: 46.205-218.
12.Fudholi, A., Ruslan, M.H., Haw, L.C., Mat, S., Othman, M.Y., Zaharim, A., and Sopian, K.
2012. Mathematical modeling of brown seaweed drying curves. In WSEAS Int. Conf. on
Applied Mathematics in Electrical and Computer Engineering, USA (pp. 207-211).
13.Hassan, B.H. and Hobani, A.I. 2000. Thin-layer drying of dates. Journal of Food Process
Engineering. 23: 177-189.
14.Henderson, S.M., and Pabis, S. 1969. Grain drying theory I. Temperature effect on drying
coefficient. Journal of Agricultural Engineering Research. 6: 3.169–174.
15.Karathanos, V.T., and Belessiotis, V.G. 1999. Application of a thin layer equation to drying
data of fresh and semi-dried fruits. Journal of Agricultural Engineering Research. 74: 355–
361.
16.Kashaninejad, M., and Tabil, L.G. 2004. Drying characteristics of purslane (Portulaca
oleraceae L.). Drying Technology. 2: 9.2183–2200.
17.Kashaninejad, M., Mortazavi, A., Safekordi, A. and Tabil, L.G. 2007. Thin-layer drying
characteristics and modeling of pistachio nuts. Journal of Food Engineering. 78: 98–108.
18.Kashaninejad, M., Tabil, L.G., Mortazavi, A., and Safekordi, A. 2003. Effect of drying
methods on quality of pistachio nuts. Drying Technology. 21: 5.821–838.
19.Khazaei, J. 2008. Natural drying characteristics of sesame seeds. Cercetări Agronomice în
Moldova. 41: 3.135.
20.Kumar, N., Sarkar, B.C., and Sharma, H. K. 2012. Mathematical modelling of thin layer hot
air drying of carrot pomace. Journal of science and technology. 49: 1.33-41.
21.Lewis, W.K. 1921. The rate of drying of solid materials, Journal of Indian Engineering
Chemists. 13 (5): 427-432.
22.Madamba, P.S., Driscoll, R.H., and Buckle, K.A. 1996. The thin layer drying characteristic
of garlic slices. Journal of Food Engineering. 29: 75–97.
23.Midilli, A., Kucuk, H. and Yapar, Z. 2002. A new model for single layer drying. Drying
Technology. 20: 1503–1513.
24.Mohammadi, A. Rafiee, Sh. Keyhani, A.R. and Emam-Djomeh, Z. 2009. Moisture content
modeling of sliced kiwifruit (cv. Hayward) during drying. Pakistan. Journal of Nutrition. 8:
1.78-82.
25.Mortazavi, S.M.H., Arzani, K. and Barzegar, M. 2009. Effect of dehydration time and
temperature on the quality characteristics of Barhee date in Rutab stage. Pajouhesh and
Sazandegi. 79: 186-193. (In Persian)
26.Muhidong, J., Chen, L.H., and Smith, D.B. 1992. Thin-layer drying of kenaf. Transactions of
the ASAE. 35: 6.1941–1944.
27.Niamnuy, C., Nachaisin, M., Poomsa-ad, N., and Devahastin, S. 2012. Kinetic modelling of
drying and conversion/degradation of isoflavones during infrared drying of soybean. Food
Chemistry. 133: 3.946-952.
28.Page, C. 1949. Factors influencing the maximum rates of air drying of shelled corn in thin
layers. Unpublished MS Thesis, Purdue University, Lafayette IN.
29.Palipane, K.B., and Driscoll, R.H. 1994. The thin layer drying characteristics of macadamia
in-shell nuts and kernels. Journal of. Food Engineering. 23: 129–144.
30.Panchariya, P.C., Popovic, D., and Sharma, A.L. 2002. Thin-layer modeling of black tea
drying process. Journal of Food Engineering. 52: 349–357.
31.Park, K.J., Vohnikova, Z., and Brod, F.P.R. 2002. Evaluation of drying parameters and
desorption isotherms of garden mint leaves (Mentha crispa L.). Journal of Food Engineering.
51: 193–199.
32.Pejhman, H. 2001. Dates Guide: planting and harvesting. Dissemination of Agricultural
Education. 266p.
33.Rajabalipour, A.A., and Foladi, M.H. 2010. Effect of open sun drying on the Mazafati Rotab
(date) quality. Journal of Food Research (Agricultural Science). 20: 1.135-146.
34.Sabarez, H.T., and Price, W.E. 1999. A diffusion model for prune dehydration. Journal of
Food Engineering. 42: 3.167–172.
35.Sharaf-Elden, Y.L., Blaisdell, J.L., and Hamdy, M.Y. 1980. A model for ear corn drying.
Transactions of the ASAE. 23: 5.1261–1271.
36.Silva, W.P., Silva, C.M.D.P.S., Gama, F.J.A. and Gomes J.P. 2014. Mathematical models to
describe thin-layer drying and to determine drying rate of whole bananas. Journal of the
Saudi Society of Agricultural Sciences. 13: 67–74.
37.Srinivasakannan, C. 2008. Modeling drying kinetics of mustard in fluidized
bed. International Journal of Food Engineering. 4: 3.
38.Syarief, A.M., Morey, R.V., and Gustafson, R.J. 1984. Thin layer drying rated for sunflower
seeds. Transactions of the ASAE. 27: 1.195–200.
39.Togrul, I.T., and Pehlivan, D. 2002. Mathematical modeling of solar drying of apricots in
thin layers. Journal of Food Engineering. 55: 3.209–216.
40.Tolaba, M., and Suarez, C. 1988. Simulation of the thin-layer drying of corn by means of the
diffusional model. LWT- Food Science and Technology. 21: 83–86.
41.White, G.M., Ross, I.J., and Poneleit, C.G. 1981. Fully exposed drying of popcorn.
Transactions of the ASAE. 24: 2. 466–468.
42.Yaldiz, O., Ertekin, C., and Uzun, H.I. 2001. Mathematical modeling of thin layer solar
drying of sultana grapes. Energy. 26: 457–465.