اثر روش تركيبي امواج مايكروويو- هواي گرم تحت پيشتيمار مايكروويو بر سينتيك خشككردن ميوه مورد

Effect of combined microwave-hot air under microwave pretreatment on drying kinetics of Myrtus fruit

سابقه و هدف: در طب سنتي، از جوشاندهي برگ و ميوه ي گياه مورد براي رفع مشكلاتي از قبيل بيماريهاي معده استفاده ميشود. ميوهها و سبزيجات به دليل داشتن ميزان رطوبت بالا، به شدت به فساد ميكروبي حساس هستند. به همين دليل، روش خشككردن به منظور جلوگيري از فساد ميكروبي آنها گسترش يافته است. هواي گرم، رايجترين روش خشك كردن ميباشد، اما به منظور رفع معايب اين فرايند از قبيل پايين بودن سرعت خشككردن و بالابودن مصرف انرژي، تركيب اين روش با روشهايي از قبيل مايكروويو توسعه يافته است. بنابراين، مطالعه حاضر با هدف بررسي اثر روش تركيبي امواج مايكروويو- هواي گرم بر سينتيك خشك كردن ميوهي مورد و يافتن بهترين شرايط آزمايشي خشككردن از نظر زمان، سرعت و انتقال جرم انجام شد. مواد و روش ها: در مطالعه حاضر فرآيند خشك كردن ميوه مورد به روش تركيبي امواج مايكروويو-هواي گرم تحت پيشتيمار امواج مايكروويو مورد بررسي قرار گرفت. آزمايشات در توانهاي تركيبي 180، 300 و 450 وات با سه دماي هواي گرم 60، 70 و 80 درجه سانتيگراد تحت پيشتيمار امواج مايكروويو در سه توان 300، 450 و 600 وات و در يك دستگاه مايكروويو خانگي انجام شد. به منظور بررسي سينتيك خشككردن ميوه مورد، دادههاي آزمايشي بر روي 10 مدل رياضي برازش شدند. همچنين، كيفيت برازش معادلات با استفاده از پارامترهاي ضريب برازش (R2) و مجذور ميانگين مربعات خطا (RMSE) مورد بررسي قرار گرفت. اثر روش تركيبي بر ضريب انتقال جرم و انرژي فعالسازي نمونهها نيز مطالعه شد. يافتهها: بررسي سينتيكي فرآيند نشان داد كه از بين 10 مدل سينتيكي متداول، مدل دو جملهاي نمايي به خوبي توانسته روش تركيبي حاضر را در محدوده‌ي توان مذكور مدل كند. نتايج نشان داد كه در يك دماي مشخص با افزايش توان تركيبي امواج مايكروويو، ثابت سرعت خشككردن (k) مربوط به معادله دوپارامتري نمايي، افزايش يافته است. براساس نتايج، در يك دماي مشخص، با افزايش توان تركيبي مايكروويو، زمان خشككردن كاهش و سرعت خشكشدن افزايش يافته است. بيشترين زمان خشك‌كردن در توان تركيبي 180 وات و دماي 60 درجه سانتيگراد و برابر 46 دقيقه بود. كمترين زمان خشك‌كردن مربوط به توان تركيبي 450 وات و دماي 80 درجه سانتيگراد برابر 19 دقيقه به دست آمد، كه در مقايسه با بيشترين زمان خشك‌كردن، كاهش 7/58 درصد حاصل شد. همچنين، نتايج نشان داد كه با افزايش توان تركيبي امواج مايكروويو در يك دماي مشخص، ضريب نفوذ موثر رطوبت ميوه مورد افزايش و انرژي فعالسازي كاهش يافته است. بيشترين ضريب نفوذ موثر رطوبت و كمترين انرژي فعالسازي، براي شرايط تركيبي 450 وات و دماي 80 درجه سانتيگراد به ترتيب برابر 8-10×59/11 مترمربع بر ثانيه و برابر 14/13 كيلوژول بر مول به دست آمد. نتيجه گيري: دما و توان تركيبي امواج مايكروويو دو عامل اثرگذار اصلي بر خشككردن ميوه مورد هستند. افزايش توان تركيبي امواج مايكروويو در يك دماي مشخص و همچنين افزايش دماي هواي گرم در يك توان تركيبي مشخص، باعث كاهش چشمگير زمان و افزايش قابل توجه سرعت خشككردن شد. خشك كردن ميوهي مورد كاملاً در مرحله نزولي رخ داده است. توان امواج مايكروويو بر ثابت سرعت خشككردن نيز تاثير گذار بود، به‌طوري‌كه با افزايش توان تركيبي افزايش يافت. علاوه براين، افزايش توان تركيبي امواج مايكروويو انتقال جرم و در نتيجه ضريب نفوذ موثر رطوبت را افزايش داد.

Background and objectives: A decoction of leaves and fruit of Myrtus is used to solve problems such as stomach ailments at the folk medicine. Fruits and vegetables are highly susceptible to microbial spoilage due to their high moisture content. For this reason, drying method have been expanded in order to prevent microbial spoilage of them. The most common method is hot air drying, but combination of this method with other such as microwave drying is developed to solve hot air method disadvantages such as low drying rate and high energy consumption in this method. Therefore, the aim of this study was to investigate effect of combined microwave-hot air method on mass transfer and drying kinetics of Myrtus fruit and to find the best experimental drying conditions in terms of time, rate and mass transfer. Materials and methods: In present study, drying process of the Myrtus fruit by combined microwave-hot air under microwave pretreatment was investigated. Drying experiments were performed at combined powers of 180, 300 and 450W and three temperatures of 60°C, 70°C and 80°C under microwave pretreatment at powers of 300, 450 and 600W in a domestic microwave device. Experimental data were fitted to 10 mathematical models to study drying kinetics of Myrtus fruit. Also, fitting quality of equations was evaluated by using coefficient detemination (R2) and root mean square error (RMSE). The effect of the combined method on mass transfer coefficient and activation energy of samples was also investigated. Results: kinetic analysis of process showed that among 10 common kinetic models, exponential Two-term model fits well the present combined method in mentioned power range. The results showed that at a certain temperature with increasing microwave power, drying rate constant (k) of exponential two-parameter equation describing drying behavior of the Myrtus fruit increased. According to results, at a certain temperature, with increasing microwave power, drying time decreased and drying rate increased. The highest drying time was obtained 46 minutes at combined power of 180W and temperature of 60 °C. The lowest drying time was obtained at 450W and 80°C equal to 19min, which was 58.7% lower than the maximum drying time. The results revealed that with increasing microwave power at a certain temperature, diffusion coefficient of Myrtus fruit increased and activation energy decreased. The highest effective moisture diffusivity and lowest activation energy was obtained at 450W and 80°C and it was 11.59 ×10-8 (m2/s) and 13.14 (kj/mol), respectively. conclution: Temperature and combined power are two main factors affecting Myrtus fruit drying. Increasing the combined microwave power at a certain temperature as well as increasing the hot air temperature at a specific combined power have dramatically reduced time and significantly increased drying rate. The drying of the Myrtus fruit occured at falling rate. Microwave power also affect drying rate constants and it increased with increasing combined power. In addition, increasing combined microwave power increases mass transfer and thus effective diffusion coefficient of moisture.