رطوبت مواد غذایی چه تاثیری در فرایند خشک شدن دارد؟[مشاوره رایگان]✅ هیمورا

نفوذ رطوبت مواد غذایی

امروزه در صنایع غذایی انتقال رطوبت مواد غذایی موضوع بسیار مهمی است. شمار مکانیسم های انتقال رطوبت، گسترده و اغلب پیچیده است. پدیده های انتقال رطوبت معمولاً برحسب نفوذ فشاری، نفوذ اجباری و نفوذ معمولی طبقه بندی میشود (انتقال خالص ماده بدون حرکت سیال، نفوذ معمولی نام دارد).
اغلب یک مکانیسم انتقال نفوذ فرض، و بعد، صرف نظر از این که واقعاً این مکانیسم، در انتقال رطوبت مواد غذایی نقش دارد یا خیر، سرعت انتقال رطوبت به وسیلهٔ یک ارزش نفوذ مؤثر یا تعریف می شود. حتی اگر این روش از دیدگاه نظری صحت نداشته باشد، اما از نظر کاربردی ساده است و تغییرات رطوبت را در طول فرایند جذب رطوبت مواد غذایی نشان میدهد.

پارامترهای لازم در این مدل سازی فقط ابعاد نمونه و ضریب نفوذ مؤثر میباشد. پردازش های پیچیده تر به توان نفوذ پذیری مایع و توان رسانایی، یا ضریب های پدیدار شناختی گوناگون که شناسایی تجربی آن ها دشوار است، نیازمند است. بنابراین، در این بخش پژوهش های خشک کردن مواد غذایی با استفاده از یک نظریه نفوذ ساده بررسی گردیده است، و پارامترهای خشک کردن گزارش شده نیز ارائه شده است.

👇 برای خرید دستگاه های لبنیاتی با گروه هیمورا تماس بگیرید. 👇

قانون فیک

قانون فیک اغلب برای توصیف پدیده نفوذ رطوبت مواد غذایی به کار میرود.
که در آن، مقدار رطوبت موضعی در مبنای خشک، زمان و مختصه فضایی است. برای به کار بردن قانون فیک، فرض میشود که فرآورده غذایی تک بعدی است، رطوبت اولیه یکنواختی دارد، و دارای حرکت درونی رطوبت به مثابۀ مقاومت اصلی در برابر انتقال رطوبت مواد غذایی است.

زمانی که شکل فرآورده های خوراکی فرض یا تعیین شد، برای به دست آوردن ضریب نفوذ مؤثر، از قانون ،فیک استفاده میشود. حل معادله فیک برای یک کره به صورت زیر ارایه شده است:

• معادله فیک برای یک تیغه

بنابرین در رطوبت مواد غذایی، نمونه فرآورده های خوراکی که به شکل کره نمونه سازی شده است، دربرگیرندۀ مغز گندم (بكر و سالانس)، دانه سویا (کیتیک) و گردو( آلوس- فیتو و رمزی) است.

حل معادله فیک برای یک تیغه به صورت زیر میباشد:

که در آن نیم ضخامت تیغه (بر حسب متر) است. ریشۀ تاپیوکا، سیب، شلغم، کلوچه ساخته شده از آرد جو دوسر، گندم پرک شده و آرد محصولات و رطوبت مواد غذایی هستند که به شکل تیغه (اسلاب) مدل سازی شده اند.

حل معادلۀ فیک برای یک استوانه به صورت زیر داده شده است:

که در آن شعاع استوانه (برحسب متر) و ریشه های تابع بسل از نوع اول و درجه صفر است.
در زمان های به حد کافی بزرگ فقط جمله راهنما، در بسط سری به کار گرفته می شود.
ولی در زمان های کوچکتر، جمله های بیشتری باید به کار گرفته شود. نمونه های سیب زمینی، کشمش و ماکارونی برای بهره گیری از قانون فیک، به صورت استوانه مدل سازی شده است.

  ضریب نفوذ

ضریب نفوذ رطوبت معمولاً با رسم در داده های تجربی خشک کردن بر حسبنسبت به زمان تعیین می شود. ضریب نفوذ رطوبت مواد غذایی مؤثر، همان ضریب زاویه بخش خطی است.
در سال ۱۹۷۴ روتشتاین و دیگران، اثرهای شکل و اندازه نمونه را بر روی ضریب نفوذ موردمطالعه قرار دادند و نتیجه گرفتند که مساحت سطح مقطع ماده غذایی باید برای تعیین ضریب نفوذ رطوبت به حساب آورده شود. شکل های مطالعه شده عبارتند از کاردیوئید (منحنی به شكل قلب) دایره، مربع موج دار، و شش ضلعی. پژوهش های آنها نشان داد که اثر شکل باید به ویژه دقیقه بعد از آغاز جذب رطوبت به حساب آورده شود.

در سال ۱۹۸۰ استف و سینگ برای سنجش رطوبت مواد غذایی نمونه های پیچیده تری را برای یکی کردن اثرهای شکل به کار بردند. آنها مغز یک دانه شلتوک برنج را یک مغزی گویسان (کروی) فرض کردند که درون دو پوسته صدفی هم مرکز قرار گرفته است. چندین فرض برای انجام این نمونه ساخته شد، قابلیت پخش ثابت در نظر گرفته شد، انتقال گرما و چروکیدگی، درنظر گرفته نشد، و بخش های برنج همگن فرض گردید.

می توان از این داده های قابلیت نفوذ رطوبت مؤثر، و به کارگیری معادله ها برای تخمین منحنی خشک کردن محصولات غذایی دارای شکل های هندسی گوناگون بهره برداری کرد.

باید یادآور شد که این معادله ها فقط برای اندازه های قابلیت نفوذ ثابت، دارای اعتبار دقیق است. بنابراین، آنها فقط در یک محدوده کوچک تغییرهای رطوبت مواد غذایی، منحنی خشک کردن را پیش بینی می کند، چون قابلیت نفوذ مؤثر خود تابعی از مقدار رطوبت است. ولی این معادله ها را میتوان با استفاده از میانگین ضریب نفوذ مؤثر، به عنوان راه حلی درست برای پیش بینی منحنی خشک کردن به کار برد.

قابلیت نفوذ مؤثر به عنوان تابعی از رطوبت مواد غذایی

بیشتر، قابلیت نفوذ مؤثر، برحسب تابعی از رطوبت مواد غذایی و درجه حرارت بیان می شود. رابطه بین قابلیت نفوذ رطوبت مؤثر به شکل های تابعی بسیار گوناگون گزارش شده است. ولی این کار بیشتر به صورت یک رفتار تجربی ناب و با استفاده از روش های برازش منحنی انجام می گیرد .در این نمونه سازی ها همبستگی قابلیت نفوذ با دما معمولاً توسط معادله آرنیوسبه صورت زیر نمایش داده میشود:
که در آن،  قابلیت نفوذ رطوبت مؤثر، انرژی فعال سازی و دمای مطلق است. انرژی فعال سازی از طریق رسم منحنی قابلیت نفوذ مؤثر برحسب  تعیین می شود. اندازه های انرژی فعال سازی که در نوشتارها یافت میشود، انرژی فعال سازی با مقدار رطوبت مواد غذایی نسبت عکس دارد.