به نام خدا
موضوع :
خشک کردن انجمادی تحت خلاء (پودر لیمو)
مقدمه
خشک کردن انجمادی تحت خلاء یکی از بهترین روشهای خشک کردن بوده ومحصول نهایی را با بالاترین کیفیت در مقایسه با سایر روشهای خشک کردن تولید میکند.
از آنجاییکه محتوی رطوبت محصولات و دمای پروسه کاهش یافته بیشتر خرابی ها وو فعالیتهای میکروبی کاهش میبابد.بنابراین با استفاده از این تکنولوژی می توان به دو عامل محافظت و بالا بردن ارزش غذایی دست یافت.در این مقاله خشک کردن انجمادی لیمو و خشک کردن در یک فرآیند پیوسته شرح داده شده است.
لیمو در تایلند یک محصول کشاورزی اقتصادی است که برای بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار میگیرد.ترکیب با مواد غذایی ،استفاده دارویی بعنوان ضد سرطان،داروی تب بر،ااستفاده در کمبود ویتامین C وتصفیه خون کاربرد دارد مدت تولید لیمو بنا به دلایلی فقط 4 ماه است.بنابراین تولید پودر لیمو و استفاده از آن در تمام فصول سال امری توجیه پذیراست.
اصول خشک کردن انجمادی تحت خلاء
این مقاله در ارتباط با خشک کردن انجمادی تحت خلاء در کارخانجات پودر لیمو است که بخشی از مهندسی مکانیک است ودر نتیجه وابسته به ترمودینامیک ،انتقال حرارت و مکانیک سیالات برای طراحی انجماد وسیستم خشک کردن انجمادی است.اصول خشک کردن انجمادی درارتباط با خروج آب و سایر مایعات از محصولات منجمد شده توسط تصعید در فشار کم(خلاء)ودمای زیر نقطه انجماد است که زمانی اتفاق می افتد که مایع منجمد شده مستقیما به فاز گاز تبدیل شده بدون عبور از فاز مایع .
پروسه خشک کردن انجمادی از 3 مرحله تشکیل شده است پیش انجماد،خشک کردن اولیه ، خشک کردن ثانویه
پیش انجماد: از آنجاییکه خشک کردن انجمادی یک تغییر فاز از فاز جامد به گاز است مواد خشک شونده به روش انجمادی باید در ابتدا به اندازه کافی منجمد شوند.روش پیش انجماد ودمای نهایی محصول منجمد شده می تواند در خشک کردن موفقیت آمیز محصولات موثر باشد.معمولا انجماد سریع باعث ایجاد کریستالهای یخ کوچک میشود که برای حفظ ساختار ماده غذایی موثر است اما کریستال ها کوچک بوده و مجاری خروج بخار را مسدود میکند.
انجماد آهسته تر باعث ایجاد کریستالهای بزرگتر شده وعوامل محدود کننده برای خروج بخار را درطی فرایند خشک کردن را کاهش میدهد.
دمای انجماد زیر دمای اتکتیک بوده و اغلب در دمای 10- درجه سانتیگراد انجام شده یا فشارهای کمتر از 2mm جیوه یا کمتر.
1-2-2خشک کردن اولیه : دارای 3 جزء ضروری در سیستم خشک کردن انجمادی است.
2-2-2 دما وفشار : بعد از انجماد محصولات شرایط باید به گونه ای برقرار باشد که رطوبت بتواند ازمحصول منجمد شده توسط تصعید خارج شود.این امر نیازمند کنترل دقیق دو پارامتر دما وفشار است.سرعت تصعید یخ از محصول منجمد
وابسته به اختلاف در فشار بخار محصولات با فشار
بخارمولد یخ است( جمع کننده سرما).
2-2-2 پمپ خلاء
باید شرایطی ایجاد شود برای ایجاد یک جریان روان برای خروج مولکولهای آب از محصولات وفشار در محیط اطراف محصول کاهش داده شود( نقطه C ) به 4.58mm یا 610 پاسکال.
3-2-2 انرژی (گرما)
گرما برای خروج به شکل بخار از محصولات منجمد مورد استفاده قرار میگیرد.ایجاد گرما بصورت یک سطح داغ بعنوان یک لایه خیلی نازک میتواند باعث گسترش جریان تبخیر سریع شود و در مورد محصولات بی حرکت و خیلی ویسکوز ضرورتا برای کاهش ضخامت استفاده میشود.
خشک کردن ثانویه
بعد از این که خشک کردن اولیه کامل شد و یخ تصعید شد ،هنوز رطوبت کمی درمحصول باقیمانده به اندازه 7 -8 در صد است که در ادامه لازم است در دمای گرمتر برای کاهش رطوبت باقیمانده به اندازه مطلوب استفاده شود.خشک کردن ثانویه معمولا 1/3 تا 1/2 مدت زمان مورد نیاز برای خشک کردن اولیه بکار گرفته میشود.
مواد وروش
لیمو بصورت عصاره لیمو خرد و له شده وبه آن Na Nco3 2 درصد افزوده شد به اندازه وزن عصاره لیمو.این محلول تحت فشار کاهش یافته گازهایش خارج شده و در دمای اتاق نگهداری میشود.
تجهیزات
سیستم خنک کننده دارای توان خنک کنندگی KW 3 است که متشکل از بخش کندانسور با توان سرد کردن هوا (دمای خروجی 35 تا 40 ) ،بخش اواپراتور (انتقال حرارت سطحی 10 متر مربع) کمپرسور و شیر انبساط (با توان خنک کردن 3kw ) است.6 نمونه سینی در اندازه از قبل تعیین شده که بصورت یک لایه صاف در آن درآمده بودوظرفها ازجنس استیل ضد زنگ بوده که با لایه ای از پلی استایرین پوشیده شده است.
نتایج وبررسی
اولین دمای عصاره لیمو حدود 24 بوده ودمای نهایی 22- است ،مدت زمان پیش انجماد 330 دقیقه است که در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل 4 و5 مدت خشک کردن اولیه وثانویه را نشان میدهد که به ترتیب 500 دقیقه و 650 دقیقه است که در درجه نهایی 38 درجه حدود 180 دقیقه باقیمانده است.
شکل 6 : شکل پودر لیمو بعد از پایان خشک کردن را نشان میدهد.
مقایسه کیفیت لیموی تازه و پودر لیمو در جدول نشان داده شده است.
نتیجه نهایی
تجهیزات آزمایشی کارخانجات پودر لیمو و خشک کردن در یک پروسه continous (پیوسته) طراحی شده که نتیجه مقایسه کیفیتی بین پودر لیمو و لیموی تازه نشان می دهد که مقدار ویتامین C حدود 14.3 % کاهش یافته ومقدار رطوبت نیز به 3.69% کاهش یافته و مدت زمان کلی فرآیند حدود 1600 دقیقه است.
خشک کردن با انجماد محصولات غذایی در یک سیستم بسته
خشک کردن با انجماد بهترین روش خشک کردن غذا از نقطه نظر کیفیت محصول است.این فرآیند امکان نگهداری محصولات بیولوژیکی با کیفیت بسیار مطلوب ،محصولات دارویی ومحصولات غذایی مطلوب خشک شده را برای ما فراهم میسازد.گروهی بزرگ از محصولاتی وجود دارد که کاربرد خشک کردن با انجماد ،برای آنها از لحاظ اقتصادی توجیه پذیر نیست .راه حل دیگر روش dewatering است که مزایای خشک کردن با انجماد (کیفیت بالا)وخشک کردن همرفتی (هزینه های پایین) را ادغام میکند.اما باز هم در این روش محصولات هنگام خشک شدن در دماهای بالا تجزیه شده، تغییر رنگ وظاهرداده و میزان ویتامینها وسایر مواد مغذی کاهش می یابد.واین روش بعلت انجماد شدید و فشارهای پایین بسیارپر هزینه است.در این مقاله روشی توضیح داده خواهد شدکه مزایای خشک کردن انجمادی (کیفیت بالا)وخشک کردن همرفتی (هزینه پایین)راترکیب می کند.چنین محصولی را می توان در دماهای پایین تحت فشار اتمسفر خشک کرد.
ابتدایی ترین مطالعات در خصوص خشک کردن در دماهای پایین برای آبمیوه توسط کینگ در دهه 70 میلادی ارائه شدند.
روشی با ترکیب روشهای خشک کردن انجمادی در فشار طبیعی وخشک کردن تماسی ،بوسیله یک جاذب بوسیه کینگ وکلارک (1987) پیشنهاد شد.با این حال مطالعات بیشتر توسط سایر محققین ،منجر به انجام این روش در یک مقیاس صنعتی نشد.وولف وگیبرت (1990)در یک آزمایش با مقیاس پایلوت نشان دادند که این فرآیند نسبت به روش خشک کردن انجمادی ،موجب صرفه جویی بیشتر درمصرف انرژی میشود(33%)،اما نیازمند یک جاذب سازگار با محیط زیست نظیر نشاسته می باشد چرا که جاذب ماده را جذب میکند.بنابراین مشکلات مربوط به تفکیک این ماده از جاذب ومدت زمان طولانی این فرایند علت عدم توسعه این روش بوده است.در این آزمایشات مشاهده شدکه دمای ماده از 15- به 5- درجه رسید و زمان خشک کردن را به شدت کوتاه ساخت.
در مرحله بعد کاربرد پمپهای حرارتی در خشک کردن بود.هدف اولیه از کاربرد پمپهای حرارتی ، صرفه جویی در مصرف انرژی بود چرا که از تحلیل چرخه های ترمودینامیک مشاهده شد که خشک کردن در دماهای بالا با استفاده از پمپهای حرارتی کارایی به مراتب بهتری دارد.استفاده از مواد سرامیکی و چوبی ، اثر بسیار مفید پارامترهای خشک کردن درسیستم پمپهای حرارتی داشت.
نیگتون (1996) یک سری مقالات در خصوص ترمودینامیک خشک کردن ،بهینه سازی ساخت وپارامترهای اجرایی خشک کن های پمپ حرارتی برای خشک کردن منتشر ساخت.درحال حاضر چنین سیستم هایی موسوم به خشک کن های تغلیظ در سطحی گسترده در صنایع چوب مورد استفاده قرار میگیرند.
استرومن و دیگران(2001) فرایندی برای خشک کردن ماهی منجمد ایجاد نمود.دماهای پایین مورد استفاده در این فرآیند امکان استفاده از اجزای پمپهای حرارتی در صنایع سردخانه ای را فراهم ساخت.پس از خشک کردن ماهی محققان کوشیدند تا این تکنولوژی را در خشک کردن سایر محصولات بکاربرند ودرنهایت نتایج رضایتبخشی برای کنسانتره های پروتئینی به دست آوردند.
References [1] Buy and Sell lemon from Phetchaburi Market Report [2002], Available from: URL: http://www.dit.go.th/New_East/ce16/p06-2.hthl. [2] Duathong T. Lime out of season, Department of Agriculture [2001], Available from: URL: http://www.doa.go.th/leaning/may_june_46/lemon
.html. [3] Julia F. Morton, Lemon. In: Fruits of warm climates 1987; 160–168. [4] Chaisawat S. A Study of the Quality of Lemon in the Storage and Food Processing for Commercial Production, Institute of Technology SMEs, KMUTT, 2002. [5] Wara-Ubon S. Freeze Drying of Lime Juice, Thesis of Graduate School CU, 1993: 32-36 [6] Worawut S., Worawan T., Adichad C., Production of Lemon by Freeze Drying, Undergraduate schoo, KMUTT, 1993: 23-25. [7] Romeo T. Toledo, Dehydration In: Fundamentals of Food Process Engineering 2nd
ed. Mariyard: Gaintherburg, 1999: 498-502. [8] Aran S. Mujumdar, Freeze drying In: Hand Book of Industrial Drying Canada, 1987: 296-326. [9]Kozo Nakamura, Hitoshi Kumagai and Toshimasa Yano., Efect of freezing conditions on freeze drying rate of concentrated liquid foods, Food Engineering and Process Applications 1985; Vol.1:445-450. [10] J. Cal-Vidal and M. Falcone., Sorption Kinetics of Freeze-Dried Passion Fruit Juice, Engineering sciences in the food industry, 1983; Vol.1: 217-
225. [11] R. L. Earle., Freezing of foods: an overview, Food Engineering and Process Applications
1986; Volume 2: 1-19. [12] F. Shishehgarha J. Makhlouf and C. Ratti, Freeze-Dring Characteristics of Strawberries, Drying Technology 2003; 20(1): 131-145. [13] Jonn M. Mccleary, Vacuum Freeze-drying, a method used to salvage water-damaged archival and library materials: a RAMP study with guidelines, United Nations Educational 1987. [14] S. Saithong, T. Wasan, T. Kittrichai, Design and Testing of Vacuum Freeze Drying System: Case Study on Lemon Powder Production, the 18th
Conference on Mechanical Engineering Network of Thailand, 2004: 24. [15] Laboratory Center for Food and Agricultural Products Co.,Ltd. : LCFABranch: Nai Muang, Khonkaen, Thailand
Carrington C.G. (1996), An Empirical Model for a Heat Pump Dehumidifier Drier. Int. J. Energy Res.,
Vol. 20, 853-869.
Gardeli C.I., Filipopoulos C., Liadakis G.N., Tzia C., Papadakis S.E. (1998), Use of Freeze and Spray
Drying in the Production of Protein Isolates from Tomato Processing Wastes, Proceedings of IDS’98
Halkidiki, Greece, August 19-22 vol. C, 1027-1034.
Indergard E., Alves-Filho O., Strommen I., Bohn T.I. (2001), Quality and Properties on Heat Pump Dried
Instant Potato, Proceedings of NDC’01 Trondheim, Norway, June 27-29, available on a CD-ROM.
King J.C., Lam W.K. and Sandall O.C. (1968), Physical properties important for freeze-drying poultry
meat, Food Technology 22, 1302-1308.
King C.J., Clark J.P. (1987), System for Freeze Drying, U.S. Patent No. 4,697,358
Kudra T, Mujumdar A.S. (2002), Advanced Drying Technologies, Marcel Dekker Publ.
Strommen I., Alves-Filho O., Eikevik T., Kelleher S.D., Feng Y., Hultin H.O. (2001), Heat Pump Drying
of Cod Protein Isolates, Proceedings of NDC’01 Trondheim, Norway, June 27-29, available on a CDROM.
Wolff E., Gibert H. (1990), Atmospheric Freeze-Drying, Part 1: Design, Experimental Investigation and
Energy-Saving Advantages, Part 2: Modeling Drying Kinetics Using Adsorption Isotherms. Drying
Technology 8(2), 385-428.
با تشکر از استاد لواسانی
اعضای گروه :
کاوان اسمعیلی فرد
محمدرضا عطاپیله رود
جعفرکیپورفرد