اثر روش ترکیبی امواج مایکروویو هوای‏ گرم تحت پیش‏تیمار مایکروویو بر سینتیک خشک‏کردن میوه مورد

سابقه و هدف: در طب سنتی، از جوشانده‏ی برگ و میوه‏ی گیاه مورد برای رفع مشکلاتی از قبیل بیماری‏های معده استفاده می‏شود. میوه‏ها و سبزیجات به دلیل داشتن میزان رطوبت بالا، به شدت به فساد میکروبی حساس هستند. به همین دلیل، روش خشک‏کردن به منظور جلوگیری از فساد میکروبی آنها گسترش یافته است. هوای گرم، رایج‏ترین روش خشک‏کردن می‏باشد، اما به منظور رفع معایب این فرایند از قبیل پایین بودن سرعت خشک‏کردن و بالابودن مصرف انرژی، ترکیب این روش با روش‏هایی از قبیل مایکروویو توسعه یافته است. بنابراین، مطالعه حاضر با هدف بررسی اثر روش ترکیبی امواج مایکروویو هوای گرم بر سینتیک خشک‏کردن میوه‏ی مورد و یافتن بهترین شرایط آزمایشی خشک‏کردن از نظر زمان، سرعت و انتقال جرم انجام شد.مواد و روش‏ها: در مطالعه حاضر فرآیند خشک‏کردن میوه مورد به روش ترکیبی امواج مایکروویوهوای گرم تحت پیش‏تیمار امواج مایکروویو مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات در توان‏های ترکیبی 180، 300 و 450 وات با سه دمای هوای گرم 60، 70 و 80 درجه سانتی‏گراد تحت پیش‏تیمار امواج مایکروویو در سه توان 300، 450 و 600 وات و در یک دستگاه مایکروویو خانگی انجام شد. به منظور بررسی سینتیک خشک‏کردن میوه مورد، داده‏های آزمایشی بر روی 10 مدل ریاضی برازش شدند. همچنین، کیفیت برازش معادلات با استفاده از پارامترهای ضریب برازش (r^2) و مجذور میانگین مربعات خطا (rmse) مورد بررسی قرار گرفت. اثر روش ترکیبی بر ضریب انتقال جرم و انرژی فعالسازی نمونه‏ها نیز مطالعه شد.یافته‏ها: بررسی سینتیکی فرآیند نشان داد که از بین 10 مدل سینتیکی متداول، مدل دو جمله‏ای نمایی به خوبی توانسته روش ترکیبی حاضر را در محدوده‌ی توان مذکور مدل کند. نتایج نشان داد که در یک دمای مشخص با افزایش توان ترکیبی امواج مایکروویو، ثابت سرعت خشک‏کردن (k) مربوط به معادله دوپارامتری نمایی، افزایش یافته است. براساس نتایج، در یک دمای مشخص، با افزایش توان ترکیبی مایکروویو، زمان خشک‏کردن کاهش و سرعت خشک‏شدن افزایش یافته است. بیشترین زمان خشک‌کردن در توان ترکیبی 180 وات و دمای 60 درجه سانتی‏گراد و برابر 46 دقیقه بود. کمترین زمان خشک‌کردن مربوط به توان ترکیبی 450 وات و دمای 80 درجه سانتی‏گراد برابر 19 دقیقه به دست آمد، که در مقایسه با بیشترین زمان خشک‌کردن، کاهش 58.7 درصد حاصل شد. همچنین، نتایج نشان داد که با افزایش توان ترکیبی امواج مایکروویو در یک دمای مشخص، ضریب نفوذ موثر رطوبت میوه مورد افزایش و انرژی فعالسازی کاهش یافته است. بیشترین ضریب نفوذ موثر رطوبت و کمترین انرژی فعالسازی، برای شرایط ترکیبی 450 وات و دمای 80 درجه سانتی‏گراد به ترتیب برابر 810×11.59 مترمربع بر ثانیه و برابر 13.14 کیلوژول بر مول به دست آمد.نتیجه‏گیری: دما و توان ترکیبی امواج مایکروویو دو عامل اثرگذار اصلی بر خشک‏کردن میوه مورد هستند. افزایش توان ترکیبی امواج مایکروویو در یک دمای مشخص و همچنین افزایش دمای هوای گرم در یک توان ترکیبی مشخص، باعث کاهش چشمگیر زمان و افزایش قابل توجه سرعت خشک‏کردن شد. خشک کردن میوه‏ی مورد کاملاً در مرحله نزولی رخ داده است. توان امواج مایکروویو بر ثابت سرعت خشک‏کردن نیز تاثیر گذار بود، به‌طوری‌که با افزایش توان ترکیبی افزایش یافت. علاوه براین، افزایش توان ترکیبی امواج مایکروویو انتقال جرم و در نتیجه ضریب نفوذ موثر رطوبت را افزایش داد.

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

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 microwavehot 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 microwavehot 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 Twoterm 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 twoparameter 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 ×108 (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.keywords: Activation energy, Drying kinetics, Microwavehot air, Myrtus fruit, Moisture diffuisivity.