بهینه سازی فرآیند خشک کردن موسیر به کمک روش سطح پاسخ

موسیر ((allium hiertifolium synonyom: a.stipitatum گیاهی چند ساله و پیازدار از خانواده الیاسه می باشد. این گیاه، بومی ایران است و به صورت خودرو در مراتع مرتفع می روید (مظفریان ، 1996). قسمت های خوراکی موسیر، برگ ها و پیاز های توپر آن می باشد. این گیاه سرشار از مواد مغذی همچون، فسفر، کلسیم، پتاسیم، سدیم و منیزیم است (بروستر و رابینویچ ، 1990). موسیر در بسیاری از مناطق ایران به صورت خشک استفاده می شود. عمده مصرف آن در تولید ماست موسیر و ترشی می باشد. از نظر پزشکی نیز جزء گیاهان دارویی مهم بوده و برای کاهش فشار خون استفاده می-شود (خزری ، 2003). زمان برداشت موسیر موقعی است که شاخ و برگ و قسمت های هوایی گیاه، خشک شده و روی زمین بیفتد. در این زمان موسیر کاملاً رسیده و قابل برداشت است. موسیر معمولاً به صورت وحشی در مناطق کوهستانی می روید و در عمق 30-20 سانتیمتری تشکیل غده (سوخ) می دهد. فصل برداشت موسیر بسته به شرایط آب و هوایی متفاوت است؛ به طوری که برداشت در استان های جنوبی کشور مانند فارس، در بهمن و اسفند ماه و در مناطق معتدله و سردسیر مانند همدان، در اواخر بهار و تابستان انجام می شود (ابراهیمی، 1386). میزان رطوبت اولیه موسیر حدود(d.b.) 2 می باشد که جهت نگهداری آن باید به کمتر از (d.b.) 08/0 کاهش یابد. این کار فرآیند خشک کردن موسیر را به امری اجتناب ناپذیر مبدل می سازد. خشک کردن یکی از گسترده ترین و قدیمی ترین فرآیند های به کار برده شده برای حفظ مواد غذایی در مقابل فساد است که با تقلیل فعالیت های میکروبی و آنزیمی و کاهش سرعت فعل و انفعالات شیمیایی، مدت زمان ماندگاری محصول را افزایش می دهد. همچنین با کاهش حجم و وزن مواد غذایی، بسته بندی، حمل و نقل و انبارداری محصولات آسان می شود. این فرآیند باید به طریقی انجام شود که نه تنها مواد غذایی را در مقابل فساد حفظ کند، بلکه به شاخص های کیفی محصول، مثل رنگ، طعم، عطر، ارزش غذایی و بافت این مواد کمترین خسارت ممکن وارد شود (میرزمانی، 1383). خشک کردن از جمله فرآیند هایی است که به علت بالا بودن گرمای نهان تبخیر آب و پایین بودن نسبی بازدهی انرژی در خشک کن های صنعتی، هنگام انجام کاربرد های عملی به انرژی ورودی زیادی نیاز دارد. میزان انرژی که برای تولید مقدار نسبتاً کمی گرما برای فرآیند خشک کردن صرف می شود، دربرگیرنده هزینه زیادی است. خشک کردن اساساً فرآیندی است که انتقال جرم و گرما به صورت همزمان رخ می دهد. در بیشتر فرآیند های خشک کردن، آب به عنوان مایع تبخیر شده و هوا به عنوان واسطه ی انتقال، ایفای نقش می کنند. برای تبخیر ذرات مایع یا رطوبت ماده که قرار است از سطح آن برداشته شده و به محیط انتقال داده شود، مقداری گرما باید فراهم شود (ازبی و سولماز ، 2005). علاوه بر بازدهی بالای فرآیند، توجه به کیفیت محصول خشک شده نیز بسیار حائز اهمیت است. هدف اصلی در هر فرآیند خشک کردن، تولید محصول خشک شده با کیفیت بالا، هزینه پایین و بیشترین عملکرد دستگاه، به همراه بهینه سازی این عوامل به طور پایدار می باشد. کیفیت محصولات بیولوژیکی، تحت تأثیر تغییرات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی قرار می گیرد. به لحاظ مصرف انرژی، فرآیند خشک کردن بیش از 15% انرژی مورد نیاز کل مصارف صنعتی را به خود اختصاص داده است. همچنین بازدهی انرژی این فرآیند اغلب پایین، بین 50-25 % می باشد. لذا مطالعه و اقدام به منظور کاهش انرژی مصرفی مورد نیاز و زمان فرآیند، جهت افزایش بازدهی فرآیند امری اجتناب ناپذیر است (چوا و همکاران، 2001). دستیابی به کیفیت مطلوب در فرآیند خشک کردن زمانی امکان پذیر می باشد که اطلاع کامل از تغییرات پیچیده ای که در طول فرآیند در محصول ایجاد می شود، در دست باشد. این اطلاعات شامل تمامی پارامتر هایی است که بر روی فرآورده نهایی اثر گذار می باشد. به علت ساختمان پیچیده مواد غذایی پیش بینی دقیق فرآیند خشک شدن ماده به طریق تئوری غیرممکن بوده و انجام آزمایش های عملی روی هر یک از محصولات را الزامی می سازد. به کارگیری خشک کن های صنعتی جهت دستیابی به اطلاعات مورد نیاز در فرآیند خشک کردن باعث اشتباهات زیادی می شود. دستیابی به اطلاعات با دقت کافی تنها در خشک کن های آزمایشگاهی، با شرایط محیطی کنترل شده، امکان پذیر است (بصیری، 1375). روش های مختلفی برای خشک کردن میوه ها و سبزیجات به کار می رود که از جمله آن می توان به خشک کردن خورشیدی، جابجایی، مایکروویو، خلأیی و پاششی اشاره کرد. در این میان روش جابجایی، از جمله متداول ترین روش ها می باشد (گوینه و همکاران، 2011). در سالهای اخیر خشک کردن مادون قرمز به عنوان روش دیگر خشک کردن محبوبیت خاصی برای انواع محصولات کشاورزی به دست آورده است. از جمله مزایای این روش می توان به کاهش زمان خشک شدن، بازدهی انرژی بالا، افزایش کیفیت محصول مورد فرآوری و توزیع یکنواخت دما در داخل محصول اشاره کرد (کوکابییک و تزر ، 2009). یکی دیگر از روش های خشک کردن، ‎استفاده از ترکیب دو روش مادون ‎قرمز و جابجایی می‎باشد که به دلیل فرآیند انتقال حرارت همزمان تشعشعی و جابجایی، محصول فرآوری شده از نظر کیفیت در سطح بالایی قرار دارد و فرآیند خشک‎کردن نیز در قیاس با روش جریان هوای گرم و روش تابش مادون قرمز به تنهایی، باعث کاهش انرژی مصرفی و مدت زمان فرآیند می شود (هبر و همکاران، 2004). یکی از مهمترین معیارها برای پذیرش مواد غذایی توسط مشتریان، رنگ است. تغییرات نامطلوب در رنگ غذا ممکن است باعث کاهش کیفیت و ارزش بازاریابی آن شود. محافظت از محصولات کشاورزی با روش های درست و علمی باعث افزایش سودآوری، کاهش هزینه های حمل و نقل و انبارمانی می شود. اکثر مواد غذایی از جمله موسیر را می توان به روشهای مختلفی خشک کرد. اما با توجه به نیاز مشتریان، رقابت شدید بازار و دیگر عوامل نمی توان ازکیفیت محصول خشک شده به سادگی گذشت. با توجه به عواملی که در بالا ذکر گردید، تلاش برای افزایش کیفیت محصول خشک شده، افزایش عملکرد خشک کن، کاهش هزینه های فرآوری و افزایش بازدهی انرژی خشک کن، از طریق مطالعه و بررسی دقیق سینتیک خشک کردن آن، ارزیابی پارامترهای موثر بر خواص کیفی و تأثیرات همسو و متقابل این پارامترها، امری ضروری و اجتناب ناپذیر به شمار می-آید. به منظور بررسی و مشخص نمودن تأثیر عوامل موثر بر محصولات کشاورزی از روش های آماری طراحی آزمایش ها (doe) استفاده می شود (امیری و همکاران، 1388). روش طراحی آزمایش ها شامل روش هایی از قبیل روش فاکتوریل ، روش تاگوچی ، روش باکس بنکن و روش مربع لاتین در تجزیه و تحلیل داده ها مورد استفاده قرار می گیرند. طرح های آماری یادشده، هر کدام دارای یک سری خصوصیات و نقاط ضعف می باشند که استفاده از آنها برای تجزیه و تحلیل داده ها مناسب نیست. منطقی است که در پژوهش ها و تحقیقات، طرحی با کارایی بالا مورد استفاده قرار گیرد که علاوه بر صرفه جویی در زمان و هزینه ها، قابلیت بهینه سازی و پیش بینی پاسخ های فرآیند را در شرایط مختلف داشته باشد. روش سطح پاسخ دارای چنین ویژگی هایی است که می تواند با استفاده از کمترین داده های موجود، بیشترین کارایی را داشته باشد. با توجه به تعدد عوامل تأثیرگذار بر بهینه سازی فرآیند خشک کردن موسیر، روش آماری سطح پاسخ به عنوان گزینه مناسبی برای بهینه سازی فرآیند انتخاب شد که در آن تأ?ثیر متغیرهای ورودی مختلف از قبیل ضخامت ورقه ، دمای هوا و سرعت هوا بر روی متغیرهای خروجی از قبیل سینتیک خشک کردن، ضریب پخش موثر، انرژی فعال سازی، چروکیدگی، تغییرات رنگ و انرژی ویژه مصرفی خشک کن جابجایی و خشک مادون قرمز- جابجایی، مورد ارزیابی واقع شد. لازم به ذکر است که در خشک کن مادون قرمز- جابجایی، توان تابش لامپ مادون قرمز هم به متغیرهای ورودی اضافه شده است. اهداف: 1) ارزیابی و تعیین برخی از خواص حرارتی و فیزیکی موسیر و بررسی سینتیک خشک کردن آن در دو خشک کن جابجایی و مادون قرمز- جابجایی. 2) تعیین نقاط بهینه فرآیند خشک کردن در هر دو خشک کن با توجه به مقادیر متغیر های خروجی با استفاده از روش سطح پاسخ در طرح مرکب مرکزی.