شبیه‌سازی انتقال حرارت و جرم در خشک‌کن رفرکتنس ویندو برای ژل آلوئه‌ورا

ماشین های کشاورزی

مقاله 7، دوره 14، شماره 2 - شماره پیاپی 32، تیر 1403، صفحه 197-214   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2023.80368.1141

نویسندگان

آتنا شهرکی¹؛ مهدی خجسته پور^{* 1}؛ محمودرضا گلزاریان²؛ الهام آذرپژوه³

¹گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

²مدرس و پژوهشگر ارشد، مرکز هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی، دانشکده علوم، دانشگاه ادیث کوآن، استرالیای غربی، استرالیا

³بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان خراسان رضوی، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران

چکیده

این مطالعه با هدف شبیه‌سازی انتقال حرارت و جرم در طول خشک کردن رفرکتنس ویندو برای ژل آلوئه‌ورا انجام شده‌است. با کمک نرم‌افزار کامسول مولتی فیزیکس (COMSOL Multiphysics) یک مدل سه‌بعدی برای حل معادلات انتقال حرارت و جرم ایجاد شد. بدین منظور معادلات دیفرانسیل انتقال حرارت و جرم به‌صورت هم‌زمان و وابسته به هم حل شدند. مدل فوق با شرایط اولیه، دمای آب 60، 70، 80 و 90 درجه سلسیوس و ضخامت ژل آلوئه‌ورا 5 و 10 میلی‌متر در نظر گرفته شده‌است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان داد زمان خشک کردن مورد نیاز برای کاهش رطوبت ژل آلوئه‌ورا از 110 به 0.1 گرم آب بر گرم ماده خشک در طول خشک کردن رفرکتنس ویندو در دمای آب 60، 70، 80 و 90 درجه سلسیوس برای ژل آلوئه‌ورا با ضخامت 5 میلی‌متر به‌ترتیب 120، 100، 70 و 50 دقیقه و برای ژل آلوئه‌ورا با ضخامت 10 میلی‌متر به‌ترتیب 240، 190، 150 و 120 دقیقه بود. هم‌چنین سرعت خشک شدن برای ژل آلوئه‌ورا با ضخامت 5 میلی‌متر به‌ترتیب 0.915، 1.099، 1.57 و 2.198 گرم آب بر دقیقه و برای ژل آلوئه‌ورا با ضخامت 10 میلی‌متر به‌ترتیب 0.457، 0.578، 0.732 و 0.915 گرم آب بر دقیقه بود. بنابراین نتایج حاصل از شبیه‌سازی، مطابق داده‌های تجربی مقالات مشابه است و هرچه دمای آب بالاتر و ضخامت محصول کم‌تر باشد، محصول سریع‌تر خشک می‌شود.

کلیدواژه‌ها

انتقال حرارت؛ انتقال جرم؛ رفرکتنس ویندو؛ ژل آلوئه‌ورا؛ شبیه‌سازی

مراجع

1. Antury, K. L. A., Rojas, D. A. V., & Bermeo, O. M. B. (2021). Conservación de las propiedades nutraceúticas del Aloe Vera (Aloe Barbadensis Miller), mediante técnicas de secado. Ingeniería y Región, (25), 6-21. https://doi.org/10.25054/22161325.2818
2. Ayala-Aponte, A. A., Cárdenas-Nieto, J. D., & Tirado, D. F. (2021). Aloe vera Gel Drying by Refractance Window®: Drying Kinetics and High-Quality Retention. Foods, 10(7), 1445. https://doi.org/10.3390/foods10071445
3. Añibarro-Ortega, M., Pinela, J., Barros, L., Ćirić, A., Silva, S. P., Coelho, E., ... & Ferreira, I. C. (2019). Compositional features and bioactive properties of Aloe vera leaf (fillet, mucilage, and rind) and flower. Antioxidants, 8(10), 444. https://doi.org/10.3390/antiox8100444
4. Beigi, M. (2019). Drying of mint leaves: Influence of the process temperature on dehydration parameters, quality attributes, and energy consumption. Journal of Agricultural Science and Technology, 21(1), 77-88.
5. Compaoré, A., Putranto, A., Dissa, A. O., Ouoba, S., Rémond, R., Rogaume, Y., ... & Koulidiati, J. (2019). Convective drying of onion: modeling of drying kinetics parameters. Journal of Food Science and Technology, 56(7), 3347-3354.
6. Dev, S. R., & Raghavan, V. G. (2012). Advancements in drying techniques for food, fiber, and fuel. Drying Technology, 30(11-12), 1147-1159. https://doi.org/10.1080/07373937.2012.692747
7. Durigon, A., Parisotto, E. I. B., Carciofi, B. A. M., & Laurindo, J. B. (2018). Heat transfer and drying kinetics of tomato pulp processed by cast-tape drying. Drying Technology, 36(2), 160-168. https://doi.org/10.1080/07373937.2017.1304411
8. Duarte‐Correa, Y., Vargas‐Carmona, M. I., Vásquez‐Restrepo, A., Ruiz Rosas, I. D., & Perez Martinez, N. (2021). Native potato (Solanum phureja) powder by Refractance Window Drying: A promising way for potato processing. Journal of Food Process Engineering, 44(10), e13819. https://doi.org/10.1111/jfpe.13819
9. Franco, S., Jaques, A., Pinto, M., Fardella, M., Valencia, P., & Núñez, H. (2019). Dehydration of salmon (Atlantic salmon), beef, and apple (Granny Smith) using Refractance window™: Effect on diffusion behavior, texture, and color changes. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 52, 8-16. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2018.12.001
10. Herrera Ardila, P. A. (2022) Mathematical modeling and simulation of refractance window drying of whole milk and yoghurt (Master's thesis, Universidad de La Sabana).
11. Jafari, S. M., Azizi, D., Mirzaei, H., & Dehnad, D. (2016). Comparing quality characteristics of oven dried and Refractance Window dried kiwifruits. Journal of Food Processing and Preservation, 40(3), 362-372. https://doi.org/10.1111/jfpp.12613
12. Kaur, G., Saha, S., Kumari, K., & Datta, A. K. (2017). Mango pulp drying by refractance window method. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 19(4).
13. Kudra, T., & Mujumdar, A. S. (2009). Advanced drying technologies. CRC press. https://doi.org/10.1201/9781420073898
14. Kumar, R., Singh, A. K., Gupta, A., Bishayee, A., & Pandey, A. K. (2019). Therapeutic potential of Aloe vera—A miracle gift of nature. Phytomedicine, 60, 152996. https://doi.org/10.1016/j.phymed.2019.152996
15. Kumar, M., Madhumita, M., Srivastava, B., & Prabhakar, P. K. (2022). Mathematical modeling and simulation of refractance window drying of mango pulp for moisture, temperature, and heat flux distribution. Journal of Food Process Engineering, 45(9), e14090. https://doi.org/10.1111/jfpe.14090
16. Khan, M. I. H., Kumar, C., Joardder, M. U. H., & Karim, M. A. (2017). Determination of appropriate effective diffusivity for different food materials. Drying Technology, 35(3), 335-346. https://doi.org/10.1080/07373937.2016.1170700
17. Mahapatra, A., & Tripathy, P. P. (2018). Modeling and simulation of moisture transfer during solar drying of carrot slices. Journal of Food Process Engineering, 41(8), e12909.
18. Milczarek, R. R., & Alleyne, F. S. (2017). Mathematical and computational modeling simulation of solar drying systems. In Solar drying technology (pp. 357-379). Springer, Singapore.
19. Nindo, C. I., & Tang, J. (2007). Refractance window dehydration technology: a novel contact drying method. Drying Technology, 25(1), 37-48. https://doi.org/10.1080/07373930601152673
20. Nindo, C. I., Feng, H., Shen, G. Q., Tang, J., & Kang, D. H. (2003). Energy utilization and microbial reduction in a new film drying system. Journal of Food Processing and Preservation, 27(2), 117-136. https://doi.org/10.1111/j.1745-4549.2003.tb00506.x
21. Ortiz-Jerez, M. J., Gulati, T., Datta, A. K., & Ochoa-Martínez, C. I. (2015). Quantitative understanding of Refractance Window™ drying. Food and Bioproducts Processing, 95, 237-253. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2015.05.010
22. Raghavi, L. M., Moses, J. A., & Anandharamakrishnan, C. (2018). Refractance window drying of foods: A review. Journal of Food Engineering, 222, 267-275. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2017.11.032
23. Rajoriya, D., Shewale, S. R., & Hebbar, H. U. (2019). Refractance window drying of apple slices: Mass transfer phenomena and quality parameters. Food and Bioprocess Technology, 12(10), 1646-1658. https://doi.org/10.1007/s11947-019-02334-7
24. Sánchez, A. M. C., Lancheros, E. Y. M., Carvajal, M. X. Q., & Moreno, F. L. M. (2020). Sorption isotherms and drying kinetics modelling of convective and refractance window drying of feijoa slices (Acca sellowiana Berg). International Journal of Postharvest Technology and Innovation, 7(2), 118-136. https://doi.org/10.1504/IJPTI.2020.109634
25. Shende, D., Shrivastav, A., & Datta, A. K. (2019). Effect of mango puree thickness on refractance window drying for making mango leather. IMPACT: International Journal of Research in Engineering & Technology, 7, 41-54.
26. Shende, D., & Datta, A. K. (2020). Optimization study for refractance window drying process of Langra variety mango. Journal of Food Science and Technology, 57(2), 683-692. https://doi.org/10.1111/jfpp.12435
27. Shende, D., & Datta, A. K. (2019). Refractance window drying of fruits and vegetables: A review. Journal of the Science of Food and Agriculture, 99(4), 1449-1456.
28. Zou, Q., Opara, L. U., & McKibbin, R. (2006). A CFD modeling system for airflow and heat transfer in ventilated packaging for fresh foods: I. Initial analysis and development of mathematical models. Journal of Food Engineering, 77(4), 1037-1047. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2005.08.042