Kinetics of safflower seed drying
Authors: Калданов Жасулан Бахытбаевич , Джингилбаев Сеит Сарсенбаевич , Шамбулов Ермек Досанбекович , Аскаров Ардак Дахарбекович 
Published: August 2022

Сафлор является одним из древнейших масличных и красильных культур, чьи ценные пищевые, кормовые, технические, лечебные косметологические и диетические качества используются человечеством уже более 4000 лет. За последние три десятилетия в Казахстане сафлор используется и широко применяется в фармацевтической и пищевой, аграрной промышленности. Сушка - это обязательный процесс послеуборочной обработки, самая строгая технологическая операция, которая требует тщательной работы. Задача сушки - удалить избыточную влагу и довести зерно до состояния определенной влажности. Поэтому целью данного настоящего исследования был выбор различных математических моделей к экспериментальным данным кинетики сушки семян сафлора, определить эффективный коэффициент диффузии и получить энергию активации процесса при сушке в различных условиях температуры воздуха. Исследование проводилось в лаборатории «Процессы заготовки и приготовления кормов» в Республике Казахстан, г. Алматы. В опыте использовались семена сафлора сорта Нурлан с начальной влажностью 0,46 (десятичная дробь) и обезвоженные до равновесной влажности. Сушка проводилась при различных контролируемых условиях температуры: 40, 50, 60, 70 и 80 °C и относительной влажности воздуха 24,4; 16,0; 9,9; 5,7 и 3,3% соответственно. К экспериментальным данным были подобраны одиннадцать математических моделей. Параметрами для оценки подгонки математических моделей были средняя относительная погрешность (P), средняя оценочная погрешность (SE), коэффициент детерминации (R), критерий Хи-квадрат (X), информационный критерий Акайке (AIC) и Байесовский информационный критерий Шварца (BIC). С учетом критериев подгонки была выбрана модель «Два термина» для описания кинетики сушки семян сафлора. Эффективный коэффициент диффузии колебался от 8,70 до 23,71x10 м с, а его зависимость от температуры сушки можно описать уравнением Аррениуса. Энергия активации сушки семян сафлора для исследуемого температурного диапазона составила 24,20 кДж моль.

Safflower is one of the oldest oilseeds and dye crops, whose valuable food, feed, technical, therapeutic, cosmetic and dietary qualities have been used by mankind for more than 4,000 years. Over the past three decades, safflower has been used in Kazakhstan and is widely used in the pharmaceutical and food, agricultural industries. Drying is a mandatory post-harvest processing process, the most rigorous technological operation that requires careful work. The task of drying is to remove excess moisture and bring the grain to a certain dry state humidity. Therefore, the purpose of this present study was to select various mathematical models for experimental data on the kinetics of drying safflower seeds, to determine the effective diffusion coefficient and to obtain the activation energy of the process during drying under various conditions of air temperature. The study was conducted in the laboratory «Processes of harvesting and preparation of feed» in the Republic of Kazakhstan, Almaty city. The experiment used safflower seeds «Nurlan» variety with an initial humidity of 0.46 (decimal fraction) and dehydrated to equilibrium humidity. Drying was carried out under various controlled conditions of temperature 40; 50; 60; 70 and 80 °C and relative humidity 24.4; 16.0; 9.9; 5.7 and 3.3%, respectively. Eleven mathematical models were selected for the experimental data. The parameters for evaluating the fit of mathematical models were the average relative error (P), the average estimated error (SE), the coefficient of determination (R), the Chi-square criterion (X), the Akike information criterion (AIC) and the Bayesian Schwartz information criterion (BIC). Taking into account the fitting criteria, the «Two Terms» model was chosen to describe the kinetics of drying safflower seeds. The effective diffusion coefficient ranged from 8.70 to 23.71x10 m s, and its dependence on the drying temperature can be described by the Arrhenius equation. The activation energy of safflower seed drying for the studied temperature range was 24.20 kJ mol.