Βελτιστοποίηση κλασικής ξήρανσης κατεψυγμένου ροδάκινου μέσω προκατεργασίας υπερήχων
Creators: name: Ζωντού, Γεωργία Παναγιώτη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Ροδάκινο
Κλασική Ξήρανση
Προκατεργασία Υπερήχων
Peach
Conventional food drying
Ultrasound pretreatment

description: Το ροδάκινο είναι ένα εποχικό φρούτο πλούσιο σε βιταμίνες, μέταλλα, ιχνοστοιχεία και βιοδραστικές ενώσεις. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της ξήρανσης του καρπού της ροδακινιάς με τη χρήση της προκατεργασίας υπερήχων, ώστε να μειωθεί ο απαιτούμενος χρόνος ξήρανσης και κατά συνέπεια, οι ενεργειακές δαπάνες. Δείγματα κύβων ροδάκινων 2 cm, συμπύρηνης ποικιλίας Κατερίνα, τα οποία διατηρούνταν σε κατάψυξη, υποβλήθηκαν σε ξήρανση στους 60 και 70°C. Για την προκατεργασία των υπερήχων ως προστάδιο της ξήρανσης, διεξήχθησαν 20 πειραματικές δοκιμές, όπου μελετήθηκαν οι ακόλουθες τρεις παράμετροι, η ισχύς των υπερήχων (20 – 90%), ο χρόνος της προκατεργασίας (10 – 30 min) και η θερμοκρασία της προκατεργασίας (33 – 65°C). Η εισαγωγή των υπερήχων ως προκατεργασία αυξάνει τον συντελεστή διάχυσης. O συντελεστής αυτός υπολογισμένος με την αναλυτική μέθοδο και λαμβάνοντας υπόψη τη μεταβολή του όγκου, για τη θερμοκρασία των 60°C ισούται με 2,94 × 10-10 m2 /s, ενώ με τη v χρήση της προκατεργασίας υπερήχων οι τιμές φθάνουν έως 3,78 × 10-10 m2 /s. Στους 70°C, ο αναλυτικός συντελεστής διάχυσης με μεταβαλλόμενο όγκο ισούται με 1,62 × 10-10 m2 /s, ενώ oι τιμές του με προκατεργασία υπερήχων κυμαίνονται από 2,01 × 10-10 έως 4,12 × 10-10 m2 /s. Η αύξηση της ισχύος των υπερήχων καθώς και οι εκτεταμένοι χρόνοι προκατεργασίας αποδίδουν μεγαλύτερους συντελεστές διάχυσης και κατά συνέπεια, μικρότερους χρόνους της κυρίως διεργασίας της ξήρανσης. Με σκοπό τη μαθηματική περιγραφή της κινητικής της ξήρανσης, τα πειραματικά δεδομένα προσαρμόστηκαν σε εννέα εμπειρικά μοντέλα με τη χρήση του στατιστικού προγράμματος Systat. Το κριτήριο για την επιλογή του κατάλληλου μοντέλου είναι ο συντελεστής προσδιορισμού (R2 ), ο προσαρμοσμένος συντελεστής προσδιορισμού (R2 adj) και το τυπικό σφάλμα (SE). Από τις τιμές των στατιστικών παραμέτρων φαίνεται πως το τροποποιημένο μοντέλο Page (R2 = 0,989, R2 adj = 0,988, SE = 0,0005), το μοντέλο Page (R2= 0,881, R2 adj= 0,873, SE = 0,0010) και το τροποποιημένο μοντέλο Henderson &amp; Pabis (R2 = 0,989, R2 adj = 0,988, SE = 0,0005) περιγράφουν με μεγάλη ακρίβεια την κινητική της ξήρανσης στους 60 και 70°C. Τέλος, εξετάσθηκε η ορθότητα της υπόθεσης σταθερού όγκου. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η μεταβολή του όγκου είναι εντονότερη κατά τα πρώτα στάδια της ξήρανσης και για τις δυο θερμοκρασίες. Ωστόσο, η θερμοκρασία της ξήρανσης επηρεάζει άμεσα τη συρρίκνωση του προϊόντος, καθώς για τους 70°C, η συρρίκνωση είναι μεγαλύτερη για όλα τα στάδια της ξήρανσης. Με τη χρήση του υπολογιστικού προγράμματος Matlab, η επίλυση της εξίσωσης διάχυσης ακολουθεί την κανονική κατανομή (κατανομή Gauss) για μονοδιάστατη διάχυση, δισδιάστατη διάχυση, καθώς και για μονοδιάστατη διάχυση με συντελεστή διάχυσης εξαρτώμενο από τη θερμοκρασία. Οι προβλεπόμενες τιμές από το μοντέλο είναι μικρότερες από τις πειραματικές και για τις δυο περιπτώσεις της διάχυσης και έτσι ενσωματώθηκε στο μοντέλο του υπολογιστικού προγράμματος Matlab η συρρίκνωση των κύβων. Η μοντελοποίηση της συρρίκνωσης παρουσιάζεται με τη μορφή σχήματος, λαμβάνοντας υπόψη το μέσο κλάσμα υγρασίας, τον χρόνο ξήρανσης και την κανονικοποιημένη επιφάνεια
description: The peach is a seasonal fruit rich in vitamins, metals, trace metals and bioactive substances. The object of this dissertation is the study of peach drying with the ultrasound pretreatment in order to reduce the drying time and minimize the energy cost. The current study examines 2 cm acne peach cubes of clingstone variety Katerina, which were dried in conventional hot air oven at 60 and 70°C. For the ultrasound pretreatment, 20 experiments were conducted with the following experimental variables, power of ultrasounds (20 – 90%), pretreatment time (10 – 30 min) and pretreatment temperature (33 – 65°C). By using ultrasound pretreatment the diffusivity coefficient increases. The diffusivity coefficient calculated with the analytical method and taking into account the volume change, at 60°C is 2.94 × 10-10 m2 /s and with ultrasound pretreatment at 60°C the values increase to 3.78 × 10-10 m2 /s. At 70°C, the diffusivity coefficient calculated with the analytical method and taking into account the volume change is 1.62 × 10-10 m2 /s, and with ultrasound pretreatment at 70°C the values range from 2.01 × 10-10 to 4.12 × 10-10 m2 /s. Increase of ultrasound power and long pretreatment times lead to higher diffusivity coefficient and lower drying time. vii To describe the drying kinetics, the drying data were adapted to nine empirical models and through the Systat statistical program, the most appropriate one was selected based on the coefficient of determination (R2 ), the adjusted coefficient determination (R2 adj) and the standard error (SE). The modified Page model (R 2= 0.989, R2 adj= 0. 988, SE= 0.0005), the Page model (R2 = 0.881, R2 adj = 0.873, SE = 0.0010) and the modified Henderson &amp; Pabis (R2 = 0.989, R2 adj = 0.988, SE = 0.0005) were found more suitable for 60 and 70°C. The correctness of the hypothesis of a non-shrinking product was examined. The volume change is higher at the first stages of the process for both temperatures. However, the drying temperature influences the shrinkage of the product, since at 70°C the shrinkage is more intense. By using the computational program Matlab, the solution of the diffusion equation follows normal distribution (Gaussian distribution) for one dimension diffusion, two dimensions diffusion and for one dimension diffusion with diffusivity coefficient dependent on temperature. The predicted values are lower than the experimental ones. The shrinkage of the peach cubes was examined using the computational program Matlab. The shrinkage model is represented by a graph, considering the moisture mass fraction, the drying time and the normalized cross area