Effect of non-stationary drying on kinetics, physicochemical properties and thermodynamic properties of ripe mango

Abstract

Drying is one of the important preservation technologies for agricultural products. In order to improve the drying process, this research studied the effect on drying conditions with intermittent and continuous mode in two drying mediums; hot-air and low-pressure superheated steam. The productivity and quality of the process are studied from the drying kinetic parameters of the process, physicochemical properties and thermodynamic properties of the samples.

The results of the hot-air drying found that the decreasing relative humidity, increasing air temperature and velocity including the swirling flow application were able to reduce the drying time, shrinkage and color changes of dried ripe mangoes. Additionally, the intermittent hot-air drying was also able to increase the drying rate and reduce the changes in physicochemical properties of dried ripe mangoes. On the other hand, the rehydration time reduced when the relative humidity, air temperature and velocity were decreased.

For intermittent and continuous low-pressure superheated steam drying (LPSSD), they provided the higher drying rate as well as the lower shrinkage and color changes of dried ripe mangoes than the hot-air drying. Moreover, the Intermittent and continuous LPSSD provided the dried ripe mangoes with a more porous and less collapsed structure than the hot-air drying. When comparing between the intermittent and continuous LPSSD, the resulted showed that the intermittent LPSSD provided a more porous structure and higher rehydration rate of dried ripe mangoes than the continuous LPPSD. However, the drying rate, shrinkage and color changes of dried ripe mangoes in both of intermittent and continuous LPSSD were not significantly different.

Finally, hygroscopic properties of fresh samples and the dried samples were studied by thermodynamic method with net isosteric heat of sorption (qst) and differential entropy (∆S). The results found that qst and ∆S of all samples were exponential decay with the increasing moisture content. At the same humidity, the samples from Intermittent LPSSD have higher qst and ∆S than the samples from hot air. The results indicated that the intermittent LPSSD was capable of producing the drying products with less structural changes.

การทำแห้งเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการถนอมอาหารที่สำคัญสำหรับการแปรรูปผลิตผลทางการเกษตร งานวิจัยนี้ศึกษาสภาวะที่ใช้ในการทำแห้งมะม่วงสุกแบบไม่คงที่กับแบบคงที่ด้วยตัวกลาง 2 ชนิด คือ ลมร้อน และไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ความดันต่ำ โดยศึกษาเปรียบเทียบกระบวนการในด้านผลิตภาพ และคุณภาพ จากตัวแปรทางด้านจลนพลศาสตร์ของกระบวนการทำแห้ง สมบัติทางเคมีกายภาพของผลิตภัณฑ์ และสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของตัวอย่าง เพื่อที่จะพัฒนากระบวนการทำแห้งให้ดีขึ้น

จากผลการวิจัยพบว่าในการทำแห้งด้วยตัวกลางที่เป็นลมร้อน การลดค่าความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ การเพิ่มอุณหภูมิ และความเร็วลม และลักษณะการไหลของลมแบบหมุน ทำให้ระยะเวลาในการทำแห้งสั้นลง และยังลดการเปลี่ยนแปลงสี และการหดตัวของตัวอย่างลงได้มากขึ้น และยังพบว่าการทำแห้งโดยใช้สภาวะอุณหภูมิของลมร้อนแบบไม่คงที่ช่วยเพิ่มอัตราการทำแห้ง และลดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีกายภาพของตัวอย่างลงได้เช่นเดียวกัน โดยการทำแห้งที่อุณหภูมิ และความเร็วลมต่ำกลับส่งผลให้ตัวอย่างใช้ระยะเวลาในการคืนน้ำน้อยกว่าการทำแห้งที่อุณหภูมิ และความเร็วลมสูง และการลดความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศจะสามารถลดระยะเวลาในการคืนน้ำของตัวอย่างลงได้

สำหรับกระบวนการทำแห้งโดยใช้ตัวกลางเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ความดันต่ำทั้งในสภาวะคงที่และไม่คงที่จะมีอัตราการทำแห้งสูงกว่าตัวกลางที่เป็นลมร้อน รวมถึงมีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีกายภาพของตัวอย่าง คือ การหดตัว และการเปลี่ยนแปลงสีน้อยกว่ากระบวนการทำแห้งด้วยลมร้อน จากการวิเคราะห์โครงสร้างระดับจุลภาค พฤติกรรมการคืนน้ำ และการหดตัวของตัวอย่างร่วมกันพบว่าการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ระดับความดันต่ำทั้งในสภาวะคงที่และไม่คงที่จะส่งผลให้ตัวอย่างมีลักษณะโครงสร้างที่เป็นรูพรุนสูง เกิดการยุบตัวต่ำกว่าตัวอย่างที่ผ่านการทำแห้งด้วยลมร้อน เมื่อพิจารณาพฤติกรรมการคืนน้ำ และโครงสร้างระดับจุลภาค พบว่าตัวอย่างที่ผ่านการทำแห้งด้วยสภาวะไม่คงที่จะมีรูพรุนจำนวนมากกว่า และมีอัตราการคืนน้ำที่สูงกว่าแสดงให้เห็นว่าการใช้สภาวะไม่คงที่มีผลให้โครงสร้างของตัวอย่างมีความพรุนมากกว่าการใช้สภาวะคงที่ อย่างไรก็ตามพบว่าการใช้สภาวะคงที่และไม่คงที่ในการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ระดับความดันต่ำมีอัตราการทำแห้ง การหดตัว และการเปลี่ยนแปลงสีของตัวอย่างไม่แตกต่างกัน

การศึกษาสมบัติการดูดความชื้น (hygroscopic property) ของตัวอย่างสด และตัวอย่างที่ผ่านการทำแห้งโดยใช้วิธีการทางอุณหพลศาสตร์ด้วยพารามิเตอร์สำคัญ คือ net isosteric heat of sorption (qst) และ differential entropy (∆S) พบว่า qst และ ∆S มีค่าลดลงแบบเอกซ์โพเนนเชียลกับปริมาณความชื้นที่เพิ่มขึ้นในทุกๆ ตัวอย่าง โดยที่ปริมาณความชื้นเท่ากันตัวอย่างที่ผ่านการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ความดันต่ำในสภาวะไม่คงที่ จะมีค่า qst และ ∆S มากกว่าตัวอย่างที่ผ่านการทำแห้งด้วยลมร้อนแสดงให้เห็นว่าการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ระดับความดันต่ำในสภาวะไม่คงที่ส่งผลให้โครงสร้างของตัวอย่างเกิดการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุด