Effect of low-pressure superheated steam drying on drying kinetic, color and shrinkage of ripe mango

Abstract

Low-pressure superheated steam drying (LPSSD) is one of the most interesting drying methods for fruits and vegetables. In this study, the optimum conditions of hot-air drying (HAD) for productivity (drying kinetics) and qualities (color changes and shrinkage) of dried ripe mangoes were investigated and compared with the LPSSD.

For HAD, the higher air temperature and velocity resulted in the increase of effective moisture diffusivity (Deff) and reduce of color changes and shrinkage of dried ripe mango. The HAD drying conditions at 70°C air temperature and 2 m/s air velocity were optimum for comparison with LPSSD.

For LPSSD, the Deff increased with increasing the drying temperature and decreasing the drying pressure. The drying rate in all conditions of LPSSD was higher than that of HAD, especially in the first period of drying. Consequently, the drying time of LPSSD was shorter by 50% as compared with the HAD. In addition, the LPSSD-dried products were less color changes and shrinkage than that of the HAD- dried products. The color changes and shrinkage of LPSSD had low in the first and middle period of the drying. Then, they increased in the final stage of the drying (low moisture content of the samples). The color changes and shrinkage of HAD were higher than that of LPSSD throughout the process that lead to lower quality of dried ripe mangoes. This results corresponded to the rehydration property and microstructure of dried ripe mangoes in LPSSD. The LPSSD-dried products were more porous structure and higher rehydration rate. The LPSSD at a 110°C drying temperature and 4 cmHg drying pressure had the shortest drying time and the Physico-chemical properties of the dried products were maintained as well.

การทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่สภาวะความดันต่ำ (low-pressure superheated steam drying, LPSSD) ถือเป็นหนึ่งในกระบวนการทำแห้งผักและผลไม้ที่น่าสนใจ โดยในงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการทำแห้งมะม่วงสุกด้วยลมร้อน (hot-air drying) ทั้งในด้านผลิตภาพ และคุณภาพ จากตัวแปรทางด้านจลนพลศาสตร์ของกระบวนการทำแห้ง และสมบัติทางเคมีกายภาพทางด้านสีและการหดตัว เพื่อที่จะนำมาเปรียบเทียบกับกระบวนการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่สภาวะความดันต่ำ

สำหรับกระบวนการทำแห้งด้วยลมร้อน การเพิ่มอุณหภูมิและความเร็วลมในกระบวนการทำแห้งด้วยลมร้อนจะส่งผลให้สัมประสิทธิ์การแพร่ความชื้น (Deff) ของตัวอย่างมีค่าเพิ่มขึ้น รวมถึงยังช่วยลดการเปลี่ยนแปลงสีและการหดตัวของตัวอย่าง โดยการทำแห้งด้วยลมร้อนที่อุณหภูมิ 70°C ความเร็วลม 2 m/s เป็นสภาวะที่เหมาะสมที่สุดเพื่อที่จะนำไปใช้ศึกษาเปรียบเทียบกับกระบวนการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่สภาวะความดันต่ำ

สำหรับกระบวนการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่สภาวะความดันต่ำ การเพิ่มอุณหภูมิร่วมกับการปรับลดความดันจะส่งผลให้สัมประสิทธิ์การแพร่ความชื้นของตัวอย่างมีค่าเพิ่มขึ้น และในทุกๆ สภาวะของการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่สภาวะความดันต่ำจะมีอัตราการทำแห้งตัวอย่างสูงกว่าการทำแห้งด้วยลมร้อนเป็นอย่างมากในช่วงแรกของการทำแห้ง ดังนั้นการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่สภาวะความดันต่ำจึงสามารถลดเวลาในการทำแห้งตัวอย่างลงไปได้มากกว่าการทำแห้งด้วยลมร้อนถึง 50% นอกจากนี้การทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่สภาวะความดันต่ำยังส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีกายภาพด้านสีและการหดตัวน้อยกว่าการทำแห้งด้วยลมร้อนเป็นอย่างมาก โดยรูปแบบการเปลี่ยนแปลงทางเคมีกายภาพทั้งการเปลี่ยนแปลงสีและการหดตัวของตัวอย่างในระหว่างการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่สภาวะความดันต่ำจะเกิดขึ้นน้อยในช่วงแรกและในช่วงกลางของการทำแห้ง และการเปลี่ยนแปลงจะเพิ่มสูงขึ้นในช่วงท้ายของการทำแห้ง หรือในช่วงที่ตัวอย่างมีปริมาณความชื้นต่ำ สำหรับการทำแห้งด้วยลมร้อนการเปลี่ยนแปลงสีและการหดตัวของตัวอย่างจะเกิดขึ้นสูงกว่าการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่สภาวะความดันต่ำตั้งแต่ช่วงแรกของการทำแห้ง ดังนั้นจึงส่งผลให้ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการทำแห้งด้วยลมร้อนมีคุณภาพต่ำ ซึ่งสอดคล้องกับผลของการคืนน้ำกลับ (rehydration) และลักษณะโครงสร้างระดับจุลภาคของตัวอย่าง พบว่าการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่สภาวะความดันต่ำ ตัวอย่างมีรูพรุนขนาดใหญ่และกระจายตัวสม่ำเสมอทั่วทั้งชิ้นตัวอย่าง จึงทำให้การคืนน้ำกลับเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะการทำแห้งด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่สภาวะความดันต่ำที่อุณหภูมิ 110°C ความดัน 4 cmHg จะใช้ระยะเวลาในการทำแห้งสั้นที่สุด และยังสามารถคงคุณลักษณะทางเคมีกายภาพของผลิตภัณฑ์ได้เป็นอย่างดี