Cikória szárítástechnikai tulajdonságainak vizsgálata modellkísérlettel

Átírás

1 Cikória szárítástchnikai tulajdonságainak vizsgálata modllkísérlttl Kacz Károly Stépán Zsolt Kovács Attila Józsf Nményi Miklós Nyugat-Magyarországi Egytm Mzőgazdaság- és Éllmiszrtudományi Kar Agrárműszaki, Éllmiszripari és Környzttchnikai Intézt 9 Mosonmagyaróvár, Vár. Tl: , Fax: , anginst@mtk.nym.hu. Előzményk, célkitűzésk Mosonmagyaróváron az Agrárműszaki, Éllmiszripari és Környzttchnikai Intézt ill. joglődjénk kutatómunkájában az lmúlt két évtizdbn a biológiai anyagok szárítással történő tartósításának lmélti és gyakorlati kérdési súlyozottan jlntkztk. Az Intézt gazdája ltt időközbn a Biológiai anyagok nrgiatakarékos minőségmgőrző szárítása, tárolása és fldolgozása című PhD alprogramnak is. Mindnklőtt a PhD képzés tárgyi fltétlrndszrénk javítása érdkébn alakítottunk ki s évkbn gy korszrű számítógép vzérlésű, konvkciós hőközlésű kísérlti modllszárítót. A fjlsztést azóta is folytatjuk, mgvalósítottuk a minták hőmérséklténk folyamatos mérését infrahőmérővl, valamint flszrltük CCD kamra csatlakoztató gységgl, így a száradás közbni mért- és alakváltozás is nyomon kövthtő. -bn kigészítttük gy mikrohullámú gységgl, mlyhz -bn korszrű mikrohullámú tljsítménymérőt tudtunk bszrzni. Így a kombinált hőközlésű szárítási kísérltk végzésér is alkalmassá tttük. Mérni tudjuk az mittált mikrohullámú nrgia nagyságát is. Az lkészült szárítóbrndzést rdménysn tudtuk flhasználni a graduális és posztgraduális oktatásban és a különböző szintű kutatómunkákban gyaránt. Jln tanulmányban a cikória szárítástchnikai tulajdonságainak vizsgálatáról számolunk b, amlyt a PANONAGRI Mzőgazdasági Trmlő és Krskdlmi Kft, valamint a jánossomorjai MULTICIKÓRIA Kft. flkérés alapján végztünk. A flkérők az lvégztt vizsgálatokkal kívántak mindazon szárítástchnikai tulajdonságok birtokába jutni, amlyk a mglévő aszalóbrndzés üzmlttésénk javításához, valamint gy korszrű, új szárítóbrndzés kiválasztásához ill. kialakításához sgítségt jlnthtnk. A vizsgálatokkal célul tűztük ki a különböző lőkészítési módoknál (ltérő mértű kockákra, szltr történő aprítás, ill. gőzöléssl történő lőmlgítés) ndvsségladási tulajdonságok mghatározását ltérő hőmérsékltű és sbsségű szárítólvgő stén. Külön hangsúlyt fktttünk a flülti hőmérséklt mérésér, amlyből a vízladást mgnhzítő kérgképződésr lht kövtkzttni.. Anyag és módszr A kutatómunka során a különböző vizsgálatokra az Agrárműszaki, Éllmiszripari és Környzttchnikai Intézt Éllmiszrtchnikai Laboratóriumában krült sor. 7

2 A bhozott ndvs répatstkt, mlynk átlagos ndvsségtartalma 7-76 % volt, az gys vizsgálatokig légmntsn lzárva, hűtőszkrénybn tároltuk. A vékonyrétgű szárítóvizsgálatokat az. ábrán bmutatott korszrű, számítógép vzérlésű konvktív szárítócsatornával, nagy pontossággal lhttt lvégzni. A szárítólvgő hőmérséklt, sbsség adott határokon blül bállítható, a szárítási folyamat során érték a számítógéps vzérlés kövtkztébn nm változik.. ábra. A kísérlti kombinált hőközlésű (konvktív és mikrohullámú) szárítócsatorna. A szárítócsatorna korszrű ALMEMO rndszrű mérésadatgyűjtő műszrrl és az hhz kapcsolódó mérő-érzéklő gységkkl van flszrlv. A szárítási kísérltk során 5 s-s gyakorisággal rögzítésr krültk a különböző szárítástchnikai paramétrk. Az anyag tömgváltozását, g pontosságú Prcisa 55 M- C típusú mérlggl, az anyag flülti hőmérsékltét AMIR FI 68-5 típusú infrahőmérővl mértük. A konvkciós szárítócsatornában -bn 8- és ºC-os hőmérsékltn folytak a vékonyrétgű szárítási kísérltk. A szárítólvgő sbsségét m/s ill. m/s értékr szabályoztuk b. A cikóriakockák mért, 5 és mm volt, d végztünk kísérltt 7-7,5 mm élhosszúságú kockákkal is.. évi vizsgálatoknál m/s légsbsségnél és ill. C hőmérsékltn dolgoztunk, a minták gy részénél a gőzöléssl történő lőmlgítést is alkalmaztunk. Az összhasonlító jllgű vizsgálatok a 5 mm élhosszúságú kockákra ill. 5 x mm krsztmtsztű csíkokra vonatkoztak.. Vizsgálatok rdményink bmutatása A -s kísérltkről korábban bszámoltunk így a jln tanulmányban a lgfontosabb rdménykből mutatunk b néhányat. A. ábrán a ºC hőmérsékltű m/s sbsségű szárítólvgővl, 5 és mm-s kockamértnél végztt szárítási kísérltk rdményiből a száradási sbsséggörbékt mutatjuk b. 7

3 Száradási sbsség [kg/m ] mm 5 mm mm Száradási sbsség [kg/m ] 8 C C C. ábra. Száradási sbsség görbék ltérő. ábra. Száradási sbsség görbék ltérő kockamértknél ( C, m/s) hőmérsékltknél ( mm-s kocka, m/s) Mgfigylhtő, hogy a kocka mérténk bfolyásoló hatása a vízladásra különösn a nagyobb ndvsségtartalomnál jlntkzik. Alacsonyabb ndvsségtartalomnál a -5 mm-s kockamértknél közl azonos fajlagos száradási sbsségértékk adódtak. A mm-s kockamértnél jlntősn csökknt a fajlagos vízladás. A. ábrán a különböző hőmérsékltn végztt kísérltk száradási sbsséggörbéi láthatók mm-s kockamértr vonatkozóan. Az ábrából kitűnik, hogy a szárítólvgő hőmérséklténk bfolyása a vízladásra a ºC alatti hőmérséklttartományban jlntősbb, mint a fölött. A. ábrán a mm-s kockamértnél, ºC-os ill. m/s sbsségű szárítólvgővl végztt kísérltk száradási görbéit mutatjuk b. Tapasztalható, hogy a szárítóközg sbsségénk csak a szárítás lső szakaszában kdvző a hatása a vízladása. Alacsonyabb ndvsségtartalomnál fordított hlyzt adódott, mly a korábbi gyorsabb vízladásból adódó intnzívbb kérgsdéssl magyarázható. Ndvsségtartalom (n. b. %) Szárítási idő (min) m/s m/s Hőmérséklt [ C] C C C. ábra. Száradási görbék C-on 5. ábra. A flülti hőmérséklt alakulása mm-s kockamértnél, ill m/s különböző léghőmérsékltknél. lvgősbsségnél ( mm-s kocka, m/s) Az 5. ábrán a kockák flülti hőmérséklténk alakulását mutatjuk b mm-s kockamértnél három ltérő közghőmérséklt mlltt. A hőmérséklti görbék alakulása is gyértlműn igazolja, hogy a cikóriakockákra viszonylag rossz vízladás jllmző. A kockák flülti hőmérséklt már - kg/kg átlagos ndvsségtartalomnál jlntősn 7

4 mgmlkdtt, ami szintén a kérgsdés kialakulására utal, így a szárítás a csökknő száradási sbsségű szakaszban történik. A 6. és 7. ábrán a -ban folytatott lső 8 kísérlt száradási görbéit mutatjuk b. A 5 mm élhosszúságú kockákra ill. 5 x mm krsztmtsztű csíkokra darabolt cikóriát ill. C-on, gőzöléssl történő lőmlgítés után ill. anélkül szárítottuk.,5,5,5,5 5 5 Szárítás idő [min]. C, gőzölt. C, -. C, gőzölt. C, -,6,5,5,5,5 5. C, - 6. C, gőzölt 7. C, gőzölt 8. C, -, ábra. Száradási görbék alakulása 7. ábra. Száradási görbék alakulása 5 mm-s kockáknál. 5 x mm krsztmtsztű csíkoknál Az ábrák alapján mgállapítható, hogy a vízladás intnzitása és a szárítási idő szmpontjából a gőzöléssl történő lőmlgítésnk gyakorlatilag nincs jlntőség. Ugyanakkor a kockázáshoz képst a szltléssl történő lőkészítéssl illtv a szárítólvgő hőmérséklténk C-ról C-ra mlésévl jlntősn mgnőtt a vízladás ütm, és csökknt a szárítási idő. A 8. ábrán a fnti kísérltk száradási görbéit összhasonlító jllggl mutatjuk b, két-két kísérlt rdményét átlagoltuk. A 9. ábrán az átlagolt értékkhz tartozó száradási sbsséggörbék láthatók. A szltnél a száradási sbsség a szárítás folyamán végig magasabb, mint a kockánál, zzl magyarázható a szárítási idők jlntős ltérés.,5 6 Ndvsségtartalom (sz. b.) [kg/kg],5,5,5 5,6,, kocka C (,) kocka C (,) szlt C (5,6) szlt C (7,8) 7,8 5 5 Száradási sbsség [kg/kg] 5,5,5,5,5 Ndvsségtartalom (sz.b.) [kg/kg] kocka C (,) kocka C (,) szlt C (5,6) szlt C (7,8) 8. ábra. Száradási görbék ( C, m/s) 9. ábra. Átlagolt száradási sbsséggörbék. 7,8, 5,6, További ismétléss kísérlt sorozatokat folytattunk l C hőmérsékltű lvgővl, mlyknél - stbn gőzöléssl történő lőmlgítést is alkalmaztunk. Az rdményk tljs mértékbn a fntikkl azonosak voltak, így a 5 mm-s kockánál és a 5 x mm-s szltnél 5-5 mérés átlagolásával rajzolhattuk mg a száradási sbsséggörbékt (. ábra). A száradási görbék gynltink mghatározása 75

5 érdkébn kiszámítottuk az átlagolt ndvsségarány értékkt. Ezn értékk alakulása a szárítási idő függvényébn a. ábrán látható. Száradási sbsség [kg/kg] 6 5 szlt kocka 6 8,5,5,5,5 Ndvsségtartalom (sz.b.) [kg/kg]. ábra. Átlagolt száradási sbsséggörbék.. ábra. Ndvsségarány alakulása ) ( C, m/s) a szárítási idő függvényébn. Ndvsségarány (X-X/X-X),,8,6,, szlt kocka A ndvsségarány értékk flhasználásával mghatároztuk a száradási görbék közlítő gynltit a kövtkzők szrint: X X b ln = a t és X X X = ( X X ) Ahol: X pillanatnyi ndvsségtartalom (sz. b.) [kg/kg] X indulási ndvsségtartalom (sz. b.) [kg/kg] X gynsúlyi ndvsségtartalom (sz. b.) [kg/kg] t szárítási idő [min] a és b állandók A kockára és szltr vonatkozó mért és számított száradási görbékt. ábrán mutatjuk b fltünttv az gynltkt is. a t b + X 76

6 Ndvsségtartalom, sz.b., (X) [kg/kg] Szlt X kocka =-,79 t.9 r =.998 X szlt =-,87 t.8 r =.998 Kocka 6 8. ábra. Mért és számított száradási görbék ( C, m/s) A minták flülti hőmérséklténk alakulását kísérltnél mutatjuk b, példaképpn a. ábrán. A kockára vonatkozó két görbénél mgfigylhtő a magas ndvsségtartalomnál bkövtkző hirtln hőmérsékltmlkdés, ami az rőtljs kérgsdés kialakulásával magyarázható. Mgfigylhtő továbbá, hogy gőzöléss lőkészítésnél z a jlnség valamivl kisbb ndvsségtartalomnál kövtkzik b. Szlt stén a minták flülti hőmérséklténk mlkdés jóval kisbb ütmű, és csak a szárítás végső szakaszában haladja mg a 75-8 C-t. Hőmérséklt ( C) Ndvsségtartalom (X) szlt gőzölt (9) kocka gőzölt () kocka natúr () szlt natúr () C. ábra. Flülti hőmérséklt alakulása a ndvsségtartalom függvényébn. 77

7 . Kövtkzttésk A cikória szárítását bfolyásoló szárítástchnikai paramétrk vizsgálatára lfolytatott kísérltk rdményink kiértéklés alapján lvonható kövtkzttésk: - A szárítólvgő hőmérsékltét célszrű minimum C-ra mgválasztani, lőnyösbb a ºC. - A kockák javasolható maximális mért 5 mm. Kisbb mértk stén a fajlagos vízladási érték (kg/m ) jlntősn nm változik, ugyanakkor a flültnövkdés miatt a szárítási idő lénygsn kisbb lsz. - A 5 mm élhosszúságú kockával szmbn az 5 x mm-s szltr történő darabolással a vízladás jlntősn növlhtő, a szárítási idő csökknthtő. - A szárítóközg sbsségnövlésénk csak a szárítás lső szakaszában kdvző a hatása a vízladásra. A bkövtkző rőtljsbb kérgképződés később mérsékli a vízladást, ami összsségébn a szárítási idő növkdéséhz is vztht, amnnyibn alacsonyabb ndvsségtartalmú végtrmék lőállítás a cél. - A gőzöléssl történő lőkészítés (lőmlgítés) hatása a szárítási folyamatra nm jlntős. A ndvsségflvétlből és a magasabb induló hőmérsékltből kövtkzőn a szárítás lső szakaszában kismértékbn nő a vízladás, azonban z az lőny a szárítási idő tkinttébn már nm jlntkzik. - A cikóriakockák rossz vízladó tulajdonságára utal a flülti hőmérsékltük alakulása is. A kialakuló kérg miatt korlátozódik a vízladás, így a kockák flülti hőmérséklt már nagyobb ndvsségtartalom mlltt is jlntősn mgmlkdik. - Kockázáshoz viszonyítva a szltléss lőkészítés a flülti hőmérséklt alakulása szmpontjából is kdvzőbb, kockára történő darabolásnál rőtljsbb kérgsdés kövtkzik b, már 5-6 % átlagos ndvsségtartalomnál, így a flülti hőmérséklt kb C-al magasabb, mint a szltlt anyagnál. - A kockák gőzöléssl történő lőmlgítésévl a kérgsdés kialakulása, zzl a flülti hőmérséklt rőtljsbb mlkdés kismértékbn később kövtkzik b. 78