Suszenie pieczarek w warunkach komwekcji naturalnej
— badanie skurczu suszonych obiekt6w
Jarostaw Murakowski
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego Katedra Inżynierii Procesów Rolniczych
Synopsis: Przeprowadzono pomiary zmian objętości trzonów i kapeluszy piecza- rek podczas procesu suszenia w temperaturach 50, 59, 70 i 81'C. Wyniki badań przedstawiono na wykresach. Zaproponowano formuły uzależniające zmiany obję- tości suszonego materiału od jego zawartości wody.
Słowa kluczowe: pieczarka, trzony pieczarek, kapelusze pieczarek, suszenie, skurcz, model skurczu.
*) Praca wykonana w ramach projektu badawczego KBN nr 5 551491 02 pt. „ Rozwój energooszczęd- nych metod suszenia i przechowywania produktów rolniczych spełniających wymagania jakości i ekologii oraz opracowanie systemu ekspertowego”, kierowanego przez prof. dr habil. S. Pabisa.
Wykaz oznaczeń
ms — sucha masa próbki [kg]
mw — masą wody [kg]
t _ — temperatura powietrza w suszarce [ C]
u —- zawartość wody próbki [kg/kg]
Uo - początkowa zawartość wody próbki [kg/kg]
V — objętość próbki [m*]
Vo — objętość początkowa próbki [m*]
Vg — objętość nasion gorczycy [m*]
Vp+g- objętość próbki łącznie z nasionami gorczycy [m]
Am — dokładność pomiaru masy próbki [kg]
AV — błąd bezwględny określania objętości [m*]
Ps — gęstość suchej masy pieczarek [kg/m*]
Pw — gęstość wody [kg/m”]
1. Wprowadzenie
Suszeniu produktów rolniczych o dużych początkowych zawartościach wody towarzyszy skurcz suszonych obiektów, objawiający się dużymi zmianami objętości i deformacjami kształtu.
Murakowski i Irek [1994] podają, że wymiary liniowe trzonów i kapeluszy pieczarek po wysuszeniu stanowią 15-+85 % ich początkowych wartości. Brak jest jednak danych, które pozwoliłyby przebieg procesu skurczu opisać modelem alge- braicznym.
W ramach niniejszej pracy wykonano pomiary zmian objętości trzonów i kape- luszy pieczarek w czasie ich suszenia w temperaturach 50, 59, 70 i 819C. Wyniki posłużyły matematycznemu opisowi przebiegu zmian objętości w funkcji zawartości wody tegoż produktu.
2. Metodyka badań
Suszenie przeprowadzono w laboratoryjnej suszarce komorowej KCW-100.
W czasie przebiegu procesu próbki trzonów i kapeluszy pieczarek kilkukrotnie wa- żono. Równocześnie dokonywano pomiaru objętości Vp+g suszonego materiału łącznie z nasionami gorczycy o znanej objętości Vs, którymi zasypana była „próbka pieczarek. Dokładność tych pomiarów wynosiła A Vp+g = A Vg = 1 cm’.
Objętość V pieczarek obliczano z wzoru:
FV TV (1)
z błędem A V nie przekraczającym
ДУ-АУ,.,+АУ, =2 ст? (2)
Suchą masę określano po uprzednim dosuszaniu próbek w temperaturze 100- 1059C w czasie 15-20 godzin. Dokładność pomiaru masy Am wynosiła 0.01 g.
3. Wyniki badań
Wykonano pomiary skurczu 34 próbek pieczarek (3-5 powtórzeń dla trzonów i dla kapeluszy w każdej z temperatur 50, 59, 70 i 810). Wyniki przedstawiono na wykresach zmian objętości odniesionej do objętości początkowej V : Vo w funkcji zawartości wody odniesionej do początkowej zawartości wody u : uo (symbole „e”
na rysunkach 1 i 2).
Do matematycznego opisu procesu skurczu użyto trzech wariantów funkcji o ogól- nej postaci
V_ „u
у. M ae (3)
Wariant 1 (funkcja liniowa)
V_ u
— =a—+b
0i
0(4)
Warunek początkowy V(u = uo) = Vo sprowadza funkcję (4) do postaci
V u
—=a— +1-a (5)
о №
przy czym a jest parametrem ustalanym w czasie dopasowywania modelu (5) do punktów pomiarowych.
Wariant 2 (funkcja potęgowa)
Гм."
a ©
przy czym n jest parametrem ustalanym w czasie dopasowywania modelu (6) do punktów pomiarowych.
Wariant 3 zakłada, że kurczenie materiału jest wynikiem całkowitego zaniku porów, które opuściła woda w procesie suszenia. Na całkowitą objętość V pieczarek składa się objętość Vw porów wypełnionych wodą oraz stała objętość V; suchej substancji:
V= ом + у, (7)
Wykorzystanie definicji gęstości prowadzi do postaci
V=.-* +. 5 (8)
Py Ps
Ostatecznie otrzymuje się
u 1
Pye w Ps (9)
Początkową objętość określa równanie
и 1
Vo=m,(—+—) Py Ps (10)
Podzielenie stronami równania (9) przez (10) prowadzi, po prostych przekształ- ceniach, do strukturalnego modelu procesu skurczu pieczarek o postaci
ME Pw
V | w Pig
о 11
й 1+ Pw GN
Pally
Przyjęto, na podstawie wykonanych pomiarów, gęstość suchej substancji trzo- nów ps = 0.36 g/cm? oraz kapeluszy pieczarek ps = 0.40 g/m”.
Wartości parametru a funkcji liniowej oraz parametru n funkcji potęgowej, ustalone przy dopasowywaniu przebiegu tych funkcji do punktów pomiarowych, zebrano w tabeli 1.
Położenie dobranych funkcji względem punktów pomiarowych ilustrują wy- kresy na rysunkach li 2.
Tabela 1.
Wartości parametrów dopasowanych funkcji (5) i (6).
Values of parameters of fitted function (5) and (6)
L.p. Rodzaj materiału | Temperatura suszenia [O] a n
1 50 0.928762 0.910965
2 trzony 59 0.950688 0.967302
3 pieczarek 70 0.973012 1.043040
4 81 0.956322 1.084111
5 50 0.888887 0.775654
6 kapelusze 59 0.924684 0.877645
7 pieczarek 70 0.982359 0.997495
8 81 0.969686 1.044966
0.0 SESE Perr rrp ry "0.0 tay tor т FET NP 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
ulug TRZONY PIECZAREK ulug
A punkty pomiarowe
——— funkcja liniowa (5) minim funkcja potęgowa (6) wzi model strukturalny (11)
10--
| t=819C #
0,8 —
4 и
00 02 04 of 08 10
ul
Rys. 1. Przebieg procesu skurczu trzonów suszonych w temperaturach 50, 50, 70 i81°C.
Fig. 1. Shrinking of mushroom stems dried at temperatures 50, 59, 70 and 81 C.
VNg
0.0
02
KAELUSZE PIECZAREK punkly pomiarowe funkcja liniowa (5) funkcja potęgowa (6) model strukturalny (11)
0.0 0.2 0.4 06 68 1.0 Wy
©
1.0—
é tf
4 =79%
"= t=70°C
0.6 —
0.4 —j 4 a2 ,
0.0 1 4 трее т
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 10 uług
e o J
0.8
0.6
Vo ea rL
0.4
0.4 . 06 0.8 uly
TOT TET
1.6
Rys. 2. Przebieg procesu skurczu kapeluszy pieczarek suszonych w temperaturach 50, 59, 70i 81°C.
Fig. 2. Shrinking of mushroom caps dried at temperatuires 50, 59, 70 and 81 С.
4, Uwagi końcowe
Przeprowadzone badania wskazują na możliwość opisania przebiegu procesu skurczu trzonów i kapeluszy pieczarek przy pomocy bardzo prostych funkcji uzależ- niających zmianę objętości suszonego ciała od zmiany jego zawartości wody. Wyko- rzystane dą tego celu funkcje liniowa (5) i potęgowa (6) dobrze przybliżają wyniki pomiarów w pełnym zakresie zmian zawartości wody suszonych produktów. Przebieg zaproponowanego strukturalnego modelu (11) procesu skurczu częściowo odbiega
— szczególnie przy suszeniu w temperaturach 81 i 70?C — od wyników pomiarów.
Położenie punktów pomiarowych sugeruje, że skurcz pieczarek jest wynikiem zaniku nie tylko porów opuszczanych przez wodę w procesie suszenia, lecz dodatkowych jeszcze przestrzeni wypełnionych parą wodną lub powietrzem.
Bibliografia
Karathanos, V., Anglea S., Karel M. 1993. Collapse of structure during drying of cele- ry. Drying Technology 11(5).
Murakowski J. 1994, Arkusze pomiarów skurczu pieczarek suszonych w warunkach konwekcji naturalnej. Maszynopis KIPR.
Murakowski J., Irek P. 1994 Pomiary kinetyki suszenia pieczarek w warunkach kon- wekcji naturalnej. Rocz. Nauk Roln., t. 80-C-1.
Drying of mushrooms under natural convection — studying the shrinkage of object being dried
Jarosław Murakowski
Summary
Convection drying of mushrooms os significantly affected by the changes in voleme of dried objects, strongly decreasing the surface of mas tansfer. Tb describe in mathematical form the shrinkig process, the volume of mushrooms stems and caps was measured, depending on their moisture content (dry basis). The results are presented on V / Vo = f (u / uo) diagrams. Mathematical functions (f) of linear and power form were selected, well aproximating measurement results at relatively simple structure. Structural model of shrinkage was also proposed which asuumes decreasing of mushroom volume by the of evaporated water.
