Analysis of internal structure changes during parsley convection drying

W pracy podjęto próbę przeanalizowania zmian struktury wewnętrznej pietruszki suszonej konwekcyjnie poprzez określenie zmian powierzchni poprzecznej oraz wymiarów charakterystycznych komórek tkankowych w zależności od zawartości wody w materiale, a takie opracowania modelu zmian tych wielkości od zawartości wody. Pietruszkę w postaci kostek suszono w suszarce z wymuszonym obiegiem powietrza w temperaturze 50°C. W czasie suszenia co 15 min. wyciągano próbki do analizy mikroskopowej, podczas której określano zmiany powierzchni i charakterystycznych wymiarów liniowych komórek. Na podstawie wyników stwierdzono, że w czasie suszenia zwiększa się ilość komórek o małej powierzchni przekroju poprzecznego. Ponadto zaobserwowano, że powierzchnia to oraz długość i szerokość komórek rosną w początkowym okresie suszenia, a w końcowym maleją. Zmiany powierzchni przekroju poprzecznego komórki i wymiarów liniowych od zawartości wody opisano modelami w postaci wielomianów trzeciego stopnia, których dokładność oceniono za pomocą współczynników determinacji, których wartości wyniosły w przypadku powierzchni R2= 0,76, wymiarów liniowych R2= 0,56.The study shows an attempt to analyze internal structure changes in convection-dried parsley by determining changes in cross-section area and dimensions of characteristic tissue cells depending on water content in material, and also developments of model showing changes in these values from water content. Parsley in form of cubes was dried in a drier with forced air circulation at the temperature of 50°C. During drying, samples were taken every 15 min. for microscope analysis, during which changes in area and characteristic cell linear dimensions were being determined. Obtained results allowed to state that number of cells with small cross-section area increased while drying. Moreover, it was observed that this area, and cell length and width increase during initial drying period, and decrease in final drying stage. Changes in cell cross-section area and linear dimensions from water content were described through models in form of third degree polynomials, accuracy of which was assessed using determination coefficients (R2 = 0.76 for area, and R2= 0.56 for linear dimensions)

The microwave-vacuum drying model for fruit and vegetables

Na podstawie przeprowadzonych własnych badań kinetyki suszenia oraz danych literaturowych można stwierdzić, że suszenie owoców i warzyw metodą mikrofalowo-podciśnieniową znacznie skraca czas suszenia w porównaniu do konwekcyjnego oraz poprawia jakość suszu. Stwierdzono, że występują znacznie mniejsze zmiany w strukturze wewnętrznej, zawartości witaminy C, beta karotenu w produkcie oraz charakteryzuje się on lepszą podatnością na rehydratację, a także barwą w porównaniu z produktem suszenia konwekcyjnego. Przekroczenie pewnej granicznej mocy przypadającej na jednostkę masy suszonego materiału powoduje jego spalenie. Poza tym jest to metoda bardziej energochłonna w porównaniu do metody konwekcyjnego suszenia. Dokładne poznanie procesów zachodzących w materiale i zmian jego właściwości oraz wpływu parametrów na te zmiany podczas suszenia pozwoli na jego optymalizację pod względem cech jakościowych i zużycia energii. Taką możliwość dają modele matematyczne procesu. Sformułowany w pracy model procesu suszenia mikrofalowo-podciśnieniowego umożliwia określenie rozkładu zawartości wody w czasie i przestrzeni wewnątrz materiału, a także równoczesną ocenę jakości poprzez kinetykę zmian zawartości cukrów ogółem, witaminy C, współczynnika skurczu suszarniczego oraz analizę kinetyki uwadniania suszu. Równania zmian zawartości wody, temperatury i ciśnienia zostały utworzone na bazie teorii Łykowa opisującej transport ciepła i masy w ciałach kapilarno-porowatych. Teoria ta zakłada, że transport odbywa się w wyniku działania trzech gradientów: stężenia, temperatury i ciśnienia. Dodatkowo w strukturze modelu uwzględniono równanie opisujące proces ponownego uwadniania próbki (na podstawie II prawa Ficka). Model ten umożliwił jednoczesną analizę wpływu zmiany mocy mikrofal oraz podciśnienia na szybkość zmian zawartości wody oraz zawartości cukrów ogółem, witaminy C, współczynnika skurczu w materiale, ponadto kinetykę rehydratacji. Struktura tego modelu została wyprowadzona głównie na podstawie praw nauki oraz hipotez. Jedynie współczynnik skurczu został opisany równaniem semiempirycznym. Uwzględnienie zmienności współczynników dyfuzji ciepła i masy w zależności od zmian zawartości wody pozwoliło na dokładniejszy opis przebiegu transportu ciepła i masy w materiale w czasie. W modelu nie zostały uwzględnione cechy sensoryczne takie jak barwa, smak, zapach oraz kinetyka zmian zawartości enzymów i olejków eterycznych. Można jednak próbować znaleźć związek pomiędzy barwą a zawartością cukrów, czy smakiem a zawartością cukrów i witaminy. W modelu nie ma też równań opisujących zmiany zawartości innych witamin poza witaminą C czy innych składników odżywczych, ale struktura modelu pozwala na jego rozszerzenie. Można zatem uznać, że model charakteryzuje się uniwersalnością. Zaproponowany model umożliwia zatem pełniejszą analizę procesu i ocenę wpływu kilku parametrów termodynamicznych na procesy zachodzące wewnątrz materiału. Jednocześnie umożliwia ocenę zmian pod względem zawartości składników odżywczych, odkształceń i kinetyki ponownego uwodnienia.The paper presents generalised mathematical model of the microwave-vacuum dryling process for fruit and vegetables, which characterises heat and mass transport and changes in selected qualitative characteristics including: content of vitamin C and saccharides, and deformations defined by dehydration shrinkage coefficient. A rehydration kinetics model has been proposed because it is also possible to evaluate dried material by its rehydration capacity. The Lykov model was employed to characterise heat and mass transport. The model was formulated for transient drying process of capillary-porous substances, which takes into account the effects of concentration, temperature and pressure gradient on water transport to the material surface. The analysis of microwave-vacuum drying process shows that it is necessary to take into account these gradients in order to obtain complete specification of this process. Qualitative characteristics were presented by equations defining kinetics of changes for saccharides and vitamin C, and an algebraic equation defining changes of dehydration shrinkage coefficient in relation to water content. Empirical verification for the material of parsley, garlic and apple, carried out by comparing experimental results to computations made using the models, confirmed their correctness and sensitivity to parameter changes. On the grounds of example simulation computations, carried out using the drying and rehydration models for the analysed materials, it was proved that the increase of microwave energy stream at constant underpressure results in higher rate of water content changes. Similar effects are observed in the case of increasing underpressure at constant microwave energy stream. The impact of microwaves gives higher drying effect than the changes of underpressure within assumed variability ranges. Moreover, it was found that the lower water content in dried material, the higher saccharides content and higher shrinkage, but lower vitamin C content and lower susceptibility to rehydration

Peltier module on-line diagnostic system during its operation

Rozwój mikroelektroniki i technologii półprzewodników spowodował iż cena rynkowa modułów Peltiera w ciągu ostatnich lat znacznie spadła. Spowodowało to, że zakres zastosowań tego modułu uległ znacznemu rozszerzeniu, w wielu zastosowaniach wypierając konwencjonalne układy ziębnicze (sprężarkowe i absorpcyjne). W artykule przedstawiono propozycję układu do ciągłej diagnostyki modułu Peltiera podczas jego pracy. Moduł Peltiera może pracować w 2 trybach: jako półprzewodnikowa pompa ciepła i jako ogniwo termoelektryczne. Ten drugi tryb pracy modułu posłużył do budowy układu do diagnostyki on-line modułu Peltiera podczas jego pracy w pierwszym trybie.Development of microelectronics and semiconductor technology caused considerable drop of Peltier module prices over the recent years. Therefore a range of the module applications was largely extended, in many instances replacing conventional cooling systems (both compressor and adsorption type). The paper presents suggested system for continuous diagnostics of the Peltier module during its operation. Peltier module may opearte in two modes: as a semiconductor heat pump and as thermoelectric cell. The latter operating mode was utilized to build on-line diagnostics Peltier module system to be used in the first operating mode

The impact of drying methods and parameters on changes in dried fruit and vegetables colour

W pracy dokonano szczegółowej analizy zmian barwy selera i jabłka suszonych metodą konwekcyjną i mikrofalowo-konwekcyjną przy różnych parametrach suszenia. Jako zmienne niezależne przyjęto temperaturę i moc mikrofal oraz temperaturę i prędkość przepływu czynnika suszącego. Na podstawie analizy wyników stwierdzono wpływ metody suszenia i parametrów suszenia na odcień barwy suszu. Z dwóch metod, wyższe wartości uzyskano dla suszenia mikrofalowo-konwekcyjnego, dla którego wzrost mocy mikrofal i spadek temperatury suszenia wpływały na obniżenie średniego odcienia barwy suszu. Bardziej stabilnym na zmianę barwy okazał się seler.The paper analyses in detail colour changes for celery and apple dried using the convection and microwave-convection methods at various drying process parameters. Temperature and microwave power, temperature and drying medium flow velocity were taken as the independent variables. Analysis of results allowed to determine the impact of drying method and drying parameters on dried material colour shade. When comparing both methods, higher values were obtained for microwave-convection drying process, for which microwave power increase and drying temperature drop brought about reduction in average dried material colour shade. Celery turned out to be more stable to colour change

Energy consumption analysis for selected bakery products

Badania obejmowały nakłady energii potrzebnej do wyprodukowania następujących gatunków pieczywa: pszenno-żytniego, pszennego, graham, drożdżówek i chleba bułkowego. W pracy przedstawiono wyniki dotyczące zużycia energii potrzebnych na wyprodukowanie: jednej sztuki pieczywa, jednego kilograma pieczywa, w czasie jednej godziny trwania procesu technologicznego, na przykładzie dwóch piekarni. Najwyższy udział (ponad 70%) w strukturze zużycia energii zajmuje wypiek. Najmniej energii zużywa się na przesiewanie mąki i wstępne miesienie. Spośród analizowanych wyrobów piekarniczych najmniejsze jednostkowe zużycie energii odnotowano dla produkcji chleba pszenno-żytniego (0,249 MJ na 1 kg) a największe przy produkcji pieczywa graham (3,399 MJ na 1 kg).The scope of tests included expenditure of energy needed to manufacture the following bakery product types: wheat-rye, wheat, graham, buns, and roll bread. The paper presents obtained results concerning energy consumption for production of single bread piece and one kilogram of bread during one hour of manufacturing process. Two bakeries were used as an example. Baking has the largest share (over 70%) in the energy consumption structure. The least energy is consumed for flour sieving and preliminary kneading. Among all analysed bakery products, the lowest unit energy consumption was observed for wheat-rye bread production (0.249 MJ per 1kg), and the highest - for graham bread production (3.399 MJ per 1kg)

Effects of the method and time of storing on the selected sensory characteristics of apples

W pracy dokonano analizy zmian cech fizycznych i właściwości sensorycznych jabłek przechowywanych w okresie 4 miesięcy, w trzech obiektach (piwnica, chłodnia zwykła i przechowalnia ULO). Po zbiorze i w cyklu miesięcznym mierzono zmiany zawartości wody, wygląd (barwę) i smak jabłek. Wyraźne obniżenie zawartości wody w końcowym okresie przechowywania odnotowano dla jabłek przechowywanych w piwnicy. Zmiany zachodzące podczas przechowywania owoców są statystycznie istotne, zależne od warunków panujących w obiektach przechowalniczych. Przechowalnie ULO zapewniają wysokiej jakości owoce przez długi okres ich przechowywania. Obniżają natomiast walory smakowo-zapachowe.In the paper the analysis of the changes in physical properties and sensory characteristics of apples stored for 4 months in three objects (cellar, normal cool store and ULO chamber) is done. After the harvest and in a monthly cycle changes in the water content of apples, their appearance (colour) and taste were determined. A distinct decrease in the water content at the end of the storing time was noted for apples stored in a cellar. The changes occurring in the fruits during storage are statistically significant, and dependent on storing conditions. ULO chambers ensure high quality fruits over a long period of storage. However, the taste and smell properties get deteriorated

Effects of the storing methods and storing time on selected physical properties of apples

W pracy dokonano analizy zmian cech fizycznych jabłek przechowywanych przez okres 4 miesięcy w trzech obiektach przechowalniczych (piwnica, chłodnia zwykła i przechowalnia ULO). Mierzono po zbiorze i w cyklu miesięcznym zmiany zawartości wody, gęstość i jędrność jabłek. Wyraźne obniżenie zawartości wody w końcowym okresie przechowywania odnotowano dla jabłek przechowywanych w piwnicy. Zmiana gęstości jabłek przechowywanych w chłodni i przechowalni ULO jest podobna. Największe zmiany jędrności jabłek odnotowano dla prób przechowywanych w piwnicy i przechowalni ULO. Wszystkie modele empiryczne opisujące zmiany zawartości wody, gęstości i siły przebicia skórki są wielomianami drugiego lub trzeciego stopnia przy współczynnikach determinacji od 0,5 do 0,99.In the paper the analysis of changes in physical properties of apples stored for 4 months in three storing objects (cellar, normal cold store and ULO chamber) is done. Changes in water content, apple density and firmness were determined after the harvest and in a monthly cycle. A distinct reduction in the water content at the end of the storing time was found for apples stored in a cellar. Changes in density for apples stored in a cold store and ULO chamber were similar. The greatest changes in apple firmness were noted for the samples stored in a cellar and ULO chamber. All the empirical models describing changes in the water content, density and peel puncture force are second- degree or third-degree polynomials, with the coefficients of determination ranging from 0.5 to 0.99

Application of fuzzy modeling for description of deformations during convection drying

W pracy przedstawiono wykorzystanie teorii zbiorów rozmytych do modelowania zmiany odkształceń próbek ziemniak a podczas suszenia konwekcyjnego. Do opisu zmian odkształceń w czasie suszenia zastosowano model Mamdaniego. Jako zmienne lingwistyczne przyjęto czas suszenia X (We) i odkształcenie Y (Wy ), które poddano procesowi rozmywania. Do obliczeń funkcji przynależności wybrano trójkątną symetryczną funkcję. Model został poprawnie zweryfikowany, co potwierdziły wartości błędów: lokalnego (0,14%) i globalnego (0,02%).The paper presents the use of the fuzzy set theory for modeling a change in deformation of potato samples during convection drying. For description of deformation changes during drying process the Mamdani model was applied. As linguistical variables drying time X (In) and deformation Y (Out) were adopted, which were subjected to fuzziness process. For calculation of adherence function a triangular symmetrical function was selected. The model was verified correctly, which was proven by values of local (0,14%) and global error (0,02%)

Neural model of changes in water content in willow chips during convection drying

Celem pracy było opracowanie modelu zmian zawartości wody w zrębkach wierzby energetycznej w czasie, w postaci sztucznej sieci neuronowej. Model został opracowany w oparciu o wyniki badań procesu konwekcyjnego suszenia zrębków wierzby o długości 2 cm, ale różnej średnicy, w suszarce laboratoryjnej z wymuszonym przepływem powietrza. Materiał był suszony w temperaturach 40, 50, 60 i 70°C. Na podstawie otrzymanych wyników badań został sformułowany, za pomocą SSN, model zmian zawartości wody w zależności od sześciu zmiennych wejściowych: czasu suszenia, temperatury czynnika suszącego, długości i średnicy zrębków oraz początkowej zawartości wody i masy zrębków. Spośród opracowanych modeli wybrano model o architekturze MLP 6:6-15-14-1:1, ponieważ podczas weryfikacji empirycznej stwierdzono, że obliczony błąd średniokwadratowy dla tego modelu był najmniejszy.The purpose of the work was to develop a model of changes in time of water content in energy willow chips using artificial neural networks (ANN). The model was developed on the grounds of examination results obtained for convection process applied for drying of 20mm-long willow chips with different diameters, carried out in a laboratory drier with forced air flow. The material was dried at the temperature of 40, 50, 60 and 70°C. Obtained examination results provided grounds to formulate, using the ANN, the model of changes in water content depending on six input variables: drying time, drying medium temperature, length and diameter of chips, and initial water content and weight of chips. The model with MLP architecture 6:6-15-14-1:1 was chosen from among all developed models because empirical verification proved that computed mean square error for that model was lowest

Mathematical model of rehydration kinetics for dried vegetables

W pracy zostały sformułowane modele transportu ciepła i masy dla procesu uwadniania suszu cebulowego podczas "gotowania". Założono, że transport ciepła i masy odbywa się tylko za pomocą dyfuzji, dlatego modele transportu wody i suchej substancji sformułowano na podstawie drugiego prawa Ficka, a transportu ciepła - prawa Fouriera. Do rozwiązania równań modelowych przyjęto warunki początkowe jako funkcje stałe, a warunki brzegowe opisano warunkami Dirichletta, zakładając, że na początku procesu na brzegu próbki ustala się stan równowagi związany ze stężeniem składników i temperaturą, a ciało ma kształt płyty nieskończonej. W celu zweryfikowania modeli wykonano badania uwadniania suszu cebulowego w kształcie krążków we wrzącej wodzie, oznaczając zawartość wody i suchej substancji co 5 min. Proces trwał 30 min. Na podstawie weryfikacji logicznej i empirycznej stwierdzono, że sformułowane modele poprawnie opisują zmiany zawartości wody i suchej substancji w materiale oraz zmiany jego temperatury. Błąd względny pomiędzy wartościami pomierzonymi a obliczonymi za pomocą modelu wahał się pomiędzy 1 a 9% dla suchej substancji i zawartości wody.The paper presents formulated models for heat and mass transport for the process involving dried onion hydration during "boiling". It has been assumed that heat and mass transport is carried out through diffusion only, therefore water and dry matter transport models have been formulated on the basis of Fick's second law, and heat transport models - of Fourier's Law. In order to solve model equations, the researchers took initial conditions as constant functions, and described boundary conditions using Dirichlett conditions. It has been assumed that at the beginning of the process, an equilibrium state is being established at the sample boundary, which is connected with concentration of components and temperature, and the body has an infinite plate shape. Tests involving dried onion hydration were performed to verify the models. Disk-shaped dried onions were put in hot water, and their water and dry matter content was determined every 5 min. The process took 30 min. Logical and empirical verification allows to state that the formulated models correctly describe changes in water and dry matter content in the material and change in its temperature. Relative error between measured values and values computed using the model ranged from 1 to 9% for dry matter and water content