پژوهش و نوآوری در علوم و صنایع غذایی

تحلیل ابعادی و تجربی فرایند فشار هیدرواستاتیک بالا؛ مطالعۀ موردی: به‌کارگیری اعداد بی‌بُعد در آزمون رئولوژیکی نشاستۀ ارزن

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فرآوری مواد غذایی، موسسه پژوهشی علوم و صنایع غذایی، مشهد، ایران

2 گروه طراحی ماشین آلات مواد غذایی، موسسه پژوهشی علوم و صنایع غذایی، مشهد، ایران

3 گروه مهندسی مواد غذایی، دانشگاه ییلدیز، استانبول، ترکیه

چکیده

اغلب روابط حاکم بر بسیاری از پدیده‌های فیزیکی را نمی‌توان به شکل صریح از اصول بقاء و معادله‌هایی نظیر پیوستگی، برنولی، مومنتوم یا در حالت کلی معادلۀ ناویرـاستوکس به‌دست‌آورد. برای رفع این مشکل مؤثرترین روش استفاده از اصول تحلیل ابعادی در تعیین روابط حاکم بر پدیده است. با استفاده از تحلیل ابعادی می‌توان به اعداد و پارامترهای بدون بُعد دست‌یافت که در تعیین معادله‌های حاکم بر یک پدیده نقش دارند در این تحقیق برای اولین‌بار از روش تحلیل ابعادی برای به‌دست‌آوردن اعداد بی‌بُعد حاکم بر فرایند فشار بالای هیدرواستاتیک استفاده شده است، چراکه متغیرهای دخیل در این فرایند زیاد بوده و بهترین روش برای پیداکردن ارتباط بین آنها، استفاده از ابزار آنالیز ابعادی می‌باشد. در گام بعدی و پس از شناسایی متغیرهای مؤثر با استفاده از تئوری باکینگهام اعداد بی‌بُعد حاکم بر فرایند فشار بالا به‌دست‌آمده است. پس از آن کمیات اندازه‌گیری‌شده حاصل از آزمون‌های فشار بالا، روبش فرکانس و نرخ کرنش برشی در قالب اعداد بی‌بُعد که از قبل به‌دست‌آمده دسته‌بندی و به بررسی رفتار مادۀ موردآزمایش (نشاستۀ ارزن) پرداخته شده است. درنتیجه با استفاده از اعداد بی‌بُعد به‌دست‌آمده علاوه‌بر اینکه ارتباط بین متغیرها و درجۀ اهمیت آنها نسبت به یکدیگر مشخص گردید، برخی از ویژگی‌های رفتاری مواد نیز در قالب نمودارهای بی‌بُعد نمایش داده شده است که با نمودارهای متداول تفاوت رفتاری دارد. دراین‌خصوص نمونۀ تحت فشار هیدرواستاتیکی 200 تا 600 مگاپاسکال برای 10تا30 دقیقه قرار گرفت. نتایج نشان داد که ویژگی‌های رئولوژیکی نشاستۀ ارزن ازجمله ویسکوزیتۀ کمپلکس با افزایش فشار و زمان اعمال آن تغییر قابل‌توجهی دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

© 2023, Research Institute of Food Science and Technology. All rights reserved.

This is an open-access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0). To view a copy of this license, visit (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Agrawal, S. K. (1997). Fluid mechanics and machinery. Tata McGraw-Hill New Delhi.
Andre, C., Demeyre, J.-F., Gatumel, C., Berthiaux, H., & Delaplace, G. (2012). Dimensional analysis of a planetary mixer for homogenizing of free flowing powders: Mixing time and power consumption. Chemical Engineering Journal, 198, 371-378.
Barenblatt, G. I. (1987). Dimensional analysis. CRC Press.
Bhupender, S., Rajneesh, B., & Baljeet, S. (2013). Physicochemical, functional, thermal and pasting properties of starches isolated from pearl millet cultivars. International Food Research Journal, 20(4), 1555.
Buckow, R., Heinz, V., & Knorr, D. (2007). High pressure phase transition kinetics of maize starch. Journal of Food Engineering, 81(2), 469-475.
Chaudemanche, C., Henaut, I., & Argillier, J.-F. (2009). Combined effect of pressure and temperature on rheological properties of water-in-crude oil emulsions. Applied Rheology, 19(6), 62210-62211-62210-62218.
De A. Martins, R. (1981). The origin of dimensional analysis. Journal of the Franklin Institute, 311(5), 331-337. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/0016-0032(81)90475-0
Deponte, H., Tonda, A., Gottschalk, N., Bouvier, L., Delaplace, G., Augustin, W., & Scholl, S. (2020). Two complementary methods for the computational modeling of cleaning processes in food industry. Computers & Chemical Engineering, 135, 106733.
Douzals, J. P., Perrier Cornet, J. M., Gervais, P., & Coquille, J. C. (1998). High-Pressure Gelatinization of Wheat Starch and Properties of Pressure-Induced Gels. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 46(12), 4824-4829. https://doi.org/10.1021/jf971106p
Heydari, A., Razavi, S. M. A., Hesarinejad, M. A., & Farahnaky, A. (2021). New Insights into Physical, Morphological, Thermal, and Pasting Properties of HHP-Treated Starches: Effect of Starch Type and Industry-Scale Concentration. Starch - Stärke, 73(7-8), 2000179. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/star.202000179
Katsurayama, G., Sobenko, L., De Camargo, A., Botrel, T. A., Frizzone, J. A., & Duarte, S. N. (2020). A mathematical model for hydraulic characterization of microtube emitters using dimensional analysis. Journal of Agricultural Science and Technology, 22(4), 1123-1135.
Kowalczyk, W., & Delgado, A. (2007). Dimensional analysis of thermo-fluid-dynamics of high hydrostatic pressure processes with phase transition. International journal of heat and mass transfer, 50(15-16), 3007-3018.
Lachin, K., Turchiuli, C., Pistre, V., Cuvelier, G., Mezdour, S., & Ducept, F. (2020). Dimensional analysis modeling of spraying operation–Impact of fluid properties and pressure nozzle geometric parameters on the pressure-flow rate relationship. Chemical Engineering Research and Design, 163, 36-46.
Lin, T., & Fernández-Fraguas, C. (2020). Effect of thermal and high-pressure processing on the thermo-rheological and functional properties of common bean (Phaseolus vulgaris L.) flours. LWT, 127, 109325.
Liu, H., Yu, L., Simon, G., Dean, K., & Chen, L. (2009). Effects of annealing on gelatinization and microstructures of corn starches with different amylose/amylopectin ratios. Carbohydrate Polymers, 77(3), 662-669.
Manjula, P., Kalaichelvi, P., & Dheenathayalan, K. (2010). Development of mixing time correlation for a double jet mixer. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 85(1), 115-120.
Mirzababaee, S. M., Ozmen, D., Hesarinejad, M. A., Toker, O. S., & Yeganehzad, S. (2022). A study on the structural, physicochemical, rheological and thermal properties of high hydrostatic pressurized pearl millet starch. International Journal of Biological Macromolecules, 223, 511-523.
Muthamizhi, K., & Kalaichelvi, P. (2015). Development of Nusselt number correlation using dimensional analysis for plate heat exchanger with a carboxymethyl cellulose solution. Heat and Mass Transfer, 51, 815-823.
Pan, T. Y., Gopirajah, R., Krishnamurthy, S., & Rizvi, S. S. (2020). Modeling of product temperature in a supercritical fluid extrusion process through dimensional analysis. Journal of Food Process Engineering, 43(12), e13561.
Petit, J., Six, T., Moreau, A., Ronse, G., & Delaplace, G. (2013). β-lactoglobulin denaturation, aggregation, and fouling in a plate heat exchanger: Pilot-scale experiments and dimensional analysis. Chemical Engineering Science, 101, 432-450.
Rayleigh, J. W. S. B. (1894). The Theory of Sound. Macmillan. https://books.google.com/books?id=hd8EAAAAYAAJ
Stolt, M., Oinonen, S., & Autio, K. (2000). Effect of high pressure on the physical properties of barley starch. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 1(3), 167-175. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S1466-8564(00)00017-5
Streeter, V. L., Wylie, E. B., Bedford, K. W., & Saldarriaga, J. G. (1988). Mecánica de los fluidos (Vol. 7). McGraw-Hill Colombia.
Wang, B., Li, D., Wang, L.-j., Chiu, Y. L., Chen, X. D., & Mao, Z.-h. (2008). Effect of high-pressure homogenization on the structure and thermal properties of maize starch. Journal of Food Engineering, 87(3), 436-444.
ارسال نظر در مورد این مقاله
CAPTCHA Image
پژوهش و نوآوری در علوم و صنایع غذایی
دوره 12، شماره 2
شهریور 1402
صفحه 121-136
  • تاریخ دریافت: 27 بهمن 1400
  • تاریخ بازنگری: 21 اردیبهشت 1401
  • تاریخ پذیرش: 28 اردیبهشت 1401