Study of Kinetic Laws and Modeling of Heat and Mass Transfer During Jackfruit Drying

Recently, the breadfruit (jackfruit) is gaining popularity in the world, especially among vegetarians, due to the fact that its fruits give energy due to the presence of simple sugars (fructose and sucrose) in it, while it does not contain fat and bad cholesterol, making it an excellent source of energy. In order to preserve this product, it is recommended to use biodegradable polymer coatings to increase shelf life with maximum preservation of nutritional value. The aim of the work is to develop rational operating parameters for drying jackfruit slices with protective biocoating and to simulate heat and mass transfer. To achieve this goal, the kinetic laws of the process of convective drying of jackfruit slices as a two-layer object were established and the curves of the rate of water removal were constructed. When varying within the technological limitations of the parameters affecting the intensity of dehydration, the specific productivity of the process and its rational value, depending on their value, are determined. Based on an analysis of the laws governing the processes of transfer of thermal energy and matter, their specific features are revealed when moisture is removed from a two-layer object. The model of transfer of thermal energy and matter was numerically solved and the evolution of temperature fields in the sample during drying was calculated. The results made it possible to determine rational dehydration regimes that ensure stability on the surface of the slice of the applied protective coating, which helps to increase its shelf life at a final moisture content of 25%, as well as reduce the energy intensity of the dehydration preservation process, which is substantiated. The possibility of using a biopolymer coating based on sodium alginate when drying jackfruit slices is substantiated.

jackfruit characteristics, sodium alginate, protective food coatings, convective energy supply, drying curves, mathematical approximation of kinetic drying curves, temperature dehydration conditions

1. Алексанян И.Ю., Буйнов А.А. Высокоинтенсивная сушка пищевых продуктов. Пеносушка. Теория. Практика. Моделирование: монография. Астрахань: АГТУ, 2004. 380 с.

2. Гинзбург А.С., Громов М.А. Теплофизические характеристики картофеля, овощей и плодов. М.: Агропромиздат,1987. 272 с.

3. Джекфрут, что это? Вегетарианцы торжествуют. Наконец нашелся тот самый плод. URL: https://likeni.info/dzhekfrut/ (дата обращения: 15.07.2019).

4. Калинин А.Б. Совершенствование систем хранения картофеля и овощей // Сельскохозяйственные Вести. 2009. № 3. URL: https://agri-news.ru/zhurnal/2009/%E2%84%963/2009/xranenie/sovershenstvovanie-sistem-xraneniya-kartofelya-i-ovoshhej.html (дата обращения: 19.07.2019).

5. Лыков А.В. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. 471 с.

6. Максименко Ю.А., Нгуен Т.С., Арабова З.М., Алексанян И.Ю., Нугманов А.Х.-Х. Теплофизические и структурно-механические характеристики ломтиков джекфрута // Индустрия питания. 2019. Т. 4. № 4. С. 53-63.

7. Нгуен Т.С., Нугманов А.Х.-Х., Арабова З.М., Нугманова А.А. Вычисление энергии на испарение связанной влаги из джекфрута // Известия КГТУ. 2019. № 55. С. 214-225.

8. Неменущая Л.А., Степанищева Н.М., Соломатин Д.М. Современные технологии хранения и переработки плодоовощной продукции. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. 172 с.

9. Никулина М.А. Совершенствование процесса инфракрасной сушки пищевой съедобной пленки: дис … канд. техн. наук: 05.18.12: утв. 05.12.18. Санкт-Петербург, 2018. 228 с.

10. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов Л.А. Численное моделирование процессов тепло-массообмена. М.: Наука, 1984. 288 с.

11. Постановление правительства СРВ № 1819/QĐ-TTg от 16.11.2017. URL: https://thuvienphapluat.vn/van-ban/Linh-vuc-khac/Quyet-dinh-1819-QD-TTg-2017-phe-duyet-Ke-hoach-co-cau-lai-nganh-nong-nghiep-367693.aspx (дата обращения: 13.07.2019).

12. Роторная сушилка: пат. 2520752 Рос. Федерация. № 2013115610/06 / Остриков А.Н., Шевцов С.А., Столяров И.Н.; заявл. 05.04.2013; опубл. 27.06.2014, Бюл. № 18. 6 с.

13. Состав биодеградируемой полимерной композиции для обработки пищевых продуктов: пат. 2649981 Рос. Федерация. № 2017120355 / Подшивалов А.В., Захарова М.В., Успенская М.В., Самуйлова Е.О.; заявл. 09.06.2017; опубл. 06.04.2018, Бюл. № 10. 5 с.

14. Способ формирования защитного покрытия для хранения рыбной продукции: пат. 2297151 Рос. Федерация. № 2005119909/13 / Маслова Г.В., Сподобина Л.А., Красавцев В.Е., Нудьга Л.А., Петрова В.А., Бочек А.М., Панарин Е.Ф.; заявл. 27.06.2005; опубл. 20.04.2007, Бюл. № 11. 6 с.

15. Способ хранения плодоовощной и растениеводческой продукции: пат. 2325811 Рос. Федерация. № 2006123023/13 / Швец В.Ф., Гудковский В.А., Козловский Р.А., Кустов А.В.; заявл. 28.06.2006; опубл. 10.06.2008, Бюл. № 16. 7 с.

16. Способ хранения сельскохозяйственной продукции: пат. 2525722 Рос. Федерация. № 2013108726/13 / Ханикян В.Л.; заявл. 28.02.2013; опубл. 20.08.2014, Бюл. № 23. 5 с.

17. Средство для защиты пищевых продуктов от порчи, способ защиты пищевых продуктов от порчи: пат. 2322160 Рос. Федерация. № 2006106039/13 / Ткаченко Ю.А., Кулькин М.Ю.; заявл. 26.02.2006; опубл. 20.04.2008, Бюл. № 11. 11 с.

18. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 2004. 798 с.

19. Хабибуллина Л.Ф., Сидоров Ю.Д. Применение композиций на основе полимеров для повышения сохраняемости плодоовощной продукции // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. № 19. С. 146-150.

20. Bird R.B., Stewart W.E., Lightfoot E.N. Transport Phenomena. New York: Wiley, 2002. 895 p.

21. Công nghệ chế biến thực phẩm. URL: http://doan.edu.vn/do-an/de-tai-tim-hieu-cong-nghe-che-bien-thuc-pham-25508/ (дата обращения: 18.07.2019).

22. Couper J.R., Penny W.R., Fair J.R., Walas S.M. Chemical Process Equipment: Selection and Design. London: Elsevier, 2005. 814 p.

23. Gavin P., Towler R., Sinnott K. Chemical Еngineering Design: Principles, Practice and Economics of Plant and Process Design. Amsterdam, Boston: Elsevier, 2008. 1245 p.

24. Kudra T., Mujumdar A.S. Advanced Drying Technologies. New York: Taylor&Francis, 2009. 500 p.

25. Mujumdar A.S. Handbook of Industrial Drying. New York: Taylor&Francis, 2007. 1280 p.

26. Rana S.S., Pradhan R.C., Mishra S. Optimization of chemical treatment on fresh cut tender jackfruit slices for prevention of browning by using response surface methodology // International food research journal. 2018b. Vol. 25. No. 1. P. 196-203.

27. Rana S.S., Pradhan R.C., Mishra S. Variation in properties of tender jackfruit during different stages of maturity // J Food Sci Technol. 2018a. Vol. 55. No. 6. P. 2122-2129.

28. Saxena J., Dash K.K. Drying kinetics and moisture diffusivity study of ripe Jackfruit // International food research journal. 2015. Vol. 22. No. 1. P. 414-420.

29. Sazhin B.S., Sazhin V.B. Scientific Principles of Drying Technology. New York: Begell House, 2007. 497 p.

30. Smith R. Chemical Process Design and Integration. Chichester; Hoboken: Wiley, 2005. 687 p.

31. Yi J., Zhou L., Bi J. Influence of pre-drying treatments on physicochemical and organoleptic properties of explosion puff dried jackfruit chips // J Food Sci Technol. 2016. Vol. 53. No. 2. P. 1120-1129.