Rotary drying combined with microwave for preparing quick-cooking job's tears

Abstract

Adlay millet has high nutrition. Consuming adlay millet with good taste has to highly spend the time and process for cooking. For this problem, instant adlay millet becomes the better way for consumers by the convenience. The procedures of making instant adlay millet are preparing, cooking and drying. There have been many research for solving the problem of long-lasting rehydration and texture change and emphasizing the study of drying techniques with highly-porous characteristic which is the important factor of instant food. Drying by hot air with microwave is one of the methods which can shorten the time of drying. However, there is the limitation of the irregularity for heat radiation. This thesis mainly studied the process of drying in spinning tank with microwave for heat regularity, with the three main factors of drying with 3-level, 1) the hot air temperature of 70, 80 and 90 Celsius degree, 2) the watt power of microwave of 150, 300 and 450 watt, and 3) the speed of spinning tank of 10, 20 and 30 rounds per minute. There were 27 forms for full factorial design experiment.

The 11 equations of presented model of adlay millet drying compared with moisture ratio resulted that most of equations had the value of R2 more than 0.98-0.99, especially the equations which had at least 2 parameters. However, the equations of adlay millet drying were quite hard to study for its states and suitable conditions. For the easier way of the next study, the author used Page’s drying model, which had the value of R2 more than 0.98 and low error, to study states and suitable conditions of fast-cooking adlay millet drying using spinning tank with heat producing by microwave. It showed the parameter value of Page’s equations at the stable rate (k) and stable exponent (n) that increasing the heat rate of microwave could improve the higher rate of drying. It was affected by microwave wave which affected the water molecules in the material spun and the heat depended on the electromagnetic wave absorbed by water molecules. It affected the water in the material evaporated and moved fast, compared to drying state with hot air. Moreover, ten-round-per-minute spinning tank of drying state was suitable for drying process for this study.

The determined criteria of suitable drying state with three main factors responded 1) the stable ration (k) had the highest value 2) coefficient value of effective diffusion (De) had the highest value 3) drying (DT) had the lowest value and 4) Specific Energy Consumption value had the lowest value. They showed that the highest value was 0.85, which the drying state related with desirability included with hot air temperature (T) with the rate of 76.40-76.59 °C, microwave watt (MW) with the rate of 449.99-450 watt and ten-round-per-minute spinning tank. However, the best-suitable drying state should be 77 °C for hot air temperature, 450 watt for microwave watt and 10 rounds per minute for spinning tank. This drying state was analyzed the color quality, rehydration and texture and showed that the approximate value with original cooking and frozen drying. It summarized that the preparing of fast-cooking adlay millet by using drying with spinning tank and microwave had the acceptable rate for this study.

ลูกเดือยเป็นธัญพืชที่มีคุณค่าทางโภชนาการสูง การบริโภคลูกเดือยเพื่อให้ได้รสชาติและเนื้อสัมผัสที่ดีนั้นจำเป็นต้องใช้เวลาและขั้นตอนในการหุงสุกค่อนข้างมาก ดังนั้นผลิตภัณฑ์ลูกเดือยกึ่งสำเร็จรูปจึงเป็นทางเลือกใหม่สำหรับผู้บริโภคที่ต้องการความเร่งด่วนและความสะดวกสบาย กระบวนการผลิตลูกเดือยกึ่งสำเร็จรูป ได้แก่ การเตรียมตัวอย่าง การหุงสุก และการอบแห้ง ที่ผ่านมามีงานวิจัยที่พยายามแก้ปัญหาของเวลาการคืนรูปที่ยาวนาน คุณสมบัติทางเนื้อสัมผัสที่เปลี่ยนแปลงไป และมุ่งเน้นศึกษาเทคนิคการอบแห้งที่มีความเป็นรูพรุนสูงซึ่งเป็นคุณลักษณะที่สำคัญของผลิตภัณฑ์อาหารกึ่งสำเร็จรูป การอบแห้งด้วยลมร้อนร่วมกับไมโครเวฟเป็นหนึ่งในการอบแห้งที่สามารถลดระยะเวลาการอบแห้งที่สั้นลง แต่อย่างไรก็ตามวิธีดังกล่าวยังพบข้อจำกัดในการกระจายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ ปริญญานิพนธ์นี้จึงได้ศึกษากระบวนการอบแห้งในถังหมุนร่วมกับไมโครเวฟเพื่อให้เกิดความสม่ำเสมอในการให้ความร้อน โดยมีปัจจัยการอบแห้ง 3 ปัจจัย ๆ ละ 3 ระดับ ได้แก่ 1) อุณหภูมิลมร้อนเท่ากับ 70 80 และ 90 องศาเซลเซียส 2) กำลังวัตต์ไมโครเวฟเท่ากับ 150 300 และ 450 วัตต์ 3) ความเร็วรอบของถังหมุนเท่ากับ 10 20 และ 30 รอบต่อนาที การทดลองแบบ Full factorial design จะได้การทดลองทั้งหมด 27 การทดลอง

การออกแบบแบบจำลองการอบแห้งสำหรับลูกเดือยหุงสุกเร็วที่นำเสนอ จำนวน 11 สมการ มาเปรียบเทียบกับอัตราส่วนความชื้น (MR) พบว่า แบบจำลองส่วนใหญ่มีค่า R2 มากกว่า 0.98-0.99 โดยเฉพาะอย่างยิ่งสมการที่ประกอบด้วยพารามิเตอร์มากกว่า 2 ตัวขึ้นไป อย่างไรก็ตามสมการการอบแห้งดังกล่าวยากต่อการนำไปใช้ในทางปฏิบัติเพื่อศึกษาพฤติกรรมและศึกษาออกแบบสภาวะที่เหมาะสม เพื่อให้ง่ายต่อการศึกษาในหัวข้อต่อไป จึงได้นำแบบจำลองการอบแห้งของ Page ซึ่งมีค่า R2 สูงกว่า 0.98 และมีความผิดพลาดต่ำในทุกสภาวะการอบแห้ง ไปใช้เพื่อศึกษาพฤติกรรมและศึกษาออกแบบสภาวะที่เหมาะสมของการอบแห้งของลูกเดือยหุงสุกเร็วแบบถังหมุนร่วมกับการให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟ ซึ่งจะได้พารามิเตอร์ของสมการของ Page คือ ค่าคงที่อัตรา (k) ค่าคงที่เลขชี้กำลัง (n) พบว่า การเพิ่มการให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟนั้นทำให้อัตราการอบแห้งมีค่าสูงขึ้น เนื่องจากคลื่นไมโครเวฟทำให้โมเลกุลของน้ำภายในวัสดุเกิดการหมุนและความร้อนที่ระดับอุณหภูมิค่าหนึ่งซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกดูดซับด้วยโมเลกุลน้ำ ทำให้น้ำในวัสดุเกิดการระเหยและเคลื่อนที่ออกสู่ผิวภายนอกอย่างรวดเร็ว เมื่อเปรียบเทียบกับสภาวะการอบแห้งที่ใช้ลมร้อนเพียงอย่างเดียว นอกจากนี้สภาวะการอบแห้งที่ความเร็วรอบของถังหมุนที่ 10 รอบต่อนาทีเหมาะสมสำหรับกระบวนการอบแห้งที่นำเสนอในการศึกษานี้

กำหนดเกณฑ์เพื่อใช้ในการหาสภาวะการอบแห้งที่เหมาะสมจากปัจจัยการอบแห้ง 3 ปัจจัย ๆ ละ 3 ระดับ ที่มีผลการตอบสนองต่างๆ เช่น 1) ค่าคงที่อัตราการอบแห้ง (k) มีค่าสูงสุด 2) ค่าสัมประสิทธิการแพร่ประสิทธิผล (De) มีค่าสูงสุด 3) การอบแห้ง (DT) มีค่าต่ำสุด และ 4) ค่าการใช้พลังงานจำเพาะ (SEC) มีค่าต่ำสุด พบว่า ค่าสูงสุดมีค่าเท่ากับ 0.85 ซึ่งสภาวะการอบแห้งที่เหมาะสมและสอดคล้องกับค่า Desirability สูงสุดนี้ประกอบด้วย อุณหภูมิลมร้อน (T) อยู่ในช่วง 76.40 – 76.59°C กำลังวัตต์ไมโครเวฟ (MW) อยู่ในช่วง 449.99 - 450 วัตต์ และความเร็วรอบของถังหมุนเท่ากับ 10 รอบต่อนาที อย่างไรก็ตาม เพื่อให้สะดวกในเชิงปฏิบัติสภาวะการอบแห้งที่เหมาะสมคือ อุณหภูมิลมร้อนเท่ากับ 77°C กำลังวัตต์ไมโครเวฟเท่ากับ 450 วัตต์ และความเร็วรอบของถังหมุนเท่ากับ 10 รอบต่อนาที สภาวะการอบแห้งดังกล่าวถูกวิเคราะห์คุณภาพด้านสี การคืนรูป และเนื้อสัมผัส พบว่า มีค่าใกล้เคียงกับตัวอย่างที่ผ่านการหุงสุกด้วยวิธีดั้งเดิมและการอบแห้งแบบแช่เยือกแข็ง ดังนั้นจึงสามารถสรุปได้ว่าวิธีการเตรียมลูกเดือยหุงสุกเร็วด้วยวิธีการอบแห้งแบบถังหมุนร่วมกับไมโครเวฟให้คุณภาพในระดับที่ยอมรับได้ในการศึกษานี้