برنج از دیرباز به عنوان یکی از مهم ترین منابع تأمین غذای بشر، به ویژه در قاره پهناور آسیا، نقش اساسی ایفا کرده است. شلتوک ماده اولیه اصلی برای تولید برنج سفید محسوب می شود. خشک کردن یکی از مهم ترین عملیات های واحد طی فرآیند تبدیل شلتوک به برنج سفید است. با پیشرفت های فناوری در حوزه پس از برداشت، امروزه استفاده از خشک کن های پیشرفته، به ویژه خشک کن های ترکیبی، به منظور افزایش بازدهی، کاهش مصرف انرژی و بهبود کیفیت نهایی محصول مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، یک واحد اعمال امواج فراصوت به یک خشک کن هوای داغ با هدف خشک کردن ترکیبی همرفتی-فراصوت شلتوک رقم نوگران طراحی و ساخته شد. این دستگاه مجهز به مولد فراصوت پیزوالکتریک با فرکانس کاری 16 کیلوهرتز بود. مولد امواج فراصوت در قسمت زیرین محفظه خشک کن قرار گرفت و استوانه نگهدارنده نمونه ها با سطح مقطع 5 سانتی متر و ارتفاع 20 سانتی متر بر روی آن قرار داده شد. آزمایش های خشک کردن شلتوک در سه سطح دمای 40، 50 و 60 درجه سلسیوس و چهار سطح توان فراصوت 0، 900، 1200 و 1500 وات با سرعت هوای ثابت 5/1 متر بر ثانیه و در دو تکرار انجام شدند. در طول فرآیند خشک کردن، رطوبت شلتوک از حدود 20 درصد (بر پایه تر) به حدود 5/10 درصد (بر پایه تر)کاهش یافت. سپس، سینتیک خشک کردن، شاخص ترک تنشی و مقدار انرژی مصرفی ارزیابی شدند. یافته های پژوهش نشان داد که استفاده هم زمان از امواج فراصوت در مقایسه با روش همرفتی به تنهایی، منجر به کاهش سریع تر رطوبت محصول شد. در تمامی تیمارهای آزمایشی، روند خشک کردن در ابتدا با سرعت بالایی انجام می گرفت، اما با گذشت زمان از نرخ خشک شدن کاسته می شد. همچنین مشخص شد که افزایش دمای عملیاتی و سطح توان امواج فراصوت تأثیر معنی دار بر کاهش مدت خشک کردن دارد. با افزایش توان امواج فراصوت، مقدار ترک خوردگی دانه ها به صورت معنی داری افزایش یافت. به طور مشخص، بیشترین مقدار ترک تنشی در لایه های نزدیک به مولد فراصوت مشاهده شد و این مقدار با افزایش فاصله از مولد کاهش می یافت. از جنبه مصرف انرژی، روش خشک کردن همرفتی بیشترین مقدار انرژی را مصرف می کرد، در حالی که به طور میانگین تیمارهای ترکیبی با توان 900 وات امواج فراصوت کمترین مصرف انرژی را به خود اختصاص داد. تیمارهای با دمای 50 درجه سلسیوس به طور میانگین مقدار مصرف انرژی کم تری نسبت به دماهای دیگر داشتند. در بخش مدلسازی ریاضی، داده های آزمایشگاهی با استفاده از 11 مدل تجربی و نیمه تجربی مورد تحلیل قرار گرفتند. بر اساس معیارهای آماری شامل حداکثر ضریب تبیین (R) و حداقل ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، مدل ارائه شده توسط میدلی و همکاران بهترین انطباق را با داده های تجربی نشان داد. در نهایت، با در نظر گرفتن معیارهای سه گانه شامل مدت خشک کردن، مقدار ترک خوردگی دانه ها و انرژی مصرفی، روش ترکیبی همرفتی-فراصوت با توان 900 وات و دمای 50 درجه سلسیوس به عنوان مناسب ترین روش برای خشک کردن شلتوک معرفی شد. این روش توانست توازن مناسبی بین کیفیت محصول نهایی و مصرف انرژی ایجاد نماید.
واژه های کلیدی: برنج، سینتیک خشک کردن، فراصوت، ترک خوردگی، انرژی مصرفی