The Effect Of Ultrasound Pretreatment On Drying Characteristics Of Apple Slices

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2016Endüstriyel bir proses olan kurutma islemi başta gıda sanayii olmak üzere farklı sektörlerde de yaygın olarak kullanılan bir işlemdir. Özellikle meyve ve sebzeler için kullanılmakla birlikte, tüm gıda sanayii açısından önemli yer tutar. Kurutma meyve ve sebzelerin yapısındaki % 80-95 oranlarındaki suyun % 10-20 oranlarına düşürülmesi ve böylece uzun süre dayanmasını sağlama işlemidir. Bu süre boyunca dikkat edilmesi gereken nokta tat profili, görünüş, renk, besin değeri gibi kalite özelliklerinin mümkün olduğunca az değişime uğraması, ayrıca pişirme işlemi sırasında su ilave edildiğinde meyve ve sebzelerin taze iken içerdikleri miktara yakın su alıyor olmalarıdır. Kurutma işleminin etkin bir şekilde devam ettirilebilmesi açısından uygun modelleme gerekir. Ancak meyve ve sebzelerin su içeriği çok yüksek olduğu için, bu modelleme oldukça karışıktır. Kurutma, meyve ve sebzelerin saklanmasında kullanılan en eski ve en popular yöntemlerden biridir. Aynı zamanda, besin değeri ve kalite özelliklerinin korunması sebebiyle de gıdaları korumak için kullanılabilecek en iyi yöntemlerden biri olduğu kanıtlanmıştır. Bununla birlikte gıda endüstrisindeki en yüksek maliyetli, en çok enerji gerektiren ve en fazla zaman gerektiren proseslerden bir tanesidir. Bu soruna çözüm olarak, kurutma işlemi öncesinde ön ısıtma, ultrason, ozmotik kurutma gibi çeşitli önişlem metotları kullanılmaya başlanmıştır. Kurutma işlemi ile gıdaların korunması çok eski çağlara dayanmakla birlikte, gıda sanayiinde kullanılmaya başlanması 18.yy’ı bulmaktadır. Gıda sanayinde en sık kullanılan kurutma yöntemi de konveksiyonel(geleneksel) kurutmadır. Bu yöntemin diğer metotlara oranla daha çok kullanılmasının sebebi, işlem pratikliği, enerji ihtiyacının az olması ile ilk yatırım maliyetinin düşük olmasıdır. Gıdaların kurutulmasının bir çok amacı vardır. Depolama sırasında ürünün bozulmasını önleyerek raf ömrünü uzatması, ürün çeşitliliğini sağlaması, ve ürünün hacmini azaltarak taşıma ve depolama da verimliliği arttırması, kurutmanın önemli bir proses olmasının başlıca nedenleridir. Meyve ve sebzelerin kurutulması ile ürün su aktivite değeri düşer, böylece ürünün bozulmasına sebep olabilecek mikrobiyel ve kimyasal reaksiyonlar önlenmiş olur. Bu da depolama süresini uzatır ve depolama süresince oluşabilecek kalite kayıplarını engeller. Aynı zamanda raf ömrü süresince, tüketici kabulunü arttrır. Meyveler genellikle güneş enerjisinden yararlanmak amacıyla açıkta kurutulur. Bu işlem sırasında toz, toprak, yağmur ve açıkta kurutulduğu için çeşitli böcek zararlarına uğrayabilir ve bu da ürün kalitesi olumsuz yönde etkileyebilir. Bu gibi zararları en aza indirmek için; meyve olabildiğince olgunken hasat edilmeli, temizliğe önem verilmeli, kükürtleme gibi koruyucu işlemler uygulanmalıdır. Ayrıca kurutma işlemine tabi tutulacak meyve ve sebzeler olgun, sağlam, beresiz olmalı, böcek yeniği bulundurmamalıdır. Güneşte kurutma çok eski zamanlardan beri kullanılan bir tekniktir ancak geniş çaplı üretimler için uygun değildir. Kontaminasyon riskinin yanı sıra kurutma işlemi hava koşullarına bağı olduğundan zaman ve ürün kalitesi açısındanverimli sonuçlar alınamayabilir. Elma(Malus domestica), hem dünya genelinde hem de ülkemizde çok geniş yetiştirme alanları olan ve sıklıkla tüketilen bir meyvedir ve Rosaceae familyasına ait olan orta boylu ağaçlarda yetişmektedir. Çeşitli ve dengeli bir besin içerği olan elma enerji vermesinin yanısıra şeker ve asit içeriği ile tüketici zevkine uyumlu lezzete sahip bir meyvedir. Taze tüketimi yaygın olmakla beraber, özellikle tatlılar gibi çeşitli besinlerde pişmiş olarak, reçel, marmelat, meyvu suyu şeklinde de tüketilmektedir. Elma üretimi ve tüketimi dünya genelinde sürekli artmaktadır. Çok sık tüketilmesi sebebiyle elmanın saklama koşulları ve kalitesi üzerine çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Kurutma işlemi, bu meyve için uygulanabilecek en uygun metotlardan bir tanesidir. Depolama süresini uzatmanın yanı sıra kurutma prosesi ile yeni ürün eldesi sağlanır ve kurutulmuş meyve pazarında elma yüksek oranda ilgi görmektedir. Kurutma işleminde, gıdanın içindeki nem, ısı uygulaması ile uzaklaştırılır. Bu işlem, gıdanın yüzeyinden içine doğru gerçekleşen ısı transferi etkisiyle ürün sıcaklığının artması ile sonuçlanan eş zamanlı bir ısı kütle transferi olayıdır. Isı enerjisi ile gıdanın nemi buharlaşır. Uçucu bileşenlerin uzaklaşması için ısı enerjisi uygulanır we böylece su, gıdanın iç boşluklarından yüzeye doğru hareket eder. Bu göç işlemi ile gıda yapısında bulunan su uzaklaşmış olur. Gıdaların kurutulmasında temel amaç üründeki serbest suyu uzaklaştırarak, ürünlerde meydana gelebilecek biyokimyasal reaksiyonları ve mikroorganizmaların gelişmesini sınırlandırmak, olabiliyorsa durdurmak, ve nem miktarını mikroorganizma gelişimi olamayacak bir seviyeye düşürerek gıda maddelerinin uzun bir raf ömrüne sahip olmalarını, kalite kayıplarını önlemeyi sağlamaktır. Bununla beraber kurutulmuş ürünün kalite özelliklerini olumsuz yönde etkilememesi için, kurutuma koşullarına da dikkat edilmelidir. Kurutma sıcaklığı, ortam havasının hızı ve bağıl nemi gibi kurutma koşulları, son ürünün duyusal, besinsel ve yeniden su alma gibi özelliklerini önemli ölçüde etkiler. Bu nedenle gıdaların kurutulması sırasında, sıcaklğın kurumuş ürün üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmak amacıyla ön işlem uygulamaları gerçekleştirilmektedir. Özellikle tüketicilerin ürün kalitesi üzerine ve üreticilerin de ürün miktarı üzerinde artan eğilimleri, çeşitli ön işlemler ile kombine edilmiş kurutma teknolojilerini kullanılması yönündeki trendi arttırmıştır. Son yıllarda ön işlem destekli kurutma metotlarının son ürün kalitesi üzerine etkileri karşılaştırmalı çalışmalar ile araştırılmaktadır. Kurutma işleminde anahtar terim su aktivitesidir. Su aktivitesi ifadesi, ürün yapısında bulunan suyun, gıdaya kimyasal ve/veya yapısal olarak ne kadar kuvvetli bağlı olduğunu ifade eder. Kurutma prosesinde su aktivitesi değerinin kimyasal ve mikrobiyal reaksiyonların gerçekleşemeyeceği kadar düşük seviyelere düşürülmesi hedeflenir. Kurutma sırasında ürün içeriğindeki su hareket eder ve dokularda büzüşme ile boyutlarda değişimler meydana gelir. Bu da kurutma prosesinin modellemesini karmaşık hale getiren temel sebeptir. Dehidrasyon koşullarının incelenmesi ile kurutma kinetiğinin belirlenmesi kurutma işlemi sırasında kullanılan işlem koşullarının optimize edilmesini sağlar. Bunun sonucunda da son ürün kalitesi iyileşir, tüketici kabulü artar. Ultrason işlemi, kurutma işleminin etkinliğini arrtımak ve ısının ürün üzerinde oluşturabileceği olumsuz etkileri ortadan kaldırmak amacıyla uygulanan bir ön işlemdir. Bu ön işlem ile ürünün yapısında kasılma ve gevşemeler meydana gelir. Bu etki, sünger etkisi olarak adlandırılır. Kasılıp gevşemelerin etkisiyle ürün dokularında mikrokanalları oluşur ve bu mikrokanallar yapıda bulunan suyun uzaklaştırılmasına yardımcı olur. Böylece ürünün kuruması kolaylaşır, kuruma için gereken enerji miktarı azalır ve kuruma süresi kısalır. Özetle, işlem daha etkin bir hale gelir, ürün fiziksel ve besinsel kalitesi bozulmaz ve tüketici kabulü artar. Kurutma işlemi sırasında, meyve ve sebzelerin kurutma kinetiğinin belirlenebilmesi için, kuruma ve kuruma oranı eğrileri çizilmelidir. Eğrilerin çizimi için gereken veri, sabit sıcaklıkta gerçekleşen kuruma sırasında belli aralıklarla alınan ağırlık tartımlarından elde edilir. Ölçümlere, sabit tartıma ulaşıncaya kadar devam edilir. Ürünün sabit tartıma gelmesi, içindeki tüm serbest suyun uzaklaştığını gösterir. Sabit tartıma ulaşılan nokta, teorik olarak gıdanın içinde bulunan nemin tamamen uzaklaştığı, tam kurumanın gerçekleştiği noktadır. Bu değere ulaşılana kadar belli zaman aralıklarında ağırlık tartımları yapılır. Bu sayede kuruma hızı ve oranı belirlenmiş olur. Bu çalışmada, 8 mm kalınlığındaki elma dilimleri konveksiyonel(Etüv kurutma) metot kullanılarak 3 farklı sıcaklıkta (50ºC, 60ºC ve 70ºC) 3 paralel ile olacak şekilde laboratuvar ortamında kurutuldu. Kurutma işlemi süresince, koşulların sabit kalması için sıcaklık kontrolü sağlandı. Ayrıca, ön işlem olarak 60ºC sabit sıcaklıkta ve 35 kHz frekansta, 10, 20 ve 30 dk sürelerle olmak üzere ultrasound ön işlem uygulaması gerçekleştirildi. Ön işlem uygulaması da 3 paralel ile olacak şekilde gerçekleştirildi. Ultrasound uygulamasının kurutma işlemine olan etkisinin belirlenmesi amacıyla ön işlem uygulanmış ve 60ºC de kurutulmış elma dilimleri ile ön işlem uygulanmaksızın 60ºC sıcaklıkta kurutulmuş elma dilimlerinin kuruma süreleri ve kurutma işlemi sonrasındaki renk profilleri karşılaştırıldı. Ön işlem sonrasında ve ön işlem uygulanmadan gerçekleştirilen kurutma işlemlerinde belli zaman aralıklarında alınan tartımlarla ağırlık kayıpları belirlendi ve kaydedildi. Ölçümler sonucunda elde edilen veriler kuruma ve kuruma oranı eğrilerinin çizimlerinde kullanıldı. Bu şekilde elma dilimlerinin kurutma kinetiği belirlendi, kurutma işlemi için en uygun olan modelleme yapıldı. Kuruma süresi ve renk, kurutulmuş elmanın kalitesinin belirlenmesinde kullanılan parametrelerdir. Sıcaklığın artmasıyla birlikte kuruma süresinin kısaldığı bilinen bir gerçektir ancak, sıcaklıktaki bu artış aynı zamanda duyusal özellikleri ve besin değerini de olumsuz yönde etkileyebilir. Bu da hem kalite kayıplarına yol açar hem de tüketici kabulünü olumsuz yönde etkiler. Yapılan çalışmada, elmanın kuruma kinetiğinin modellemesi ve kurutma sıcaklığının elma dilimlerinin rengi üzerindeki etkisinin belirlenmesi için 50ºC , 60ºC ve 70ºC olmak üzere 3 farklı işlem sıcaklığı kullanıldı. Sıcaklığın artışı ile birlikte örneklerin kuruma süresi kısaldı ancak sıcaklık artışı aynı zamanda rengi de olumsuz yönde etkiledi. Artan sıcaklıkla birlikte daha koyu renkli örnekler elde edildi. 60ºC, elmaların kurutulması için hem süre hem de kurutma sonrası etkiler açısından optimum sıcaklık olarak tespit edildi. Bu sıcaklığın altındaki değerlerde, işlem süreleri çok uzadı ve koşullarda dalgalanmalar meydana geldi. Ultrasound ön işleminin kurutma işlem süresine etkisinin incelenmesi için, optimum sıcaklık olarak belirlenen 60ºC, işlem sıcaklığı belirlendi. Örneklere 35 kHz frekansta, 10, 20 ve 30 dk sürelerde olmak üzere ultrasound ön işlemi uygulandı. Her bir işlem 3 tekrarlı olacak şekilde tamamlandı. Ön işlemler sonrasında örneklere 60ºC sıcaklıkta kurutma işlemi uygulandı. Sonuç olarak ön işlem uygulanmış elma dilimlerinin, ön işlem olmadan kurutulan örneklere göre daha kısa sürede kuruduğu yani önişlemin kuruma süresini kısalttığı görüldü. Bunun yanında, en kısa kuruma süresi 20 dk ön işlem uygulanan örneklerde görülürken, 10 ve 30 dk ön işleme maruz bırakılmış örnekler yaklaşık olarak eşit sürede kurudu. Ultrason ön işleminin renk üzerine etkisi incelendiğinde ise, aynı sıcaklık değerinde kurutulmuş elma dilimlerinden ön işlem uygulanmış olanların renk kalitesi açısından daha iyi oldukları tespit edildi.Drying is one of the oldest and most famous methods for the preservation of fruits and vegetables. Convectional drying is one of the most common method in food industry. Shelf life extension, resulting product diversity and enabling easier packaging and transportation through weigth reduction are the main reasons for being important of food dehydration. Apple fruit(Malus domestica) is one of the most popular and favorite fruits among the world. These ‘nutrition value’ fruits are obtained from medium-sized tree belonging to the Rosaceae family and nowadays, this fruit is being cultivated and consumed in many parts of the world. Apples are often eaten as raw but it can also be found in prepared foods like desserts. In drying process, moisture is removed by the application of heat. This is a mass transfer phenomenon, heat transfers from the surface to interior of product and the product temperature starts to rise. This vaporizes moisture. With Dehydration of fruits and vegetables, moisture content is reduced to minimum levels so that microbiological and other spoiling reactions are prevented. Also, with the reduction of moisture content, protection of quality properties like flavour, aroma and nutritional value is aimed. During drying process, drying and drying rate curves should be plotted to determine the drying kinetics of fruits and vegetables. Necessary data to draw the curves is gained from weigth measurements during the dehydration process. Measurements are proceeded in certain time intervals until contstant weigth is reached. In the constant point, food can be said as dried teoritically. In this study, apples slices, which have 8 mm thickness value, were dried using convectional method in three different temperatures (50ºC, 60ºC and 70ºC). The temperature was controlled to stay stable. To determine the effect on drying of apple, ultrasound was applied as pretreatment in different durations. Ultrasound power provided at a frequency of 35 kHz for 10, 20 and 30 min in ultrasound bath at a constant temperature, 60ºC. The effects of ultrasound upon drying were investigated. During drying processes, weigth loss was measured in certain time intervals and recorded. The measured data was used to draw drying and drying rate curves. It is known that with the increasing temperature, drying time shortens, in this study, it is seen that drying temperature has positive effect on rehdyration process duration. However the effect on colour was measured and it has been showed that with the increase in temperature, darkness and redness of samples also increase and greenness decreases. Selected quality parameters of fresh and dried apples resulting from different duration of ultrasonic pre-treatment and convectional-drying were used to compare the effect of ultrasound as pretreatment. Results showed that ultrasound as pretreatment reduces the required time for drying. This pretreatment process also has a positive effect on colour properties of apple slices.Yüksek LisansM.Sc