Dilimlenerek dondurulan kırmızıbiberin bazı fiziksel ve kimyasal kalite özellikleri üzerine ön işlem olarak uygulanan ozmotik kurutmanın etkisi
Effect of osmotic drying as pretreatment on some physical and chemical quality properties of sliced frozen red pepper
Yazar: HANDAN BAŞÜNAL
Danışman: PROF. DR. AYHAN TOPUZ
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Dondurulmuş gıdalar = Frozen foods ; Kurutulmuş gıdalar = Dried foods

Özet:
Bu çalışmada dondurulmuş kırmızıbiber (Capsicum annuum L.) üretiminde ozmotik ve sıcak hava ile kısmi kurutmanın biberin bazı kalite özellikleri ile işlemin enerji verimliliği üzerindeki etkisinin araştırılmıştır. Bu amaçla doğrudan, dondurulan kırmızıbiberler ile ozmotik ve sıcak hava ile kurutulduktan sonra dondurulan kırmızıbiberler -18±2°C sıcaklıkta 60 gün süreyle depolanmış ve depolamanın 0., 15., 30.ve 60. günlerinde  örneklerde bazı fiziksel (su aktivitesi, renk, tekstür) ve kimyasal (nem, askorbik asit, antioksidan aktivite, karotenoid, peroksidaz ve lipoksigenaz enzim aktivitesi) analizler gerçekleştirilmiştir. 

Kırmızıbiberlerin ozmotik kurutma optimizasyonu sıcaklık (25°C, 40°C, 55°C), sorbitol/NaCl (1:1, 2:1, 3:1) ve çözelti/hammadde (5:1, 10:1, 15:1) oranı değişkenleri yanıt yüzey metodu kullanılarak Box-Behnken deneme desenine göre oluşturulmuştur. Bu değişkenler maksimum su kaybı ve minimum katı kazanımı olacak şekilde optimize edilerek optimum işlem koşulları belirlenmiştir. Yapılan bu çalışma sonucunda optimum ozmotik kurutma şartları 25°C sıcaklık, 2,41 sorbitol/NaCl oranı ve 15:1 çözelti/hammadde oranı olarak belirlenmiştir. 

Araştırma sonucunda doğrudan dondurulan örneklerin depolama boyunca nem değerlerinin %87,05-88,12, ozmotik ve sıcak hava ile kritik nem içeriğine kadar (≈ %70) kurutulduktan sonra dondurulan kırmızıbiber örneklerinin nem değerlerinin ise %66,27-73,41 arasında değiştiği belirlenmiştir. Bu nem içerikleri ile ilişkili olarak en düşük su aktivitesi değeri (0,92) ozmotik kurutma sonrası dondurulan kırmızıbiberlerde, en yüksek su aktivitesi değeri (0,99) ise doğrudan dondurulan kırmızıbiberlerde tespit edilmiştir. Uygulanan işlemlerin ve depolama süresinin biberlerin L, a ve b renk değerleri üzerinde belirgin bir etkisinin olmadığı sonucuna ulaşılmıştır. Örneklerin yapısal özelliğini belirlemek için ölçülen kabuk delme kuvveti uygulamalara bağlı olarak depolama başlangıcında 16,15-17,83 N arasında bulunmuştur. Bu değer tüm örneklerde depolama süresine bağlı olarak azalmıştır. Kısmi olarak kurutulduktan sonra dondurulan örneklerin askorbik asit miktarının doğrudan dondurulan örneklere göre daha düşük olduğu ve bu değerlerin depolama süresine bağlı olarak azaldığı belirlenmiştir. İki farklı yöntemle (DPPH ve ORAC) gerçekleştirilen antioksidan aktivite testlerinin sonuçlarına göre doğrudan dondurulan örneklerin antioksidan aktivitelerinin kısmi olarak kurutulduktan sonra dondurulan örneklere göre daha yüksek olduğu bulunmuştur. Haşlama işlemi ile birlikte örneklerin peroksidaz enzim inaktivasyonu tamamen sağlanırken, lipoksigenaz enzim inaktivasyonu kısmen başarılmıştır. Depolamanın 60. günü sonunda başlangıca göre biberlerin toplam karotenoid miktarındaki azalmalar doğrudan dondurulan, ozmotik kurutma sonrası dondurulan ve sıcak hava ile kısmi kurutulduktan sonra dondurulan kırmızıbiberlerde sırasıyla %57,97, %47,48 ve %46,93 olarak belirlenmiştir. Kısmi ön kurutma işlemlerinde harcanan enerji miktarları birbiriyle karşılaştırıldığında ozmotik kurutma için herhangi bir ısıtma gerekmediğinden, bu işlem için harcanan enerji miktarı (947,2 kJ/kg) diğerine (23.034,5 kJ/kg) nazaran oldukça düşük bulunmuştur. Elde edilen donma grafiklerine göre doğrudan dondurulan biberlerin sıcaklığı -25ºC'ye yaklaşık 270 dakikada ulaşırken, kısmi ön kurutulduktan sonra dondurulan biberler -25ºC'ye yaklaşık 105 dakikada ulaşmıştır. Böylece ön kurutma işlemi dondurma sırasında enerji sarfiyatı açısından 1/3 oranında avantaj sağlamıştır.

Araştırma sonuçları birlikte değerlendirildiğinde, dondurulmuş kırmızıbiber üretiminde dondurma işleminin enerji sarfiyatını azaltmak ve ürün kalitesini daha iyi muhafaza etmek amacıyla uygulanan ön kurutma işlemlerinin olumlu sonuçlar verdiği görülmüş ve endüstriyel uygulamalar için kırmızıbiberin belirlenen koşullarda ön kurutma işlemi uygulandıktan sonra dondurularak muhafaza edilmesinin tercih edilebilir yaklaşım olduğu anlaşılmıştır. Bu yaklaşımla dondurulmuş kırmızıbiber üretiminde kısmi kurutma uygulamalarıyla doğrudan dondurma karşılaştırıldığında kısmi kurutma uygulamalarıyla enerji girdilerinde azalma ve işlem süresinde kısalma sağlanmıştır.

Abstract:
The aim of this study was to investigate the influence of osmotic and hot air pre-drying treatments on some quality characteristics and energy efficiency of red pepper (Capsicum annuum L.) for frozen sliced red pepper production. For this purpose, frozen peppers directly, osmodehydrofrozen and convective dehydrofrozen peppers were stored at -18±2°C for 60 days. Some physical (water activity, color, texture) and chemical (moisture, ascorbic acid, antioxidant activity, carotenoid, peroxidase and lipoxygenase enzyme activity) analyses were performed at the storage days of 0., 15., 30. and 60.

Osmotic dehydration treatments of red peppers were optimized by using response surface method according to Box-Behnken experimental design. Temperature (25°C, 40°C, 55°C), sorbitol/NaCl (1:1, 2:1, 3:1) and solution ratio/raw material (5:1, 10:1, 15:1) were chosen as independent variable and treatment was optimized by maximum water loss and minimum solid gain. Optimum processing conditions were determined as 25°C treatment temperature, 2,41 sorbitol/NaCl ratio and 15:1 solution ratio:raw material in this optimization study.  

Research results showed that moisture content value of frozen directly and osmodehydrofreezing with convective dehydrofreezing peppers changed between 87,05-88,12% and 66,27-73,41%, respectively during storage period. According to analyses results of water activity, osmodehydrofreezing peppers had lowest value (0,92) and frozen directly red peppers had highest value (0,99). All of applied treatments and storage period did not show significant effect on L, a, b color values of samples.  Beginning of storage, skin puncture values of samples ranged from 16,15-17,83 N depending on treatments and these values decreased end of the storage. Ascorbic acid content of convective dehydrofrozen and osmodehydrofrozen samples were determined lower than the peppers frozen directly and ascorbic acid content of all samples decreased by storage period. Antioxidant activity determined by using two different method (DPPH ve ORAC) of frozen peppers were higher than convective dehydrofrozen and osmodehydrofrozen samples. Although peroxidase enzyme inactivation of samples was completely provided, lipoxygenase activity was partially provided by blanching. Carotenoid content losses were determined as 57,97, 47,48 ve 46,93% in frozen directly, osmodehydrofrozen and convective dehydrofrozen peppers, respectively at the end of the storage compared to beginning. Compared to the amount of spent energy in pre-drying treatment, because of no heating required for osmotic dehydration, the amount of spent energy for osmotic drying (947,2 kJ/kg) was significantly lower than convective drying  (23.034,5 kJ / kg). According to obtained the freezing temperature of the graphics, when temperature of frozen directly red peppers reached to -25°C in about 270 minutes, temperature of osmodehydrofrozen and convective dehydrofrozen peppers reached to -25°C in about 105 minutes. Thus, predrying provided 1/3 advantage in terms of energy consumption during freezing..

When the results are evaluated, low energy consumption and improved product quality during storage period were provided by pre-drying processes for frozen red pepper production. Pre-drying processes under the specified conditions were found to be preferred approach for industrial scale frozen red pepper production. Additionally shortened process time were obtained by pre-drying applications compared to directly freezing of red pepper.