Kurutulmuş gıda üretiminde yeni kombine sistem tasarımı ve ürün kalitesi üzerine etkileri
Design of a novel combined system for dried food production and its effects on product quality
Yazar: SEBAHATTİN SERHAT TURGUT
Danışman: PROF. DR. ERDOĞAN KÜÇÜKÖNER ; DOÇ. DR. ABERHAM HAILU FEYISSA
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Kurutma = Drying

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında kurutulmuş gıda üretiminde ohmik ısıtmanın, konveksiyonel kurutma sistemleri ile eş zamanlı kullanımına imkân veren bir sistem (ohmik hücre) tasarımı ve üretimi (laboratuvar ölçekli) gerçekleştirilmiştir. Dört kısımdan oluşan çalışmamızda; (Kısım 1) tek örnek kapasiteli ohmik hücre tasarımı, üretimi, kurutma işlemini tanımlayan bir mekanistik model geliştirilmesi-validasyonu ve sistem analizi; (Kısım 2) 16 örnek kapasiteli ohmik hücre tasarımı, üretimi, kurutma işlem parametrelerinin optimizasyonu, sistem performansı ve ürün kalitesi üzerine etkileri; (Kısım 3) geliştirilen mekanistik modelin Monte-Carlo yöntemi ile hassasiyet/belirsizlik analizi ve model parametrelerinin model sonuçları üzerine etkisi; (Kısım 4) elektrot tasarımı ve yerleşiminin sistem performansı ve ürün özelliklerinin homojen dağılımı üzerine etkileri ele alınmıştır. 
Elde edilen sonuçlara göre, geliştirilen yeni sistemin kullanılması ile [1] patates örneklerinin kuruma süresi yaklaşık %35 kısalmaktadır. [2] Kurutma sistem davranışlarına en çok etki eden değişkenler örneğin başlangıç nemi, uygulanan voltaj, örneğin elektriksel iletkenliği ve kurutma sıcaklığıdır. [3] Ohmik ısıtma uygulaması ile kuruma performansı ve ürün kalite özellikleri hakkında fikir veren çıktılardan kuruma süresi, etkin nem difüzyon katsayısı, enzim aktivitesi, esmerleşme indisi, askorbik asit konsantrasyonu ve b* renk değeri olumlu yönde değişim göstermiştir. [4] Kuruma süresi, nem difüzyon katsayısı, b* renk değeri ve esmerleşme indisi çıktılarını kontrol etmek amacıyla sistem parametreleri optimize edilmiştir. Tespit edilen optimum noktalar şunlardır: (i) 59.99°C - 1.11 m/s – 111.90 V, (ii) 59.99°C - 1.53 m/s – 111.49 V ve (iii) 59.99°C - 1.96 m/s – 111.86 V. [5] Mevcut ohmik hücre tasarımına sahip ohmik kurutma sistemlerinde 4-6 adet, 1-2 mm yarıçapında dikey iğne tip elektrot kullanımının en uygun seçenek olduğu tespit edilmiştir.
Ohmik ısıtma sistemlerinde genel olarak tecrübe edilen problemler, mevcut çalışmaya ait laboratuvar denemelerinde de tespit edilmiştir. Ancak düşük voltaj uygulaması ve/veya kesikli elektrik rejimleri ile bu sorunlar giderilebilir. Bunların dışında ohmik ısıtma destekli konveksiyonel kurutma sisteminin ürün kuruma performansını ve kalite özelliklerini olumlu yönde etkilediği söylenebilir. Sonuç olarak, geliştirilen sistemin daha büyük üretim kapasitesi ve farklı sistem tasarımları ile test edilerek endüstriyel anlamda kullanıma sunulması için çalışmaların devam etmesi gerekmektedir.

Abstract:
In this study, equipment (ohmic cell) that allows the simultaneous use of ohmic heating with convectional food drying systems was designed and produced as a laboratory scale. Our study consisted of following four sections; (Section 1) Design and production of an ohmic cell for one sample loading capacity, development/validation of a mechanistic model describing the drying process and system analysis; (Section 2) Design and production of the ohmic cell for 16 sample loading capacity, the effect of process parameters on the system performance and product quality, parameter's optimisation; (Section 3) Sensitivity/uncertainty analysis of the developed mechanistic model with the Monte-Carlo method and the effect of model input parameters on model predictions; (Section 4) The effect of electrode design and layout on the system performance and distribution homogeneity of sample properties.
With the use of the developed system, [1] the drying time of potato samples decreased by approximately 35%. [2] The most effective variables on the system behaviour were the initial moisture of content samples, applied voltage, electrical conductivity and drying temperature. [3] With the use of the ohmic assisted drying system, output variables used to predict drying performance and product quality (e.g. drying time, effective diffusion coefficient, enzyme activity, browning index, ascorbic acid concentration, b* colour value) changed positively. [4] System parameters were optimised to control drying time, moisture diffusion coefficient, b* colour value and browning index. Predicted optimum combinations of proses variables were: (i) 59.99°C - 1.11 m/s – 111.90 V, (ii) 59.99°C - 1.53 m/s – 111.49 V and (iii) 59.99°C - 1.96 m/s – 111.86 V.  [5] It was found that the use of 4-6 vertical needle-type electrodes with a radius of 1-2 mm was the most suitable option in ohmic drying systems with existing ohmic cell design.
Technical problems of ohmic heating in general were recognised during the experiments of the present study. However, these problems can be solved with the use of low voltage applications and/or intermittent current regimes. Apart from them, it can be said that the hybrid of ohmic heating and conventional drying has a positive effect on product drying performance and quality features. Consequently, the studies on the developed system should continue to achieve larger production capacities and to improve/modify system designs to make it possible to use ohmic assisted drying system available for industrial use.