Gıda ürünlerinin mikrodalga uygulama ile ısıtılması ve (dondurulmuş ürünlerin) çözdürülmesinde basıncın etkisi
Effect of pressure on microwave heating and thawing of (frozen) food products
Yazar: OZAN ALTIN
Danışman: PROF. DR. FERRUH ERDOĞDU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Kondüksiyon ve konveksiyona bağlı olarak gerçekleşen geleneksel çözdürme proseslerinde ürün içerisinde oluşan sıcaklık farkı önemli kalite kayıplarına neden olmaktadır. Çözdürme süresinin azaltılması ve ürün içi sıcaklık dağılımının tekdüze oması için çeşitli yenilikçi prosesler geliştirilmekte olup mikrodalga uygulaması gıda sanayinde uygulanma potansiyeli olan bir prosestir. Ancak, hacimsel ısınma sağlama ve proses süresini azaltma gibi avantajlarının yanında sistem içinde homojen olmayan elektromanyetik alan ve ürün içinde düzensiz sıcaklık dağılımına neden olmaktadır. Bundan dolayı ürün içerisinde fazla ısınmış bölgeler oluşmaktadır. Bu durum, çözdürme prosesinde, donmuş ve çözünmüş bölgelerin dielektrik özelliklerindeki farka bağlı olarak gözlenmektedir. Uygulanan güç düzeyi, ürüne verilen dönme hareketi ve ürün geometrisi proses tasarımı amacıyla kullanılabilen parametreler olup literatürde genel olarak deneysel çalışmalara bağlı deneme – yanılma yaklaşımları kullanılmaktadır. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı mikrodalga ısıtma – çözdürme prosesini sistem içi elektik alan ve ürün içi sıcaklık dağılımı kapsamında tanımlamak için bir matematiksel model geliştirmektir. Bu çalışma özel tasarlanmış bir sistemde (Gigatherm (Flawil, Switzerland) firması tarafından yapılan) gerçekleştirilmiş ve deneysel doğrulama çalışmaları için %77 su oranında Tylose jeli kullanılmıştır. Çözdürme prosesine basıncın etkisi düşünülerek 2 bar basınç altında ısıtma ve çözdürme deneyleri ayrıca gerçekleştirilmiş ve mikrodalga uygulama sırasında sıcaklık değişimine basıncın etkisi belirlenmiştir. Ayrıca, geliştirilen matematiksel modeller kullanılarak doğrulanan proses koşullarında, dondurulmuş morina balıklarının çözdürülmesi için bir yöntem geliştirilmiş ve dur – kalk uygulamalı güç etkisi ile dönme prosesinin birlikte kullanılması ile en uygun çözdürme şartları belirlenmiştir. Bu çalışmanın üniversite – sanayi ortak çalışmalarına katkı sağlayacağı ve sonuçlarının endüstriyel proses koşullarının belirlenmesinde kullanılabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
In conventional thawing processes, heat transfer generally occurs by conduction and convection with a significant difference between surface and center temperatures leading to quality loses. Innovative approaches were developed to reduce thawing time and uniform the temperature distribution. Microwave heating is such a process to apply in food industry. It is accepted to provide volumetric heating and reduce process time. Compared to these advantages, non-homogeneous electromagnetic field in the cavity results in a non-uniform temperature distribution within product with overheated sections. This is especially valid during thawing due to the significant difference in dielectric properties of frozen and unfrozen parts. Various parameters such as rotation, power level and sample geometry affect microwave thawing, and design - optimization of this process generally relies on experimental trial-error approaches. Therefore, the objective of this study was to develop a mathematical model to evaluate heating - thawing process using a specially designed microwave system (built by Gigatherm, Flawil, Switzerland). Tylose gel (77% moisture content - wb) heating - thawing experiments were carried out to validate the developed models. In addition, considering the pressure, mild pressure effects up to 2 bar were evaluated on heating rate. After demonstrating the pressure effects and effective use of the models for design purposes, thawing conditions were experimentally determined for cod fish where the best performance was obtained with a stop-go applied power and rotation. The results of this study are expected to be used for industrial process conditions and to contribute to industry – university collaborated studies.