Bira pastörizasyon prosesi için inovatif yöntemler geliştirilmesi
Developing innovative methods for beer pasteurization process
Yazar: OZAN KARATAŞ
Danışman: PROF. DR. FERRUH ERDOĞDU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Bira = Beer ; Mikrodalga ısıtma = Microwave heating ; Pastörizasyon = Pasteurization

Özet:
Bira üretim prosesinde konvansiyonel olarak tünel pastörizatörlerde aşamalı olarak ürünün ısıtılması ve soğutulması prensibine dayanan pastörizasyon sırasında üründe tat ve aroma kayıpları meydana gelmektedir. Uzun proses süresini kısaltmak ve ürün içerisinde tekdüze bir sıcaklık dağılımı sağlamak amacıyla bira şişelerine uygulanacak dikey-dönme (EoE) hareketinin etkisi matematiksel model çalışmaları ile incelenmiştir. Bu amaçla geliştirilen modeller deneysel sonuçlar kullanılarak doğrulanmıştır. Pastörizasyon sırasında ürüne uygulanacak olan EoE hareketinin oluşacak sıcaklık dağılımına etkisini incelemek için farklı dönüş hızlarında (1, 2.5, 5 ve 10 rpm) model çalışmaları hazırlanmıştır. Her hız için 2 tur olacak şekilde ve bunlara ek olarak 1 rpm dönüş hızı ise sürekli olarak uygulanmıştır. 1 rpm'de ürün içerisinde sıcaklığın tekdüze olması anlamında önemli bir etki sağlandığı görülmüştür.  Sürekli olarak devam eden 1 rpm dikey dönme işleminin ürün içi karışmaya bağlı olarak sıcaklık dağılımının tekdüze olduğu gözlenmektedir. Artan dönüş hızlarına bağlı olarak, dönüş hareketi sırasında ürün içerisinde oluşan sıcaklık dağılımı tekdüze olmasına karşın, bu süreçte ürün içerisinde oluşan doğal konveksiyonun da etkisini kaybetmeye başladığı da gözlenmiştir.
Bu çalışmalara ilave olarak Konvansiyonel olarak uygulanan tünel pastörizasyon prosesininde karşılaşılan duyusal özellik kayıplarından dolayı proseste inovatif bir değişiklik amacıyla mikrodalga uygulama için matematiksel model çalışmaları gerçekleştirilmiştir. 2450 MHz freakns da çalışan bir mikrodalga sistemde 350 W güç ayarında gerçekleştirilen deneysel çalışmalardan elde edilen veriler matematiksel model doğrulama amacıyla kullanılmıştır. Deneysel verilerle doğrulanan matematiksel modeller kullanılarak sürekli bir sistemde akışın gerçekleştiği boru içerisine yerleştirilen bir Arşimet vidası düzeneğinin ürün sıcaklık dağılımı ve tekdüzeliğine etkisi de ayrıca incelenmiştir. Bu tasarımda kullanılan farklı dönüş hızlarının 5 rpm ve üzerinde uygulanabilmesi durumunda ürün sıcaklık dağılımının tekdüze olması konusunda önemli bir etki sağlanabileceği belirlenmiştir. Ayrıca, Arşimet vidası kullanılmayan sistemlerde boru duvarlarına uygulanan dönme hızının ürün sıcaklık dağılımına etkisi endüstriyel sistem boyutlarında incelenmiştir.

Abstract:
Pasteurization process is applied as a final stage in beer production process, and it based on a gradual heating and cooling of the bottled beer in tunnel pasteurizers. In a longer process, certain aroma - falvor aroma losses occur. To innovate this process, a vertical-rotation (EoE) was applied during the thermal processing. The objective was to obtain uniform temperature distribution within the product quickly with possible prosess time reduction. For thıs purpose, first mathematical model studies were carried out and validated with literatüre and experimental results, Then, the validated models were used to demonstrate the effect of EoE rotation process at 1, 2.5, 5 and 10 rpm. The EoE was first for two turns and continuosly applied at 1 rpm. This rotation effect led to a signşfşcan mixing and uniform temperature distrubution while the limited rotation at over 5 rpm slowed down the heating rate due to the increase in the cenrifugal forces. 
In addition to the tunnel pasteruzation, flash pasteurization, similar to aseptic processing, is another thermal procesing approach for beer production. For this case, microwave heating was applied to demonstrate the prossible shorter process times. The developed model was first validated with experimental results carried out in a batch system at 350 W power setting for ≈300 s. The validated model was later extended to a continuous process using an Archimedes scres installation in the pipe system where the flow is expected. Effect of different rotational speeds  upto 10 rpm was observed on the temperature distribution to demonstrate the significant effect of rotation on the temperature uniformity. In addition, the direct rotation effects obtained from the rotational movement of the pipe walls were also investigated in an insdustrial scale setting.