Kabağın düşük sıcaklıkta kurutulmasında vurgulu elektrik alan (VEA) ön işleminin etkisi
Effect of pulsed electric field (PEF) pre-treatment on drying of zucchini at moderate temperature
Yazar: FATMA ZEHRA GÖK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA FİNCAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Meyve sebzeler bir doku bozundurma işlemi uygulanmadan düşük sıcaklıklarda kurutulduklarında, kuruma süresi uzamakta buda çeşitli kalitede kayıplara ve enerji giderlerinde yükselişlere yol açmaktadır. Bu çalışmada vurgulu elektrik alan (VEA) önişleminde frekans değiştirmenin kabak dokusunu bozma ve kuruma davranışı üzerine etkileri çalışılmıştır. 0,016-10 Hz arasında frekans değişiminin etkisi iki farklı VEA şiddetinde incelenmiştir; yüksek elektrik alan şiddetinde mikrosaniye ölçekli vurgularda (4 kV/cm'de 10 µs'lik), düşük elektrik alan şiddetinde milisaniye ölçekli vurgularda (0,8 kV/cm'de 3 ms'lik). Gerçekleşen doku bozunum düzeyi (Z) ve enerji sarfiyatı elektriksel iletkenlik değişimden tahmin edilmiştir. Kurumadaki etkiler, iki farklı sıcaklıkda 27°C ve 40°C'de durgun havada %34 bağıl nemdeki kurutma dolabında ağırlık değişimleri her saat ölçülerek, azalan kuruma periyodunda etkin nem difüzyon katsayısındaki değişimler matematiksel modelleme ile belirlenmiştir. Sonuçlar kabak dokusunun VEA ile parçalanmaya oldukça duyarlı olduğunu ve 2 vurgunun 0,016-10 Hz frekans aralıklarında doku bozunum oranını yüzde 20-80 aralığında değiştiğini göstermektedir. Mikrosaniye ölçekli vurgularda frekansın etkisi sadece yüksek elektrik alan şiddetinin 2 vurgu düzeyinde gözlenmiş, frekans azaldıkça doku parçalanma düzeyi önemli ölçüde artmıştır. Vurgu sayısı 2'den fazla artırıldığında, bozunum düzeyi doygunluğa eriştiğinden (bütüne yakın parçalama olduğundan) frekansın etkisi kurutmada kaybolmaya yüz tutmuştur. İşlem görmemiş örneklerin 27°C'deki kurutulmasında,   yaklaşık 1,4 gsu/g kurumadde değerine kadarki kuruma süresi 17,6±1,37 saat sürerken, 0,016 Hz'deki mikrosaniye ölçekli 2 vurguda 13,1 ±0,69 saate düşmüş, 40°C'deki kurutulmasında 11,7±0,47 saatten 7,73±0,50 saate azalmıştır. Gözlenen bu azalmalar VEA'nın etkin difüzyon katsayısını artırmasına bağlanmıştır. 2 vurgudan sonra vurgu sayısı artırımı ve frekans azaltımı sınırlı azaltmalar sağlamıştır. Difüzyon katsayıları incelendiğinde, 2 vurgudan sonra gerek vurgu sayısını artırmanın gerekse frekansı azaltmanın çok belirgin bir etkisi gözlenmemiştir. 27°C'deki kurutmada VEA daha çok birinci azalan kuruma periyodunda azalmalara yol açarken 40°C'deki kurutmada ikinci azalan kuruma periyodunda azalmalara yol açmıştır. Sonuç olarak bu çalışma kabakların kurutulmasında, VEA uygulamasının 110-240 J/kg aralığında enerji sarfiyatı ile kuruma süresini 27°C'de yaklaşık % 25, 40°C'de yaklaşık % 34 oranda azaltabileceğini göstermiştir. 

Anahtar Kelimeler: kabak, kurutma, vurgulu elektrik alan (VEA)

Abstract:
When fruits and vegetables are dried at low temperatures without tissue degradation, the drying time grows longer, resulting in a reduction in quality and an increase in energy expenditures. In this study, the effect of frequency alteration during pulsed electric field (PEF) pretreatment on the disintegration and drying behavior of zucchini tissue was investigated. The effect of frequency variation between 0.016 and 10 Hz has been investigated at two different PEF intensities; microsecond scale pulses at high electric field strength (10 µs at 4 kV/cm), and millisecond scale pulses at low high electric field strength (3 ms at 0.8 kV/cm). Changes in electrical conductivity were used to estimate the actual tissue degradation level (Z) and energy consumption. The effects on drying, the weight changes in the drying cabinet at 34% relative humidity in stagnant air at 27°C and 40°C at two different temperatures were measured hourly, and the changes in the effective moisture diffusion coefficient in the decreasing drying period were modeled mathematically. The results indicate that zucchini tissue is highly susceptible to degradation with PEF and disintegrates to the extent of 20 -80 percent in respose to frequency variation of 2 pulses from 0,016Hz to 10 Hz. The effect of frequency was only observed at two pulse numbers of high electric field intensity, with the decay rate increasing as the frequency decreased. When the number of pulses was increased beyond 2, the effect of frequency began to diminish in drying, as the level of degradation reached saturation (since disintegration was close to completion). When drying untreated samples at 27°C, the drying time up to an approximate water/dry matter value of 1.4 gr water/gr dry matter was 17,6±1,37 hours. Whereas after treatment with two micropulses at 0.016 Hz, the duration was reduced to 13,1 ±0,69 hours. In addition, the same PEF treatment reduced the drying time at 40°C from 11,7±0,47 hours to 7,73±0,50 hours. The observed decreases in drying time was attributed to increases in effective moisture diffusion coefficient due to PEF. Further increases in the number pulses at any frequency resulted in only minor reductions in drying. After 2 pulses, neither an increase in the number of pulses nor a decrease in the frequency had a significant effect on the diffusion coefficients. PEF primarily caused decreases in the first decreasing drying period at 27°C, whereas drying at 40°C caused decreases in the second decreasing drying period. This study demonstrated that the PEF pretreatment can reduce the drying time of zucchini by approximately 25% at 27°C and by approximately 34% at 40°C, with the energy consumption spanning from 110 to 240 J/kg.

Anahtar Kelimeler:  zucchini, drying, pulsed electric field (PEF)