Yeni tip döner tamburlu kurutucunun geliştirilmesi ve reyhan (Ocimum basilicum L.) bitkisi kurutma performansının belirlenmesi
The development of a new rotary drum dryer and determination of its performance of drying basil (Ocimum basilicum L.)
Yazar: BÜLENT KORUCU
Danışman: DOÇ. DR. SEFA TARHAN
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Kurutma, tarımsal ürünlerin hasat sonrası sahip oldukları yüksek nem değerinden güvenli depolama son nem (~% 9-11 yb) değerine düşürme işlemidir. Tıbbi ve aromatik bitkiler için uygun kurutma yönteminin seçimi, başarılı kurutma için en önemli aşamadır. Tıbbi ve aromatik bitkilerin, kalitesel özelliklerini (renk ve uçucu yağ oranı) bozmadan en kısa sürede ve en az enerji tüketimiyle kurutulması başarılı kurutmanın temelidir. Bu çalışmada aromatik bitkilerden bir tanesi olan reyhan (Ocimum basilicum L), döner tamburlu kurutucuda ve farklı kurutma şartlarında kurutulmuştur. Döner tamburlu kurutucunun ana elemanları; elektrikli ısıtıcı/fan ünitesi, dört adet lastik teker (bir tanesi tahrik tekerliği) üzerine yatay yerleştirilen ve delikli sacdan imal edilen döner tambur, kontrol panosu ve hava iletim kanalı/odasıdır. Bütün denemelerde döner tambur içerisine 15 kg kıyılmış taze reyhan konulmuş ve içerisinden ısıtılmış hava geçirilerek kurutma yapılmıştır. Tamburun devri, saatte 8,12 devir olarak seçilmiştir. Araştırma kapsamında dört farklı kurutma programı kullanılmıştır. Bunlar; sabit sıcaklıkta kurutma, kademeli sıcaklıkta kurutma, dalgalı sıcaklıkta kurutma ve azalan hava debisinde kurutma programlarıdır. Kurutma denemeleri iki tekerrürlü yapılmıştır. Çalışma kapsamında döner tamburlu kurutucunun reyhan kurutma performansı; kurutma süresi, enerji tüketimi, ürün renk değişimi ve uçucu yağ içerik/bileşen değişimi açısından incelenmiştir. Ayrıca, kuruma eğrilerini matematiksel olarak tanımlamak için üç farklı ince tabaka kuruma modeli (Page, Logaritmik ve İki terimli) seçilmiş ve bu modellerin doğru tahmin etme performansları farklı model iyilik kriterlerine (belirtme katsayısı, ortalama taraflılık hatası, ortalama yüzde hata ve ortalama kareler hatası kökü) göre incelenmiştir. Her bir deneme boyunca çevre havasının, ısıtılmış havanın, tambur merkezinden geçen havanın ve tambur üst noktasından geçen havanın kuru termometre sıcaklığı ve bağıl nemi her 2,5 dakikada ölçülerek kayıt edilmiştir. Denemelerde çevre havasının sıcaklığı değişkenlik göstermesine rağmen ısıtılmış havanın sıcaklığı, istenilen sıcaklık değerinde ve profilinde elde edilebilmiştir. Reyhan kurutma denemelerinin tamamlanma süreleri 24 saat ile 39 saat arasında değişmiştir. Sabit sıcaklıkta kurutma denemeleri en uzun sürede (ortalama 39 saat) tamamlanırken kademeli sıcaklıkta kurutma denemeleri en kısa sürede (ortalama 25,5 saat) tamamlanmıştır. Sabit sıcaklık profilinde kurutma denemelerinde en fazla enerjinin tüketildiği (75,5 kWh), en az enerjinin ise azalan hava debisi kurutma denemelerinde (62 kWh) tüketildiği bulunmuştur. Model iyilik kriterlerinin sayısal değerlerine göre en doğru tahminleme Page eşitliği ile elde edilmiştir. Taze ve kurutulmuş reyhan örneklerinin renk değerlerinin (L*, a* ve b*) ortalamaları için Duncan testi uygulanmıştır. Taze örneklerin renklerindeki farklılık önemli bulunurken, bunun sebeplerinin hasat dönemindeki ve reyhan olgunluk dönemindeki farklılıklar olabileceği düşünülmektedir. Kurutma denemelerinin hepsinde renkte önemli değişmelerin var olduğu istatistiksel olarak tespit edilmiştir. Fakat, kurutma programlarının birbirlerine göre renk değişimine etkileri istatistiksel olarak farklı değildir. Taze reyhan örneklerinin uçucu yağ oranı % 0,83-0,85 olarak belirlenmiş ve farklı kurutma programlarının uçucu yağ oranında istatistiksel açıdan önemli bir farklılığa sebep olmamıştır. Taze reyhan örneklerinin uçucu yağ karışımları içerisindeki en çok miktarda bulunan uçucu yağlar linalool (% 16,67-24,58) ve eugenol (% 7,31-12,64)'dur. Kurutma işlemi, kurutma programına göre değişmekle birlikte linalool miktarını (% 25,59-38,12) artırıcı bir etkisi olmuştur. Kurutma programları uçucu yağ kompozisyonunda istatistiksel olarak önemli bir değişime sebep olmamıştır. Döner tamburlu kurutucuda farklı kurutma şartlarının hepsinde 15 kg'lık kıyılmış reyhan örnekleri başarılı bir şekilde kurutulmuş olmakla birlikte, kuruma süresince kurutma havası sıcaklığının kademeli olarak maksimum değere kadar artırılması, kurumayı hızlandırdığı için reyhan kurutmada tavsiye edilmektedir. Kurutma havası debisinin kurutma boyunca belirli oranlarda azaltılması, enerji tasarrufu sağlamakla birlikte gerektiğinden fazla debinin azaltılmasının kuruma süresini uzatabileceği gerçeği unutulmamalıdır. Reyhan renklerinde kurutmaya bağlı meydana gelen değişimin ana sebebi bilinmemekle birlikte mekanik zedelenmelerin, etkenlerden bir tanesi olabileceği düşünülmektedir. Bu sebeple, reyhan örneklerinin kıyılmaması ve tamburun sürekli dönmesi yerine belirli zaman aralıklarında bir veya iki devir yaptırılarak karıştırma işlemenin gerçekleştirilmesi mekanik zedelenmeye bağlı renk değişimlerini önleyebileceği düşünülmektedir.

Abstract:
Drying is the process of reducing initial high moisture content of agricultural products to the final moisture content (9-11 %, wb) which permits the long term storage of those products. The selection of an appropriate drying method is the most important stage of successful drying process. The main goal of successful drying of medicinal and aromatic plants is to dry them in a possible shortest time with minimum energy consumption and high product quality retention. Basil (Ocimum basilicum L.), one of important aromatic and medicinal plants, was dried by using a new rotary drum dryer under different drying conditions. The main components of this rotary drum dryer are an electrical heating/fan unit, a rotary drum horizontally placed on four rubber wheels (one wheel was powered by electrical motor), a control panel and an air channel/distribution room unit. 15 kg chopped basil were placed into the drum in which drying air flowed through. The drum continuously rotated at 8.12 revolutions per hour. Four different drying programs were considered in this study. They are the drying at constant temperature profile, the drying at the profile of stepwisely-increased temperature up to a selected maximum value, the drying at wave-shaped temperature profile and the drying at decreasing flow rate. The drying trials were done with two replicates. The basil drying performance of rotary drum dryer was investigated in terms of drying completion time, energy consumption, color change and the changes of essential oil content and compositions. In addition, the drying curves of basil were mathematically described by three thin layer drying models (Page?s equation, Logarithmic equation and Two-term equation). The best model with the highest prediction accuracy was determined by using various model evaluation criteria. The dry bulb temperature and relative humidity of ambient air, heated air, the air passing through the center of the drum and the air passing through the top of the drum were measured and recorded every 2.5 minutes. The drying air was heated up to the temperature according to the selected profile even tough the ambient air temperature showed variation during drying trials. Basil drying trials were completed in 24 to 39 hours. The longest drying completion time (39 hours) was obtained for the drying at constant drying air temperature while the shortest drying completion time (25.5 hours) was obtained for the drying at stepwise drying air temperature. The highest energy consumption (75.5 kWh) was obtained for the drying at constant drying air temperature while the lowest energy consumption (62 kWh) was obtained for the drying at decreasing flow rate. The numerical values of model evaluation criteria showed that Page?s equation had given the best predictions. Duncan test was done to compare the results of color values (L*, a* and b*) of fresh and dried basils. The color values of fresh basils showed statistically differences among themselves. The reasons of these differences can be the variations in harvest time and the maturation stage of harvested basils. Drying caused statistically important changes in the initial color values of basil. However, the effect of drying programs on the final color values of dried basils was found to be non-significant from each other. The essential oil amount of fresh basil was found to be 0.83-8.85 %. The drying programs did not cause any reduction in the essential oil amount of dried basils. Two major essential oils found in the fresh basil are linalool (16.67-24.58 %) and eugenol (7.31-12.64 %). Drying process increased the linalool amount (25.59-38.12 %) in the dried basil at varying extents depending on drying program. Even tough 15 kg chopped basils were successfully dried in the rotary drum dryer under all four drying programs, the drying at stepwise drying air temperature profile accelerated the basil drying process more than other programs. Therefore, the drying at stepwise drying air temperature was recommended to dry basil in the rotary drum dryer. Even tough gradually decreasing airflow rate over time can be used to save energy, decreasing flow rate more than needed amount can increase the drying time. Even tough the exact reasons for the color change of dried basils are not known, the mechanical damages caused by chopping and mixing may raise the color change. Therefore, using whole basil plants and intermittent mixing instead of continuous mixing by rotating drum may reduce mechanical damage.