Mikrodalga ile kurutma işleminde döner tabla hızının limon kabuğunun kurutma kinetiği ve bazı kalite özellikleri üzerine etkisi
Effect of turntable rotation rate on drying kinetics and some quality properties of lemon peel during microwave drying
Yazar: SEVİLAY SAN
Danışman: DOÇ. DR. IŞIL BARUTÇU MAZI
Ordu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Dönme hızı = Rotational velocity ; Fenolik maddeler = Phenolic matters ; Fonksiyonel özellikler = Functional properties ; Kurutma = Drying ; Limon = Lemon ; Mikrodalga kurutma = Microwave drying ; Renkler = Colors ; Termal görüntüleme = Thermal imaging

Özet:
Bu çalışmada, mikrodalga ile kurutma işleminde farklı döner tabla hızlarının limon kabuğunun kurutma kinetiği, yüzey sıcaklık dağılımı ve bazı kalite özellikleri üzerine etkileri incelenmiştir. Bu amaçla limon kabukları, farklı mikrodalga güç seviyelerinde (180W, 300W, 450W ve 600W), farklı dönme hızları (0, 6.5, 9.5 ve 12.5 rpm) kullanılarak kurutulmuştur. Limon kabuklarının kurutulmasında ayrıca, karşılaştırma amaçlı olarak sıcak hava (60°C) ve dondurarak kurutma yöntemleri de kullanılmıştır. Limon kabuğunun kurutma davranışını tanımlamada 5 farklı ince tabaka kurutma modelinin uygunluğu (Newton, Page, Henderson & Papis, Logaritmik, İki-Terimli) araştırılmıştır. Bunun yanında, efektif difüzyon katsayısı (Deff) ve aktivasyon enerjisi (Ea) hesaplanmış ve kurutma işlemi sırasında ürün yüzeyindeki sıcaklık dağılımı termal görüntüleme tekniği ile belirlenmiştir. Ayrıca, mikrodalga döner tabla hızının, limon kabuğu tozlarının bazı fiziksel (renk, yığın yoğunluk (ρb), sıkıştırılmış yoğunluk (ρt), Carr indeksi ve Hausner oranı), ve fonksiyonel (su tutma kapasitesi (STK), yağ tutma kapasitesi (YTK)) özellikleri ile pH ve toplam fenolik madde (TFM) içeriği üzerine etkileri de belirlenmiştir. Toz örneklerde SEM görüntüleri elde edilmiştir.
Limon kabuklarının kurutma süresi mikrodalga kullanımı ile sıcak havada kurutmaya göre %72-95 oranında kısalmıştır. Mikrodalga ile kurutma işleminde dönme fonksiyonunun kullanılması, kurutma süresinde dönmenin olmadığı duruma kıyasla %6-24 oranında bir azalma sağlamıştır. Dönme hızının kurutma süresine etkisi mikrodalga gücüne bağlı olarak değişmektedir. Uygulanan tüm modeller limon kabuğunun ince tabaka kuruma özelliklerini tanımlamada yeterli bulunmuştur. Tüm kurutma koşulları için, kurutma davranışını en iyi ifade eden modelin Page modeli olduğu belirlenmiştir. Deff değerleri 1.7x10-8-7.6x10-8 m2s-1 arasında değişmektedir. Deff değerleri artan güç seviyesi ile artış göstermiştir. Ea değerleri 21.3-22.7W/g aralığında bulunmuştur.  Örneklere ait termal görüntüler incelendiğinde, tüm mikrodalga güç seviyeleri için dönme fonksiyonu kullanılması ile, ürün yüzeyindeki sıcaklık dağılımının homojenliğinin arttığı gözlenmiştir.  Döner tabla hızının yüzey sıcaklık değerlerine güce bağlı olarak etki ettiği ancak sıcaklık dağılımının homojenliğine net bir etkisi olmadığı görülmektedir.
En yüksek L* değeri dondurarak kurutulan örneğe aittir. Mikrodalga ile kurutulan örnekler sıcak havada kurutulan örnekler ile benzer veya daha düşük L* ve b* değerlerine sahiptir. Dönme fonksiyonunun kullanılması 180W gücünde renk parametrelerinde önemli bir fark yaratmazken yüksek güç seviyelerinde daha yüksek L* ve b* değerleri sağlamıştır.  Dönme hızındaki değişimin renk parametreleri üzerine önemli bir etkisi olmamıştır. Dönmenin olduğu durumda 180 ve 300W güç seviyelerinde mikrodalga ile kurutulan örneklerin L* ve b* değerleri diğer mikrodalga koşullarında kurutulanlara kıyasla daha yüksektir. Mikrodalga kurutma, dondurarak kurutma ve sıcak hava ile kurutmaya göre daha yüksek yoğunluk değerleri (ρb ve ρt), benzer veya daha düşük STK ve YTK değerleri sağlamıştır. Dondurarak kurutulmuş limon kabuğu tozu, gözenekli yapısı nedeniyle en düşük yoğunluk değerlerine sahip bulunmuştur. Mikrodalga kurutmada, dönme fonksiyonu olmadığı durumda elde edilen ρt değerleri daha düşüktür. Dönme hızındaki değişimin yoğunluk, STK ve YTK değerleri üzerine önemli bir etkisi olmamıştır. 180W üzerindeki güçlerde mikrodalga ile kurutma işlemleri, yaş örneğe ve diğer kurutma yöntemlerine kıyasla limon kabuğu tozunda daha yüksek TFM içeriği sağlamıştır. TFM değerleri artan güç seviyesi ile artış göstermiştir. Dönme fonksiyonu uygulanması ve dönme hızındaki değişim TFM üzerinde önemli derecede etkilidir.

Abstract:
In this study, the effect of different rotational rates of turntable on drying kinetics, surface temperature distribution and some quality properties of lemon peel during microwave drying process were investigated.  For this purpose, lemon peels were dried by microwave drying using different rates of rotation (0, 6.5, 9.5 and 12.5 rpm) at different microwave power levels (180W, 300W, 450W and 600W). For drying of lemon peel, hot air (60°C) and freeze drying methods were also used for comparison purpose. The suitability of 5 thin-layer drying models (Newton, Page, Henderson & Papis, Logarithmic, Two-term) was investigated to describe the drying behavior of lemon peel. In addition, the effective diffusion coefficient (Deff) and activation energy (Ea) were calculated and the surface temperature distribution on product was determined by using thermal imaging technique. Moreover, the effects of rotation rate on some physical (color, bulk density (ρb), tapped density (ρt), Carr index, and Hausner ratio), and functional (water holding capacity (WHC), oil holding capacity (OHC)) properties, pH and total phenolic content (TPC) of lemon peel powders were determined. SEM images of powder samples were obtained.
Drying time of lemon peels was shortened by 72-95% by microwave drying compared to hot air drying. Application of rotation function during microwave drying provided 6-24% reduction in drying time of peels compared to drying without rotation. Effect of rotation rate on drying time of lemon peels depended on the microwave power level. All the applied models were found to be sufficient in description of the thin layer drying characteristics of lemon peel. For all drying conditions, it was determined that the model that best describes the drying behavior was the Page model. The Deff values ranged between 1.7x10-8m2s-1 and 7.6x10-8m2s-1. The Deff values increased with increasing power level. Ea values were between 21.3 and 22.7W/g. When the thermal images of the samples were examined, it was observed that the homogeneity of the temperature distribution on the product surface increased by using the rotation function for all microwave power levels. It was seen that the rotational rate of turntable affected the surface temperature values depending on the power level but did not have a clear effect on the homogeneity of the temperature distribution.
The highest L* value belonged to the freeze-dried sample. Microwave-dried samples had similar or lower L* and b* values than hot air-dried samples. Using the rotation function did not make a significant difference in the color parameters at 180W, but provided higher L* and b* values at higher power levels. The change in the rate of rotation did not have a significant effect on the color parameters. The L* and b* values of the samples dried by microwave drying with rotation at 180 and 300W power levels were higher than those dried at other microwave conditions. Microwave drying provided higher density values (ρb and ρt) and similar or lower WHC and OHC values compared to freeze drying and hot air drying. Freeze-dried lemon peel powder was found to have the lowest density values due to its porous structure. In microwave drying, ρt values obtained in the absence of rotational function were lower. The change in rate of rotation did not have a significant effect on the density, WHC and OHC values. Microwave drying at powers above 180W resulted in higher TPC in lemon peel powder compared to raw sample and other drying methods. TPC values increased with increasing power level. Application of rotation function and change in rate of rotation had significant effects on TPC.