Deniz börülcesinin mikrodalga tekniği ile kurutulması: Kuruma, renk ve rehidratasyon kinetiğinin modellenmesi
Microwave drying of sea asparagus: Modelling of drying, colour change and rehydration kinetics
Yazar: ESRA ALTUN
Danışman: PROF. DR. BELMA ÖZBEK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Kurutma, suyun maddeden uzaklaştırılması yöntemi olup bu yöntem gıdanın saklanmasında kullanılmaktadır. Uzun raf ömrü, ürün çeşitliliği ve varolan hacmin azalması kurutulmuş meyve ve sebze gibi gıdaların popülerliğini açıklayabilir. Sıcak havada kurutma, vakum kurutma, güneşte kurutma ve dondurarak kurutma gibi farklı kurutma metodları sebze ve meyveleri kurutmada yararlanılabilinir. Mikrodalga kurutma ise geleneksel kurutma yöntemlerine göre nispeten yeni bir yöntemdir ve daha az enerji tüketimi sağlar.
Bu çalışmada, mikrodalga çıkış gücünün ve numune miktarının nem miktarı, kuruma zamanı, renk değişimi kinetiği ve rehidratasyon kinetiği incelenmiştir. Mikrodalga çıkış gücünün kurutmadaki etkisini incelemek için beş farklı mikrodalga çıkış gücü (180, 360, 540, 720 ve 900 W) kullanılmıştır. Ayrıca deniz börülcesi örnekleri farklı miktarlarda 20, 40, 60, 80, 100 g olmak üzere 540 W sabit mikrodalga çıkış gücünde kurutulmuştur. Mikrodalga çıkış gücünün artması ve numune miktarının azalması ile kuruma süresinin azaldığı görülmüştür. Deniz börülcesinin renk değişimi düşük mikrodalga güçlerinde değiştiği, diğer durumlarda fazla bir değişim olmadığı tespit edilmiştir. Buna ek olarak, deniz börülcesi numunelerine 40 oC sıcaklıkta konvansiyonel kurutma yöntemi uygulanarak elde edilen sonuçlar mikrodalga yöntemi ile karşılaştırılmıştır. Konvansiyonel kurutma için gereken sürenin 20 g numune için 660 dakika olduğu, bu sürenin mikrodalga kurutma için gereken sürenin (200 dakika, 180 W mikrodalga çıkış gücü) 3.3 katı olduğu bulunmuştur. Deneysel veriler kullanılarak yapılan matematiksel modelleme çalışmalarından Page modelinin kurutma kinetiğine, sıfırıncı ve birinci dereceden kinetik modelin renk değişim kinetiğine ve Peleg modelinin rehidratasyon kinetiğine uygunluk gösterdiği bulunmuştur. Rehidratasyon kinetiği 30, 45, 55 ve 70 oC olmak üzere çeşitli sıcaklıklarda çalışılmış olup rehidratasyon kapasitesi değerlerinin %54 ile %70 değerleri arasında değiştiği görülmüştür. Efektif difüzivite katsayısının 0.40x10-10 m2.s-1 değeri ile 6.45x10-10 m2.s-1 değeri arasında değiştiği bulunmuştur. Ayrıca, kurutma kinetiği için aktivasyon enerjisi değeri 47.76 W.g-1, renk değişim kinetiği için 0.02-3.40 W.g-1, 30oC sıcaklıkta gerçekleştirilen rehidratasyon kinetiği için ise 0.2537 W.g-1 olarak bulunmuştur.

Abstract:
Drying could be defined as removing water from the material which could be used for food preservation. Longer shelf-life, product diversity and substantial volume reduction could be identified as the reasons for the popularity of dried food for example; fruits and vegetables. Different drying methods such as hot-air drying, vacuum drying, sun-drying and freeze drying can be used in the drying of fruits and vegetables. Microwave drying is a relatively newer addition to the family of traditional dehydration techniques and provides less energy consumption.
In the present study, the effect of microwave output powers and sample amount on moisture content, drying time, colour change kinetic and rehydration kinetic of sea asparagus have been investigated. To examine the effect of microwave output on drying, five different output powers; 180, 360, 540, 720 and 900 W; were used. On the other hand, sea asparagus samples at various amounts (20, 40, 60, 80 and 100 g) were dried at constant microwave output of 540 W. Drying time of sea asparagus samples decreased considerably as the microwave power increased or amount of samples decreased. Additionally, the effect of conventional drying on the samples of sea asparagus at the temperature of 40 oC was investigated for comparison to microwave drying. The results showed that drying time for 20 g of sea asparagus sample on conventional drying took 660 mins. This drying time was 3.3 times higher than the drying time (200 mins) obtained for microwave drying carried out at 180 W which was the lowest microwave output rate.
After evaluation of the experimental data, the mathematical modelling was applied for drying, colour change and rehydration kinetics. It was found that Page model was fitted to drying kinetic, zero and first order kinetic model were fitted to colour change kinetic. Rehydration characteristics of the dried samples were also investigated at various rehydration temperatures of 30, 45, 55 and 70 oC. It was observed that the rehydration capacity of sea asparagus samples varied from 54 to 70%. In the meantime, the values of effective moisture diffusivity were calculated and found that these values changed from 0.40x10-10 m2.s-1 to 6.45x10-10 m2.s-1. The activation energy values were also calculated by using an exponential expression based on Arrhenius equation. The activation energy values were found as 47.76 W.g-1, 0.02–3.40 W.g-1 and 0.2537 W.g-1 for drying, color change and rehydration kinetic performed at 30 oC, respectively.