Enteral beslenme amacıyla hazırlanmış likit çözeltilerin sterilizasyonu sırasında meydana gelen sıcaklık değişiminin matematiksel modellenmesi
Mathematical modelling of temperature change that during sterilization of liquid enteral nutrition solutions
Yazar: HAMZA MELİK YAYLA
Danışman: PROF. DR. FERRUH ERDOĞDU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmada retort sistemlerde ısıl işlem uygulaması ile enteral besleme amacıyla hazırlanan likit çözeltilerin sterilizasyonu sırasında meydana gelen sıcaklık değişiminin matematiksel modellemesi COMSOL Multiphysics (V-5.3a) programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bunun için öncelikle proses sırasında ürün sıcaklık değişim verilerinin elde edilebilmesi amacıyla deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Ana ürün olarak enteral beslenme amacıyla hazırlanmış likit çözeltiler diyet fiberli ve diyet fibersiz olarak hazırlanmıştır. Bu likit çözeltilere ait yoğunluk, ısı iletim katsayısı ve özgül ısı değerleri ürün kompozisyonuna bağlı olarak sıcaklık değişiminin bir fonksiyonu olarak hesaplanmış, viskozite değişimi ise Newtonsal olmayan akışkan olarak varsayılıp deneysel olarak belirlenmiştir. Daha sonra deneysel veriler ile matematiksel model sonuçlarının karşılaştırılması ile doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Enteral beslenme çözeltisi çalışmalarına ek olarak saf su ve %0.5 konsantrasyonunda karboksi metil selüloz (CMC) çözeltisi kullanılarak da model doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Bu modelleme çalışmalarında suyun termofiziksel özellikleri kullanılan modelleme programına ait kütüphaneden alınmış, %0.5'lik CMC çözeltisine ait özelikler ise literatürden elde edilmiştir. Model doğrulama çalışmalarından sonra gerçekleştirilen tasarım simülasyon çalışmalarında enteral çözeltilere uygulanan proses süreleri, ürün soğuk noktasında (en yavaş ısınan bölge) elde edilen sterilizasyon değerinin 2.52 hedefinin üzerinde elde edilmesi amacıyla proses süresi belirlenmiştir. Bu kapsamda deneysel verilere temelinde ve endüstriyel proses uygulaması sıcaklık verilerine bağlı olarak iki adet simülasyon çalışması yapılmış ve proses sonunda enteral çözelteide meydana gelen A ve C vitamin kayıpları hesaplanmıştır. Sonuç olarak enteral beslenme amacıyla hazırlanmış likit çözeltilerin sterilizasyonu sırasında meydana gelen sıcaklık değişiminin matematiksel modellenmesi temelinde endüstriyel proses uygulamalarının gerçekleştirilebileceği bu tez çalışması kapsamında gösterilmiştir.

Abstract:
In this study, matmetical modeling study to describe the thermal processing of the enteral nutrition solutions was carried out using COMSOL Multiphysics (V-5.3a). For model validatin studies, the experiments were completed in a pilot scale retort system where 500 mL glass jars were used to fill the pre-preapred enteral nutrition solutions. The nodel valdiation studies followed the use of distilled water, 0.5% CMC solution and the enteral solutions. The thermal and physical properties of the distilled water and the CMC solution were obtained from the library of the multiphysics program and the literature while the properties of the enteral solutions were determined using the empirical equations as a function of composition and temperature. The viscosity change of the enteral nutrition solutions were, on the other hand, experimentally determined. The model validation studies for all the cases indicated a perfect match with the model results except with the case of the diet-fiber including enteral nutrition solutions. For this latter case, a break in the emulsion was observed during the process leadign to low and high viscosity phases within the solution, and this affected the experimental and model results. Following the model validation studies, industrial process scenarios were hypothesized for the sterilization of the enteral solutions (without the dier-fiber content), and the vitamin losses for vitamin-C and vitamin-A were determined indicating the potential of the retort thermal processing for the sterilization of liquid enteral nutrition solutions.