Model hamurların reolojik karakterizasyonu ve yoğurma aşamasında hava kabarcık dağılımının sayısal simülasyonu
Rheological characterization of model doughs and numerical simulation of the air bubble distribution during kneading
Yazar: NESLİHAN BOZDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. SEHER KUMCUOĞLU ; PROF. DR. JOZEF L. KOKINI
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Gerçekleştirilen çalışmada, kinoa ve amarant unları eklenerek oluşturulan hamurların doğrusal olmayan reolojik özellikleri ve içerdikleri hava kabarcıklarının boyut dağılımı tespit edilmiştir. Hamurların reolojik özelliklerinin  hava kabarcıklarının boyut dağılımı üzerine etkisi incelenmiştir.  Ayrıca, sert buğday unu ile elde edilen hamurun Farinograf ile yoğurulması simüle edilmiş ve simülasyon sonrası elde edilen veriler kullanılarak hamurda oluşan hava kabarcıklarının boyutları tahminlenmiştir. Deneysel olarak elde edilen hava kabarcıklarının boyut dağılımı ile tahminlenen boyut dağılımları arasındaki ilişki incelenmiştir. 
Hamurların doğrusal olmayan reolojik bölgedeki özellikleri incelendiğinde tüm örneklerin kayma incelmesi gösterdiği tespit edilmiştir. Kinoa ve amarant unlarının formülasyondaki miktarının artışı ile birlikte, örneklerin uygulanan gerinime karşı direncinin önemli ölçüde azaldığı  ve doğrusal olmayan bölgedeki eliptik davranışların saat yönünde dönme eğilimi gösterdiği tespit edilmiştir saptanmıştır. Örneklerin gerinim yumuşaması davranışı sergilediği ve kinoa ve amarant unu miktarındaki artışla birlikte bu davranışın daha belirgin hale geldiği belirlenmiştir. Kinoa unu içeren örneklerin düşük gerinim değerlerinde döngü içi gerinim yumuşaması, yüksek gerinim değerlerinde ise döngü içi gerinim sertleşmesi gösterdiği tespit edilmiştir. Amarant unu içeren örneklerde ise tüm gerinim değerlerinde döngü içi gerinim katılaşması davranışı gözlemlenmiştir. Ayrıca, boyutları 100-200 mikrometre aralığında olan hava kabarcıklarının boyut dağılımının hamurun viskoelastik özellikleri ile yüksek korelasyona sahip olduğu belirlenmiştir.
Sayısal simülasyon, maksimum uzamsal akış hızlarının pedallar arasındaki bölgelerde özellikle pedal kenarlarına yakın yerlerde ve pedal kenarları ile karıştırma haznesinin duvarı arasında görüldüğünü göstermiştir. Karıştırma sırasında, yüksek kayma hızlarıyla birleşen yüksek uzamsal akış hızlarının daha küçük kabarcıkların oluşumuna yol açtığı ve oluşan hava kabarcıklarının güçlü bir şekilde kırılmasına ve dağıtılmasına neden olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, the nonlinear rheological properties of doughs incorporating quinoa and amaranth flours were examined, and the size distribution of the air bubbles they contained was determined. The impact of the obtained rheological values on the size distribution of air bubbles was investigated. Additionally, a simulation of the mixing of a hard wheat flour dough using a Farinograph was performed, and post-simulation data were used to calculate and predict the sizes of air bubbles formed in the dough. The relationship between the experimentally obtained size distribution of air bubbles and the predicted size distributions was examined.
It was determined that all samples showed shear thinning behavior. It was determined that the samples displayed strain-softening behavior, and this behavior became more pronounced with an increase in the amount of quinoa and amaranth flour. Samples containing quinoa exhibited strain softening at low strain values, while at high strain values, strain stiffening behavior was observed. In samples containing amaranth, strain stiffening behavior was observed at all strain values. Additionally, it was determined that the size distribution of air bubbles with sizes in the range of 100-200 micrometers had a high correlation with the viscoelastic properties of the dough.
Numerical simulation revealed that maximum expansion rates were observed in regions between the pedals particularly near the pedal edges and between the pedal edges and the wall of the mixing chamber. It was determined that during mixing, high expansion rates combined with high shear rates lead to the formation of smaller bubbles, resulting in strong disruption and dispersion of the air bubbles formed.