Ohmik ısıtma destekli vakum altında evaporasyon sisteminin kurulumu, performans değerlendirmesi, işlemin deneysel ve kuramsal incelenmesi
Setting up and performance evaluation of ohmic heating assisted vacuum evaporation system, and experimental investigation and mathematical modelling of the process
Yazar: SERDAL SABANCI
Danışman: PROF. DR. FİLİZ İÇİER
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında ohmik ısıtma destekli vakum altında evaporasyon (ODVAE) sisteminin kurulumu gerçekleştirilerek, vişne suyu örneği sabit mutlak basınç altında (25 kPa) ODVAE ve vakum altında evaporasyon (VAE) yöntemleriyle %65 suda çözünür kuru madde (SÇKM) içeriğine kadar konsantre edilmiştir. 
ODVAE yönteminde üç farklı voltaj gradyanı (10-14 V/cm) uygulanarak evaporasyon süresince elektriksel iletkenlik (E.İ.) değeri değişimi incelenmiştir. Evaporasyon yöntemlerinin konsantre ürünün bazı kalite özellikleri üzerine etkileri ve evaporasyon işlemi süresince konsantrelerin reolojik davranışındaki değişim incelenmiştir. Evaporasyon yöntemlerinin performans değerlendirmeleri istatistiksel olarak karşılaştırılmıştır. ODVAE işlemi kuramsal olarak incelenerek, model öngörülerinin deneysel verilerle uyumu belirlenmiştir.
Vişne suyu, ODVAE ve VAE yöntemleri ile %65 SÇKM içeriğine kadar başarıyla konsantre edilebilmiştir. Toplam işlem süresi, işlem koşullarına bağlı olarak 40-85 dak arasında değişmiştir. En kısa işlem süresi ODVAE yönteminde 14 V/cm voltaj gradyanı uygulamasında elde edilmiştir. Isıtma bölgesinde sıcaklık arttıkça E.İ. değerinin arttığı belirlenmiştir. Evaporasyon bölgesinde, %45 SÇKM içeriğine kadar E.İ. değerinin arttığı, daha yüksek SÇKM değerleri için azaldığı saptanmıştır. İki evaporasyon yönteminde de SÇKM-süre ilişkisini ifade eden en uygun modelin Midilli modeli olduğu bulgulanmıştır. pH, titrasyon asitliği ve antioksidan aktivite değişimi üzerine uygulanan yöntemin ve voltaj gradyanının etkisinin önemli olmadığı belirlenmiştir (p>0.05). Toplam fenolik madde içeriği, toplam monomerik antosiyanin ve renk değerlerinde minimum değişimin 14 V/cm voltaj gradyanında olduğu saptanmıştır (p<0.05). Farklı SÇKM içeriklerine sahip vişne suyunun reolojik davranışı Newton modeliyle açıklanmış olup, %65 SÇKM içeriğinde viskozite değeri üzerine yöntemin etkisinin önemli olmadığı tespit edilmiştir (p>0.05). Voltaj gradyanı arttıkça enerji ve ekserji verimliliğinin arttığı ve geliştirilmesi gereken yöntemin VAE olduğu belirlenmiştir. ODVAE yönteminin ısıtma ve evaporasyon bölgeleri sonlu farklar ve sonlu hacimler yöntemleriyle kuramsal olarak incelenmiştir. Model öngörülerinin deneysel verilerle uyumlu olduğu belirlenmiştir. 
Bu tez çalışmasında elde edilen verilerin ohmik ısıtmanın vakum evaporasyon sistemlerine entegrasyonunu içeren endüstriyel sistemlerin kurulumunda ve işlem koşullarının belirlenmesi amacıyla yöntemin simülasyonu aşamalarında değerli katkılar sunacağı düşünülmektedir.

Abstract:
In this thesis, ohmic assisted vacuum evaporation system (OVE) was set up, and sour cherry juice was concentrated to total soluble solid content (TSSC) of 65% at constant absolute pressure (25 kPa) by OVE and vacuum evaporation (VE) methods in this system. 
OVE method was performed at 3 different voltage gradients (10- 14V/cm), and the change of electrical conductivity (E.C) during evaporation was investigated. The effects of OVE and VE methods on the some quality characteristics and changes of rheological behavior of concentrates during evaporation process were investigated. Performance evaluations of the OVE and VE methods were compared statistically. OVE method was mathematically modelled and compatibility of model predictions with the experimental data was determined.
 Sour cherry juice was concentrated to 65% TSSC by OVE and VE methods, successfully. Time required to reach the 65% TSSC was in the range of 40-85 min. The minimum process time was found for OVE method applied at the voltage gradient of 14 V/cm. In heating region, E.C increased as the temperature increased. In evaporation region, E.C increased up to 45% TSSC, and then decreased for higher %TSSC. The most suitable model describing the relation between TSSC and time was found to be as Midilli model for both evaporation methods. The effects of methods and voltage gradient were not statistically significant on the changes of pH, titrable acidity and antioxidant activity of samples (p>0.05). The minimum changes in total phenolic content, total monomeric anthocyanin and color values were found for voltage gradient of 14 V/cm (p<0.05). Rheological behavior of sour cherry juice concentrates having different TSSC were explained with Newton model, and the effect of methods  
on the viscosity of concentrates having 65% TSSC was not statistically significant (p>0.05). It was determined that energy and exergy efficiencies increased as the voltage gradient increased, and the method being developed was VAE application.
The heating and evaporation regions of OVE method was mathematically modelled by finite element and finite volume methods. It was determined that the compatibility of model predictions with experimental data was good. 
It is thought that the results of this thesis will serve valuable contributions for setting up of industrial scale systems including integration of ohmic heating, which is one of the novel alternative technologies, to vacuum evaporation systems, and simulation of this method for determination of process conditions.