Bazı egzotik meyvelerin yenilikçi ve hibrit yöntemler ile kurutulması ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi
Drying of some exotic fruits by innovative and hybrid methods and investigation of their physical properties
Yazar: PINAR ATA
Danışman: DOÇ. DR. AZMİ SEYHUN KIPÇAK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Egzotik bitkiler = Exotic plants ; Kurutma = Drying ; Matematiksel modelleme = Mathematical modelling ; Tropikal meyveler = Tropical fruits

Özet:
Meyveler yüksek vitamin ve mineral içeren besin gruplarıdır. Bu nedenle meyve tüketimi insan sağlığı için oldukça önemlidir. Öte yandan meyveler yüksek miktarda su içerir. Bu durumda meyve, yüksek enzimatik mikrobiyolojik aktivitesi nedeniyle bozulmaya en yatkın gıda ürünlerinden biridir. Bir meyve ürününün raf ömrünün arttırılması bu mikrobiyolojik aktivitenin durdurulması ile mümkündür. Bu çalışmada, farklı güç ve sıcaklık seviyelerinin guava ve çarkıfelek meyvesi numunelerinin kuruma kinetiği üzerindeki etkilerini incelemek için kızılötesi kurutma ve mikrodalga kurutma yöntemleri seçilmiştir. Kızılötesi kurutma için sıcaklık seviyeleri 60, 70 ve 80 ℃, mikrodalga kurutma için güç değerleri ise 140, 210 ve 350 W olarak seçilmiştir. Kurutma işlemine başlamadan önce nem miktarları guava için 5,0875 kg su / kg kuru madde, çarkıfelek meyvesi için 2,8889 kg su / kg kuru madde olarak hesaplanmıştır. Elde edilen veriler incelendiğinde, kızılötesi kurutulan guava numuneleri 60 ℃'de 0,2348 kg su / kg kuru madde, 70 ℃'de 0,2323 kg su / kg kuru madde, 80 ℃'de 0,2296 kg su / kg kuru maddeye kadar kurumuştur. Sıcaklığın 60 ℃'den 80 ℃'ye çıkartılması sonucu numunelerin kuruma süresi yarıya düşmüştür. Kurutma eğrilerinde artan, sabit ve azalan hız periyotlarının hepsi gözlemlenmiştir. Efektif nem difüzyonları 60, 70 ve 80 ℃ için sırası ile 4,85x10-10, 7,08x10-10 ve 1,09x10-9 olarak hesaplanmıştır. Aktivasyon enerjisi ise 39,42 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Aynı şekilde mikrodalga kurutma sonucu guava numuneleri 140 W'da 0,2314 kg su / kg kuru madde, 210 W'da 0,2338 kg su / kg kuru madde, 350 W'da 0,2350 kg su / kg kuru maddeye kadar kurumuştur. Güç değerinin 140 W'dan 350 W'a çıkarılması sonucu guava numuneleri 4 kat daha kısa sürede kurutulmuştur. Kurutma eğrilerinde yalnızca artan ve azalan hız periyotları gözlemlenmiştir. Efektif nem difüzyonları 140, 210 ve 350 W için sırası ile 1,73x10-8, 3,98x10-8 ve 6,45x10-8 olarak hesaplanmıştır. Aktivasyon enerjisi ise 421,86 kJ/mol olarak elde edilmiştir. Kızılötesi kurutulan çarkıfelek meyvesinden elde edilen deneysel sonuçlara bakıldığında numuneler 60 ℃'de 0,4891, kg su / kg kuru madde, 70 ℃'de 0,4364 kg su / kg kuru madde, 80 ℃'de 0,4226 kg su / kg kuru maddeye kadar kurumuştur. Sıcaklığın 60 ℃'den 80 ℃'ye çıkartılması sonucu numunelerin kuruma süresi 1,8 kat kısalmıştır. Kurutma eğrilerinde artan, sabit ve azalan hız periyotlarının hepsi gözlemlenmiştir. Efektif nem difüzyonları 60, 70 ve 80 ℃ için sırası ile 9,23x10-10, 1,19x10-9 ve 1,63x10-9 olarak hesaplanmıştır. Aktivasyon enerjisi ise 27,91 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Mikrodalgada kurutulan çarkıfelek meyvesi numunleri 140 W'da 0,1326 kg su / kg kuru madde, 210 W'da 0,1343 kg su / kg kuru madde, 350 W'da 0,1371 kg su / kg kuru maddeye kadar kurumuştur. Güç değerinin 140 W'dan 350 W'a çıkarılması sonucu çarkıfelek meyvesi numuneleri 3,6 kat daha kısa sürede kurutulmuştur. Kurutma eğrilerinde 140 W için artan, sabit ve azalan hız periyotlarının tümü gözlemlenmiştir. 210 W ve 350 W için yalnızca artan ve azalan hız periyodu gözlemlenmiştir. Efektif nem difüzyonları 140, 210 ve 350 W için sırası ile 2,29x10-8, 4,00x10-8 ve 7,86x10-8 olarak hesaplanmıştır. Aktivasyon enerjisi ise 392,93 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Hibrit kurutma yöntemi ile kurutulan ve ilk olarak içeriğindeki nem miktarının yarısı 60 ℃'de kızılötesi kurutulan, ardından geri kalan nem miktarı 140 W'da mikrodalga ile kurutulan çarkıfelek meyvesi 0,1168 kg su / kg kuru maddeye kadar kurutulmuştur. Bu işlemin tam tersi yapılarak içeriğindeki nem miktarının yarısı ilk olarak 140 W'da mikrodalgada kurutulan, ardından kalan nem miktarı 60 ℃'de kızılötesi kurutulan çarkıfelek meyvesi ise 0,1452 kg su / kg kuru maddeye dek kurutulmuştur. Her iki hibrit kurutma yöntemi için kurutma eğrileri çizilmiştir. Deneyler sonucu elde edilen kurutma eğrilerinin literatürde mevcut olan 15 ince tabaka kurutma modeline uygunluğunu incelemek amacıyla matematiksel modellemeleri yapılmıştır. Tüm modelleme sonuçları incelendiğinde, kızılötesi kurutulan guava için R2 , χ2 ve HKOK değerleri için elde edilen en yüksek ve en düşük veriler sırası ile; 0,999993 – 0,944826, 0,008627 – 0,000001, 0,070940 – 0,000824; mikrodalgada kurutulan guava için; 0,999968 – 0,965311, 0,009906 – 0,000013, 0,061450 – 0,001918, kızılötesi kurutulan çarkıfelek meyvesi için; 0,999979 – 0,923050, 0,020593 – 0,000003, 0,083941 – 0,001331, mikrodalgada kurutulan çarkıfelek meyvesi için; 0,999963 – 0,967535, 0,036862 – 0,000028, 0,060622 – 0,002160 arasında değişmiştir. Uygulanan 15 farklı kurutma modeli arasından en uygun modeller; kızılötesi kurutulan guava için Aghbashlo vd., Midilli ve İki Terimli Üstel, mikrodalgada kurutulan guava için Alibas, Midilli ve İki Terimli Üstel, kızılötesi kurutulan çarkıfelek meyvesi için Jena ve Das, Midilli ve Wang & Singh, mikrodalga kurutulan çarkıfelek meyvesi için Aghbashlo vd., Alibas ve İki Terimli Üstel olarak belirlenmiştir.

Abstract:
Fruits are food groups that contain high vitamins and minerals. Therefore, fruit consumption is very important for human health. On the other hand, fruits contain a high amount of water. In this case, the fruit is one of the most prone to spoilage food products due to its high enzymatic microbiological activity. Increasing the shelf life of a fruit product is possible by stopping this microbiological activity. In this study, infrared drying and microwave drying methods were chosen to examine the effects of different power and temperature levels on the drying kinetics of guava and passion fruit samples. Temperature levels for infrared drying were selected as 60, 70 and 80 ℃, and power values for microwave drying were selected as 140, 210 and 350 W. Before starting the drying process, the moisture content was calculated as 5.0875 kg water / kg dry matter for guava and 2.8889 kg water / kg dry matter for passion fruit. When the data obtained are examined, the samples for infrared dried guava are dried to the point 0.2348 kg water / kg dry matter for 60 ℃, 0.2233 kg water / kg dry matter for 70 ℃, 0.2296 kg water / kg dry matter for 80 ℃. As a result of increasing the temperature from 60 ℃ to 80 ℃, the drying time of the samples was halved. All the increasing, constant and decreasing rate periods were observed in the drying curves. Effective moisture diffusions were calculated as 4.85x10-10, 7.08x10-10 and 1.09x10-9 for 60, 70 and 80 ℃, respectively. The activation energy was calculated as 39.42 kJ/mol. Likewise, as a result of microwave drying, guava samples dried up to 0.2314 kg water / kg dry matter at 140 W, 0.2338 kg water / kg dry matter at 210 W, and 0.2350 kg water / kg dry matter at 350 W. As a result of increasing the power value from 140 W to 350 W, the guava samples were dried in 4 times shorter time. Only increasing and decreasing rate periods were observed in the drying curves. Effective moisture diffusions were calculated as 1.73x10-8, 3.98x10-8 and 6.45x10-8 for 140, 210 and 350 W, respectively. The activation energy was obtained as 421.86 kJ/mol. Considering the experimental results obtained from passion fruit, which was dried in infrared, the samples were dried until reached TO 0.4891, kg water / kg dry matter for 60 ℃, 0.4364 kg water / kg dry matter for 70 ℃, 0.4226 kg water / kg for 80 ℃. As a result of increasing the temperature from 60 ℃ to 80 ℃, the drying time of the samples was shortened by 1.8 times. All the increasing, constant and decreasing rate periods were observed in the drying curves. Effective moisture diffusions were calculated as 9.23x10- 10, 1.19x10-9 and 1.63x10-9 for 60, 70 and 80 ℃, respectively. The activation energy was calculated as 27.91 kJ/mol. For the microwave dried passion fruit, it was dried up to 0.1326 kg water / kg dry matter at 140 W, 0.1343 kg water / kg dry matter at 210 W and 0.1371 kg water / kg dry matter at 350 W. As a result of increasing the power value from 140 W to 350 W, the guava samples were dried in 3.6 times shorter time. All the increasing, constant and decreasing rate periods for 140 W were observed in the drying curves. For 210 W and 350 W only a period of increasing and decreasing rate was observed. Effective moisture diffusions were calculated as 2.29x10-8, 4.00x10-8 and 7.86x10-8 for 140, 210 and 350 W, respectively. The activation energy was calculated as 392.93 kJ/mol. Passion fruit, which was dried with the hybrid drying method and first half of it's moisture content was infrared dried at 60 ℃, and then the remaining moisture content was microwaved at 140 W, dried to 0.1168 kg water / kg dry matter. By doing the exact reverse of this process, half of the moisture content of passion fruit, which was first dried in the microwave at 140 W, and then the remaining moisture content was infrared dried at 60 ℃, was dried to 0.1452 kg water / kg dry matter. Drying curves were drawn for both hybrid drying methods. Mathematical modeling was done to examine the compatibility of the drying curves obtained as a result of the experiments with the 15 thin layer drying models available in the literature. When all modeling results are examined, the highest and lowest data obtained for R2 , χ2 and HKOK values for infrared dried guava are between respectively; 0.999993 – 0.944826, 0.008627 – 0.000001, 0.070940 – 0.000824; for microwave dried guava; 0.999968 – 0.965311, 0.009906 – 0.000013, 0.061450 – 0.001918, for infrared dried passion fruit; 0.999979 – 0.923050, 0.020593 – 0.000003, 0.083941 – 0.001331, for microwave dried passion fruit; 0.999963 – 0.967535, 0.036862 – 0.000028, 0.006622 – 0.002160. The most suitable models among the 15 different drying models applied were; Aghbashlo et al., Midilli and Two Term Exponential for infrared dried guava, Alibas, Midilli and Two Term Exponential for microwave dried guava, Jena ve Das, Midilli and Wang & Singh for infrared dried passion fruit, Aghbashlo et al., Alibas and Two Term Exponential for microwave dried passion fruit.