Enginarın (Cynara scolymus L.) mikrodalga vakum kurutucuda kurutulması ve matematiksel modellenmesi
Mathematical modelling of microwave vacuum drying of arthichoke (Cynara scolymus L.)
Yazar: ÇİĞDEM MUŞTU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL EREN
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Asteraceae familyasına ait olan enginar (Cynara scolymus L.), ekonomiye önemli ölçüde katkıda bulunan ve Akdeniz bölgesinde geleneksel olarak tüketilen bir sebzedir. 'Enginar başı' olarak adlandırılan yenilebilir kısmı, sağlık açısından önemli bileşenleri içermesi nedeniyle tüketiciler tarafından talebi artırmaktadır. Değerli bir besin kaynağı olan enginarın, taze olarak sınırlı bir tüketim mevsimi olması ve konserve veya dondurulmuş şekilde endüstriyel üretiminin oldukça sınırlı olması, bu yöntemlere alternatif olarak kurutularak enginarın arz çeşitliliğinin artırılması ihtiyacını ortaya çıkarmaktadır. Kurutma, meyve ve sebzelerin korunmasında kullanılan en eski yöntemlerden birisidir ve kurutulacak ürüne ve prosese göre farklı tipte kurutma yöntemleri (güneş, sıcak hava, dondurarak, vakum ve mikrodalga destekli hava/vakum gibi) mevcuttur. Mikrodalga vakum teknolojisinde, gıdanın elektromanyetik dalgalarla hızlı ve hacimsel ısıtılması ve vakum uygulanmasıyla buharlaşmanın düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilmesi sağlanır. Mikrodalga vakum kurutma işlemi ile kuruma süresi, geleneksel kurutma yöntemlerine kıyasla düşmektedir.
Bu çalışmada, mikrodalga vakum kurutma yöntemi ile kurutulan enginarların kalite özellikleri üzerine, güç, vakum şiddeti ve işlem süresinin etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Mikrodalga vakum kurutma sisteminde, 526 mm-Hg ve 667 mm-Hg olarak iki farklı seviyede vakum basıncı, 450 W ve 800 W olarak iki farklı seviyede mikrodaga gücü uygulanmıştır. Enginarların kuruma süresi, kuruma hızları ve kuruma verimliliği belirlenmiş, kuruyan ürünlerin toplam fenolik madde miktarı, renk değerleri, rehidrasyon oranı, polifenoloksidaz enzim aktivitesi ve büzülme katsayıları karşılaştırılmıştır. Elde edilen veriler varyans analizi ile istatistiksel olarak değerlendirilmiştir.
Farklı işlem koşulları ile %10 nem içeriğinin altına kurutulan enginarların su aktivitelerinin azalmasında kuruma süresinin önemli olduğu belirlenmiştir. Tüm vakum seviyelerinde kuruma hızları, uygulanan mikrodalga gücünün artırılmasıyla artmıştır ve kuruma süresi 450 W'da 25 dk'dan, 800 W'da 15 dk'ya düşürülmüştür. Enginarların kuruma süresince sıcaklık profilleri belirlenmiştir ve ortalama yüzey sıcaklıkları -526 mm-Hg vakum şiddetinde 56.3-75.8C ve -667 mm-Hg vakum şiddetinde 46.5-60.4C aralığında bulunmuştur.
Sıcaklık inaktivasyon sıcaklığına kısa sürede (<3 dk) ulaştığı için, polifenoloksidaz (PFO) enzim aktivitesinin kuruma sırasında kademeli olarak azaldığı gözlenmiştir. Mikrodalga gücü ve kuruma süresinin, PFO aktivitesi üzerine etkisi istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Polifenol oksidaz enzim aktivitesinin en düşük değeri (4,95±0,45 U/mg taze ürün) 526 mm-Hg ve 800 W'da kurutulan enginarlarda, en yüksek değeri ise (8,55±0,45 U/mg taze ürün) 667 mm-Hg'da 800 W'da kurutulan enginarlarda belirlenmiştir.
Kurutulmuş enginarların toplam fenolik madde içeriklerinin, işlem süresinin artması ve vakum şiddetinin azalması sonucu azaldığı gözlemlenmiş, en yüksek değerin (12.46±0.78 mg ga /g km) 667 mm-Hg 800 W'da ve en düşük değerin (8.82±0.05 mg ga/g km) 526 mm-Hg 450W'da olduğu bulunmuştur. L, a, b ve Hue değerleri birbirine yakın değerler almıştır. ΔE ise, en yüksek 667 mm-Hg 800 W'da kurutulmuş enginarda (12,13 ± 0,20), en düşük -526 mm-Hg 450 W'da kurutulmuş enginarda (8,35 ± 0,08) görülmüştür. Enginarların rehidrasyon oranı üzerine, en yüksek derecede etkili olan parametrenin vakum şiddeti olduğu, mikrodalga gücü ve kuruma süresinin de etkili olduğu belirlenmiştir. En düşük rehidrasyon oranı (1,7326±0,1673) 526 mm-Hg'da 450 W'da, en yüksek rehidrasyon oranı (3,3903±0,0932) 667 mm-Hg'da 800 W'da bulgulanmıştır. Rehidrasyon oranına benzer şekilde büzülme katsayısı en düşük (0,2280±0,0127) 526 mm-Hg 450 W'da, en yüksek (0,3205±0,0233) 667 mm-Hg 800 W'da kaydedilmiştir. Büzülme katsayısı ile rehidrasyon oranı arasında yüksek bir pozitif korelasyon katsayısı (r = 0,898) belirlenmiştir. Enginarların kurutulmasında en düşük spesifik enerji gereksinimi (6,32±0,42 MJ/kg su) ve maksimum kuruma verimliliği (%35,89±2,40) -667 mm-Hg 800 W'da kurutma koşullarında bulunmuştur.

Abstract:
Globe artichoke (Cynara scolymus L.),belonging to the family Asteraceae, is a traditionally consumed vegetable in the Mediterranean area where its commercial production contributes substantially to the agro-economy. The consumer demand for artichokes has increased because of their reputation as a health food due to their phytochemical composition. The economic use of this vegetable mainly concerns the consumption of the edible immature flower heads (capitula), commonly referred to as "artichoke heads". The fact that artichokes have a freshly limited consumption season and shelf-life, it is necesary to increase the supply diversity by using alternative methods such as canning, freezing and drying. Drying is one of the oldest methods of fruits and vegetables preservation and is done by several methods like sun, hot air, freeze, vacuum, and microwave-assisted air/vacuum drying. Microwave vacuum drying, the emerging food dehydration method, combines the advantages of the rapid volumetric heating by microwaves and the low-temperature evaporation of moisture with faster moisture removal by vacuum. This reduces the drying time without significant quality degradation compared to conventional drying methods.
In this study, it is aimed to determine the effect of process parameters such as microwave power, vacuum intensity and drying time on drying kinetics and quality characteristics of artichokes during microwave vacuum drying. Two different levels of vacuum intensity (-526 mm-Hg and -667 mm-Hg) and microwave power (450 W and 800 W) were studied and the changes in drying rate, drying efficiency, total phenolics content, color values, rehydration ratio, polyphenoloxidase enzyme activity and shrinkage coefficients of artichokes were determined as a function of drying time. The obtained data were evaluated statistically by analysis of variance.
Artichokes were dried until the moisture content reached below 10% (w/w) and vacuum intensity and drying time were found to be the significant factors on lowering the water activity of dried artichokes. The drying rates were increased with the increase in microwave power all vacuum levels, and drying time reduced from 25 min at 450W to 15 min at 800W. Temperature profiles were also determined and average surface temperatures were found in the range of 56.3-75.8 °C at -526 mm-Hg vacuum intensity and 46.5-60.4°C at -667 mm-Hg vacuum intensity.
It was observed the activity of the polyphenoloxidase (PPO) enzyme during drying decreased gradually as the temperature reached the inactivition temperature in a short time (<3 min). Microwave power and drying time was found to be the statistically significant factors on the PPO activity. The lowest value of the polyphenol oxidase enzyme activity was found at 526 mm-Hg and at 800 W in dried artichokes (4.95 ± 0.45 U / mg fresh product), the highest value of the polyphenol oxidase enzyme activity was found at 667 mm-Hg and at 800 W in dried enginars (8,55 ± 0.45 U / mg fresh product). The total phenolic content (TPC) of dried artichokes decreased with drying time and reduced vacuum intensity, the highest content of phenolic material was found to be at -667 mm-Hg and 800 W (12.46 ±0.78 mg ga /g km) and the lowest at -526 mm-Hg and 450 W (8.82 ± 0.05 mg ga / g km). L, a, b and Hue values are close to each other, (ΔE) was at the highest 667 mm-Hg at 800 W dried artichoke (12,13 ± 0,20), at least -526 mm-Hg was seen at 450 W dried artichoke (8,35 ± 0,08). On the rehydration of artichokes, the vacuum vacuum intensity was found to be the most significant factor besides the microwave power and drying time. The lowest rehydration rate was found at 450 W at -526 mm-Hg (1,7326 ± 0,1673) and the highest rehydration rate at 800 W at -667 mm-Hg(3,3903 ± 0,0932). In terms of the rate of shrinkage, the shrinkage coefficient was found to be at least at 526 mm-Hg and 450 W (0,2280 ± 0,0127) and the highest at -667 mm-Hg and 800 W (0,3205 ± 0,0233). A high positive corelation coefficient (r=0,898) was found between the shrinkage coefficient and rehydration ratio. The lowest specific energy requirement (6,32 ± 0,42 MJ / kg water) and maximum drying efficiency (35.89 ± 2.40%) of the microwave drying system was found at drying conditions of -667 mm-Hg and 800 W.