Ozmotik işlemle kısmi kurutulmuş kavun dilimlerinin dondundurulmasının deneysel ve kuramsal olarak incelenmesi, enerji verimliliğinin değerlendirilmesi
Experimental and theoretical investigation of freezing of partially osmotic dried melon slices, evaluation of energy efficiency
Yazar: TUBA EVGİN
Danışman: DOÇ. DR. FİLİZ İÇİER
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Donma = Freezing ; Modelleme = Modelling

Özet:
Gıdaların su içerikleri kurutularak düşürüldükten sonra dondurulması işlemine kurutularak-dondurma (dehydrofreezing) ismi verilmektedir. Kısmi kurutulmuş gıdaların dondurulması, enerji kazanımı ile ağırlık ve boyut azalması nedeniyle paketleme ve taşıma maliyetinde azalma sağlamaktadır. Bu çalışmada kavun dilimlerine (5 cm×10 cm×1 cm) donma öncesi ön işlem olarak karıştırmalı ve ultrason destekli ozmotik kurutma işlemi uygulanmıştır. Kavun dilimlerinin 3 farklı su içeriğine (%85, %80 ve %75) ozmotik olarak kısmi kurutma işlemi sırasındaki kütle aktarımı deneysel ve kuramsal olarak incelenmiştir. Yarı kurutulan kavun dilimlerinin su içeriğinin donma işlemi üzerine etkisi deneysel ve kuramsal olarak incelenmiştir. Yarı kurutma işleminin donma işleminin enerji verimliliği üzerine etkisi belirlenmiştir.Ozmotik ortam olarak 55 ?Briks yüksek maltoz içerikli glikoz şurubu kullanılmıştır. Ozmotik kurutma işlemi 38 ?C'de, donma işlemi -22 ?C ortam sıcaklığında derin dondurucuda gerçekleştirilmiştir.Ozmotik kurutma işlemi sırasında gerçekleşen su kaybı için efektif difüzivitenin 1,11×10-10 m2/s, katı kazanımı için efektif difüzivitenin ise 9,55×10-11 m2/s olduğu tepit edilmiştir. Başlangıç su içeriği %92 olan kavun dilimlerinin %85, %80 ve %75 su içeriklerine yarı kurutulması için gerekli ozmotik kurutma süreleri sırasıyla 1 saat 30 dak., 5 saat 15 dak. ve 9 saat 45 dak. olarak belirlenmiştir. Ozmotik kurutma işlemi kuramsal olarak Azuara modeli, Hawkes/Flink modeli ve nümerik model ile incelenmiştir. Model öngörüleri ile deneysel veriler arasındaki uyumun yüksek oranda bulunduğu tespit edilmiştir. Yarı kurutma sonrası ulaşılan su içeriği azaldıkça su aktivitesi değerlerinin azaldığı, toplam şeker içeriklerinin arttığı, ancak bu değerler üzerine ozmotik uygulama yönteminin etkisinin olmadığı belirlenmiştir. Renk özelliklerindeki değişim açısından bakıldığında özellikle %75 su içeriğine sahip örneklerin ?a? değerinin artığı belirlenmiştir.Kavun dilimlerinin su içeriği azaldıkça donma sürelerinin kısaldığı, donma başlangıç sıcaklıkların ise düştüğü belirlenmiştir. Nümerik model donma zamanı öngörüleri ile deneysel veriler arasında iyi uyum elde edilmiştir. Donma süresi sonrası sıcaklık dağılımları nümerik model ile öngörülmüştür. Dondurulmuş kavun dilimlerinin su içeriği azaldıkça çözünme kayıplarının ve su aktivitesinin azaldığı, uygulanan ozmotik ön işlemin uygulanma yönteminin bu kalite özellikleri üzerine etkisinin de istatistiksel olarak önemli olduğu belirlenmiştir (p<0,05). Ultrason ozmotik kurutma işlemi ile kurutulan kavun dilimlerinin dondurulması işleminin enerji verimliliğinin karıştırma ozmotik kurutma işleminden daha yüksek olduğu saptanmıştır.

Abstract:
The process of food freezing after decreasing the water content of food is called dehydrofreezing. Freezing of partially dried food reduces the cost of packaging and transportation of food due to the fact that it enables energy saving and preparation of lighter and smaller packages. In this study, the melon slices having the dimensions of 5 cm x 10 cm x 1 cm were partially dried by the application of ultrasonically assisted osmotic drying or osmotic drying via mixing. The mass transfer during the process of osmotically partial drying of melon slices to three different water contents (75% , 80 % and 85%) was examined both theoretically and experimentally. The effect of initial water content of partially dried melon slices on the freezing process was also examined both experimentally and theoretically. The effect of partially drying process on the energy efficiency of the freezing process was evaluated.As an osmotic medium, a 55 º brix glucose syrup having high level of maltose was used. The process of osmotic drying was performed at 38 ºC while freezing was achieved in a deep-freeze having an ambient temperature of -22°C.The effective diffusivity for the water loss during osmotic drying process was specified to be 1,11×10-10 m2/s where as for solid gain it was 9,55×10-11 m2/s. The osmotic drying process times needed to get the melon slices partially dried from initial water content of 92% to the final water content of %85, %80 and %75, were determined to be 1 h 30 min, 5 h 15 min and 9 h 45 min respectively. The theoretical investigation of the osmotic drying process was done via Azuara model, Hawkes/Flink model and numerical models. Good aggrement was obtained between the experimental and model predictions. It was found that, as the water content of partially dried melon slices decreased the water activity reduced and the sugar content increased, however the application method of osmotic drying (ultrasonically assisted or combined with mixing) was not effective on these values. When the comparison made due to the differences in color features, the ?a? value, especially for the samples having 75 % water content was determined to be increased.It was determined that as the water content of the melon slices decrease, the freezing time reduced and the initial freezing temperature decreased. Good agreement was obtained between experimental freezing times determined and numerical model predictions. The temperature distributions in melon slices at the final of the freezing process was foresighted by numerical models. It was concluded that as the water content of melon slices decreased the drip losses and the water activity decreased. In the addition to this, the application method applied for osmotic drying pre-treatment was determined to be statistically important on these quality attributes (p<0,05). Higher energy efficiencies for freezing of ultrasonically assisted osmotic dried melon slices was obtained