Vurgulu elektrik alan (VEA) uygulanmış siyah havucun farklı kurutma teknolojileri ile kurutulması ve bazı kalite parametrelerinin belirlenmesi
Drying of black carrot treated with pulsed electric field (PEF) using different drying technologies and determination of some quality parameters
Yazar: MEHMET İNAN
Danışman: DOÇ. DR. ALPER KUŞÇU
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında ön işlem olarak Vurgulu elektrik alan (VEA) uygulanmış siyah havuçların (Daucus carota) farklı kurutma teknolojileri kullanılarak kurutulması sonunda teknolojik ve kalitesel yönlerden etkisi incelenmiştir.
Ön işlem vurgulu elektrik alan (VEA) 24 kV enerji çıkışlı bir cihaz ile gerçekleştirilmiştir. Cihazın uygulama parametrelerinde darbe genişliği 7 μs belirlenmiştir. Vurgulu elektrik alanın gerçekleştiği plakalar arası mesafe 19 cm olarak tasarlandığından birim santimetreye düşen kuvvet (24 kV/19 cm) 1,26 kV/cm alan kuvveti olarak ön işlemler gerçekleştirilmiştir. Örneklere farklı güçlerde ön işlem için dozaj ayarlaması spesifik enerji üzerinden yapılmıştır. Uygulamada kontrol grubu haricindeki gruplara 1 kj/kg, 3 kj/kg, 6 kj/kg ve 9 kj/kg olmak üzere dört farklı enerji uygulanmıştır. Siyah havuçlar katı ürünlerin geçebileceği şekilde endüstriyel boyutta tasarlanmış bantlı bir sistemden geçirilerek ön işlem uygulanmıştır. Maksimum çalışma kapasitesi 7,5 ton/saat olan makinede 0,075 m/s bant hızıyla hammadde geçişi sağlanmıştır. Bu ön işlem sırasında gruplar arasında sadece spesifik enerji değerlerinde değişim yapılmıştır.
Ön işlemden geçirilen siyah havuçlar 4 mm kalınlığında kesilerek üç farklı kurutma teknolojisi ile kurutulmuştur. Kurutma teknolojileri sıcak hava kurutma (AD), mikrodalga vakum kurutma (MWVD) ve dondurarak kurutma (FD) olarak seçilmiştir. AD işlemleri 70°C'de 1 m/s hava hızında gerçekleştirilmiştir. MWVD işlemleri 8,3 kW güçte vakum altında gerçekleştirilmiştir. Ön denemelerde farklı işlem parametreleri çalışılmıştır. Nem içeriği minimum %5'in altında olacak şekilde kurutma işlemi devam ettirilmiş ve toplam süre kaydedilmiştir. Son kurutma teknolojisi olan FD, kurutma sıcaklığı -20°C'de 0,8 mbar mutlak basınç altında gerçekleştirilmiştir. Böylelikle 1 kontrol grubu, 4 farklı ön işlem değeri ve 3 farklı kurutma teknolojisi kullanılarak toplamda 15 farklı kurutma işlemi gerçekleştirilmiştir.
Elde edilen örneklerde fizikokimyasal analizler, görünür hacim, yığın yoğunluk, gerçek hacim, gerçek yoğunluk, porozite tayini, rehidrasyon oranı tayini, toplam monomerik antosiyanin tayini, antosiyaninlerin parçalanma ölçütlerinin belirlenmesi tayini, antosiyanin profili (HPLC) tayini, toplam fenolik madde miktarı tayini, antioksidan kapasite tayini, tekstür profil analizi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) tayini, VEA ön işleminin kurutma süresine olan etki analizi, VEA ön işleminin ekstraksiyon verimi üzerine olan etki analizleri yapılmıştır.
Kurutma sonrası ürünlerde en kısa kuruma süresi MWVD ve en uzun kuruma süresi ise FD ile kurutulan gruplarda gözlemlenmiştir. Gruplar arasındaki kurutma sürelerindeki azalış VEA gücünün artmasıyla paralellik göstermektedir. VEA uygulanmamış kontrol grubundaki kurutma süreleri AD, MWVD ve FD için sırasıyla 6,68 saat, 0,55 saat ve 16,95 saat olarak ölçülmüştür. Uygulanan VEA ön işlemlerinin artışıyla birlikte her 3 farklı kurutma teknolojisinde kurutma sürelerinde düşüşler olduğu gözlemlenmiştir. Ön işlem olarak uygulanan 1,-3,-6 ve 9 kj/kg güçlerdeki kurutma sürelerindeki düşüş yüzdeleri AD için sırasıyla %5,86,- %8,35,- %10,22,- %11,47, MWVD için sırasıyla %9,09,- %9,09,- %21,21,- %24,24 ve FD için sırasıyla %14,16,- %20,26,- %21,14,- %25,47 olarak hesaplanmıştır. Kurutma süresindeki en yüksek azalma VEA 9 kj/kg uygulanmış olan FD grubunda %25,47 olarak hesaplanmıştır.
Örneklerin rehidrasyon oranları %351-%721,9 aralığında ölçülmüştür. En düşük rehidrasyon oranları sırasıyla %351 ve %382 olarak, VEA-1 MWVD ve VEA-3 AD örneklerinde ölçülmüştür. En yüksek rehidrasyon oranı ise %721,9 ile FD örneklerinde ölçülmüştür. Gözeneklilik miktarı en fazla FD örneklerinde tespit edildiğinden, en yüksek rehidrasyon oranı FD örneklerinde ölçülmüştür.
En düşük antosiyanin miktarı VEA-9 AD, VEA-9 MWVD ve VEA-6 MWVD örneklerinde sırasıyla 37,57, 47,31, 50,10 mg/100 g; en yüksek Antosiyanin miktarı VEA-3 FD, VEA-1 FD ve VEA-0 FD örneklerinde sırasıyla 146,12, 143,33 ve 140,55 mg/100 g km olarak tespit edilmiştir.
DPPH değeri en düşük VEA-9 AD, VEA-9 MWVD ve VEA-9 FD örneklerinde sırasıyla %16,07, %20,2 ve %23,26; en yüksek VEA-0 FD, VEA-0 MWVD ve VEA-0 AD örneklerinde sırasıyla %55,14, %48,9 ve %46,17 olarak belirlenmiştir.
Toplam fenolik madde miktarı (TFMM) en düşük VEA-9 MWVD, VEA-9 AD ve VEA-6 MWVD örneklerinde sırasıyla 86,80, 96,94 ve 174,93 mg GAE/100 g km; en yüksek VEA-0 MWVD, VEA-0 FD ve VEA-1 FD örneklerinde sırasıyla 476,76, 452,58 ve 422,17 mg GAE/100g olarak belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Siyah Havuç, Vurgulu Elektrik Alan, Mikrodalga Vakum Kurutma, Konvansiyonel Kurutma, Dondurarak Kurutma.

Abstract:
In this study, the technological and quality effects of drying black carrots (Daucus carota), to which Pulsed Electric Field (PEF) was applied as a pre-treatment, using different drying technologies were examined.
Pretreatment was performed with a pulsed electric field (PEF) device with 24 kV power output. Pulse width was determined as 7 μs in the application parameters of the device. Since the distance between the plates where the pulsed electric field occurs is designed as 19 cm, the field strength per unit centimetre (24 kV/19 cm) is 1.26 kV/cm. Dosage adjustment for pretreatment of the samples at different strengths was made over specific energy. In the application, four different energies, 1 kj/kg, 3 kj/kg, 6 kj/kg and 9 kj/kg, were applied to the groups except the control group. Black carrots were pre-treated by passing through a belt system designed in industrial size so that solid products can pass through. In the machine with a maximum working capacity of 7,5 tons/hour, raw materials were passed with a belt speed of 0.075 m/s. During this pre-treatment, only specific energy values were changed between the groups.
The pretreated black carrot was cut into 4 mm thick slices and dried with three different drying technologies. The drying technologies were hot air drying (AD), microwave vacuum drying (MWVD) and freeze drying (FD). AD processes were carried out at 70°C at an air velocity of 1 m/s. MWVD processes were carried out under vacuum at 8.3 kW power. Different process parameters were studied in preliminary trials. The drying process was continued with a minimum moisture content below 5% and the total time was recorded. The last drying technology, FD, was carried out at a drying temperature of -20°C under an absolute pressure of 0.8 mbar. As a result, a total of 15 different drying processes were carried out using 1 control group, 4 different pretreatment values and 3 different drying technologies.
Physicochemical analysis of the samples obtained, determination of apparent volume, bulk density, real volume, real density, porosity, determination of rehydration rate, determination of total monomeric anthocyanins, determination of anthocyanin degradation criteria, determination of anthocyanin profile (HPLC), Total phenolic content determination, antioxidant capacity determination, texture profile analysis, scanning electron microscopy (SEM) determination, effect of PEF pretreatment on drying time, effect of PEF pretreatment on extraction yield were analyzed.
After drying, the shortest drying time was observed in the MWVD and the longest drying time was observed in the groups dried with FD. The decrease in drying times between the groups is in parallel with the increase in VEA power. Drying times in the control group without VEA were 6.68 hours, 0.55 hours and 16.95 hours for AD, MWVD and FD, respectively. It was observed that drying times decreased in all 3 different drying technologies with the increase of PEF pretreatments applied. The percentages of decrease in drying times at 1,-3,-6 and 9 kj/kg power applied as pretreatment were calculated as 5.86%, 8.35%, 10.22%, 11.47% for AD, 9.09%, 9.09%, 21.21%, 24.24% for MWVD and 14.16%, 20.26%, 21.14%, 25.47% for FD, respectively. The highest reduction in drying time was calculated as 25.47% in the FD group with VEA 9 kj/kg.
The rehydration rates of the samples were measured in the range of 351%-721.9%. The lowest rehydration rates were 351% and 382% in VEA-1 MWVD and VEA-3 AD samples, respectively. The highest rehydration rate was measured in FD samples with 721.9%. Since the highest amount of porosity was detected in FD samples, the highest rehydration rate was measured in FD samples.
The lowest anthocyanin content was 37.57, 47.31, 50.10 mg/100 g dm in PEF-9 AD, PEF-9 MWVD and PEF-6 MWVD samples, respectively; the highest anthocyanin content was 146.12, 143.33 and 140.55 mg/100 g dm in PEF-3 FD, PEF-1 FD and PEF-0 FD samples, respectively.
The lowest DPPH values were 16.07%, 20.2% and 23.26% in PEF-9 AD, PEF-9 MWVD and PEF-9 FD samples, respectively; the highest values were 55.14%, 48.9% and 46.17% in PEF-0 FD, PEF-0 MWVD and PEF-0 AD samples, respectively.
The lowest total phenolic content (TFMM) was 86.80, 96.94 and 174.93 mg GAE/100 g dm in PEF-9 MWVD, PEF-9 AD and PEF-6 MWVD samples, respectively; the highest was 476.76, 452.58 and 422.17 mg GAE/100 g dm in PEF-0 MWVD, PEF-0 FD and PEF-1 FD samples, respectively.
Keywords: Black Carrot, Pulsed Electric Field, Microwave Vacuum Drying, Conventional Drying, Freeze Drying.