ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ Bekir YELMEN POLİETİLEN YÜKSEK TÜNEL SERA TİPİ KURUTUCUDA BAHARATLIK KIRMIZIBİBERİN KURUTULMASI TARIM MAKİNALARI ANABİLİM DALI ADANA, 2010

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ POLİETİLEN YÜKSEK TÜNEL SERA TİPİ KURUTUCUDA BAHARATLIK KIRMIZIBİBERİN KURUTULMASI Bekir YELMEN DOKTORA TEZİ TARIM MAKİNALARI ANABİLİM DALI Bu tez.../.../... Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir.... Prof. Dr. Serdar ÖZTEKİN Prof. Dr. Ali BAŞÇETİNÇELİK Doç. Dr. H. Hüseyin ÖZTÜRK DANIŞMAN ÜYE ÜYE.. Doç. Dr. Yurtsever SOYSAL ÜYE.. Yrd. Doç. Dr. Asiye AKYILDIZ ÜYE Bu tez Enstitümüz Tarım Makinaları Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. İlhami YEĞİNGİL Enstitü Müdürü Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğraflann kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ DOKTORA TEZİ POLİETİLEN YÜKSEK TÜNEL SERA TİPİ KURUTUCUDA BAHARATLIK KIRMIZIBİBERİN KURUTULMASI Bekir YELMEN ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TARIM MAKİNALARI ANABİLİM DALI Danışman :Prof. Dr. Serdar ÖZTEKİN Yıl: 2010, Sayfa: 159 Jüri :Prof. Dr. Serdar ÖZTEKİN Prof. Dr. Ali BAŞÇETİNÇELİK Doç.Dr. H. Hüseyin ÖZTÜRK Doç.Dr. Yurtsever SOYSAL Yrd.Doç.Dr.Asiye AKYILDIZ Kahramanmaraş ta yürütülen bu çalışmada işletme ölçeğinde polietilen yüksek tünel bir serada baharatlık kırmızıbiberin kurutulması araştırılmıştır. Denemede kullanılan kırmızıbiber sapı çekilip, ikiye ayrılarak, tohum yuvası temizlendikten sonra kurutulmuştur. Kurutulan materyal düşey yönde 30 cm aralıklarla dizilmiş olan raflara 2, 3, 4 ve 5 kg/m 2 yoğunluklarda serilmiştir. Kurutmaya raflara serilen materyalin kütlesinde beşte birlik bir azalma sağlanıncaya kadar devam edilmiştir. Ürüne fiziksel bağlı suyun uzaklaştırıldığı ilk kuruma evresinde sera içinde daha hızlı bir kuruma sağlanmıştır. Bu süre kurumanın ilk beş ile altı saatlik bölümüne denk gelir. Gün içinde en hızlı kuruma ile saatleri arasında gerçekleşmekte ve ortam sıcaklığı o C ye kadar yükselmektedir. Kuruma süresi açısından serada kurutulan kırmızıbiber, dış ortamda doğrudan güneş altında kurutulan ürüne göre birkaç saat daha kısa sürede kurumaktadır. Serada kurutulan ürünün en önemli üstünlüğü; dış ortamdan yalıtılmış bir ortamda temiz olarak kurutulmuş olmasıdır. Bu yolla dış ortamdan kaynaklanan her türlü bulaşma olasılığı ortadan kaldırılmış olur. Serada yapılan kurutmanın diğer önemli bir üstünlüğüde iç ortamda sıcaklığın 60 o C ye kadar yükselmesidir. Bu sıcaklık yükselmesi kırmızıbiber depolama zararlılarının dezenfeksiyonuna önemli bir katkı sağlar. Teknik olarak ısı toplama biriminin veriminin arttırılması, sera içinde daha tekdüze hava dağılımının ve ısı korunumunun sağlanması kurutma sürecine ve kapasiteye olumlu etki yapması beklenir. Bu araştırmadan elde edilen sonuçların uygulamada iyi bir işletme yönetimi ile desteklenmesi uygun olur. Anahtar Kelimeler: Kırmızıbiber, kurutma, sera tipi kurutucu I

4 ABSTRACT PhD. THESIS DRYING OF SPICE RED CHILI PEPPER IN POLYETHYLENE HIGH TUNNEL HOTHOUSE Bekir YELMEN DEPARTMENT OF AGRICULTURAL MACHINERY INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF CUKUROVA Supervisor : Prof. Dr. Serdar ÖZTEKİN Year: 2010, Pages: 159 Jury : Prof. Dr. Serdar ÖZTEKİN Prof. Dr. Ali BAŞÇETİNÇELİK Assoc. Prof. Dr. Hasan Hüseyin ÖZTÜRK Assoc. Prof. Dr. Yurtsever SOYSAL Asst. Prof. Dr. Asiye AKYILDIZ In this study a farm scale polyethylene high tunnel hothouse placed in Kahramanmaraş was used to dry spice red chili pepper. For drying purpose first the green stem and core were removed manually and the material was split into two pieces. Drying facilities in greenhouse consists of five rows of shelves spaced 30 cm in vertical direction. The fleshes of red chili peppers were homogeneously spread on the shelves as a thin layer by a density of 2, 3, 4 and 5 kg/m 2, respectively. Drying was continued until the crop mass on trays decreases until one fifth. As a result it was found that the drying rate in the first period of drying was very fast in hothouse where the physical bound moisture was removed. This period corresponds to the first five to six hours of drying. The fastest drying was obtained between and hours where the air temperature in hothouse rises till to C during the day. In terms of drying time solar dried red chili pepper was dried few hours shorter than that in sun dried crop. The main advantage of hothouse is the drying of red chili pepper in clean, sealed atmosphere where the risk of infestation could be easily eliminated. Another important advantage of hothouse is the temperature increase till to 60 ºC. This temperature rise will certainly contribute to disinfection of storage pests of red chili pepper. To improve the efficiency of solar collector and to distribute the air homogeneously in hothouse will certainly contribute the drying process and capacity. The experiences gained from this research should be supported by management skills in practice. Keywords: Red Chili Pepper, drying, hothouse II

5 TEŞEKKÜR Ülkemizde Güneydoğu Anadolu bölgesinde üretilen baharatlık kırmızıbiberin hasadı ve depolanması evresinde karşılaşılan sorunlar nedeniyle ürünün baharat olarak değerlendirilmesinde hem maliyet, hem de nitelik yönünden önemli sorunlarla karşılaşıldığı bilinmektedir. Bu konuda yapılan yoğun araştırma ve yayım çalışmalarına karşın pek çok üreticinin kırmızıbiberi halen doğrudan zemine sererek güneşte kuruttuğuna tanık olunmaktadır. Üreticilerin bitkisel üretimden aşina olduğu basit yüksek tüneli kırmızıbiberin kurutulmasında kullanılması düşüncesi uygulamada karşılaşılan bu sorunlara bir seçenek olarak öngörülmüştür. Çevre dostu polietilen yüksek tünel kurutucunun tek ayrıcalığı ayrı bir güneş ısısını toplama birimine sahip olması, dolayısıyla sera içindeki sıcaklığın bu yolla bir miktar daha yükseltilmesidir. Bu araştırmanın kurgulanması, organizasyonu, yürütülmesi ve sonuçların değerlendirilmesine kadar geçen her aşamada yardımlarını esirgemeyen danışman hocam Prof. Dr. Serdar ÖZTEKİN e teşekkürlerimi sunarım. Sera tipi kurutucuyu tahsis eden Tartes firmasını temsilen Prof. Dr. Gazanfer Harzadın a, seranın kurulması için yer ve ürün tahsis eden Kahramanmaraş Tarımsal Araştırma Enstitüsüne, araştırmanın çeşitli aşamalarında bölüm olanaklarından yararlanmamı sağlayan Tarım Makinaları Bölüm Başkanlığı na, kurutucunun montajında yardımcı olan değerli arkadaşım Bekir Köken e ve Tarım Makinaları Bölümünün değerli öğretim elemanları ile idari personeline, her zaman yanımda olan değerli aileme, teşekkür ederim. Bekir YELMEN III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ... I ABSTRACT... I TEŞEKKÜR... III İÇİNDEKİLER...IV ÇİZELGELER DİZİNİ... VIII ŞEKİLLER DİZİNİ... X SİMGELER VE KISALTMALAR... XIV 1. GİRİŞ Kırmızıbiber Bitkisinin Genel Özellikleri Bitkisel Özellikler Üretim Özellikleri Biber Yetiştiriciliği Kullanım Özellikleri Baharatlık Kırmızı Biber Açısından Kurutmanın Önemi Kurutucuların Sınıflandırılması Tarım Ürünlerinin Kurutulmasında Güneş Enerjisinden Yararlanılması Güneş Enerjili Doğal Konveksiyonlu Kurutucular Güneş Enerjili Zorlanmış Konveksiyonlu Kurutucular Güneş Enerjili Kurutucularda Tasarım Değişkenleri Çalışmanın Amacı ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR MATERYAL VE METOD Materyal Bitkisel Materyal Kurutma Ortamı Yüksek Plastik Tünel Tipi Raflı Kurutucu Ölçüm Cihazları Sıcaklık ve Nem Ölçme-Kaydetme Sistemleri Anemometre IV

7 Elektronik Terazi Renk Ölçer Metod Kırmızıbiber Nem İçeriğinin Belirlenmesi Kurutma Hızının Belirlenmesi Kütle Kesri Değişiminin Belirlenmesi Renk Ölçümlerinin Yapılması Kuruma Eğrilerinin Matematiksel Modellemesi Verim Hesapları Havalı Güneş Toplacı Veriminin Hesaplanması Kurutma Odası ve Sistemin Kurutma Veriminin Hesaplanması Kurutucuların Teknik ve Ekonomik Performans Faktörlerinin Belirlenmesi Kurutucuların Teknik Performans Faktörlerinin Belirlenmesi Kurutucuların Ekonomik Performans Faktörlerinin Belirlenmesi BULGULAR VE TARTIŞMA Birinci Dönemde ( )Yapılan Denemeler Birinci Dönemde 2 kg/m 2 Ürün Yoğunluğunda Yapılan Kurutma Denemesi Birinci Dönemde 3 kg/m 2 Ürün Yoğunluğunda Yapılan Kurutma Denemesi Birinci Dönemde 4 kg/m 2 Ürün Yoğunluğunda Yapılan Kurutma Denemesi Birinci Dönemde 5 kg/m 2 Ürün Yoğunluğunda Yapılan Kurutma Denemesi İkinci Dönemde ( )Yapılan Denemeler İkinci Dönemde 2 kg/m 2 Ürün Yoğunluğunda Yapılan Kurutma Denemesi V

8 İkinci Dönemde 3 kg/m 2 Ürün Yoğunluğunda Yapılan Kurutma Denemesi İkinci Dönemde 4 kg/m 2 Ürün Yoğunluğunda Yapılan Kurutma Denemesi İkinci Dönemde 5 kg/m 2 Ürün Yoğunluğunda Yapılan Kurutma Denemesi Üçüncü Dönemde ( )Yapılan Denemeler Üçüncü Dönemde 2 kg/m 2 Ürün Yoğunluğunda Yapılan Kurutma Denemesi Üçüncü Dönemde 3 kg/m 2 Ürün Yoğunluğunda Yapılan Kurutma Denemesi Kütle Kesri Değişimine İlişkin Bulgular Kırmızıbiber Renk Değişimine İlişkin Bulgular Kuruma Eğrilerinin Matematiksel Modellemesine İlişkin Bulgular Toplaç ve Kurutucu Verim Hesapları Kurutucuların Teknik ve Ekonomik Performanslarına İlişkin Bulgular Kurutucuların Teknik Performanslarına İlişkin Bulgular Kurutucuların Ekonomik Performanslarına İlişkin Bulgular SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ EKLER EK EK EK EK EK VI

9 VII

10 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge Yılı Verilerine Göre Dünyada Başlıca Kırmızıbiber Üretimi Yapan Ülkeler... 2 Çizelge 1.2. Türkiye de Kırmızıbiber Üretimi... 2 Çizelge 1.3. Uygulamalarda Yer Alan Kurutucular ve Özellikleri... 7 Çizelge 2.1. Tünel Tipi Aktif Güneşli Kurutucuda Alınan Sonuçlar Çizelge 2.2. Farklı Ürünlerde Kuruma Parametrelerinin Değişimi Çizelge 2.3. Sera Tipi Aktif Kurutucuda Papatya Kurutulmasına İlişkin Bazı Parametreler Çizelge 3.1. Kahramanmaraş İlinin 2007 Yılı Bazı Meteoroloji Değerleri Çizelge 4.1. Birinci Dönemde 2 kg/m 2 lik Ürün Yoğunluğunda Elde Edilen Yığılmalı Kütle Kaybı (%) Değerlerine Ait Sütunlar Arası Duncan Testi Sonuçları Çizelge 4.2. Birinci Dönemde 3 kg/m 2 lik Ürün Yoğunluğunda Elde Edilen Yığılmalı Kütle Kaybı (%) Değerlerine Ait Sütunlar Arası Duncan Testi Sonuçları Çizelge 4.3. Birinci Dönemde 4 kg/m 2 lik Ürün Yoğunluğunda Elde Edilen Yığılmalı Kütle Kaybı (%) Değerlerine Ait Sütunlar Arası Duncan Testi Sonuçları Çizelge 4.4. Birinci Dönemde 5 kg/m 2 lik Ürün Yoğunluğunda Elde Edilen Yığılmalı Kütle Kaybı (%) Değerlerine Ait Sütunlar Arası Duncan Testi Sonuçları Çizelge 4.5.İkinci Dönemde 2 kg/m 2 lik Ürün Yoğunluğunda Elde Edilen Yığılmalı Kütle Kaybı (%) Değerlerine Ait Sütunlar Arası Duncan Testi Sonuçları Çizelge 4.6. İkinci Dönemde 3 kg/m 2 lik Ürün Yoğunluğunda Elde Edilen Yığılmalı Kütle Kaybı (%) Değerlerine Ait Sütunlar Arası Duncan Testi Sonuçları VIII

11 Çizelge 4.7. İkinci Dönemde 4 kg/m 2 lik Ürün Yoğunluğunda Elde Edilen Yığılmalı Kütle Kaybı (%) Değerlerine Ait Sütunlar Arası Duncan Testi Sonuçları Çizelge 4.8. İkinci Dönemde 5 kg/m 2 lik Ürün Yoğunluğunda Elde Edilen Yığılmalı Kütle Kaybı (%) Değerlerine Ait Sütunlar Arası Duncan Testi Sonuçları Çizelge 4.9. Üçüncü Dönemde 2 kg/m 2 lik Ürün Yoğunluğunda Elde Edilen Yığılmalı Kütle Kaybı (%) Değerlerine Ait Sütunlar Arası Duncan Testi Sonuçları Çizelge Üçüncü Dönemde 3 kg/m 2 lik Ürün Yoğunluğunda Elde Edilen Yığılmalı Kütle Kaybı (%) Değerlerine Ait Sütunlar Arası Duncan Testi Sonuçları Çizelge Birinci Dönemde 2 kg/m 2 lik Ürün Yoğunluğunda Kurutulan Kırmızıbiberde Renk Parametreleri Çizelge İkinci Dönemde 2 kg/m 2 lik Ürün Yoğunluğunda Kurutulan Kırmızıbiberde Renk Parametreleri Çizelge 4.13.Birinci Dönemde Hasat Edilen Kırmızıbiberin Kurutma İşlemlerine İlişkin Kullanılan Model Eşitliklerin Analiz Sonuçları Çizelge 4.14.İkinci Dönemde Hasat Edilen Kırmızıbiberin Kurutma İşlemlerine İlişkin Kullanılan Model Eşitliklerin Analiz Sonuçları Çizelge Üçüncü Dönemde Hasat Edilen Kırmızıbiberin Kurutma İşlemlerine İlişkin Kullanılan Model Eşitliklerin Analiz Sonuçları Çizelge Birinci Dönemde Ulaşılan Teknik Performans Değerleri Çizelge İkinci Dönemde Ulaşılan Teknik Performans Değerleri Çizelge Üçüncü Dönemde Ulaşılan Teknik Performans Değerleri Çizelge Birinci Dönemde Ulaşılan Ekonomik Performans Değerleri Çizelge İkinci Dönemde Ulaşılan Ekonomik Performans Değerleri Çizelge Üçüncü Dönemde Ulaşılan Ekonomik Performans Değerleri IX

12 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 1.1. Kırmızıbiber bitkisi... 1 Şekil 1.2. Türkiye nin kuru kırmızıbiber ihracatı... 3 Şekil 1.3. Kırmızıbiberin dış ortamda doğrudan güneşte kurutulması... 5 Şekil 1.4. Tarım ürünlerinin kurutulmasında güneş enerjisinin kullanılma yöntemleri... 8 Şekil 1.5. Kabin tipi aktif ve pasif güneşli kurutucular... 9 Şekil 1.6. Çadır yapılı, pasif tip güneşli kurutucu Şekil 1.7. Kabin tipi güneşli kurutucu Şekil 1.8. Teraslı kabin tipi güneşli kurutucu Şekil 1.9. Raflı tip güneşli kurutucu Şekil Çok amaçlı güneşli kurutucunun ana yapısı Şekil Isı deposu olan bacalı-raflı güneşli kurutucu Şekil Fanlı tip güneşli kurutucu Şekil Aktif güneşli kurutucu Şekil Sulu ısı deposuna sahip güneşte kurutma yapan kurutucu Şekil 2.1. Hohenheim tipi güneşli kurutucu Şekil 2.2. Sera tipi aktif kurutucu Şekil 2.3. Tünel tipi kurutucu Şekil 2.4. Ananas kurutmak için kullanılan tünel tipi kurutucu Şekil 2.5. Tünel kurutucunun şematik görünümü Şekil 2.6. Kurutma işleminde kullanılan güneşli tünel kurutucu Şekil 2.7. Doğal dolaşımlı sera tipi ürün kurutucuları Şekil 2.8. Güneşli tünel kurutucu görünümü Şekil 3.1. Yüksek plastik tünel tipi güneş enerjili raflı kurutucunun montaj şeması 38 Şekil 3.2.Yüksek plastik tünel tipi güneş enerjili raflı kurutucunun montajresimleri 39 Şekil 3.3. Ürün kurutma rafları Şekil 3.4. Kurutma süresince dış ortamda ve yüksek plastik tünel tipi kurutucudaki sıcaklık ve bağıl nem ölçüm cihazları X

13 Şekil 3.5. Hava hızını ölçmek için kullanılan Velocicalc plus marka bir anemometre Şekil 3.6. Elektronik Terazi Şekil 3.7. Renk Ölçer Şekil 3.8. L*a*b* renk uzayının şematik görünümü Şekil 4.1. Birinci dönemde 2 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen sıcaklık, güneş ışınım, bağıl nem, kuruma hızı ve ürün nemi değerleri Şekil 4.2. Birinci dönemde 3 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen sıcaklık, güneş ışınım, bağıl nem, kuruma hızı ve ürün nemi değerleri Şekil 4.3. Birinci dönemde 4 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen sıcaklık, güneş ışınım, bağıl nem, kuruma hızı ve ürün nemi değerleri Şekil 4.4. Birinci dönemde 5 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen sıcaklık, güneş ışınım, bağıl nem, kuruma hızı ve ürün nemi değerleri Şekil 4.5. İkinci dönemde 2 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen sıcaklık, güneş ışınım, bağıl nem, kuruma hızı ve ürün nemi değerleri Şekil 4.6. İkinci dönemde 3 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen sıcaklık, güneş ışınım, bağıl nem, kuruma hızı ve ürün nemi değerleri Şekil 4.7. İkinci dönemde 4 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen sıcaklık, güneş ışınım, bağıl nem, kuruma hızı ve ürün nemi değerleri Şekil 4.8. İkinci dönemde 5 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen sıcaklık, güneş ışınım, bağıl nem, kuruma hızı ve ürün nemi değerleri XI

14 Şekil 4.9. Üçüncü dönemde 2 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen sıcaklık, güneş ışınım, bağıl nem, kuruma hızı ve ürün nemi değerleri Şekil Üçüncü dönemde 2 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen sıcaklık, güneş ışınım, bağıl nem, kuruma hızı ve ürün nemi değerleri Şekil Birinci dönem 2 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen kırmızıbiberin kütle kesri oranı değerleri Şekil Birinci dönem 3 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen kırmızıbiberin kütle kesri oranı değerler Şekil Birinci dönem 4 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen kırmızıbiberin kütle kesri oranı değerler Şekil Birinci dönem 5 kg/m 2 lik ürün yoğunluğu için yapılan denemede kaydedilen kırmızıbiberin kütle kesri oranı değerler Şekil Birinci dönem 2 kg/m 2 lik ürün yoğunluğunda kurutulan kırmızıbiberin taze ve kurutmadan sonraki parlaklık (L*), kırmızılık (a*) ve sarılık (b*) değerleri Şekil İkinci dönem 2 kg/m 2 lik ürün yoğunluğunda kurutulan kırmızıbiberin taze ve kurutmadan sonraki parlaklık (L*), kırmızılık (a*) ve sarılık (b*) değerleri XII

15 XIII

16 SİMGELER VE KISALTMALAR Simge Açıklama Birimi a,k, m,n,b,c,k,l Kuruma modelinin sabit sayıları - a* Rengin kırmızılığı (+) ya da yeşilliği (-) boyutsuz b* Rengin sarılığı (+) ya da maviliği (-) boyutsuz C* Renk kroma boyutsuz L* Parlaklık boyutsuz M Yaş baza göre nem içeriği % m Toplam kütle kg RSS Kalanların kareleri toplamı - R 2 Belirtme katsayısı - SEE Tahminin standart hatası - t Kuruma zamanı saat T Sıcaklık C α Renk tonu η d Kurutucu verimi % η c Kolektör verimi % Q a Kolektörden kurutma havasına aktarılan enerji W Q c Kolektör yüzeyine gelen toplam gün.ener. W Q R2 İkinci ısı kaynağından sağlanan ilave enerji kwh veya J A Kolektör yüzey alanı m 2 I c Kolektöre gelen anlık güneş ışınım yoğ. W/m 2 I y Yer yüzeyine gelen anlık güneş ışınım yoğ. W/m 2 m a Kütlesel hava akış hızı kg [hava]/h C p Havanın özgül ısısı kj/kg 0 C T Kolektör giriş ve çıkış sıcaklığı değişimi C m w Üründen buharlaştırılan su miktarı kg L Suyun buharlaşma gizli ısısı MJ/kg XIV

17 Simge Açıklama Birimi P f Fanın tükettiği enerji miktarı kwh veya J ρ Nemli havanın özgül hacmi m 3 / kg T a Kolektör girişindeki hava sıcaklığı C T i Kurutma odası girişindeki hava sıcaklığı C T 0 Kurutma odası çıkışındaki hava sıcaklığı C RH a Kolektör girişindeki havanın bağıl nemi % RH i Kurutma odası girişindeki havanın bağıl nemi % RH 0 Kurutma odası çıkışındaki havanın bağıl nemi % Q e Ürün nemini buharlaştırmak için harcanılan ısı kj C i Kurutucu giriş havasının özgül ısısı kj/kg C C o Kurutucu çıkış havasının özgül ısısı kj/kg C T i Kurutucu giriş havası sıcaklığı C T 0 Kurutucu çıkış havası sıcaklığı C v Hava debisi m 3 /s Q t Kurutucuya verilen toplam enerji kj Q h Kurutucuya verilen toplam ısı enerjisi kj P e Kurutucu elektrik enerjisi tüketimi kw f Elektrik motoru güç faktörüdür f = 0,75 Q s Kurutucu özgül ısı enerjisi tüketimi kj/kg su G Buharlaştırılan su kütlesi kg P s Kurutucu özgül elektrik enerjisi tüketimi kj/kg su T m Karışım havasının sıcaklığı C N p Kurutma sisteminin net şimdiki değeri $ C sp Kurutma sisteminin şimdiki değeri $ C n Klasik geri ödeme süresi yıl A Yıllık nakit akışı $/yıl M ks Kurutulan kırmızıbiberlerin kütle kesri değişim - M t Kırmızıbiberlerin tartım anlarındaki kütlesi kg M o Kurutulan kırmızı biberlerin başlangıçtaki küt. kg ANO Ayrılabilir nem oranı - XV

18 1.GİRİŞ Bekir YELMEN 1. GİRİŞ 1.1. Kırmızıbiber Bitkisinin Genel Özellikleri Bitkisel Özellikler Kırmızıbiber, patlıcangiller (Solanaceae) familyasının Capsicum cinsine bağlı, ılıman iklimlerde bir yıllık olarak yetişen bir kültür bitkisidir (Şekil 1.1). Biber bitkisinin çeşitlere göre farklılık göstermekle birlikte, uzunca oval biçimli ve kenarları düz olan yapraklarının rengi farklı yeşil tonlarında olur. Yaz aylarında açan küçük çiçekleri, beyaz ve ender olarak menekşe rengindedir. Biber meyveleri renk, biçim, büyüklük ve tat bakımından türlerine göre büyük farklılıklar gösterir. Meyvenin içindeki kirli beyaz renkli ufak tohumlar bir boşlukla meyve kabuğundan ayrılır. Şekil 1.1. Kırmızıbiber bitkisi (Karaaslan, 2008) Üretim Özellikleri Günümüzde Antarktika hariç bütün kıtalarda yaygın olarak üretilen taze kırmızıbiberin 2005 dünya üretimi 24 milyon tona ulaşmıştır. En büyük üretici ülke 1

19 1.GİRİŞ Bekir YELMEN Çin olup, bunu 1.9 milyon ton ile Meksika, 1.7 milyon ton ile de Türkiye izlemektedir (Çizelge 1.1). Türkiye, dünya biber üretiminde bazı yıllar Çin den sonra ikinci sırada, bazı yıllar da ise Meksika ile yer değiştirerek üçüncü sırada yer almaktadır. Türkiye taze biber üretiminde dünyada üçüncü sırayı almasına ve tek başına dünya biber üretiminin % 8 ini karşılamasına karşılık, dünya işlenmiş biber üretiminde ne yazık ki iyi bir konumda olmayıp, yalnızca % 3 lük bir paya sahiptir (FAO, 2006). Çizelge Yılı Verilerine Göre Dünyada Başlıca Kırmızıbiber Üretimi Yapan Ülkeler (FAO, 2006) Kırmızıbiber Ekim Alanı Üretim Verim (ha) (t) (t/ha) Çin ,95 Meksika ,38 Türkiye ,31 İspanya ,14 ABD ,10 Nijerya ,91 Dünya ,62 Ülkemizde baharatlık acı kırmızı biber (Capsicum annum L.) üretimi Güneydoğu Anadolu bölgesinde; Kahramanmaraş, Gaziantep ve Şanlıurfa illerinde yoğunlaşmıştır (Çizelge 1.2). Çizelge 1.2. Türkiye de Kırmızıbiber Üretimi (Akbay ve Candemir, 2006) İller Üretim Alanı Üretim (ha) Miktarı (ton) Gaziantep Kahramanmaraş Kilis Aydın Hatay

20 1.GİRİŞ Bekir YELMEN Türkiye nin kurutulmuş kırmızıbiber ihracatı yılları arasında ton arasında değişmektedir (Şekil 1.2). Bu ihracat miktarları karşılığında 3 6 milyon $ arasında değişen miktarlarda döviz geliri elde edilmiştir. Şekil 1.2. Türkiye nin kuru kırmızıbiber ihracatı (FAO, 2006) Biber Yetiştiriciliği Biberin optimal sıcaklık isteği C'dir. Tohumların çimlenmesi için minimum sıcaklık 8-10 C'dir. Bitkiler 5 C'ye kadar yaşamsal fonksiyonlarını sürdürebilir. Yalnız 8 C'den sonra çiçek tomurcuklarının oluşumu durur. Bitkilerde 0 C'de donma ve altındaki sıcaklıklarda ölüm meydana gelir. 35 C'nin üstündeki sıcaklıklarda bitki gelişmesi ve büyümesi yavaşlar. 45 C'de büyüme tamamen durur. Yüksek sıcaklıklarda meyvelerde acılaşma başlar. Genelde toprak istekleri fazla değildir. Kökler narin yapıda olduklarından ağır, killi, havasız, su tutan topraklarda yetişmez. Buna karşın kumlu topraklarda, su ve besin maddesi temin edildiğinde sonuç olumludur. Biberler tınlı-kumlu, hafif tınlı-killi, organik maddesi zengin topraklar üzerinde en iyi gelişmeyi ve verimi sağlar. En uygun toprak ph 'sı tur (Anonymous, 2006). 3

21 1.GİRİŞ Bekir YELMEN Biber yetiştiriciliğinin temelinde fide yetiştiriciliği yer almaktadır. Fide yetiştiriciliği sıcak, ılık yastıklarda ve seralarda yapılır. Fideler, 1-2 gerçek yapraklı olduğu dönemde, 4-6 cm üzerinden seyreltilir. 7-8 yapraklı olduğu dönemlerde esas yerlerine dikilmek üzere çıkartılır. Çıkartmadan 1-2 gün önce yastık sulanır. Sıra arası ve üzerinden toprak kesilerek ve fide küreği ile fidelerin köklerindeki topraklar dökülmeden ve kökleri gevşetilmeden alınıp kasalara yerleştirilir. Dikim yerine itina ile taşınır. Sonra açılan çukurlara dikilir. Biber bitkisi toprağının nemli olmasını ister. İyi gelişmesi ve ürün veriminin yüksek olması için düzenli olarak sulanması gerekir (Sarı, 2002). Tohumlarının ekiminden hasat edilmeye başlanmasına kadar geçen süresi 18 hafta olan biber bitkisi, bölge koşullarına göre Mayıs-Haziran aylarından başlanarak hasat edilir. Çok verimli bir bitki olan biber, hasat edildikçe yeni ürünler verir. Bakım ve sulama işlemleri düzenli olarak sürdürülürse, bitki 5-6 ay süreyle ürün vermektedir. Biberler elle toplanarak hasat edilirler. Kırmızı toz biber elde edilmek isteniyorsa, biberler tümüyle kızarana kadar bitkinin üzerinde bırakılır Kullanım Özellikleri Askorbik asit ve karoten içeriği yönünden zengin olan kırmızıbiber baharat, yem katkı maddesi ve antibiyotik hammaddesi olarak kullanılır. Bunun yanında yemeklerde, salatalarda, turşularda, sos yapımında, salça üretiminde ve konserve içeriğinde baharat olarak kullanılmaktadır (Akbay ve ark., 2005). Hasat edilen baharatlık kırmızı biberin kurutma işlemi ya yol kenarlarında asfalt üzerinde veya tarım kuruluşlarının önerdiği gibi zemine serilen bez veya plastik örtüler üzerinde yapılmaktadır (Şekil 1.3). Bu nedenle ürünlere çevreden pek çok hastalık ve zararlı etmeni bulaşmakta ve hammadde olarak ürünün nitelik ve niceliğinin azalmasına neden olmaktadır. 4

22 1.GİRİŞ Bekir YELMEN Şekil 1.3. Kırmızıbiberin dış ortamda doğrudan güneşte kurutulması Baharatlık kırmızı biber üretiminde karşılaşılan sorunların başında ürünün dış ortamda kurutulması esnasında hastalık ve zararlı bulaşmasına maruz kalmasıdır. Bu bulaşıklığı oluşturan mikroorganizmalar küf mantarlarıdır. Aspergillus flavus ve Aspergillus parasiticus türleri tarafından oluşturulan toksinler ürün niteliğini düşüren, hatta bir gıda maddesi olarak tüketimini olanaksız hale getiren, sağlığa zararlı metabolitlerdir. Yapılan araştırmalar sonucu, aflatoksinlerin insan ve hayvanlarda akut aflatoksikozis, karaciğer kanseri, siroz, Reye sendromu, iç organlarda yağ dejenerasyonu, mutajenite ve nefrotoksisiteye neden oldukları saptanmıştır (Duman ve ark., 2002) Baharatlık Kırmızı Biber Açısından Kurutmanın Önemi Hasat edilen tarım ürünlerin dayanıklı hale getirilmesinde uygulanan yöntemlerin temel amacı, mikrobiyolojik ve enzimatik değişimleri kontrol altında tutmaktır. Bütün canlılar gibi mikroorganizmalar da metabolik faaliyetleri için suya gereksinim duyarlar. Ortam, nem açısından mikroorganizmalar için elverişsiz bir duruma getirilirse, diğer tüm koşullar yeterli bile olsa, mikroorganizmaların metabolik faaliyetleri ve enzimatik değişimleri kontrol altında tutmak mümkündür. 5

23 1.GİRİŞ Bekir YELMEN Hasat edilmiş ürün ekosisteminin mikroorganizmalar açısından elverişsiz duruma getirilmesi amacıyla uygulanan en yaygın yöntemlerden biriside kurutmadır. Doğal ve yapay kurutma, konusunda laboratuar ölçeğinde farklı yaklaşımların olduğu bilinmektedir (Soysal ve Öztekin, 2001). Ancak, hem birim alandan sağlanan verim artışı, hem de bu verime paralel olarak hasat makinalarının iş kapasitelerindeki artış, sadece kurutmanın değil, tüm hasat sonrası ürün işleme ve depolama stratejisinin değişen koşullara göre güncelleştirilmesini zorunlu kılmıştır. Tarım ürünlerinin kütlesel olarak kurutulmalarına olan gereksinim, önceleri sanayide farklı amaçlarla kullanılan kurutucuların tarım ürünlerine uyarlanmasıyla karşılanmıştır. Ancak, tarım ürünlerinin hasattan sonra da canlılıklarını koruması ve kurutulan bitkisel aksamların çok farklı olması, tarım ürünlerini sanayi ürünlerinden farklı kılar. Bu nedenle hem tip olarak, hem de kurutma değişkenlerinin optimizasyonu yönünden çok farklı kurutma uygulamaları gündeme gelmiştir. Bilimsel araştırmalar bir yana, uygulamada ürün nitelik ve niceliğinden en az kayıpla kurutma olanağı sağlayabilen bir sistemin yatırım ve işletme maliyetlerinin en düşük düzeyde tutulması beklenir. Çünkü uluslararası rekabet ve karşı konulmaz hale gelen küreselleşme tarım ürünlerinde fiyat artışlarını sınırlandırmaktadır. Ürünün kurutma maliyetlerindeki her artış, pazarda rekabet gücünün azalmasına neden olacak bir olumsuzluktur. Bu kapsamda, tarım ürünlerinin kurutulmasında işletme giderlerinin azaltılması için, güneş enerjisinden yararlanma düşüncesi ilk çağlardan beri uygulana gelen bir yöntemdir Kurutucuların Sınıflandırılması Kurutma işlemi ve kurutucu seçiminde dikkate alınması gereken temel etken, istenen niteliklere sahip ürünün elde edilmesinde minimum enerji tüketimi ve maksimum kuruma hızına ulaşmaktır. Nemli ve kurutulmuş malzemenin fiziksel özellikleri, kurutma işleminin başlangıcında içerdikleri nem yüzdesi, uzaklaştırılacak nem miktarı, kurutma sıcaklığı, birim zamanda kurutulacak ürün miktarı, uygulanacak işlemin sürekli veya kesikli olması, ısı geri kazanım sorunları gibi özellikler dikkate alınarak değişik kurutucu tipleri geliştirilmiştir (Güngör ve 6

24 1.GİRİŞ Bekir YELMEN Özbalta, 1997; Jayaraman ve Das Gupta, 1995). Tüm bu yöntemlere ve sanayideki özel isteklere bağlı olarak 400'ün üzerinde farklı tipte kurutucu imal edilmiş ve bunlardan 50'si ticari olarak kullanıma girmiştir (Mujumdar, 2000). Uygulamada en çok kullanılan kurutucu tipleri (Çizelge1.3)'te verilmiştir. Çizelge 1.3. Uygulamalarda Yer Alan Kurutucular ve Özellikleri ( Mujumdar, 2000) Kriter Çalışma şekli Kurutucu Tipi Kesikli (yığın), sürekli Isı transferi tipi Konveksiyon, kondüksiyon, radyasyon, elektromagnetik alan, kombine Materyalin konumu Materyalin fiziksel durumu İşletme basıncı Kurutucu akışkan Kurutma sıcaklığı Durgun, hareketli, titreşimli, dağıtılmış (dispersed), v.b. Katı, sıvı, pelte, öğütülmüş, cips, sürekli tabaka, v.b. Vakum atmosferik Hava, süper ısıtılmış buhar, uçucu gazlar Kaynama sıcaklığının altında, kaynama sıcaklığının üzerinde, donma noktasının altında Materyal ve kurutucu akışkanın birbirine göre bağıl hareketi Kurutma aşaması Kurutucuda kalma süresi Paralel, karşı, karışık, çapraz akışlı Tek aşama, çok aşama Kısa(<1min), orta (1-30 min), uzun (>30min) 1.4. Tarım Ürünlerinin Kurutulmasında Güneş Enerjisinden Yararlanılması Tarım ürünlerinin kurutulmasında güneş enerjisinin kullanılma yöntemleri Şekil 1.4 te verilmiştir. Bu kapsamda ürün ya doğrudan güneş altında kurutulabilir veya farklı yöntemlerle toplanan güneş ışınımı kapalı bir sistem içinde kurutma 7

25 1.GİRİŞ Bekir YELMEN havasının sıcaklığını yükseltmede kullanılabilir. Ürünün doğrudan güneş altında kurutulması hangi koşulda yapılırsa yapılsın, gıda güvenliği ve kalitesine dönük profesyonel beklentileri karşılaması mümkün değildir. Güneş enerjisinin bir toplaçla toplanarak kurutma ortamına iletilmesini sağlayan kurutuculara güneşli veya güneş enerjili kurutucular denir. Güneşli kurutucular kurutma havasının ürüne doğal (pasif kurutucular) ya da zorlanmış konveksiyon (aktif kurutucular) yoluyla iletilmesine göre üzere iki bölümde incelenirler. Doğal ve zorlanmış konveksiyon ilkesine göre çalışan güneşli kurutucularda güneş enerjisinin kazanıldığı toplaç ve kurutmanın yapıldığı ortam bütünleşik ayrı veya kombine özellik göstermesine göre üç alt gruba ayrılır. Bu sınıflandırma kapsamında uygulamada kullanılan aktif ve pasif kurutucularda kabin veya sera tipi yapılar tercih edilmektedir. Şekil 1.4. Tarım ürünlerinin kurutulmasında güneş enerjisinin kullanılma yöntemleri (Mujumdar, 1997) Şekil 1.5 te kabin tipi aktif ve pasif kurutucuların şematik resmi görülmektedir. Pasif tip güneşli kurutuculara, çadır, güneş kabinleri, seralar ve baca 8

26 1.GİRİŞ Bekir YELMEN tipi kurutucuları (Şekil 1.6.), aktif tip güneşli kurutuculara ise güneş pili veya rüzgar enerjisiyle çalışan fana sahip kurutucular gösterilebilir. Bu tip kurutucular kırsal kesimlerde rahatlıkla kullanılabilirler (Ekechukwu ve Norton, 1999a). Aktif Kurutucular Pasif Kurutucular Toplaç ve kurutucu entegre Toplaç ve kurutucu ayrı Kombine Güneş Işınımı Hava Akımı Yönü Şekil 1.5. Kabin tipi aktif ve pasif güneşli kurutucular (Ekechukwu ve Norton, 1999a) 9

27 1.GİRİŞ Bekir YELMEN Şekil 1.6. Çadır yapılı, pasif tip güneşli kurutucu (Ekechukwu ve Norton, 1999a) Güneş Enerjili Doğal Konveksiyonlu Kurutucular Şekil 1.7.'de görülen kabin tipi güneşli kurutucu mevcut yerel malzemelerle yapılabilecek basit yapılı kurutucudur. Genellikle 1 m uzunluğunda 30 cm genişliğinde ağaçtan yapılır. Kabinin yan ve alt yüzeyleri siyaha boyanmıştır. Kurutma esnasında kabin içi sıcaklık 80 C'ye çıkmaktadır. Kabin duvarlarında hava akımını sağlamak için delikler bulunmaktadır. Düşük ilk yatırım maliyeti, kolay imal edilebilmesi ve geleneksel yönteme göre daha kaliteli ürün vermesi avantajlarıdır (Pangavhane ve Sawhney, 2002; Yaldız, 2002). Şekil 1.7. Kabin tipi güneşli kurutucu (Pangavhane ve Sawhney, 2002) 10

28 1.GİRİŞ Bekir YELMEN Şekil 1.8.'de bir diğer örneği görülen güneşli pasif kurutucular galvanizli tel kafese sahip paralel iki platformdan oluşup, üzerleri kuzey-güney yönüne bakan cam ile örtülmüştür. Çatının tepesinde bulunan kapaklar ile nemli hava uzaklaştırılırken, kurutucunun doğu ve batı duvarlarındaki deliklerden de temiz hava girişi sağlanır. Bu tür kurutucular Brezilya'da kakao kurutmak için kullanılmaktadır (Pangavhane ve Sawhney, 2002). Hava Çıkışı Panjur Açık Soğuk hava Başlık Kelebekli somunla kilitleme kıskacı Katalanabilir yan yapı Polietilen yan örtü Ürün tepsileri Ana gövde Tekerlek Şekil 1.8. Teraslı kabin tipi güneşli kurutucu (Pangavhane ve Sawhney, 2002) Şekil 1.9'da görülen raflı tip güneş enerjili kurutucularda ürün hava geçiren tepsilere serilip, raflara yerleştirilir. Bu kurutucularda ışık geçiren örtülü yüzeylere göre arkada kalan duvarlara ısı yalıtımı yapılır ve bu duvarların iç yüzeyleri siyah renge boyanır. Toplayıcı ve kurutucu odasının içerisindeki havalandırma doğal taşınımla sağlanır. Çevre sıcaklığı 30 C iken kurutucu içindeki en yüksek sıcaklık 50 C olarak tespit edilmiştir. Yükleme kapasitesi, kurutma odasında 100 kg/m 2, toplayıcı alanında ise 25 kg/m 2 'dir (Pangavhane ve Sawhney, 2002; Yaldız, 2002). 11

29 1.GİRİŞ Bekir YELMEN Şekil 1.9. Raflı tip güneşli kurutucu (Pangavhane ve Sawhney, 2002) Şekil 1.10 da görülen çok amaçlı güneş enerjili kurutucu, güneşli hava ısıtıcısı, esnek bağlayıcılar, kuruma odası, baca ve destek elemanlarından oluşur. Üst başlık Kurutma odası Kapak Baca Cam yünü Alüminyum tepsi Tel ağ Basamak Esnek bağlantı Cam levha Cam yünü Dalgalı alüminyum hava borusu (u-biçimli) Güneşli hava ısıtıcısı kollektör Alüminyum levha Metal plaka Hava girişi Şekil Çok amaçlı güneşli kurutucunun ana yapısı (Pangavhane ve Sawhney, 2002) Şekil 1.11'de görülen kurutucunun güneş toplacı, zemin üzerinde yalıtım amaçlı 5 cm kalınlığında saman, yalıtım üzerine ısıl depolama için granit yığını, 12

30 1.GİRİŞ Bekir YELMEN granit yığının üzerine soğurucu tabaka ve en üstte taşınımla ısı kaybını önlemek amacıyla konulan tek camdan meydana gelmiştir (Ekechukwu ve Norton, 1999a). Şekil Isı deposu olan bacalı-raflı güneşli kurutucu (Ekechukwu ve Norton, 1999a) Güneş Enerjili Zorlanmış Konveksiyonlu Kurutucular Bu tip kurutucularda ürünü kurutmada kullanılan hava dolaşımı fan yardımıyla gerçekleştirilir. Hava giriş ve çıkış kesitleri klapelerle kontrol edilerek istenen hava debileri sağlanabilir. Şekil 1.12'de görülen zorlanmış konveksiyonlu kurutucularda ayrı hava ısıtıcısı yoktur (Ekechukwu ve Norton, 1999a). Şekil Fanlı tip güneşli kurutucu (Ekechukwu ve Norton, 1999a) 13

31 1.GİRİŞ Bekir YELMEN Şekil 1.13'te görülen zorlanmış konveksiyonlu güneşli kurutucuda odanın güneye bakan duvar ve çatı yüzeyleri ışık geçirgen bir örtü ile kaplanmıştır. Dış ortamdan çekilen kurutma havası ürün içerisinden geçerek, fan yardımıyla dışarı atılması sağlanmaktadır. (Ekechukwu ve Norton, 1999a). Şekil Aktif güneşli kurutucu (Ekechukwu ve Norton, 1999a) Güneş enerjisiyle kurutma yapan fanlı tip kurutucularda ısı depolarından da yararlanılabilir. Güneş enerjisinin uygun olduğu dönemlerde toplanan ısının bir bölümü ısı depolarında depolanır ve gereksinim duyulduğunda, depolanan bu ısı kurutma havasının ısıtılmasında kullanılır. Isı depolama malzemesi olarak su, taş havuzları ve sentetik bazı materyaller kullanılabilir. Isı depolarının kurutma işlemi için sağladığı yararlar şu şekilde sıralanabilir: Güneş enerjisinin olmadığı ya da yetersiz olduğu zamanlarda da kurutucunun ısı gereksinimi karşılanır. Güneş enerjisinin çok yoğun olduğu dönemlerde bu enerjinin bir bölümü depolandığından ürünün sıcaklık yükselmesinden zarar görmesi önlenir. 14

32 1.GİRİŞ Bekir YELMEN Isı depolama ortamı olarak suyun kullanıldığı bir ısı deposuna sahip güneşli kurutucunun ana bölümleri Şekil 1.14'te gösterilmektedir. Isı deposundaki su bir pompa ve boru sistemi yardımıyla toplaçtan geçirilerek ısıtılır. Depodaki sıcak su başka bir pompayla emilerek, ısı değiştiricisine gönderilir. Kurutma havası bir fan yardımıyla ısı değiştiriciden geçirilerek emilir. Isı değiştiriciden geçerken ısınan hava kurutucuya gönderilir. Havanın sıcaklığının ısı değiştiriciden geçerken yeterli ölçüde yükselmediği durumlarda ek bir ısı kaynağından yararlanılır (Yağcıoğlu, 1999). Hava çıkışı Hava girişi Şekil Sulu ısı deposuna sahip güneşte kurutma yapan kurutucu (Imre, 1995; Yağcıoğlu, 1999) 1.5. Güneş Enerjili Kurutucularda Tasarım Değişkenleri Genel olarak güneş enerjisi ile yapılan kurutma uygulamalarında ürün hasadının yapıldığı dönemdeki güneşli gün sayısının güvenli ve hızlı bir kurutmaya olanak sağlaması son derece önemlidir. Nemli halde kurutucuda kalan ürünün çok hızlı bir şekilde nitelik ve nicelik kaybına uğraması kaçınılmazdır. Kurutucunun verimli bir şekilde kullanılabilmesi için, yıl içerisindeki kullanım süresinin olabildiğince arttırılması gerekir. Bu kapsamda, kurutucunun farklı bitkisel aksamın ya da farklı ürünlerin kurutulmasına olanak sağlaması beklenir. Güneşli kurutucularda en önemli tasarım özellikleri şunlardır (Ekechukwu ve Norton, 1999b): 15

33 1.GİRİŞ Bekir YELMEN Güneş toplacının tasarım özellikleri - Tipi, boyutu ve şekli - Örtü malzemesinin özellikleri (malzeme cinsi, ışık geçirgenliği, mekanik dayanım vb.,) - Fan özellikleri Kurutucunun tasarım özellikleri - Tipi, boyutu ve şekli - Kurutma kapasitesi - Kurutma tepsilerinin alanı ve sayısı - Yükleme boşaltma kolaylıkları Kurutucunun ısıl özellikleri - Kuruma süresi ve kuruma hızı - Kurutma havasının psikometrik özellikleri - Hava debisi - Kurutucunun verimliliği Kurutulan ürünün özellikleri - Duyusal özellikler (renk, koku, tat, tekstür) - Besin değerleri - Rehidrasyon özelliği - Kurutucu maliyeti ve geri ödeme süresi 1.6. Çalışmanın Amacı Ülkemizde büyük ölçekte kurutulan tarım ürünleri içinde ihraç potansiyeli olan kayısı, üzüm, incir ve çay yanında tıbbi ve aromatik ürünlerinde bulunduğu bilinmektedir (Öztekin ve Soysal, 2000). Aromatik ürünler içinde kütlesel kurutma gereksinimi olan önemli bir ürün baharatlık kırmızıbiberdir (Capsicum Annum L.). Baharatlık kırmızıbiber üretimi özellikle Güneydoğu Anadolu Bölgesi nde yoğunlaşmış olup, tüketim daha çok iç pazara dönüktür. Baharatlık kırmızıbiber dış satımı ürünün gıda güvenliği ve kalitesi açısından ilgili normlara uymaması nedeniyle yok denecek kadar azdır. Baharatlık kırmızıbiber üretiminde tarladan elle 16

34 1.GİRİŞ Bekir YELMEN hasat edilen biberlerin yüksek nemli (>% 80, y.b.) olması nedeniyle ilk uygulanan işlem; materyalin sapı çekilmeden, bütün olarak güneşte kurutulmasıdır. Bölgede uzun yıllar boyunca asfalt veya toprak zeminde, saplı olarak kurutulan kırmızıbiber, toprak kökenli küf mantarı gibi hastalık ve diğer ürün zararlılarının bilinen olumsuzlukları nedeniyle gıda güvenliği ve kalitesi normlarına uymamaktadır. Üstelik ülkemizde üretilen kırmızıbiberin baharat olarak maliyeti dünya piyasasında rakip ülkelere göre yaklaşık 4 misli daha fazladır. O halde kırmızı pul yada toz biber ülkemizde hem pahalıya mal edilmektedir, hem de kalitesi yönünden çeşitli kuşkuları bünyesinde barındırmaktadır. Daha da önemlisi sağlık yönünden riskli olan kırmızıbiber baharatının sosis, sucuk, hazır çorba, sos vb. gıda ürünlerinde kullanılması halinde izlenebilirliği tamamen olanaksız hale gelmektedir. Bu sorunların çözümü için son on yılda özellikle Güneydoğu Anadolu bölgesinde yapılan AR-GE ve yayım faaliyetleri ile üreticilerin ve sanayicilerin yanlış alışkanlıklarının değiştirilmesi yönünde ciddi çabalar sarf edilmiştir (Işıkber ve ark., 2003; Soysal ve ark., 2005a; Soysal ve ark., 2005b; Öztekin ve ark., 2005; Öztekin ve ark., 2006a, Öztekin ve ark., 2006b; Duman ve ark., 2007a; Duman ve ark., 2007b, Işıkber ve ark., 2007; Işıkber ve ark. 2008). Bugün gelinen noktada üreticilerin yeni hasat edilmiş kırmızı biberi doğrudan toprak ya da asfalt zeminde kurutma alışkanlıklarını giderek terk etmeye başladıkları gözlenmektedir. Gerek araştırma, gerekse yayım kuruluşlarının çabalarıyla kırmızı biber zeminden cm yükseklikteki plastik örgü yada ağ üzerine serilmektedir. Kuşkusuz bu olumlu bir gelişmedir. Ancak ürün, zeminden yüksekte de olsa yine dış ortamda hastalık ve zararlı unsurlarının tehdidi altındadır. Bu etkenler ürün işleme evresinde herhangi bir sterilizasyon yapılmadığı için depolama evresinde de etkili olmaktadır. O halde temel amaç, işletme masraflarını en düşük düzeyde tutarak, dış etkenlerden yalıtılmış bir ortamda ürünü kurutmak olmalıdır. Baharatlık kırmızıbiberin endüstriyel üretiminde kurutma işlemi genellikle bantlı kurutucularda sıcak hava ile sağlanmaktadır. Ancak bu işlemin hem yatırım, hem de işletme maliyetlerinin yüksek olduğu bilinmektedir. Güneydoğu Anadolu bölgesinin güneş kuşağında yer alması ve güneşlenme bakımından avantajlı olması, ayrıca tarımsal ürünlerin kurutma sezonunun güneş enerjisinin yoğun olduğu 17

35 1.GİRİŞ Bekir YELMEN dönemlere rastlaması bu enerjinin kurutmada kullanımını olumlu yönde etkilemesi beklenir (Ergüneş ve Gerçekçioğlu, 1999). Diğer yandan biber hasat mevsimi olan yaz aylarında bölgede yeterince mevcut olan güneş enerjisi potansiyeli, güneş enerjisinden yararlanarak kurutma yapmayı mümkün kılmaktadır. Bir başka anlatımla, üreticinin zaten dış ortamda yaptığı güneşte kurutma işlemini kapalı ve kontrollü bir ortama alarak, hem daha hızlı, hem de daha temiz bir kurutma yapmasını sağlamak bu tezin temel kurgusunu oluşturmuştur. Burada enerji kaynağının güneş olarak seçilmesi yanında diğer önemli bir nokta da kurutma yapılan mekandır. Üretici düzeyinde daha temiz ürün elde etmek için kullanılan yerel olanaklarla kurulabilen kurutma sistemlerinden birisi de seralardır. Literatürde sera tipi kurutucularla yapılan araştırmaların uygulama kolaylığı nedeniyle laboratuar ölçeğindeki sera tipi kurutucularda yoğunlaştığı bilinmektedir. Ancak, küçük ölçekte elde edilen sonuçların işletme ölçeğine uyarlanması her zaman beklenen sonuçları vermeyebilir. İşletme ölçeğinde tasarlanan bir sera tipi kurutma sistemi de Finkelman ve ark. (2006) tarafından hurma meyvesinin kurutulmasında denenmiştir. Bu çalışmanın özgün yanlarından birisi de araştırıcıların olaya salt kurutma olarak yaklaşmayıp, kurutma ortamında sağlanan sıcaklık yükselmesinin hurmada önemli bir depolama zararlısı olan Carpophilus hemipterus un farklı gelişme evrelerine etkilerini incelemiş olmalarıdır. Kurutma ve dezenfeksiyon uygulaması ile bu zararlının 55 ºC de sıcaklıkta larva, pupa ve erginlerinin tamamen imha edildiği kanıtlanmıştır. Bu sıcaklık düzeyinde zararlı meyve içinden çıkmaya zorlamakta ve dış ortamda ölmektedir. Bu da hurmanın böcek kalıntısı olmadan depolanması açısından son derece olumlu bir etkidir. O halde kırmızı biber henüz üretici elindeyken depolama zararlılarından arındırılabilir. Ülkemizde baharatlık kırmızı biber sadece Aflatoksin sorunu nedeniyle gündeme gelmesine karşın, Güneydoğu Anadolu bölgesinde baharatlık kırmızı biberin Plodia interpunctella ve Lasioderma serricorne zararlılarının ciddi tehdidi altında olduğu bilinmektedir (Işıkber ve ark., 2008). Bu çalışmada, Kahramanmaraş ilinde yoğun olarak üretimi yapılan baharatlık kırmızıbiberin kurutulması amacıyla polietilen yüksek tünel sera tipi raflı bir kurutucu kullanılmıştır. 18

36 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Bekir YELMEN 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selçuk ve ark. (1974), basit tasarımlı düşük maliyetli raflı bir güneşli kurutucu imal ederek elma kurutma denemeleri yapmıştır. Bu kurutma ünitesinde çatı ahşap olup, örtü malzemesi olarak polietilen film seçilmiştir. Güneş ışınımının emilmesi için iki kümes teli tabakasının arasına ince metal yongalardan yapılmış ısı toplayıcı kullanılmıştır. Bu araştırmada raflı kurutucu için ısı ve kütle transfer bağıntılarının matematiksel eşitlikleri sabit hava debisi için bulunmuştur. Ölçülen ve hesaplanan değerler sıcaklık için 3 C, nem için % 8 farkla uyuştuğu bildirilmiştir. Kholliev ve ark. (1982), yaz aylarında ürün kurutma, diğer mevsimlerde ise sebze ve fide yetiştirme amacıyla 5 x 5.86 m boyutlarında bir kurutma serası inşa etmişlerdir. Sera, orta kısmından doğu-batı doğrultusunda bir bölmeyle ikiye ayrılmıştır. Güneye bakan bölümün tabanı siyaha boyanmış olup, burada kurutma işlemi radyasyon ve konveksiyonla sağlanmıştır. Kuzey bölümündeki ürünlerin kurutulması diğer bölümde ısıtılan havanın taşınmasıyla ve sadece konveksiyonla yapılmıştır. Doğantan ve ark. (1987), güneşli bir kurutucuda kırmızıbiber kurutmak üzere kurutma havasının sıcaklığı ve hava hızının kuruma hızına etkilerini incelemiştir. Bu çalışmada, kuruma havası sıcaklığının 45 ºC den 60 ºC ye yükselmesi, kuruma süresini 30 saatten 17 saate azalmasını sağlamıştır. Çalışmada sıcaklıktaki artış yaklaşık olarak 60 ºC ile sınırlandırılmıştır. Daha yüksek kuruma havası sıcaklıklarında kırmızıbiberde yanma meydana gelmiştir. Laboratuar çalışmalarına göre en uygun kurutma sıcaklığının 55 ºC olduğu belirtilmiştir. Hava hızındaki artış kuruma süresini kısaltmıştır ve 0.5 m/s den daha yüksek hava hızı kuruma hızında önemsiz bir artışa neden olmuştur. Uyarel ve Öz (1987), güneş enerjili kurutucuda 3 mm kalınlığında bir camın güneş ışığının %82-90 ını geçirdiğini ve camın bir, iki ya da üç kat olarak kullanılabileceğini, ancak iki katın ideal olduğunu, katlar arası mesafenin ise cm arasında olması gerektiğini belirtmişlerdir. Güneş ışınlarını absorbe etmesi için ısı tutma kapasitesi yüksek alüminyum veya bakır plakalar kullanılması, plaka 19

37 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Bekir YELMEN yüzeyinin mat siyah renge boyanarak absorbe yeteneğinin artırılması önerilmiştir. Toplaçtaki ısı kayıplarını önlemek ve kurutucunun verimliliğini artırmak için toplaç alt kısmının izole edilmesi önerilmiştir. İzolasyon malzemesi olarak genelde cam yünü, strafor gibi malzemeler kullanılır. Anonymous (1988) e göre güneşli bir kurutucuda doğal hava akışı olması için; havanın 0,05 kg/m² yoğunluk farkı veya her bir metrekarede 0,5 Pa basınç farkı olmalıdır. Aktif hava akışı için ise Pa lık basınç farkı yeterlidir. Kurutma havası sıcaklığı fasulyede 35 C yi, pirinçte 45 C yi ve tahıllarda 45 C yi aştığında ürünün zarar görebileceği belirtilmiştir. Mühlbauer ve Lutz (1988), tarafından geliştirilen tünel tipi aktif kurutucuda toplaç kısmında sıcaklığı yükseltilen hava, kurutma bölümü zeminine ince tabaka halinde serilmiş ürünün üzerine iletilmektedir (Şekil 2.1). Burada sıcak havayı ürün kütlesi içinden geçirmek yerine, üzerinden üflenmesinin gerekçesi hava akımına karşı gösterilen dirençleri azaltmak olarak açıklanmıştır. 20 m uzunluğundaki bu tünelin zeminden olan yüksekliği çalışmaya engel olmayacak şekilde istenen ölçüde seçilebilir. Tünelin toplaç ve kurutucu kısmının üzeri PE-EVA (Polietilen ve Etilen vinil asetat) hava kabarcıklı örtü malzemesi ile kaplanmıştır. Burada güneşli kurutucularda kullanılan örtü malzemesinin ışık geçirgenliği yanında UV ve mekanik dayanımının önemi vurgulanmalıdır. Örneğin, yukarıda belirtilen örtü malzemesinin ömrü 5 yıl olarak bildirilmiştir. Güneş toplacının soğurucu zemini siyah polyester örtü ile kaplanmıştır. Bu kurutucuda fesleğen (Ocimum basilicum L.) gibi bazı tıbbi ve aromatik bitkilerin kuruma süresi 29 saat olarak verilmiştir. Tünel tipi aktif güneşli kurutucuda bazı bitkilerin kurutulması sonunda elde edilen değerler Çizelge 2.1 de verilmiştir. 20

38 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Bekir YELMEN Şekil 2.1. Hohenheim tipi güneşli kurutucu (Mühlbauer ve Lutz, 1988) Çizelge 2.1. Tünel Tipi Aktif Güneşli Kurutucuda Alınan Sonuçlar [Işınım miktarı = 4.8 kwh/m 2 ; (Mühlbauer ve Lutz, 1988) ] Ürün Kapasite Başlangıç nemi Sonuç nemi Kuruma (kg) (%, yaş baz) (%, yaş baz) süresi (gün) Kırmızıbiber Nane Ada çayı Fesleğen Demir (1989), sera tipi bir kurutucu içerisinde ve dış ortamda çekirdeksiz üzüm ve incir kurutmuştur. Kurutma öncesi çekirdeksiz üzümlerin bir kısmı K 2 CO 3 ve zeytinyağı içeren çözeltiye bandırılarak kurutulmuştur. Ön işlem uygulanan üzümler sera içinde 4 günde, sera dışında ise 7 günde ticari depolama nemine ulaşırken, bandırılmadan kurutulan üzümler ise sera içinde 7 günde, sera dışında ise 15 günde istenilen nem düzeyine inmiş olduğu bildirilmiştir. Yaşartekin (1991), güneşi dikey eksende belirli aralıklarla izleyen, güneş enerjili kabin tipi bir kurutucu ile elma kurutma deneylerinde kurutucunun kullanım olanaklarını ve verimliliklerini incelemiş ve açık havada kurutmayla karşılaştırmıştır. Kurutucuda kuruma hızının doğal kuruma hızından daha düşük olduğu bildirilmiş, bunun nedeninin kurutucu içerisinde hava dolaşımının zayıf olmasından kaynaklandığını bildirilmiştir. 21

39 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Bekir YELMEN Müller (1992), tarafından yapılan sera tipi bir aktif kurutucu ise Şekil 2.2 de gösterilmiştir. Seranın güneye bakan yüzeyi 22 o lik bir eğim ile zemine kadar uzatılmıştır. Seranın en yüksek noktası 4.4 m yüksekliğinde olup, yan duvar yüksekliği 2.4 m dir. Seranın genişliği ise 15 m dir. Sera 2 m uzunluğa sahip modüler üniteler halinde yapılmış olup, uzunluğu isteğe bağlı olarak seçilebilmektedir. Kurutucuya ışınımın yeterli olmadığı dönemlerde devreye girmek üzere bir brülörlü ısıtma sistemi eklenmiştir. Bu sera tipi aktif kurutucuda papatya kurutulması durumunda % 80 nemde (yaş baz) hasat edilen papatya çiçekleri 5 gün içinde % 11 neme kadar kurutulabilmektedir. Kurutma havasının sıcaklığı o C arasında değişmiştir. Bu kurutucuda bazı tıbbi ve aromatik bitkilerin kurutulması sonunda elde edilen değerler Çizelge 2.2 de, papatya çiçekleri için yükleme yoğunluğuna bağlı kurutma parametrelerinin değişimi ise Çizelge 2.3 te verilmiştir. Şekil 2.2. Sera tipi aktif kurutucu (Müller, 1992) 22