Mustafa AKTAŞ DOKTORA TEZİ MAKİNE EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAYIS 2007 ANKARA

Transkript

1 ISI POMPASI DESTEKLİ FINDIK KURUTMA FIRINININ TASARIMI, İMALATI VE DENEYSEL İNCELENMESİ Mustafa AKTAŞ DOKTORA TEZİ MAKİNE EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAYIS 2007 ANKARA

2 Mustafa AKTAŞ tarafından hazırlanan ISI POMPASI DESTEKLİ FINDIK KURUTMA FIRINININ TASARIMI, İMALATI VE DENEYSEL İNCELENMESİ adlı bu tezin Doktora tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Prof. Dr. Hikmet DOĞAN Tez Yöneticisi Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Makine Eğitimi Anabilim Dalında Doktora tezi olarak kabul edilmiştir. Başkan : : Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Üye : Prof. Dr. Hikmet DOĞAN Üye : Prof. Dr. Etem Sait ÖZ Üye : Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Üye : Prof. Dr. H. Serdar YÜCESU Tarih : 22/05/2007 Bu tez, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü tez yazım kurallarına uygundur.

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada orijinal olmayan her türlü kaynağa eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Mustafa AKTAŞ

4 iv ISI POMPASI DESTEKLİ FINDIK KURUTMA FIRINININ TASARIMI, İMALATI VE DENEYSEL İNCELENMESİ (Doktora Tezi) Mustafa AKTAŞ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Mayıs 2007 ÖZET Bu tez çalışmasında, ısı pompası destekli PID kontrollü bir kurutucu tasarlanmış, imal edilmiş ve deneysel olarak incelenmiştir. Tasarlanan ve imal edilen kurutucu önemli bir gıda ürünü olan fındık kurutulmasında analiz edilmiştir. Fındık, Türkiye nin Karadeniz Bölgesi nde yetişen en önemli ihraç ürünlerinden birisidir. Ancak; fındığın uluslararası standardlarda kurutulamaması, pazar payının kaybına yol açmaktadır. İmal edilen ısı pompalı kurutucu fındıkların kurutulmasında test edilmiş ve enerji analizleri yapılmıştır. Kurutma sisteminde kurutma havası sıcaklığı 50 o C, 45 o C ve 40 o C olarak seçilmiştir. Isı pompalı kurutucuda 50 o C, 45 o C ve 40 o C kurutma havası sıcaklığında fındıklar sırasıyla 24, 27 ve 30 saatte kurutulmuştur. Kurutma havası hızları 50 o C için 0.25 m/s, 45 o C için 0.32 m/s ve 40 o C için 0.38 m/s olarak değişmiştir. Isı pompalı kurutucunun COP ws değeri 50 o C kurutma havası sıcaklığı için 1.70, 45 o C için 1.58 ve 40 o C için 1.40 olarak hesaplanmıştır. Isı pompalı kurutucuda EUR 50 o C kurutma havası sıcaklığı için %24 - %65 arasında, 45 o C için %17 - %63 arasında ve 40 o C için %14 - %43 arasında değişmiştir. Bilim Kodu : 708 Anahtar Kelimeler : Kurutma, fındık, ısı pompası, enerji analizi Sayfa Adedi : 116 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Hikmet DOĞAN

5 v DESIGNING, MANUFACTURING AND EXPERIMENTAL EXAMINING OF HAZELNUT DRYING KILN ASSISTED HEAT PUMP (Ph.D. Thesis) Mustafa AKTAŞ GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY May 2007 ABSTRACT In this thesis, a PID controlled dryer assisted heat pump has been designed, manufactured and examined experimentally. Designed and manufactured dryer analyzed by hazelnut drying which is important food product. Hazelnut which grows in the Black Sea Region in Turkey is one of the most important export products. However, since hazelnut can not be dried according to the international standards in Turkey it causes market share loss. Manufactured heat pump dryer was tested drying of hazelnut and energy analyses were made. Drying air temperatures were selected as 50 o C, 45 o C and 40 o C in the drying system. In the heat pump dryer, hazelnuts have been dried at 50 o C, 45 o C and 40 o C drying air temperatures, 24, 27 and 30 hours respectively. Drying air velocities were changed as 0.25 m/s for 50 o C, 0.32 m/s for 45 o C and 0.38 m/s for 40 o C. COP ws of the heat pump dryer was calculated as 1.70 for 50 o C, 1.58 for 45 o C and 1.40 for 40 o C drying air temperatures. EUR changed between 24% and 65% for 50 o C, 17% and 63% for 45 o C and 14% and 43% for 40 o C drying air temperatures in the heat pump dryer. Science Code : 708 Key Words : Drying, hazelnut, heat pump, energy analysis Page Number : 116 Adviser : Prof. Dr. Hikmet DOĞAN

6 vi TEŞEKKÜR Bu tez çalışmasının bütün aşamalarında faydalandığım ve her zaman örnek aldığım sayın hocam Prof. Dr. Hikmet DOĞAN a, tez süresi boyunca önerilerinden ve yardımlarından her zaman faydalandığım sayın Arş. Gör. İlhan CEYLAN a, teşekkür eder, saygılarımı sunarım. Bu tez çalışması Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri tarafından 07/ kodlu proje ile desteklenmiş olup, Gazi Üniversitesi Rektörlüğü ve Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi çalışanlarına teşekkür eder, saygılarımı sunarım. Ayrıca akademik kariyer aşamalarımda benden her türlü maddi ve manevi desteklerini eksik etmeyen annem Nursel AKTAŞ a, ve eşim R. Gönül AKTAŞ a teşekkür eder, saygılarımı sunarım. Ayrıca moral ve motivasyon kaynağım olan oğlum Arda Batın AKTAŞ a şükranlarımı sunarım.

7 vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... iv ABSTRACT... v TEŞEKKÜR... vi İÇİNDEKİLER... vii ÇİZELGELERİN LİSTESİ... xi ŞEKİLLERİN LİSTESİ... xii SİMGELER VE KISALTMALAR... xiv 1. GİRİŞ LİTERATÜR TARAMASI FINDIK VE FINDIĞIN ÖZELLİKLERİ Fındık ve Kurutulması Fındık ve Aflatoksin Fındıkta aflatoksin sınır limiti Küflerin fındıkta yaptığı bozulma belirtileri Türk Gıda Kodeksi Yönetmeliği ne Göre Gıdalarda Bulunabilecek Mikrobiyal Toksinler Fındığın Özellikleri Fındığın Üretim Aşamaları Fındığın Depolanması Kabuklu fındığın depolanması İç fındığın depolanması Türkiye de Yetişen Önemli Fındık Çeşitleri... 32

8 viii Sayfa Yuvarlak gruba giren fındık çeşitleri Sivri gruba giren fındık çeşitleri Badem fındık grubuna giren çeşitleri KURUTMA VE KURUTMA TEORİSİ Kurutma Kurutmanın iç ve dış şartları Kuruma zamanının bulunması Kurutma sistemi seçimi Kurutma Yöntemleri İletim ile kurutma Kızılötesi ışınımlı kurutma Taşınım ile kurutma Sprey kurutucular Dondurarak kurutma Akışkan yataklı kurutma Alevli (flaş) kurutma Kurutucu Seçimi Kurutma Teorisi Denge nemi Kurutma hızı Ürünün su aktivitesi... 53

9 ix Sayfa 5. ISI POMPASI SİSTEMİ VE OTOMATİK KONTROLÜ Isı Pompası Sistemi Isı pompalarının temel tipleri Isı pompalarında verimi etkileyen faktörler Isı Pompası Sisteminin Otomatik Kontrolü Otomatik kontrol PID (Oransal-İntegral-Türevsel) kontrol sistemi PID parametrelerinin ayarlanması TEORİK ANALİZ Kurutma İşlemi İçin Gerekli Enerji Miktarının Hesaplanması Enerji ve Kütlenin Korunumu Isıtma Tesir Katsayısı Kurutma Havasının Isı Taşınım Katsayısı Özgül Nem Çekme Oranı Tam Kuru Ağırlığın Belirlenmesi MATERYAL VE METOT Deney Setinin Hazırlanması DENEYLERİN YAPILIŞI Tam Kuru Ağırlığın Belirlenmesi Fındıkların Kurutulması Kurutma İşleminin Bitirilmesi...90

10 x Sayfa 9. DENEY SONUÇLARI SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ

11 xi ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 3.1. Gıda maddelerindeki maksimum mikotoksin seviyeleri Çizelge 4.1. Sudaki doymuş çözeltileri, bulunduğu ortamı farklı bağıl nemde tutan maddeler.50 Çizelge 4.2. Bazı toksijenik küflerin faaliyetleri ve toksin üretebilmeleri için gerekli en düşük su aktivitesi (a w ) değerleri...54 Çizelge 7.1. Isı pompalı kurutma sisteminde kullanılan ekipmanların özellikleri..85 Çizelge 8.1. Deneyler esnasında kullanılan cihazlar ve özellikleri 90 Çizelge 9.1. Deneylere ait ısıtma tesir katsayıları ve diğer detaylar..96 Çizelge 9.2. Deneyler süresince kurutulan fındıkların su aktivitesi değerleri...97 Çizelge 9.3. Deneyler süresince ölçülen ortalama ürün yüzey sıcaklık değerleri.99

12 xii ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil Sayfa Şekil 2.1. Sıcaklık, nem ve ağırlık kontrollü, nem yoğuşturmalı Şekil 2.1. (kondenzasyonlu) Isı pompalı sistemin fındık kurutma için fırını...6 kullanılması...5 Şekil Şekil Güneş Isı pompalı enerjisi destekli sistemin nem soğutma ve sıcaklık amacı kontrollü için kullanılması fındık...5 kurutma fırını....7 Şekil 2.3. Hassas sıcaklık ayarlı ısı pompalı kurutucu...6 Şekil 2.3. Isı pompası destekli kurutma fırını...8 Şekil 2.4. Enfraruj ısıtmalı ısı pompalı kurutucu...7 Şekil 2.4. Güneş enerjili, ısı pompası destekli kurutma fırını.12 Şekil 2.5. Radyo frekansı destekli ısı pompalı kurutucu...7 Şekil 3.1. Fındığın üretim aşamaları Şekil 2.6. Tarım ürünlerinin kurutulduğu ısı pompalı kurutucu...8 Şekil 3.2. Tombul fındık Şekil 2.7. Radyo frekansı destekli ısı pompalı kurutucu...9 Şekil 3.3. Sivri fındık 36 Şekil 2.8. Isı pompalı kereste kurutma fırını...9 Şekil 3.4. Yuvarlak badem fındığı 37 Şekil 2.9. Isı pompalı elbise kurutucusu...10 Şekil 4.1. Kurutucu seçimi için işlem adımları.48 Şekil Sıcaklığın farklı metotlarla kontrol edildiği ısı pompalı kurutma fırını..11 Şekil 4.2. Nem sorpsiyon izotermi...50 Şekil Isı pompası destekli mekanik açık tip yün kurutucusu...12 Şekil 4.3. Fındığın sorpsiyon izotermi 20 o C...51 Şekil Farklı atmosferik şartlarda incelenen ısı pompalı kurutucu...12 Şekil 4.4. Özgül nemin bir fonksiyonu olarak kurutma hızının değişimi.52 Şekil 3.1. Ağaç malzemenin kurutulması ve taşınması...14 Şekil 5.1. Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi..55 Şekil 3.2. Yüzeylerde oluşan çatlaklar...28 Şekil 5.2. Buhar sıkıştırma çevriminin farklı basınç ve sıcaklık bölgeleri Şekil 3.3. Kerestede kurutma sırasında meydana gelen içe doğru çökme (Collapse Şekil 5.3. Buhar veya sıkıştırmalı hücre çökmeleri).28 soğutma sistemi...58 Şekil Şekil Havadan Kerestede - havaya yavaş bir kuruma ısı pompası sırasında sistemi.61 oluşan lekelenme...29 Şekil Şekil Oransal Kerestede ve integral oluşabilecek kontrol blok şekil şeması 65 değişiklikleri...29 Şekil Şekil Oransal Ortadan ve integral ikiye yarılma kontrol şeklinde sıcaklık-zaman oluşan kurutma grafiği.. 66 kusuru...29 Şekil 4.1. Isı pompalı kurutucuların sınıflandırılması...32

13 xiii Şekil Sayfa Şekil 5.7. Oransal ve türevsel kontrol devre şeması Şekil 5.8. Oransal ve türevsel kontrollü zaman-sıcaklık grafiği..67 Şekil 5.9. Oransal, türevsel ve integral kontrol sıcaklık-zaman grafiği..68 Şekil Kontrol reaksiyon eğrisi Şekil 6.1. Isı pompası sisteminin log P-h diyagramı...71 Şekil 7.1. Isı pompalı PID kontrollü kurutma fırını.83 Şekil 7.2. Hava akışının ve PID kontrol sisteminin sistematik şeması 86 Şekil 9.1. Deneyler süresince fındıklardaki nem miktarının değişimi.92 Şekil 9.2. Kurutma süresine bağlı olarak kurutma havası sıcaklığının değişimi. 93 Şekil 9.3. Yapılan deneylerde kurutma sistemine ait detaylar. 93 Şekil 9.4. Deneyler süresince kurutma havası hızının değişimi. 94 Şekil 9.5. Kurutma süresince enerjinin kullanımı...95 Şekil 9.6. Her bir kurutma havası sıcaklığı için sistemde enerjinin kullanılma oranları Şekil 9.7. Isı pompalı kurutucuda sistem havasının psikrometrik izahı.98

14 xiv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama A Toplam fırın duvar yüzey alanı (m 2 ) A t Fındığın tepsi alanı (m 2 ) a w C c c f c p Su aktivitesi değeri Deneysel sabit Akışkanın özgül ısınma ısısı (kj/kgk) Fındığın özgül ısısı (kj/kgk) Sabit basınçta özgül ısı (kj/kgk) c Duvar malzemelerinin özgül ısısı (kj/kg K) 1 c Havanın özgül ısısı (kj/kg K) 2 D Hidrolik çap (m) d Duvarları oluşturan her bir katmanın kalınlığı (m) W & W & F h Gr 1 2 Fan gücü (kw) Fan gücü (kw) Fırın çalışma süresi (h) Grashof sayısı g Yerçekimi ivmesi (m/s 2 ) h c Isı taşınım katsayısı (W/m 2 K) h e Evaporatif kütle transfer katsayısı (W/m 2 K) h 1 h 2 h 3 =h 4 h Soğutkanın kompresöre giriş entalpisi (kj/kg) Soğutkanın kompresörden çıkış entalpisi (kj/kg) Soğutkanın kılcal borudan giriş-çıkış entalpisi (kj/kg) Entalpi (kj/kg)

15 xv Simgeler Açıklama ı h s Suyun ısı miktarı (kj/kg) ıı h ss Suyun doymuş buhar halindeyken ısı miktarı (kj/kg) K Fırın duvarlarının toplam ısı geçiş katsayısı (W/m 2 K) k L M 1 M 2 M 0 m& m& m& m 1 m f d Nu n Q & Q & ev e Isı iletim katsayısı (W/mK) Karakteristik boyut (m) Kurutmadan önce numune kütlesi, g Kurutmadan sonra numune kütlesi, g Kuru madde kabının darası kütlesi, g Kütlesel debi (kg/s) Kuruma oranı (kg/h) Üründen buharlaştırılan nem miktarı (kg) Duvar malzemelerinin toplam kütlesi (kg) Kurutulacak fındıkların kütlesi (kg) Nusselt sayısı Deneysel sabit Isı miktarı (kj/s) Üründeki nemi buharlaştırmak için kullanılan ısı miktarı (kj/m 2 s) Q & VTOP Kurutma işlemi için gerekli toplam enerji miktarı (kj/s) Q & Q & Q & Q & Q & q g q 1 K C Dc E ve Kondenser kapasitesi (kj/s) Kompresör gücü (kj/s) Kurutma odasında kullanılan ısı miktarı (kj/s) Evaporatör kapasitesi (kj/s) Kondenserin kurutma havasına verdiği ısı (kj/s) Buharlaşma gizli ısısı (kj/kg) Duvarların ısıtılması için gerekli enerji miktarı (kj)

16 xvi Simgeler Açıklama q 2 q 3 q 4 q 4a Fırın havasının ısıtılması için gerekli enerji miktarı (kj) Fındıkların ısıtılması için gerekli enerji (kj) Fındıklardaki nemin buharlaştırılması için gerekli enerji (kj) Fındık içerisindeki suyun buharlaştırılması için kg başına verilmesi gerekli enerji (kj/kg) q 5 P Basınç (kn/m 2 ) Pr P(T) Re S a Fırından çevre havasına olan ısı kayıpları (kj) Prandtl sayısı Havanın T sıcaklığındaki kısmi su buharı basıncı (N/m 2 ) Reynold sayısı T Sıcaklık ( o C) Fındık içerisindeki toplam su miktarı (kg) T c Kurutma odasında fındık üzerindeki hava sıcaklığı ( o C) T E Evaporatör sıcaklığı ( o C) T f Yüzey ve akışkan ortalama sıcaklığı ( o C) T K Konderser sıcaklığı ( o C) T ü Ürün sıcaklığı ( o C) t Zaman (s) t k Kurutma fırınının işletme sıcaklığı ( o C) t iç Kurutmaya başlamadan önceki iç hava sıcaklığı ( o C) t d Dış hava sıcaklığı ( o C) W W & c Yapılan iş (kj) Kompresörün güç girişi (kw) W & w u f Fanın güç girişi (kw) Mutlak nem (g/kg) Akışkan hızı (m/s)

17 xvii Simgeler Açıklama V Fırın hacmi içerisindeki hava miktarı (m3 ) Z Isıtma süresi (h) α iç İç yüzey ısı taşınım katsayısı (W/m 2 K) α dıı Dış yüzey ısı taşınım katsayısı (W/m 2 K) λ T Duvarları oluşturan her bir katmanın ısı iletim katsayısı (W/mK) Fırın işletme sıcaklığı ile iç ortam sıcaklığı arasındaki fark ( o C) ρ Havanın yoğunluğu (kg/m 3 ) φ Bağıl nem (%) β ν α Hacimsel genleşme katsayısı (1/K) Kinematik viskozite (m 2 /s) Isıl yayılım oranı (m 2 /s) η el Elektriksel verim (%) Kısaltmalar Açıklama aai COP c,h COP hp,h COP wh Çevre havası girişi Carnot çevriminin ısıtma tesir katsayısı Carnot çevrimine göre ısı pompasının ısıtma tesir katsayısı Carnot çevrimine göre bütün sistemin ısıtma tesir katsayısı ÇBN Çevre havası bağıl nemi (%) Dc EUR dc i ia KA Kurutma odası Kurutma odasında enerjinin kullanılma oranı Giriş Giriş havası Kuru ağırlık (kg)

18 xviii Kısaltmalar Açıklama KKNTA mp o oa PID sat SMER hp SMER ws SO KA SO YA wi wo YA Kritik Kontrol Noktalarında Tehlike Analizi Nem üretimi Çıkış Çıkış havası P-Oransal, I-İntegral, D-Türev Doymuş Isı pompalı kurutucu için özgül nem çekme oranı (kg/kwh) Isı pompalı kurutucuda bütün sistem için özgül nem çekme oranı (kg/kwh) Üründeki kuru ağırlığa göre su oranı (g su/g kuru ağırlık) Üründeki yaş ağırlığa göre su oranı (g su/g yaş ağırlık) Su girişi Su çıkışı Yaş ağırlık (kg)

19 1 1. GİRİŞ Tarım ürünlerinin istenilen özelliklerde bozulmadan uzun süre saklanamaması, dayanıklılığının arttırılmasının sağlanması, besin ve aroma değerlerinin korunması gibi etkenler kurutmaya olan ihtiyacı göstermektedir. Gıdaların uzun süre saklanabilmeleri için, denge nemi değerine kadar kurutulup, muhafaza edilmeleri gereklidir. Türkiye de birçok ürünün kurutulması güneşe serilerek tabii olarak yapılmaktadır. Kontrolsüz olarak yapılan tabii kurutma işlemlerinde ürün daha uzun sürede ve kalitesiz olarak kurumaktadır. Yapılan kontrolsüz kurutma işlemleri ile üründe istenmeyen mikrobiyolojik bozulmalar meydana gelmektedir. Türkiye için önemli bir tarımsal ihraç ürünü olan fındıkta, kalite kayıplarının sebeplerini ve bozulma mekanizmalarını anlamak, kalitenin yükseltilmesi ve korunması için gerekli önlemlerin alınması açısından önemlidir. Fındık üretiminde yetersiz ve uygun olmayan hasat, kurutma ve depolama yöntem ve şartları sebebiyle, özellikle küfler faaliyet göstermekte, bu da fındık ve fındık ürünlerinde önemli kalite kayıplarına sebep olmaktadır. Günümüzde ürünlerin daha teknik metotlarla kurutularak iç ve dış piyasaya daha kaliteli olarak sürülmesi son derece önemli hale gelmiştir. Üründeki kalite değerlerini de ürünün son nem miktarı (kurutma sonrası), ürünün kurutma sonrası su aktivitesi değeri, üründeki aflatoksin miktarı, ürünün aroması, ürünün rengi ve ürünün dayanıklılığı olarak sıralanabilir. Ürünlerde olabilecek en yüksek mikotoksin değerlerinin (aflatoksin, okratoksin ve patulin) düşürülmesi, ürünlerin kontrollü kurutma işlemlerine tabi tutulmasını gerekli hale getirmiştir. Türkiye nin bazı sanayi ürünleri kereste, incir, üzüm, kırmızı biber, bakliyat, kaysı, fındık ve defne yaprağı olarak sıralanabilir. Bu tezde sözü edilen sanayi ürünlerinden

20 2 fındığın ekonomik ve kaliteli bir biçimde kurutulması ısı pompası destekli bir kurutucu kullanılarak yapılmaya çalışılmıştır. Çünkü Türkiye fındık ihraç eden ülkelerin en başında gelmektedir. Yıllık tonla dünyanın en büyük fındık üreticisi olan Türkiye yi, İtalya, İspanya ve ABD izlemektedir. Türkiye ürettiği fındığın %83 ünü kabuklu ya da iç fındık olarak ihraç etmektedir. İç fındıkların %80 i çikolata, %15 i pasta, büsküvi ve şekerleme ve %5 i çerezlik olarak kullanılmaktadır. Fındık, Türkiye nin Karadeniz Bölgesi nde yetişen ve yöre halkının en büyük geçim kaynağı olan bir tarımsal sanayi ürünüdür. Fındık ile ilgili işleme unsurlarından en önemlilerinden birisi de fındığın kurutulmasıdır. Ağaçtan toplanan yaş ürün ön kurutma işlemine daha sonra da son kurutma işlemine tabi tutularak güneşte kurutulmaktadır. Ön kurutma işleminde fındığın soldurulması, böylece çotanağından ayrılması kolaylaşmakta ve son kurutma işleminde de fındığın kendisi kurumaktadır. Tabii kurutma işlemi uzun bir periyotta güneşe serilerek yapılmaktadır. Türkiye dünya fındık üretiminde kalite ve üretim miktarı itibarı ile monopol durumdadır. Türkiye de fındık üretimi miktarı, periyodisite (alternans) nedeniyle, yıldan yıla değişmekle birlikte, artan bir seyir izlemektedir. Türkiye fındık üretiminin son beş yıl ortalaması tondur. Türkiye de, çiftçi ailesi olmak üzere, toplam iki milyon kişi fındık üretimi ile ilgilenmektedir. Ayrıca fındığın Doğu Karadeniz bölgesi halkının önemli bir kısmının hemen hemen tek geçim kaynağı olması nedeni ile sosyal boyutu da oldukça önemlidir. Türkiye, dünya fındık ihracatının yıllar itibariyle değişmekle birlikte yaklaşık %70-80 ini karşılamakta ve 50 nin üzerinde ülkeye fındık ihraç etmektedir. Fındık fiyatları son yılların en yüksek fiyatı olan 1 kg kabuklu fındık 5 ABD Doları seviyelerine çıkmıştır.

21 3 Kurutma süresinin uzaması fındıkta aflatoksin oluşma potansiyelini arttırmakta ve özellikle kurutma esnasında yağışlı bir hava söz konusu ise; bu potansiyel daha da artmaktadır. Ayrıca; kurutma işlemleri de son derece iyi işçilik gerektiren bir yöntemle yapıldığından dolayı; kurutma süresinin uzaması da istenmeyen bir durum olarak ortaya çıkmaktadır. Fındığın yetiştirildiği Karadeniz Bölgesi nin nem oranının fazla oluşu, kuruma süresini ve kurumada fındık kalitesini doğrudan etkilemektedir. Kurutma sistemlerinde kullanılan enerji miktarı göz önüne alındığında, günümüzde enerjinin kısıtlı ve pahalı olmasından dolayı; araştırmacılar daha az enerji girdisi olan sistemler üzerinde çalışmaktadırlar. Dünyanın enerji ihtiyacının karşılanmasında gerekli olan güç için son yıllardaki durumuna göre, bugünkü tüketim hızları baz alınarak yapılan hesaplamalarda bazı ihtimalleri hesaba katarak yapılan araştırmalar sonucu kömürün yaklaşık 250 yıl sonra, doğalgazın yaklaşık 60 yıl sonra ve petrolün de yaklaşık 35 yıl sonra tükeneceği tahmin edilmektedir. Üreticilerin kurutma işleminin kontrolünü bildikleri ilkel yöntem olan duyusal muayene ile yapmalarının yanlış olduğu bir gerçektir. Fındıktaki biyolojik ve fiziksel değişimleri kurutma sırasında ve sonrasında takip edebilecek bir uzman ve kurutma işlemini bilen teknik elemanlar ile birlikte yapılacak çalışma, kaliteli ürün eldesi olarak kendini gösterecektir. Fındığın doğal yollarla kurutulması sonucunda üreticiler hem kalite hem de zaman kaybına uğramaktadır. Bu bakımdan, bu çalışmada enerji girdisi az olan, kontrollü bir fındık kurutma fırını tasarlanarak, fındığın kuruma süresinin azaltılması ve kalitesinin arttırılması amaçlanmıştır. Tasarlanan ve imalatı yapılan fırın fındıktaki kurutma kusurlarını önleyecek ve üreticinin isteklerine hitap edebilecektir. Kısa sürede ve daha kaliteli olarak piyasaya arz edilen fındık, özellikle ihracat sektöründe daha çok tercih edilir hale gelecektir.

22 4 Bu tez çalışmasının amacı kurutma sırasında ve sonrasında fındıkta oluşabilen kurutma kusurlarını ortadan kaldıran; bir kurutma fırınının tasarımı ve imalatıdır. Tasarlanan ve analizi yapılan sistemde ısı pompası içerisinde atık havadan faydalanılması ile kurutma işleminde enerji tasarrufu sağlanabileceği düşünülmüştür. Böylece Türkiye de üretilen fındığın, daha az enerji sarfiyatı ile kontrollü olarak yapılan kurutma işlemi sonucunda daha erken ve daha kaliteli olarak iç ve dış piyasaya sunulabilmesi mümkün olabilecektir.

23 5 2. LİTERATÜR TARAMASI Kurutma sistemlerinde gerekli enerji elektrik enerjisi, ısı pompası, güneş enerjisi, yakıt enerjisi vb. ile sağlanabilir. Daha önceki kurutma konusunda yapılan çalışmalarda, kurutma esnasında harcanan enerji miktarının ve kurutma şartlarının (sıcaklık, bağıl nem ve hız) ayrıntılı bir şekilde incelenmesi gerektiği tespit edilmiştir. Yine, kurutma sistemlerinde yapılan daha önceki çalışmalar değerlendirildiğinde daha gelişmiş kontrol teknolojilerinin kullanılması gerektiği görülmüştür. Olgun ve Rzayev (2000), güneş enerjisi ile üç farklı sistemde fındığın kurutulmasını deneysel olarak incelemişler ve kabinet tipi, dolap tipi ve çadır tipi olmak üzere üç sistemde fındığı kurutmuşlardır. Yapılan sistemlerde, açık havada fındığın 82 saat civarında kuruduğu tespit edilerek; kabinet tipli kurutucuda ek ısıtıcı kullanılması durumunda 28 saatte, ek ısıtıcı kullanılmadığı durumda 50 saatte, çadır tipli kurutucuda 73 saatte, ek ısıtıcı kullanılmayan dolap tipli kurutucuda ise saat içerisinde fındığın kuruduğunu tespit etmişlerdir. Kurutulmuş olan fındıklardan alınan numuneler görüntü ve tat analizine de tabi tutulmuş ürünlerde herhangi bir bozulmaya rastlanılmamıştır. Sistemde ek ısıtıcı kullanıldığı durumda kurutma süresinin oldukça kısaldığı görülmüştür [1]. Aktaş ve ark. (2005), fındık kurutma şartlarını göz önünde bulundurarak ısı pompalı endüstriyel fındık kurutma fırınının modellemesini yapmışlardır. Yapılan modelleme ile güneşli günlerde güneş enerjisinden faydalanılarak daha az enerji sarfiyatı olurken, diğer zamanlarda kurutma işleminin devamlılığının ısı pompası yardımı ile sağlanabileceğini belirtmişlerdir. Tasarlanan sistem Şekil 2.1 de görülmektedir [2].

24 6 F Gke Abm 1' Sv1 Ybm 4 Kb1 2 C Sv2 1 Kb2 4 D 3 1 E Drj K 2 3 Sö Nö Aö PC Şekil 2.1. Sıcaklık, nem ve ağırlık kontrollü, nem yoğuşturmalı (kondenzasyonlu) fındık kurutma fırını F: Fan Drj: Yoğuşan su haznesi K: Kondenser E: Evaporatör Gke: Güneş kolektörlü evaporatör D: Kurutucu Filtre Ybm: Yüksek basınç manometresi Abm: Alçak basınç manometresi Sö: Sıcaklık transmitteri Nö: Nem sensörü C: Kompresör Aö: Ağırlık ölçer (Load Cell) Sv1- Sv2: Selonoid valf Kb1-Kb2: Kılcal boru Aktaş ve ark. (2004), güneş enerjili kurutma sistemlerinin fındık kurutulmasına uygulanabilirliğini incelemişlerdir. Araştırmacılar, fındığın uluslararası standartlarda kurutulamaması, pazar payının kaybına yol açmaktadır ifadesini kullanmışlar ve yapmış oldukları çalışmada enerji maliyeti düşük, sıcaklık, ağırlık ve nem kontrollü güneş enerjili bir fındık kurutma fırını tasarımını yapmışlardır. Araştırmada, üreticilerin ilk yatırım masrafı düşük ve enerji giderleri az olan kurutma fırınlarını tercih ettikleri belirtilmiştir. Bu amaçla yapılmış olan tasarım Şekil 2.2 de görülmektedir [3].

25 7 Şekil 2.2. Güneş enerjisi destekli nem ve sıcaklık kontrollü fındık kurutma fırını Ceylan ve ark. (2005), Şekil 2.3 de görülen ısı pompalı bir kurutma fırınının elma kurutulmasında kullanılmasını deneysel olarak incelemişlerdir. Çalışmada, ayarlı kapak (damper) ile bağıl nemi daha düşük olan dış hava sisteme alınarak, sistem havasının neminin düşürülmesi sağlanmıştır. Elmalar; 40 o C de, ortalama %20 bağıl nemde, 2,8 m/s hava hızında, 4,8 (g su / g kuru madde) su oranından 0,18 (g su / g kuru madde) su oranına kadar 3,5 saatte kurutulmuştur [4]. Araştırmacılar, bağıl nemin düşük olduğu bölgelerde yapmış oldukları ısı pompalı kurutma sisteminin verimli bir şekilde çalışabileceğini ifade etmişler. Elmaların kurutma sonrası su aktivitesi değerini 0,65 olarak bulmuşlar ve böylece elmalarda düşük su aktivitesinden dolayı bazı toksijenik küflerin faaliyetlerinin ve toksin üretiminin engellenmiş olduğunu tespit etmişlerdir.

26 8 Şekil 2.3. Isı pompası destekli kurutma fırını [4] 1: Dönüş havası, 2: Dış hava, 3: Karışım havası, 4: Ürün üzerine gönderilen hava Bıçakçı (1989), Doğu Karadeniz Bölgesinde havalı güneş kolektörleri ile prototip fındık kurutma sistemi tasarımı yapmıştır. Yapılan kolektör modellemesi sonucunda fındık kurutma ayları için en uygun kolektör eğimini 30 o (Trabzon için) olarak bulunmuştur. Araştırmacı, havanın kolektöre girmeden önce bağıl neminin düşürülmesinin kurutma süresini kısalttığı ve daha çok ürün kurutulabileceği kanaatine varmıştır. Fındık için en uygun kurutma havası sıcaklığının (40-50) o C olduğu belirtilmiştir. Araştırmacı, bu sıcaklığın üstünde yapılan kurutma işleminde fındığın kalitesinde düşme ve tadında kötüleşme olduğunu belirtmiştir [5]. Çetin (1994), fındığın dönel silindirde kurutulmasını teorik ve deneysel olarak incelemiştir. Araştırmacı, nem oranı yüksek olan fındıkları deney düzeneğinde (40-50) o C seviyesindeki bir sıcaklıkta kurutmuş. Deneysel kurutmada sıcaklıkların (10-15) o C daha yüksek olduğu durumda, kurutma süresinin daha da kısaldığı görülmüştür [6]. Demirbaş (2000), fındıkta kurutma sistemlerinin karşılaştırılmasını yapmıştır. 33 cm x 33 cm boyutlarında kontraplak tepsilere 4 cm kalınlığında ve 2-3 tabaka halinde

27 9 serilerek kurutma serasında ve sera dışında fındık kurutmuştur. Sera içinde kurutulan fındık çeşitlerinde kütle kaybı, Tombul fındıkta %13,4, Palaz fındıkta %14,7, Kalınkara fındığında %14,6 ve Sivri fındıkta %13,7 olmuştur. Sera dışında kurutulan fındık çeşitlerinde ağırlık kaybı Tombul fındıkta %13,9, Palaz fındıkta %14,5, Sivri fındıkta %14,5 ve Kalınkara fındığında %15 olmuştur. Sera içinde kurutulan fındık çeşitlerinde 3. gün sonunda Tombul fındık %4,12, Palaz fındık %5,12, Sivri fındık %5,13 ve Kalınkara fındığın % 4,12 sabit nem değerine ulaştığı görülmüştür. Sera dışında Tombul fındık %3,34, Palaz fındık %3,83, Sivri fındık %3,56 ve Kalınkara fındığı %2,95 nem değerine ulaşmıştır [7]. Demirtaş (1996), fındıkta kurutma şartlarını belirlemek amacıyla aynı kurutma şartlarında ince sergideki fındık aromasının, kalın sergideki fındık aromasına göre daha iyi olduğu ve kimyasal analizlerde görülür bir ayrıcalık olmadığını belirlemiştir. İnce sergide çok düşük hızlarda (<0,3 m/s) fındık kurutma sonunda aromada kötüleşme izlenmiş ve kalın sergide ise kurutma havası hızının artmasının, fındık aromasının kötüleşmesine neden olduğu görülmüştür. Araştırmada fındık kurutma için en ideal hava hızının 0,3 m/s olduğu belirtilmiştir. Araştırmacı, kurutma havasının sıcaklığının yüksek olmasının, fındık içinde yağ asitlerinin bozulması ile fındık aromasını kötüleştirdiğini belirtmiştir. Kurutma esnasında fındığı en az etkileyen kurutma havası sıcaklık değerinin (35-40) o C olduğu gözlenmiştir [8]. Demirtaş ve arkadaşları (1998), fındığın kuruma davranışlarını sayısal yöntemlerle de incelemişlerdir [9]. Lopez ve ark. (1998a), farklı sıcaklık (30-70) o C ve farklı hızlardaki (0.5-2) m/s şartlandırılmış hava ile farklı yatak yüklerinde (50-150) kg/m 2 deneyler yapmışlardır. Bu deneylerde, hava sıcaklığının kuruma süresine etkisinin fazla olduğu, buna karşılık hava hızının ve kurutma yatak yükünün etkisinin fazla olmadığı belirtilmiştir [10]. Lopez ve arkadaşları (1998b), kalın sergide fındık kurutma için bir matematik model de geliştirmeye çalışmışlardır [11]. Aynı grup diğer çalışmalarında da (1997a, 1997b ve 1997c) farklı koşullarda kurutulmuş fındıkların kalite üzerindeki etkilerini yağ oksidasyonu, enzimatik faaliyet ve esmerleşme açısından incelemişlerdir [12-14].

28 10 Karabay (1991), fındığın kurutulmasını irdelemiştir. Araştırmacı, elde ettiği değerlere göre, ağaçtan toplanmış, herhangi bir ön kurutma işlemine tabi tutulmamış, nem oranı yüksek fındığı atmosfer sıcaklığının üstünde bir kurutma işlemine tabi tutmanın, fındığın biyolojik yapısı açısından sakıncalı olduğunu ifade etmiştir. Bu sonuç, 40 o C lik sıcaklık sınırına yaklaşılması veya geçilmesi halinde kesin olarak kendini göstermekte ve fındığın tadında kabul edilemeyecek bozulmalar ortaya çıkmakta olduğunu göstermiştir [15]. Özdemir ve arkadaşları (2000), mekanik kurutmada hava sıcaklığının önemli Türk fındık çeşitlerinden Tombul un kalitesine etkisini incelemişlerdir. Mekanik kurutmada hava sıcaklığının Türk fındık çeşitlerinden Tombul fındık üzerindeki etkisinin araştırılması ve uygun kurutma sıcaklığının belirlenmesi amacıyla fındıklar (35, 40, 45 ve 50) o C de kurutulmuştur. Toplam yağ, yağ kompozisyonu, serbest yağ asitliği, iyot sayısı, doymamışlık derecesi ve ransimat değerinde meydana gelen değişiklikler incelenmiştir. 35 ve 40 o C deki kurutma sıcaklıklarının serbest yağ asitliği üzerindeki etkileri arasında istatistiksel bir fark bulunamamıştır. 40 ve 50 o C kurutma sıcaklıklarının ransimat değeri üzerindeki etkileri arasında da istatistiksel bir fark bulunamazken, ransimat değeri, kurutma sıcaklığı arttıkça azalmıştır. Bu sonuçlar, 45 o C nin altındaki kurutma sıcaklığının, önemli Türk fındık çeşitlerinden Tombul çeşidinin acılaşmaya olan dayanıklılığını etkilemediğini göstermektedir [16]. Özdemir (2001), fındık hasatı ve hasat sonrası işlemleri ile fındık işlemesinde kritik kontrol noktaları tehlike analizini yaparak, fındık işlemede bütün işlemlerin bir bütün olarak düşünülmesi gerektiğini ifade etmiştir. Araştırmacı, bütünsel bir kalite iyileştirmenin kalıcı olabileceğine dikkat edilmesi ve etkin uygulandığında kritik kontrol noktalarında tehlike analizinin sorunları oluşmadan önleyerek kalitede sürekliliği sağlayabileceği kanaatine varmıştır [17]. Coşkun (2002), basit nem alıcılı ısı pompalı sürekli kurutma sisteminin simülasyonunu yapmıştır. Araştırmacı, ısı pompası sisteminin en verimli çalışma

29 11 noktasının SMER değerinin en yükseğe ulaştığı nokta olduğunu belirtmiş. Dış ortam sıcaklığının yüksek olduğu durumlarda konderser sıcaklığındaki artışın soğutkanın kritik nokta sıcaklığı ile sınırlı olduğunu, ısı pompalarında konderser sıcaklığının soğutkanın kritik sıcaklığına yaklaşmasının, soğutkanın kimyasal yapısını bozacağı hem de kompresörün zarar görmesine neden olacağı belirlenmiştir [18]. Phani ve ark. (2005), kapalı çevrimli sürekli akışlı ısı pompası destekli kurutma sistemini test etmişlerdir. Araştırmacılar, bu sistemde ürün kalite optimizasyonu için düşük sıcaklıklarda (30-35) o C kurutulması gereken bitkileri kurutmuşlardır. Özgül nem çekme oranını (SMER) 0,006 0,61 kg/kwh arasında hesaplamışlardır. Ürün kurutmasında elektrikli tel ısıtıcılı konvansiyonel sistem ile ısı pompası sistemi karşılaştırıldığında ısı pompalı sistemde kurutma süresinin %65 ve kullanılan enerjinin de %22 azaldığı görülmüştür [19]. Filho ve Strommen (1996), kapalı çevrimli ısı pompalı kurutucuların düşük sıcaklıklarda çalışan konvansiyonel kurutuculara göre daha verimli çalışma potansiyeline sahip olduğunu belirtmişlerdir. Araştırmacılar, kapalı çevrimli ısı pompalı kurutucularda atık havadan duyulur ve gizli ısının çekilmesiyle sistem ısıl performansının iyileşeceğini belirtmişlerdir [20]. Baines (1986), ısı pompalı kurutucular kullanıldığında, kurutucularda enerji kayıplarının azaldığını belirtmiştir. Araştırmacı, ısı pompalı sistemlerde SMER değerinin 1-6 kg/kwh arasında değiştiğini belirtmiştir [21]. Achariyaviriya ve ark. (2000), ısı pompalı kurutucuda papaya kurutmuşlardır. Ürünü, 50 o C de %40,4 (kuru baz) nem değerinden %23,2 (kuru baz) nem değerine kadar kurutmuşlardır. Bu araştırmada, maksimum SMER değeri de 0,091 kg/kwh olarak hesaplanmıştır [22]. Chen ve ark. (1982), havalı güneş kolektörlü, 1,5 HP lik ısı pompası destekli tam kapalı bir fırın imalatı yapmışlardır. Yapılan güneş enerjisi destekli, ısı pompalı ve nem alıcılı kurutma fırını Şekil 2.4 de görülmektedir.

30 12 Şekil 2.4. Güneş enerjili, ısı pompası destekli kurutma fırını [23] Söylemez (2006), kurutma sistemlerinde sistemdeki atık ısıyı kullanan ısı pompalı kurutucuların termo-ekonomik analizini yapmıştır. Araştırmacı, sistemin termoekonomik analizi için sistem elemanlarının ısıl analizi ile birlikte basit bir ekonomik analiz yapmış ve ısı pompası için optimum sıcaklık değerlerini hesaplamıştır. Sistem için optimum konderser çıkış hava sıcaklığı 50,13 o C, evaporatörden ayrılan hava sıcaklığı 11,90 o C ve evaporatöre giren sistem havası sıcaklığını ise 37,68 o C olarak hesaplanmış. Sistem elemanları için optimum çalışma şartlarında COP değerini 2,3596 olarak hesaplanmış [24]. Chua ve Chou (2005), iki kademeli ısı pompalı kurutma sistemini deneysel olarak incelemişlerdir. Yapılan incelemede, tek kademeli sisteme göre bu sistemde % 35 den daha fazla ısı çekildiğini belirtilmiş. Araştırmacılar sistemde, yüksek ve düşük basınçlı dış evaporatörleri, kurutma havasını soğutma ve kurutma havasından nem çekme amaçlı olarak kullanmıştır [25]. Robbins (1983), 2,8 m 2 lik doğal havalandırmalı kuzey ve güney duvarları oluklu siyah metal ile kaplı fırın imalatı yapmıştır [26]. Atagündüz (1991), reflektörlü güneş serasının imalatını yapmış ve yapılan reflektörlü güneş serasını, kurutucu olarak kullanmıştır [27].

31 13 Güngör ve Yaşartekin (1988), dikey eksende güneşi izleyen kabinet tipi kurutucu imal etmişlerdir [28]. Fırat (1997), yapmış olduğu çalışmada dikey konumdaki saydam iki levha arasındaki hava akımının güneş enerjisi ile ısıtılması ve kurutma sistemlerine uygulanması incelemiştir [29]. Özbalta ve Tırıs (1992), yapılan güneşli kurutma fırınında yutucu yüzey olarak akış kanalına yerleştirilen alüminyum teli kullanmıştır. Araştırmacı, siyaha boyanan alüminyum tel ile ısı transfer alanının arttırılmasını amaçlamıştır [30]. Çomaklı ve ark. (1990), Karadeniz Bölgesi için kurutma ve iklimlendirme amaçlı güneş kolektörlü enerji depolu, ısı pompası sistemi kurmuşlardır [31]. Öz (1988), güneş enerjili kondenzasyonlu bir kurutma fırını tasarlamıştır [32]. Fındık ile ilgili olarak birçok standart bulunmakla beraber, fındığın kurutulması ile ilgili olarak, TS 3074 Kabuklu Fındık ve TS 3075 İç Fındık olmak üzere iki standart bulunmaktadır. Bu standartlar, kabuklu ve iç fındığın özellikleri, numune alma, muayene, deneyler ve fındığın piyasaya arz şekli esasları konularını içermektedir [33,34]. Hawlader (2003), güneş enerjili, ısı pompalı kurutma fırını ve sıcak su ısıtıcısı yapmıştır [35]. Coşkun (1993), kurutma işlemlerinde ısı pompası ile enerji tasarrufu sağlanmasını deneysel olarak incelemiştir. Araştırmacı, kurutma havasının ısı pompasının yoğuşturucusunda ısıtılmasının fuel-oil ile ısıtılmasının yanında %25 daha verimli olduğunu saptamış ve ayrıca, geri beslemesiz tip ısı pompasından daha etkili olan geri beslemeli tip ısı pompası ise herhangi bir tekstil fabrikasında kullanıldığında fuel-oil ile çalışan klasik tip kurutucular yanında teorik olarak %48 civarında bir enerji tasarrufu sağlanacağını tespit etmiştir [36]. Coşkun (2000), ısı pompası yardımıyla sürekli kurutma sisteminin simülasyon programını oluşturmuştur [37].

32 14 Özdemir (1998), fındıkta raf ömrüne etki eden faktörleri incelemiştir. Araştırmacı yapmış olduğu çalışmada yetersiz/uygun olmayan hasat, kurutma ve depolama yöntemleri ve koşulları nedeniyle, özellikle küfler faaliyet göstermekte, fındık ve ürünlerinde önemli kalite kayıplarına neden olduğunu belirtmiştir. İşleme hataları nedeniyle, fındıklarda yağ oksidasyonuna bağlı acılaşma meydana geldiği ve raf ömrünün önemli ölçüde azaldığı belirtilmiştir. Araştırmacı, en iyi kalite fındık ve ürünlerinin üretilebilmesinin ancak bütün işlemlerin doğru ve eksiksiz olarak uygulanmasıyla mümkün olabileceğini ifade etmiştir [38]. Topuz ve ark. (2004), fındığın akışkan yatakta kurutulmasının nümerik ve deneysel çalışmasını yapmışlardır. Yapmış oldukları çalışmada, nümerik ve deneysel sonuçlar arasında iyi bir uyum olduğu gözlemlenmiştir [39]. Günerkan (2005), endüstriyel kurutma sistemlerini incelemiştir. Araştırmada, kuruma zamanının hesaplanması, kurutucu hesapları ve kurutma sistemi seçimi ile ilgili unsurlar ayrıntılı bir şekilde irdelenmiştir [40]. Topuz (2002), akışkan yatakta fındık kurutma prosesinde ısı ve kütle geçişini incelemiştir. Çalışmada, kurutma havasının sıcaklığının artmasının kurumayı hızlandırdığının bir gerçek olduğu, kurutulan ürünün gıda ve kimyasal bozulmaya uğramadan kurutulması için sıcaklığın belirli ölçülerde sabit tutulması gerektiğini belirtilmiş. Araştırmacı, akışkan yatakta kurutma havasının hızının kurumayı fazla etkilemediği sonucundan giderek, gerekli hava hızı sağlandıktan sonra hava hızının arttırılmasının pek fayda getirmeyeceği hatta aksine kurutmayı yavaşlatacağını belirtmiştir [41]. Akpınar (2005), fındıkta aflatoksin oluşumunun önlenmesi ile ilgili hususları incelemiştir. Araştırmacı, aflatoksin oluşumunun hasat, harman, kurutma ve depolama aşamasında engellenmesi gerektiğini belirtmiştir [42]. Oktay (1997), ısı pompası destekli bir kurutucunun performansına etkiyen etkenleri araştırmıştır. Araştırmacı, by-pass hava oranı, toplam hava debisi ve egzoz debisi;

33 15 sistemin performansını etkileyen anahtar parametrelerdir ifadesini kullanmıştır. Evaporatör etrafındaki by-pass havasının sistemin performansını %20 oranında iyileştirebileceği, bu iyileşmenin artan hava debisi ile artacağı, egzoz havasının %10 azaltılması ile özgül nem çekme oranının (SMER) %15 ve ürün geçişinin %50 oranında iyileşebileceği belirtilmiştir. Fakat bu iyileşmenin soğutkanın yüksek çalışma sıcaklığı ile sınırlı olduğunu belirtilmiştir [43]. Oktay (2003), mekanik ısı pompalı bir kurutucunun testini yapmıştır. Test materyali olarak ıslak yün kullanılmıştır. Yapılan deneylerde kütlesel hava hızları 0,78 1,50 kg/m 2 s arasında değişmiştir. By-pass hava oranı ve dönüş havası oranı %20 - %80 arasında değişmiş ve tüm sistem SMER değeri dönüş havası oranına bağlı olarak 1,5 ve 2,8 kg / kwh arasında değişmiştir. Yapılan çalışmada, evaporatör hava oranları arttıkça hem tüm sistem performansı hem de SMER in arttığı gözlemlenmiştir [44]. Rahman ve ark. bezelyenin ısı pompalı kurutucuda kuruma kinetiği ve desorpsiyon izotermini oluşturmuşlardır. Yapmış oldukları sistemde kurutma havası hızı 1,5 m/s, kurutma havası sıcaklığı 25 o C ile 65 o C arasında ve kurutma havası bağıl nemi de %20 ile %60 arasında değişmiştir. Nem desorpsiyon izotermi ve bezelyelerin ince tabakada kuruma kinetiği pilot bir ısı pompalı kurutucuda ölçülmüş ve modellenmiştir [45]. Hawlader ve Jahangeer güneş enerjisi destekli ısı pompalı kurutucunun ve su ısıtıcısının performansını araştırmışlardır. Bununla ilgili bir simülasyon programı geliştirilmiştir. Yükün 20 kg ve kompresör hızının 1200 rpm olması durumunda SMER 0,65 olarak saptanmıştır. Sistem performansını etkileyen üç parametrenin güneş radyasyonu, kompresör hızı ve kurutma odasındaki toplam yük olduğu belirtilmiştir. Çalışmada, kompresör hızı arttığında SMER ve COP değerinin azaldığı gözlemlenmiştir [46]. Teeboonma ve ark. ısı pompalı meyve kurutucularının optimizasyonunu yapmışlardır. Isı pompalı meyve kurutucularının optimum şartları belirlenirken en önemli faktörlerin dönüş havası oranı, evaporatör by-pass oranı, kütlesel debi ve

34 16 kurutma havası sıcaklığı olduğu belirtilmiştir. Araştırmacılar, sonuç olarak kurutulacak ürünün fiziksel özellikleri optimum hava debisini ve evaporatör by-pass hava oranını önemli bir biçimde etkilemektedir ifadesini kullanmıştır [47]. Braun ve ark. ısı pompalı hava çevrimli kurutucuların enerji verimliliği analizini yapmışlardır. Araştırmacılar, hava çevrimli ısı pompalı kurutucuda elbise kurutarak, ekonomik analiz yapmıştır. Çalışmada, konvansiyonel kurutucularla karşılaştırıldığında hava çevrimli pratik ısı pompalı kurutucuların önemli verim iyileşmesine sahip olduğu saptanmıştır [48]. Oktay ve Hepbaşlı (2003), mekanik ısı pompalı bir kurutucunun performans değerlendirmesini yapmışlardır. Yapılan çalışmada, konderser ve evaporatör sıcaklıklarına bağlı olarak ısıtma tesir katsayısı 2,47 ile 3,95 arasında değişmiştir. Isı pompalı kurutucuda SMER in 0,65 ile 1,75 kg/kwh arasında değiştiği saptanmıştır [49]. Hawlader ve ark. (2005), asal çevre gazları şartlarında (nitrojen ve karbondioksit) ısı pompalı kurutucuda elma, hint armudu ve patates kurutmuşlardır. Çalışmada, kurutulan ürünlerde renk analizi, yüzey gözenekliliği ve rehidrasyon yeteneği incelenmiştir. Isı pompalı kurutucudaki örneklerle vakum ve dondurarak yapılan kurutma örnekleri karşılaştırılmıştır. Araştırmacılar, asal gazlar kullanıldığında ısı pompalı kurutucudaki örnekler ile vakum ve dondurarak yapılan kurutma örneklerinin benzer olduğunu saptamışlardır [50]. Akpınar (2004), kırmızı biber dilimlerinin ince tabaka kurutma işleminin enerji ve ekserji analizini yapmıştır. Araştırmada, konvektif tip kurutucuda 55 o C, 60 o C ve 70 o C sıcaklık değerlerinde ve 1,5 m/s hava hızında kurutma işlemi gerçekleştirmiştir. Termodinamiğin I. kanunu kullanılarak enerji analizi ve termodinamiğin II. kanunu uygulanarak ekserji analizi yapılmıştır [51]. Chua ve ark. (2002), ısı pompalı kurutucularda son gelişmeleri ve gelecekteki eğilimleri incelemişlerdir. Çalışmada, bazı mümkün yeni hibrid teknolojiler örneğin

35 17 radyo frekansı ve infraruj ısı pompalı kurutucular endüstriyel potansiyelleri bakımından tartışılmıştır. Ayrıca, ısı pompalı kurutucuların avantaj ve kısıtlı olduğu tarafları incelenmiş ve ısı pompalı kurutuculardaki yeni gelişmeler irdelenmiştir [52]. Ceylan ve ark. (2006), ısı pompası destekli kereste kurutucusunun enerji ve ekserji analizini yapmışlardır. Çalışmada, 40 o C sıcaklık ve 0,8 m/s hava hızında yapılan kurutma işleminde kavak keresteleri 1,28 kg su/kg kuru madde nem oranından 0,15 kg su/ kg kuru madde nem oranına 70 saatte ve çam keresteleri de 0,60 kg su/kg kuru madde nem oranından 0,15 kg su/kg kuru madde nem oranına 50 saatte indirgenmiştir [53]. Chua ve ark. (1998a, 1998b, 2000), ısı pompalı kurutucuda tarımsal ve deniz ürünlerini (mantar, meyveler ve istiridye) kurutmuşlardır. Araştırmacılar, ısı pompalı kurutucularda planlanmış kurutma şartları ile tarımsal ve deniz ürünlerinin kalitesinin arttırılabileceğini ifade etmişlerdir [54-56]. Prasertsan ve ark. (1997, 1998a), ısı pompalı kurutucuda tarımsal gıdaları (muz) kurutmuşlardır. Araştırmacılar, ısı pompalı kurutucuların yüksek nem miktarına sahip materyaller için daha uygun olduğunu ifade etmişlerdir. Ayrıca çalışmada, ısı pompalı kurutucuların işletme maliyetlerinin onları ekonomik olarak daha mümkün kıldığı belirtilmiştir [57,58]. Theerakulpisut (1990), ısı pompalı kurutucuda tahıl kurutmuştur. Çalışmada, üründeki nem oranının yüksek olduğu zamanda açık çevrimli ısı pompalı bir kurutucunun daha iyi performans gösterdiği belirtilmiştir [59]. Meyer ve Greyvenstein (1992), ısı pompalı kurutucuda tahıl kurutmuşlardır. Araştırmacılar, ısı pompalı kurutucuların operasyon sürecinin az olması onları diğer kurutuculara göre daha ekonomik yapmaktadır ifadesini kullanmışlardır [60].

36 18 Rossi ve ark. ısı pompalı kurutucuda soğan kurutmuşlardır. Çalışmada, dilimlenmiş soğanların kurutulmasında enerji tasarrufu sağlandığını daha kısa kurutma işleminden dolayı daha kaliteli ürün elde edildiği belirtilmiştir [61]. Strommen ve ark. (1994), ısı pompalı kurutucuda deniz ürünlerini (balık) kurutmuşlardır. Çalışmada, ısı pompalı kurutma sistemlerinin büyük avantajının kurutulmuş ürünlerin yüksek kalitede olmasını sağlaması ve kontrol edilebilen sıcaklık programı ile ürün özelliklerine (gözeneklilik, rehidrasyon, renk, doku ve dayanıklılık) göre kurutma programının ayarlanabilmesinin mümkün kılınması olduğu belirtilmiştir [62]. Fatouh ve ark. (2006), ısı pompalı kurutucu kullanarak maydanoz, nane ve ebegümeci kurutmuşlardır. Sistemde R-134a gazı kullanılmıştır. Bu bitkilerin kurutulmasında gerek duyulan en düşük enerji tüketim değerleri maydanoz için kj/h 2 O, nane için kj/h 2 O ve ebegümeci için kj/h 2 O olarak hesaplanmıştır [63]. Ogura ve ark. (2004), kimyasal ısı pompalı kurutucunun enerji ve maliyet hesaplamasını endüstriyel seramik kurutma için yapmışlardır. Çalışmada, ısı pompalı kurutucular ile gaz yakan konvansiyonel kazanlar karşılaştırarak ısı pompalı kurutucuların tüketilen enerji ve sistemin kullanma maliyeti açısından daha ekonomik olduğu belirtilmiştir [64]. Querioz (2004), ısı pompalı ve elektrikli ısıtıcılı kurutma sistemi kullanarak domatesin kuruma kinetiğini belirlemiştir. Isı pompası COP değeri 2,56 ile 2,68 arasında değişmiş ve elektrikli ısıtıcı ile karşılaştırıldığında ısı pompası sisteminin enerji ekonomisi sağladığı belirtilmiştir [65].

37 19 3. FINDIK VE FINDIĞIN ÖZELLİKLERİ 3.1. Fındık ve Kurutulması Bir gıda ürünü olarak geniş bir tüketim alanına sahip olan fındık yüzyıllardan beri tanınmaktadır. Bir gıda ürünü olması yanında insanlar için diğer ortak yanı ise, bitkisini tanıyan toplumların bunu kutsal kabul etmeleridir. Yaklaşık beş bin yıldır tanınıp bilinen fındık, meyvesinden odununa kadar birçok yerde insanlara büyük faydalar sağlamaktadır. Sert kabuklu meyveler içinde fındık %26-28 kullanım oranıyla en fazla kullanılanı olup tüketimi farklı şekilde yapılmaktadır. Herhangi bir işlem görmeden taze olarak tüketildiği gibi, diğer ürünlere katkı maddesi olarak da kullanılabilmektedir. Fındık; ılıman iklimlerde yetişebilen, Türkiye nin de Karadeniz Bölgesinde yaygın üretimi yapılan, sert kabuklu bir yemiştir. Türkiye de üretilen fındığın ekonomik çeşitleri; C. Avellana Var, Pontica, C. Maxima Mill, ve C. Colurna Var Galndulifera (Türk fındığı) türlerinden ve bunların melezlerinden seçilmiştir. Fındık kendine has aromasıyla bulduğu geniş kullanım alanı yanında, beslenme açısından da değerlidir. Fındık E vitamini, B 6 vitamini, demir, kalsiyum, potasyum ve çinko içeriği bakımından çok zengindir. Ayrıca, iyi bir B 1 ve B 2 vitamini kaynağıdır. Türkiye de fındık üretimi ve işlenmesinde yaklaşık 8 milyon insan çalışmaktadır [38]. Harman yerine getirilen çotanaklı fındıklar 3-5 gün ve cm kalınlıkta bir tabaka halinde serilir. Güneşli havalarda tahta kürek veya tırmık ile her gün birkaç defa karıştırılarak kurutulur. Belli bir miktar kuruyan bu fındıklar patoz denilen fındık ayırma makinesi ile zuruflarından ayrılırlar. Ayıklanan fındıklar toprak harmanlarda bez üzerinde, beton harmanlarda ise bez kullanmadan 2-4 cm kalınlıkta serilirler. Bu şekilde 3-4 gün kuruyan fındıklar savurucudan geçirilmek suretiyle

38 20 toz, toprak, zuruf parçalarından ve boşlarından ayrılırlar. Kırık, kurt delikli fındıklar ile karışan diğer fındık çeşitleri seçilir, çuvallara doldurulur ve ağızları dikilerek pazar için depolanır. Harmanlama işlemi genellikle 15 Ağustos ta başlayıp, Eylül ayı sonlarına kadar devam eder. Harmanlama sırasında fındığın iyice kurumasına ve nem oranının kabuklu fındıkta %12, iç fındıkta %6 yı geçmemesine dikkat edilmelidir [66]. Fındığın doğal yollar ile kurutulması üreticiler için hem zaman hem kalite hem de ekonomik kayıplara neden olmaktadır. Fındık için, doğal kurutmanın olumsuz yönleri; kurutma esnasında fındığın toprak ile teması, yağmur yağması, kurutma esnasında havanın kapalı olabilmesi, kurutma için yeterli alanın olmaması durumundan dolayı fındıkların sıkışık bir vaziyette bekletilmesi, fındığın kurutma süresinin uzaması ve kurutma esnasında işçiliğin fazla olması olarak karşımıza çıkmaktadır. Yapılacak teknik kurutmanın da fındığın biyolojik yapısını bozmayacak, üreticinin rahatlıkla kullanabileceği, yine üreticinin rahatlıkla işletebileceği, ilk yatırım masrafı düşük, enerji ve işletme giderleri az bir fırında yapılması uygun olacaktır. Fındığın aromasının bozulmasının sebeplerinden birisi de bünyesindeki yağ-asit dengesinin bozulmasıdır. Uygun olmayan kurutma havası sıcaklık değeri, kurutma havası hızı ve kurutma havası bağıl nem değeri kurutma esnasında fındıkta istenmeyen bozulmalara sebebiyet vermektedir. Gıda güvenliği sağlamak sağlık, ekonomik, ve yasal düzenlemeler nedeniyle önemlidir. Böylece, patojen mikroorganizma ve mikrobiyal toksin kaynaklı hastalıklar, mikrobiyal bozulmalar ve toksinler önlenebilmektedir. Ayrıca biyokimyasal değişimler sonucu oluşan kalite sorunları nedeniyle gıda maddelerinin tüketimden kaldırılması ve ihraç ürünlerinin alıcılar tarafından geri gönderilmesi nedeniyle oluşan ekonomik kayıplar da önlenebilir. Gıdalar üretildiği ülkenin yasal düzenlemelerine uygun olmalı, tüketileceği ülkenin yasal limitleri de göz önüne alınmalıdır. Gıda güvenliğin sağlanmasında en etkin ve güvenilir yöntem Kritik

39 21 Kontrol Noktalarında Tehlike Analizi, KKNTA dir. (Hazard Analysis in Critical Control Points). KKNTA, gıda maddelerinin üretildiği fabrikalar, imalathaneler, hazır yemek servisi yapan lokanta gibi yerler ile benzeri işletmelerde sağlıklı ve yasal düzenlemelere uygun gıda üretimini garanti altına alan işlem ve analizlerin tümüdür. Bu yöntem, akut ve kronik gıda zehirlenmesine neden olan etkenlerin saptanıp, önlenmesi için fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik kriterlerin belirlenmesini, yerleştirilmesini ve kontrol edilmesini içerir. Ayrıca, KKNTA gıda maddesinin kalitesine ve raf ömrüne etki edebilecek biyokimyasal ve fiziksel değişimlerin kritik noktalarda kontrolüyle kalitenin yükseltilmesine ve sürekliliğin sağlanmasında etkin bir yöntem olarak kullanılabilir. Bu amaçla KKNTA bütünsel bir yaklaşımla, fındık hasat ve hasat sonrası işlemleri ile fındık işlemeyi kapsayacak şekilde kurulmalıdır [17]. İşleme (kırma, kavurma ve paketleme) ve taşıma hataları sebebiyle fındıklarda yağ oksidasyonuna bağlı acılaşma meydana gelmekte ve raf ömrü önemli ölçüde azalmaktadır. Ayrıca enzimatik faaliyetlerde fındıkta acılaşmaya neden olmaktadır. En iyi kalite fındık ve fındık ürünlerini üretebilmek ancak tüm işlemlerin doğru ve eksiksiz uygulanmasıyla mümkün olabilecektir. Ayrıca, uygulamaların izlenmesi ve kalitenin güvence altına alınması için, kalite güvence ve yönetim sistemlerinin etkin bir şekilde kullanılması gerekmektedir [17]. Yetersiz hasat ve sonrası işlemleri yanında uygun olmayan, yetersiz işleme metot ve şartları fındıkta acılaşmaya sebep olabilir. Fındıklarda enzimatik aktiviteler sonucunda da acılaşma meydana gelmektedir. Fındık, serbest yağ asit oranı kütlece % 1 değerini geçerse bozulmuş demektir. Yağ oksidasyonu, hücre yapısı ve fonksiyonlarının zarar görmesine ve dolayısıyla birçok hastalığın başlangıcında önemli rol oynamaktadır. Bu nedenle, yağ oksidasyonunun önlenmesi insan sağlığı açısından önemlidir. Böylece, acılaşmadan kaynaklanan ürün ve kalite kayıplarının önüne geçilecektir. Hasat ve harman işlemleri sırasında fındığın toprakla teması mikrobiyal yükün artmasına neden olur. Hasat edilen fındıklar günlük olarak harmana indirilmeyip,

40 22 naylon çuvallarda bekletilmesi halk arasında kızışma olarak bilinen mikrobiyal aktivitelerin ve buna bağlı bozulmaların başlamasına neden olur. Hasat ve harman işlemleri sırasındaki hava koşullarına göre kurutma sonunda küf miktarı artar veya azalır. Kurutma sonunda fındığın nemi %5 olmalıdır. %6 neme karşılık gelen bağıl nem %80 dir. %70 bağıl nemde bile fındıklar kısa bir sürede bozulmaktadır. Küfler %70 ila %90 bağıl nemde gelişebilirler [17]. Kurutma işleminde, zuruflarından ayrılan fındıklar kurutucularda kurutulmalıdır. Bu kurutma yönteminde kurutma aşamasında fındıkların toprakla teması önlenerek toprak kaynaklı bulaşmalar engellenir. Fındık yağmurdan tentelerle korunmalı, kızışmayı önlemek için tenteler fındık yığınından en az 20 cm yukarıda olmalıdır. Çotanaklı fındık ile kabuklu fındığın temasından kesinlikle kaçınılmalıdır. Fındıklar kurutma aşamasında ağaç altında ve yığın halinde kurumaya bırakılmamalıdır. Fındıkların üzerinde kesinlikle yürünmemeli ve ayak ile karıştırılmamalıdır. Bu önlemler alındığında hem patojen bakteri bulaşması hem de fındığın zedelenmesi önlenmiş olur. Fındıkta raf ömrünü kısaltan etkenlerden en önemlisi küflenmedir. Fındıkta küf gelişmesi ve dolayısıyla aflatoksin oluşumunun en önemli nedeni yüksek su aktivitesi ve sıcaklıktır. Yapılan doğal kurutma ile fındığın kontrollü olarak kurutulamamasından dolayı fındıkta bir çok mikrobiyal gelişme olmakta bu da ürünün kalitesini azaltmaktadır. Kontrollü olarak yapılacak kurutma sistemi ile doğal kurutmaya göre daha kısa sürede kaliteli ürün elde edilecektir. Böylece fındık iç ve dış piyasada daha çok tercih edilir hale gelecektir. TÜBİTAK tarafından yürütülen bir projede, naylon ve jüt çuvalda 10 gün bekletilen örnekler arasında güneşli günlerde (7-12) C sıcaklık farkı olduğu belirlenmiştir. Yapılan çalışmalarda jüt çuvaldaki fındık sıcaklığı (25-30) C arasında değişirken, naylon çuvaldakiler (35-42) C olarak ölçülmüştür. Bu değerler, naylon çuvalın

41 23 olumsuz etkisini bir kez daha ortaya koymaktadır. Bu nedenle; depolamada kesinlikle naylon çuvallar kullanılmamalıdır. Bunun yerine fındık için uygun olan ve daha uzun süre kullanılabilecek jüt çuvallar tercih edilmelidir. 1 ton fındık üreten üretici jüt çuval ihtiyacını 2 kg fındık parası ile karşılayabilmektedir [42] Fındık ve Aflatoksin Fındıkta kalite kayıplarına neden olan ve dayanma süresini kısaltan etkenlerden en önemlisi küflenmedir. Küfün uygun sıcaklık, nem ve besi ortamında gelişmesiyle aflatoksin oluşmaktadır. Bahçe temizliği, fındık hasatının ve zamanlamasının doğru yapılmaması, toplama ve kurutma sırasında fındığın nemli, sıcak ve kapalı (havadar olmayan) ortamlarda bekletilmesi, naylon çuval ve naylon örtü kullanılması, kabuklu fındıkların uygun koşullarda depolanmaması aflatoksin oluşmasına sebep olur. Eğer fındıkta aflatoksin oluşmuşsa bunu tamamen uzaklaştırmak veya tamamen yok etmek mümkün değildir. Önemli olan fındıkta aflatoksinin oluşmasını alınacak tedbirlerle en başından engellemektir. Fındıkta küf bulaşması yaygın olup, gelişmeleri insan ve hayvan sağlığı için bir risk oluşturmaktadır. Kabuklu fındıkta hasat, kurutma ve depolama süresince Penicillium, Aspergillus ve Rhizopus cinsine ait küf türleri bulunmuştur. Kabuklu fındıkta A. flavus gelişmesi ağaçta başlamakta, hasat işlemleri boyunca artmaktadır. Ağaçtaki ve yerdeki kabuklu fındık içinde A. flavus görülmemiş, ancak harmanda ve depolamada kabuğu çatlamış iç fındıklarda A. flavus görülmüştür. Naturel ve kavrulmuş iç fındıkta A. flavus, A. niger, A. glaucus, penicillum, mucor, fusarium küfleri bulunmuştur. Küfler serbest yağ asiti miktarının artmasına, proteinlerin parçalanmasına, amino asit bileşiminde değişime, renk değişimine, belirgin bir kokunun oluşmasına ve tat değişimlerine yol açmaktadır. Küf sayısı fındık dalında 10 5 koloni/g iken, yerde bir miktar artmakta, harmanda çevre ve iklim koşullarına göre azalmakta yada artmaktadır [17]. Yağış, sert kabuklu meyvelerde hasattan sonra küf miktarını ve mikroflorayı etkileyen en önemli faktördür. Yağışın fazla olması durumunda bakteri ve küflerin

42 24 toplam sayısı 10 8 koloni/g a kadar yükselmektedir. A. Flavus ve A. Paraticus fındıkta aflatoksin üretebilmektedir. Yapılan incelemelerde; harmandaki dış kabuğu çatlamış, zedelenmiş fındıklarda aflatoksin bulunmuştur. Aflatoksin oluşumu, ortam bağıl nemi ile dengede olan ürünün su aktivitesiyle ilgilidir. Fındıklarda hasat zamanında yüksek olan su aktivitesinin fındıkların 6 ila 10 gün süreyle kurutulması ile düşürülmesi, fındıklarda aflatoksin oluşumu için yeterli ortamı ve zamanı da vermektedir. Fındıkta aflatoksin oluşumunun engellenmesi, küfün ürüne girme ve toksin (zehir) oluşturma şartlarının yok edilmesinden geçmektedir. Eğer fındıkta aflatoksin oluşmuşsa, bunu uzaklaştırmak veya yok etmek mümkün değildir. Önemli olan aflatoksinin oluşmasını hasat, harman ve depolama aşamasında engellemektir Fındıkta aflatoksin sınır limiti Tüketici ülkeler ve dünya piyasaları kanserojen bir madde olan aflatoksin açısından riskli ürünlerde aflatoksin limitinin sıfıra indirilmesini hedeflemektedirler. Bu hedef doğrultusunda birçok ülkede aflatoksin B 1 limiti 5 ppb den 2 ppb ye fındıkta toplam aflatoksin (B 1 +B 2 +G 1 +G 2 )= 10 ppb den, 4 ppb ye indirilmiştir [42]. Aşağıda fındık için Türkiye, AB ve diğer ülkelerin aflatoksin limitleri görülmektedir. Türkiye Limitleri: Aflatoksin B 1 : 5 ppb Toplam aflatoksin :10 ppb AB Limitleri: Aflatoksin B 1 : 2 ppb (2 mg/ton) Toplam aflatoksin : 4 ppb (4mg/ton)

43 25 Diğer Ülkeler: ABD : 20 ppb Çin : 5-20 ppb Küflerin fındıkta yaptığı bozulma belirtileri Küfler fındıkta protein, yağ ve karbonhidratları enzimatik faaliyetlerle parçalayarak gıdanın dokusunu değiştirmekte, yağ içeriğinin azalmasına, serbest yağ asidi miktarının artmasına, proteinlerin parçalanmasına, amino grup asit bileşiminde değişime, besin değerinin düşmesine, renk değişimine, kötü koku oluşmasına, tat değişimlerine, ağırlık kaybına ve toksin oluşmasına yol açmaktadır. Küfler sağlam gıdanın içine de girebildiklerinden bakterilerden daha fazla zarar vermektedirler. Yüksek nem ve bağıl nemde depolanan fındıklarda mikrobiyal kaynaklı invertaz enzimi, sukrozu parçalayarak glikoz ve früktoz oluşturmaktadır. Taze fındıkta 0,05g/100g olan glikoz ve früktoz miktarlarının 0,1g/100g ı aşması fındıkların eski ya da kötü depolanmış olduğunu göstermektedir. Sukroz miktarının 4g/100g dan 2g/100g a düşmesi fındıkların bozulduğunu göstermektedir Türk Gıda Kodeksi Yönetmeliği ne Göre Gıdalarda Bulunabilecek Mikrobiyal Toksinler T.C. Tarım ve Köyişleri Bakanlığı nca 560 sayılı Gıdaların Üretimi Tüketimi ve Denetlenmesine Dair Kanun Hükmünde Kararname gereğince hazırlanan 16 Temmuz 1997 tarih ve sayılı Resmi Gazetede yayımlanan, gıda maddelerinin asgari hijyen ve kalite kriterleri, katkı maddeleri, bulaşanlar, pestisit kalıntıları, gıda aroma maddeleri, numune alma, ambalajlama, etiketleme, nakliye depolama esasları ve analiz metotlarını ihtiva eden, Türk Gıda Kodeksi Yönetmeliği ne istinaden hazırlanan Türk gıda kodeksi gıda maddelerinde belirli bulaşanların maksimum seviyelerinin belirlenmesi hakkında tebliği ne göre gıdalarda bulunabilecek mikrobiyal toksinler ve kabul edilebilir değerleri Çizelge 3.1 de görülmektedir.

44 26 Çizelge 3.1 Gıda maddelerindeki maksimum mikotoksin seviyeleri [67] GIDA MADDESİ Maksimum Seviye (µg/kg = ppb)*** Aflatoksin Okratoksin A B1 B1+B2+G1+G2 M1 Fındık, yer fıstığı ve diğer yağlı kuru meyveler, yağlı tohumlar, incir, üzüm ve 5 10 kurutulmuş meyveler ve bunlardan üretilen işlenmiş gıdalar Tahıllar (Karabuğday-fagopyrum sp dahil) ve tahıl ürünleri 2 4 Süt 0,05 Süt Tozu 0,5 Peynir 0,25 Bebek mamaları ve devam formülleri (süt bazlı) 0,05 Bebek mamaları ve bebek gıdaları 1 2 Baharat 5 10 Diğer gıda maddeleri* 5 10 İşlenmemiş tahıl taneleri (çeltik ve karabuğday dahil) 5 Tahıllardan elde edilen bütün ürünler (tahıl bazlı işlenmiş ürünler ve doğrudan insan 3 tüketimine sunulan tahıl taneleri) Kuru Üzüm 10 Elma suyu ve elma suyu içeren içecekler ve sirkeler** * : Bulunması muhtemel riskli gıdalar ** : Konsantre ürünlerde tarifine uygun hazırlama sonucundaki üründe bakılır. *** : Gıda maddelerinin yenilebilir kısımları için geçerlidir. Patulin Fındığın Özellikleri Küfler; gıdalarda mikrobiyal faaliyetler, gıda bozulmaları ve/veya gıda zehirlenmelerine neden olabilmektedir. Gıdalarda mikroorganizmaların faaliyetlerini etkileyen önemli unsurlar; ph değeri, su aktivitesi, toplam asitliği, koruyucuların varlığı, doğal mikroflora, besin içeriği, indirgenme potansiyeli, çevrenin kimyasal ve fiziksel özellikleri, gaz bileşimi, depolama sıcaklığı ve depo bağıl nemidir [68]. Enerji değeri 639 kcal/100g olan fındığın protein içeriği %8,2 olarak bulunmuştur. Bu değer bitkisel kaynaklı proteinler için önemli sayılmaktadır. İncelenen fındık çeşitlerinde ortalama yağ oranı %62,7 olarak saptanmıştır. Bu yağın, yağ asitleri

45 27 bileşimin %82 sini oleik asit oluşturmaktadır. Son yıllarda yapılan çalışmalarda fındıkta çok yüksek düzeylerde bulunan tek çift bağlı doymamış yağ asidi oleik asidin kanda kolestrolün yükselmesini önlediği ve böylece kalp-damar hastalıklarına karşı koruyucu etki gösterdiği belirtilmektedir. Fındığın ve fındık yağının bu açıdan önemi Amerika Birleşik Devletleri Kaliforniya Eyaletinde yapılan 6 yıl süreli bir araştırma ile de belirlenmiştir. Bu çalışmaya göre günde en az bir kere fındık yiyen veya fındık yağı kullanan bir insanın, hiç fındık yağı kullanmayan insana göre enfarktüsten ölme riski yarı yarıya azalmaktadır. TÜBİTAK Marmara Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Merkezi Gıda ve Soğutma Teknolojileri Araştırma Bölümünde bu konuda yürütülen kapsamlı çalışmalar sonuçlanmıştır. İncelenen fındık ve fındık yağı örneklerinde ortalama vitamin içerikleri aşağıda verilmiştir [69]. Fındığın genel kimyasal bileşimi (g/100g): Nem :4,6 Yağ :62,7 Karbonhidrat :11,6 Protein :16,2 Selüloz :2,7 Kül :2,2 Fındığın içindeki vitaminler (mg/100g): B 1 Vitamini :0,33 B 6 Vitamin :0,24 B 2 Vitamini :0,12 E Vitamini :31,4 Niasin :1,75

46 28 Fındığın içindeki minareller (mg/100g): Demir :5,8 Potasyum :655,3 Bakır :1,3 Kalsiyum :160,0 Sodyum :2,1 Manganez :5,1 Çinko :2,2 Magnezyum :16,2 Fındık ve fındık yağı vücutta karbonhidrat protein ve yağ metabolizmasında düzenleyici olarak görev yapan bazı B gurubu vitaminler için önemli bir kaynaktır. B 1 ve B 2 vitaminleri için iyi, B 6 vitamini içinse çok iyi kaynak olduğu saptanmıştır TÜBİTAK tarafından ülke çapında 960 okul çocuğuyla yapılan bir tarama çalışmasında Türk çocuklarının %90 ını B 2, %84'ünün de B 6 vitamin yönünden yetersiz beslendikleri gözlenmiştir. Kan yapımı ve ruhsal sağlık açısından gerekli olan B 2 ve B 6 vitaminleri fındık ve fındık yağında önemli düzeylerde bulunduğundan bu besinin her gün düzenli olarak tüketilmesi Türkiye deki çocukların iki ana beslenme sorununa pratik bir çözüm olarak düşünülmektedir. Fındık ve fındık yağı E vitaminin bilinen en iyi kaynağıdır. Bu vitaminin kalp ve diğer kasların sağlığı ve üreme sisteminin normal çalışması için gereklidir. Fındığın diğer bir faydası da alyuvarların parçalanmasını önleyerek, yine Türkiye de yaygın olan kansızlığa karşı koruyucu etki oluşmasını veya oluştuktan sonra onları etkisiz hale getirerek, insanları kanser hastalığına karşı korumasıdır. Fındıkta ve fındık yağında E vitamini yüksek, çok çift bağlı doymamış yağ asidinin az olması, vücutta özellikle kalp dokularındaki hücrelerin korunmasını sağlamaktadır.

47 29 Fındık ve fındık yağı kemiklerin ve dişlerin yapımı için gerekli olan kalsiyum kan yapımında görev alan demir büyüme ve cinsiyet hormonlarının gelişmesinde rol oynayan çinko için en iyi kaynaklarından birisidir. Ayrıca sinirlerin uyarımı ve kas dokusunun çalışması için gerekli olan potasyum açısından da zengindir. İşte bu yüzden fındığın ve fındık yağının insan yaşamında değerli bir yeri olduğu görülmektedir [69]. Ayrıca fındık kabuğu da Türkiye de, özellikle fındık üretilen yörelerde çok değerli ve yüksek kalorili ( cal/g) bir yakacak olarak kullanılmaktadır. Fındık kabuğundan kontralit, muşamba yapılmakta ve boya sanayinde de yararlanılmaktadır. Bugüne kadar sadece kabuklu ve iç fındık ihraç eden Türkiye, fındık sanayinin gelişmesi sonucu işlenmiş fındık ihracatına ağırlık vermeye başlamış ve bu oran toplam ihracatın yaklaşık %8 ine ulaşmıştır yılı fındık ihracatının 1,5 milyar dolar olarak gerçekleşmesi sevindirici olmakta ve bu oranın ürün çeşitlendirilmesi ile birlikte 2 milyar dolar miktarına çıkması beklenmektedir [70] Fındığın Üretim Aşamaları Fındığın üretim aşamalarını üç ayrı kısım olarak incelenebilir. Birinci kısım kabuklu fındığın üretim aşamaları, ikinci kısım naturel fındığın üretim aşamaları ve son kısım ise kavrulmuş fındığın üretim aşamalarıdır. Şekil 3.1 de fındığın üretim aşamaları görülmektedir.

48 30 KABUKLU FINDIK NATUREL FINDIK KAVRULMUŞ FINDIK Hasat Kabuklu Fındık Boylama Kavurma Ön Kurutma Kırma Ayıklama Zurufların Ayrılması İç Fındık Boylama Ambalajlama Kurutma Ayıklama Depolama Ayıklama Ambalajlama Depolama Depolama Şekil 3.1. Fındığın üretim aşamaları 3.6. Fındığın Depolanması Kabuklu fındığın depolanması Kabuklu fındıkların depolanmasında, paletlerin üzerine 5 sıra halinde dizilen fındık çuvalları, raflı depolara yerleştirilmelidir. Depo sıcaklığı (5-10) o C ve depo bağıl

49 31 nemi %50-60 arasında olmalıdır. Bu koşullarda fındıklar 1 yıl kalitede fark edilebilir bir değişiklik olmadan saklanabilmektedir. Depo bağıl nemini ve sıcaklığını sağlamak üzere iklimlendirme cihazları kullanılmalıdır. İstenmeyen maddelerin bulaşmalarını ve zararlı girişini önlemek üzere depolarda pencere bulunmamalıdır ve havalandırma cihazlarla sağlanmalıdır. Depolama sırasında her türlü böcek ve kemirgen kaynaklı bulaşmaları önlemek için kapanlar kullanılmalı, gerekirse kullanımına izin verilen ilaçlara başvurulmalıdır. Depolama girişinde nem, serbest yağ asitliği, peroksit, gizli çürük, A flavus, ve aflatoksin analizleri yapılmalıdır. Nem %5 in üzerine çıkarsa, uzun süreli depolama için fındıklar kurutulduktan sonra depolanmalıdır. Gizli çürüğün bulunması hasat, kurutma ve depolama işlemlerinin yetersiz olduğunun göstergesidir ve uzun süreli depolamaya uygun değildir. Fındıklarda A. flavus ve aflatoksin bulunması ve oluşması risk var demektir [17] İç fındığın depolanması İç fındık için de depo sıcaklığı (5-10) o C arasında ve bağıl nemi %50-60 arasında olmalıdır. Depolama öncesi nem, serbest yağ asitliği, peroksit analizleri yapılmalı, fındığın dayanma süresi depolama koşullarına göre tahmin edilerek, önlem alınmalıdır. Nem miktarı %5 ten fazla ise depolama süresini uzatabilmek için fındıkları depolamadan önce kurutmak gerekir. Kavrulmuş fındıklar da karanlık, serin ve kuru depolarda saklanmalıdır (Bağıl nem %50-60, sıcaklık 5-10 o C). Bağıl nemin %85-90 ve sıcaklığın (25-30) o C olması durumunda A. flavus ve A. parasiticus küfleri gelişerek aflatoksin oluşturabilmektedirler. P. viridicatum, P. cyclopium, A. ochraceus 0,83-0,91 su aktivitesinde okratoksin üretebilmektedir.

50 32 Küfler 10 o C nin altında da, yavaş olmakla birlikte, yeterli nem varsa gelişebilir ve toksin üretebilirler. Yığın halinde depolanan fındıklar havasız kalabildiğinden belirli bölgelerde küf gelişmesi için uygun sıcaklık ve bağıl nem oluşabilir. Aynı durum 25 kadar çuval üst üste konarak yapılan depolamada görülebilir [17] Türkiye de Yetişen Önemli Fındık Çeşitleri Türkiye de yetiştirilen fındık çeşitleri meyve şekil ve özelliklerine göre gruplandırılmışlardır [69]. Bunlar; Yuvarlak fındıklar Sivri fındıklar Badem fındıklar olmak üzere üç grupta incelenebilirler Yuvarlak gruba giren fındık çeşitleri Tombul fındık Tombul fındık Türkiye de yetişen en önemli fındık çeşididir. Daha ziyade Giresun ilinde yaygın olarak yetiştirilmektedir. Tombul fındığın meyve kalitesinin çok iyi olması uluslar arası pazarlarda kolayca tutunmasını sağlamış ve Türk fındığı dünya ülkelerince aranır duruma gelmiştir. Periyodisite özelliği gösteren tombul fındık çeşidi iyi ve bakımlı bahçe koşullarında her yıl düzenli ve oldukça yüksek verim vermektedir. Tombul fındık olgun, meyvesi dolgun ve muntazam şekillidir. Tabla kısmına doğru genişlemekte, uca doğru muntazaman daralarak sivri bir uç ile nihayetlenmektedir. Meyvenin üzeri bariz olukludur. Şekil 3.2 de tombul fındığa ait resim görülmektedir [69].

51 33 Şekil 3.2. Tombul fındık Palaz fındık Palaz fındık lezzet ve kalitesi orta düzeyde olan ve daha ziyade Ordu ilinde yaygın olarak yetiştirilen bir fındık çeşididir. Palaz fındık, tombul fındıktan oldukça iri olan, meyvesi dolgun, yuvarlak ve basık, tabla kısmı geniş, uç kısmı ise havlıdır. Ortalama 16,01 mm uzunluk ve 19,26 mm genişlikte olan meyvelerinin kabuğu donuk kahverengindedir. Kabuk kalınlığı ortalama 1,66 mm ve kolay kırılmaktadır. İç meyvenin üzerinde kahverenkli, ince ve ete yapışık zar bulunmaktadır. Meyvesi beyaz ve göbek boşluğu nispeten büyüktür adet kabuklu fındık 1 kg gelmekte ve randımanı % 49-51, yağ oranı % dir. Foşa fındığı Foşa fındığı daha çok Trabzon yöresinde yetiştirilen iri ve gösterişli bir fındık çeşididir. Bu fındığın kabuğu kırmızımtırak kahverenginde, ortalama 1,20 mm kalınlıkta ve orta derecede serttir. İç meyve zarları koyu kiremit, kahverengi, üzeri kaba damarlı, kalınca, meyve etine yapışık, içi fildişi renkte, sertçe ve göbek boşluğu büyük olan iç, meyve kabuğunu iyice doldurmuştur. Foşa fındığının iç randımanı % ve yağ oranı % 66,69 dur.

52 34 Çakıldak fındık Ordu ilinde yaygın olarak yetiştirilen bu fındık çeşidi Batı Karadeniz bölgesinde Delisava adı ile tanınmakta ve geniş ölçüde üretimi yapılmaktadır. Diğer fındık çeşitlerimizden çok daha geç uyandığından ilkbaharın geç donlarından az zarar görmekte, her türlü iklim ve toprak koşullarına kolay uyabilmekte olan çakıldak fındığın verimi çok yüksektir. Kalınkara fındığı Diğer fındık çeşitlerinin zor yetiştiği zayıf topraklarda dahi kolayca yetiştirilen bu fındık çeşidine fındık bahçeleri içersinde sık rastlanmakta ve ömrü azdır. Kabuğu mat, kirli kahverengi olup, uç kısmı boz renkli ve hav tabası ile kaplıdır. Meyvesi yuvarlak, tabla kısmının ortası kabarık ve bu kısım üzerinde meyve meyilli bir şekilde durabilmektedir. Kargalak fındık Kargalak fındık Trabzon ve Hopa dolaylarında kısmen bulunan çok iri bir fındık çeşididir. Kabuğu kalın ve iç doldurması zayıf olduğundan yetiştiriciliği çok az yapılmakta, fındık bahçeleri içerisinde az da olsa rastlanılmaktadır. Uzunmusa fındığı Daha çok Ordu yöresinde yetiştirilme alanı bulunan bu fındık çeşidi iri, dolgun, ince kabuklu, oldukça verimli ve kalitelidir. Meyve kabuğu kırmızımtırak kahverenginde ortalama 0,99 mm kalınlıkta ve tabla dışa çıkıntı yapmıştır. Kabuklu meyve ortalama 18,85 mm uzunluk ve 17,52 mm genişliktedir. Uzunmusa fındığının iç meyvesi kabuğunu iyice doldurmaktadır. İç meyvenin üzerinde ete yapışık, ince, parlak ve pürüzsüz zar bulunmaktadır. Beyazlatılmaya elverişli olan iç meyvenin eti beyaz, gevrek, lezzetli ve göbek boşluğu küçüktür.

53 35 Randımanı %54-56 ve yağ oranı %64-68'dir adet kabuklu fındık 1 kg gelmektedir. Mincane fındığı Tombul fındık çeşidine çok benzeyen mincanenin üzerinde koyu kırmızı çizgiler bulunmaktadır. Daha ziyade Trabzon yöresinde yetiştirilmektedir. Verimi düşük ve periyodisite göstermektedir. Kabuğu açık kahverenginde ve tablası nispeten dışa çıkıntı yapmıştır. Cavcava fındığı Yetiştirilme alanı çok az bulunan bu fındık çeşidinin kabuğu kahverenginde, ortalama 0,9 1,0 mm kalınlıktadır. Tablası dışa çıkıntılı olan bu fındık çeşidinin kabuklu meyvesi ortalama 18,46 mm uzunluk ve 17,33 mm genişliktedir. Kan fındığı Çok lezzetli olan kan fındığı çeşidinin kabuğu koyu kırmızı kahverengindedir. Nispeten Trabzon yöresindeki fındık bahçelerinde yer yer rastlanılmaktadır. Tabla düz uca doğru muntazam olarak daralmakta ve sivri bir uç ile nihayetlenmektedir. Kabuk kalınlığı ortalama 0,9 mm dir Sivri gruba giren fındık çeşitleri Sivri fındık Hemen hemen fındık üretilen bütün yörelerde bu fındık çeşidine rastlanılmaktadır. Olgun meyve iki yandan basıkça, uzun ve sivridir. Meyve kabuğu parlak, açık kahverenginde, uç kısmı nispeten kirli beyaz renkte havlı ortalama 1,05 mm kalınlıkta ve kolay kırılır [69]. Şekil 3.3 de sivri fındığa ait resim görülmektedir.

54 36 Şekil 3.3. Sivri fındık İncekara fındığı Diğer fındık çeşitlerinin üretildiği fındık bahçelerinde yer yer rastlanılmakta olan incekara fındığı zayıf topraklarda dahi kolaylıkla yetiştirilebilmektedir. Tabla kısmı küçük ve dışa kabarıktır. Meyvenin uç kısmında hav tabakası geniş bir yer işgal etmektedir. Kabuğu mat ve koyu kahverenginde olup meyvesi iri ve sivridir. Acı fındık Verim ve kalitesi düşük olan bu fındık çeşidinin meyvesi yaş iken acıdır. Kabuğu girintili çıkıntılı olan bu fındık çeşidi, sivri fındıktan iri yassı ve daha enlidir. Kabuk açık kahverenginde ve ortalama kalınlığı 1 mm dir. Kabuklu meyve ortalama 18,68 mm uzunluk ve 16,63 mm genişliktedir.

55 37 Kuş fındığı Sivri fındığa çok benzeyen kuş fındığı çeşidinin tablası düz ve kabuğu ince olup kuşlar tarafından kolay kırıldığı için bu adı almış ve verimi oldukça düşüktür. Kabuğu parlak kahverengi, ortalama 1,1 mm kalınlıkta, meyve ise 19,08 mm uzunluk ve 16,28 mm genişliktedir Badem fındık grubuna giren çeşitleri Yuvarlak badem fındığı Meyveleri oldukça uzun ve sivri olan bu fındık çeşidinin kabukları incedir. Kabuklu meyve ortalama 24,35 mm uzunluk ve 15,14 mm genişlikte olup kabuk kalınlığı 1 mm civarında bulunmaktadır. Meyvesi silindirik ve uzun olup sivri bir uç ile son bulmaktadır. Şekil 3.4 de yuvarlak badem fındığının resmi görülmektedir [69]. Şekil 3.4. Yuvarlak badem fındığı

56 38 Yassı badem fındığı Verimi oldukça düşük olan yassı badem fındığının meyvesi her iki yandan basıkça ve oldukça uzundur. Kabuklu meyve tabladan itibaren genişlemekte ve daha sonra daralarak küt bir uç ile son bulmaktadır. Değirmendere fındığı Değirmendere fındığı taze olarak tüketilen, iri, kalın kabuklu, turfanda ve çok lezzetli bir fındık çeşidi olup daha ziyade İzmit civarında yetiştirilmektedir [69].

57 39 4. KURUTMA VE KURUTMA TEORİSİ 4.1. Kurutma Kuruma; bir madde içinde bulunan sıvının uzaklaşmasıdır. Teknik kurutmada, kuruma işlemine dış müdahale yapılarak madde içinde bulunan nem değişik metotlarla alınır. Bu nedenle kurutma; kuruyacak ürün neminin istenilen kuruluk değerlerine belli bir süreçte indirgenmesi olarak tanımlanır. Belli bir süreçte ürünün kuruma değerlerine gelmesini sağlayan ve değişik birimlerden oluşan (ısıtma, nem alma, nem verme vb.) ünitelerin bütününe de kurutma sistemi denir. Kurutma işleminde kullanılan sistemler sanayinin bir çok dalında (gıda, kağıt, çimento, kereste ve kimya sanayi gibi endüstri dallarında) yaygın olarak uygulanmaktadır [71]. Gıdaların kurutulması, insanlığın tabiattan öğrendiği ve bu yüzden ilk çağlardan beri uygulanmakta olan en eski muhafaza yöntemidir. Gerçekten bu metot tabiatta çoğu zaman kendi kendine gerçekleşmekte ve örneğin, çeşitli tahıllar ve baklagiller tarlada kendi halinde kuruyarak dayanıklı hale gelebilmektedir. Doğada kuruma, güneş enerjisiyle gerçekleşmekte olduğundan, kurumanın her yerde ve her zaman bu yolla olması imkansızdır. Her ürünün güneşte kurutulması doğru değildir. Bu yüzden birçok ürünün diğer metotlarla kurutulma yolları geliştirilmiştir [72]. Başka bir ifade ile de kurutma; dayanma süreleri kısa olan ürünlere uygulanan saklama yöntemidir. Kurutma işlemi çeşitli ön hazırlık işlemlerinden sonra, kurutulacak ürünün yere, tepsiye veya bir platform üzerine serilmesi ile gölgede hava geçişinin olduğu yerlerde yapılmaktadır [73]. Kurutmanın uygulandığı en yaygın alanlar; gıda sanayi, deri sanayi, tarım sektörü, kimya sanayi, silah sanayi ve orman ürünleri sanayi olarak özetlenebilir. Bu alanlara kurutma işlemi uygulanarak ürünlerin kalitelerinin iyileştirilmesi yanında, nemden

58 40 korunması, hacimlerinin ve ağırlıklarının azaltılması, taşıma, kullanım ve işlenme kolaylığı vb. avantajlar kazandırılması da eklenebilir. Gıda maddelerine uygulanan kurutmanın bir çok amacı vardır ve bunların belki de en belirgin olanı, uzun süreli depolamalarda ürünün bozulmasını önlemektir. Kurutma işlemi uzun süreli depolamalarda ürünün bozulmadan kalmasını, ürünün nemini mikrobiyal gelişme veya diğer reaksiyonları sınırlamaya yeterli seviyeye düşürerek sağlar. Buna ek olarak ürünün nem miktarının düşürülmesi ile aroma ve besin değeri gibi kalite özelliklerinin muhafazası da sağlanmaktadır. Kurutma işleminin diğer amacı ürün hacmini azaltarak, gıda maddesinin önemli bileşenlerinin taşınmasında ve depolanmasında verimliliği artırmaktır. Gıda maddelerinde kurutma işlemi daha çok meyve ve sebzelere uygulanmaktadır. Kuru meyvelerin anavatanı ve binlerce yıllık üretim alanı olan Türkiye de kuru meyveler tarih boyunca ve günümüzde özellikle dış ticaret gelirlerine önemli katkılarda bulunmaktadır. Türkiye de kuru meyve yetiştiriciliğinin çok eski ve üretimin fazla olmasında bu meyvelerin kolay hasat, muhafaza ve nakil edilebilir oluşlarının, ekolojik imkanların uygunluğunun ve doğal olarak yetişmiş olmalarının büyük payı vardır. Kurutma fırınlarında hava hızının ya da sıcaklığının artması; fırına verilen enerji miktarının artmasını sağlar. Bunun paralelinde, ürün içerisindeki nemin buharlaştırılması için verilmesi gereken enerji miktarının daha kısa sürede sisteme verilmesiyle, kurutma süresi de kısalır. Kurutma havasının sıcaklığı, nemi ve ürün içerisindeki nem, kuruma hızını (kurutma şiddetini) belirler. Kurutma havasının neminin azaltılması da bu kurutma şiddetini artırarak kurutma süresini kısaltır. Dolayısıyla; kurutma süresinin kısaltılması kuruyan üründen daha erken faydalanılmasını sağlamaktadır. Üründeki serbest nem ve ürün içindeki bağlı nem alınırken ürüne en uygun olan kurutma yöntemini seçmek günümüz enerji ve ekoloji dengeleri açısından oldukça

59 41 önemli hale gelmiştir. Üründen buharlaştırılan birim miktardaki nem için harcanan enerji miktarı da kurutma sistemlerinde önemli bir kıstasdır. Kurutma işlemi gerçekleşirken üründeki serbest nem kısa sürede atılmakta ve kontrollü olmayan kurutma işleminden ve üründeki bağlı nemden dolayı kurutma süresi uzamaktadır. Bir kurutma sisteminde harcanan enerji; herhangi bir yakıtın yanmasıyla, alternatif enerji kaynaklarıyla (güneş, rüzgar vb.), jeotermal enerjiyle, elektrik enerjisi ya da daha başka bir enerji kaynağı ile sağlanır. Kurutma için gerekli olan ısı ihtiyacı bu enerji kaynaklarından karşılanır ve böylece kurutma işlemi gerçekleşir. Sistemde aynı havanın dolaştırılması sonucunda bağıl nemi zamanla yükselecek ve nem alma kabiliyeti azalacaktır. Bu da istenmeyen bir durum olarak karşımıza çıkmaktadır. Tamamen taze hava ile çalışan sistemlerde kurutma havası ürün üzerinden geçirildikten sonra egzozdan atıldığından bu da sistemde enerji tüketimini arttırmaktadır. Kurutma işlemlerinde basit olan fırınlar üreticiler tarafından daha çok tercih edilmektedir. Aynı zamanda sıcaklık, ağırlık ve nem kontrolünün daha basit ve ucuz olduğu sistemler daha çok tercih edilmektedir. Ürünün sisteme yüklenmesinin ve sistemden boşaltılmasının da kolay olması tercih nedenlerindendir. Ürün kurutulurken harcanan enerji miktarı da son derece önemli olup, bu enerjinin elde edilmesi de, kullanılması da kolay olmalıdır. Yani ürünün kurutma maliyeti mümkün olduğu kadar düşük olmalı ve aynı zamanda kontrollü ve kaliteli bir kurutma yapılmalıdır. Bir katı kururken, iki süreç oluşmakta ve bu süreçlerden birincisi sıvıyı buharlaştırmak için gerekli olan ısı transferi ve diğeri de; buhar ve iç sıvı kütlesinin transferidir. Her bir işlemin oranını belirleyen faktörler kurutma hızını da belirler. Ticari kurutma işleminin en temel amacı; işlem için gerekli ısıyı verimli bir şekilde sağlamaktır. Isı transferi; iletim, taşınım ve ışınım veya üçünün birleşimi şeklinde gerçekleşebilir. Endüstriyel kurutucu tipleri, katıya olan ısı transferi yöntemlerine

60 42 bağlı olarak değişir. Genelde ısı, önce katının dış yüzeyine sonra da katının içine doğru hareket eder. Bu durumun tersi yüksek frekanslı elektrik akımları aracılığıyla oluşur. Bu durumda iç bölgedeki sıcaklık dış yüzeyden daha yüksektir ve ısı akışı içeriden dışarıya doğru oluşur [74]. Birçok uygulamada, havanın kurutma sisteminde yeniden dolaştırılması ısıl verimi arttırır. Fazla dolaşım ile oluşan düşük ısı kaybı ile, az dolaşımla oluşan yüksek kuruma hızı, dolaştırılan hava oranı en uygun duruma getirilerek giderilebilir. Kurutma havasının nem içeriği, yeniden çevrimden etkilendiği için, istenilen hava neminin korunması amacıyla zaman zaman analiz edilmelidir. Havanın soğurabileceği maksimum nem miktarını; yaş termometre sıcaklığındaki doyma nemi ile sisteme sağlanan havanın çiy noktası sıcaklığındaki nemi arasındaki fark verir. Havanın gerçek nem alma potansiyeli ısı ve kütle transferi oranlarıyla hesaplanır ve genelde maksimum değerlerden düşüktür [40] Kurutmanın iç ve dış şartları Bir ürünün kurutulması sırasında aynı anda iki temel prensip birden oluşur: 1. Sıcak gazdan, kurutulacak ürün bünyesinden buharlaşan sıvıya doğru ısı transferi. 2. Kurutulacak ürünün iç kısımlarından dış yüzeyine doğru, sıvı ya da buhar olarak, dış yüzeyden sıcak gaz içine doğru ise; kütle transferi işlemleridir [8]. Bu işlemleri belirleyen şartlar aynı zamanda kurutma işlemlerini de belirleyen şartlardır. Bunlar iki kısımda incelenir: 1. Katı bünyesindeki sıvının katı yüzeyine gelmesi sürecinde oluşan, iç difüzyon, kılcallık gibi iç şartlar. 2. Kurutucu olarak kullanılan sıcak gazın hızı, sıcaklığı ve nemi gibi dış

61 43 şartlardır [8] Kuruma zamanının bulunması Kuruma zamanını bulmak için üç yöntem vardır [40]: 1. Ticari bir makinenin özellikleri benzeşim yöntemi ile oluşturulur ve laboratuar ortamında testler yapılır veya ticari makineyi kullanarak verim değerleri elde edilir. 2. Kurutulmak istenen madde elde edilemezse, yukarıda verilen yöntemlerden biri kullanılarak benzer bir malzemenin kurutulması ile veri toplanır. 3. Kuruma zamanı teorik eşitlikler ile hesaplanır. (Bu yöntem uygulanırken kullanılacak yaklaşık değerlere dikkat edilmelidir). Ticari bir donanım tasarlanırken, ticari çalışma şartlarını içeren bir laboratuar kurutucusunda kurutma deneyleri yapılmalıdır. Laboratuar testlerinde kullanılan örnek malzemeler, ticari işlemlerde kullanılan malzemeye benzer olmalıdır. Çeşitli örneklerden elde edilen sonuçlar, doğruluk için karşılaştırılmalıdır. Diğer yandan, test sonuçları ticari malzemenin kuruma karakteristiğini yansıtmayabilir. Laboratuar testlerinin pratik olmadığı durumlarda, ticari kurutma verileri, kurutucu imalatçısının deneyimi ile elde edilebilir [74] Kurutma sistemi seçimi Kurutma sistemlerinde taşınımla kurutma, temasla kurutma ve ışınımla kurutma olmak üzere başlıca üç farklı kurutma yöntemi vardır. Taşınımla kurutmada suyun buharlaşması için gerekli ısı, bir gaz tarafından yani; çoğunlukla olduğu gibi, hava tarafından sağlanır. Sıcak hava, kurutulacak materyalin içinden, üzerinden ve arasından geçirilir. Bu yöntem genel olarak sıcak hava ile kurutma tekniği olarak

62 44 bilinir. Temasla kurutma yönteminde ise; buharlaşma için gerekli ısı, iletimle taşınır. Yani, kurutulacak madde hareketsiz kalırken veya hareket ederken bu sırada temas ettiği sıcak yüzeyden maddeye ısı taşınır. Işınımdan yararlanılarak yapılan kurutmada, kurutulacak materyale ısı; herhangi bir maddi taşıyıcıya gerek duyulmaksızın sistemdeki bir ışınım kaynağı ile ulaştırılmaktadır. Başka bir ifadeyle ışınım ile kurutmada, mikrodalga, di-elektrik veya kızılötesi ışın gibi elektromanyetik enerji türlerinden yararlanılmaktadır [72]. Sistemde kurutulacak ürünün özelliklerine bağlı olarak, bahsi edilen bu kurutma yöntemlerimden en uygun olanı seçilmelidir. Kurutma işleminde dikkat edilmesi gereken en önemli hususlardan birisi de birim miktarda ürün kurutmak için, sistemde harcanan enerji miktarıdır. Diğer hususlarda ilk yatırım maliyeti ve ürüne uygun kurutma yöntemi ve tipi seçilmesidir. Bir kurutma sistemi seçiminde izlenecek yol aşağıdaki gibi olmalıdır [74-76]: 1. Uygun kurutucunun araştırılması. 2. Değişik tiplerin ön maliyet analizlerinin yapılması: İlk yatırım ve işletme maliyetleri. 3. Prototip veya laboratuar ölçeklerinde yapılan kurutma testleri ve bu testler için en uygun donanımın kullanılması (Bazen pilot bir işletme de kullanılabilir). 4. Örneklerin kurutulduğu denemelerin sonuç analizlerinin yapılması. İşletme ve ilk yatırım maliyetini etkileyebilecek faktörler ise aşağıda verildiği gibidir: 1. Ürün kalitesi (kesinlikle ödün verilmez).

63 45 2. Tozlanma, çözücü veya diğer ürün kayıpları. 3. Yer kısıtlamaları. 4. Ürünün yığın yoğunluğu (paketleme maliyetini etkileyebilir) Kurutma Yöntemleri Kurutma işlemlerinde kurutulacak ürüne göre kurutma sistemi seçilmesi gereklidir. Kurutulacak ürünün kurutma sonrası kalite değerleri kurutma esnasında havanın psikrometrik ve fiziksel özellikleri ile ilgilidir. Ayrıca birim zamanda kurutulacak ürün miktarı ve ürünün başlangıç ve son nem değerleri sistem seçimini etkileyecek hususlardır. Bugün birçok kurutma sistemi kullanılmakta olup, bu kurutma sistemleri aşağıda açıklanmaya çalışılmıştır İletim ile kurutma Kurutma silindirleri veya topları, düz yüzeyler, açık kazanlar ve daldırma ısıtıcılar doğrudan temaslı kurutmaya örnek verilebilir. Isıtma yüzeyi, kurutulacak malzeme ile temas halinde olmalıdır. Bu sistemlerde nem miktarı aşırı ısınmayı önlemektedir. İletim ile kurutma sistemleri genel olarak kağıt ürünlerinin kurutulmasında kullanılmaktadır. İletim ile kurutmada; yüksek kurutma hızı ve sabit bir ısı ve kütle transferi koşulları sağlanamaz, ağ boyunca zayıf bir nem profili oluşur, sistem istenildiği gibi kontrol edilemez, işletilmesi genelde pahalıdır, makine etrafında istenmeyen çalışma koşulları oluşur [40] Kızılötesi ışınımlı kurutma Isıl ışınım, kızılötesi lambalar, gaz ısıtmalı akkor yansıtıcılar, buhar ısıtmalı kaynaklar ve genelde elektrikle ısıtılmış yüzeyler ile sağlanır. Kızılötesi, sadece bir

64 46 malzemenin yüzeyi ve etrafında etkilidir, bu sebeple ince tabakaların kurutulması için uygundur [40] Taşınım ile kurutma Hemen hemen bütün kurutucularda taşınım ile kurutma işlemi gerçekleşmektedir. Hava ya da başka bir gazın ısı taşıyıcı akışkan olarak kullanıldığı ve bu akışkanın sistemde dolaştırıldığı kurutma sistemleri, taşınımla yapılan kurutma sistemleridir. Tünel kurutucular (ürünün hareket ettiği hava akışlı), kabinli ve bölmeli kurutucular (tepsilere sererek sıcak havanın ürün üzerine gönderildiği) ve döner kurutucular (ürünün sıcak hava akımı içerisine gönderildiği), taşınımla yapılan kurutma işleminde kullanılan kurutma tipleridir Sprey kurutucular Sprey kurutucular, süttozu, kahve, sabun ve deterjan kurutulmasında kullanılmaktadır. Kuruma süresinin kısa olduğu (5-15 saniye), gaz sıcaklığının 93 o C ile 760 o C arasında değiştiği kuruma tekniğidir. Sistemde egzoz havası içerisindeki malzeme parçacıkları, siklon ayırıcılar veya torba filtreler yardımıyla toplanır Dondurarak kurutma Dondurmalı (şoklama) kurutma, eczacılık ürünleri, serumlar, bakteri ve virüs kültürleri, aşılar, deniz ürünleri vb. ürünlerin kurutulmasında kullanılır. Malzeme önce dondurulur, sonra düşük sıcaklıklı bir yoğuşturucu veya kimyasal kurutucuya bağlı yüksek vakum odasına yerleştirilir. Donmuş malzemeye ısı, kızılötesi ışınım ile iletilir, uçucu madde (genelde su) gaz haline gelir, yoğuşur veya kimyasal kurutucu ile soğurulur. Birçok dondurucu kurutma işlemi, düşük basınçlar altında - 40 o C ile -10 o C sıcaklık aralığında

65 47 gerçekleşir. Bu işlem pahalı ve yavaş olmasına rağmen, ısıya duyarlı malzemeler için oldukça uygundur Akışkan yataklı kurutma Akışkan yataklı kurutma sistemlerinde katı parçacıklar hava hızıyla birlikte kurutulmaktadır. Ayrı tanecikler ve kurutma havası arasındaki ısı transferi, tozlu veya tanecikli madde ile akışkan arasında yakın temas olduğu için oldukça iyidir. Bu temas, hassas malzemelerin yüksek sıcaklık farklarından etkilenmeden kurutulmasını sağlar. Akışkan yataklı sistemlerde kurutulan malzemelere örnek olarak kömür, kireç taşı, çimento, kabuklar, dökümhane kumu, fosfat kayası, plastik tıbbi malzeme ve yiyecekler verilebilir Alevli (flaş) kurutma Alevli (flaş) kurutma sistemlerinde düzgün bir şekilde bölünmüş katı parçacıklar, sıcak gaz akımı içerisine yayılarak hızlı ve düzgün bir şekilde kurutulabilir. Ticari uygulamalarda; pigment (boya maddesi), sentetik reçine, yiyecek maddeleri, sulu bileşikler, alçıtaşı, kil ve tahta kurutulmaktadır [40] Kurutucu Seçimi Kurutma işleminin gerek ürün kalitesi ve gerekse işletmenin karlılığı açılarından başarısı, uygun bir kurutucunun seçilmesine bağlıdır. Her türlü kurutma işlemine uygun çok amaçlı bir kurutucu tipinin olmaması nedeni ile, ilk adım olarak, kurutma yöntemi ve kurutucunun doğru seçimine önem vermek gerekmektedir. Yapılmak istenen kurutma için uygun kurutucu seçimi, birçok etkenin dikkate alınmasını gerektiren karmaşık bir işlemdir. Kurutulacak malzemenin özellikleri, ısıtıcı tipi, enerji kaynağı, kurutma havası ile malzeme arasındaki hidrodinamik koşullar özellikle ele alınmalıdır. Seçim sırasında teknolojik ihtiyaçlar, ekonomik çalışma ve elde edilen kuru ürünün kalitesi de önemli kriterler olarak ele alınmalıdır.

66 48 Kurutucu seçimi sırasında dikkate alınacak unsurlar şekil ve etkileşimleri Şekil 4.1 ile verilmiştir [77,78]. Kuru malzemenin özelliklerinin sınıflandırılması Kurutucuların sınıflandırılması Genel veriler Yaş ürün özellikleri Kuru ürün özellikleri Kapasite Enerji kaynağı Kurutma yönteminin seçimi Kurutucunun seçimi Çeşitli kurutucu tipleri Laboratuar boyutlarında ön deneme İşlem parametrelerinin optimizasyonu Kurutucunun gerçek boyutlarının belirlenmesi Önerilen kurutucu Kesin seçim Kurutma maliyeti Şekil 4.1. Kurutucu seçimi için işlem adımları Kurutucu seçiminde ilk hareket noktası; malzemenin özelliklerinin belirlenmesidir. Kurutulacak malzemenin statik ve kinematik kuruma özellikleri ve kurumuş üründen beklenen şekil ve dış görünüm özellikleri öncelikle belirlenmelidir. Malzemenin statik ve kinematik kuruma özellikleri, soğurma ve yüze çekme (adsorpsiyon), eşsıcaklıkları ile kritik nem, denge nemi, kurutma sıcaklığı, kuruma hızı gibi parametrelerin belirlenmesi için bilinmesi gereken önemli unsurlardır. Kurutma yöntemleri ve kurutucular seçimli olarak belirlendikten sonra kesin seçim için aşağıda verilen unsurlar dikkate alınmalıdır [40].

67 49 1. Yıllık kurutulacak ürün miktarı, 2. Tesisin kuruluş maliyeti, 3. Tesisin işletme masrafları, 4. İşlem sırasında malzemeden verilecek fire miktarı, 5. Emniyetli çalışma, 6. Kurumuş ürünün kalitesinin uygunluğu, 7. Kurumuş ürünün dış görünüşünün isteğe uygunluğu, 8. Kurutucunun çeşitli kapasitelerde çalıştırılabilme esnekliği, 9. Çevre kirliliğine etkisinin olup olmadığı, 10. Çalışma sırasında etkin kontrollerin yapılmasına olanak vermesi, 11. Tamir ve bakım kolaylığı, 12. Kurutucunun görüntüsü Kurutma Teorisi Denge nemi Bir kap içindeki su buharlaşarak kendisini çevreleyen atmosferle dengeye eriştiği gibi, herhangi ıslak bir madde de aynı davranışı göstererek bulunduğu sıcaklıkta kendisini çevreleyen atmosferle nem açısından bir dengeye ulaşır. Şekil 4.2 de belli bir sıcaklık derecesinde farklı bağıl nem içeren şartlarda tutularak dengeye ulaşmış bir gıdada, gıdanın nem içeriği ile çevre havasının bağıl nemi arasındaki ilişki gösterilmektedir. Bu ilişkiye sorpsiyon izotermi denir. Şekil 4.2 den de görüldüğü gibi %80 bağıl neme sahip olan bu gıdanın, atmosfer altında belli bir sıcaklıkta daima %20 su içerdiği, yani bu şartlarda denge neminin %20 olduğu anlaşılmaktadır. Dolayısıyla her gıdanın belli şartlarda ulaştığı denge nemi farklıdır ve kendine özgüdür. Ürünün sorpsiyon izoterminin belirlenmesi için uygulanan en basit yöntemde, sorpsiyon izotermi saptanacak gıda maddesi, bağıl nemi sabit kalabilen kavanozlarda belli sıcaklıkta, dengeye erişilene kadar tutulur. Bir kavanozda istenen düzeyde nem içeren bir atmosfer oluşturmak için, kavanozun içine konan değişik tuzların çözeltilerinden yararlanılır (Çizelge 4.1). Böylece, içindeki atmosfer

68 50 havasının bağıl neminin sabit kaldığı kavanozlara gıda maddesi uygun bir şekilde yerleştirilip, 20 o C deki sorpsiyon izotermi bulunmuş olur (Şekil 4.2) [8] Gıdanın nemi ( %) Havanın Bağıl Nemi (%) Şekil 4.2. Nem sorpsiyon izotermi Çizelge 4.1. Sudaki doymuş çözeltileri, bulunduğu ortamı farklı bağıl nemde tutan maddeler [8] Tuz Adı Kimyasal formulü Bağıl nem (%) Madde miktarı (gr) Su miktarı Potasyum asetat CHCOOK Magnezyum klorür MgCl Potasyum karbonat K 2 CO Magnezyum nitrat Mg(NO 3 ) Sodyum bromit NaBr Sodyum nitrat NaNO Stronsyum klorür SrCl Sodyum klorür NaCl Amonyum sülfat (NH 4 ) 2 (SO) Potasyum klorür KCl Baryum klorür BaCl Lidyum klorür LiCl (ml)

69 51 Gerçekte gıdaların sorpsiyon izoterm eğrilerinin belirlenmesinde gıdanın yaş veya kuru olmasının etkisi vardır. Fındığın sorpsiyon izotermi Şekil 4.3 ile verilmiştir. Nem içeriği % Bağıl nem φ (%) Şekil 4.3. Fındığın sorpsiyon izotermi 20 o C [79] Yaş gıdanın nemini vermesi (desorpsiyon) ile, kuru gıdanın nem alması (adsorpsiyon) olgusu tam olarak aynı yolu izleyen bir dönüşüm değildir. Buna göre, ıslak maddenin farklı bağıl nemli atmosferde tutulup, dengeye erişmesi beklendikten sonra tartılarak, ağırlık kaybının saptanmasıyla elde edilen eğriye desorpsiyon izotermi denir. Başlangıçta tam anlamıyla kuru olan bir materyalin, yine değişik bağıl nemli ortamlarda tutularak elde edilen eğriye adsorpsiyon izotermi denir. Sorpsiyon izotermlerinden değişik amaçlarla yararlanılmaktadır. Nitekim desorpsiyon izotermi, ürünlerin kurutulma işleminin izlenmesi ve incelenmesinde yararlı bilgiler vermektedir. Adsorpsiyon izotermi ise kurutulmuş ürünlerin higroskobik nitelikleri ile bunların depolanma koşullarını ortaya koymaktadır [8].

70 Kurutma hızı Kurutmacılıkta esas, kurutulacak üründeki suyu buharlaştırmak, sonra da bu buharı ortamdan uzaklaştırmaktır. Bu durumda buharlaşma ısısını sağlamak gereklidir. Bu ısı normal sıcaklıklarda buharlaştırılacak 1 kg su için kj dür. Kurutma işlemi Şekil 4.4 de verilmiştir [8]. Birim zamanda birim alandan buharlaşan su kütlesi kurutma hızını belirler. Kaliteli ürün elde edilmesi ve ısı ekonomisi açısından kurutma hızı büyük önem taşımaktadır. Bir ürünü kuruturken en elverişli kurutma hızını elde etmek için, örnek kurutma çalışmaları yaparak kurutma eğrilerini belirlemek gerekmektedir. Kurutma hızı dn/dt [kg/hm 2 Nc E D C B A 0 X 2 X 1 Özgül nem [kg su/kg katı] Şekil 4.4. Özgül nemin bir fonksiyonu olarak kurutma hızının değişimi Şekil 4.4 deki C değeri, kurutulacak ürünün özellikleri ile ilgili birçok faktöre bağlı olan kritik nem miktarını göstermektedir. Yüzeyde ilk kuru noktanın oluştuğu duruma kritik nokta adı verilir. Kritik nokta, sabit kuruma periyodunun sonunu ve azalan hızda kuruma periyodunun başlangıcını simgeler. Şekil 4.4 de AB bölgesi kurutucu ve ürünün ısınma süresini göstermektedir. BC bölgesinde buharlaşma ürünün yüzeyinde oluşan sıvı film tabakasıyla gerçekleşmektedir. Şekil 4.4 de gösterilen kurutma hızı eğrisi kurumadaki çeşitli periyotları içermektedir. Başlangıçta nem, doymuş halde bulunan yüzeyden buharlaştırılarak uzaklaştırılır.

71 53 Kurutma ilerledikçe doymuş halde bulunan yüzey alanı kademeli olarak azalır. Bunu maddenin iç kısmındaki suyun buharlaşması izler. CD bölgesinde ise ürün yüzeyine difüze edilebilen su buharlaşmaktadır. Bu nedenle BC bölgesinde kurutma hızı sabit kalmakta ve CD bölgesinde ise doğrusal olmaktadır. DE bölgesi, ürün içindeki suyun yüzeye çok yavaş difüze edildiği bölgedir. Şekil 4.4 deki AB kararsız durumu, BC ise sabit hız periyodunu göstermektedir Ürünün su aktivitesi Bir gıdanın su aktivitesi (a w ), onun mikrobiyolojik veya kimyasal-biyokimyasal yollarla bozularak kalitesini kaybetmesi üzerinde rol oynayan önemli bir faktördür [80]. Gıdaların içerisindeki nemin bulunduğu ortam havasının bağıl nemi ile dengede bulunmasına higroskopik denge denir. Çizelge 4.2 de bazı toksijenik küflerin faaliyetleri ve toksin üretebilmeleri için gerekli en düşük su aktivitesi değerleri görülmektedir. Gıdanın içerisindeki su oranının bulunduğu çevre havası bağıl nemi ile dengeye ulaştığında, çevre havası bağıl neminin 100 e bölünmesi ile o gıdaya ait mevcut su oranındaki su aktivitesi (a w ) bulunmuş olunur ve Eş. 4.1 ile gösterilebilir. ÇBN a w = (4.1) 100

72 54 Çizelge 4.2. Bazı toksijenik küflerin faaliyetleri ve toksin üretebilmeleri için gerekli en düşük su aktivitesi (a w ) değerleri [72] Oluşturulan Minimum su aktivitesi değerleri mikotoksinler Küfler Faaliyet için Toksin üretimi için Aflatoksin Ochratoksin Patulin Aspergillus flavus 0,82 0,83-0,87 A. parasiticus 0,82 0,87 A. ochraceus 0,77 0,85 Penicillium cyclopium 0,82-0,85 0,87-0,90 P.expansum 0,81 0,99 P.patulum 0,81 0,95 Stachybotryn Stachybotrys altra 0,94 0,94 Bu çalışmada ısı pompalı kurutucuda fındık kurutulması yapılacağından, bu ürüne bakıldığında, naturel fındıklar ve kavrulmuş kıyılmış fındıklar aflatoksin açısından riskli iken, kavrulmuş fındıklar daha dayanıklıdır. Normal depo şartlarında su aktivitesi değeri naturel fındıklar için 0,38, kavrulmuş fındıklar için 0,24 değerlerinde olduğunda aflatoksin oluşumu önlenmektedir. Ancak, su aktivitesinin 0,78 ila 0,81 arası olduğu durumlarda (genellikle kek ürünlerinde bulunur) fındık aflatoksin ve ergosterol üretilmesi için iyi bir besi yeri oluşturur. Fındıkta aflatoksin bulunması (142 örnekten %8 inde ppb arası, ortalama 34 ppb) ve aflatoksinin kansorojen olması tehlikeli ürünler içinde yer almasına neden olmaktadır. Almanya da aflatoksin B 1 limiti 4 ppb den 2 ppb ye; aflatoksinlerin (B 1, B 2, G 1 ve G 2 ) toplam limiti de 10 ppb den 4 ppb ye indirilmiştir [17].

73 55 5. ISI POMPASI SİSTEMİ VE OTOMATİK KONTROLÜ 5.1. Isı Pompası Sistemi Bir soğutma devresinde soğutkan adı verilen soğutkanın bir yerde soğutma sağlayarak bir takım durum değişiklerinden sonra, yeniden başlangıç konumuna gelmesine soğutma çevrimi denir. Çevrim sırasında bir miktar soğutkan yoğuşturuluyor ve buharlaştırılıyorsa buna; buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi denir. Bu tip soğutma çevriminde sistemde kompresör, kondenser, (yoğuşturucu) genleştirici (kısma vanası veya kılcal boru) ve evaporatör (buharlaştırıcı) bulunur. Sistem elemanları boru ile birbirlerine seri olarak bağlanırlar ve kapalı bir devre oluşturulur. Buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminin elemanları Şekil 5.1 de verilmiştir. Şekil 5.1. Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi Soğutma devresi olarak oluşturulan kapalı sistemin havası vakum yapıldıktan sonra sistem içerisine bir miktar soğutkan enjekte edilir. Kompresör çalışmaya başladıktan sonra sistem içerisindeki gazı, az bir basınç farkı ile dolaştıracaktır. Genleşme vanasının yavaş yavaş kısıldığı düşünüldüğü taktirde, sistemde iki basınç bölgesi oluşacaktır. Bu basınç bölgeleri; genleşme vanasının gerisinde, kompresörün basma ucuna kadar yüksek basınç bölgesi ve genleşme vanasından sonra yine

74 56 kompresörün emiş ucuna kadar düşük basınç bölgesi dir. Genleşme vanası kısıldıkça basınçlar arasındaki oran artacaktır. Yüksek basınç bölgesindeki soğutkan sıkıştırıldıkça sıcaklığı da artacaktır. Basınç şiddeti sistemdeki soğutkanın ısıl özelliğine bağlı olarak, belirli bir basınçta ve çevre sıcaklığından yüksek sıcaklıktaki yoğuşturucuda yoğuşur. Bu yoğuşma sırasında yoğuşma gizli ısısı açığa çıkar, çevre sıcaklığından yüksek sıcaklıkta olduğu için çevreye ısı atılır. Diğer taraftan genleşme vanasından sıvı halde geçen soğutkan, oluşturulan düşük basınçta ve düşük sıcaklıkta buharlaştırıcıda buhar haline dönüşür. Sıvı halden gaz hale geçen soğutkan buharlaşma gizli ısısını buharlaştırıcıdan alır. Buharlaştırıcı sıcaklığı çevre sıcaklığının altında olacak şekilde ayarlandığından, çevreden buharlaştırıcıya ısı akışı olur. Yani; soğutkan buharlaşma gizli ısısını çevreden çekerek buharlaşır. Böylece, yoğuşturucudan atılan ısı buharlaştırıcıda sistem tarafından geri kazanılmış olur. Kazanılan bu ısı da akışkana geçer ve buharlaştırıcının bulunduğu ortamda soğuma meydana gelir. Isı pompası, dışarıdan enerji verilmesi ile düşük sıcaklıktaki bir ortamdan aldığı ısıyı yüksek sıcaklıktaki ortama veren bir makinedir. Kışın ısıtma maksadı ile kullanılan ısı pompası, yazın da soğutma için kullanılabilir. Soğutma makineleri ve ısı pompaları aynı çevrimi gerçekleştirirler, fakat kullanım amaçları farklıdır. Bir soğutma makinesinin amacı; düşük sıcaklıktaki ortamı, ortamdan ısı çekerek çevre sıcaklığının altında tutmaktır. Daha sonra çevreye veya yüksek sıcaklıktaki bir ortama ısı geçişi, çevrimi tamamlaması için yapılması zorunlu bir işlemdir, fakat amaç değildir. Isı pompasının amacı ise, bir ortamı sıcak tutmaktır. Bu işlevi yerine getirmek için düşük sıcaklıktaki bir ısıl enerji deposundan alınan ısı, ısıtılmak istenen ortama verilir. Düşük sıcaklıktaki ısıl enerji deposu genellikle soğuk çevre havası, kuyu suyu veya toprak, ısıtılmak istenen ise kapalı bir ortam ya da herhangi bir akışkan (su, hava vb.) olabilir.

75 57 Çevrimde iki farklı basınç ve iki farklı sıcaklık bölgesi bulunur (Şekil 5.2 ve 5.3). Basınç bölgeleri, emme hattındaki buharlaşma basıncı ya da alçak basınç bölgesi ile basma hattındaki yoğunlaşma basıncı veya yüksek basınç bölgeleridir. Sistemde kullanılan gazın ısıl özelliği dikkate alınarak soğutulacak hacmin iç şartlarına göre düşük sıcaklık ve dış şartlara göre de yüksek sıcaklık sağlayacak şekilde basınçlar, kompresör gücü, gaz miktarı ve genleşme vanası (veya kılcal boru uzunluğu) gibi üç değişkenin bileşkesi ile ayarlanır. Şekil 5.2. Buhar sıkıştırma çevriminin farklı basınç ve sıcaklık bölgeleri

76 58 Şekil 5.3. Buhar sıkıştırmalı soğutma sistemi Şekil 5.3 de rakamlarla gösterilen bölgelerde gerçekleşen işlemler sırasıyla aşağıda açıklanmıştır. 1 2 Doymuş buharın bir kompresör yardımıyla buharlaşma basıncından yoğuşma basıncına sıkıştırılması, 2 3 Sabit basınçta soğutularak yoğuşma (doymuş sıvı haline kadar), 3 4 Isı ve iş alışverişi olmaksızın, akışa direnç gösteren bir genleşme vanasından geçirilerek, sıvının basıncının yoğuşma basıncından buharlaşma basıncına düşürülmesi, 4 1 Sabit basınçta soğutkanın buharlaştırılması ile ortamın soğutulması. Yapılan tariflere göre bütün soğutma sistemleri aslında bir ısı pompası dır. Çünkü; ısı pompaları düşük sıcaklıktaki bir ortamdan ısı çekerler ve bunu daha yüksek

77 59 sıcaklıktaki bir ortama atarlar. Bu çevrim ısı pompasının tarifi olarak da bilinir. Günümüzde araştırmacılar tarafından soğutma sistemlerindeki kondenserlerden atmosfere atılan ısı değerlendirilmeye çalışılmaktadır. Burada, bu her ne kadar kaçınılmaz görülse de; faydalı ısı çekimi (evaporatörden) ve ısı atımı (kondenserden) aynı anda gerçekleşmektedir. Isı pompalarının kurutma işlemlerinde kullanıldığında, enerji verimliliği açısından iyi cihazlar oldukları bilinmektedir. Kurutma uygulamalarında, yoğuşma gizli ısısı ile konderserde duyulur ısıtma yapması ısı pompalarını etkili kılmaktadır. Günümüzde değerli ürünlerin kurutulmasında ısı pompalarının çok iyi kontrol edilebilmeleri, onları uygulamada daha önemli hale getirmiştir. Termodinamiğin I. kanunu enerjinin korunumu ilkesine göre; kondenserden atılan ısıya paralel olarak evaporatörden çekilen ısı da artacaktır. Bu ifadeye göre termodinamiğin I. kanunu ısı pompasının enerji eşitliği olarak evaporatörden sisteme alınan enerji ( Q & E ) ile kompresörde harcanan enerji ( Q & C ) toplamı kondenserden kurutma havasına atılan enerjiye ( Q & K ) eşittir. Bu nedenle; kondenserden kurutma havasına aktarılan enerji miktarı Eş. 5.1 e göre; Q & = Q& + Q& (5.1) K E c şeklinde ifade edilir. Isı pompası sistemlerinde, sistemde kondenserdeki ısı atımını artıracak herhangi bir değişiklik evaporatörde de ısı çekimini artırır ve bunun tersi de mümkündür. Evaporatördeki ısı çekiminin artması, kondenserdeki ısı atımının artmasını da sağlayacaktır. Bu tez çalışmasında, ısı pompalı bir kurutma fırınında egzoz havasının bir kısmı evoparatör üzerinden geçirilecek ve egzoz havasının ısısından yararlanılarak

78 60 sistemdeki soğutkan buharlaştırılacaktır. Böylece sistemde ısı atımı konderserde daha rahat gerçekleştirilecektir. Isı pompalarında en önemli husus buharlaşma gizli ısısının çekileceği ortamda bir ısı kaynağının olabilmesidir. Bu da sistemin verimini arttıracaktır Isı pompalarının temel tipleri Isı pompası sistemlerinde, buharlaştırıcıların ısı çektiği ortamlara ısı kaynakları denir. Isı pompası için çok önemli olan bu kaynakların ısı pompası ile uyum sağlayabilmesi, kaynak sıcaklığının fazla değişmemesine ve kaynak sıcaklığının mümkün olduğu kadar büyük olmasına bağlıdır. Bir ısı pompasının teknik ve ekonomik performansı, ısı kaynağının karakteristiğine bağlıdır. Sistemlerde kullanılan ısı pompaları; ideal bir ısı kaynağına, ısıtma dönemi boyunca yüksek ve fazla değişmeyen sıcaklığa, bol bulunabilirliğe, aşındırıcı ve kirletici etkenler taşımamasına, uygun termofiziksel özelliklere, düşük yatırım ve işletim maliyetine sahip olmalıdır. Çoğu durumda ısı kaynağının bulunabilirliği, en önemli etken olmaktadır. Isı pompalarında ısı kaynağı olarak; Çevre havası Toprak Deniz, nehir, göl suyu Yeraltı suları Artık sıvılar Artık gazlar Artık ısılar Güneş Kaya

79 61 kullanılabilir. Isı pompaları kullandıkları enerji kaynaklarına göre sınıflandırılır: 1. Havadan - havaya (Akışkan yön değişimi- hava yön değişimi): Sistem bir ortamda havadan aldığı ısıyı başka bir ortamda yine havaya atıyorsa buna havadan-havaya ısı pompası denir. Söz konusu sistem Şekil 5.4 de görüldüğü gibi, bir dört yollu vana yardımı ile iki yönlü kullanılabilir. Şekil 5.4. Havadan - havaya bir ısı pompası sistemi 2. Havadan suya - sudan havaya (akışkan yön değişimi): Isı atılan ya da çekilen ortamlardan birisi su, diğeri hava ise buna havadan suya - sudan havaya ısı pompası denir. 3. Sudan suya (su yön değişimi): Isı atılan ya da çekilen ortamların her ikisi de su ise buna sudan - suya ısı pompası denir. 4. Havadan toprağa - topraktan havaya (akışkan yön değişimi): Isı atılan ya da çekilen ortamlardan birisi toprak, diğeri hava ise buna havadan toprağa - topraktan havaya ısı pompası denir.