Kızılötesi Kurutucu ile Hurmanın Kurutulması ve Matematiksel Modellenmesi. Onur TAŞKIN 1 * Nazmi İZLİ 1

Transkript

1 Gaziosmanpaşa Ünivrsitsi Ziraat Fakültsi Drgisi Journal of AgriculturalFaculty of GaziosmanpasaUnivrsity Araştırma akalsi/rsarcharticl JAFAG ISSN: E-ISSN: (2017) 34 (Ek Sayı), Kızılötsi Kurutucu il Hurmanın Kurutulması v atmatiksl odllnmsi Onur TAŞKIN 1 * Nazmi İZLİ 1 1 Uludağ Ünivrsitsi, Ziraat Fakültsi, Biyosistm ühndisliği Bölümü, Görükl Kampüsü, 16059, Nilüfr/Bursa *-posta: onurtaskins@gmail.com Alındığı tarih (Rcivd): Kabul tarihi (Accptd): Onlin Baskı tarihi (Printd Onlin): Yazılı baskı tarihi (Printd): Öz: Bu çalışmada, farklı kızılötsi kurutma sıcaklıkları il kurutulan hurma örnklrinin kuruma sürsi, kuruma hızı v mvcut bazı kurutma modllrinin uygulanabilirliği inclnmiştir. Çalışmada laboratuvar tipi kızılötsi kurutucu kullanılmış olup hurma örnklri 5 mm kalınlığında dilim olarak kurutulmuştur. Dnysl sonuçlar, 60, 70 v 80 C kızılötsi kurutma sıcaklık uygulamalarının sırasıyla 310, 170 v 110 dakika sürdüğünü göstrmiştir. Hurma örnklrinin kurutma kintiklrinin tanımlanması için, Hndrson v Pabis, Nwton, Pag, Logaritmik, İki Trimli, İki Trimli Eksponansiyl, Wang v Singh, Difüzyon Yaklaşımı, idilli v ark. inc tabaka matmatiksl kurutma modllri kullanılarak n uygun modl araştırılmıştır. İstatistiksl paramtrlr sas alınarak bu modllrin prformansları dğrlndirildiğind,n düşük ki-kar (χ 2 ) v hataların karlrinin karkök ortalaması (RSE) dğrlrinin yanı sıra n yüksk blirtm katsayısı (R 2 ) dğrlrin sahip idilli v ark. modli hurma örnklrinin tüm kurutma davranışlarının tanımlanması için n iyi modl olarak bulunmuştur. Anahtar klimlr: Kızılötsi kurutma, hurma, kurutma kintiklri, modllm Dat Drying by Infrard Dryr and athmatical odling Abstract: In this study, dat sampls drying with diffrnt infrard drying tmpratur on drying tim, drying rat and th applicability of som diffrnt drying modls wr invstigatd. Frsh dat sampls wr drid into 5 mm thick slics via a laborator yscal infrard dryr. Exprimntal rsults showd that avrag drying tims of sampls, which thy wr drid by infrard drying tchniqu at 60, 70 and 80 C of tmpraturs wr 310, 170 and 110 minuts, rspctivly. In ordr to dtrmin drying kintics with tim and moistur contnt of th dat sampls, Hndrson and Pabis, Nwton, Pag, Logarithmic, Two trm, Two trm Exponntial, Wang and Singh, Diffusion Approach and idilli t al. thin layr mathmatical drying modls wr usd to invstigat th most suitabl modl. Basd on valuation by statistical tsts, th idilli t al. modl having lowst rducd chi-squard (χ 2 ) and root man squar rror (RSE) valus as wll as th highst cofficint of dtrmination (R 2 ) was found to b th bst modl for dscribing th drying bhavior of dat sampls. Kywords: Infrard drying, dat, drying kintics, modling 1. Giriş Hurma (Phonix dactylifra L.), palmiygillr (Arcaca) familyasından tk çnkli bir myvdir (Falad v Abbo, 2007). Bu myv şkr v minral madd bakımından oldukça zngindir (Amllal v Bnamara, 2008). Taz olarak tüktiminin yanı sıra, kurutulmuş haldki tüktimi d oldukça fazladır. Tarımsal istatistik vrilrin gör, Dünya daki taz hurma ürtimi, başta Ortadoğu v Kuzy Afrika olmak üzr, 2014 yılında 7.6 milyon ton dur (FAO, 2017). yv v sbzlrin kurutularak, soğutularak, dondurularak, kimyasal maddlrl işlmlrdn gçirilrk, gaz bilşimi kontrol diln ortamlarda dpolanarak, ultraviyol v radyoaktif ışınlardan yararlanılarak uzun sür saklanması mümkün olmakla birlikt, bu uygulamalar içrisind kndin gniş uygulama alanı bulan n ski yöntm kurutmadır (Dmiray v Tülk, 2012). 10

2 Yukarıda sözü diln hr bir yöntmin kndin özgü avantaj v dzavantajları bulunmaktadır. Kızılötsi kurutucuların ürün dirk nüfuz dişi, hızlı sürç kontrolü, ilk kurulum v işltm maliytinin düşük olması v çvr dostu olması gibi özlliklrindndolayı diğr kurutuculardan ziyadkurutma alanında trcih dilbilir durumdadır. Kızılötsi ışınım kısa, orta v uzak olmak üzr 3 farklı dalga boyuna ayrılmıştır. Gıda ürünlrinin kurutulmasında μm dalga boyu uygulanmaktadır (Aktaş v ark. 2013). Elma (Nowak v Lwicki, 2004), soğan (Sharma v ark. 2005), krviz (Jzk v ark. 2008), üzüm (Clma v ark. 2009), havuç (Kocabıyık v Tzr, 2009), kırmızıbibr (Nasıroğlu v Kocabıyık, 2009), ayva (Aktaş v ark. 2013), havuç posası (Doymaz, 2013), nan yaprakları (Ertkin v Hybli, 2014), çilk (Adak v ark. 2017) gibi bazı tarımsal ürünlr kızılötsi kurutma yöntmi il başarıyla kurutulmuştur. Bu çalışmada, farklı kızılötsi kurutma sıcaklık uygulamalarının hurma dilimlrinin kuruma hızı v zamanı üzrindki tkisi araştırılmış v ld diln dnysl vrilr dokuz matmatiksl modl il karşılaştırılarak n uygun modlin bulunması amaçlanmıştır. 2. atryal v Yöntm Kurutma kipmanları v kurutma işlmi Bu araştırmada kullanılan taz hurma myvsi yrl bir markttn satın alınmış v dnylr sürcind C sıcaklıkta muhafaza dilmiştir. yvnin mvcut nm içriğini blirlmk için,taz hurma örnklri bir kurutma fırınında (ED115 Bindr, Tuttlingn, Grmany) 105 C sıcaklıkta 24 saat süryl bkltilmiştir. Söz konusu bu myvnin mvcut nm içriği 1.87 (g su. g kuru madd -1 ) olarak hsaplanmıştır. Daha sonra taz hurma örnklri bir dilimlyici (Nicr Dicr, China) yardımıyla mm kalınlığında dilimlnmiş, kurutma dnylri is laboratuvar tipi bir kızılötsi kurutucu (oc63u, Shimadzu, Japan) kullanılarak 60, 70 v 80 C sıcaklıklarında 3 tkrrürlü olarak grçklştirilmiştir. atmatiksl modllm Kızılötsi kurutma yöntmiyl taz hurma örnklrinin kurutulması sürsinc ld diln nm oranı dğrlrinin zamanla dğişiminin modllnmsi için Çizlg 1 d vriln 9 farklı inc tabaka kurutma modllri kullanılmıştır. Çizlg 1. Hurma örnklrinin matmatiksl modllnmsi için kullanılan inc tabaka kurutma modllri Tabl 1.Thin layr drying modls usd for mathmatical modling of dat sampls No odl Adı odl Kaynak 1 Hndrson v Pabis R a xp( kt) Wstrman v ark. (1973) 2 Nwton R xp( kt) Aynsu (1997) 3 Pag R xp( kt ) Agrawal v Singh (1977) 4 Logaritmik R axp( kt) c Yagcioğlu v ark. (1999) 5 İki Trimli R axp( k0t) bxp( k1t) adamba v ark. (1996) 6 İki Trimli Eksponansiyl 7 Wang v Singh 2 R 1 at bt 8 Diffusion Yaklaşımı n R axp( kt) (1 a)xp( kat) R axp( kt) (1 a)xp( kbt) Sharaf-Eldn v ark. (1980) Wang v Singh (1978) Kassm (1998) 9 idilli v ark. R axp( kt ) bt idilli v ark. (2002) n 11

3 odllmd boyutsuz nm içriği olan nm oranı ( R ) blirlnirkn, dğri ya da o dğrlriyl karşılaştırıldığında çok küçük olduğu için, Eşitlik 1 sadlştirilrk Eşitlik 2 ld dilmiş v hsaplamalar bu şitliğ gör yapılmıştır (Xiao v ark. 2010). t R (1) o t R (2) o R : Nm oranı (birimsiz), t : Hrhangi bir t anındaki nm içriği (g su. g kuru madd -1 ), : Dng anındaki nm içriği (g su. g kuru t madd -1 ) v o : Başlangıçtaki nm içriği (g su. g kuru madd -1 ) olarak tanımlanmıştır. İstatistiksl yöntm odllm çalışmalarında ATLAB 2008a (athworks Inc., Natick, A) pakt programı kullanılmıştır. En iyi modlin blirlnmsind ki- 2 kar (, Eşitlik 3), hataların karlrinin karkök ortalaması (RSE, Eşitlik 4) v blirtm katsayısı (R 2 ) istatistiksl kritrlri uygulanmıştır (Goyal v ark. 2006). N 2 ( Rxp, i R pr, i ) 2 İ 1 N n (3) RSE n İ 1 ( R R 2 pr, i xp, i) N R xp, i, i. Dnysl nm oranı, (4) R pr, i, i. Tahmin diln nm oranı, N gözlmlnn dnysl vri addi, n modld yr alan bağımsız dğişkn sayısıdır. 3. Bulgular v Tartışma Kurutulan hurma örnklrinin nm oranlarının zamanla dğişimi Kızılötsi kurutma yöntmiyl üç farklı kurutma sıcaklığında kurutulan taz hurma örnklrinin nm oranlarının zamanla dğişimi Şkil 1 d sunulmuştur. Şkil 1. Kızılötsi kurutma şartları altında hurma örnklrinin kurutma ğrisi Figur 1. Drying curv of dat sampls undr infrard drying conditions Eld diln vrilr inclndiğind, 60, 70 v 80 C sıcaklıklarda kurutulan örnklrin ortalama kuruma sürlri sırasıyla 310, 170 v 110 dakika olarak blirlnmiştir. Bu sonuçlara binan, kızılötsi kurutma tkniğind uygulanan kurutma sıcaklıkları azaldıkça kurutulan örnklrin kuruma 12 sürlrinin arttığı tspit dilmiştir. Botlho t al. (2011) v Hybli v ark. (2013), sırasıyla, havuç v krviz myvlrinin kızılötsi yöntmiyl kurutma işlmlrind bnzr sonuçları saptamışlardır.

4 Kuruma ğrilrinin modllnmsi Taz hurma örnklrinin kızılötsi kurutma yöntmiyl kurutulması sürsinc ld diln nm oranı dğrlrinin kuruma zamanları il dğişimi Çizlg 1 d vriln 9 adt inc tabaka kurutma modli il inclnmiştir. Tüm kurutma şartları için uygulanan modllrin kurutma katsayıları, R 2, RSE v χ 2 istatistiksl paramtrlri hsaplanarak analiz dilmiş v Çizlg 2 d sunulmuştur. No 1 Çizlg 2. Kızılötsi kurutma şartlarında kurutulan hurma örnklri için dğişik modllrdn ld diln tahmini katsayı v istatistiksl analiz sonuçları Tabl 2. Estimatd valus of cofficints and statistical analyss obtaind from various thin layr drying modls for drying of dat sampls at infrard drying conditions 25 odl katsayıları a=1.16 k= o C 70 o C 80 o C R 2 RSE χ 2 (10-4 ) odl katsayıları a=1.125 k= R 2 RSE χ 2 (10-4 ) odl katsayıları a=1.096 k= R 2 RSE χ 2 (10-4 ) k= k= k= k= n=1.652 a=1.322 k= c= a= k o=5.323 b=1.275 k 1= a=1.022 k= a= b= a= k=6.366 b= a=1.014 k= n=1.631 b= k= n=1.504 a= k= c= a= k o= b= k 1= a= k= a= b= a= k= b= a= k= n=1.448 b= k= n=1.448 a= k= c= a= k o= b= k 1= a= k= a= b= a= k= b= a= k= n=1.356 b= Çizlg 2 inclndiğind, taz hurma örnklrinin kızılötsi kurutma yöntmiyl kurutulmasıyla ld diln nm oranı dğrlrin n yakın dğrlrin, istatistiksl paramtrlr gör kullanılan modllr arasında, idilli v ark. isimli modldn ld dildiği görülmktdir.bununla birlikt idilli v ark. isimli modl için,60 C sıcaklıkta kurutulan örnklrdr 2 = , RSE= v χ 2 = x 10-4, 70 C sıcaklıkta kurutulan örnklrd R 2 =0.9990, RSE= v χ 2 = x 10-4,v 80 C sıcaklıkta kurutulan örnklrd R 2 = , RSE= v χ 2 = x 10-4 tür. Ayrıca Şkil 2, ld diln dnysl sonuçların idilli v ark. isimli modl yardımıyla ld diln tahmini sonuçlarla birbirlrin oldukça yakın olduklarını göstrmktdir. Şkil 3 t, kızılötsi kurutma yöntmiyl grçklştiriln kurutma işlmlri sürçlrindn ld diln nm oranlarıyla, idilli v ark. isimli modldn ld diln tahmini nm oranlarının karşılaştırılması vrilmiştir. Nitkim ilgili şkildn, söz konusu bu vrilrin 45 açıyla çizilmiş bir ğrinin trafında toplandığı görülmüştür. 13

5 Şkil 2. Kızılötsi kurutma şartları altında dnysl v idilli v ark. modliyl ld diln torik nm oranı dğrlrinin zamanla karşılaştırılması Figur 2. A comparison of th xprimntal and thortical moistur ratios prdictd by th idilli t al. modl at spcific drying tims undr infrard drying conditions Şkil 3. Dnysl nm oranı dğrlri il idilli v ark. modli kullanılarak ld diln tahmini nm oranı dğrlrinin karşılaştırılması Figur 3. Comparison btwn xprimntal and prdictd moistur ratio valus using idilli t al. modl Taz hurma örnklrinin kızılötsi kurutma yöntmiyl kurutulmasından ld diln dnysl sonuçları için, bu çalışmada kullanılan diğr 9 modl nazaran, idilli v ark. isimli modlin n iyi tahminlyici modl olduğu saptanmıştır. Daha önc yapılan çalışmalar inclndiğind, Clma v ark. (2009)v Doymaz v ark. (2015) sırasıyla domats v yşil fasuly örnklrini kızılötsi kurutma yöntmiyl kurutarak ld ttiklri dnysl sonuçları uygulamış oldukları farklı modllr arasında n iyi açıklayan modlin idilli v ark. modli olduğunu blirtmişlrdir. 4. Sonuç Hurma örnklrinin 60, 70 v 80 C sıcaklıklarındaki kızılötsi uygulamalarında sıcaklığın artması il kuruma sürsi kısalmıştır. Kurutulan örnklrin ortalama kuruma sürlri 310, 170 v 110 dakika olarak bulunmuştur. Ayrıca, örnklrin nm oranlarının azalmasıyla kuruma hızlarının da yavaşladığı blirlnmiştir. Çalışmada dğrlndiriln 9 farklı inc tabaka kurutma modli arasında istatistiksl dğrlndirmlr gör idilli v ark. modli hurma örnklrindn dnysl olarak ld diln nm oranı dğrlrin n yakın sonuçları sağlamıştır. Sonuç olarak idilli v ark. modli bu çalışmada kullanılan tüm kurutma şartlarında hurma örnklrinin kuruma ğrilrini n iyi açıklayan modl olarak blirlnmiştir. Eld diln kurutma karaktristiklri v modllm sonuçları dikkat alındığında kurutulan hurma örnklrinin kızılötsi kurutma yöntmiyl kurutulmasının olumlu sonuçlar sağladığı tspit dilmiştir. 14

6 Kaynaklar Adak N, HybliN, ErtkinC.(2017). Infrard drying of strawbrry. Food Chmistry, 219: Agrawal YC, Singh RP. (1977). Thin layr drying studis on short grain rough ric. ASAE, 3531: Aktaş, İlbaş, Yalçin A, Şahin. (2013). Kizilötsi ışınımla bir kurutucuda kuruma davranışlarının dnysl inclnmsi. Journal of th Faculty of Enginring and Architctur of Gazi Univrsity, 28(4): Amllal H, BnamaraS.(2008). Vacuum drying of common dat pulp cubs. Drying Tchnology, 26(3): Aynsu A. (1997). Dhydration of food crops using a solar dryr with convctiv hat flow. Solar Enrgy, 59(4-6): Botlho F, Corrêa PC, Gonli A, artins A, agalhãs FE, Campos S. (2011). Priods of constant and falling-rat for infrard drying of carrot slics. Rvista Brasilira d Engnharia Agrícola Ambintal, 15(8): Clma AR, CuadrosF, Lópz-RodríguzF.(2009a). Charactrisation of industrial tomato by-products from infrard drying procss. Food and Bioproducts Procssing, 87(4): Clma AR, Lópz-RodríguzF, BlázquzFC. (2009b). Exprimntal modlling of infrard drying of industrial grap by-products. Food and Bioproducts Procssing 87(4): Dmiray E, Tülk Y. (2012) Kurutma İşlminin Kırmızı Bibrdki Rnk addlrin Etkisi. Elctronic Journal of Food Tchnologis, 7(3): Doymaz İ. (2013). Dtrmination of infrard drying charactristics and modlling of drying bhaviour of carrot pomac. Journal of Agricultural Scincs, 19: Doymaz İ, KipcakAS, PiskinS.(2015). Charactristics of thin-layr infrard drying of grn ban. Czch Journal of Food Scincs, 33: Ertkin C, Hybli, N. (2014). Thin-layr infrard drying of mint lavs. Journal of Food Procssing and Prsrvation, 38(4): Falad KO, Abbo,ES.(2007). Air-drying and rhydration charactristics of dat palm (Phonix dactylifra L.) fruits. Journal of Food Enginring, 79(2): FAO. (2017). Food and Agricultural Organization Statistica Databas. Accssd 5 January Goyal RK, Kingsly ARP, anikantan R, Ilyas S. (2006). Thin-layr drying kintics of raw mango slics. Biosystms Enginring, 95: Hybli N, Ertkin C, Dikici G. (2013). İnfrard kurutucu il krvizin kurutulması. Trallis, 1(2): Jžk D, Tripalo B, Brnčić, Karlović D, Brnčić, SR, Vikić-Topić D, Karlović S. (2008). Dhydration of clry by infrard drying. Croatica Chmica Acta, 81(2): Kassm AS.(1998). Comparativ studis on thin layr drying modls for what. 13th Intrnational Congrss on Agricultural Enginring, 2-6 Fbruary, orocco. Kocabiyik H, Tzr D. (2009). Drying of carrot slics using infrard radiation. Intrnational Journal of Food Scinc and Tchnology, 44(5): adamba PS, Driscoll RH, Buckl KA. (1996). Th thinlayr drying charactristics of garlic slics. Journal of Food Enginring, 29: idilli A, Kucuk H, Yapar Z. (2002). A nw modl for singl layr drying. Drying Tchnology, 20(7): Nasiroglu S, KocabiyikH. (2009). Thin-Layr infrard radiation drying of rd pppr slics. Journal of Food Procss Enginring, 32(1): Nowak D, LwickiPP.(2004). Infrard drying of appl slics. Innovativ Food Scinc & Emrging Tchnologis, 5(3): Sharaf-Eldn YI, Blaisdll JL, Hamdy Y. (1980). A modl for ar corn drying. Transactions of th ASAE, 5: Sharma GP, VrmaRC, PatharPB.(2005). Thin-layr infrard radiation drying of onion slics. Journal of Food Enginring, 67(3): Yagcioglu A, Dgirmncioglu A, Cagatay F. (1999). Drying charactristics of th laurl lavs undr diffrnt drying conditions. Procdings of th 7th Intrnational Congrss on Agricultural chanization and Enrgy. Adana, Turky, Wang CY, Singh RP.(1978). A singl layr drying quation for rough ric. ASAE, 78(3001): 33. Wstrman PW, Whit G, Ross IJ. (1973). Rlativ humidity ffct on th high tmpratur drying of shlld corn. Transactions of thasae, 16: