BAZI PEKMEZ ÖRNEKLERİNİN REOLOJİSİ

Transkript

1 BAZI PEKMEZ ÖRNEKLERİNİN REOLOJİSİ Hakan YOĞURTÇU, Fethi KAMIŞLI Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Kimya Bölümü 9 ELAZIĞ ÖZET Dut, üzüm, kuşburnu ve keçiboynuzu bitkilerinden elde edilmiş olan pekmez örneklerinin reolojik davranışı,,, ve C sıcaklıklarında döner viskozimetre kullanılarak incelendi. Pekmez örneklerinin Newtonian olmayan akışkan oldukları sonucuna varıldı. Viskozite üzerine sıcaklığın etkisi Arrhenius eşitliği kullanılarak belirlendi. Katı madde içeriği (9.44, 6.48, 6.8, 69.68,.98, 4.,.4 ve.46 Brix) ne göre viskozluk enerjilerinin kj/mol aralığında değiştiği görüldü. Anahtar Kelimeler: Arrhenius Eşitliği; Pekmez; Reoloji.. GİRİŞ Gıda ürünlerinin birçoğu akışkan formdadır. Gıda endüstrisinde akış davranışının karakterize edilmesi, hem gıdanın üretilmesi ve taşınması esnasındaki işlemlerde hem de kalite indeksleri olarak kullanılan parametrelerin belirlenmesinde oldukça önemlidir []. Gıda mühendisleri, ürünün reolojik davranışına bağlı olarak üretim yöntem ve şartlarını belirlediklerinden, viskoz gıda ürünlerinin üretiminde, karıştırılmasında, taşınmasında ve depolanmasında viskoz ürünün reolojik özelliklerini kullanırlar []. Viskoz gıda ürünlerine süt ürünleri, meyve suyu konsantreleri, bal ve pekmez örnek olarak verilebilir. Balın önemli özelliklerinden biri olan viskozite, depolama ve üretim aşamalarında oldukça önemlidir [-4]. Pekmez, Türkiye de en yaygın ve bilinen üzüm ürünüdür. Üretilen üzümün yaklaşık % si pekmez üretiminde kullanılır. Pekmez, şeker yada diğer gıda ilaveleri yapılmaksızın kaynatma ile elde edilen raf ömrü uzun bir üzüm suyu konsantresidir [-6]. Bu nedenle pekmez, içinde glukoz, galaktoz gibi doğal şekerleri ve mineralleri içeren doğal bir gıda olarak kabul edilmektedir []. Şekil tipik olarak pekmez üretim basamaklarını göstermektedir [8]. Taze üzümler ilk olarak yıkanır ve ezilir. Daha sonra üzüm suyunu elde etmek üzere ezilmiş olan üzümler sıkılır. Daha sonra bu üzüm suyu, yaklaşık olarak % 9 kalsiyum karbonat içeren ve pekmez toprağı denilen bir toprak ilave edilerek kaynatılır. Bu pekmez toprağı, üzüm suyunda doğal olarak bulunan tartarik ve malik asitleri kalsiyum tartarat ve kalsiyum malat ürünlerine dönüştürerek asitliği azaltmaktadır. Daha sonra ayırma ve arıtma işleminden sonra yaklaşık 6-68 Brix değerine ulaşıncaya dek kaynatılarak sıvı pekmez denilen konsantre elde edilir [6]. Yurdumuzda en genel olarak üzüm meyvesinden pekmez üretilmesine rağmen dut, keçiboynuzu, kuşburnu vb. bitkilerin meyvelerinden de pekmez elde edilmektedir. Pekmez viskoz bir gıdadır ve üretimi, taşınması, karıştırılması ve depolanması gibi temel işlemlerde viskozitesinin bilinmesi oldukça önemlidir. Ancak birçok gıda için reolojik çalışmalar yapılmış olmasına rağmen pekmez üzerine yapılmış çok az reolojik çalışma mevcuttur. Bu nedenle bu çalışmada, çeşitli bitkilerden yöresel yöntemlerle ve fabrikasyonla üretilmiş olan pekmezlerin farklı sıcaklıklarda reolojisi incelendi ve elde edilen sonuçlar literatürde benzer maddeler için var olan sonuçlarla kıyaslandı.

2 Taze Üzüm Yıkama Ezme Pekmez toprağı (%9 CaCO içerikli) ilave edilerek asitliğin azaltılması Ayırma ve arıtma işlemleri 6-68 Brix e kadar kaynatma Sıvı Pekmez Paketleme ve depolama Şekil. Taze üzümden pekmez üretimi basamakları.. MATERYAL ve METOD.. Pekmez Örneklerinin Hazırlanışı Bu çalışmada kullanılan pekmezler yöresel yöntemlerle ve fabrikasyonla üretilmiş pekmezlerdir. Yöresel yöntemlerle üretilen pekmezler Elazığ ve İstanbul illerinde üretilmiş olup beyaz dut (A, B), beyaz üzüm (A, B) siyah üzüm ve kuşburnu bitkilerinden elde edilmiştir. Fabrikasyonla üretilen pekmezler ise marketlerden temin edilen kara dut (Şark Vital, Malatya/Türkiye) ve keçiboynuzu (Aksu Vital, İstanbul/Türkiye) bitkilerinden elde edilen pekmezlerdir. Pekmezlerin reolojik incelemeleri yapılmadan önce, pekmezlerin içerisinde bulunan kümelenmiş kristallerin çözünmesi ve asılı hava kabarcıklarının uzaklaşması için pekmezler 48 saat süre ile 6 C sıcaklıktaki su banyosunda bekletilmiştir. Daha sonra pekmezler deneylerde kullanılmak üzere C sıcaklıkta muhafaza edilmiştir... Katı Madde İçeriğinin Tayini Deneylerde kullanılan pekmezlerin katı madde içeriği Metter Toledo RE refraktometri cihazı kullanılarak C de ölçülmüştür. Ölçüm sonuçları Brix olarak verilmiştir... Viskozite Ölçümler Viskozite ölçümleri programlanabilir sıcaklık kontrol ünitesine (HT-) ve Thermosel ünitesine (HT-6DP) sahip Brookfield DV-II+ (RV, SC4 serisi Thermosel Spindle) marka döner viskozimetre kullanılarak,,, ve C sıcaklıklarında gerçekleştirilmiştir. -9 s - aralığında farklı kayma hızı değerlerinde çalışılmıştır.

3 Sabit bir kayma hızında farklı sıcaklıklardaki viskozite verileri Arrhenius modeli (Eşit.) dikkate alınarak değerlendirilmiş ve Arrhenius sabitleri ve viskozluk enerjileri tayin edilmiştir. µ () = µ exp( E v / RT) Ayrıca bu model için hata analizi uygulanarak ortalama mutlak yüzde hata (OM%H) değerleri hesaplanarak deneysel veriler ile model arasındaki uygunluk test edilmiştir. Eşit. [9] OM%H hesabı için yaklaşımı göstermektedir. Yd Yh OM %H = () n Yh. SONUÇLAR İncelen pekmez örneklerinin katı madde içeriği Tablo de verilmiştir. Görülmektedir ki pekmezlerin katı madde içeriği Brix aralığında değişmektedir. Bu da bize incelen pekmez örneklerinin oldukça farklı katı madde/nem içeriğine sahip olduklarını ifade etmektedir. Tablo. Pekmezlerin Toplam Katı Madde İçerikleri Pekmez Türü Toplam Katı Madde ( Brix) Beyaz Dut A (Yöresel) 6.48 Beyaz Dut B (Yöresel).4 Beyaz Üzüm A (Yöresel) 4. Beyaz Üzüm B (Yöresel).98 Kara Dut (Fabrikasyon) 6.8 Siyah Üzüm (Yöresel).46 Kuşburnu (Yöresel) 9.44 Keçiboynuzu (Fabrikasyon) Arrhenius modeli (Eşit.) basit bir türetme ile yeniden düzenlenecek olursa Eşit. elde edilebilir. E v ln µ = ln µ + () R T Görülmektedir ki bu bir doğru denklemi olup /T ye karşı ln µ değerlerini grafiğe geçirecek olursak eğimi E v /R ve kayması ln µ olan bir doğru elde edilir. İncelenen pekmez örneklerine ait Arrhenius sabitleri hesaplanmış olup bu sabitler dikkate alınarak her bir sıcaklık için pekmezlerin viskoziteleri Arrhenius modeline göre belirlenmiştir. Deneysel veriler ile hesaplama sonucu bulunan değerler arasındaki uygunluk Eşit. ye göre yapılan hata analizi sonucu tayin edilmiştir. Tablo, her bir pekmez için Arrhenius sabitlerini ve ortalama mutlak yüzde hata değerlerini göstermektedir. Bütün pekmez örnekleri için ortalama mutlak yüzde hata değerleri yaklaşık olarak % in altındadır. Ayrıca korelasyon katsayıları da e çok yakındır. Bu da deneysel veriler ile model arasında iyi bir uyum olduğunu göstermektedir.

4 Tablo. Pekmez Örnekleri İçin Arrhenius Sabitleri ve Ortalama Mutlak Yüzde Hata Oranları Pekmez Türü µ (Pa s) E v (J/gmol) R OM%H Beyaz Dut A.x Beyaz Dut B.8x Beyaz Üzüm A.x Beyaz Üzüm B.8x Kara Dut.99x Siyah Üzüm.6x Kuşburnu.x Keçiboynuzu.x Pekmezlerin viskozitelerinin sıcaklığa bağımlılığı aşağıdaki grafiklerde de görülmektedir (Şekil -) BEYAZ DUT A 9 BEYAZ DUT B BEYAZ ÜZÜM A BEYAZ ÜZÜM B Şekil. Beyaz dut ve beyaz üzüm bitkisine ait pekmezlerin viskozitelerinin sıcaklıkla değişimleri ( deneysel, Arrhenius modeline göre hesaplanan).

5 KARA DUT 6 4 SİYAH ÜZÜM 4 KUŞBURNU KEÇİBOYNUZU Şekil. Kara dut, siyah üzüm, kuşburnu ve keçiboynuzu bitkilerine ait pekmezlerin viskozitelerinin sıcaklıkla değişimleri ( deneysel, Arrhenius modeline göre hesaplanan). Grafiklerden de görüldüğü üzere artan sıcaklıkla pekmezlerin viskozitelerinde azalma olmaktadır. Pekmezler arasında Beyaz Dut A pekmezi en düşük viskoziteye sahip olurken kuşburnu bitkisine ait pekmez en yüksek viskoziteye sahiptir. Bunu pekmezlerin viskozluk enerjilerine bakarak da görmek mümkündür. Pekmezlerin viskozluk enerjileri KJ/mol aralığında değişmektedir. En düşük viskozluk enerjisi kuşburnu pekmezinde olurken en yüksek viskozluk enerjisi siyah üzüm pekmezine aittir. Viskozluk enerjisi sıcaklık değişimlerine karşı viskozitenin duyarlılığının bir ölçüsüdür []. Yüksek viskozluk enerjisi pekmez viskozitesinin sıcaklığa daha fazla duyarlı olduğu anlamına gelmektedir. Buna göre kuşburnu pekmezi sıcaklığa en az duyarlı pekmez iken siyah üzüm pekmezi sıcaklığa en fazla duyarlı pekmezdir. Pekmezlerin viskozitelerinin değişimini katı madde içeriğine göre kıyaslayacak olursak düzenli bir değişimin olmadığı görülmektedir. Zira en düşük katı madde içeriğine sahip olan kuşburnu pekmezi en yüksek viskoziteye sahiptir ve katı madde içeriğindeki artışa karşın pekmezlerin viskozitelerindeki değişim düzenli değildir. Bu durumda viskozitenin sadece katı madde içeriğine bağlı olmadığı pekmezlerin içindeki şekerlerin türüne ve bileşimine, nem içeriğine, kolloidlerin ve diğer bileşenlerin varlığına da bağlı olduğu söylenebilir. Şekil 4, Beyaz Dut A pekmezinin farklı sıcaklıklarda kayma hızı ile viskozitesinin değişimini göstermektedir. Benzer davranışlar diğer pekmezler için de geçerlidir. Buradan görülmektedir ki bu çalışmada kullanılan pekmezler Newtonian olmayan akışkan sınıfına girmekte olup Pseudo plastik tipte akışkanlardır.

6 Viskozite (Pas) Beyaz Dut A C C C C C Kayma hızı (s-) Şekil 4. Beyaz Dut A pekmezinin farklı sıcaklıklarda viskozitesinin kayma hızı ile değişimi. 4. SEMBOLLER E v : Viskozluk enerjisi, kj/mol R : İdeal gaz sabiti, J/mol K T : Sıcaklık, K µ : Viskozite, Pa s µ : Arrhenius sabiti, Pa s n : Eşit. deki çiftlerin sayısı Y d : Deneysel olarak bulunan değer (Eşit.) Y h : Hesaplama ile bulunan değer (Eşit.). KAYNAKLAR. Toledo, R. T., Fundametals of Food Process Engineering. The Avi Publishing Comp. Inc. Connecticut, 98.. Buffo, R. A., Reineccius, G. A., Modelling the rheology of concentrated bevarage emulsions, Journal of Food Engineering,, 6-,.. White, Jr. J. W., Honey, Advances in Food Research, 4, 88-4, Assil, H. I., Sterling, R. and Sporns, P., Crystal control in processed liquid honey, Journal of Food Science, 6, 64-4, 99.. Gökçen, J., Ömeroğlu, S. ve Ceritoğlu, A., Üzümlerden elde edilen pekmez bulama, jöle, cevizli sucuk gibi tipik Türk gıda maddelerinin yapım yöntemlerinin geliştirilmesi olanaklarının araştırılması. TÜBİTAK, Marmara Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Ens. Gebze Yay. No. 6, Tekeli, S. T., Ziraat Sanatları, Ziraat Fak. Yay., A.Ü. Basımevi, 96.. Kaya, A. & Belibağlı, K.B., Rheology of solid Gaziantep Pekmez, Journal of Food Engineering, 4, -6,. 8. Batu, A. & Yurdagel, Ü, A study on production of a white hard raisin, pekmez, by using different gelling and bleaching agents. Gıda, 8 (), 4-, Mayer, D. G. & Butler, D. G., Statistical Validation. Ecological Modelling, 68, -, 99.. Bhandari, B., D Arcy, B &chow, S., Rheology of selected Australian honeys. Journal of Food Engineering, 4, 6-68, 999.