Bilgehan POLATOĞLU & Vildan BEŞE

Transkript

1 Türkiye 12. Gıda Kongresi 5-7 Ekim 2016, Trakya Üniversitesi, Edirne ETKİN DİFÜZYON KATSAYISI VE AKTİVASYON ENERJİSİ DEĞERLERİNİN KIZILCIK (Cornus mas L.) MEYVESİNDE BELİRLENMESİ Bilgehan POLATOĞLU & Vildan BEŞE

2 Günümüzde bağışıklık sistemini güçlendirerek, çağdaş tıp tedavilerine bir nevi destek görevi gören ve alternatif tıp olarak adlandırılan tedavi revaçtadır. Sentetik ilaçların yan etkileri, bitkisel ilaç üretimini gerekli kılmaktadır. Fitoterapide, doğal bir antioksidan olan kızılcık meyvesinin yeri önemlidir.

3 Etiyolojiye (hastalık etkenlerini inceleyen bilim dalı) bakıldığında, insanları hastalıklardan koruyan bağışıklık sisteminin (immün sistem) ne denli büyük bir öneme haiz olduğu anlaşılmaktadır.

4 İmmün sistem, vücudu koruyan ve sağlığı iyileştiren bir yapıdır ve çağın getirdiği; stres, hareketsizlik, malnütrisyon (kötü beslenme), yoğun iş temposu, enfektif ve ruhi hastalıklar, hava kirliliği, radyasyon gibi birçok olumsuz etken sebebiyle gücünü kaybetmektedir (Doğan vd 2006).

5 Dengeli beslenmede meyveler, oldukça önemlidir ve içerdikleri insan sağlığı açısından büyük öneme sahip pek çok antioksidan ile antikanserojenik etkiye sahiptirler (Olsson ve Gustavsson 2004). Son yıllarda yapılan bilimsel çalışmalar da beslenmede meyve tüketimi ile kansere yakalanma riski arasındaki ters ilişkiyi açıkça ortaya koymuştur (Özgen ve Scheerens 2006).

6 Bu nedenle bilhassa gelişmiş ülkelerde, antioksidan kapasitesi yüksek, antosiyanin bakımından zengin meyvelere olan ilgi oldukça artmaktadır (Selçuk ve Özrenk 2011). Besin maddeleri ve vitamince zengin meyveler, insan beslenmesindeki rollerinin artması sonucu çeşitli amaçlarla değerlendirilmektedir. Kızılcık da bu meyvelerden biridir.

7 KIZILCIK (Cornus mas L.) Anadolu, birçok meyve türünün olduğu gibi kızılcığın da anavatanı ve en eski kültür alanlarından biridir (Karadeniz vd 2007). Rengi ve görünümü açısından albenisi yüksek, vitamin ve besin maddeleri bakımından da önemli bir besin meyvedir (Polatoğlu 2013). Kızılcık meyveleri, yaz sonu ile sonbahar başlarında olgunlaşmaktadır (Vidrih et al. 2012).

8 Genel olarak yabani formlar halinde; dağlık alanlarda, dere yataklarında, bahçe ve tarla kenarlarında tek veya birkaç ağaç halinde doğal olarak yetişmektedir (Karadeniz 2007). Şekil 1. Kızılcık meyvesinin genel görünümü

9 Kızılcık meyvesi, sarı renkli çiçekleri ve kırmızı renkli meyveleri ile güzel bir görüntüye sahiptir (Türkoğlu vd 1999 Şekil 2. Kızılcık meyvesinin genel görünümü

10 Sağlık açısından değerlendirildiğinde kızılcık; Hafıza ve motor becerilerini düzeltmek suretiyle yaşlanmaya bağlı denge ve koordinasyondaki bozuklukları durdurmaya yardımcı olmaktadır (Polatoğlu 2011). Bol miktarda C vitamini ve potasyum içermektedir (Polatoğlu 2013). Antidiyabetik ve antikanserojenik etkisi bulunmaktadır (Eshagni et al. 2012).

11 Astrenjan ve peklik (kabızlık) ilacı olarak kullanılmaktadır (Turker et al. 2012). Kan damarlarının elastikiyetini sağlamakta ve kan basıncını normal seviyede tutmaktadır (Türk vd 2003). Tonik, analjezik ve diüretik aktiviteleri ile de bilinmektedir (Vidrih et al. 2012). Doğal katkı maddesi olarak pek çok ürüne işlenebilmektedir.

12 Sistit, idrar yolu enfeksiyonları ile böbrek taşlarının tedavisinde yararlanılmaktadır (Selçuk ve Özrenk 2011). Antiseptik özellikteki meyve, çekirdek, çiçek, yaprak, kabuk ve köklerinden; yaraların tedavi edilmesinde ilâç olarak faydalanılmaktadır (Akçay ve Yalçınkaya 2003). Gövde ve dal kabukları, ateş düşürücü ve güçlü bir ishal kesici olarak kullanılmaktadır (Baytop 1984).

13 Kızılcıkta, kılcal damarları güçlendiren polifenoller, antosiyanin ve flavanol gibi biyolojik aktif maddeler ve çok önemli bir antioksidan olan melatonin bulunmaktadır (Yazıcı ve Köse 2004). Melatonin ilâçlarının birçoğu kızılcıktan yapılmaktadır (Selçuk ve Özrenk 2011). Ateşli hastalıklar ve menopozdaki ateş basmalarında da rahatlatıcı etkisi vardır (Turker et al. 2012)

14 Yüksek kolesterol seviyesine sahip hastalar üzerinde yapılan bir çalışma sonucu kızılcık tüketiminin; fibrinojen (kanın pıhtılaşmasında görev alır) seviyesini azaltıcı etkisinden dolayı, aterosklerotik (damar tıkanıklığı veya damar sertliği) hastalarda faydalı olabileceği ifade edilmiştir (Asgary et al. 2010).

15 Günümüz süper meyvelerinden biri olarak yer alan küçük taneli bu meyve, insan sağlığı için önemli olan biyolojik aktif maddelerin, iyi bir kaynağı olarak büyük bir potansiyele sahiptir. Yukarıda sıralanan vasıflarıyla; sağlığımıza, ekonomimize ve gıda sanayimize pek çok katkı sağlayacağından, kızılcık üzerinde bilimsel çalışmaların yapılması gerekliliği aşikârdır.

16 Biyokimyasal ve farmakolojik özelliklerinin daha iyi anlaşılması ile kızılcığın, kullanım alanlarının genişletilmesi sağlanabilir. Ayrıca son yıllarda ilgi odağı haline gelen doğayla barışık yaşamın önemi de bu vesileyle bir kez daha vurgulanabilir.

17 Kızılcık meyvesinin, bozulmadan saklanabilmesi için bünyesindeki suyun belli bir düzeye kadar uzaklaştırılması gerekmektedir. Gıdaların kurutulması, gıda maddelerinden nemin uzaklaştırılması olarak tanımlanmaktadır. Kurutma, hem meyvelerin işlenmesinde önemli hem de kalite ve enerji ihtiyacı açısından da hassas bir prosestir.

18 Materyal olarak, Erzurum dan alınan kızılcık meyvesi kullanılmıştır. Kızılcık (Cornus mas L.) meyvesinin kuruma davranışı, konvektif bir kurutucuda incelenmiştir.

19 Çalışma parametresi olarak; 50, 60 & 70⁰C hava sıcaklıkları ile 0.4, 0.7 & 1.0 m/s hava hızları seçilmiştir. Konvektif kurutucu, hızı kontrol edebilen bir fan ve sıcaklığı kontrol edebilen bir ısıtıcıdan oluşmaktadır. Kurutma havası hızı, tünel çıkışında dijital bir anemometre yardımıyla kontrol edilmiştir. Şekil 3. Deneylerin yapıldığı konvektif kurutma sistemi

20 Deneylerde 100 g örnek, darası alınmış delikli yüzeye sahip tepsi üzerine tüm ve tek tabaka halinde dizilerek kurutma kabinine yerleştirilmiştir. Ağırlık azalmaları, zamana bağlı olarak tespit edilmiştir. Materyal, kurutucudan birer saat arayla çıkartılarak dijital bir terazide tartılmak suretiyle ağırlık kayıpları belirlenmiştir.

21 Sabit tartımın gerçekleştiği noktada kurutma işlemi tamamlanmıştır. Elde edilen sonuçlardan boyutsuz nem hesaplanmıştır: MR: Boyutsuz nem oranı Mt: Herhangi bir t anındaki nem içeriği g su/g kuru katı Me: Denge anında nem içeriği g su/g kuru katı Mo: Başlangıç anında yani t=0 da denge nem içeriği g su/g kuru katı

22 KURUTMA HAVA SICAKLIĞININ KONVEKTİF KURUTMAYA ETKİSİ Kurutma hava sıcaklığının kurumaya etkisini incelemek amacıyla hava sıcaklıkları; 50ºC, 60ºC ve 70ºC olarak seçilmiştir. Yapılan denemelerde 0.4, 0.7 ve 1.0 m/s hava hızlarında kurutma hava sıcaklığının, kurumaya etkisi incelenmiştir. Kuruma eğrileri, boyutsuz nem içeriğine karşı kuruma süresi olarak grafik edilmiştir.

23 (a) (b) (c) Şekil 4. Kurutma hava sıcaklığının kuruma üzerine etkisi (a.0.4, b. 0.7 ve c.1.0 m/s) Şekil 4 de görüldüğü gibi kurutma havası sıcaklığı, kuruma üzerinde oldukça etkilidir. Sıcaklığın artması, kuruma süresini kısaltmıştır. Tüm hava hızlarında (0.4, 0.7 ve 1 m/s); hava sıcaklığının kurumaya etkisinin fazla olduğu gözlenmiştir.

24 KURUTMA HAVA HIZININ KONVEKTİF KURUTMAYA ETKİSİ Kurutma hava hızının kurumaya etkisini incelemek amacıyla hava hızları; 0.4 m/s, 0.7 m/s, ve 1.0 m/s olarak seçilmiştir. Yapılan denemelerde 50, 60 ve 70ºC hava sıcaklıklarında kurutma hava hızının kurumaya etkisi incelenmiştir.

25 Şekil 5. Kurutma hava hızının kurumaya etkisi (a.50ºc, b.60ºc ve c.70ºc) Grafiklerden de görüldüğü üzere; en düşük kurutma hızı 0.4 m/s hava hızında gerçekleşmiştir. Bunu; 0.7 ve 1.0 m/s hava hızları takip etse de hava hızının etkisinin oldukça az olduğu anlaşılmaktadır.

26 Kurutma havası sıcaklığının, kurutma hızını etkileyen en etkin faktör olduğu açıktır. Hava hızı ise, sıcaklığa nazaran daha az etkilidir. Şekillerden de görüldüğü gibi, nem zamanla sürekli azalmıştır. Bu davranış, kurumanın azalan hız periyodunda gerçekleştiğini yani meyve içindeki nem hareketinin moleküler difüzyon ile kontrol edildiğini göstermektedir. En etkin kuruma aşağıdaki tabloda özetlenmiştir:

27 DİFÜZYON KATSAYISI DEĞERLERİNİN HESAPLANMASI Gıdaların kurutulması sırasında meydana gelen kütle transferini (nemin hareketini) tanımlayan difüzyon katsayısı, aşağıdaki denklem yardımı ile hesaplanmıştır: MR = Mt Me Mo Me = 6 π 2. exp π2. D eff r 2 Burada; MR: Boyutsuz nem içeriği M: Herhangi bir t anındaki nem içeriği Me: Denge nem içeriği Mo: Başlangıç nem içeriği D eff : Etkin difüzyon katsayısı r: Yarıçap t: Kurutma süresi. t

28 Denklemden yararlanılarak hesaplan etkin difüzyon katsayıları aşağıdaki tabloda özetlenmiştir. Tablo 3. Etkin difüzyon katsayılarının hava hızı ve hava sıcaklığına göre davranışı KONVEKTİF KURUTMA HAVA HIZI (m/s) HAVA SICAKLIĞI (⁰C) ETKİN DİFÜZYON KATSAYISI (m 2 /s) x x x x x x x x x10-10

29 1,6E-10 1,4E-10 1,2E m/s 0.7 m/s 1.0 m/s 1,6E-10 1,4E-10 1,2E o C 60 o C 70 o C /s) (m eff D 2 1,0E-10 8,0E-11 6,0E-11 4,0E-11 2,0E Sıcaklık ( o C) /s) (m eff D 2 1,0E-10 8,0E-11 6,0E-11 4,0E-11 2,0E-11 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 Hava hızı (m/s) (a) (b) Şekil 6. Kurutma hava sıcaklığı (a) ve kurutma hava hızının (b) etkin difüzyon katsayısı üzerine etkisi Kurutma havası sıcaklığının artmasıyla birlikte etkin difüzyon katsayısı değerlerinin arttığı görülmektedir. Bu durum; yüksek sıcaklık değerlerinde ürün içerisindeki nemin, daha kolay buharlaşması ve kuruma hızının artmasıyla açıklanabilir.

30 Yüksek sıcaklıkta; suyun kinetik enerjisindeki artışa paralel olarak meyve içindeki su molekülleri, daha hızlı hareket etmekte ve yüzeye daha hızlı çıkabilmektedir. Buna bağlı olarak daha hızlı kuruma olmaktadır. Kurutma havası hızının artmasıyla birlikte etkin difüzyon katsayısı değerlerinin arttığı görülmektedir. Bu artış, meyve yüzeyindeki nemin hızla uzaklaştırılması ile daha etkili ısı transferinin sağlanmasının sonucudur.

31 AKTİVASYON ENERJİSİ DEĞERLERİNİN HESAPLANMASI Aktivasyon enerjisi, kurutulan gıda maddesinden nemin uzaklaştırılabilmesi için gerekli enerjinin bir göstergesidir ve Arrhenius tipi bir eşitlikle hesaplanır: Bu ifadenin logaritması alınır ise; Burada; D eff : Etkin difüzyon katsayısı (m 2 /s) D 0 : Sonsuz sıcaklıkta difüziviteye eşdeğer bir sabit (m 2 /s) Ea: Aktivasyon enerjisi (kj/mol) R: Üniversal gaz sabiti (8,314 J/(mol.K)) T: Kurutma sıcaklığıdır ( C)

32 ) eff Ln(D ln (D eff ) in, 1/T ye karşı grafik edilmesi sonucu elde edilen doğrunun eğiminden, aktivasyon enerjisi değerleri hesaplanmıştır. -22,4-22,6-22,8-23,0-23,2-23,4-23,6-23,8-24,0-24,2-24,4 0,0029 0,0030 0,0031 1/T 0.4 m/s 0.7 m/s 1.0 m/s Şekil 7. Tüm hava hızları için (0.4, 0.7 & 1 m/s) ln (D eff )-1/T grafiği

33 Tablo 4. Konvektif kurutucuda kurutulan kızılcık numunelerinin aktivasyon enerjisi değerleri KONVEKTİF KURUTMA HAVA HIZI (m/s) HAVA SICAKLIĞI (⁰C) AKTİVASYON ENERJİSİ (E a ) (kj/mol) 44,82 54,02 58,51 Konvektif kurucuda kurutulan örneklerin aktivasyon enerjisi (E a ) değerleri, ln(d eff ) in 1/T ye karşı grafik edilmesiyle elde edilen doğruların eğimlerinden 0.4, 0.7 ve 1.0 m/s hava hızları için sırasıyla: kj/mol, kj/mol ve kj/mol olarak hesaplanmıştır. Bu değer, literatürde belirtilen ( kj/mol) aralıktadır (Zogzas et al. 1996).

34 Gıda Teknolojisi Derneği ile Trakya Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümü nün ortaklaşa olarak Edirne'de düzenlediği bu nezih kongrenin gerçekleşmesinde; başta Kongre Onursal Başkanı Sayın Prof. Dr. Erhan TABAKOĞLU & Kongre Başkanı kıymetli hocam Sayın Prof. Dr. A. Kadir HALKMAN olmak üzere, Kongre Sekretaryası na, Düzenleme Kurulu Üyeleri ne ve emeği geçen herkese şahsım ve tüm katılımcılar adına teşekkür ederim. Yrd. Doç. Dr. Bilgehan POLATOĞLU