Domates Örneklerinin Farklı Yöntemlerle Kurutulmasında En Uygun İnce Tabaka Kurutma Modelinin Belirlenmesi

Transkript

1 Domates Örneklerinin Farklı Yöntemlerle Kurutulmasında En Uygun İnce Tabaka Kurutma inin Belirlenmesi ÖZET Nazmi İZLİ, Eşref IŞIK Uludağ Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Biyosistem ühendisliği Bölümü, Bursa Bu çalışmada domates örneklerinin konvektif, mikrodalga ve mikrodalga-konvektif kombinasyonları yöntemleriyle kurutulmasında en uygun ince tabaka kurutma modeli belirlenmiştir. Bu amaç için, Henderson ve Pabis, Newton, Page, Logaritmik, İki Terimli, İki Terimli Eksponansiyel, Wang ve Singh, Difüzyon Yaklaşımı, idilli ve ark. matematiksel kurutma modelleri deney sonuçlarını analiz etmek için kullanılmıştır. Bu modellerin performansları ki-kare (χ 2, hataların karelerinin karekök ortalaması (RSE ve belirtme katsayısı (R 2 na göre karşılaştırılmıştır. İncelenen kurutma modelleri arasında, idilli ve ark. modeli domates örneklerinin kurutma davranışlarının tanımlanması için en iyi model olarak bulunmuştur. Anahtar kelimeler: Domates, ince tabaka kurutma, istatistiksel parametreler, matematiksel kurutma modelleri Determination of the Best Fitted Thin Layer Drying on Drying of Tomato Samples by Different ethods ABSTRACT In this study, the best fitted thin layer drying model of tomato samples on drying of tomato samples by convective, microwave and combined microwave-convective drying methods was determined. For this purpose, Henderson and Pabis, Newton, Page, Logarithmic, Two Term, Two Term Exponential, Wang and Singh, Diffusion Approach, idilli et al. mathematical drying models have been used to analyze the test results. The performances of these models have been compared according to three statistical parameters, i.e. reduced chi-square (χ 2, root mean square error (RSE and coefficient of determination (R 2. Among the drying models investigated, the idilli et al. model was found to be the best fitted model to describe the drying behaviors of the tomato samples. Key words: Tomato, thin layer drying, statistical parameters, mathematical drying models. GİRİŞ Ülkemiz ekonomisinde çok önemli bir yeri olan domatesin ana vatanı Güney Amerika dır. Bugün yeryüzünde 1500 ü aşkın domates çeşidi bulunmakta ve son senelerde özellikle kuzey Avrupa ülkeleri ve Amerika da elde edilen hibrid çeşitlerle bu rakam devamlı olarak artmaktadır. Kültür sebzeleri arasında dünyanın birçok ülkesinde en fazla yetiştirilen ve değişik şekillerde değerlendirilebilen domateslerin çok çeşitli ve zengin vitaminleri ile mineral ve diğer besin maddeleri bakımından beslenmede önemli bir yeri vardır (Çelen, Ülkemizin iklim şartlarının bu sebzenin yetiştirilmesi için çok uygun oluşu, bu sebzeyi işleyecek bir sanayinin 1970'li yıllardan itibaren hızla kurulmuş olması, bu sebzeye olan yönelmeyi hızlandırmış ve ülkemiz domates üretiminde dünya ülkeleri arasında alt sıralardan hızla üst sıralara tırmanarak Amerika ve İtalya gibi üretim devlerinin arasına girmiştir. Ülkemizde özellikle armara, Ege ve Akdeniz bölgelerinde büyük boyutlarda domates yetiştirilmektedir (Vural ve ark., Latince ismi Lycopersicum esculentum olan domates, taze olarak tüketildiği gibi sebze-meyve işleme sanayi için de önemli bir tarım ürünüdür. Bunun nedeni soyulmuş domates, doğranmış domates, domates sosu ve salçası, kurutulmuş domates ve ketçap gibi ürünlerin üretiminin ana hammaddesi olmasıdır. Bolca vitamin kaynağı olan domates, besleyici ve lezzetli olma özellikleri 111

2 ile dünyanın birçok ülkesinde en çok üretilen sebzedir. İçinde A, B1, B2, C ve K vitaminleri, niasin, protein, yağ, karbonhidrat, potasyum, kalsiyum ve demir bulunmaktadır (Çelen, Bu çalışmanın amacı domatesin konvektif, mikrodalga ve mikrodalga-konvektif kombinasyonu yöntemleriyle kurutulmasında deneysel olarak elde edilen nem oranı değerleriyle, literatürde bulunan ve bu çalışmada kullanılan 9 farklı ince tabaka kurutma modeliyle tahmini olarak elde edilen nem oranı değerlerinin karşılaştırılması ve deneysel verileri en iyi açıklayan modelin belirlenmesidir. ATERYAL VE YÖNTE Deneylerde kullanılan taze kiraz domatesi (Lycopersicon esculentum var. Cerasiforme örnekleri yerel bir marketten alınmış ve deneyler bitene kadar C sıcaklık koşullarında muhafaza edilmiştir. Numunelerin ilk nem içeriklerinin hesaplanabilmesi için 30 gramlık numuneler 105 C sıcaklıktaki fırında 24 saat kurutulmuştur. Daha sonra elde edilen ilk nem içeriği değerlerinin ortalamaları alınmıştır. Kurutma deneylerinden önce domates örnekleri bir bıçak yardımıyla ortadan ikiye bölünmüş ve örnekler bu şekilde kurutulmuştur. Kurutma deneyleri Whirlpool firması tarafından üretilen AW 545 ürün koduna sahip mikrodalga-konvektif fırın ile yapılmıştır. Deneylerde ürünlerin ağırlık ya da nem kayıpları mikrodalga-konvektif fırının altına özel olarak yerleştirilmiş bir adet terazi (Baster, Turkey ile elde edilmiştir. Domates örneklerinin kurutulması çalışmalarında konvektif, mikrodalga ve mikrodalga-konvektif kombinasyonu kurutma yöntemleri kullanılmıştır. Konvektif kurutma yönteminde 50 ve 75 C sıcaklıklar, mikrodalga kurutma yönteminde 90, 160, 350 ve 500W mikrodalga güçleri ve mikrodalga-konvektif kombinasyonu yönteminde 90W-50 C, 90W-75 C, 160W-50 C ve 160W-75 C mikrodalga güçleri ve sıcaklıkları uygulanmıştır. konvektif kurutma deneylerinde kullanılan sıcak hava hızı 1 m/s olarak tespit edilmiştir. Tüm kurutma deneyleri 3 tekerrürlü olarak gerçekleştirilmiştir. Nem Oranının Hesaplanması lemede boyutsuz nem içeriği olan nem oranını ( R belirlemek için kullanılan Eşitlik 1 sadeleştirilerek, Eşitlik 2 elde edilmiş ve hesaplamalar bu eşitliğe göre yapılmıştır (Xiao ve ark., R t e (1 o o t R (2 R : Nem oranı (birimsiz e e : Denge anındaki nem içeriği (g su. g kuru madde -1 o : Başlangıçtaki nem içeriği (g su. g kuru madde -1 olarak tanımlanmıştır. İstatistiksel Değerlendirmeler leme çalışmalarında ATLAB (athworks Inc., Natick, A paket programı kullanılmıştır. En iyi modelin belirlenmesinde 2 ki-kare (, Eşitlik 3, hataların karelerinin karekök ortalaması (RSE, Eşitlik 4 ve belirtme katsayısı (R 2 istatistiksel kriterleri uygulanmıştır (Goyal ve ark., 2006; Özbek ve Dadalı, R pre N 2 ( Rexp, i R pre, i 2 İ 1 (3 n İ 1 RSE ( R N n pre, i Rexp, i N 2 (4 R exp, i, i. Deneysel nem oranı,, i, i. Tahmin edilen nem oranı, N gözlemlenen deneysel veri adedi, R 2 belirtme katsayısı, n modelde yer alan bağımsız değişken sayısıdır. Bu çalışmada kullanılan 9 farklı ince tabaka kurutma modeli Çizelge 1 de sunulmuştur. 112

3 Çizelge 1. Domates örneklerinin matematiksel modellenmesi için kullanılan ince tabaka kurutma modelleri No Adı Kaynak 1 Henderson ve Pabis R a exp( kt Westerman ve ark. ( Newton R exp( kt Ayensu ( Page n R exp( kt Agrawal ve Singh ( Logaritmik R aexp( kt c Yagcıoğlu ve ark. ( İki Terimli R a exp( k0t bexp( k1t adamba ve ark. ( İki Terimli Eksponansiyel R a exp( kt (1 aexp( kat Sharaf-Eldeen ve ark. ( Wang ve Singh 2 R 1 at bt Wang ve Singh ( Diffusion Yaklaşımı R a exp( kt (1 aexp( kbt Kassem ( idilli ve ark. R a exp( kt n bt idilli ve ark. (2002 ARAŞTIRA SONUÇLARI VE TARTIŞA Konvektif, mikrodalga ve mikrodalgakonvektif kombinasyonu kurutma yöntemleriyle domates örneklerinin kurutulması sırasında elde edilen nem oranı değerlerinin kuruma zamanları ile değişimi 9 farklı ince tabaka kurutma modeli ile analiz edilmiş ve tüm kurutma şartları için elde edilen kurutma katsayıları, R 2, RSE ve χ 2 istatistiksel parametrelerine ait değerler Çizelgeler halinde sunulmuştur. Çizelgeler 2 ve 3 incelendiğinde domatesin yalnızca konvektif kurutma yöntemiyle (50 ve 75 C ve yalnızca mikrodalga yöntemiyle (90, 160, 350 ve 500W kurutulmasında elde edilen nem oranı değerlerinin zamanla değişimini istatistiksel parametrelere göre en iyi açıklayan modelin 9 numaralı idilli ve ark. modeli olduğu görülmektedir. Bu modele göre 50 C sıcaklık uygulaması için R 2 = , RSE= ve χ 2 =1.1663x10-4 değerleri elde edilirken, 75 C sıcaklık uygulaması için R 2 =0.9995, RSE= ve χ 2 =0.2983x10-4 değerleri elde edilmiştir. Ayrıca, 90W mikrodalga gücü uygulamasıyla kurutulan domates örnekleri için R 2 =0.9996, RSE= ve χ 2 =0.2428x10-4 değerleri elde edilirken, 160W mikrodalga gücü uygulaması için R 2 =0.9990, RSE= ve χ 2 =0.8697x10-4 değerleri, 350W mikrodalga gücü uygulaması için R 2 =0.9985, RSE= ve χ 2 =1.2905x10-4 değerleri ve son olarak 500W mikrodalga gücü uygulaması için R 2 =0.9990, RSE= ve χ 2 =1.3443x10-4 değerleri elde edilmiştir. Bu sonuçlar idilli ve ark. modelinin, literatürde bulunan ve bu çalışmada kullanılan diğer modellere göre yalnızca konvektif ve yalnızca mikrodalga yöntemiyle kurutulan domates örneklerinin nem oranı değerlerinin zamana göre değişimini en iyi açıklayan model olduğunu göstermiştir. Çizelge 4 incelendiğinde domatesin kurutulmasında uygulanan mikrodalgakonvektif kombinasyonu yöntemi için kullanılan 90W-50 C mikrodalga gücü ve sıcaklığı haricinde uygulanılan tüm kurutma şartlarında değerlendirilen tüm modeller arasında en iyi R 2, RSE ve χ 2 değerleri 9 numaralı idilli ve ark. modelinden elde edildiği görülmektedir. ikrodalga-konvektif kombinasyonu kurutma yöntemi için kullanılan 90W-50 C mikrodalga gücü ve sıcaklığı şartlarında en uygun R 2, RSE ve χ 2 değerleri 7 numaralı model olan Wang ve Singh modelinden elde edilmiş ve idilli ve ark. modelinden ise ikinci en iyi değerler elde edildiği tespit edilmiştir. Ancak, her iki modelden elde edilen veriler arasında istatistiki olarak önemli bir farklılık bulunmamıştır. Bu sonuçlara göre tüm mikrodalga-konvektif kombinasyonu uygulamalarıyla kurutulan domates örneklerinden elde edilen nem oranı değerlerini değerlendirilen 9 model arasında 113

4 idilli ve ark. modelinin en uygun şekilde açıkladığı sonucuna varılmıştır. Şekil 1a-c de konvektif yöntemde 50 ve 75 C sıcaklıklarla, mikrodalga yöntemde 90, 160, 350 ve 500W mikrodalga güçleriyle ve mikrodalga-konvektif kombinasyonu kurutma yönteminde 90W-50 C, 90W-75 C, 160W-50 C ve 160W-75 C mikrodalga gücü ve sıcaklıklarıyla kurutulan domates örneklerinden deneysel olarak elde edilen nem oranı değerlerinin zamanla değişiminin idilli ve ark. modeli ile karşılaştırılması sergilenmiştir. Şekillerden de görüldüğü gibi farklı kurutma şartlarından elde edilen deneysel sonuçlarla en uygun modelden elde edilen tahmini sonuçlar birbirine oldukça yakındır. Şekil 2a-c de farklı kurutma yöntemleriyle kurutulan domates örneklerinden deneysel olarak elde edilen nem oranı değerleriyle bu değerler için literatürde bulunan ve bu çalışmada kullanılan 9 farklı model arasında en uygun model olan idilli ve ark. modelinden elde edilen tahmini nem oranı değerlerinin karşılaştırılması sunulmuştur. Verilerin 45 açıyla çizilmiş bir çizginin etrafında toplandığı görülmektedir. Daha önce yapılan çalışmalar incelendiğinde, Farhang ve ark. (2010 Alfalfa (edicago sativa L. bitkisinin ve Fadhel ve ark. (2011 muz dilimlerinin kurutularak ince tabaka kurutma modelleriyle modellenmesi çalışmalarında en uygun model olarak Wang ve Singh modelini bildirmişlerdir. Ertekin ve Yaldız (2004 patlıcan, eisami-asl ve ark. (2010 elma dilimleri ve Taheri-Garavanda ve ark. (2011 domates kurutularak modellenmesi çalışmalarında idilli ve ark. modelinin elde ettikleri deneysel verilerini en iyi tanımlayan model olduğunu bildirmişlerdir. Literatürdeki bu sonuçlar, domates örneklerinin farklı kurutma şartları altında kurutularak modellenmesi çalışmasından elde edilen sonuçlarla uyum içersinde olduğunu göstermektedir. Çizelge 2. Domates örneklerinin farklı sıcaklıklarla kurutulmasında uygulanan modellerden elde edilen katsayı ve istatistiksel analiz sonuçları No 1 a=1.056 k= o C 75 o C R 2 RSE χ 2 (10-4 a= k= k= k= k= n=1.208 a=1.142 k= c= a=31.88 k o= b= k= a=1.726 k= k= n=1.218 a= k= c= a= k o= b= k 1= a=1.754 k= a= b= a= b= a=4.122 k= b= a= k= n=1.155 b= a=109.4 k= b= a= k= n=1.146 b=

5 Ulusal Tarımsal ekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA 2013 No 1 Çizelge 3. Domates örneklerinin farklı mikrodalga güçleriyle kurutulmasında uygulanan modellerden elde edilen katsayı ve istatistiksel analiz sonuçları a=1.06 k= W 160W 350W 500W a=1.12 k= a=1.143 k= a=1.128 k= k= k= k= k= k= n=1.251 a=1.397 k= c= a=1.089 k o= b= k 1= a=1.765 k= a= b= a=1.057 k= b= a=1.003 k= n= b= k= n=1.559 a=1.852 k= c= a=66.44 k o= b= k 1= a=1.994 k= a= b= a=4.2 k= b= a= k= n=1.381 b= k= n=1.949 a=5.597 k= c= a=19.71 k o= b= k 1= a=2.172 k= a= b= a=4.048 k= b= a= k= n=1.745 b= k= n=1.995 a=4.789 k= c= a=10.9 k o= b= k 1= a=2.214 k= a= b= a=5.138 k= b= a= k= n=1.824 b=

6 Çizelge 4. Domates örneklerinin farklı mikrodalga-konvektif kombinasyonlarıyla kurutulmasında uygulanan modellerden elde edilen katsayı ve istatistiksel analiz sonuçları 28. Ulusal Tarımsal ekanizasyon Kongresi 4-6 Eylül KONYA No 1 a=1.09 k= W-50 o C 90W-75 o C 160W-50 o C 160W-75 o C R 2 RSE χ 2 (10-4 a= k= R 2 RSE χ 2 (10-4 a= k= R 2 RSE χ 2 (10-4 a= k= k= k= k= k= k= n=1.356 a=1.48 k= c= a=12.74 k o= b= k 1= a=1.865 k= a= b= a=4.791 k= b= a= k= n=1.099 b= k= n=1.435 a=1.63 k= c= a=32.61 k o= b= k 1= a=1.924 k= a= b= a=6.203 k= b= a= k= n=1.178 b= k= n=1.585 a= k= c= a= k o= b= k 1= a=1.997 k= a= b= a=7.293 k= b= a= k= n=1.182 b= k= n=1.694 a=3.177 k= c= a=113.5 k o= b= k 1= a=2.061 k= a= b= a=5.021 k= b= a= k= n=1.42 b=

7 Şekil 1. Konvektif (a, mikrodalga (b ve mikrodalga-konvektif (c kurutma yöntemleriyle kurutulan domates örneklerinden deneysel olarak elde edilen nem oranı değerlerinin zamanla değişiminin idilli ve ark. modeli ile karşılaştırılması 117

8 Şekil 2. Konvektif (a, mikrodalga (b ve mikrodalga-konvektif (c kurutma yöntemleriyle kurutulan domates örneklerinden elde edilen deneysel nem oranı değerleri ile idilli ve ark. modelinden elde edilen tahmini nem oranı değerlerinin karşılaştırılması 118

9 SONUÇ Domates örneklerinin farklı yöntemlerle kurutulmasında en uygun ince tabaka kurutma modelinin belirlenmesi için yapılan bu çalışmada, domatesin kurutma sonuçlarını literatürde bulunan ve bu çalışmada uygulanan 9 farklı ince tabaka kurutma modeli arasında tüm kurutma şartları için idilli ve ark. modeli en iyi şekilde tanımlamıştır. LİTERATÜR LİSTESİ Agrawal, Y.C., Singh, R.P Thin layer drying studies on short grain rough rice. ASAE, No: 3531, St. Joseph I. Ayensu, A Dehydration of food crops using a solar dryer with convective heat flow. Solar Energy, 59(4-6: Çelen, S ikrodalga ve vakum kurutucuda bazı gıda ürünlerinin kurutulması ve modellenmesi. Doktora Tezi, TÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, akina ühendisliği Anabilim Dalı, Edirne. Ertekin, C., Yaldiz, O Drying of eggplant and selection of a suitable thin layer drying model. Journal of Food Engineering, 63: Fadhel,.I., Abdo, R.A., Yousif, B.F., Zaharim A., Sopian, K Thin-layer drying characteristics of banana slices in a force convection ındirect solar drying. Proceeding of the 6th IASE/WSEAS International Conference on Energy and Environment, February 23-25, 2011, Cambridge, United Kingdom. Farhang, A., Hosinpour, A., Darvishi, H., Khoshtaghaza,.H., Hashtjin, T.T Accelerated drying of alfalfa (edicago sativa L. by microwave dryer. Global Veterinaria, 5(3: Goyal, R.K., Kingsly, A.R.P., anikantan,.r., Ilyas, S Thin-layer drying kinetics of raw mango slices. Biosystems Engineering, 95: Kasem, A.S Comparative studies on thin layer drying models for wheat. 13th International Congress on Agricultural Engineering, 2-6 February, 1998, orocco. adamba, P.S., Driscoll, R.H., Buckle, K.A The thin-layer drying characteristics of garlic slices. Journal of Food Engineering, 29: eisami-asl, E., Rafiee, S., Keyhani, A., Tabatabaeefar, A Determination of suitable thin layer drying curve model for apple slices (variety-golab Plant Omics Journal, 3(3: idilli A., Kucuk, H., Yapar, Z A new model for single layer drying. Drying Technology, 20(7: Özbek, B., Dadalı, G., Thin-layer drying characteristics and modelling of mint leaves undergoing microwave treatment. Journal of Food Engineering, 83: Sharaf-Elden, Y.I., Blaisdell, J.L., Hamdy,.Y A model for ear corn drying. Transactions of the ASAE, 5: Taheri-Garavanda, A., Rafiee, S., Keyhania, A athematical modeling of thin layer drying kinetics of tomato influence of air dryer conditions. International Transaction Journal of Engineering, anagement, & Applied Sciences & Technologies, 2(2: Vural, H., Eşiyok, D., Duman, İ Kültür sebzeleri (Sebze Yetiştirme. Ege Üniversitesi Basımevi, Bornova, İzmir, s Wang, C.Y., Singh, R.P A single layer drying equation for rough rice. ASAE Paper No: , ASAE, St. Joseph, I. Westerman, P.W., White, G.., Ross, I.J Relative humidity effect on the high temperature drying of shelled corn. Transactions of theasae, 16: Xiao, H.W., Pang, C.L., Wang, L.H., Bai, J.W., Yang, W.X. & Gao, Z.J Drying kinetics and quality of onukka Seedless grapes dried in an air-impingement jet dryer. Biosystems Engineering, 105(2: Yagcioglu, A., Degirmencioglu, A., Cagatay, F Drying characteristics of laurel leaves under different drying conditions. In Proceedings of the 7th international congress on agricultural mechanization and energy, 26-27, ay, Adana, Turkey. 119