Elma Suyu Üretiminde Ozmotik Destilasyon ve Membran Destilasyon Uygulamalarının Ürün Kalitesine Etkileri Pelin ONSEKİZOĞLU H.Ü. Gıda Müh. Bölümü
Türkiye de meyve suyuna işlenen meyveler içerisinde %65 70 lik bir oranla elma ilk sırayı almaktadır. Ülkemizde meyve suyu tüketimi oldukça düşük olup, üretilen elma suyu konsantresinin büyük bir kısmı ihraç edilmektedir.
Çok aşamalı vakum evaporasyon düzenekleri flavor kaybı ( pişmiş tat) renk bozulmaları besin öğeleri kaybı
DONDURARAK KONSANTRASYON MEMBRAN SİSTEMLERİ İLE KONSANTRASYON
Dondurarak Konsantrasyon Yüksek enerji gereksinimi Düşük oranda konsantrasyon (~40 Briks)
Ters Ozmoz Aroma kayıpları Enerji tüketimi ve ekipman giderleri Yüksek ozmotik basınç sınırlaması 25-30ºBx
(0.1-10 mikron) Basınç ş (1-10 nm) Basınç ş (0.5-1.5 nm) Basınç Basınç ş
Yeni membran uygulamaları OZMOTİK DESTİLASYON MEMBRAN DESTİLASYON
Ozmotik Destilasyon Ø Atmosferik basınç altında Ø Oda sıcaklığında
Ozmotik Destilasyon Farklı çözünen konsantrasyonlarına sahip çözeltiler mikroporöz hidrofobik bir membran kullanılarak birbirinden ayrılmaktadır
Ozmotik Destilasyon Çözünen madde konsantrasyonları arasındaki fark nedeniyle oluşan buhar basıncı farkı, seyreltik çözeltiden hipertonik CaCl 2 çözeltisine doğru su buharı transferine yol açmaktadır
1. Ozmotik Destilasyon Seyreltik çözeltide buhar-sıvı ara yüzeyinde suyun buharlaşması
2. Ozmotik Destilasyon Su buharının membran boyunca taşınımı
3. Ozmotik Destilasyon Hipertonik CaCl 2 çözeltisimembran ara yüzeyinde su buharının yoğuşması
Membran Destilasyon Ø Atmosferik basınç altında Ø En fazla 40-45 C düzeyindeki sıcaklıklarda
Farklı sıcaklığa sahip iki sıvı çözelti, mikroporöz hidrofobik bir membran tarafından birbirinden ayrılmaktadır. Membran Destilasyon
Sıcak taraftan soğuk tarafa doğru bir su akısı gerçekleşmektedir. Sürücü güç, mevcut sıcaklık gradyeni dolayısıyla iki çözelti arasındaki buhar basıncı farkıdır. Membran Destilasyon
1. Membran Destilasyon Sıcak çözeltimembran ara yüzeyinde buhar oluşumu
2. Membran Destilasyon Su buharının mikroporöz membran boyunca taşınımı
3. Membran Destilasyon Soğuk çözeltimembran ara yüzeyinde su buharının yoğuşması
Membran Modülleri - Düz yapılı (flat sheet) - Spiral sarılmış (spiral wound) - Hollow fiber membranlar polivinildiflorid (PVDF) politetrafluoetilen (PTFE) polipropilen (PP) por çapları: 0.2-1.0 µm Membran porozitesi: %60-80 Kalınlığı: 80-250µm
Black Currant Suyu Elma Suyu
Ozmotik Destilasyon Sistemi 1. Membran destilasyon modülü 2. Peristaltik pompa 3. Meyve suyu 4. Doygun CaCl 2 çözeltisi 5. Terazi
Membran Destilasyon Sistemi 1. Membran destilasyon modülü 2. Peristaltik pompa 3. Meyve suyu 4. Deiyonize su 5. Terazi 6. Isı değiştirici 7. Isıtıcı sistem 8. Soğutucu sistem 9. Bilgisayar
Ozmotik ve Membran Destilasyonun kombine kullanıldığı sistem 1. Membran destilasyon modülü 2. Peristaltik pompa 3. Meyve suyu 4. Doygun CaCl 2 çözeltisi 5. Terazi 6. Isı değiştirici 7. Isıtıcı sistem 8. Soğutucu sistem 9. Bilgisayar
Membran: PP Hollow fiber kapiler membran modülü membran yüzey alanı: 0.04 m 2
BERRAK ELMA SUYU ÜRETİMİ BERRAK ELMA SUYU ÜRETİMİ Elma Ön işlemler Parçalama Mayşe Enzima)k durultma Klasik Ultrafiltrasyon Geleneksel evaporasyon Membran destilasyon Ozmotik destilasyon Membran destilasyon + Ozmotik destilasyon Konsantre elma suyu Konsantre elma suyu Konsantre elma suyu Konsantre elma suyu Rekonstitüsyon Rekonstitüsyon Rekonstitüsyon Rekonstitüsyon Berrak elma suyu Berrak elma suyu Berrak elma suyu Berrak elma suyu Berrak elma suyu
Ozmotik destilasyon Ø 25 C de, polipropilen yapıda kapiler membran modülü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ø Hipertonik tuz çözeltisi olarak %65 (m/m) CaCl 2 çözeltisi kullanılmıştır. Ø Elma suyu ile CaCl 2 çözeltisi membrana ters akışlı olarak 20 L/h akış hızında beslenmiştir. Ø Konsantrasyon işlemi elma sularının başlangıç çözünür kuru madde içeriğine bağlı olarak 500-550 dakika içerisinde tamamlanmıştır.
Membran destilasyon o Membran giriş sıcaklıkları arasındaki fark 20 C olacak şekilde (meyve suyu sıcaklığı: 30 C, destile su sıcaklığı: 10 C), o polipropilen yapıda kapiler membran modülü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. o Elma suyu ile destile su membrana ters akışlı olarak 20 L/h akış hızında beslenmiştir. o Konsantrasyon işlemi elma sularının başlangıç çözünür kuru madde içeriğine bağlı olarak 600-650 dakika içerisinde tamamlanmıştır.
Tümleşik sistem Ozmotik ve membran destilasyon işlemlerinin bir arada kullanıldığı tümleşik uygulamada, membran destilasyon sisteminde kullanılan destile su, hipertonik CaCl 2 çözeltisi ile yer değiştirmektedir. Tümleşik uygulamada, membran giriş sıcaklıkları arasındaki fark 20 C olacak şekilde (meyve suyu sıcaklığı: 30 C, CaCl 2 sıcaklığı: 10 C), polipropilen yapıda kapiler membran modülü kullanılarak gerçekleştirilmiştir (0.2 CP 2N, Microdyn). Elma suyu ile CaCl 2 çözeltisi membrana ters akışlı olarak 20 L/h akış hızında beslenmiştir. Konsantrasyon işlemi elma sularının başlangıç çözünür kuru madde içeriğine bağlı olarak 200-240 dakika içerisinde tamamlanmıştır.
Geleneksel evaporasyon işlemi, rotary evaporatör kullanılarak vakum altında 80 C deki su banyosunda gerçekleştirilmiştir. Konsantre edilen elma sularının sıcaklığı 70 C olup, konsantrasyon işlemi 2 saatte tamamlanmıştır.
J(kg/m2.h) 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 MD OD MD+OD
70 60 SSC % 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 MD OD MD+OD
L* a* b* ΔE* Kontrol 41.86±0.53-2.68±0.07 9.99±1.45 3.29±0.15 O.D. 42.13±0.21-2.63±0.03 8.29±0.03 3.43±0.77 M.D. 42.10±0.20-2.62±0.07 8.32±0.12 3.61±1.65 O.D. + M.D. 42.18±0.21-2.59±0.03 8.02±0.23 3.86±0.21 G.E. 42.40±0.20-0.49±0.03 2.76±0.07 7.62±1.64
[1] [2] [3] [4] Klasik ultrafiltrasyon uygulamasını takiben membran destilasyon [1], ozmotik destilasyon [2], tümleşik membran prosesleri [3] ve geleneksel evaporasyon [4] yöntemleri ile üretilen berrak elma suları
Aroma analizi İşlem görmemiş elma suyuna ait GC kromatogramı 2 1 3 4 5 1. Hekzanal 2. Trans-2-hekzenal 3. 1-Hekzen 4. Trans-2-Hekzene-1-ol 5. Hekzanoik asit
Konsantrasyon, mg/l Trans-2-hekzenal Kontrol 0.62±0.03 O.D. 0.32±0.04 M.D. 0.29±0.02 O.D.+M.D. 0.66±0.05 G.E. -