IQF Tekniği ile Dondurulmuş Kayısılardan Depolama Süresince Aylık Periyotlarla Elde Edilen Kayısı Pulplarının Akış Özellikleri 1. Besim Maden a, 2.Hasan Toğrul b, 3. Abdullah Çağlar a Özet a Afyon Kocatepe Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümü, 03200 b Afyon Kocatepe Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü, 03200 * Afyon Kocatepe Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü Ahmet Necdet Sezer Kampus Gazlıgöl Yolu, 03200 AFYONKARAHİSAR, e-posta:htogrul@aku.edu.tr Taze ve IQF yöntemi ile dondurulmuş kayısılarda aylık periyotlarla yapılan analizlerde depolama süresi ile meyve pulplarının akış özellikleri araştırıldı. 1-10 rpm dönme hızlarında, tork değerinin % 10-100 arasında olduğu değerlerde 5, 10, 20 ve 30 ºC sıcaklıklarda karışımın reolojik davranışları belirlenmiştir. Kayısı pulplarının incelenen tüm sıcaklık ve konsantrasyonlarda kayma hızı kayma gerilimi eğrileri tipik Pseudo plastiklik akış davranışına uygun eğriler olduğu saptanmıştır. Deneysel veriye Ostwald-de Waele ve Casson modellerinin uygunluğu araştırıldı. Casson modelinin çalışılan şartlar altında kayısıların viskozitesinin hesaplanmasında kullanılacak kayma hızı-kayma gerilimi verilerinin elde edilmesinde kullanılabileceği görüldü. Ayrıca, 4 aylık depolama süresi boyunca tekrarlanan reolojik ölçümler, sabit kayma hızında görünür viskozite değerlerinde işlem koşullarını etkileyecek bir değişimin gerçekleşmediğini göstermektedir. Anahtar Kelimeler: IQF, Kayısı, Akış Özellikleri Giriş Kayısı çok çeşitli şekillerde değerlendirilebilmektedir. Az işlenmiş kayısı, kayısı konservesi, kayısı nektarı, kayısılı içecekler, kayısılı pulp konsantresi, reçel, marmelat, jöle ve krema, yeşil kayısı turşusu, kuru kayısı, toz kayısı, kıyılmış, küp doğranmış kuru kayısı, ekstrüzyon kayısı mamulleri, kayısı şekerlemeleri, kayısı ekstraktı ve esansı, kayısı likörü, kayısı jelatin mamulleri, kayısılı pasta, kek, bar vb. mamuller, kayısı brendisi ve dondurulmuş kayısı bu değerlendirme şekillerinden başlıcalarıdır [1]. Dondurulmuş gıda sektörü, dondurulmaya uygun hammaddenin temini ile başlayan ve hammaddenin uygun koşullarda taşınması, seçme, yıkama, boyutlama, ürüne özel tekniklerle işleme, derin dondurma, ürünün uygun şekillerde paketlenerek tekniğine uygun depolanması, yükleme, taşıma, dağıtım ve tüketici taleplerinin izlenmesine kadar faaliyet gösteren bir gıda sanayi dalıdır [2]. Dondurma işleminin en önemli amacı, gıdaların doğal yapısının mümkün olduğu oranda korunmasıdır. Bu nedenle dondurma işlemi için kullanılan hammaddelerin gerekli tazelik özelliklerine sahip olması ve ürünün doğal yapısını bozabilecek kimyasal, biyokimyasal ve mikrobiyolojik aktivitenin önlenebilmesi için de gerekli teknik ekipmanın kullanımı önemlidir [3]. Besinlerin içeriğindeki maddelerin özelliklerine göre reolojik davranışları çeşitli işlemler sırasında değişebilir. Bu nedenle besin teknolojisinde önemli bir yeri olan reolojik veriler, ısı transferi ve kütle transferi gibi taşınım işlemlerinin yaygın kullanıldığı gıda işleme teknolojisinde önem taşıdığı kadar, kalite kontrol parametresi olarak da büyük öneme sahiptir. Taze ürünlerde olduğu gibi dondurulmuş ürünlerinde büyük bir kısmı sofralık tüketimden çok, diğer ürünlere işlemede ham madde niteliği taşımaktadır. Dondurulmuş meyvelerden elde edilen meye suyu/ pulpu reolojisi bu ürünleri işlemek amacıyla makine aksanlarının dizaynında önem taşıdığı kadar, dondurma depolama koşullarının uygunluğu hakkında da fikir sunmaktadır.
Afyonkarahisar ili Sultandağı bölgesinde yetiştirilen, son yıllarda dondurularak dış tüketime sunulan dondurulmuş kayısıya yönelik çalışma bulunmamaktadır. Üründeki olası yapısal değişimlerin tamamı reolojik verileri etkileyecek değişimlerdir. Bu çalışmada, ürün reolojik verilerinin depolama süresince incelenmesi ile ürün kalitesinin taze ürün kalitesi ile mukayese edilmesi amaçlanmaktadır. Deneysel Çalışmalar Bu çalışmada gerçekleştirilen reolojik analizler taze ve bireysel hızlı dondurulmuş organik kayısıların laboratuvar şartlarında ve kapalı bir kap içerisinde 25 o C de su banyosuna daldırılarak çözündürülmesi ve meyve blender i ile parçalanarak bir plastik süzgeçten süzülmesiyle elde edilen kayısı pulpunda gerçekleştirilmiştir. Kayısı pulpu karışımları homojen bir karışım elde edilinceye kadar bir mekanik karıştırıcı ile 1 saat süreyle karıştırıldı. 1-10 rpm dönme hızlarında, tork değerinin % 10-100 arasında olduğu değerlerde 5, 10, 20 ve 30 ºC sıcaklıklarda karışımın reolojik verileri rotor yarıçapı 12.5 mm ve rotor etkin uzunluğu 90 mm olan spindle, Brookfield Dijital Model DV- III döner viskozimetre cihazı kullanılarak saptanmıştır. Ayrıca bu çalışmada, dondurulmuş kayısı pulpınun çeşitli yöntemlerle (su banyosunda ve oda şartlarında) çözündürülmesi sırasında meydana gelen viskozite değişimi araştırıldı. Sonuçlar ve Tartışma Bireysel hızlı dondurma tekniği ile dondurulmuş kayısı örneklerinin analiz periyotları sonunda su banyosunda ve oda koşullarında doğal olarak çözündürülmesi sonucu elde edilen kayısı pulplarının kayma hızı kayma gerilimi ilişkisi sırasıyla Şekil 1 ve 2 de görülmektedir. Şekil 1 Su banyosunda çözündürülmüş kayısılardan elde edilen kayısı pulplarının kayma hızı kayma gerilimi ilişkisi ( a: 1. ay, b: 2.ay, c:3. ay, d: 4. ay; 5 o C, 10 o C, 20 o C, 30 o C)
Şekil 2 Oda koşullarında doğal çözündürülmüş kayısılardan elde edilen kayısı pulplarının kayma hızı kayma gerilimi ilişkisi ( a: 1. ay, b: 2.ay, c:3. ay, d: 4. ay; 5 o C, 10 o C, 20 o C, 30 o C) Şekil 1 ve 2 den görüldüğü gibi kayma hızındaki artışla birlikte kayma gerilimi artış oranında bir azalma görülmektedir. Kayma geriliminin artan kayma hızıyla giderek azalan bir artış göstermesi kayısı pulplarının pseudo plastik akış özelliği gösterdiğini ortaya koymaktadır[4]. Bu eğrilerin hangi model ile daha iyi temsil edildiğini belirlemek amacıyla, Ostwald-de Waele model parametreleri n ve m değerleri grafiksel yöntemle, Casson model sabitleri ise Statistica for Windows programı kullanılarak belirlenmiştir. Deneysel verilerden belirlenen model sabitleri ve determinasyon katsayıları deney koşulları ile birlikte sırasıyla Çizelge 1ve 2 de gösterilmiştir.
Çizelge 1 Ostwald-de Waele modeli model sabitleri Ostwald-de Waele modeli τ rφ = m r d dr v r φ n Depolama Süresi (ay) Sıcaklık Su Banyosunda Çözme İndeksi n Sabiti m R 2 Sıcaklık Doğal Ortamda Çözme İndeksi n Sabiti m 1 278,150 0,440 2,601 0,993 278,150 0,338 3,095 0,993 1 283,150 0,411 2,506 0,998 283,150 0,357 2,814 0,998 1 293,150 0,362 2,559 0,997 293,150 0,290 2,467 0,993 1 303,150 0,312 2,497 0,995 303,150 0,289 2,577 0,997 2 278,150 0,462 2,442 0,987 278,150 0,279 3,510 0,985 2 283,150 0,426 2,425 0,993 283,150 0,358 2,821 0,993 2 293,150 0,372 2,549 0,999 293,150 0,331 2,348 0,991 2 303,150 0,316 2,611 0,970 303,150 0,319 2,451 0,993 3 278,150 0,401 2,753 0,997 278,150 0,2487 3,717 0,994 3 283,150 0,424 2,446 0,993 283,150 0,278 3,138 0,992 3 293,150 0,392 2,468 0,998 293,150 0,268 2,545 0,992 3 303,150 0,396 2,242 0,991 303,150 0,303 2,525 0,991 4 278,150 0,382 2,788 0,992 278,150 3,697 0,256 0,991 4 283,150 0,428 2,449 0,992 283,150 0,227 3,471 0,993 4 293,150 0,373 2,529 0,995 293,150 0,254 2,627 0,988 4 303,150 0,342 2,473 0,990 303,150 0,298 2,560 0,985 R 2 indeksi n değeri sıfıra yaklaştıkça pseudo plastik özellikte artış meydana gelmektedir. Tablodan görüldüğü gibi doğal ortamda gerçekleştirilen çözme işleminde elde edilen akışkanlık sabiti değerleri, su banyosunda çözülen örneklere göre daha düşük değerlere sahiptir. Doğal ortamda çözünme esnasında hava akımıyla etkileşme sonucu yüzey suyu kayıplarının daha yüksek oranda gerçekleşmesi ortamdaki viskoz kuvvetlerin daha etkin olmasına sebep olmuştur. Bu değerler buharlaşma kayıplarıyla birlikte kısmi kurumanın gerçekleştiğini göstermektedir. Bu sebeple ortamdaki Pseudo plastiklik derecesinde bir artış gözlenmiştir.
Çizelge 2 Casson modeli model sabitleri Casson modeli τ 0.5 = τ 0.5 ( ) + K 0 1 γ 0. () 5 Depolama Süresi (ay) Sıcaklık Su Banyosunda Çözme τ o K 1 R 2 Sıcaklık Doğal Ortamda Çözme τ o K 1 R 2 1 278,150 1.452 0.477 0.982 278,150 2.255 0.348 0.969 1 283,150 1.491 0.428 0.987 283,150 1.975 0.358 0.981 1 293,150 1.667 0.369 0.986 293,150 1.897 0.260 0.976 1 303,150 1.765 0.305 0.987 303,150 2.000 0.262 0.973 2 278,150 1.372 0.477 0.966 278,150 2.806 0.288 0.944 2 283,150 1.371 0.446 0.991 283,150 1.986 0.358 0.973 2 293,150 1.639 0.380 0.987 293,150 1.711 0.297 0.972 2 303,150 1.846 0.312 0.954 303,150 1.825 0.290 0.970 3 278,150 1.989 0.417 0.968 278,150 3.016 0.265 0.973 3 283,150 1.519 0.425 0.994 283,150 2.463 0.277 0.969 3 293,150 1.536 0.398 0.984 293,150 2.023 0.239 0.967 3 303,150 1.417 0.378 0.967 303,150 1.945 0.272 0.959 4 278,150 3.305 0.168 0.953 278,150 2.996 0.271 0.960 4 283,150 1.382 0.450 0.988 283,150 2.881 0.231 0.972 4 293,150 1.611 0.382 0.984 293,150 2.086 0.232 0.985 4 303,150 1.704 0.332 0.967 303,150 1.992 0.267 0.953 Çizelge 1 ve 2 den görüldüğü gibi Ostwald-de Waele modeli için elde edilen determinasyon katsayısı Casson modeli için elde edilen determinasyon katsayısından yüksektir. Ancak kayma hızı kayma gerilimi grafiklerinden kesim noktasının kayma hızı kayma gerilimi (0,0) değeri olmadığı gözlenmektedir. Buna ek olarak Çizelge 2 den görüldüğü gibi Casson modelindeki eşik kayma gerilimi τ o değerleri sıfır değildir. Bu sebeple aynı tür akış karakteristiği gösteren akışkanlar için kullanılan her iki model belli bir yaklaşımla kullanılabilir olsa da Casson modeli ile elde edilen değerlerin deneysel değerlere daha yakın bir trend sergileyeceği grafik ve çizelgelerden görülmektedir. Casson modelinden hesaplanan değerlerin deneysel verilerle uyumu Şekil 3 de görülmektedir.
Casson Modeli Deneysel 8 Kayma gerilim 6 4 2 0 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 Kayma hızı Şekil 3 Deneysel verilerin Casson Modeli ile uyumu ( 1 ay depolama süresi sonunda su banyosunda çözündürülen kayısı pulplarının 278,15 o C de kayma hızı kayma gerilimi ilişkisi) Oda koşulları ve Su banyosunda çözündürülen kayısı pulplarının görünür viskozitesinin kayma hızı ile değişimleri sırasıyla Şekil 4 (a) ve (b) de verilmiştir. a b Şekil 4 Kayısı pulplarının kayma hızı görünür viskozite ilişkisi a: Su banyosunda, depolama süresi 1 ay, sıcaklık 5 o C, 10 o C, 20 o C, 30 o C b: Su banyosunda, depolama süresi 1 ay, sıcaklık 5 o C, 10 o C, 20 o C, 30 o C Şekillerden de görüldüğü gibi kayma hızındaki artışla birlikte görünür viskozite değerlerinde bir azalma gözlemlenmektedir. Görünür viskozitedeki azalma oranının artan kayma hızıyla giderek azalması kayısı pulplarının pseudo plastik akış özelliği gösterdiğini ortaya koymaktadır. Depolama süresiyle görünür viskozite kayma hızı değişimi su banyosu ve oda koşullarında çözündürülmüş kayısı pulpları için sırasıyla Şekil 5 ve 6 de verilmiştir.
1. Ay 2. Ay 3. Ay 4. Ay 2450 η app (mpas.s) 1950 1450 950 450 1,22 2,45 3,67 4,89 6,12 7,34 8,58 9,78 dvφ/dr Şekil 5 Su banyosunda çözündürülmüş kayısılardan elde edilen kayısı pulplarının görünür viskozite değerlerinin kayma hızı ile değişimi 3450 2950 1. Ay 2. Ay 3. Ay 4. Ay η app (mpas.s) 2450 1950 1450 950 450 1,22 2,45 3,67 4,89 6,12 7,34 8,56 9,78 11,00 12,20 dvφ/dr Şekil 6 Oda koşullarında doğal olarak çözündürülmüş kayısılardan elde edilen kayısı pulplarının görünür viskozite değerlerinin kayma hızı ile değişimi Depolama süresiyle sabit kayma hızında görünür viskozite değerlerinde işlem koşullarını etkileyecek bir değişimin gerçekleşmediği görülmektedir. Şekillerde görülen küçük değişimler depolamadan çok çözme esnasında meydana gelen kayıplardan kaynaklanmaktadır. Viskozite değerleri ve depolama süresi ile değişimler IQF yöntemi ile dondurulmuş ve -18 o C de depolanmış kayısılarda yapısal değişimin çok az olduğunu ürünün taze ürüne yakın bir akış karakteristiği gösterdiğini ortaya koymak açısından önemli bilgiler sunmaktadır. Kaynaklar 1.Asma, B.M., 2000. Kayısı Yetiştiriciliği. Evin ofset, Malatya. 243s. 2. Anonim, 2001. Gıda Sanayii ( Dondurulmuş Gıda Sanayii), VIII. Beş Yıllık Kalkınma Planı Özel İhtisas Komisyonu Raporu, DPT Yayın No : 2637, Ankara. 3. Babadoğan,G., 1999. Dondurulmuş Meyve ve Sebze Sektör Araştırması, T.C.Başbakanlık Dış Ticaret Müsteşarlığı İGEME,Ankara. 4. Steffe, J.F., 1992. Rheological Methods in Food Process Engineering, Freeman Press Second Edition USA.