Gıda Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 9, No: 3, 2014 (118-138) Electronic Journal of Food Technologies Vol: 9, No: 3, 2014 (118-138) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.com e-issn:1306-7648 Derleme (Review) Ali BATU 1, Levent ŞEN 2 1 Mevlana Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, Konya/TÜRKİYE ali_batu@hotmail.com 2 Giresun Üniversitesi, Mühndislik Fakültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, Giresun/TÜRKİYE levent.sen@giresun.edu.tr Özet Kontrollü atmosferde (KA) depolama sistemi, taze meyve ve sebzelerin dalından koparıldığı tazelikte, firesiz, daha uzun süreli depolama ve nakliyesi için geliştirilen muhafaza yöntemlerinden biridir. Yöntemin temel prensibi ortamdaki oksijen oranını azaltarak aerobik şartlarda ürünün metabolik faaliyetlerini yavaşlatıp olgunlaşma ve yaşlanmayı geciktirmek, aynı zamanda çeşitli mikroorganizma, böcek, fare gibi tüm zararlıların faaliyetlerini durdurmak, bozulma ve çürümeleri önlemektir. Kontrollü atmosfer ortamının otomatik olarak ölçümü ve ortam atmosferinin otomatik olarak kontrol altında tutulması hem işçi maliyetini düşürmekte hem de depo atmosferi ile ilgili tüm parametrelerin oldukça sağlıklı bir şekilde elde edilmesine katkı sağlamaktadır. Bu derlemede KA tekniğinin genel prensipleri ve KA depolarında kullanılan alet ve ekipmanlar ile çalışma prensipleri ele alınmıştır. Anahtar Kelimeler: Kontrolü atmosferde depolama, Depolama, Oksijen, Karbondioksit, Ethylene Controlled Atmosphere Storage Technology and Its Aplication Abstract Controlled atmosphere (CA) storage system developed method to long period storage and transport for agricultural commodities such as fresh fruits and vegetables. The main principle of the method is not only to slow down metabolic activities and delay aging of the commodities through reducing oxygen concentration of the storage medium, but also stop the activities of all the pests such as microorganisms, insects and rats and prevent deterioration and decay of the product. The storage facilities applied to CA storage system is known as CA Storage. Automatic determination of the CA storage atmosphere and keeping under control of which automatically can not only cantribute to reduce labor costs but also obtain healty results about the composition of tje CA storage atmosphere. This rewiev is deal with the fundamental principles of the CA storage and general working principles of the equipments used fort CA storage rooms. Keywords : Controlled atmosphere storage, Storage, Oxygen, Carbondioxide, Ethylene Bu makaleye atıf yapmak için Batu, A., Şen, L. Gıda Teknolojileri Elektronik Dergisi 2014, 9(3) 118-138 How to cite this article- Batu, A., Şen, L. Controlled Atmosphere Storage Technology and Its Aplication Electronic Journal of Food Technologies, 2014, 9(3) 118-138
Batu, A., Şen, L. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 1. GİRİŞ Globalleşen dünya tarımında, tarım ürünlerinin depolanması, depo kayıplarının asgariye indirilmesi, ürünün en uygun sürelerde ve düzenli olarak piyasaya sevk edilmesi ve uygun pazarlama stratejileri kullanılarak tüketiciye en uygun şekilde sunulması büyük önem arz etmektedir. Günümüzde yaş meyve ve sebze üretiminde tüketici tercihleri her zamankinden çok daha fazla ve pazar koşullarını belirleyici rol oynamaktadır. Bu koşullara uyulmadığı takdirde ihracat ve buna bağlı olarak zirai üretimin geliştirilmesi pek mümkün görülmemektedir [1]. Taze meyve ve sebzelerin hasat sonrası depolanabilme süresini arttırmak, üründe bir zarara yol açmadan hücre metabolizma hızının yavaşlatılmasına bağlıdır. Bu amaçla en çok kullanılan teknik soğukta depolama tekniğidir ancak bu teknik üründe meydana gelebilecek soğuk zararlanmasını ve düşük sıcaklığın neden olduğu bazı fizyolojik düzensizlikleri tetikleyebileceğinden yalnızca bir ürün için belirlenen bir sıcaklıkta uygulanabilmektedir. Uygun depolama sıcaklığına ek olarak ürünün depolama süresini uzatmak için kullanılan en yaygın yöntemlerden biri Kontrollü atmosferde (KA) depolama yöntemidir [2; 3]. KA de depolama tekniği 19. Yüzyılın başından beri bilinmektedir ancak KA depoculuğun gelişimi 20. Yüzyılın ortalarından sonra ivme kazanmıştır. KA depoculuğu A.B.D, İngiltere, Kanada, İtalya, Avustralya gibi gelişmiş ülkelerde yaygın olarak yapılmakla birlikte, son yıllarda gelişmekte olan ülkelerde de depo kurulum çalışmaları hız kazanmıştır [4; 5]. Ülkemizde KA depoculuk uygulamalarına son 10-15 yıldır rastlanmaktadır ve yaş meyve ve sebzelerin bu kadar çok yetiştirildiği ülkemiz coğrafyasında ürünlerin gerek kalite gerekse de ekonomik değerlerinin arttırılması açısından gelişmeye açık bir sektördür. KA depolama sistemi, taze meyve, sebze, tahıl, tohum, çiçek gibi bitkisel tarım ürünlerinin dalından koparıldığı tazelikte, firesiz, daha uzun süreli depolama ve nakliyesi için geliştirilen muhafaza yöntemlerinden biridir. Yöntemin temel prensibi ortamdaki oksijen oranını azaltarak aerobik şartlarda ürünün metabolik faaliyetlerini yavaşlatıp olgunlaşma ve yaşlanmayı geciktirmek, aynı zamanda çeşitli mikroorganizma, böcek, fare gibi tüm zararlıların faaliyetlerini durdurmak, bozulma ve çürümeleri önlemektir [6]. KA depolama tekniği ürünün depolanabilme ömrünü uzatmak amacı ile soğukta depolama tekniğini destekleyen en önemli tekniktir [7]. KA sistemi, solunum sonucu üretilen CO2 in ürünün tolere edebileceği maksimum seviyeye kadar yükseltilmesini ve depo ortamındaki O2 nin ise yine ürünün tolere edebileceği minimum seviyeye kadar düşürülmesini amaç edinmiştir. Depo kayıplarını azaltmak ve depolama süresini uzatmak için uygun sıcaklık, O2 ve CO2 seviyelerinin seçimi ürüne, ürünün yetişme şartlarına, ürünün çeşidine ve olgunluğuna göre tamamı ile değişkenlik göstermektedir [8]. Bazı meyve ve sebzelerin KA depolama şartları ve bu şartlardaki raf ömürleri Tablo 1 de verilmiştir. KA depolama tekniğinin dünya genelinde en çok uygulandığı tarımsal ürün elma, armut, kivi gibi uzun süreli depolanabilecek ürünlere uygulanmaktadır. Bununla birlikte son yıllarda, KA tekniği soğutuculu konteynırlarla deniz aşırı ülkelere meyve ve sebze taşınmasında kullanılan bir yöntem haline gelmiştir. KA tekniği ürün tedarikçileri açısından maliyet etkinliği olan bir uygulama haline gelmiş, bu tekniğin kullanımı sonucu ürünlerin raf ömrü ve kalitesinde olumlu yönde etkilenmiştir [9]. Birçok meyve ve sebze türü için KA odalarında depolamanın avantajlı olduğu bilinmekle birlikte, pratikte çok az meyve ve sebze türü KA depolarında depolanabilmektedir. Örneğin kivi meyveleri ancak bundan 20-30 yıl kadar önce KA depolarında depolanmaya başlanmıştır. Geliştirilen yeni ekipmanlar KA odalarının düşük O2 veya ultra düşük O2 (ULO) şartlarında çalışabilmesine olanak sağlamıştır. Aynı zamanda etilenin de KA odalarında büyük ölçüde uzaklaştırılabilmesi depoların verimliliklerini ve güvenirliklerini oldukça arttırmıştır [10]. 119
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 KA odalarında kararlı hal gaz kompozisyonu depoda bulunan ürün miktarı, solunum hızı, solunum oranı (RQ), depo ile çevresi ve de CO2 emicilerle depo atmosferi arasındaki gaz alış veriş hızı tarafından belirlenmektedir. Bir KA odasında sabit bir atmosferik kompozisyon sağlanabilmesi için ürün tarafından üretilen CO2 in aynı oranda dışarı çıkarılabilmesi, ürün tarafından tüketilen O2 in ise tüketildiği ölçüde depoya aktarılması gerekmektedir [11]. KA depolarının otomasyonu bir çok avantaj sağlamaktadır. Diğer endüstri kolları otomasyon sistemlerini ileri düzeyde kullanırken, ziraat-gıda endüstrisi bilgisayar tabanlı kontrol sistemlerine yavaş bir şekilde adapte olmaktadır. Gıda sistemlerindeki geleneksel kontrol uygulamaları genellikle yeterli gelmemekte ve yeni kontrol stratejilerine ihtiyaç duyulmaktadır [12]. Bu derlemede KA tekniğinin uygulanmasında kullanılan temel teknolojiler ele alınmıştır. Tablo 1. Bazı meyve ve sebzelerin KA depolama şartları ve bu şartlardaki raf ömürleri [3]. Ürün Raf Ömrü (gün) Depolama sıcaklığı O2 (%) düzeyi CO2 düzeyi ( C) Elma 200+ -0,5-3,5 1-3 1-5 Muz 100+ 13,0-14,0 2-5 2-5 Kiraz 14-21 1,0-3,5 3-10 10-12 Yaban mersini 14-28 0,0-1,5 1-3 1-5 Kivi 100+ -0,5-0,0 1-2 3-5 Limon 30-50 13,0-15,0 5-8 <10 Mango 14-25 12,0-13,5 5 5 Ananas 14-36 7,0-10,0 5 10 Marul 20-40 0,0-4,5 1-3 0-2 Lahana 90-180 0,0-3,5 3-5 5-7 Kuşkonmaz 14-28 0,0-3,5 8-21 5-10 Brokoli 10-14 0,5-3,5 1-2 5-10 Enginar 10-16 0,5-1,5 2-3 3-5 Domates 20-70 11,5-20,0 3-5 2-3 2. SOLUNUM Solunum, hücre içerisinde bulunan nişasta, şeker ve organik asitler gibi karmaşık bir yapıya sahip moleküllerin CO2 ve su gibi daha basit moleküllere parçalanması olayı olup [13] taze meyvelerin ve özellikle sebzelerin hasat sonrası dönemlerinde çok önemli bir rol oynayarak ürünün yumuşamasını sağlamaktadır. Taze ürünlerin raf ömürlerinin uzatılabilmesi özellikle uygulanan depolama tekniğine bağlıdır. Ayrıca depolama ortamında oksijenli solunumun devamının sağlanabilmesi açısından gerekli olan %2-5 oranındaki O2 miktarının bulunması gerekmektedir [14]. Eğer O2 miktarı bu oranın altına düşerse, asetaldehit ve alkol oluşur [15]. KA ortamında depolamada ürünlerin dış ortam ile temaslarının kesilme zorunluluğu vardır. Solunumun bir sonucu olarak ürünün bulunduğu ortamdaki O2 miktarı azalmakta ve CO2 miktarı ise artmaktadır. Ortamda bulunan O2 konsantrasyonu %10' un altında ve CO2 konsantrasyonununda %1-2' nin üzerinde olması durumunda ürünün solunum oranı kontrol altına alınabilmektedir. Ayrıca düşük O2 içeren, kapalı ortamda üretilen CO2 miktarı da oldukça fazladır. Eğer ortamın CO2 miktarı herhangi bir CO2 emici tarafından azaltılmaz ise oksijensiz solunumun oluşturulabileceği bir ortam kısa sürede otomatik olarak kendiliğnden oluşmaktadır [16]. 120
Batu, A., Şen, L. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 3. KA DE DEPOLAMA SÜRESİNE ETKİ EDEN GAZLAR 3.1 Oksijen Etkisi Meyve ve sebzelerde oluşan birçok kimyasal reaksiyon enzimler tarafından katalizlenir ve bu reaksiyonların gerçekleşmesi ortamdaki moleküler oksijenin varlığı ile mümkündür. Eğer bitki hücreleri içerisindeki O2 seviyesi çok düşük ise ürünün kimyasal yapısında istenmeyen değişmeler oluşmaktadır [17]. Bu durum oksijensiz solunum olarak adlandırılmakta ve meyvelerin yapısında arzu edilmeyen değişimlere neden olmaktadır. Bu değişimler sonucunda lipit peroksidasyonu, pigmentlerin parçalanması, vitamin ve aminoasitlerin bazılarının bozulması gibi yapıda birçok olumsuz değişiklik meydana gelebilmektedir. Oksijenin bu olumsuz etkileri sonucu; meyvelerin renk, lezzet v.b. gibi duyusal özellikleri bozulmakta ve besin değerlerinde azalmalar meydana gelmektedir [18]. Meyve ve sebzelerin bir çoğunun O2 için tolerans aralığı %1-5 arasında ve CO2 için ise %4-10 arasında değişmektedir. Hücre içindeki O2 veya CO2 ile dış çevredeki O2 veya CO2 konsantrasyonu arasındaki fark ne kadar büyükse, dokuların gaz difüzyonuna olan direnci artmaktadır [19]. Kiraz, vişne ve çilek üzerine yapılmış olan araştırmalarda ürünün bulunmuş olduğu ortamdaki O2 miktarı azaldıkça çürüme miktarında da azalmalar gözlenmiştir. En az çürümenin, hiç oksijenin bulunmadığı ortamda gerçekleştiği belirtilmiştir [20]. Ancak çok düşük (%1 ve daha az) O2 içeren ortamda saklanan çileklerde istenmeyen tad ve kokuların oluştuğu belirtilmektedir. Genel olarak oksijenin çok düşük seviyelere inmesi durumunda trikarboksilik asit çemberi işlevini yerine getirmez ve glikolitik yollar kapanır. Bu durum ise bitki hücreleri için oldukça toksik etkili olan etanol ve asetaldehit' in birikmesine ve buda meyvenin tad ve aromasının bozulmasına neden olmaktadır [4; 21]. Genel olarak, ortamdaki O2 konsantrasyonunun düşmesi, trikarboksilik asit döngüsünde yer alan ve bir çok meyvenin keskin aromatik karakteriyle ilişkilendirilen organik asitlerin oluşumuna iştirak eden sitrat ve malat ın tüketim hızlarının düşmesine neden olmaktadır [22]. Oksijen konsantrasyonunun meyve olgunlaşmasına önemli bir etkide bulunması için %8 in altına düşürülmüş olması gerekmektedir ve oksijen konsantrasyonu ne kadar düşürülürse o kadar fazla etki gösterir. Aynı zamanda, %1 in üzerindeki CO2 konsantrasyonu meyve olgunlaşmasını geciktirir ve O2 konsantrasyonunun düşürülmesi buna katkıda bulunur. KA veya MA in olgunlaşmayı geciktirmesi veya ertelemesi yüksek sıcaklıklarda daha fazladır. Böylece, Kontrollü ve MA in kullanımı klimaterik tip meyvelerin optimum sıcaklıkta olgunlaştırma işleminin daha yüksek sıcaklıklarda yapılmasına izin verir. Bu, özellikle domates, kavun, avokado, muz, mango, gibi soğuğa hassas meyveler için faydalıdır ve bu meyvelerin soğuk zararlanmasına maruz kalmalarını önler [23]. 3.2. Karbondioksit Etkisi CO2 meyve ve sebzelerin olgunlaşmasını yavaşlatarak ürünün solunum hızını azaltmak suretiyle ürünün raf ömrünün uzamasını sağlayan bir gazdır. Depolama ortamında CO2 miktarının artması sonucunda doğal olarak bitki dokusu içerisinde de CO2 konsantrasyonunun artmasına neden olmaktadır. Bununla birlikte, CO2 in solunum hızı üzerindeki baskılayıcı etkisi, ürün KA depodan çıktıktan sonra bile belirli bir süre devam etmektedir [22]. KA ortamında CO2 konsantrasyonunun artması sonucunda, olgunlaşma gecikmekte, bazı organik uçucu bileşiklerin üretimi azalmakta, bir takım enzimlerin üretimi inhibe edilmekte, pektik maddelerin parçalanma hızı azalmakta, klorofil parçalanması inhibe edilmekte, fungal gelişme yavaşlamaktadır [4]. Bununla birlikte, meyve ve sebze dokuları çok yüksek CO2 konsantrasyonlarına karşı hassasiyet göstermektedir. CO2 in bu olumsuz etkisinin trikarboksilik asit döngüsünde yer alan bazı enzimleri etkilemesinden kaynaklandığı belirtilmektedir [12]. 121
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 Meyve veya sebze türüne bağlı olarak ortamda bulunan CO2 miktarının belirli bir seviyenin üztünde bulunması sonucunda oksijensiz solunum belirgin bir şekilde gerçekleşmekte ve bitki dokusunda geriye dönüşü olmayan fizyolojik bozulmalara neden olmaktadır. Bu fizyolojik bozulmalar meyvede kendini meyve eti kararması, beneklenme, çürüme şeklinde soğuk zararlanmasına çok benzeyen şekilde kendini göstermektedir [4]. KA şartlarının aerobik mikroorganizmalara karşı engelleyici bir etkisi olduğu bilinmektedir. Eğer CO2 seviyesi ve sıcaklık uygun düzeyde tutulursa, mikroorganizmaların lag fazı uzamakta ve mikroorganizmaların çoğalması geciktirilmektedir. Ayrıca ph düşüşü, süksinik oksidazların ve dekarboksilasyon enzimlerinin inhibisyonu da CO2 sayesinde gerçekleşmektedir. Bununla birlikte CO2 seviyesinin %20 lerin üzerine çıkması bakteri ve küf gelişimini de önlemektedir, ancak ürüne fizyolojik olarak zarar verecek düzeylere ulaşmamalıdır [19]. 3.3. Etilen (C2H4) Etkisi Tablo 2. Bazı meyve ve sebzelerin etilen üretimleri ve etilene duyarlılık dereceleri. Meyve ve Sebze EÜO EDD EEŞ Elma ÇD Y B Kayısı Y Y Ç Armut Y Y Ç Kuşkonmaz ÇD O S1 Avagado Y Y Ç Muz O Y Ç Berriler D D K Brokoli ÇD Y S2 Bürüksel lahanası ÇD Y S2 Havuç ÇD D A Kiraz ÇD D YU Hıyar D Y S2 Patlıcan D O KL Greyfruit ÇD O K Üzüm ÇD D K Kivi D Y Ç Limon ÇD O K Lahana ÇD Y - Mango O Y Ç Kavun O Y Ç Nekeryan Y Y Ç Sogan-sarımsak ÇD D - Şeftali Y Y K Erik O Y K Patates ÇD O - Domates O Y Ç Karpuz O Y YU EÜO:Etilen üretim oranı: Y:yüksek; O: orta; D:düşük; ÇD:çok düşük; EDD: Etilene duyarlılık derecesi; EEŞ: etilenden etkilenme şekli; B:Buruşma; Ç:Çürüme; S1; sertlik oluşumu; S2: sararma; K: küflenme;a:acılık oluşumu; YU: yumuşama; KL:Kahve rengi leke Etilen taze meyve ve sebzenin depolanması, dağıtımı ve pazarlanması sırasında oldukça önemli bir etkiye sahip olan büyüme, gelişme, olgunlaşma ve yumuşama gibi birçok değişmeyi düzenleyen ve gaz 122
Batu, A., Şen, L. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 fazında olan bir bitki hormonudur. 0.5 mg/kg gibi çok düşük miktarı bile bitkinin gelişimi ve meyvenin olgunlaşması üzerine oldukça etkilidir. Değişik meyve ve sebzelerin etilen üretim ve etilene karşı duyarlılıkları Tablo 2 de verilmiştir. Etilen oluşumu yer ve koşullara göre, bazen faydalı ve bazen de zararlı olabilmektedir [24]. Bazı meyve ve sebzenin hasattan sonra olgunlaşmalarının hızlandırılması için etilen uygulanmaktadır. Klimakterik meyveler hariç etilen genellikle meyve ve sebzeler üzerine olumsuz etki yapmaktadır. Meyve oluşumu arttıkça etilen üretim miktarı da doğru orantılı olarak artmaktadır. Hasattan sonra da, birçok taze üründe etilen üretimi devam etmektedir. Özellikle solunum klimakteriği gösteren ve farklı olumlarda hasat edilen meyveler, hasattan sonra da önemli miktarda etilen üretmektedirler [25]. Ürün tam olgunlaştığı zaman solunum hızı %50 artmakta ve buna paralel olarak etilen üretim miktarı da yaklaşık 10 kat artmaktadır. Etilen üretilmesi, etilene karşı duyarlı olan ürünler için oldukça zararlıdır. Bu tür ortamlarda bulunan etilenin uzaklaştırılması, ürünün kalitesinin uzun süre korunması açısından son derece önemlidir [26; 27]. Etilenin bitki üzerinde gözlenen olumsuz etkilerinden bazıları; yeşil dokunun buruşması, protein ve klorofil kaybının hızlanması, kuruma ve çürümeye karşı duyarlılığın artması şeklinde sıralanabilmektedir. Ayrıca etilen meyve olgunluğunu hızlandırmakta olup birçok meyvenin depolama ömrünü kısaltmaktadır. Ortamda 1 mg/kg düzeyinde bile etilen bulunmasıyla, 2 hafta depolama sonucunda havuçlarda acılaşmanın oluştuğu, patateste filizlenme, su kaybı ve erken yumuşamanın oluştuğu, özellikle yapraklı sebzeler ve süs bitkilerinde yaprağın tamamen erimesiyle sonuçlanan kesilmeye neden olduğu belirtilmiştir [26]. Şekil 5' de etilen emicilerin bazı ürünlerdeki etkileri gösterilmiştir. Ayrıca depolanan ürünlerde fizyolojik bozulmaların başlamasına, elmada hızlı olgunlaşmaya ve sonuçta düşük miktarda kalsiyum varlığında bile acı benek (bitter pit) oluşumuna neden olduğu belirtilmiştir [27]. 4. KA ODALARINDA KULLANILAN GAZ KONSANTRASYONUNUN DÜZENLENMESİ Depolama ortamındaki gazların, bulunması gereken uygun miktarlarından fazlası uzaklaştırılmalı ve eksik olanlar ise KA ortamına ilave edilmelidir. Bu işlem KA ortamında depolanan ürünlerin bozulmadan daha uzun süre depolanabilmeleri bakımından çok önemlidir. Bundan dolayı, KA ortamında O2, CO2 ve Etilen gaz konsantrasyonlarının sürekli olarak kontrolü ve düzenlenmesi gerekmektedir. Bu ise otomatik sistemler tarafından gerçekleştirilmektedir (Şekil 1). 4.1. Oksijenin (O2) Ayarlanması Kontrollü atmosferin en önemli amacı ortamda bulunan oksijen miktarını düşürerek solunum hızını yavaşlatmak, ayrıca oksijenin zararlı etkilerinden ürünü korumak ve böylece ürünün raf ömrünü uzatmaktır. Bunun için KA ortamında bulunması gereken O2 miktarı ayarlanması, yani düşürülmesi gerekmektedir. Bu da ya ortamdan havanın çekilerek yerine N2 gazı verilmesiyle, depo içerisindeki ürünün solunumu vasıtasıyla veya depo atmosferinde bulunan mevcut oksijenin yakılmasıyla yapılabilmektedir. Depoya ürün koyduktan sonra en kısa süre içinde arzu edilen O2 oranına mümkün olduğunca hızlı bir şekilde inilmesi gerekmektedir. Çoğunlukla tercih edilen yöntem, ortama azot gazı verilmesidir. Ortamın O2 ve CO2 konsantrasyonları oda içinde monte edilmiş veya oda içinden gazı bir boru yardımıyla çekerek dışarıda analizi gerçekleştiren Şekil 1 de verilen algılayıcılar (dedektör) ile algılanıp O2 ve CO2 miktarları belirlenmekte ve gazların arzu edilen konsantrasyonlarda kalması sağlanmaktadır [7; 28]. 123
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 Şekil 1. Kontrollü atmosferli depolarda koridor resimleri. Günümüzün modern Azot jeneratörleri, havayı 7-14 bar sıkıştırmak suretiyle, havanın oksijen içeriğini hollow-fiber membranlarla fiziksel olarak ayırarak azot elde etme prensibine göre çalışmaktadır. Uygulama basıncı ve sıcaklığına göre bu makine ile %95-99.5 saflıkta azot elde edilebilmektedir. Bu teknik oldukça temiz ve güvenli olup CO2, NOx, SO2 veya C2H4 gibi yan ürünleri yoktur ve jeneratörden çıkan gazın tekrardan CO2 emiciler ile temizlenmesine gerek kalmamaktadır. Kolay kullanımı, az enerji harcaması ile yukarıdaki teknik özellikleri birleştirildiğinde, azot jeneratörleri özellikle ULO in gerektiği KA odaları için ve de ürün depoya ilk konulduğunda düşük konsantrasyonda oksijen uygulamaları için uygun bir ekipman olarak karşımıza çıkmaktadır [29]. KA teknolojisinin yeni uygulanmaya başlandığı yıllarda depolardaki O2 seviyesi en fazla %2-3 seviyelerine indirilebilmekteyken, günümüzde gaz konsantrasyonu izleme cihazlarında meydana gelen gelişimler ve geleneksek KA uygulamalarının yanı sıra geliştirilen yeni metotlar depo atmosferindeki O2 seviyesinin ürüne zarar vermeden %1 lere kadar düşürülebilmesine olanak sağlamıştır. 4.2. CO2 Uzaklaştırılması KA çalışmaları meyvelerin normal atmosfer koşullarındaki odalara kapatılması ile uygulanmaya başlanmıştır. KA de depolamada solunum sırasında meyve ve sebzelerin üretmiş oldukları CO2 öyle yüksek bir düzeye çıkar ki ürünün kendisine zarar vermeye başlar [7]. Kapatılmış ortamda biriken yoğun CO2 geri dönüşü olmayan fizyolojik bozulmalara neden olmaktadır. Ürünün tolerans sınırının üzerine çıkan fazla CO2 in ürüne zarar vermemesi için fazla olan miktarının ortamdan uzaklaştırılması gerekmektedir [13]. Ortamda bulunan yoğun CO2 konsantrasyonundan kaynaklanan problemleri azaltmak veya ortamdan kaldırmak meyveyi çevreleyen ortama nemli kalsiyum veya potasyum karbonat gibi tekrar kullanılabilir kimyasal emicilerin konması ile mümkün olmaktadır. Ortamdaki CO2 konsantrasyonunun istenilen oranın üzerine çıkması durumunda ya el ile ayarlanabilen manual ya da bilgisayar kontrollü otomatik sistemler yardımıyla ortamda bulunan fazla CO2 arzu edilen düzeye indirilmelidir. Bu amaca ortama ya karbon emiciler ya da kireç gibi maddeler konarak ulaşılabilmektedir [7]. Bunu gerçekleştirebilecek cihazlar Şekil 2 de görülmektedir. Depolama ortamındaki CO2 gazı ortama ya hava ya da azot verilmesiyle istenen düzeye indirilerek kontrol altına alınabilmektedir. Aynı sistem ortamdan O2 uzaklaştırılması için de kullanılabilmektedir. Fakat bu yöntemle ortamdan uzaklaştırılması gereken ve ürünün üretmekte olduğu miktar kadar CO2 in de ortamdan uzaklaştırılması gerektiği için fazla miktarda azot gazına ihtiyaç duyulmaktadır. Örneğin çok düşük O2 konsantrasyonunda depolanması önerilen ve fazla miktarda CO2 üreten Bramley gibi bazı elma çeşitlerinin depolandığı ortamdaki CO2 veya O2 miktarının azaltılması, azot püskürtme yöntemi ile gerçekleştirilmesi durumunda çok fazla miktarda azota ihtiyaç duyulduğundan ekonomik değildir [30]. 124
Batu, A., Şen, L. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 Şekil 2. KA deposunun içine veya dışına farklı noktalara yerleştirilebilen CO2 ve O2 sensörleri [31; 32]. KA depolarının birçoğunda fazla CO2 in ortamdan alınması için pratikte aktif karbon emiciler kullanılmaktadır. Bu sistem genel olarak ortamdan etilen gazının uzaklaştırılması için dizayn edilip uygulamaya konmuş olmasına rağmen CO2 emilimi için de gayet mükemmel bir şekilde kullanılmaktadır. Bu emici yatakların hacmi oda büyüklüğüne, ürünün solunum hızı veya oda içerisinde olması arzu edilen CO2 veya O2 seviyelerine bağlı olarak belirlenmektedir. Bu karbon emici yataklarca ortamın CO2 seviyesi %5 düzeylerine kadar başarılı bir şekilde indirilebilmektedir (Şekil 2 ve 3) [33]. Şekil 3. CO2 emilimi sağlayan özel karbon yataklı cihazlar [31]. Karbon granülleri veya aktif karbon meyve ve sebze depolarının depo atmosferinde bulunan fazla CO2 i ortamdan uzaklaştırmada kullanılan en etkin maddelerden birisi olup yaygın olarak kullanılmaktadır. Karbon granülleri CO2 ce doymuş hale gelince emici özelliklerini kaybederler. CO2 emici cihazlar genellikle emme ve yıkama fazlarından oluşur. Emme sırasında CO2 içeren atmosfer, CO2 ve bazı aromatik maddeleri süzebilen, kuru ve emici özelliğe sahip aktif karbon granüllerinden geçirilir. Doymuş karbon granüllerine temiz hava verilerek rejenere edilir ve böylece içermiş oldukları CO2 125
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 uzaklaştırılır [7]. Aynı karbon granülleri tekrar CO2 emilimi için kullanılabilmektedir. İçermiş olduğu CO2 den temizlenmiş olan hava tekrar odaya verilir. Bu döngü çemberi elektronik bir sistem tarafından kontrol edilir (Şekil 3). Karbon yatağının arka kısmına monte edilmiş 5-10 dakikada bir çalışan düşük hızdaki bir fan yardımıyla, oda içerisinde CO2 ile yoğuşmuş havanın karbon yatağının içerisinden geçirilmesini sağlar. Böylece yatakta bulunan karbon granülleri tarafından hava içinde yoğun olarak bulunan CO2 in emilimi sağlanmış olur [30]. Aktif karbon CO2 emicilerin kullanım avantajları kolay kurulabilmesi, çok çeşitli kapasitelerde çalışabilmesi ve böylelikle hem büyük depolar hem de küçük depolara uyum sağlayabilmesi, her bir depo için fazla güç gerektirmediğinden oda içerisinde basınç problemine yol açmaması, özellikle ULO rejimi ile çalışan depolarda arzu edilen O2 ve CO2 konsantrasyonunun stabil tutulmasını kolaylaştırması olarak sıralanabilir [10]. CO2'in uzaklaştırılması veya emilimi nemli kireç [Ca(OH)2] kullanımı ile de başarılı bir şekilde yapılabilmektedir [7]. CO2 ile kireç arasında gerçekleşen kimyasal reaksiyon Eşitlik 1 de verilmiştir. Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O (1) Bu yöntemde kullanılacak olan kireç yeni nemlendirilmiş ve yüksek oranda kalsiyum içermelidir. Kireç, kendine özgü bir kutu içerisine yerleştirilip depolama odasının dışında bir yere konularak oda içerisindeki hava belirli sürelerle bu kutunun içerisinden geçirilerek ortamın CO2 düzeyi azaltılabilmektedir [21; 30]. Bunun yanında, eğer oda içerisinde %1 veya daha az oranda CO2 olması isteniyorsa bu kireç odanın herhangi bir yerine de konulabilmektedir. Burada kullanılacak kireç miktarı; ürünün türü ve cinsine, solunum hızına ve depolama süresine bağlı olarak değişmekte olup tercihen 1 kg kireç in 0.59 kg CO2 i tutabileceği belirtilmiştir [7]. 4.3. Ortamdan Etilenin Uzaklaştırılması KA veya MA yöntemi, etilen sentezinin etkisiz kılınması üzerine önemli derecede etkilidir. KA veya MA ortamı düşük O2 ve yüksek CO2 konsantrasyonları, solunum hızı ve etilen üretimini azaltmaktadır. Özellikle CO2 konsantrasyonunun artırılması meyvenin etilen üretimini önemli derecede engellemektedir [35]. Ortamda CO2 birikmesi etilen oluşumunu önleyici bir etkiye sahip olduğundan, KA veya MA yöntemiyle ortamın CO2 konsantrasyonunu artırarak etilen emici bir kimyasal madde kullanılmadan bile etilen sentezi önemli derecede engellenip, etilen üretimi de belirli bir süre bastırılabilmektedir [36]. Etilen kontrol ürünleri, etilen emilmesinin, yanında havada çoğalan bakterileri, virüsler, değişik çürümeler ve kahverengi kök çürüklerinin önlenmesi üzerine de oldukça etkili olduğu belirtilmektedir. Etilen, depolama ortamındaki ürünler için zararlı bir etkiye sahip olduğundan özellikle etilene karşı hassas olan ürünlere zararlı olmaktadır (Şekil 5). Ürünleri bu zarardan korumak için bir çok yöntem geliştirilmiştir. Uygun olan yöntemin seçilebilmesi uygulanacak ürün ve depolama şekline göre değişmektedir. Üründe oluşacak etilen zararlarını önlemek için, ürünün etrafında bulunan etilenin ortamdan uzaklaştırılması gerekmektedir. Depo ortamından etilenin uzaklaştırılması (eğer ortamın O2 ve CO2 konsantrasyonu üzerine olumsuz bir etki yapmayacak ise) basit bir havalandırma ile yapılabilmektedir. Ancak CO2 ve O2 konsantrasyonları sabit tutulan kontrollü atmosferli depolar içinde havalandırma yöntemi kullanılamaz. KA ortamında bulunan etilenin uzaklaştırılması ise genellikle kimyasal madde uygulamasıyla gerçekleştirilebilmektedir. Dolayısıyla ortama etilen emici özelliğe sahip ve zehir etkisi olmayan kimyasal maddeler konmalıdır. Bu uygulama için en yaygın olarak kullanılan kimyasal madde potasyum permanganat (KMnO4) dır [28]. 126
Batu, A., Şen, L. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 Şekil 4. CO2 emilimi için kullanılan kireç odasının çalışma prensibi [34]. Absorpsiyon (emici) özellikleri: Tanecikler ne kadar gözenekli maddelerden yapılırsa hava sirkülasyonu ve etilen emilimi o kadar iyi olur. Burada taneciklerin kuruluğu da çok önemlidir. Taneciklerde bulunan nem hava akışını ve gözeneklerin etilen emmesini engeller. Üretimde, potasyum permanganat ile doyurulan etileni oksitlemesi ve reaksiyona girmesinde mor renkli kemisorbant sorumludur. Şekil 5. Depolanmış bazı meyve ve sebzeler üzerine etilen emicilerin etkisi [29]. Bu uygulamada ortamdaki etilenin uzaklaştırılabilmesi için KMnO4 ince bir tepsi üzerine serilip ürünlerin bulunduğu ortama konarak etilen emilimi sağlanmaktadır. Yeterli etilen emilimini sağlamak için KMnO4 ün oldukça geniş yüzey alana sahip olmalı ve KMnO4 ürüne temas etmemelidir. Aksi takdirde üründe kimyasal zararlanma oluşabilmektedir. Bu şekil uygulama ile paketlenmiş muz, avokado ve domateslerin olgunlaşmaları yavaşlatılmıştır. KMnO4 ın özellikle KA depolarında kullanılabilmesine uygun olarak hazırlanmış yastık, filtrat ve yataklar şeklinde özel tipleri vardır. Genellikle etilen emilimi etilen içeren havanın bu özel etilen emicilerin içinden geçirilmesi ile 127
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 gerçekleştirilmektedir (Şekil 4). KMnO4 dan hazırlanan bu etilen emicilerin fiyatları oldukça yüksektir [36]. Etilen emici granüller Hava + etilen Hava + 2CO 2 + 2H 2 O Şekil 6. Etilence zengin havanın etilen emiciden geçirilerek temizlenmesi Ortamdan etilen gazının uzaklaştırılabilmesi için KMnO4 dan başka etilen emici olarak etisorb da uygulanmaktadır. Böylece ortamın etilen konsantrasyonu azaltılmakta olup meyve-sebze ve çiçeklerin depolama ömürleri uzatılabilmektedir. Etisorb, KMnO4 ın aliminyum oksit ile kaplanmış güçlü bir etilen emici ve okside edici özelliğe sahip küçük tabletciklerden oluşmaktadır. Etisorb ucuz, toksik etkisi olmayan kullanımı çok basit ve güvenli bir maddedir. Ayrıca açık havada bile kullanımı oldukça kolay insan sağlığı için zararsızdır. Etisorb ortamdaki havada bulunan etileni önemli derecede azalmaktadır. Olgunlaşmayı yavaşlatır, mümkün olandan daha uzun süre ürünün başarılı bir şekilde depolanmasını ve taşınmasını sağlamaktadır. Etisorb; marul, domates, karnabahar vb. taze sebzeler ile çok çabuk olgunlaşan, bozulan ve çürüyen taze meyveler ve çiçeklerin tazeliklerinin korumasında kullanılmaktadır [37]. 4.3.1. Etilen Emicilerin Uygulama Şekilleri Modifiye atmosfer koşularında paketlenen taze ürünün olgunlaşması etilen emilimi sonucunda geciktirilmekte ve bu yöntem bütün meyve ve sebzelere uygulanabilmektedir. Domates olgunluğunun geciktirilmesi üzerine yapılmış olan denemede etisorb uygulaması ile önemli sonuçlar alınmıştır [38]. Stay Fresh (etisorb adında) ve Ethylene Control (etylene adında) Şirketlerince piyasaya sunulmuş olan etilen emiciler beş farklı şekilde uygulanmaktadır. Bunlar; a) Küçük Paketler 5 g lık paketler 5 kg a kadar olan paketlenmiş kutular için kullanılmaktadır. 9 g paket 15 kg ve 28 g paketler ise 25 kg kutular için kullanılması önerilmektedir. Boyutları 1 mm ile 4 mm arasında değişen küçük tabletler halindeki etisorb 5 g olarak delinmiş polietilen paketler içinde kullanıma sunulmuştur. Tabletlerin rengi KMnO4 ün rengine benzer açık mor renktedir. Bu küçük etisorb veya ethylene paketleri özellikle etilen üreten ve küçük boyutta paketlenecek olan ürünler için kullanılmaktadır. Ayrıca bu paketlerden belirli sayıda kutu veya kasalara konmak suretiyle kasa veya kutu içinde oluşabilen etilen emilimi sağlanabilmektedir. 128
Batu, A., Şen, L. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 b) Yatak ve battaniye Tipi Şekil 7. Etilen emici 5 g lık paketler. Bu grup etilen emiciler ise 7 kg ağırlığında 100 cm x 57 cm boyutlarında yatak veya battaniye şeklinde üretilmiştir (Şekil 7). Bu ürün genellikle kontrollü atmosferli depolarda kullanılmaktadır. Uzun kenarında açılmış olan üç delikten deponun belirli bir yerine asılarak etilen içeren havanın bu yatak veya bahtaniyenin bir yerinden bir yere geçirilmesi suretiyle etilen emilimi sağlanmakta ve böylece depo içersinde bulunan hava etilensiz hale getirilmektedir. Şekil 8. Ortamdan etilem uzaklaştırılmasında kullanılan yatak veya battaniye şeklindeki etilen emiciler. c) Tüp veya Boru Sistemler Tüp veya boru sistemi olarak ta adlandırılan üçüncü grup ürün ise 1-2 kg lık 52-70 cm uzunlunda ve 5.5 cm yarıçapındaki etilem emici silindirlerinin belirli aralıklar ile üst üste dizilmesinden oluşmaktadır. Şekil 9. Tüp veya boru şeklindeki etilen emiciler. 129
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 d) Filtrasyon Sistemleri 10 000 fit küp e kadar genişlikte olan odalarda kullanılabilmektedir. 17.5 cm X 45 cm X 5 cm boyutlarındaki filtreler süpermarket ve orta boy soğuk hava depoları, soğutulmuş kamyonlar ve kontainerlar için kullanılan daha büyük KA depoları için ise 45 cm X 50 cm X s cm boyutlarındaki filtreler daha uygundur. Bu emici tanecikler 6 ay kadar kullanılabilmektedir. Eğer sezon sonunda bu tanecikler hala kullanılmamışlar ise orijinal paket içinde kalmak koşuluyla bir sonraki sezona kadar saklanıp kullanılabilmektedirler. Etilen kontrol filtreleri kara veya deniz yolunda taşınmak veya depolanmak üzere kutulanmış olan ürünler tarafından üretilen etilen gazının ortamdan uzaklaştırılması sağlanır. Filtreler hava akımının olduğu her hangi bir yere yerleştirilebilir. Etilen gazi filtreden geçerken etilen hasarlarını önlemek için etilen gazını okside eder ve taze ürünler uzun bir süre tazeliklerini korur. Etilen filtreleri meyveden oluşabilen ve istenmeyen kokuları azaltır ve lezzette oluşabilecek olan değişmeleri önler. e) Katalitik Değiştirici Şekil 10. Fitre şeklinde üretilmiş etilen emiciler. Şekil 11. KA den etilen uzaklaştırmada kullanılan katalitik değiştiriciler. Ortamdan etilen değişik yöntemlerle uzaklaştırılabilmektedir. Ancak katalitik değiştirici, son zamanlarda KA depolarda çok yaygın olarak kullanılan bir etilen uzaklaştırıcıdır. Bu sayede meyve ve sebze odasında etilen konsantrasyonu çok düşük seviyelerde tutulabilmektedir. Piyasada son yıllarda üretilen ve çok yaygın olarak kullanılan değişik etilen emici katalitik değiştiriciler mevcuttur (Şekil 8). Çalışma yöntemleri genellikle depo ortamındaki havanın bu cihazların içine pompa yardımı ile verilerek 130
Batu, A., Şen, L. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 250 C deki katalitik değiştiricilerden geçirilmesi sağlanır. Böylece hava içindeki etilen uzaklaştırılmış olur. Daha sonra soğutulan ve etilenden temizlenmiş hava tekrar depo ortamına verilmektedir [29]. Reaksiyon sonucuna göre işlem çok düşük enerji tüketimi yaparak etkili bir dönüşüm gerçekleştirilebilmektedir. Geniş depolama sistemleri için kullanılır. Yaklaşık 45 kg küçük etilen emici tane içerirler. Bu sistemler ile 75 000-150 000 fit küp hacme sahip olan depolardaki etilen çok kolay bir şekilde ortamdan uzaklaştırılabilmektedir [29]. C2H4 + 3 O2 2 CO2 + 2 H2O ( 2 ) Yatağının arka kısmına monte edilmiş 5-10 dakikada bir çalışan düşük devirli bir fan yardımıyla, oda içerisinde etlen ile yoğuşmuş havanın yatağın içerisinden geçirilmesi sağlanır. Böylece yatakta bulunan etilen emici granüller tarafından hava içinde yoğun olarak bulunan etilenin emilimi sağlanmış olur [30]. Şekil 12. KA den etilen uzaklaştırmada kullanılan katalitik değiştiriciler [28]. Yatağının arka kısmına monte edilmiş 5-10 dakikada bir çalışan düşük devirli bir fan yardımıyla, oda içerisinde etilen ile yoğuşmuş havanın yatağın içerisinden geçirilmesi sağlanır. Böylece yatakta bulunan etilen emici granüller tarafından hava içinde yoğun olarak bulunan etilenin emilimi sağlanmış olur [21]. Etilenin uzaklaştırılmasında kullanılan katalizör 240-250 C de çalışmaktadır ve deponun tam ortasına yerleştirilir. Depodan hava alımı her 3 dakikada bir gerçekleşir ve etilenden arındırılmış havanın sıcaklığı giriş sıcaklığından biraz yüksektir. kapasitesine bağlı olarak 1 ppm etilen içeren havayı 50-500 m 3 /saat hız ile %92-95 oranında temizleyebilmektedir. Modeline ve kapasitesine bağlı olarak 200-1500 watt ısıtma birimi için ve 200-1000 watt fanlar için güç harcamaktadır. Katalitik konvertörlerin etileni ortamdan uzaklaştırmalarının yanı sıra üründe fizyopatolojik zararlara yol açan uçucu bileşikleri uzaklaştırdığı, aynı zamanda havada bulunan bazı hastalık yapıcı mikroorganizmaların (Örneğin Penicillum) sporlarını da öldürdüğü belirlenmiştir [10]. 5. KA DEPOLARINDA OTOMASYON SİSTEMLERİ KA odalarındaki gaz bileşiminin ve depo sıcaklığının tam olarak kontrol altında tutulabilmesi ancak otomasyon sistemleri ile gerçekleştirilebilir. Otomasyon sistemleri operatöre gerek duyulmaksızın depo atmosferinin O2 ve CO2 konsantrasyonlarını ±0.2 doğrulukla ayarlamaktadır. Bununla birlikte, otomasyon gaz kontrol sistemlerinde sürekli ve düzenli örnek alma çok önemlidir. Sıcaklık termostat ile kontrol edilmektedir. Hem O2 hem de CO2 konsantrasyonları kompleks elektronik analizörler ile ölçülürler ki bu analizörler bir bilgisayara yüklenmiş kontrol yazılımına sinyal gönderebilmektedir. KA sisteminin kurulumunu gerçekleştiren bir çok ticari işletme mevcuttur. Bu işletmeler kendi patentli ekipmanlarını ve yazılımlarını kullanmaktadır. Şekil 13 de KA sisteminin sağlıklı bir şekilde işlemesini 131
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 sağlayan analizör ve analizörün ve diğer tüm sistemin tek bir merkezden kontrol edilmesini sağlayan yazılım programından bir örnek verilmiştir. Şekil 13. Sistem analizörü ve sistemin işletilmesini sağlayan yazılım. Otomatik kontrol sistemlerinin tamamında belirli özellikler birbirinin aynıdır. Tüm sistemlerde, belirlenen depodan bir miktar gaz alınarak gaz analizörüne gönderilir ve o depo için analizörden elde edilen veriler referans değerlerle karşılaştırılır. Eğer O2 konsantrasyonu çok düşmüş ise depoya belirli miktarda hava verilmesi sağlanır. Verilerin tümünün kayıt edilmesi tüm sistemler için son derece önemlidir [30]. 6. TAZE AZOT ÜRETİMİ Azot gazı KA depolamada en çok kullanılan gazlardan birisidir. İşletmelerin bu gazı hazır olarak temin etmeleri girdi maliyetlerini çok artıracağından işletmeler azot gazını kendileri üretmektedir. Prism Alpha KA sisteminde kullanılmak üzere hollow fiber adı verilen azot jeneratörleri üretilmiştir. Hollow Fiberler aslında 1960' lı yıllarda tekstil endüstrisince kullanılan bir elyaflardır. Kılcal borucuklar halindeki bu elyaflar gıdaları ayırmada çok başarılı olmuştur. Cihaz içine hava verimi basınçlı ve sürekli hava vidalı kompresörlerle sağlanır. KA için gerekli olan O2 ve N2 karışımı (Şekil 13) jeneratörden doğrudan alınır. Bu işlemler süresince fiberde hiçbir değişim olmadığından normal şartlarda separatörleri uzun ömürlüdür. Azot (N2) jeneratörü KA sahasında devrimsel bir cihaz olup yüksek saflıkta N2 ve O2 üretebilmektedir [39]. N2 üretimi sıkıştırılmış havanın hollow fiber membrance olarak adlandırılan membranların içinden geçirilmesi suretiyle gerçekleşir (Şekil 15). 132
Batu, A., Şen, L. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 Şekil 14. Azot jeneratörü. Şekil 15. Hollow fiber membranlar Şekil 16. Yüksek basınca dayanıklı azot tankı Doğal molekül yapısından dolayı, azotun membranlardan geçişi zor olduğundan diğer gazlardan ayrılması kolay bir şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Bu sistemin avantajlarını şöyle sıralayabiliriz; kullanılması kolay, üretimi sırasında yanıcı başka bir gaz olmadığı için güvenli, istenen her yere kurulabilir, azot üretimi çok saf ve bu sistem ile azot üretimi sıvı azot veya silindir içindeki azottan daha ucuz olduğu için ekonomiktir. Ayrıca, montaj ve taşınması kolaydır [6]. Ancak üretilen azot yüksek basınca dayanıklı olan bir tankta depolanmalıdır (Şekil 16). KA şartlarının 1 ila 3 gün gibi kısa sürede sağlanması depolama süresini daha da uzattığı için bu sürenin kısaltılabilmesi için Azot Jeneratörleri kullanılmalıdır. 1985 yılına kadar oksijen tutuculu sistemler, propan gazı yakarak oksijen tüketen katalitik yakıcılı sistemler ve amonyak parçalayarak azot üreten sistemler olmak üzere üç değişik tip azot jeneratörü kullanılmıştır [40]. 133
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 Bunların hemen hepsi pahalı ayrıca uygulaması teknik bilgi ve beceri gerektirdiği için kullanımı zordur. Ayrıca tehlike olduklarından bir dizi problemi de beraberlerinde getirmişlerdir. Son on yıl içinde yapılan yoğun araştırmalar bu sorunları yenebilen membranlı azot jeneratörlerini gündeme getirmiştir (Şekil 14; 15). PERMEA Inc. tarafından A.B.D.' de geliştirilen Hollow Fiber Membranlı yeni nesil Azot jeneratörleri KA depolama ve nakliyede yeni bir çağ açmıştır. İleri teknoloji eseri bu jeneratörler yurdumuzda da üretilmektedir. 7. GAZ KONTROL CİHAZLARI KA depolarının kullanılmasıyla özellikle elma armut gibi bazı özel meyvelerin depolanmaları üzerine yapılan çalışmalar 1920 li yıllardan beri devam etmektedir. KA depolarında depolanmış ürünlerin pazarlanması bakımından bir sorun olmadığı ve hatta ürünün kalitesi korunduğu için 20. yüzyılın ikinci yarısında bu teknolojiye olan ilgi artmıştır. Bu nedenle KA sisteminde kullanılan cihazlar sürekli kendisini yenilemiştir [43]. KA odaları gaz ve hava sızdırmaz bir şekilde yapılarak CO2 ve O2 seviyeleri kontrol altına alınabilir. CO2 ve O2 seviyelerinin el ile ayarlandığı dönemlerde bu gazların seviyelerinde önemli derecede sapmaların olduğu ve arzu edilen konsantrasyonların tam olarak sağlanamadığı belirtilmiştir. Ayrıca, el ile yapılan işlemlerin daha çok zaman kaybına neden olduğu ve kontrollü atmosferin sürekliliğinin sağlanamadığı belirtilmiştir [40]. Onun için modern bir KA deposu içindeki gazın (havanın) CO2 ve O2 içerikleri bir infrared gaz analiz cihazı ile ölçülmelidir [39]. Şekil 17. Laboratuvarda bulunan O2, CO2 ve etilen analizi yapabilen gaz kromotografisi. KA ortamında bulunan O2, CO2 ve etilen konsantrasyonunun sürekli kontrol altında tutulması gerekir. Bunun için O2, CO2 ve etilen analizleri laboratuvarda bulunan ve taşınamayan çok hassas olan gaz kromotoğrafisi (Şekil 17) ile yapılabileceği gibi, taşınabilir daha küçük cihazlar ile de yapılabilmektedir. Gaz kromotoğrafi cihazının pek çok avantajları olmasına rağmen çok pahalı olması nedeniyle, taşınabilir O2, CO2 ve etilen ölçer cihazlarda aynı amaç için kullanılabilmektedir. Taşınabilir olan bazı cihazlara 10 ml gaz yeterken (Şekil 18), bazılarında yeterli okumayı yapabilmesi için ancak 250 ml gaz miktarına ihtiyaç duyulmaktadır. 134
Batu, A., Şen, L. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 8. SONUÇ Şekil 18. KA ve MAP de O2, CO2 ve etilen analizi yapabilen masa üstü cihazlar. KA depolarının otomasyon sistemi ile kontrolü AB ülkeleri arasında çok yaygın bir hale gelmiştir. KA, soğukta depolama tekniğinin geliştirilmiş halidir. KA tekniğinde sıcaklığın yanı sıra, oda atmosferinin gaz kompozisyonu (CO2 ve O2) da kontrol edilerek ürünlerin hasat sonrası ömürlerinin daha da uzatılması amaçlanmaktadır. KA koşullarının sağlanabilmesi için deponun gaz geçirgenliğine karşı çok iyi izole edilmesi gerekmekte, aynı zamanda azot jeneratörlerine, CO2 ve Etilen emicilere ve de gaz analizörlerine ihtiyaç duyulmaktadır [17]. Kontrollü atmosfer ortamının otomatik olarak ölçümü ve ortam atmosferinin otomatik olarak kontrol altında tutulması hem işçi maliyetini düşürecek hem de depo atmosferi ile ilgili tüm parametrelerin oldukça sağlıklı bir şekilde elde edilmesine katkı sağlanmış olacaktır. Kontrollü atmosfer tekniğinde; depo ortamın havası vakumlanarak alınmakta ve yerine istenen konsantrasyona sahip CO2 ve O2 içeren gaz karışımı belirli bir akım hızında pompalanarak aktif Kontrollü Atmosfer (KA) oluşturulmaktadır. Herhangi bir otomatik kontrol ve kayıt sisteminin kullanışlılığı sistemin kalitesine ve kullanışlılığına bağlıdır. Bu nedenle kontrollü atmosfer için gerekli olan ölçüm aletlerini doğru bir şekilde seçmek ve kurmak son derece önemlidir. Depo atmosferinin gaz kompozisyonundaki değişimleri analiz etmek ve atmosferin istenilen şekilde modifiye edilmesini sağlamak amacı ile microprocessor kontrol sisteminin kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu sistemde, depo atmosferinde bulunan O2, CO2, Etilen ve depo sıcaklığı otomatik olarak ölçülmekte ve değişen gaz seviyelerini otomatik olarak belirleyip otomatik olarak depo atmosferinde istenilen gaz kompozisyonunu sağlamada kullanılmaktadır. Burada üzerinde durulması gereken önemli bir nokta da herhangi bir probleme karşı her pompanın, her vananın ve her analizörün hem el ile hem de otomatik olarak kullanımına izin verecek şekilde dizayn edilmesi gerekmektedir. Böylelikle sistem, bilgisayarda meydana gelebilecek herhangi bir elektronik arızaya karşı garanti altına alınmış olacaktır. 135
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 9. KAYNAKLAR 1. Anonymous, 2013, Atmosfer Kontrollü Odalarda Meyve Depolanması, Bilgi Notu. http://balkop.org/bilgi/atmosfer_kontrollu_odalar.pdf. Giriş tarihi: 18/07/2013. 2. Weichmann, J., 1989, Low Oxygen Effects. In Postharvest Physiology of Vegetables. (J. Weichman (ed)). p:231-237. Markel Dekker Inc. New York. 3. Dinçer, İ., 2003, Refrigeration Systems and Applications, pp:410-420, John Wiley & Sons, Ltd., UK. 4. Thompson, A. K., 2010, Controlled Atmosphere Storage of Fruits and Vegetables,2nd Ed., pp: 1-10, Cab International, Wellingford Oxon, UK. 5. Agboola, S. D., 2001, Current status of the controlled atmosphere storage in Nigeria, The Journal of Food Technology in Africa, Vol. 6.(1), 30-36. 6. Ünal, G. ve Babacan, H., 1988, Atmosfer Kontrollü depolamada Yeni Bir Teknoloji: Hollow Fiber Membranlı Alpha Azot Jeneratörü, Türkiye 6. Gıda Kongresi, s:112-118. 18-20 Ankara. 7. Bishop, D., 1990, Controlled Atmosphere Storage, In Cold and Chilled Storage Technology, (C.V.J. Dellino (Ed)), pp: 66-98, Blackie and Son Ltd. 8. Kader, A. A., 2003, Physiology of Controlled Atmosphere Treated Produce. Acta Horticulturae. 600, 600: VIII International Controlled Atmosphere Research Conference, pp: 349-354. Giriş tarihi: 18/07/2013. 9. Elzar, F., 2008, Postharvest Biology and Technology of Fruits, Vegetables, and Flowers, (Paliyath, G., Murr, D.P., Handa, A.K., Lurie, S. eds.), pp: 301-319, Wiley-Blackwell Publishing, USA. 10. Matté, P., 1994, Fruıt Controls ın The CA Technology, Actahortticulturae, 368, 403-416. 11. Baugerød, H., 1981, Atmosphere Control In Controlled Atmosphere Storage Rooms By Means of Controlled Dıffusıon Through Aır-Fılled Channels, Acta Hort. (ISHS) 116:179-186. 12. Mittal, G. S., 1997, Process controls in the food industry: Problems and solutions. In Computerized Control Systems in the Food Industry, 1-11. New York, NY: Dekker Marcel Inc. 13. Kader, A. A., 1987, Respiration and Gas Exchange of vegetables. In Postharvest Physiology of Vegetables. (J. Weichmann (Ed)). p: 25-43. Markel Dekker Inc. New York. 14. Herner, R. C., 1987, High CO2 Effects on Plant Organs. In Postharvest Physiology of Vegetables. (J. Weichman (Ed). J. Weichman (Ed)). p:239-253. Markel Dekker Inc. New York. 15. Weichmann, J., 1987, Low Oxygen Effects. In Postharvest Physiology of Vegetables. (J. Weichman (Ed)). p:231-237. Markel Dekker Inc. New York. 16. Batu, A., 1995, Controlled and Modified Atmosphere Storage of Tomatoes. PhD. Thesis Cranfield University. Silsoe College, Silsoe, MK45 4DT, Silsoe, Beds. England. 17. Zagory, D. and Kader, A. A., 1988, Modified Atmosphere Packaging of Fresh Produce, Food Technology, 42, 70-77. 136
Batu, A., Şen, L. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 18. Weichmann, J., 1989, Low Oxygen Effects In Postharvest Physiology of Vegetables, (J. Weichman (ed)), p:231-237, Markel Dekker Inc. New York. 19. Batu A. ve Demirdöven A. 2010. Modifiye Atmosferde Paketleme ve Soğukta Depolamanın Elmanın Duyusal Kalitesi Üzerine Etkileri, YYÜ TAR BİL DERG, 20(2): 58-67. 20. El-Grooni, M. A. and Sommer, N. F., 1981, Effect of Modelling Atmospheres on Postharves of Fruit and Vegetables, Hortic. Rev., 3, 412-461. 21. Thompson, A. K., 1998, Controlled Atmosphere Storage of Fruits and Vegetables, Cab International, Wellingford Oxon, UK. 22. Mir, N., Beaudry, R., 2002, Atmosphere Control Using Oxygen and Carbon dioxide, Fruit Quality and Its Biological Vasis (Knee, M., eds.), pp: 122-149, C.R.C. Press, USA, 23. Kader, A. A., Zagory D., Kerbel. E. L., 1989, Modified Atmosphere Packaging of Fruit and Vegetables. CRC Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 28, 1-30. 24. Yang, S. F., 1985, Biosynthesis and Action of Ethylene. HortScience. 20, 41-45. 25. Kader, A. A., 1980, Preventation of Ripening in Fruits by Using of Controlled Atmosphere Storage. Food Technology. May, 51-54. 26. Reid, M. S., 1985, Ethylene and Abscission. HortScience. 20, 45-50. 27. Kader, A. A., 1992, Modified Atmospheres During Transport and Storage. In Postharvest Technology of Horticultural Crops. (A.A Kader (Ed)). pp:85-92. Agriculture and Natural Resources Publications. University of California. USA. 28. Anonymous, 2015, http://www.unido.org/fileadmin/import/32113_20controlledatmospherestorag e.2.pdf (Giriş tarihi: 14.02.2015) 29. Anonymous, 2015, http://www.airbestpractices.com/system-assessments/air-treatment/n2/nitrogensolutions-food-industry-generated-location (Giriş Tarihi: 14.02.2015) 30. Bomoni, F., Matte, P., 1991, Controlled Atmosphere Technology and Application. Frutticoltura, Volume 111:41-49. 31. Anonymous, 2015, http://www.isolcell.com/en. 32. Batu, A., Abdel-Rahman, N. and Ghafir, S., 1996, Controlled and Modified Atmosphere Storage of Fruits and Vegetables, Gıda, 21 (2)95-101. 33. Fontanel, C., 1991, Atmosphere Controlee et atmosphere normale. L arboriculture Fruitiere, (440):46-52. 34. Brasch, J. A., 1984, http://archive.lib.msu.edu/dmc/ag.%20ext.%202007-chelsie/pdf/e1914- ND.pdf (Giriş Tarihi: 14.02.2015) 35. Batu, A., 1998a, Kontrollü Atmosfer Koşullarında Yüksek Karbondioksit ve Düşük Oksijen Uygulamasının Domatesin Solunum Hızı Üzerine Etkisi. Gıda Teknolojisi. 1(9):34-38. 137
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2014 (9) 118-138 36. Reid, M. S., 1992, Ethylene in Postharvest Technology. In Postharvest Technolojy of Horticultural Crops. pp:97-116. ((Tech. Ed.) Kader, A.A.) University of California, Publication 3311. 37. Anonymous, 1982, A raport on Ethysorb on Application Results prepared by the Procurement Executive Ministry of Defence Admiralty Underwater Wepons Establishment at Portland, Dorset DT5 2JS England. 38. Batu, A., 1998b, Etisorb Uygulamasısının Yeşil Domatesin Solunum Hızı ve Meyve Olgunlaşma Süresi Üzerine Etkileri. Gıda Mühendisliği Kongresi. Gaziantep 98. 16-18 Eylül 1988. Sayfa:195-206. 39. Bishop, D., 1990, Controlled Atmosphere Storage. In Cold and Chilled Storage Technology. (C.V.J. Dellino (Ed)). pp: 66-98. Blackie and Son Ltd. 40. Thompson, A. K., 1998, Controlled Atmosphere Storage of Fruits and Vegetables. Cab International, Wellingford Oxon, UK. 41. Batu, A., Abdel-Rahman, N. and Ghafir, S., 1996, Controlled and Modified Atmosphere Storage of Fruits and Vegetables. Gıda. 21 (2)95-101. 138