Bazı Elma Çeşitlerinin Farklı Depolama Koşullarında Fiziko- Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi Deniz YILMAZ, Mehmet Emin GÖKDÜMAN Süleyman Demirel Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Tarım Makinaları Bölümü, Çünür/Isparta denizyilmaz@sdu.edu.tr Özet: Meyve ve sebzeler hasattan sonra da canlılıklarını sürdürürler. Solunum yaparlar ve bu sırada açığa çıkan enerjiyi kullanarak yaşamsal faaliyetlerini devam ettirirler, bu sırada kendi kendilerini tüketmeleri söz konusudur. Bunu ortadan kaldırabilmek ve ürünün hasattan sonraki ömrünü (depolama ya da raf ömrü) uzatmak için solunumunu yavaşlatmak gerekir. Bu amaçla en çok uygulanan yöntem soğuk uygulamalardır. Ancak bu uygulamalar, iç yapısındaki su oranı yüksek olan bazı ürünlerde (çilek ve erik gibi) hücre duvarlarının patlamasına sebep olarak başarısızlığa sebep olmaktadır. Statik elektrik kullanılarak bu tip ürünlerin metabolizma faaliyetlerini durdurmak ve ömürlerini uzatmak olanaklı görülmektedir. Bu çalışmada, tarım ürünlerinin depolanmasında uygulanabilecek alternatif yöntemlerden birisi olan statik elektriğin ürün ömür kriterlerine etkileri üzerinde durulacak ve yöntem tanıtılacaktır. Anahtar kelimeler: Depolama, statik elektrik, tarımsal ürün, yüksek gerilimli statik alan Determination of Some Physico-Mechanical Properties of the Apple Varieties in Different Storage Conditions Abstract: Fruits and vegetables are still alive after the harvest. They continue respiration and meanwhile they use the energy that came out for their vital activities and they dry up themselves. In order to avoid that and to make longer freshness (storage and shelf life) of the yield it is required to slow down the respiration. The most common method that is used for this purpose is cold applications. However this application causes to inflate the inner cell walls of the yields which have higher water rate in their inner structure and results with unsuccessful applications. It is possible to stop metabolism activities and make their lives longer through using static electric method. In this study the effects of the static electric which is one of the alternative methods used for the storage of the agricultural yields will be studied and these methods will be introduced. Key words: Storage, statistic electrical, agricultural products, the high-voltage static electric field Giriş Tarımsal ürünler yetiştirme aşamasından tüketiciye ulaşıncaya kadar ki süreçte statik veya dinamik kuvvetlere maruz kalmaktadır. Bu kuvvetler ürünlerde zamanla zedelenmelere, tat, renk koku kaybına neden olmaktadır. Bu durum ürünün pazar değerini düşürmektedir. Biyolojik malzemenin etkisi altında kaldığı kuvvete karşı gösterdiği davranışlara, mekanik özellikler denilmektedir. Uygulanan kuvvet, malzemede deformasyon ve akma davranışına neden olabilir (Yurtlu ve Erdoğan, 2005). Biyolojik malzemelerin mekanik özellikleri ürüne ait dayanım parametrelerini içermektedir. Bu özellikler ürüne ait kuvvet deformasyon eğrisinin analiz edilmesi ile belirlenmektedir (Şekil 1). 392
Kuvvet, N İş Deformasyon, mm Şekil 1. Biyolojik malzemeler için kuvvet-deformasyon eğrisi (x; Biyolojik akma noktası, y; Maksimum kuvvet z; Kopma noktası) (Sitkei 1986) Biyolojik malzemelerin dayanım özellikleri hasat zamanında en yüksek değerdedir. Zamanla bu özelliklerin değerleri azalmakta ve üründe bozulmalar meydana gelmektedir. Tarımsal ürünlerin hasattan sonra tüketiciye ulaşıncaya kadar olan sürede ürünlerin özelliklerini korumalarını sağlayacak sistemler ve uygulamalar yıllardır yapılmaktadır. Bu uygulamalardan biriside ürünlerin, soğuk hava depolarında pazara çıkıncaya kadar depolanmasıdır. Soğuk hava depolarında ürünün cinsine göre farklı depolama şartları sağlanmaktadır. Ülkemizde yaygın olarak Normal Atmosfer, kontrollü atmosfer ve Smart Fresh uygulamaları yapılmaktadır. Normal Atmosfer (NA) koşullarında depolama ürünlerin kendi arasında kapalı devre hava sirkülâsyonu olan gaz geçirmez hücrelerde etileni alınmadan yapılan depolamadır. Kontrollü atmosferde depolamada (KA) ise meyveler %2O 2 ve %5CO 2 gaz konsantrasyonları sağlanan bilgisayar destekli sistemle kontrol edilmektedir. Bir diğer yöntem Smart Fresh (1-MCP) yöntemidir. Normal koşullarda 1-MCP, moleküler ağırlığı 54 ve formülü de C 4 H 6 olan bir gazdır. Bugün 1-MCP, süs bitkileri ve yenilmeyen tarım ürünleri için Ethylbloc TM ve yenilen tarım ürünleri için SmartFresh TM adı altında üretilmekte ve pazarlanmaktadır. 1-MCP nin ABD, Kanada, Avustralya, İngiltere, İspanya, İtalya, Almanya, Fransa, Çin, İsrail, Türkiye, Hollanda, gibi 30 a yakın ülkede elma, kayısı, avokado, kivi, mango, kavun, nektarin, papaya, şeftali, armut, biber, Trabzon hurması, erik, kabak, domates, ananas için hasat sonrası kullanımı onaylanmış olup ticari olarak elma, kivi, muz ve Trabzon hurmasında kullanılmaktadır (Watkins, 2006; Karaşahin, 2010). Bu çalışmada Isparta ilinde üretilen Golden Delicious ve Starking Delicious elma türlerinin, farklı depolama koşullarında, ağırlık, boyut, küresellik, yüzey alanı, izdüşümü alanı gibi fiziksel özelliklerin yanı sıra maksimum kuvvet, akma kuvveti, dayanım, maksimum kuvvetteki uzama miktarı, enerji gereksinimi, elastikiyet modülü gibi mekanik özellikleri belirlenmiştir. Materyal ve Yöntem Bu çalışmada Isparta nın Eğirdir ilçesinde yetiştirilmiş olan, rastgele seçilmiş Golden Delicious ve Starking Delicious elma çeşidi kullanılmıştır. Seçilen elmaların renk ve dış görünüş özellikleri açısından parlak ve deformasyonsuz olmasına dikkat edilmiştir. Golden Delicious elması, meyve orta iri, iri, silindirik, düzgün şeklili; sap çok uzun ve ince; kabuk 393
parlak sarı, sap tarafında biraz paslı benekli; eti yeşilimtırak krem renkte, sıkı, gevrek, ince daneli, nazik, sulu, aromalı, tatlıdır (Özbek, 1977). Starking Delicious elması, meyveleri orta iri, iri, uzun, konik biçimde, sap tarafı genişçe ve çiçek çukuru tarafı kuvvetli dilimlidir. Sapı ince, uzun; kabuğu ince, sert, parlak sarı zemin üzerine sıvama ve koyu kırmızıçizgili; eti beyaz, yumuşak, tatlı, güzel kokuludur. (Öğüt ve Aydın 1992.) Farklı koşullarda hasat zamanından yaklaşık olarak 2-3 ay sonra depolanan elma çeşitlerinin, uzunluk, genişlik, kalınlık, geometrik çap, ağırlık, izdüşüm alanı gibi fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Uzunluk, genişlik, kalınlık boyut değerleri Şekil 2 de gösterilen yönlerde, 0.01 mm hassasiyetli dijital kumpas yardımıyla ölçülmüştür. Elmaların ağırlık değerlerinin ölçülmesinde 0.01 g hassasiyetli hassas terazi kullanılmıştır. Geometrik ortalama çap ve küresellik aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanmıştır. Z X Y W T Şekil 2. Biyolojik malzemelerde boyut özellikleri Dg=(LWT) 1/3 (1) =Dg/L (2) D g : Geometrik ortalama çap (mm), W : Genişlik (mm), T : Kalınlık (mm), L : Uzunluk (mm), : Küresellik (%) Elmaların yatay ve dikey durumlarına göre (Şekil 3) izdüşüm alanı ise, dijital fotoğraf makinası ile resimleri çekildikten sonra, global image programı yardımıyla belirlenmiştir (Şekil 4). L 394
Şekil 3. Elma çeşitlerinin yatay ve dikey yönleri Şekil 4. İzdüşüm alanların belirlenmesi için kullanılan programın görünümü Elma çeşitlerinin mekanik özellikleri ise LLoyd Marka (Lloyd Instrument LRX Plus, Lloyd Instruments Ltd, An AMATEK Company) biyolojik malzeme test cihazı kullanılarak belirlenmiştir. Cihaz, örneğin konulduğu bir platform ve hareketli parça, hareketi sağlayan ünite ve veri işleme ünitesinden oluşmaktadır (Şekil 5). Veri işleme ünitesinde 500 N kapasitesi bir yük hücresi, verilerin aktarıldığı ve içerisinde NEXYGEN Plus yazılımın olduğu bir bilgisayar bulunmaktadır. Denemeler sırasında 10 mm çapında prop hareketli parçaya bağlanarak 300 mm/dakika basma hızında yatay (genişlik yönünde) ve dikey (yükseklik yönünde) elma yüzeylerine kuvvet uygulanmıştır. Yük hücresinden elde edilen değerlerin, yazılım programı aracılığıyla kuvvet-deformasyon eğrisi oluşturulmuştur. Yine yazılım programı eğri üzerinde bulunan noktalardaki ürünlere ait mekanik özellikleri bir veri dosyası halinde kaydetmektedir. Denemeler 3 tekerrürde uygulanmıştır. Veri işleme ünitesi Yük hücresi Sürücü ünite Prop Şekil 5. Biyolojik malzeme test cihazı Silindirik batıcı uçla yapılan sıkıştırma testleri ile elastikiyet modülünün hesaplanmasında Boussinesq tekniği kullanılmıştır (Mohsenin 1970, Sitkei 1986): E= F (1- μ 2 )/d. D (3) E : Elastikiyet modülü (N/mm 2 ) F : Kuvvet (N) μ : Poisson oranı d : Silindirik batıcı uç çapı (10 mm) D : Deformasyon (mm) dur. 395
Araştırma Bulguları Tartışma ve Sonuç Farklı depolama şartlarında Golden Delicious ve Starking Delicious elma çeşitlerinin bazı fiziksel özellikleri Tablo 1 de verilmiştir. Golden Delicious ve Starking Delicious çeşidinin farklı depolama koşullarından uzunluk değeri 59.16 ile 73.14 mm, genişlik değeri 65.40 82.59 mm arasında, kalınlık değeri 64.67-79.15 mm arasında değişmektedir. Geometrik ortalama çapın 64.16 ile 78.16 mm arasında, küreselliğin %94-98 arasında, ağırlığın ise 135.27-248.21 g arasında değiştiği belirlenmiştir. İzdüşüm alanları ise dikey düzlemde 3197.90-5126.25 mm 2, yatay düzlemde ise 4021.92-6190.30 mm 2 arasında değişmektedir. Çizelge 1. Farklı depolama şartlarında elma çeşitlerinin bazı fiziksel özellikleri Golden Delicious Starking Delicious NA KA SF NA KA SF Uzunluk (mm) 66.12 65.92 62.79 67.35 73.14 59.16 Genişlik (mm) 73.02 73.11 65.40 73.38 82.59 68.23 Kalınlık (mm) 72.00 72.49 64.67 68.09 79.15 65.51 Geometrik ort. çap (mm) 70.31 70.42 64.26 69.49 78.16 64.16 Küresellik (%) 0.96 0.96 0.98 0.94 0.98 0.94 Ağırlık (g) 172.23 175.58 135.27 161.14 248.21 135.33 Dikey İzdüşüm alanı(mm 2 ) 7544.89 5126.25 4345.25 3197.90 4799.71 3659.78 Yatay İzdüşüm Alanı (mm 2 ) 6190.30 4718.81 4112.84 5542.32 4446.81 4021.92 Çizelge 2. Golden delicious elma çeşidinin bazı mekanik özellikleri Dikey Yatay NA KA SF NA KA SF Maksimum Kuvvet (N) 32.41 31.35 47.68 33.61 35.25 46.43 Akma Kuvveti (N) 25.93 25.08 38.15 26.89 28.20 37.14 Dayanım (N/mm) 156.03 175.47 183.07 192.08 155.86 178.01 Gerilme (MPa) 0.42 0.45 0.60 0.44 0.43 0.59 Max kuv. kadar olan en.(j) 0.16 0.11 0.29 0.17 0.14 0.22 Max kuvvetteki uz. (mm) 30.70 17.66 29.28 25.26 14.76 20.77 Elastikiyet Mod. (N/mm²) 0.10 0.15 0.14 0.14 0.21 0.19 Çizelge 3. Starking delicious elma çeşidinin bazı mekanik özellikleri Dikey Yatay NA KA SF NA KA SF Maksimum Kuvvet (N) 44.08 45.02 54.59 42.82 43.58 62.74 Akma Kuvveti (N) 35.26 36.02 43.68 34.25 34.86 50.19 Dayanım (N/mm) 227.10 212.84 329.66 246.07 198.24 306.78 Gerilme (MPa) 0.57 0.61 0.75 0.58 0.63 0.82 Maksimum kuvvete kadar olan enerji (J) 0.23 0.17 0.25 0.20 0.25 0.32 Maksimum kuvvetteki uzama (mm) 34.14 23.42 22.00 26.19 21.82 24.94 Elastikiyet Modülü (N/mm²) 0.11 0.16 0.21 0.20 0.178 0.23 Farklı depolama şartlarında Golden Delicious elma çeşidinin bazı mekanik özellikleri Tablo 2 de Starking Delicious çeşidinin bazı mekanik özellikleri Tablo 3 de verilmiştir. Araştırma sonucunda; uygulanan maksimum kuvvet değerleri dikey yükleme sonuçlarına göre Golden Delicious çeşidinde NA depolama şartlarında ortalama 32.41 N, KA şartlarında ortalama 31.35 N ve SF uygulamalı depolama şartlarında ortalama 47.68 N bulunmuştur. Starking Delicious çeşidinde ise NA, KA ve SF depolama şartlarında sırasıyla 44.08, 45.02 ve 54.59 N olarak bulunmuştur. Yatay yükleme sonuçlarına göre Golden Delicious çeşidinde NA, KA ve SF depolama şartlarında sırasıyla 33.61, 35.25 ve 46.43 N bulunmuştur. Starking 396
Delicious çeşidinde ise sırasıyla 42.82, 43.58 ve 62.74 N bulunmuştur. Ancak Starking Delicious çeşidinden elde edilen maksimum kuvvet değerleri Golden Delicious çeşidine göre daha yüksektir. Ayrıca her iki elma çeşidinin maksimum kuvvet değerleri depolama şartlarına bağlı olarak en yüksek SF, en düşük ise NA depolama şartlarında görülmüştür. Akma kuvveti değerleri, üç farklı depolama şartında yatay ve dikey yükleme sonuçlarına göre, her bir elma için elde edilen maksimum kuvvet değerlerine bağlı olarak değişmiştir. Buna göre en yüksek ortalama akma kuvveti değerleri Starking Delicious çeşidinde SF uygulamalı depolama şartlarında depolanan elmalarda dikey ve yatay yüklemelerde sırasıyla 43.68 ve 50.19 N olarak bulunmuştur. Dayanım kuvveti değerleri, her iki elma çeşidi için de dikey yükleme sonuçları üç farklı depolama şartlarında yatay yükleme sonuçlarına göre daha yüksek çıkmıştır. Bu değerler NA, KA ve SF depolama şartlarında sırasıyla Golden Delicious çeşidi için 156.03, 175.47 ve 183.07 N/mm Starking Delicious çeşidi için ise 227.10, 212.84 ve 329.66 N/mm dir. Bu değerlere göre Starking Delicious çeşidinin dayanımı Golden Delicious çeşidine göre daha yüksektir. Ayrıca her iki elma çeşidi için de ortalama dayanım kuvvetleri NA koşullarında depolanan elmalar için en düşük değerde, SF depolama koşullarında ise en yüksek değerde bulunmuştur. Gerilme değerleri; Golden Delicious çeşidinde NA, KA ve SF depolama şartlarında yatay yükleme sonuçlarına göre sırasıyla 0.44, 0.43 ve 0.59 MPa; Starking Delicious çeşidinde ise sırasıyla 0.58, 0.63 ve 0.82 MPa dır. Bu değerlere göre maksimum kuvvette oluşan gerilme değerleri Starking Delicious çeşidinde daha yüksektir. Ayrıca depolama şartlarına bağlı olarak en yüksek gerilme değerleri SF uygulamalı depolama koşullarında depolanan elmalarda görülmüştür. Maksimum kuvvete kadar olan enerji değerleri NA, KA ve SF depolama koşullarında dikey yükleme sonuçlarına göre sırasıyla Golden Delicious çeşidinde 0.16, 0.11 ve 0.29 J; Starking Delicious çeşidinde 0.23, 0.17 ve 0.25 J olarak bulunmuştur. Yatay yükleme sonuçlarına göre ise bu değerler Golden Delicious çeşidinde 0.17, 0.14 ve 0.22 J; Starking Delicious çeşidinde 0.20, 0.25 ve 0.32 J olarak bulunmuştur. Depolama şartlarına bağlı olarak en düşük değerler KA, en yüksek değerler ise SF uygulamalı depolama şartlarında depolanan ürünlerde görülmüştür. Ayrıca maksimum kuvvete kadar olan enerji değerleri Starking Delicious çeşidinde daha yüksek görülmüştür. Golden Delicious elma çeşidinde maksimum kuvvetteki uzama miktarı, NA koşullarında depolamada en yüksek değer dikey yönde 30.70 mm olarak, en düşük değer ise yatay yönde KA koşulunda 14.76 mm olarak belirlenmiştir. Ürünlerin elastikiyet modülü değer ise 0.1 ile 0.21 N/mm 2 aralığında değişmektedir. Bu sonuçlara göre Golden Delicious ve Golden Starking elma çeşitlerinin fiziko-mekanik özellikleri depolama şartlarına bağlı olarak değişmektedir. Smart Fresh depolama koşullarında depolanan ürünlerin fiziko-mekanik özellikleri, kontrollü atmosfer ve normal atmosfer şartlarında depolanan ürünlerin fiziko-mekanik özelliklerine göre daha iyi durumda olduğu görülmektedir. Ayrıca Starking Delicious çeşidinin fiziko-mekanik özellikleri genel olarak Golden Delicious çeşidine göre daha yüksek bulunmuştur. Literatür Listesi Karaşahin Y. I., 2010. Hayward Kiwi Çeşidinin Normal ve Kontrollü Atmosfer Koşullarında Depolanması Üzerine Araştırmalar, Akdeniz Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bahçe Bitkileri A.B.D Doktora Tezi. Mohsenin N.N., 1970. Physical Properties of Plant and seeds. Agricultural Engineers years book. American Society of Agricultural Engineers. St. Joseph Michigan. 397
Öğüt, H., C. Aydın, 1992. Konya Ekolojik Şartlarında Yetiştirilen Bazı Elma Çeşitlerinin Poisson Oranı ve Elastikiyet Modüllerinin Belirlenmesi. S.Ü. Ziraat Fakültesi Dergisi Sayı:3, Cilt:2, Konya Özbek, S., 1977. Genel Meyvecilik, Ankara Üniversitesi Basımevi, Ankara. Özbek, S., 1977. Genel Meyvecilik, Ankara Üniversitesi Basımevi, Ankara. Sitkei, G., 1986. Mechanics of agricultural materials. Akademiai Kiado, 487 p., Budapest, Hungary. Watkins, C. B., 2006. The uses of 1-methylcyclopropene (1-MCP) on fruits and vegetables. Biotechnol. Adv. 24: 389-409. Yurtlu, Y. B.. D. Erdoğan, 2005. Depolama Süresinin Bazı Hıyar Çeşitlerinde Mekanik Özelliklere Olan Etkisinin Belirlenmesi. Tarım Bilimleri Dergisi 11 (3): 251-256 398