GIDA İŞLEME VE ANALİZ TEKNİKLERİ I RAPOR NO: 1 GRUP NO: 3 KONU: Bazı gıdalarda dondurma prosesi ve donma noktası alçalmasının tespiti ÖĞRETMENİN ADI SOYADI: Doç. Dr. Nesimi AKTAŞ ÖĞRENCİNİN ADI SOYADI: Süleyman YILMAZ NUMARASI: 040915019 SINIFI: 3.Sınıf BÖLÜMÜ: Gıda Mühendisliği
BAZI GIDALARDA DONDURMA PROSESİ VE DONMA NOKTASI ALÇALMASININ TESPİTİ Donma noktası alçalması ne demektir? Nasıl tespit edilir? Etkileyen faktörler nelerdir? Donma noktasında katı ve sıvının buhar basıncı eşittir. Sıvı çözücü ile katı çözücünün buhar basıncı eğrileri çözeltinin donma noktasında kesişir. Ancak bu sıcaklıkta çözeltinin buhar basıncı saf çözücünün denge buhar basıncından daha düşüktür. Çözeltinin buhar basıncı eğrisi, katı çözücünün buhar basıncı eğrisini daha düşük bir sıcaklıkta keser. Bu nedenle, çözeltinin donma noktası, saf çözücününkinden daha düşüktür. ( Bir çözücü donduğunda, sıvı ve katı hali arasında bir denge vardır ve dolayısıyla sıvı çözücünün buhar basıncı ile katı çözücünün buhar basınçları birbirine eşit olmalıdır. Ancak çözeltilerde çözünenin etkisi ile buhar basıncı azaldığından çözeltide katı çözücü ile sıvı çözücünün dengede olabilmesi için gereken sıcaklık azalır. Bu nedenle çözeltinin donma noktası, saf çözücüden daha düşüktür. ) Otomobil radyatörlerinin suyuna eklenen etandiol(glikol) C2H4(OH)2 suyun donma noktasını düşürür. Bu da kışın otomobil motorlarının içlerinde donan su ile çatlamasını önler böyle donma noktasını düşürerek donmayı geciktiren maddelere antifiriz denir. Donma noktası alçalması çözelti derişimine ve çözücüye bağlı olup bu ilişkiyi aşağıdaki eşitlik ile ifade edilebilir: ΔTf = Kf m Burada "ΔTf" donma noktası alçalması, "m", çözeltinin molalitesi, "Kf" çözücünün donma noktası alçalması sabitidir. Örneğin su için Kf değeri -1,86 C/m, benzen için -5,12 C/m, etil alkol için -1,99 C/m, karbon tetraklorür için -29,8 C/m dır. Çözeltilerde donma noktası düşmesi maddenin türüne bağlı değildir. Bu durum ideal çözeltiler için Çözünen madde miktarına ve bunun çözeltide oluşturacağı (molekül- iyon) sayısına bağlıdır. Çözelti içindeki tanecik sayısı toplamı arttıkça kaynama noktası yükselir, donma noktası düşer. Donma noktası alçalmasını etkileyen faktörler: Çözelti derişimi Çözücü Donma eğrileri neden farklılık gösterir? Her gıdada çözünen madde miktarı ve bunun çözeltide oluşturacağı molekül-iyon sayısı farklı olacağından oluşan eğriler farklılık gösterir. Ötektik nokta; çözünebilir maddelerden herhangi birinin donmaya başladığı noktadır. Gıda da ne kadar çözünebilir madde varsa o kadar ötektik nokta vardır.(teorikte) (Pratikte 2 veya 3 tane nokta olur. Bir ötektik nokta diğerini baskılar ya da ortak ötektik nokta oluşturabilirler.)
Deney yapılacak örnekler: 1. Saf su 2. %10 luk NaCl 3. %30 luk Glikoz 4. %30 luk sakkoroz 5. Meyve suyu 6. Kıyma Deneyde kullanılan malzemeler: 1. Mezur(dereceli silindir) 2. Spatül 3. Kavanoz 4. Terazi(hassas) 5. Piset Deneyin amacı: 1. Farklı maddeler neden farklı donma noktası alçalmasını gösterir. İyonlaşan maddeler daha fazla donma noktası düşmesi görülür.(nacl) 2. Gıdalar neden farklı donma noktasına sahiptir. Gıda içinde çözünmüş ve serbest suda çözünmüş olan maddeden kaynaklanır. Farklı maddeler farklı donma noktalarına sahiptir. Deneyin yapılışı: Örneklerin hazırlanışı: Saf su: mezur ile 100ml olacak şekilde ölçülüp kavanoza alındı. %10 luk NaCl: 10gr NaCl ve mezur ile ölçülen 90gr(ml) su kavanoz içinde çözüldü. %30 luk Glikoz: kullanılan glikozda 1mol su olması nedeniyle hesaplama şu şekilde yapılır; 198gr glikozda 18gr su varsa 30gr glikozda x su vardır X=2.73gr su olduğuna göre tartım bu kadar fazla yapılır.(32.73gr glikoz) Üzerine 67.27 ml su eklenir ve çözülür.(kavanozda) %30 luk Sakaroz(sükroz): 30gr sakkaroz terazide tartılır ve üzerine 70gr (ml) su eklenip çözülür. Meyve suyu: mezur ile 100ml olacak şekilde ölçülüp kavanoza alındı. Kıyma: 100gr olarak tartılıp kavanoz içinde boşluk kalmayacak şekilde yerleştirildi. Bunlardan sonra kavanozların kapakları kapatıldı. Termocouple ile analiz edilmek üzere kavanozların kapakları açılarak işlem için uygun kapaklar takılır. Hazırlanan örneklere takılan kapaklar üzerindeki deliklerden termocouple yerleştirildi.( sistemin tam ortasında, alta değmeyecek şekilde ve dik olarak yerleştirilmesi gerekir.) Termocouple -18 C ye geldiğinde veri kaydetme kesilir. Ticari olarak gıda -18 C de donduğu kabul edilir.
Örnekler şu sıra ile analiz edildi ve derin dondurucuya yerleştirildi: mo: saf su m1: meyve suyu m2: sakkaroz m3: glikoz m4: tuzlu su m5: kıyma DONMA NOKTASI DEĞİŞMELERİ: %30luk sakkarozda donma noktası alçalması: MA:342gr /mol n=30gr =0.088mol 342gr/mol Molalite=0.088mol =1.257 m 70 gr 1kg/1000gr ΔTf = Kf m ΔTf=(-1.86 C/m) 1.257 m=-2.34 C saf suya göre donma noktası düşmüştür. %30luk glikozda donma noktası alçalması: MA=180 gr /mol n=32.73/180=0.182mol m=0.182/0.06727=2.71m ΔTf=(-1.86 C/m) 2.71=-5.071 C saf suya göre donma noktası düşmüştür. %10luk NaCl donma noktası alçalması: MA=46.5 gr /mol n=10/46.5=0.215mol NaCl -> Na + + Cl - diye ayrışır. 0.215 0.215 0.215 m=0.43/0.09=4.7m ΔTf=(-1.86 C/m) 4,7=-8.8 C saf suya göre donma noktası düşmüştür. Saf su grafiğiyle diğer grafiklerin karşılaştırılması 1. Tuzlu su grafiğiyle karşılaştırılması Saf su grafiğinde içinde çözünen madde bulunmadığından dolayı hal değiştirme zamanı uzun ve orantılı olarak ilerler. Tuzlu su grafiğinde ise ortamda Na + ve Cl - iyonlarına ayrıldığı için sıfırın altına doğru donma noktası kaymaktadır. 2. %30luk sakkaroz (sükroz) grafiğiyle karşılaştırılması Katılan sakarozun molekül ağırlığına bağlı olarak donma noktasını sıfırın altına düşmüştür. Su içinde sakkaroz iyonlarına ayrışmaz. 3. %30luk glikoz grafiğiyle karşılaştırılması Sakaroz için söylenen bütün her şey aynıdır. Tek farklılık donma noktasının sakkarozunkinden daha düşük olmasıdır. Buda molekül ağırlığıyla alakalıdır.(molekül ağırlığı küçük olanın donma noktası düşük olur.) 4. Meyve suyu grafiğiyle karşılaştırılması İçinde çözünebilir ve çözünemeyen madde içermesinden dolayı donma noktası sıfırın altında bir değer almaktadır. 5. Kıyma grafiğiyle karşılaştırılması Kıyma içerisinde bulunan serbest suda maddelerin çözünebilir veya çözünemeyen formda bulunması donma noktasını sıfırın altında bir değere taşımaktadır. Gıda da ne kadar çözünebilir faz fazla ise donma noktası o kadar düşüktür. Bütün örneklerde donma gerçekleştikten sonra gıdanın sıcaklığı ortam sıcaklığına doğru kayma gözlenmektedir.
PLANCK EŞİTLİĞİ Plank eşitliği nedir? Donma noktası tespitinde nasıl kullanılır? Planck eşitliği tf= ρhl [ P.L + R.L2 ] Tf -T nc λd tf: donma süresi, saniye ρ: dondurulan gıdanın yoğunluğu, kg/m 3 HL: donma gizli ısısı, j/kg Tf: donma başlangıç sıcaklığı, C T : dondurucu ortamın sıcaklığı, C L: dondurulan gıdanın kalınlığı, m(küre veya silindir şeklindeki materyallerde çap, dilimde ise kalınlık) nc: yüzey ısı transfer katsayısı, (konvektiv) Wm -3 C -1 λd: donmuş gıdanın ısı iletkenlik katsayısı, Wm -1 C -1 P ve R: dondurulan gıdanın geometrik şekline bağlı katsayılar Planck eşitliği ile hesaplanan donma süresi, materyalin donma başlangıç sıcaklığına eriştiği andan sonra geçen süreyi kapsamaktadır. Bundan dolayı dondurulacak materyalin dondurucuya girdiği andaki sıcaklıktan, donma başlangıç sıcaklığına kadar geçen soğuma süresi, hesaplama dışında kalmaktadır. Diğer taraftan, Planck eşitliği ile hesaplan donma süresi sonunda, materyalin hangi sıcaklığa inmiş olduğu belirsizdir.