Kahve ve süt içeren içeceklerin farklı endüstriyel üretim hatlarının sürdürülebilirlik analizleri ile incelenmesi

Bu tez çalışmasında, üç farklı içeceğin (tam yağlı süt, sade kahve ve sütlü kahve) karton aseptik, cam şişe ve teneke ambalajda endüstriyel ölçekte üretiminde hammaddeden ikincil ambalajlı nihai ürüne kadar tüm üretim hatları ve bireysel işlem aşamalarının performanslarının yenilikçi eksergo-ekonomik yaklaşım kullanılarak kapsamlı değerlendirmesi ile sürdürülebilirlik analizleri gerçekleştirilmiştir. En yüksek toplam ekserji verimliliği süt üretim hatları için elde edilirken (%52.57-55.90), en düşük toplam ekserji verimliliği sütlü kahve üretim hatları için elde edilmiştir (%47.39-48.67). En yüksek birim yıkım ekserji maliyetleri sütlü kahve üretimi için tespit edilmiştir; karton aseptik ambalaj üretim hattı için 72.52±0.03$/MJ, cam şişe ambalajda üretim hattı için 63.82±1.85$/MJ ve teneke ambalajda üretim hattı için 431.17±22.64$/MJ. Genel olarak en yüksek performans üç farklı ambalajda üretim hattı için de ısı ve kütle transfer kaybı olmadığı varsayılan depolama aşamalarında (%100) belirlenmiştir. En yüksek performansa sahip ikinci aşama ise genel olarak ısıl işlem aşamaları olarak tespit edilmiştir. Mekanik iş içeren seperasyon, homojenizasyon ve karıştırma aşamalarının ise ısıl işlem aşamalarına kıyasla daha düşük enerji ve ekserji verimine sahip olduğu belirlenmiştir. Sade kahve üretiminde en yüksek İP yüzdesi karton aseptik ambalajda üretimde %38, cam şişe ambalajda üretimde %44 ve teneke ambalajda üretimde %39 oranla "homojenizasyon / deaerasyon" aşaması olarak tespit edilmiştir. En düşük ürün maliyeti oranı (89.71±2.39 $/MJ) nedeniyle karton aseptik ambalaj hattında en uygun maliyetli elde edilen içecek sade kahve olarak belirlenmiştir. Cam şişede üretimin en yüksek çevresel etkiye sahip olduğu; sade kahvenin ise en düşük çevresel etkiye sahip olan içecek çeşidi olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışma, yenilikçi bir yaklaşımla gerçekçi veriler kullanarak üretim hatlarının kapsamlı performans değerlendirmesi açısından literatüre veri sağlamakta ve sürdürülebilir içecek üretimi için iyileştirme gereksinimlerine katkıda bulunmaktadır.

In this thesis, a comprehensive analysis of the performance analyses of industrial scale productions of three different beverages (whole milk, black coffee, and milk coffee) from raw materials to the final product with secondary packaging in carton aseptic, glass bottle and can packaging process lines and individual process steps were investigated using an innovative exergo-economic approach and sustainability analyses. The highest total exergy efficiency was obtained for whole milk processing lines (52.57-55.90%), while the lowest total exergy efficiency was obtained for milk coffee processing lines (47.39-48.67%). The highest unit exergy destruction cost was obtained for milk coffee; 72.52±0.03$/MJ for carton aseptic packaging, 63.82±1.85$/MJ for glass bottle packaging and 431.17±22.64$/MJ for can packaging. Generally, the highest performance was determined for the storing stages (100%), which assumed no heat and mass transfer loss for all three different packaging production lines. The second highest performance was found to be the heat treatment stages in general. Separation, homogenization and mixing stages, which involved mechanical work, had lower energy and exergy efficiency compared to the heat treatment stages. The highest percentage of IP in production lines was found to be the "homogenization / deaeration" stage with 38% for production in carton aseptic packaging process line, 44% for production in glass bottle packaging process line and 39% for production in can packaging process line. Black coffee was the most cost-effective process in the carton aseptic packaging line due to the lowest product cost ratio ($89.71±2.39/MJ). It was found that production in glass bottles had the highest environmental impact, while black coffee had the lowest environmental impact. This study contributes to the literature in terms of comprehensive performance evaluation of production lines using realistic data with an innovative approach and contributes to the improvement requirements for sustainable beverage production.