Bandırılmış çekirdeksiz üzümün farklı kuruma evrelerindeki difüzyon katsayısının belirlenmesi
Küçük Resim Yok
Tarih
1992
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Ege Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/closedAccess
Özet
ÖZET Nem difüzyonu tarım ürünlerinin ve gıdaların işlenmesinde; örneğin kurutulması, sulandırılması ve depolanmasında önemli bir özelliktir. Gıdaların, çok kompleks bir fiziksel yapı ve kimyasal niteliğe sahip olmalarından dolayı her ürün için difüzivitenin (difüzyon katsayısının) deneysel olarak ölçülmesi gerekmektedir. Kuru üzüm, Türkiye'nin dış ticaretinde önemli bir yere sahiptir, Doğal koşullarda ve açık havada yapılan kurutma belirli oranlarda kayıplara ve kalitenin düşmesine neden olmakta, aynı zamanda temizlik bakımından da bazı sakıncalar taşımaktadır. Kontrollü koşullar altında yapılacak kurutma bu sakıncaları büyük oranda ortadan kaldırabilecektir. Bu çalışmanın amacı, belirli koşullar altında (60 °C hava sıcaklığı ve 2 m/s hava hızı) kurutulmuş üzümün, kuruma verilerinden yararlanarak efectif difüzivitesinin tahmin edilmesidir. Kurutma denemelerinde kullanılan Yuvarlak çekirdeksiz üzümler Turgutlu ilçesinin Avşar köyünden alınmıştır. Üzüm taneleri kurutucuya alınmadan önce %5 K2CO3 ve %0,5 zeytin yağından oluşan alkalik bandırma çözeltisine bandırılmıştır. Üzüm örnekleri, hava sıcaklığı ve hızının kontroluna olanak veren deney düzeninde, tek tabaka halinde kurutulmuştur. Kuruma süresince üzümlerin ağırlığı, deneme düzeninin altına yerleştirilmiş duyarlığı +0.01 gr olan dijital tip bir elektronik terazi ile ölçülmüştür. Deneme süresince üzümlerin ağırlığı sürekli kaydedilmiştir. Havanın kuru termometre sıcaklığı +0,1 duyarlıkta ölçüm yapabilen elektronik bir termometre ile ölçülmüştür. Deneme süresince hava sıcaklığı 60 °C'da ( + 0,5 ) sabit kalmıştır. Kuru üzümlerin nem oranı vakumlu etüvde 100 mmhg basınç ve 70 °C sıcaklıkta 24 saat bekleterek belirlenmiştir. Kurumanın başlangıcında örneklerin nem oranı 3,00 kg su / kg kuru madde (%75 yaş baz) olarak belirlenmiştir. Her örneğin 46kuru madde ağırlığı kurumanın değişik aralıklarında kuru baza göre (kg su / kg kuru madde) nem oranının ( X ) hesaplanması için kullanılmıştır. Kuruma sırasında üzümlerin hacmini ölçmek amacıyla örnekleri saf suya bandırarak hacim artışının ölçülmesi yöntemi kullanılmıştır. Belli aralıklarda 60 °C'da kurumakta olan üzüm örneklerinden 6 tanesi kurutucudan çıkarılıp, saf suya bandırma yöntemiyle hacimleri ölçülmüştür. Elips biçimli üzüm örnekleri yaklaşık küre kabul edilerek, kürenin eşdeğer yarıçapı re = (öv/ji)1'3 /2 formülü yardımıyla hesaplanmıştır. Tahminen yüksek şeker oranından dolayı kuruma tamamen azalan hızla kuruma evresinde gerçekleşmiştir ve kurumanın başlangıcında sabit hızla kuruma evresine rastlanmamıştır. Kuruma verilerinin analizinde, kararsız durum difüzyon eşitliğini uygulayabilmek açısından, ayrılabilir nem oranı (W = X - Xe / X0 - Xe) zamana karşı yarı logaritmik bir grafik kağıdında çizilmiştir. Burada, X0 azalan hızla kuruma evresinin başlangıcındaki dolayısıyla bu çalışmada kuruma başlangıcındaki nem oranı; X, t anındaki nem oranı, Xe ise üzümün denge nemini göstermektedir. Nem oranının 3,00'den 0,2'ye (kuru baz) düşmesiyle üzüm örneklerinin eşdeğer yarıçapı 6,8 mm'den 4,2 mm'ye azalmaktadır. Küre için yazılmış kararsız durum Fick eşitliğinin 8x/8t = (l/r2)(ö/6t) [r2D(X) 5x/8r] (1) \ 1 aşağıdaki varsayımlar doğrultusunda analitik çözümüyle, kuruma verilerinden efektif difüzivite tahmin edilmiştir. Bu varsayımlar : 1. Difüzivitenin sabit olması, 2. Ürünün içindeki nem dağılımının uniform olması, 3. Ürünün yüzeyindeki nemin, ürünün denge nemine eşit olması, 474. Ürünün merkezinde dX / dr = O olması, dolayısıyla simetrik radyal bir difüzyonun meydana gelmesidir. Yukarıdaki varsayımlar doğrultusunda 1 numaralı eşitliğin integrasyonundan aşağıdaki eşitlik elde edilir. W = X-Xe/Xo-Xe = 6/n22 n/n2)exp[-n2^Dt/r2] (2) Bu serinin ilk terimini ele alırsak, sonuç aşağıdaki şekilde yazılabilir. W = 6/jt2exp(-jt2Dt/r2) (3) Bu denklem kullanılarak, azalan hızla kuruma evresi ve W < 0.6 için difüzivite bulunmuştur. Yarı logaritmik bir grafik kağıdına farklı W değerleri için Dt/r 2 'nin değişimi çizilmiş ve teorik difüzyon eğrisi elde edilmiştir. Yine yarı logaritmik bir grafik kağıdında W ve t'nin değerleri karşılıklı olarak çizilerek ve deneysel difüzyon eğrisi elde edilmiştir. Efektif difüzivite deneysel eğrinin eğimi (S dny) ve teorik eğrinin eğiminin (Sfeo) oranından elde edilen aşağıdaki eşitlikten bulunmuştur. D = (Sdny/Sfeo)xr2 (4) Deney sonuçlarından elde edilen değerler, efektif difüzivitenin, nem oranının azalmasıyla yükseldiğini, ancak belirli bir maksimum değerden sonra nemin azalmasıyla azaldığını göstermiştir. Nem oranın 1,78'den 0,56'ya inmesiyle (kuru baz) efektif difüzivite değeri 1,09 x 10-'°m2 / s 'den 1.81 x 10-10 m2 / s'ye yükselmiştir ve nem oranının 0,56 olduğu noktada maksimum değerine ulaşmıştır. Bu noktadan itibaren nemin azalmasıyla difüzyon katsayısında hızlı bir azalma meydana gelmiştir. 48
SUMMARY Moisture diffusivity is an important property in food and agricultural processing operations such as drying, rehydration and storage. Due to the complex chemical composition and physical structure of foods, experimental measurement of the diffusivity (diffusion coefficient) becomes necessary for each food products. Dried raisins, is a very important product in Turkish export. In general, seedless grapes are dried by the traditional sun drying process. However, this process has several disadvantages, such as long drying times, contamination of the product and product losses due to adverse weather conditions. The drying which made in controlled conditions would prevent these problems. The aim of this research was \o estimate the effective diffusivity from drying data of raisins under fixed drying conditions. (60 °C air temperature and 2 m/s air velocity) Ripe Seedless grapes from Avshar country of Turgutlu of Turkey were used in the drying experiments. The grape berries were pretreated in alkali solution of %5 K2C03 and %0,5 Olive Oil. Sample of grape berries, were dried as a single layer in a laboratory air dryer, operating at controlled air temperature and velocity. The weight of the grapes during drying was measured with an elektronic balance with ±0,01 gr accuracy, placed under the drying chamber. The weight of the samples was recorded continuosly during drying. The dry bulb temperature of the air was measured with an 49elektronic termometer with +0,1 °C accuracy. The air temperature was constant at 60 °C (±0,5). The moisture content of the dried raisins was determined by the vacuum oven method at pressure of 100 mmHg and 70 °C for 24 hours. The dry solids of each sample were used to calculate the moisture content (x) on dry basis (kg water / kg dry solids ) at various time intervals of drying: The initial moisture content of the grapes was about 3,00 kg water / kg dry solids. (%75 moisture on wet basis) A sample of grape berries, was dried at 60 °C, and at certain time intervals samples of 6 berries were removed from dryer and their volume was measured by displacement. Assuming that the ellipsoid shape of the berries can be approximated with spheres of equivalent radius re was calculated using the formula r6 = (6v/jt)"V2. The samples, dried entirely in the falling rate period. No constant rate period was detected at the beginning of the drying process, persumably due to the high sugar content of the rape grapes. In the analysis of drying data, the fractional moisture content (W=X-Xe/X0-Xe) is plotted vrs. the time on semilog paper in order to test the applicability of the unsteady-state diffusion equation. X0 is the mean moisture content at the beginning of the falling rate period, which here coinsides with the initial moisture content of the sample. X is the mean moisture content at drying time ( t ), and Xe is the equilibrium moisture content. Equivalent radius of the grape berries decreased from 6,8 mm\ to 4,2 mm as the moisture content was reduced from 3,00 to 0,2 kg water/kg dry solids. Applying the unsteady - state Fick equation for spheres : öx/öt^(l/r2)(S/ör) [r2D(X) 8x/Ör] (1) 50Equation (1) can be solved analytically if the following conditions are applicable. 1. Constant diffusivity, 2. Uniform initial moisture content, 3. Surface moisture equal to the equilibrium moisture content (Xe). 4. dX /dr = 0 at the center of the sphere, i.e.symetrical radyal diffusiyon. According to the above conditions integration of equation (1) gives : W = X-Xe/Xo-Xe = 6/jt22 (l/n2)exp[-n2ji2Dt/r2] (2) If we take the first term of the equation (2), we obtain the below equation W = 6/jr2exp(-jt2Dt/r2) (3) Using this equation the effective diffusivity was found in the falling rate period and for W < 0.6. The variation of Dt /r2 vrs.the Fractional moisture content (W) was plotted on semilog paper and theorical curve for diffusiyon was obtained. Experimental curve was obtained by plotting W vrs. t on semilog paper. The effective diffusivity at certain moisture content was estimated by the method of the slopes of the experimental and theorical drying curves from the following equation. D = (Sexp/Sm)r2 (4} The effective diffusivity of raisins at 60 °C was found to decrease from l.OvxlO"10 to l,81xl0"10 m2/s as the moisture content of the raisins decreased from 1 İ78 to 0,56 (dry basis). But a maximum of diffusivity was noticed at the range of 0,56 and below this range, the diffusivity decreased as the moisture content was decreased. 51
SUMMARY Moisture diffusivity is an important property in food and agricultural processing operations such as drying, rehydration and storage. Due to the complex chemical composition and physical structure of foods, experimental measurement of the diffusivity (diffusion coefficient) becomes necessary for each food products. Dried raisins, is a very important product in Turkish export. In general, seedless grapes are dried by the traditional sun drying process. However, this process has several disadvantages, such as long drying times, contamination of the product and product losses due to adverse weather conditions. The drying which made in controlled conditions would prevent these problems. The aim of this research was \o estimate the effective diffusivity from drying data of raisins under fixed drying conditions. (60 °C air temperature and 2 m/s air velocity) Ripe Seedless grapes from Avshar country of Turgutlu of Turkey were used in the drying experiments. The grape berries were pretreated in alkali solution of %5 K2C03 and %0,5 Olive Oil. Sample of grape berries, were dried as a single layer in a laboratory air dryer, operating at controlled air temperature and velocity. The weight of the grapes during drying was measured with an elektronic balance with ±0,01 gr accuracy, placed under the drying chamber. The weight of the samples was recorded continuosly during drying. The dry bulb temperature of the air was measured with an 49elektronic termometer with +0,1 °C accuracy. The air temperature was constant at 60 °C (±0,5). The moisture content of the dried raisins was determined by the vacuum oven method at pressure of 100 mmHg and 70 °C for 24 hours. The dry solids of each sample were used to calculate the moisture content (x) on dry basis (kg water / kg dry solids ) at various time intervals of drying: The initial moisture content of the grapes was about 3,00 kg water / kg dry solids. (%75 moisture on wet basis) A sample of grape berries, was dried at 60 °C, and at certain time intervals samples of 6 berries were removed from dryer and their volume was measured by displacement. Assuming that the ellipsoid shape of the berries can be approximated with spheres of equivalent radius re was calculated using the formula r6 = (6v/jt)"V2. The samples, dried entirely in the falling rate period. No constant rate period was detected at the beginning of the drying process, persumably due to the high sugar content of the rape grapes. In the analysis of drying data, the fractional moisture content (W=X-Xe/X0-Xe) is plotted vrs. the time on semilog paper in order to test the applicability of the unsteady-state diffusion equation. X0 is the mean moisture content at the beginning of the falling rate period, which here coinsides with the initial moisture content of the sample. X is the mean moisture content at drying time ( t ), and Xe is the equilibrium moisture content. Equivalent radius of the grape berries decreased from 6,8 mm\ to 4,2 mm as the moisture content was reduced from 3,00 to 0,2 kg water/kg dry solids. Applying the unsteady - state Fick equation for spheres : öx/öt^(l/r2)(S/ör) [r2D(X) 8x/Ör] (1) 50Equation (1) can be solved analytically if the following conditions are applicable. 1. Constant diffusivity, 2. Uniform initial moisture content, 3. Surface moisture equal to the equilibrium moisture content (Xe). 4. dX /dr = 0 at the center of the sphere, i.e.symetrical radyal diffusiyon. According to the above conditions integration of equation (1) gives : W = X-Xe/Xo-Xe = 6/jt22 (l/n2)exp[-n2ji2Dt/r2] (2) If we take the first term of the equation (2), we obtain the below equation W = 6/jr2exp(-jt2Dt/r2) (3) Using this equation the effective diffusivity was found in the falling rate period and for W < 0.6. The variation of Dt /r2 vrs.the Fractional moisture content (W) was plotted on semilog paper and theorical curve for diffusiyon was obtained. Experimental curve was obtained by plotting W vrs. t on semilog paper. The effective diffusivity at certain moisture content was estimated by the method of the slopes of the experimental and theorical drying curves from the following equation. D = (Sexp/Sm)r2 (4} The effective diffusivity of raisins at 60 °C was found to decrease from l.OvxlO"10 to l,81xl0"10 m2/s as the moisture content of the raisins decreased from 1 İ78 to 0,56 (dry basis). But a maximum of diffusivity was noticed at the range of 0,56 and below this range, the diffusivity decreased as the moisture content was decreased. 51
Açıklama
Bu tezin, veri tabanı üzerinden yayınlanma izni bulunmamaktadır. Yayınlanma izni olmayan tezlerin basılı kopyalarına Üniversite kütüphaneniz aracılığıyla (TÜBESS üzerinden) erişebilirsiniz.
Anahtar Kelimeler
Ziraat, Agriculture, Difüzyon, Diffusion, Kurutma havası, Drying air, Nem, Moisture, Çekirdeksiz üzüm, Seedless grape