GIDALARIN SORPSİYON ÖZELLİKLERİ

DERS-13

Gıdaların sorpsiyon izotermleri

Gıdalar sıcaklığı ve nemi sabit olan bir ortamda bekletildiklerinde nem alır ya da nem verirler.

Bir süre sonra, gıdanın nem içeriği bulunduğu ortamınkiyle dengeye ulaşır.

– Maddenin nem miktarı sabit kalır- Denge nem miktarı (g nem/ g kurumadde ya da g nem/ 100 g kuru madde)

– Maddeyi çevreleyen ortamın nemi bağıl nemdir.

Denge nem miktarı ortamın sıcaklığında bağlı olarak
değişmektedir.

Denge nem miktarı ile ortamın bağıl nemi grafiğe işlendiğinde sorpsiyon izotermi elde edilir.

Adsorpsiyon izotermi: kuru bir maddenin nem kazanarak dengeye ulaşması sonucu elde edilen izoterm.

Desorpsiyon izotermi: nemli bir maddenin nem kaybederek dengeye ulaşması sonucu elde edilen izoterm.

Sorpsiyon izotermi

Zon-1: 0-0,25 aw aralığıdır. Su tek sıra molekül tabakası halinde bulunur. Yapıya en sıkı bağlı sudur. -40oC’de dahi donmaz.

Zon-2: 0,25-0,80 aw aralığıdır. Su çoklu tabaka suyu olarak adlandırılır. Büyük bir kısmı -40oC’de donmaz.

Zon-3: Dokulararası gözeneklerde ve kılcallarda yoğunlaşmış sudur. Serbest su gibi düşünülebilir. Nem
oranı yüksek gıdalardaki suyun ~%95’’ten fazlasını bu su
oluşturur.

Histeresis

Aynı su aktivitesi değerlerinde desorpsiyon yoluyla ulaşılan denge nem miktarı, adsorpsiyonla ulaşılana göre daha yüksektir.

Desorpsiyon ve adsorpsiyon eğrilerinin çakışmaması durumuna “histeresis” denir.

…

Kaynak: https://acikders.ankara.edu.tr/pluginfile.php/15138/mod_resource/content/0/DERS-13.pdf

Kurutma; gıda maddelerindeki serbest suyun gıdanın özelliğini önemli ölçüde kaybetmeyeceği bir düzeye kadar uzaklaştırılması işlemidir. Serbest suyun uzaklaştırılması ile gıdanın su aktivitesi (aw) değeri düşer ve gıda gıda maddesi mikroorganizmalara karşı dayanıklılık kazanır. Ancak serbest suyun tamamının uzaklaştırılması mümkün değildir. Çünkü kolloidal maddeler ve şekerler serbest suyu bağlama özelliğine sahiptir. 1 2 Kurutma İşleminin Yararları Gıda maddelerinin kurutulmasında; • Güneşte kurutma • Yapay kurutma (Başka kaynaklardan elde edilen ısı ile) 1. Kurumaya bağlı olarak ağırlıktaki azalma taşımada tasarruf sağlar Isının taşınması yöntemine göre kurutma; 2. Ürünün uzun süre (oda sıcaklığında) depolanmasını 1. Konveksiyon kurutma (Sıcak hava kurutma tekniği) sağlar v Tünel kurutucular v Akışkan yatak kurutucular 3. Kurutulmuş çeşitli bitkisel ve hayvansal ürünler birçok v Püskürterek kurutucular gıdanın üretiminde hammadde olarak kullanılabilir (Unlu 2. Kontakt kurutma (Sıcak yüzey temasıyla, Hareketli/Hareketsiz) mamuller, hazır çorba, süt tozu, bebek mamaları vb.) v Valsli (silindirik kurutucular) 3. Radyasyon kurutma (Mikrodalga, İnfrared) 3 4 SU AKTİVİTESİ: gıdadaki suyun buhar basıncının aynı sıcaklıktaki saf suyun buhar basıncına oranıdır. Su aktivitesi değeri çözünmüş maddelerin niteliğine ve miktarına bağlı olarak değişmektedir p Bağıl nem (H ) a = = R Gıdalarda a <1 w w po 100 a : Su aktivitesi w Su aktivitesi değerinin deneysel yolla saptanmasında p: Gıdanın su buharı basıncı (mm Hg, atm, Pa, …) p : Gıda ile aynı sıcaklıktaki saf suyun buhar basıncı (mm Hg, atm, Pa, …) uygulanan yöntemler; o 1. Gravimetrik yöntem 2. Higrometrik yöntem Bir gıdanın su aktivitesi, o gıdadaki suyun mikroorganizmalar için yararlanabilirlik ölçüsüdür. Gıdaların ve diğer doğal ürünlerin fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri üzerinde de su aktivitesi etkilidir.

Sorpsiyon İzotermi Gıdalardaki Su : Gıdaların fiziksel, kimyasal, biyokimyasal ve mikrobiyolojik q Serbest Su (Porlarda ve ara boşluklarda) stabilitesini etkileyen faktörler “nem sorpsiyon izotermi” ile q Adsorbe Edilmiş Su (Bazı makromoleküllerin belirlenir (Gıdanın içerdiği su oranı ile su aktivitesi arasındaki ilişki) – nişasta, protein, pektin– yüzeylerinde adsorbe edilmiş halde) Gıdaların “Sorpsiyon İzotermi”, ‘’gıda maddesinin adsorbe ettiği su q Bağlı Su (Çeşitli bileşiklere bağlanmış halde) miktarının, kendisini çevreleyen atmosferin bağıl neminin fonksiyonu bulunur. olarak düzenlenmiş grafik” olarak tanımlanmaktadır. 1. Adsorpsiyon izotermi 2. Desorpsiyon izotermi 1.Adsorpsiyon izotermi: Teorik olarak tam kurutulmuş bir gıda bağıl nemi sabit tutulan bir atmosfer altında denge oluşana kadar bekletilir ve bu sürede gıdanın kazanmış olduğu nem nedeniyle artmış olan ağırlık saptanır (denge su içeriği). Böylece “çevrenin bağıl nemi” ve buna karşı gelen “gıdanın denge su içeriği” elde edilmiştir. Bu işlem aynı sıcaklıkta ve fakat bağıl nem gittikçe artan ortamlarda yürütülünce çok sayıda veri elde edilebilir. Bu verilerin bir grafiğe işlenmesiyle, o gıdanın o sıcaklıktaki “adsorpsiyon izotermi” saptanmış olur 2. Desorpsiyon izotermi: Adsorpsiyon izoterminde yapılan işlemler bu defa yaş bir gıdanın, sabit sıcaklıkta ve fakat bağıl nemi gittikçe azalan atmosferde tutulması şeklinde yürütülür. Bu defa gıdanın su kaybetmesi nedeniyle ağırlığının azalır. Elde edilen veriler bir grafiğe işlenirse, bu takdirde aynı materyalin “desorpsiyon izotermi” saptanmış olur. 9 10 KURUTMA TEKNOLOJİSİ KURUTMA TEKNOLOJİSİ Su Aktivitesinin Gıdaların Bozulması ile İlişkisi Lipit Oksidasyonu Genellikle aw=0.6’nın altında tüm mikroorganizmaların ) Hidrolitik ı n Reaksiyon a faaliyetlerinin sona erdiği kabul edilmektedir. r i O ( ğ ı i z r Bakteriler a =0.90 ı e w H ç İ n m Mayalar a =0.85 o e y Nem w i N s İçeriği k Küfler a =0.70-0.75 (kserofilik küfler 0.65) a w e R Su akivitesi; mikroorganizmaların çoğalma ve faaliyetleri Enzimatik üzerinde, metabolit üretme yetenekleri üzerinde (toksin), Olmayan Enzim Aktivitesi Esmerleşme çeşitli reaksiyonların hızları üzerinde rol oynar. 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Su Aktivitesi (aw)

Başlangıç Sıcaklığı Kuruma Hızı Kurutulan ürünlerin belirli bir nem düzeyine eriştikten sonra (Kritik Δ t k ı l Nem) kurumaları gittikçe zorlaşır ve kuruma süresi uzar. k a c ı Δ t e S Ekzost Sıcaklığı l / t Birçok gıda maddesinin kritik nemi; gıdanın %58-65 bağıl nemli hava ı ü z K ı H ile dengeye eriştiği zaman, içerdiği su miktarına eşittir a m Ekzost Sıcaklığı u r u Kuruma Kuruma olayında, gıda maddelerinde serbest suyun uzaklaştığı K Ürün Eğrisi dönem “sabit kuruma hızı dönemi” adı verilir. Bu dönem boyunca, Sıcaklığı birim zamanda uzaklaşan su miktarı sabit kalmaktadır. % Nem Kuruma hızının düştüğü ve kalan suyu gıda maddesine bağlayan Başlangıç Sabit Kuruma Azalan Kuruma gücün arttığı dönem de “azalan kuruma hızı dönemi” denir Dönemi Hızı Dönemi Hızı Dönemi Süre 13 14 KURUTMA TEKNOLOJİSİ KURUTMA TEKNOLOJİSİ Kuruma Hızına Etki Eden Etmenler Kurutmada Meydana Gelen Başlıca Değişimler 1. Gıda maddesinin bileşimi (Çözünmüş madde içeriği yüksek olan q Fiziksel Değişimler ürünler ve emülsiyonlar daha geç kurur) 2. Havanın sıcaklık derecesi (kurutucu havanın kuru ve ıslak 1) Bölgesel kuru madde birikimi (çözünmüş bileşenlerin su ile sıcaklıkları arasındaki fark ↑ kuruma hızı ↑) hareketi) 3. Havanın nemi 2) Kabuk bağlama (yüksek sıcaklık uygulaması; şeker içeriğinin yüksek olması) 4. Havanın kurutucudaki hızı (Hava hızı ↑ kuruma hızı ↑) 3) Kitle yoğunluğunda değişim (KY ↓; rehidrasyon kapasitesi ↑) 5. Geometrik düzenleme (maksimum yüzey alanı) 4) Kurutulmuş ürünün rehidrasyon yeteneği (ya da toz a) Parça iriliği ürünlerde instant özelliği)– kurutma yöntemi ve koşulları, b) Parça şekli (bütün, doğranmış vb.) rehidrasyon koşulları: süre ve sıcaklık c) Yığın kalınlığı (eşit, düzgün ve ince) 15 16 MEYVE VE SEBZELERİN KURUTULMALARI q Kimyasal ve Diğer Değişimler Ön işlemler: 1) Renkteki değişimler (Esmerleşme, Sararma, Karamelizasyon, – SO2 uygulaması) Ayıklama 2) Lezzetteki değişimler Sınıflandırma 3) Tekstürdeki değişimler Yıkama 4) Viskozitedeki değişimler Kabuk Soyma 5) Beslenme değerindeki değişimler (konsantre ürün Bölme / Dilimleme / Doğrama olduğundan besin değeri artar, ancak A, C, B1 vitamini ve Çekirdek Çıkarma karoten kaybı vb. görülür) Haşlama (Elma) 6) Depolama stabilitesindeki değişimler (hammadde yükü, Kükürtleme (Elma, Kayısı, Şeftali, Üzüm) hijyenik koşullar) Alkali Çözelti İçerisine Daldırma-Bandırma (Erik, Üzüm)

Kükürtleme Kükürt dioksit (SO ) enzimatik ve enzimatik olmayan 2 Kurutulacak meyveler genellikle haşlanmadığından, enzimler esmerleşmenin önlenmesinde ve mikrobiyolojik bozulmalara aktif kalmakta ve kurutma sıcaklığı çoğu kez bunları inaktif karşı direnci arttırmada yaygın olarak kullanılan bir maddedir. hale getirememektedir. Bunun sonucunda meyvelerde ön işlemler sırasında ya da kurutma işleminin başlangıcında hatta Kurutma teknolojisinde kükürtleme işlemi; depolama sırasında; • Kurutmadan önce (Kayısı, Şeftali, Armut) v Renk esmerleşmeleri • Kurutma sırasında (Elma) • Kurutmadan sonra (Üzüm) • Enzimatik Esmerleşmeler • Enzimatik Olmayan Esmerleşmeler (Maillard Reaksiyonu) yapılabilmektedir. 19 20 KURUTMA TEKNOLOJİSİ KURUTMA TEKNOLOJİSİ SO2 meyveye; Ürün tarafından tutulan SO miktarı üzerinde etkili • SO2 gazı (kerevetlerde, islim odası / kükürtleme odası) 2 olan etmenler; • Sülfit ve Bisülfit tuzları çözeltisi olarak başlıca 2 şekilde uygulanır. § Ürün cinsi § Olgunluk düzeyi SO2 gazı: Kükürt yakılarak SO2 gazı oluşturulur (%2). Kükürde %3 § KM içeriği sodyum nitrat eklenirse yanma kolaylaşır, oluşan SO2 gazı iki § Parça iriliği katına çıkar. § Kükürtleme süresi Sülfit ve Bisülfit tuzları çözeltisi; meyveler bu çözeltiye daldırılır veya çözelti meyve üzerine püskürtülür. § Kükürtleme sıcaklığı • Çözelti uygulamasında SO2 derine kadar sızamamakta § Kükürtleme odasındaki SO2 konsantrasyonu • Çözeltiye daldırılan meyvenin SÇKM’de kayıp olmakta 21 22 KURUTMA TEKNOLOJİSİ KURUTMA TEKNOLOJİSİ Bandırma Kurumanın hızlandırılması amacıyla, meyve kabuğu üzeri ABD’de; mum tabakası ile kaplı meyvelerde (üzüm, vişne, erik, o %0.2-0.3’lük NaOH, 93 C, 1-5 sn elma,armut) bu tabakanın uzaklaştırılması amacıyla alkali o Na CO çözeltisi + yağ, 35-37 C, 30-60 sn 2 3 banyosuna daldırılması işlemine “bandırma” adı verilir. Avusturalya’da; Bandırma çözeltilerinin hazırlanmasında; sıcak bandırma: %0.3 NaOH + %0.5 K CO + %0.4 yağ, 2 3 § Odun külü ve zeytinyağından hazırlanan çözeltiler o 80 C, 2-3 sn § K CO , Na CO 2 3 2 3 soğuk bandırma: %5 K CO + %0.4 yağ, 1-4 dk 2 3 § NaOH § Sürfektanlar (etil oleat vb.)

KURUTMA SİSTEMLERİ Katı Gıdaların Kurutulmasında Kullanılan Kurutucular Ülkemizde; 1) Kabin Kurutucular 2) Tünel Kurutucular K CO (%70 K CO + %30 potasyum tuzları) + %0.5 3) Konveyör Kurutucular 2 3 2 3 zeytinyağı içerisine daldırma ve ardından sergi 4) Akışkan Yatak Kurutucular 5) Sandık Kurutucular üzerinde güneşte kurutma uygulanır. Kurutma Akışkan Gıdaların Kurutulmasında Kullanılan Kurutucular sırasında ürün üzerine 2-3 defa çözeltiden 6) Püskürtmeli Kurutucular püskürtülür ve nem oranı %12-18 oluncaya kadar 7) Valsli (Silindirik) Kurutucular 8) Köpük Kurutucular kurutulur Hem Katı Hem Akışkan Gıdaların Kurutulmasında Kullanılan Kurutucular 9) Vakumlu Kurutucular 10)Kuruttuktan sonra dondurma 11)Puf yapı kazandıraran kurutucular 12)Dondurarak Kurutma 25 26 KURUTMA TEKNOLOJİSİ KURUTMA TEKNOLOJİSİ Kabin Kurutucular Tünel Kurutucular Kurutulacak ürün, alt tarafı ızgara şeklinde kerevetlere yerleştirilir. Kabin kurutuculardan farkı kerevet istiflerinden oluşan arabalar bir tünel boyunca Kerevetler üst üste istiflenerek bir ray üzerinde hareket eder. vagon haline getirilir. Kurutma Eğer arabalarda sıcak hava aynı yönde hareket ederse “paralel akış tüneli” , sıcak kabinlerine alınır. Sıcak hava yan hava ile arabaların hareketi birbirine zıt yönde ise “zıt akış tüneli” denir. duvarlardan girerek kerevetler arasından geçer. Sonra yine yan duvarlardan kabin dışına çıkarak ısıtıcıya ulaşılır. Tünel kurutucuların kapasitesi 5-15 araba alacak büyüklükte olup Kabin kurutucular bir kaç ton kapasitelidir. Isıtıcı kapasitesi 12000-16000 kcal/ tünel 20 m 2 m sa, hava hızı 2,5-5 m/sn . Kurutma süresi 10-20 saat kadardır. uzunluğundadır. 1 m2 kerevet alanına Kabin Kurutuculardaki Sorunlar 10 kg ürün konabilir. • Kerevetler üzeride her yerde aynı kurutma hızının sağlanamamasıdır • Sıcak havanın kurutma hücresine ilk girdiği taraftaki ürün diğer taraftakilerine göre daha hızlı kurur (fan) 27 28 KURUTMA TEKNOLOJİSİ Konveyör Kurutucular Paslanmaz çelikten yapılmış elek şeklindeki bir bantla taşınan ürüne, alttan veya üstten hava verilmektedir. Ürün konveyör kurutucuda 2-3 saat kalır. İlke olarak nem oranı %10-15’e düşünce konveyör kurutucudan alınıp sonra sandık kurutucularda son nem oranına kadar kurutulur. Eni 2.5 m, boyu 25 m olan bir konveyör kurutucuda günde 35 ton yaş ürün kurutulabilir. Ürün kalınlığı 7-15 cm şeklinde yayılır.

Sandık Kurutucular Akışkan Yatak Kurutucular Özelikle sebzelerde kurumanın son aşamasında kullanılan sistemlerdir. Tekne şeklindeki bantlı kurutucuların geliştirilmiş tipi olup, tekne içinde Ana kurutucuda (tünel ya da konveyör) kurutulmuş ürün bir sandığa kurumakta olan materyal devamlı olarak hareket halinde kalır. Böylelikle doldurulup alttan ılık, kuru hava verilerek son nem içeriğine kurutulur. parçacıklar hızla kururlar. Kurutularak ürün alttan yüksek bir hızla verilen sıcak hava ile askıda kalır. Kurutmanın son aşaması olduğu için suyun uzaklaşması zorlaşır. Ayrıca, ürün belli bir neme kurutulmuş olduğundan sıcaklığa duyarlıdır, bu Hızlı bir kurumanın sağlandığı bu aşamada düşük sıcaklık (40-45°C) kullanılmalıdır. Dolayısıyla kuruma kurutucularda, tahıllar, bezelye ve süresi uzundur (~30 sa). diğer parça halindeki sebzeler başarı ile kurutulabilmektedir. Eni 1 m, uzunluğu 2-2,5 m, yüksekliği 1,5-2 m olan sandıklar Meyveler öz suyunu vererek -sabit birbirlerine yapışıp bir kitle halinde -hareketli olacağı için, bu sistem meyve kurutmaya elverişli değildir. -kontinü (yavaş hareketli bant sistemi) 31 32 KURUTMA TEKNOLOJİSİ Valsli (Silindirik) Kurutucular Bu kurutucularda ilke içten ısıtılan bir silindirin (vals) sıcak yüzeyine ince bir tabak halinde yayılan sıvı veya lapa halindeki gıdanın silindirin dönüşü sırasında yüzeyde kuruması ve buradan kazınıp alınmasıdır. Isıtma buhar, sıcak su veya ısı iletimi yüksek bir sıvı ile yapılır. Tek valsli kurutucularda vals hafifçe, kurutulacak sıvıya değmekte olup, vals üzerinde ince bir film bu yolla oluşmaktadır. Çift valsli kurutucularda ise, paralel iki vals birbirlerine doğru dönerler. Besleme yukarıdan yada aşağıdan yapılır. 33 34 KURUTMA TEKNOLOJİSİ KURUTMA TEKNOLOJİSİ Valsli kurutucular; • kurutma hızı yüksek, ısı kullanım yönünden ekonomiktir. • sadece ısıya dayanıklı olan akışkan gıdalara uygulanır (süt, patates püresi, hazır çorbalar, bebek mamaları, …). Valsli kurutucularda dikkat edilmesi gereken özellikler; • Hammaddenin özellikleri • Silindir yüzeylerin konumu • Kazıyıcının konumu • Silindirlerin devir hızı (Yanmayı engellemeli) • Silindir üzerinde tutulan ürünün kalınlığı

Spreyli (Püskürtmeli) Kurutucular Püskürterek kurutmada ilke, kurutulacak ürünün atomize edilmesi ile son derece geniş bir yüzey kazandırılması ve böylece sıcak hava içinde hızlı bir kuruma sağlanmasıdır. • sıvı veya viskositesi düşük ezme ve püre halindeki ürünlere uygulanır. • Kurutma hızı yüksektir ve elde edilen ürün toz halindedir (10-200 m) • Kuruma süresi 1-10 sn’dir. • Yanma meydana gelmez ve elde edilen ürünün kalitesi yüksektir. 37 38 KURUTMA TEKNOLOJİSİ KURUTMA TEKNOLOJİSİ Köpük Kurutucular Dondurarak Kurutma “Liyofilizasyon (=freze drying)” Sıvı ve püre halindeki gıdalar köpük haline getirilerek kolayca kurutulur. Sıvıyı, köpük haline getirmekle yüzeyi arttığından su buharının uzaklaşması hızlanmaktadır. Bu yöntemle kurutulacak ürün önce dondurulmakta ve böylece gıdadaki Önce sıvı ürün stabil bir köpük su bulunduğu yerde buz halinde bağlanmakta, daha sonra buz uygun haline getirilir, daha sonra elde koşular altında sublime edilmektedir. edilen köpük kurutulur. • Isıya duyarlı ürünlerin kurutulmasında kullanılır. Böylece kaliteli ürünler elde edilebilir. Doğal yapısı köpük oluşturucu ürünler (yumurta, et, süt) • Dondurarak kurutulmuş ürünlerin aroma ve beslenme değeri çok dışındaki diğer gıdalarda köpük yüksektir. oluşturucu katkı maddeleri kullanılabilir (soya proteini, • Ürünün şeklinde ve boyutlarında bir değişme olmaz. emülgatörler, gamlar vb.) • Dondurarak kurutulmuş ürünün rehidrasyon yeteneği fazladır. Bu yöntemle kurutulan Dondurarak kurutmada karşılaşılan olumsuzluklar; kırılganlık ürünlerin kalitesi, dondurarak kazandırması ve ambalajlama, depolama ve taşımada ekonomik açıdan kurutulan yada vakumla olumsuzluklara neden olur. kurutulan ürünlere yakındır. 39 40 KURUTMA TEKNOLOJİSİ KURUTMA TEKNOLOJİSİ GÜNEŞTE KURUTMA • Güneşte kurutulan meyvelerin bazı özellikleri Güneş enerjisinden yararlanarak açık havada yapılan kurutma işlemidir. Güneşte kurutma ürün çeşidine göre 5–20 günde tamamlanmaktadır. Ürün, özelliğine bağlı olarak toprak, beton, branda veya temiz bezlere serilerek kurutulur. Güneşte kurutma ürünün yapısında ve besin değerinde olumsuzluklara yol açabilmektedir.

…