Özet:
Gıdaların kurutulması, gıda maddesinin içerdiği suyun bir kısmının uzaklaştırılması işlemidir. Gıda proseslerinde farklı tip gıdalar için çeşitli kurutma sistemleri kullanılmaktadır. Sıvı gıdalara uygulanan yöntem püskürterek kurutmadır.
Yapılan deney sonucunda işlem tüm veriminin %41.02, buharlaştırma veriminin %47,76 ve operasyon veriminin % 26,26 olduğu belirlenmiştir. Ayrıca sistemden kayıp olan enerjinin 74,89kj ve bu oranın tüm enerjinin %5,13 olduğu hesaplanmıştır.
Giriş ve literatür:
Laboratuar ortamında gerçekleştirilen bu deneyin amacı viskozitesi ve su oranları yüksek sıvı gıdaların kurutulmasıdır. Deneyde Lab-Plant SD-40 laboratuvar tipi püskürtmeli kurutucu kullanılarak %3 nem içerikli süttozu elde edilmeye çalışılmıştır.
Püskürterek kurutmada ilke, kurutulacak ürünün atomize edilmesiyle son derece geniş bir yüzey kazandırılması ve böylece sıcak hava içinde hızlı bir kuruma sağlanmasıdır. Damlacıklardan suyun buharlaşması o kadar hızlıdır ki, hem kuruyan ürünün sıcaklığı ıslak termometre derecesinin oldukça altında kalır, hem de kuruma çoğunlukla 1-20 saniye gibi kısa bir sürede gerçekleşir.(1)
Bir püskürtmeli kurutma cihazının en önemli kısmı atomizerdir. Atomizer, kurutulacak sıvıyı, çeşitli faktörlere bağlı olarak 50-500 mikrometre çapında küçük zerreciklere parçalayan cihazdır. Atomizerde ne kadar küçük damla elde edilebilirse, belli ağırlıktaki ürünün yüzey alanı o kadar artacağından kurumada o kadar hızlı gerçekleşir. En yaygın olarak püskürtme memeli ve döner diskli atomizerler kullanılmaktadır. Atomizerlerde damlacıkların tek düze ve küçük olarak sağlanması kadar bu damlacıkların henüz kurumadan sıcak hücre duvarına değmeyecek şekilde dağıtılması da önemlidir.
Damlacıkla sıcak havanın kurutma hücresine giriş şekline ve bunların hareket yönünün birbirlerine göre durumlarına bağlı olarak çeşitli tipte püskürtmeli kurutma cihazları vardır. Bunlar ters akımlı, karışık akımlı ve paralel akımlı püskürtmeli kurutuculardır.
Ters akımlı püskürtmeli kurutucuda, oldukça yüksek sıcaklıklarda olan giriş havası, kurutulmuş veya oldukça kuru ürünle temas eder. Bu durumda, kuru ürüne etki eden ısı nedeniyle ürün kalitesi azalabilir. Eş yönlü akım kullanılan püskürtmeli kurutucular, ısıya duyarlı gıda maddeleri için en iyi düzenlemedir. Çünkü sıvı ürün, yüksek sıcaklıktaki giriş havasıyla temas ederken kurutulmuş ürün, sıcaklığı oldukça azalmış havayla temas etmektedir. Karışık hava düzenlemesinde ise birim hacim için buharlaştırma kapasitesi çok yüksektir.(2)
Gıda sanayiinde, farklı tipte püskürtmeli kurutucular ile çok çeşitli ürünler elde edilmektedir. Püskürtmeli kurutucuyla kurutulan ürünlere örnek olarak süt, kaymağı alınmış aromalı süt, peynir altı suyu, yumurta, yumurtanın beyazı ve sarısı, çözünebilir (instant) kahve ve çay, meyveler ve meyve suları, sebzeler ve sebze suları, et ve sebze püre ve ekstraktı, hayvansal ve bitkisel protein, renk ve aroma maddeleri verilebilir.
Süttozu üretim akış şeması ise aşağıda gösterilmiştir(3)
• Süt standardizasyonu
• Önısıtma (93 C / 3dk)
• Buharlaştırma (%42-48)
• Isıtma (63-74 C)
• Homojenizasyon (20Mpa)
• Isıtma (72 C)
• Püskürtmeli Kurutucu (180 – 200 C)
• Akışkan yataklı kurutucu (100 C)
• Lesitinasyon (50 C)
• Depolama
• Paketleme
Materyal:
Bu deneyde;
• Lab-Plant SD-40 laboratuvar tipi püskürtmeli kurutucu
• Süt tozu
• Beher
• Termometre
• Hassas terazi
kullanılmıştır.
Metot:
• Püskürtme hattı kurulmuştur.
• Püskürtme hattı ana bölmenin üst kısmına yerleştirilmiştir.
• Ana hat açılmıştır.
• On/Off düğmesi On pozisyonuna getirilmiştir.
• Giriş ve çıkış kontrolör/indikatörünün yaklaşık ortam sıcaklığına ayarlanması sağlanmıştır.
• Giriş sıcaklığı ayarlanmıştır.
• Üfleyici açılmış, hava akış kontrolü maksimuma getirilmiştir.
• Kompresör açılmıştır.
• Besleme tüpü saf suyun içine daldırılmış, pompa çalıştırılmıştır.
• Örnek madde püskürtme hattına ulaştığı zaman kurutma işlemi başlamıştır.
• Kuru tozun toplama kabına siklondan spiral hareketlerle toplandığı görülmüştür.
• Sıvı örnek içinde katı süspansiyonu olmaması için manyetik karıştırıcı ile sürekli karıştırılmıştır.
Sonuçlar:
Tgiren: Tkuru=100 0C; Tyaş=33 0C H=0.0045kgsu/kgkh
Tçıkan: Tkuru=68 0C; Tyaş=34 0C H=0.02kgsu/kgkh
Süt giriş sıcaklığı: 18 0C
18 derecedeki su yoğunluğu:998,54kg/m3
Proses sonunda elde edilen süt tozu miktarı: 7,79gr (%3 nem içeriğinde)
Sütün kuru madde miktarı: 11.51gr/100mlè28.775grkm/250mlsüt
Süt tozu yoğunluğu: 550kg/m3
Tüm verim: (100-68)/(100-22)*100=%41.02
Buharlaştırma verimi: (100 – 68)/(100-33)*100= %47,76
Operasyon verimi: (7,79*0,97)/28,775*100=% 26,26
Vsüt=Vsüt tozu+Vsu
0,000250=(0,028775/550)+Vsu è Vsu=0,00019768m3
msu=(0,00019768)*(998,54)=0,1974kg
msüt=msüt tozu+msu
msüt=(0,028775)+(0,1974)=0,2262kg
Su dengesi :
msu=Wbuharlaşan+(msüttozu*0,03)
Wbuharlaşan=0,1974-(0,028775*0,03)=0,1965kgsu
Enerji dengesi :
A*h1+(msüt*hsüt)=A*h2+(msüttozu*hsüttozu)+q
1kg kuru hava, (0,02 – 0,0045 )=0,0155 kgsu buharlaştırırsa, 0,1965kg suyu;
A=0,1965*1/0,0155=12,68kg kuru hava buharlaştırır.
h=(1,005+1,88H)*(Tk–To)+2501,4H
h1=(1,005+1,88H1)*(Tkuru-giriş–To)+2501,4H1
h1=(1,005+1,88*0,0045)*(100-0)+2501,4*0,0045
h1=112,60kj/kgkh
h2=(1,005+1,88H2)*(Tkuru-çıkış–To)+2501,4H2
h2=(1,005+1,88*0,02)*(68-0)+2501,4*0,02
h2=120,92kj/kgkh
hsüt=Cpsüt*(Tsüt–To)+W *Cpsu*(Tsüt-To)
Cpsüt=3,831kj/kgC
Cpsu=4,187kj/kgC
hsüt=3,381*(18-0)+W *4,187*(18-0)
hsüt=136,79kj/kg
hsüttozu=Cpsüt tozu*(Tsüt-To)*0,97+Cpsu*(Tsüt-To)*0,03
hsüttozu=3.381*(34-0)*0,97+4.187*(34-0)*0,03
hsüttozu=115,78kj/kg
q=A*h1+(msüt*hsüt)-A*h2-(msüttozu*hsüttozu)
q=12,68*112,60+0,2262*136,78-12,68*120,92-0,0028775*115.78
q= -74,89kj(enerji kaybı)
qgiren=12,68*112,60+0,2262*136,78=1458,71kj
Kayıp enerjiè%qkayıp=(74,89/1458,7)*100= %5,13
Tartışma:
Laboratuvar ortamında gerçekleştirilen kurutma işlemi sırasında kayıp olduğu hesaplanan 74,89kj’luk enerjinin endüstri uygulamalarında kaybolan enerjiye indirgendiği düşünüldüğünde, belli bir oranda maliyetin arttığı düşünülmektedir. Hiçbir makine veya işle yüzde yüz verimle çalışamayacağına göre mühim olan bu kayıpları mühendislik tasarımlarıyla minimuma indirmektir. Ayrıca işlem verimlerinin de arttırılmasına çalışılmalıdır.
Foodelphi.com Science of Food Engineering