KURUTMA
Gıdaların kurutularak dayandırılmaları yöntemi, insanın doğadan öğrendiği ve bu yüzden ilk çağlardan beri uygulanmakta olan en eski muhafaza yöntemidir. Gerçekten bu yöntem doğada çoğu zaman kendi kendine gerçekleşmekte ve örneğin, çeşitli tahıllar ve baklagiller tarlada kendi halinde kuruyarak dayanıklı hale gelebilmektedir. Doğada kuruma, güneş ısısıyla gerçekleşmekte olduğundan, kurumanın her yerde ve her zaman bu yolla sağlanması olanaksızdır.
Doğal Kurutma: Güneş ısısından yararlanılarak ürünün yapısındaki su oranının azaltılması için uygulanan basit yönteme doğal kurutma denir.
Doğal Kurutmanın dezavantajları;
1. Doğal kurutmada ürün açıkta olduğundan bulaşma, toz, böcek, kuş ve kemiricilere karşı korunmasızdır.
2. Kurutma için geniş alanlara gereksinim duyulur.
3. Çoğu kez hafif bir fermantasyon olması nedeniyle yüksek kaliteli ürünler için uygun değildir.
4. Kurutma çok yavaş gerçekleştiğinden kurutma süresi uzundur.
5. Su miktarı genelde %15’in altına düşürülemez.
6. Her ürünün güneşte kurutma imkanı yoktur. Bu yöntemi her üründe uygulamak doğru değildir.
7. Her bölge veya her yöre güneşte kurutmaya uygun iklim koşullarına sahip değildir.
Yapay Kurutma: Kurutma işleminin kapalı alanlarda ve kontrol edilebilir koşullarda yapılması yöntemine yapay kurutma denir. Çoğunlukla dehidrasyon olarak ifade edilir.
Gıda maddelerinin içerdiği nemin, kontrollü koşullarda buharlaştırılması işlemine kurutma veya dehidratasyon denir. Kurutma ve dehidratasyon terimleri aynı anlamda kullanılsa da genel olarak doğal koşullarda yapılan işlem için kurutma, kapalı ortamlarda sıcak hava veya vakum vb. yoluyla ile yapılan işleme dehidratasyon terimleri kullanılır.
Kurutma yöntemi bu şekilde iki ana gruba ayrılmakla birlikte, bunun çeşitli açılardan ayrıca gruplandırılması da olanaklıdır. Bu gruplandırmalardan birisi, kurutulacak maddedeki suyun uzaklaştırılması amacıyla gerekli ısının buraya taşınma yöntemine dayanmaktadır. Buna göre bu açıdan, “konveksiyon kurutma”, “kontakt kurutma” ve “radyasyon kurutma” olmak üzere başlıca üç faklı kurutma yöntemi söz konusudur.
Konveksiyon kurutmada suyun buharlaşması için gerekli ısı, bir gaz tarafından yani çoğunlukla olduğu gibi hava tarafından taşınır. Sıcak hava, kurutulacak materyalin içinden, üzerinden ve arasından geçirilir. Bu yöntem genel olarak; “sıcak hava kurutma” tekniği olarak bilinir. Kurutulan maddenin niteliklerine bağlı olarak bu yöntemin, birçok uygulama çeşidi vardır. Örneğin; kabin kurutucular, sandık kurutucular, tünel kurutucular, akışkan yatak kurutucular ve püskürterek kurutucular bu yöntemin bazı uygulamalarıdır.
Kontakt kurutma yönteminde ise buharlaşma için gerekli ısı, kondüksiyonla taşınır. Yani, kurutulacak madde hareketsiz kalırken veya hareket ederken bu sırada temas ettiği sıcak yüzeyden maddeye ısı taşınır. Bu yöntemin de çok çeşitli uygulamaları vardır ve en yaygın örneği valsli (silindirik) kurutuculardır.
Radyasyon kurutmada, kurutulacak materyale ısı; herhangi bir maddi taşıyıcıya gerek duyulmaksızın sistemdeki bir rardyasyon kaynağı ile ulaştırılmaktadır. Başka bir ifadeyle radyasyon ile kurutmada; mikrodalga, dielektrik veya infrared gibi elektromanyetik enerji türlerinden yararlanılmaktadır. Kurutulacak materyale hangi kurutma yönteminin uygulanacağı ve hatta bu yöntem içinde hangi tip cihazın kullanılacağı, materyalin nitelikleri ve kurutulmuş ürünün kullanılma alanı vb. gibi çeşitli faktörlere bağlıdır.
Bu hususta kurutulacak maddenin özellikle, sıvı, katı veya pulp halde oluşu gibi fiziksel niteliği çok önemlidir. Örneğin sıvı haldeki bir maddeye valsli ve püskürterek kurutma yöntemi uygulanabildiği halde, katı parçacıklar halindeki maddelerde bu yöntemlerin uygulanması olanaksızdır. Diğer taraftan yüksek sıcaklık gıda maddelerin niteliklerinde önemli değişikliklere neden olduğundan, herhangi bir gıdanın kurutulmasında uygulanan yöntem, bu açıdan dikkatle seçilmelidir. Bunun gibi örneğin, valsli kurutucularda veya püskürterek kurutma yapan kurutucularda elde edilen ürünler, örneğin domates tozu, farklı niteliklerde olup bunların kullanılma alanları da değişiktir.
Gıda maddelerinin kurutulmasının birinci ve en önemli amacı, dayanma süreleri kısa olan ürünlerin dayanma sürelerini arttırmaktır. Nem içerikleri belirli bir miktarın altına düşürülmüş olan gıda maddeleri, normal atmosfer koşullarında, kimyasal, enzimatik ve mikrobiyolojik bozulmalara karşı daha dayanıklıdır. Kurutulan pek çok gıda maddesinin hacmi da önemli oranda azaldığından taşıma ve depolamada kolaylık sağlanır. Bunlardan başka, gıda maddeleri hammadde, ara madde ve mamul maddeye istenilen fiziksel ve kimyasal özelliklerin kazandırılması için de kurutulurlar. Son olarak, gıdaların dondurulması işleminde olduğu gibi, enerji tasarrufu sağlamak amacıyla da kurutma işlemi yapılmaktadır.
Gıda maddelerinin kurutulması sırasında, aynı anda birçok fiziksel, kimyasal, mekanik, biyokimyasal ve mikrobiyolojik olaylar oluşmakta ve bu olaylar son ürünün kalite özelliklerini etkilemektedir. Bu nedenle her gıda maddesi için uygun kurutma koşulları, kurutma işlemi sırasında gıda maddesinde gözlenen değişimler saptanıp, proses kinetiğini kontrol eden faktörlerin etki dereceleri hesaplandıktan sonra belirlenir.
Kurutma işlemi sırasında, gıda maddelerinde gözlenen değişimler, gıda maddesinde bulunan nem miktarına, sıcaklığa ve gıda maddesinin hangi nem seviyesinde ve hangi sıcaklıkta, ne süre kaldığına bağlıdır. Ürünün nem miktarı-sıcaklık-süre ilişkisi, kullanılan kurutucu tipine göre de değiştiğinden, proses kinetiğini kontrol eden faktörlerin etki derecelerinin ölçülmesi, en uygun kurutucu tipinin tasarımının veya seçimini sağlar.
Genel olarak meyve ve sebzeler, güneşte veya yapay kurutucularda kurutulabilmektedir.
Ancak bu hususta bazı noktaları gözden uzak tutmamak gerekir. Her şeyden önce her ürünün güneşte kurutulması hem olanaklı değildir ve hem de doğru değildir. Ayrıca her yer, her bölge, güneşte kurutma uygulanmasına elverişli olmayabilir. Elverişli bir bölgede dahi kurutma, o sıradaki iklim koşullarına son derece bağlıdır. Aynı şekilde güneşte kurutmada hijyenik koşulları kontrol etmek olanaklı bulunmamakta ve kurutulan ürün açık alanda, çeşitli böcek, kuş ve benzeri hayvanların zararına uğramakta ve ayrıca ürün tozlanmaktadır. Bunun gibi, güneşte kurutulan meyvelerde solunumun bir süre devam etmesi ve hatta çoğu kez hafif bir fermantasyon belirmesi nedeniyle, madde kayıpları oluşmakta ve sonuçta randıman, yapay kurutmaya göre biraz düşmektedir. Ancak, güneşte kurutulmuş bazı meyvelerin renginin, yapay yolla kurutulanlardan daha iyi olduğu gözlenmektedir. Bunun nedeni ise; güneşte kurutmada, tam olgunlaşmamış bazı meyvelerde kurutma başlangıcında olgunlaşmanın devam ederek renkte olumlu bir gelişme olmasıdır. Bütün bunlara ek olarak güneşte kurutma uygulanmasında, 20 dönümlük bir tarım alanı için yaklaşık 1 dönümlük bir kurutma alanı ayrılarak, bu alanın tarım dışında bırakılma zorunluluğu, başka bir olumsuzluktur.
Kısaca değinilen bu olumsuz yönlerine, kurutma süresinin uzun olmasına ve genel olarak kurutulmuş ürün kalitesinin düşük olmasına karşın güneşte kurutma, yapay kurutmaya göre daha ekonomik bir yöntemdir. Yurdumuzda çeşitli bölgeler güneşte kurutma uygulamasına son derece elverişli olup, başta üzüm ve kayısı gibi ürünler bu yolla başarı ile kurutulmaktadır.
Yapay kurutmada, güneşte kurutmanın birçok sakıncaları ortadan kaldırılmış olup, daha iyi kalitede ürün alınabilmektedir. Özellikle yapay yolla kurutulmuş sebzelerin pişme özellikleri daha üstündür. Bu üstünlüklerine karşın yapay kurutma; gerek kuruluş yatırımı ve gerekse işletme masrafları açısından güneşte kurutmaya göre daha olumsuzdur.
Birçok gıda muhafaza yöntemi arasında kurutmanın yeri ve ayrıcalıkları değişik açılardan irdelenebilir. Her şeyden önce, gıdadaki su, onun bozulmasına olanak vermeyecek bir düzeye kadar azaltıldığı için kesin bir muhafaza doğmaktadır. Kurutulmuş ürünler, diğer yöntemlerle dayandırılanlardan farklı olarak besin öğeleri açısından yoğunlaştırılmış bir nitelik kazanmışlardır. Ayrıca kurutma en ucuz dayandırma yöntemidir. Nitekim kurutulmuş gıda üretiminde, daha az işçilik ve daha az ekipman gerektiği gibi, bunların depolanması ve taşınmasında da daha az masraf yapılır. Nihayet kurutulmuş ürünlerin çoğunun özel kullanım alanları vardır. Örneğin, birçok ülkede bir endüstri halinde gelişmiş olan kuru çorba üretiminin ham maddesi kurutulmuş çeşitli sebzelerdir.
Gıdaların kurutulmasında hedef, içerdikleri suyun buharlaştırılarak uzaklaştırılması olduğuna göre, suyun gıdada nasıl yer aldığı sorusu önem kazanmaktadır. Eskiden, gıdalarda bulunan suyun "serbest su" ve "bağlı su" olarak bulunduğu düşünülerek, bu iki kategoride ele alınması gerektiğine inanılırdı. Bu görüş temelde doğru olmakla birlikte, gerçekte durumu çok basite indirgemektedir. Nitekim günümüzde suyun, gıdanın değişik bileşim öğeleri tarafından farklı kuvvetlerle tutulmakta olduğu kabul edilmektedir. Buna göre suyun, yüzey suyu gibi çok zayıf bir kuvvetle tutulmakta olan sudan (serbest su), çok güçlü kimyasal bağ ile tutulan suya kadar değişik kuvvetlerle tutulmakta olduğu artık bilinmektedir. Islak bir gıdanın yüzeyinden sıcak hava akarken, gıdadaki su buharlaşma gizli ısısını sıcak havadan kazanmak suretiyle buharlaşır. Su buharı gıdayı çevreleyen hava filmine sızar (difüze olur) ve oradan hava akımıyla sürüklenip gider. Bir akışkanın akmakta olduğu her sistemde, akışkanın aktığı yüzey üzerinde ince bir akışkan filmi oluşur. Filmin kalınlığı, akış hızı ve tipi, akışkanın viskozitesi, yoğunluğu ve sıcaklığı gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Şu halde, hava gibi bir akışkan da, bu faktörlere bağlı olarak gıda yüzeyinde bir film oluşturmaktadır. Bu filme "sıvı filmi", "yüzey filmi" veya "ara yüzey" (boundarylayer, interface) gibi değişik isimler verilmektedir. Ara yüzeyin kapsamlı bir tanımlaması yapılmak istenirse, "birbirleriyle temasta bulunan fazların temas yüzeylerine, ara yüzey (interface)" denir. Fazların, ara yüzey boyunca denge halinde bulunduğu kabul edilir. Bu varsayımın anlamı, bir öğenin bir fazdan diğer faza transferini kontrol eden faktörün, ara yüzeye doğru veya ara yüzeyden dışarıya doğru gerçekleşen transportun hızı olduğudur. Gıda yüzeyindeki suyun buharlaşarak ara yüzeye difüzyonu sonucunda gıdanın yüzeyinde, alt kısımlara kıyasla buhar basıncı daha düşük bir katman ortaya çıkar. Böylece gıdanın, daha nemli olan iç kısımlarından, nem düzeyi çok düşük olan sıcak havaya doğru, su buharı basıncında bir farklılaşma, basamaklaşma (gradient) oluşur.
Oluşan bu su buharı basınç gradienti, gıdadaki suyun sürekli olarak uzaklaşmasını sağlayan güçtür. Kurumakta olan bir gıdanın iç kısımlarındaki su, gıdanın yüzeyine çeşitli yollarla ulaşmaktadır. Bunların başlıcaları, kapillar kuvvetle "likit (sıvı) hareketi", gıdanın değişik kısımlarında oluşmuş bulunan çözünmüş madde konsantrasyonu gradientine dayalı "likit difüzyonu" ve gıda içinde ortaya çıkan buhar basıncı gradientine bağlı olarak iç boşluklarındaki "su buharı difüzyonu" gibi mekanizmalardır. Kurumaya ilişkin deneysel veriler, kuruma sırasında zamana bağlı ağırlık azalması, havanın ıslak ve kuru termometre sıcaklıkları ve kurutulan materyalin sıcaklığındaki değişmeler gibi çeşitli faktörlerin ölçülmesiyle sağlanır.
Kurutma, gaz, sıvı ve katı malzemelerden su ve diğer sıvıların uzaklaştırılması işlemidir.
Kurutma işlemi, genelde katı malzemelerden ısıl olarak su veya eritkenlerin uzaklaştırılması için yapılır. Bir katının ısıl yöntemlerle kurutulmasından önce, mekanik yöntemlerle içindeki suyun ayrıştırılması daha ekonomiktir. Filtreleme, eleme, sıkma, santrifüj veya süzme gibi mekanik yöntemler, uzaklaşan suyun birim kütlesi başına çok daha az güç ve sermaye gerektirir. Bir katı kururken, iki süreç oluşur: Sıvıyı buharlaştırmak için gerekli olan ısı transferi ve buhar ve iç sıvı kütlesinin transferi. Her bir işlemin oranını belirleyen faktörler kurutma hızını da belirler. Ticari kurutma işleminin en temel amacı, işlem için gerekli ısıyı verimli bir şekilde sağlamaktır. Isı transferi; iletim, taşınım, ışınım veya üçünün birleşimi
şeklinde gerçekleşebilir. Endüstriyel kurutucu tipleri, katıya olan ısı transferi yöntemlerine bağlı olarak değişir. Genelde ısı, önce katının dış yüzeyine sonra da katının içine doğru hareket eder. Bu durumun tersi yüksek frekanslı elektrik akımları aracılığı ile oluşur. Bu durumda iç bölgedeki sıcaklık dış yüzeyden daha yüksektir ve ısı akışı içeriden dışarıya doğru oluşur. Kurutma havasının nem içeriği, yeniden çevrimden etkilendiği için, istenilen hava neminin korunması amacıyla zaman zaman analiz edilmelidir. Havanın soğurabileceği maksimum nem miktarını; yaş termometre sıcaklığındaki doyma nemi ile sisteme sağlanan havanın çiğ noktasındaki nemi arasındaki fark verir. Havanın gerçek nem alma potansiyeli ısı ve kütle transferi oranlarıyla hesaplanır ve genelde maksimum değerlerden düşüktür.
İşleme, depolama ve dağıtım esnasında gıdalar fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak birçok değişime uğramaktadırlar. Bunun sonucunda yapı ve renkte değişimlere neden olunmaktadır.
Ayrıca aroma maddelerinin bozulması ve besin maddelerinin indirgenmesi gibi istenmeyen biyokimyasal reaksiyonlar da ortaya çıkabilmektedir. Kurutma bozulmaya neden olan mikroorganizmaların ve kimyasal reaksiyonların durdurulduğu veya yavaşlatıldığı bir işlemdir. Kurutulmuş ve dehidre edilmiş terimleri aynı anlamda değildirler. Dehidre edilmiş ürünler %2.5'dan (kuru bazda) daha fazla su içermeyen gıdalar sınıfına girerken, kurutulmuş gıdalar ise %2.5'dan daha fazla su içerenler arasında gruplanmıştır.
Kurutma işleminin amaçları genel olarak, 1. Gıda maddesinin dayanma süresini uzatmak,
2. Ürün hacminin küçültülmesi ile depolama ve taşımada ekonomi sağlamak, 3. Yeni ürün formülasyonları geliştirmek şeklinde sıralanabilir.
Kurutma terimi, aynı anda gerçekleşen ısı ve kütle geçişiyle sıvının buharlaştırılarak katıdan uzaklaştırılması olarak tanımlanır. Kurutma işlemi sırasında buharlaştırma için gerekli olan ısı ürüne sağlanır ve içerdiği nemin bir kısmı buharlaşarak kuru ortam tarafından alınır. Isı, taşınım yoluyla çevreden tane yüzeyine, oradan da yine konveksiyon yoluyla katı tanenin daha da içlerine taşınır. Nem ise önce ürün yüzeyine taşınıp buharlaştırılır ve taşınım ve iletimle yoluyla çevreye geçer. Isı geçişi hava sıcaklığına, bağıl neme, hava akışına, ortama ve basınca bağlıdır.
Kurutulmuş ürünlerdeki başlıca ölçüt, kurutulmuş gıdaların rehidrasyonu halinde eski durumlarına çok yakın bir hal almaları ya da eski durum ile rehidrasyon işleminden sonraki durum arasındaki farkın, fark edilemeyecek kadar önemsiz olmasıdır.
Kurutma teknolojisi güneş enerjili sistemlerden, fırın kurutucular, tünel kurutucular, püskürtmeli kurutucular, tepsili kurutucular, silindir kurutucular, mikrodalga, infrared (kızılötesi), ekstrüzyon ve daha birçoklarını içeren güncel teknolojilere kadar gelişmiştir.
Kurutma işleminin asıl amacının daha hızlı kurutmak değil, daha iyi kalitede bir ürün elde etmek olduğu tüm uygulamalar sırasında dikkate alınmalıdır. Bu nedenle son yıllarda kurutma işlemi sırasında kalite kaybının mümkün olduğunca az tutulması, son üründeki kalite beklentilerinin yükseltilmesi, enerji verimliliği gibi nedenlerden dolayı kurutma yöntemlerinden uygun olanları birlikte de kullanılabilmektedirler. Konu ile ilgili çalışmalar incelendiğinde fırın, tünel, püskürtmeli kurutucuların mikrodalga ile desteklendiği;
mikrodalga ile kızılötesi yöntemlerinin bir arada kullanıldığı araştırmaların sayısı da artış gözlenmektedir. Diğer taraftan son yıllarda enerji tasarrufu, karbon emisyonlarının azaltılmasına yönelik önlemler de alınmaya başlanmıştır. Bu kapsamda atmosfere daha az gaz salan teknolojiler, bazı durumlarda daha pahalı olmasına rağmen tercih edilmeye başlanmıştır.
Bir gıdanın içerdiği suyun önemli bir kısmını buharlaştırmak suretiyle uzaklaştırmak için kontrollü ısı uygulaması işlemine kurutma denir. Dondurarak kurutmada ise suyun uzaklaştırma yöntemi buharlaştırma ile değil sublimasyonla gerçekleştirilir. Kurutmaya oranla daha az suyun uzaklaştırıldığı mekaniksel ayırma, membranla konsantrasyon, evaporasyon ve fırınlama gibi prosesleri dışarıda bırakmaktadır.
Kurutma çok amaçlı bir işlemdir. Öncelikle su aktivitesi değeri düşürülerek gıdanın raf ömrünün uzatılması amaçlanmaktadır. Su aktivitesinin düşmesi ile mikroorganizma faaliyeti ve enzim aktivitesi yavaşlar. Kullanılan sıcaklık dereceleri mikroorganizmaları ve enzimleri inaktive etmeye yeterli değildir. Kurutma ile gıdanın ağırlığı ve hacmi azalmakta böylece depolama ve taşıma giderleri düşmektedir.
1 ton kayısı konservesi 1268 kg iken, kurutulmuş kayısı 180kg +20 kg ambalaj toplam 200kg’
dır. 10 kg süt kurutulunca 1 kg ağırlığa düşer. Bazı gıdaların kurutulmasıyla tüketim uygunluğu artırılmaktadır. Bazen de gıdanın beslenme değerinde düşmelerde açığa çıkmaktadır.
1) Sıcak Hava ile Buharlaştırma (Evoperasyon)
2) Dondurarak Kurutma (Süblimasyon ile Su Uzaklaşır)
Kurutma işleminde çoğunlukla sıcak hava kullanılır. Ancak mikrodalga ve elektriksel kurutma düzenekleri de kullanılmaktadır.
KURUTMA YÖNTEMLERİ
Güneşte kurutma, püskürtmeli kurutma, dondurarak kurutma, akışkan yatak ile kurutma, tünel kurutucular ile kurutma gibi yöntemler gıda sanayisinde yaygın olarak kullanılan kurutma yöntemlerinden bazılarıdır.
1) Atmosferik Basınç Altında Kurutma
Kurutulmakta olan materyale ısı transferinin sıcak havadan veya sıcak bir metal yüzeyden gerçekleştiği ve bu sırada oluşan buharın hava akımıyla uzaklaştırıldığı çeşitli uygulamaları kapsamaktadır.
Kurutucu tipleri
Ürünlerinin kurutulmasında kullanılan kurutucular, kurutulacak ürün tipine ve uygulanacak kurutma yöntemine bağlı olarak farklı gruplara ayrılmaktadırlar.
1.Sıcak Havalı Kurutucular 1.1. Fırın kurutucular
1.2. Kabin (dolap) kurutucular 1.3. Tünel kurutucular
1.4. Bantlı kurutucular 1.5. Sandık kurutucular 1.6. Püskürtmeli kurutucular 2.Valsli kurutucular (kondüksiyon) 3.Vakum kurutucular
4.Dondurarak kurutucular 5.Mikrodalga kurutucular
1.Sıcak Havalı Kurutucular
Sıcak havalı bütün kurutucular, içerisinde ısıtılmış havanın sirküle edildiği kapalı sistemlerdir.
Sistemde ayrıca hammaddenin ve son ürünün iletimini sağlayan yardımcı makineler, çeşitli ekipmanlar ve kontrol aletleri de yer alır. Havanın hareketi genellikle çeşitli tipteki fan ve vantilatörlerle sağlanır. Havanın ısıtılması çoğunlukla buharla ya da elektriksel bir kaynakla sağlanır. Sıcak havalı kurutucular sıcak havanın üründen geçirilmesi tipine göre paralel, ters ve çapraz akışlı olmak üzere kendi aralarında gruplandırılabilir.
1.1. Fırın kurutucular: Hava taşınımlı kurutucuların en basit tipidir. İki katlı kurutucudan, altta ısıtılmış sıcak hava tabanı ızgaralı ikinci kata yükselir. Izgaralar üzerine serilmiş olan ürün ara sıra karıştırılır. Genellikle elma dilimlerinin kurutulmasında kullanılır ve nem oranı
%10’un altına çoğunlukla düşürülmez.
1.2. Kabin (dolap) kurutucular: Fırın kurutucuların biraz geliştirilmiş şeklidir. Fırın kurutucularla aynı ilkeye göre çalışırlar. Kurutulacak ürün; özelliklerine göre delikli kerevetlere ya da düz tavalara ince bir tabaka oluşturacak şekilde serilir. Kerevetler üst üste getirilerek bir vagon halinde kabine verilir. Belli bir kanaldan verilen sıcak hava sabit kerevetler ya da tavalar arasında dolaşır ve kabinin belli bir kısmından dışarı atılır.
Kurutucuda bulunan perdeler veya seramik tipi filtreler havayı tozlarından temizler. Sıcak hava genellikle kullanımdan sonra dışarıya atılır. Havanın hızı, sıcaklığı ve nemi; kerevetlerin her yerinde aynı düzeyde değildir. Bu nedenle de farklı bölgelerdeki kurutma hızı farklıdır.
Çoğunlukla kerevetler üzerinden geçen havanın sıcaklığı 95°C, hızı 2,5-5 m/s dolaylarındadır.
Yatırım maliyeti düşü olan bu kurutucular genellikle birkaç ton ürün kurutma kapasitesindedir. Kurutma süresi, ürüne ve son nem oranına bağlı olarak 10-20 saattir.
1.3. Tünel kurutucular: Bunlar da kabin kurutucuların biraz daha geliştirilmiş şeklidir. Bu tip kurutucudan kerevet istifleri bir ray boyunca arabalar halinde bir tünel içerisinde hareket ederler. Sıcak havanın yönü ile kerevetlerin yönü farklı olabilir. Ürün ile hava aynı yönde hareket ederlerde bunlara paralel akışlı tünel adı verilir. Bunlarda hava önce nemli ürünle karşılaşır. Giderek soğuyup nemi artarken daha kuru ürünle temas eder. Başlangıçta kurutma hızı yüksektir. Ürünün yüzeyi hızlı kurumadan dolayı kabuk bağlayabilir. Ürünün iç kısmında da boşluk ve çatlamalar oluşabilir. Tünelin sonunda hava daha soğuk ve nemli olduğundan kurutma hızı düşer. Ürün ve havanın birbirine karşıt yönde hareket ettiği tünellere ters akışlı tünel denir. Burada sıcak hava nemli ürünle temas eder. Başlangıçta kurutma hızı yavaştır.
Yüzeyde kabuk bağlama olayı görülmez. Ürün içindeki nem dağılım da tekdüzedir. Tünel kurutucularda iki ya da çok aşamalı uygulama söz konusudur. Çift aşamalı tünel kurutucularda ilk aşamada genellikle paralel, ikinci aşamada ise ters akış yöntemi uygulanır.
Sıcak hava ile ürünün hareket yönlerine göre bir başka tünel kurutucu tipi çapraz akışlı tünel kurutucudur. Bu kurutucular ters akış tüneli ile kabin kurutucuların bir kombinasyonudur.
Hava tünel boyunca yer yer ısıtılarak çapraz olarak tünele verilmektedir. Tünel kurutucular 5- 6 araba alabilen tiplerden 15 araba alabilen tiplere kadar çeşitli büyüklüktedir. Kurutma süresi tünel büyüklüğüne, arabaların tüneldeki hareket hızına ve ürünün son nem miktarına bağlı olarak değişmektedir.
1.4. Bantlı kurutucular: Bantlı kurutucularda tünel kurutuculardaki raylı araba sisteminin yerini sonsuz dönüş hareketli bir bant almıştır. Paslanmaz çelik örgü zincirinden yapılmış olan bandın kaydığı ürüne alttan ve üstten sıcak hava verilmektedir. Bantlı kurutucular genellikle iki aşamalı çalışacak şekilde inşa edilirler. İlk aşamada yüksek sıcaklıkta hızı fazla ve orta derecede nemli hava kullanıldığından, kurutma hızlıdır. Üründen uzaklaşan su, hızlı bir şekilde havayı soğuttuğundan yüksek sıcaklıktaki ürüne zarar vermez. İkinci aşamada sıcaklığı daha düşük, ancak çok kuru hava kullanıldığından bantlı kurutucularda her aşamada ayrı bölmeler olabilir. İlk bölmede hava, bandın altından üste doğru, diğer bölmelerde ise üstten alta doğru verilir. Ürünün tamamen kuruduğu son aşamada ise hava üstten verilmektedir. Bantlı kurutucularda ürünün kalış süresi genellikle 1-3 saattir. Bantlı kurutucuların boyutları kapasiteye bağlı olarak 2-3 metre, boyu da 10-15 m arasında değişir.
Kurutulacak ürün banttan 50-60 kg/m2 hızla yayılır. Eni 2,5 m, boyu 25 m olan bir bantlı kurutucuda günde yaklaşık 35 ton ürün kurutulabilmektedir.
Bantlı kurutucuların bir başka tipi de akışkan yatak kurutucudur. Bunlarda, kurutulacak ürün alttan verilen yüksek hızdaki sıcak ve kuru hava ile adeta askıda kalan hafif bir kaynama görünümünde sürekli olarak karıştırılan bir yatak durumundadır. Nemli hava sistemin
tepesinden dışarı atılır. Kurutma sürekli olduğundan akışkan yatak kurutucuda kaldığı süre yatağın kalınlığına bağlı olarak değişebilir. Hızlı kurutma sağlanan bu tip kurutucularda tahıllar, bezelye ve parçalı sebzeler kurutulabilir.
1.5.Sandık kurutucular: Özellikle sebzelerde kurumanın son aşamasında tünel ve bantlı kurutucularda kurutulmuş ürünün son nem oranına düşürülmesi amacıyla kullanılırlar. Ana kurutucudan genellikle %10-15 nemli çıkan ürün, sandık kurutucularda %3-6 nem düzeyine kadar kurutulur. Ürün eni 1 m, uzunluğu 2-2,5 m ve yüksekliği 1,5-2 m olan sandıklara doldurulur. Doldurma ve boşaltma işlemi, ürün giriş ve çıkış kısmına birleşip belli taşıyıcılarda yapılır. Sandığın tabanı, elek şeklinde deliklidir. Alttan verilen sıcak hava yukarı doğru sandıktaki kuru üründen geçer ve sandık dışına atılır. Ürün yarı kurutulmuş ve yapıdaki nem ürüne güçlü bir şekilde bağlı olduğundan son nem oranına gidebilmek için genelde 30 sn süre gereklidir. Buna karşın işletme masrafları düşüktür. Ayrıca diğer kurutuculardan alınan ve yer yer kuru ve ıslak ürünler sandık kurutucularda nem yönünden dengelenir. Sandık kurutucularda çalışmada önemli olan; verilen havanın sıcaklık derecesi ve bağıl neminin doğru seçimidir. Sıcaklık genel olarak 60°C’dir. Bağıl nem ise havanın bulunduğu sıcaklık derecesindeki su buharı basıncı; kurutulan üründe ulaşılan nem düzeyinde iken göstereceği su buharı basıncından daima düşük olacak bir nem düzeyinde olmalıdır. Aksi halde kuruma gerçekleşmez.
1.6. Püskürtmeli kurutucular:
Püskürtmeli kurutma ile sıvı formda bulunan gıdalar toz forma dönüştürülmektedir.
Püskürtmeli kurutma gıda sanayisinde yaygın kullanılmaktadır. Bunun nedeni gıdaların ısıya duyarlı olmaları ve tüketicilerin toz ürünlere olan ilgisidir.
Püskürterek kurutma yöntemi; sıvı ve yarı sıvı halindeki gıdaların kurutulmasında uygulanan en gelişmiş yöntemlerden birisidir.
Süt ve süt ürünleri: süt tozu, peynir altı suyu proteini tozu, kazein tozu vs.,
Meyve- sebze: meyve ve sebze sularının tozları, domates tozu, meyve ve sebze ekstraktlarının tozları vs.,
Enkapsüle ürünler: enkapsüle yağ, enkapsüle aroma, enkapsüle mikroorganizma, enkapsüle fonksiyonel bileşik, enkapsüle mineral madde vs.,
Kahve, kakao tozu, kahve ekstraktı, çay ekstraktları
Instant maya tozu,
Yumurta tozu,
Enzim, balık unu,
Bebek mamaları,
Nişasta, enzimler, mikroorganizmalar, mayalar
Püskürterek kurutmanın diğer yöntemlere göre bazı üstünlükleri vardır. Bunlar şu şekildedir;
ca yüksek üretim
Püskürterek kurutmada prensip; ürünün bir kurutucu hücresindeki sıcak hava içerisine atomize edilerek, püskürtülerek veya pülverize edilerek kurutulmasıdır. Püskürtmeli kurutucular basit olarak sıcak hava üretim düzeni, ürünü atomize eden veya püskürten;
atomizör veya püskürtücü, kurutma hücresi ve kuru ürünü havadan ayıran bir siklon seperatör veya ayırıcı olmak üzere dört ana bölümden oluşurlar. Ayrıca borulu sızdırmaz iletim sistemi, pompalar, çeşitli yardımcı elemanlar, kontrol aletleri ve otomatik kontrol düzeni sistemin tamamlayıcı üniteleridir. Püskürtmeli kurutucuda ürün atomize edilerek çok küçük damlacıklara dönüştürülmekte ancak çok geniş yüzey alanına kavuşturulmaktadır. Örneğin 1 litre sütün yüzey alanı 0,05 m2 iken, atomize edildiğinde her zerrenin yüzey alanı 0,05-0,15 m2 olmakta ve 1 litrenin alanı ise 35 m2’ye yükselmekte yani 700 kat artmaktadır. Bu nedenle kurutma hızı çok yüksektir. Kuruma 3-10 sn gibi çok kısa bir sürede gerçekleşir.
Kullanılan hava sıcaklığı 150-250°C olmasına karşın ürün sıcaklığı 50-60°C dolayındadır.
Püskürtmeli kurutucular ürünün sıcaklığının ortamdan çabuk alınmasını sağlayan düzenler sahip olduklarından; süt, yumurta ve kahve gibi ısıya duyarlı ve yüksek kalite aranan ürünlerin kurutulmasında rakipsiz sistemlerdir. Kurumuş maliyeti yüksek olmakla beraber, işletme masrafları kısa sürede tonlarca ürünü işleyebilmesi yönünden düşüktür. Püskürtmeli kurutucu tesisleri, atomizör kapasitesi ile uyumlu olarak ürünün ve havanın kurutma hücresine giriş şekline ve ürün cinsine bağlı olarak saatte 20 kg’dan 8.000 kg’a kadar buhar uzaklaştırabilen tüm tesis ağırlığının 3-300 ton değiştiği çeşitli tip ve büyüklüklerdendir.
Tesisin genişliği 3-17 m, uzunluğu 4-19 m ve yüksekliği de 4-29 m arasında değişebilmektedir. Buhar ısıtıcılı tiplerde hava sıcaklığı kurutma hücresine girişte 150°C, çıkışta 85°C gaz ya da sıvı yakıtlı ısıtıcılı tiplerde ise girişte 250°C, çıkışta 90°C dolayındadır.
Bir püskürtmeli kurutucuda en önemli bölüm atomizördür. Atomizör kurutulacak sıvı ürünün çeşitli faktörlere bağlı olarak 5-5000 arasında küçük zerreciklere dönüştüren düzenlerdir.
Atomizörler çok çeşitlidir. Gıda sanayinde kullanılan püskürtmeli kurutucuların atomizörleri basınçlı meme veya sabit meme ve döner diskli meme ya da hareketli meme olmak üzere genelde iki tiptir.
1 kurutma odası 2 hava ısıtıcı
3 konsantre süt tankı 4 besleme pompası 5 Atomizer
6 ana siklon
7 iletim sistemi siklonu 8 hava emme fanı ve filtresi
Kurutma hücresi paslanmaz çelikten yapılmış ve dış yüzeyi çok iyi yalıtılmıştır. Kurutma hücresi tabanı düz veya konik olmak üzere iki tiptir. Hücrenin şekli ve çalışması; toz ürün kalitesini etkileyen bir faktördür. Tabanı düz olan kurutma hücrelerinden en dipte toz ürünün deşarjı için pünomatik çalışan bir düzen kurulur. Toz ürün hücreden çabucak uzaklaştırıldığından, ürünün tek düze kalitesi yüksektir. Yapışma eğiliminde olan ya da ısıya duyarlı ürünlerin işlendiği tesislerde kurutma hücresi içerisine hücre duvarlarının temizleyen bir aparat eklenmiştir. Hava süpürgesi denilen bu düzen, özel bir borudur. Kurutma hücresinin duvarları boyunca yavaş ve sürekli olarak dönen bu borunun deliklerinden üflenen hava, hücre duvarlarına yapışan tozcukları temizlemektedir. Bilindiği gibi; bazı ürünlerin suda çok çabuk ve kolayca çözünmesi istenir. Bu ürünlere kullanılması hazır anlamında instant ticari deyimi verilmiştir. İnstant üretiminin yaygın yöntemlerinden birisi, kurutulmuş ürünün içinde kurutucu sıcak hava ile atomize nedenleri bulunduğu kurutma hücresine tekrar gönderilmesidir.
2.VALSLi KURUTUCULAR
Valsli kurutucular veya silindir kurutucular; kurutma için gerekli ısı aktarımının kondüksiyon şeklinde gerçekleştirildiği sıcak havalı kurutuculardan farklı düzenlerdir. Bu kurutucularda genellikle yarı sıvı püre ve lapa gibi daha önceden koyulaştırılmış ürünler işlenir. Ürün buharları ya da sıcak su ile ısıtılan ve ekseri etrafında belirli bir hızda dönmekte olan bu silindirin veya bir valsin yüzeyinde ince bir film oluşturacak şekilde yayılır. Sıcak yüzey ile temas eden ürün, ürünün cinsine ve film kalınlığına bağlı olarak birkaç saniye içinde ya da 1 dakikaya uzayabilen sürelerde kurutulur. Üründen ayrılan buhar sisteminin üzerindeki bir fan yardımıyla uzaklaştırılır. Kurumuş film halinde ürün valsin yüzeyinden, yüzeye hafif sürtünme ile değmekte olan kazıyıcı bir bıçak yardımıyla sıyrılır. Çok ince ve kırılmış yufka görünümündeki ürün bir ekipman yardımıyla parçalanarak ambalajlanır. Valsli kurutucular genelde tek ve çift valsli olarak ikiye ayrılırlar. Tek valsli olanlarda; vals ürün yatağına hafifçe daldırılmıştır. Çift valsli kurutucular ise üstten ve alttan beslemeli olarak ikiye ayrılır.
Valsli kurutucular kurutma maliyetinin düşük olmasına karşın iki önemli sakınca ile tercih edilmemektedir. Birincisi; ürünün vals yüzeyindeki 120°C üzerindeki sıcaklıkla teması sonucun proteinlerin zor çözünür bir yapı oluşturması, renk esmerleşmesi, pişmiş tat ve koku kazanmasındır. İkincisi ise; valsler üzerindeki yüzey sıcaklığının ürünlere göre ayarlanmasındaki zorluklardır. Bu durum, özellikle meyve suları gibi şekerli ürünlerin valse ve sıyırma bıçağına yapışma, sarılma ve toplanma gibi eğilimlerinin yüksek olması yönlerinden önemlidir. Bu sakıncaları gidermek amacıyla vals düzenini soğutan bir düzen konulabilir. Ayrıcak sıcaklığı düşürülmesi için sistem bütünüyle bir vakum hücresi içerisine alınabilir. Günümüzde özellikle süt tozu ve çocuk maması gibi ürünlerin üretiminde valsli kurutucuların kullanımından tamamen vazgeçilmiştir. Çoğunlukla patates püresi, sebze püresi ve domates salçası gibi ısıya fazla duyarlı olmayan ürünlerin üretiminde kullanılır.
3.VAKUM KURUTUCULAR
Isı kurutulmakta olan materyale sıcak bir yüzeyden kondüksiyonla veya doğrudan radyasyonla transfer olmaktadır. Vakum uygulaması suyun düşük basınç altında daha kolay buharlaşması gerçeğine dayanmaktadır. Şeker oranı yüksek ve renk değerinin korunması istenen gıdalarda sıklıkla uygulanmaktadır.
Isıya duyarlı gıdaların kurutulmasında kullanılan vakum kurutucularda, kurutma; vakum altında düşük derecelerde yapılır. Sıcaklığı 100°C’nin altında olduğundan, aroma değişikliği ve diğer ısı zararları söz konusu değildir. Bir vakum kurutucu vakum pompası, vakum hücresi, buhar hazırlama düzeni, kondansör ya da buhar enjektörü iletim düzeni, çeşitli yardımcı ekipman aparat ve kontrol aletlerinden oluşur. Vakum hücresi sızdırmaz ve yaklaşık;
m2’ye 10 ton dış basınca dayanıklı malzemeden yapılır. Çeşitli tipleri varsa da uygulamada en yaygın olanları; raflı ve bantlı vakum kurutuculardır.
Raflı vakum kurutucularda basınç 5 mm civa sütunu basınca eş değer basınç dolayındadır.
Hücre içerisindeki raflar, buhar sıcaklığında su ya da elektriksel yöntemlerle ısıtılır. Raflar;
ısıyı kendilerine temas eden ürüne kondüksiyonla ya da radyasyonla aktarırlar. Bantlı vakum kurutucularda vakum hücresi yaklaşık 20 m uzunluğunda ve 4 m çapında bir tenk.?
şeklindedir. Kesikli bir şekilde çalışırlar.
Bantlı olanlar sürekli çalışırlar. Üstün kaliteli Turunçgil suları kristalleri ve instant çay kurutulmasında başarı ile kullanılırlar. Kurutulacak ürün; sonsuz dönüş hareketli paslanmaz çelik bandın üzerinde ilerlerken kurur, bandın sonunda sıyrılarak alınır. Sistemin çalışma basıncı 2 mmHg basıcına eşdeğerdir.
Düşük sıcaklıklarda kurutmada üründen buharlaşan suyun kondansör ile yoğunlaştırılması gerekir. Bu nedenle kullanılan kondansörde, kondansör dış yüzeyindeki buzlanmayı önlemek için konsantre Lityum-Klorür çözeltisi kullanılır. Vakum kurutma sıcaklığı havalı kurutmada oluşan istenmeye bazı olayları önlemektedir. Ortamda hava olmadığı için oksidasyon yoktur ve kolaylıkla okside olabilen vitaminler ve çözünmeyen yağlar korunabilir. Düşük derecelerde çalışıldığından aroma bozuklukları en aza indirilebilir. Nem iç yüzeylerden daha kolay bir şekilde kapilar borularla kolay kurutmayı sağlayan gözenekli bir yapı kazandırır. Bu yapı aynı zamanda kabuk bağlama olayını da ortadan kaldırır.
4.DONDURARAK KURUTMA
Dondurarak kurutma; liyofilizasyon olarak da isimlendirilir. Bu yöntemlerde ürünün kurutma süresince donmuş halde bulunmakla birlikte, kuruma olayı donma olayının bir sonucu değildir. Donmuş su; 457 mmHg basıncta veya daha düşük basınçlarda, 0°C’de veya daha düşük sıcaklıklarda süblimasyona uğrar, yani sıvı forma gelmeden gaz formuna dönüşür.
Dondurarak kurutma aletleri bu prensipten yararlanılarak geliştirilmiştir. Bu aletlerden donmuş halde bulunan gıda, yüksek vakum altındaki bölmede bulunan raflara yerleştirilir.
Gıda maddesine ısı iletimi radyasyon yoluyla veya kondüksiyon ile olabilir. Isı aktarımını ve oluşan nemin uzaklaştırılmasını hızlandırmak amacıyla gıda maddesine ve ısınan plakalar arasına ince metal kılıflar yerleştirilmiştir. Isı iletim hızının yüksek olması için gıda maddelerinin bu levhalarda ve ısıtılmış plakalarla temas yüzeyi geniş olmalıdır. Oluşan buharların yoğunlaştırılması için bir konsansör kullanılır. Kurutma işleminin başlangıcında donmuş haldeki gıdanın getirileceği sıcaklığı; gıda maddesinin kendi yapısı belirler. Bir çok gıda maddesi için bu sıcaklık -21,7°C civarındadır. Bazı meyve sularının ise -32,2 ile -34,4’e kadar soğutulması gerekir. Kurutma sırasında gıda maddesinin en fazla ısınan yeri yüzeyidir.
Yüzey sıcaklığı diğer bölgelerden daha yüksektir. Gıda içerisindeki buzun sıcaklığı vakum derecesi ile ayarlanabilir. Vakumun yükselmesi buz sıcaklığını düşürür.Dondurulmuş haldeki gıdadaki su donmuş hali devam ederken sublimasyonla uzaklaşmakta ve sublimasyon ısısı kondüksiyonla transfer edilerek sağlanmaktadır. Gıdanın şekli ve yapısı çok iyi bir şekilde korunmaktadır. Su içerisine dökülerek hazırlanan kahve gibi gıdalar için yaygın şekilde kullanılmaktadır.
Bu yöntem, gıdaların dondurarak saklanmaları yanında en modern işleme yöntemlerinden biridir. Bu yöntemle gıdaların doğal yapısı bozulmamakta ve besin içeriği korunmaktadır.
Kurutma yöntemleri içerisinde en iyi olanıdır. Dondurarak kurutma ya da suyun gıda içerisindeki suyun uzaklaştırılmasının daha iyi anlaşılması için Su-Buhar-Buz evre diyagramı yardımcı olmaktadır.
Dondurarak kurutma işlemi iki aşamada gerçekleşmektedir. Birincisi dondurma, ikincisi buz kristallerinin süblimasyon yoluyla gıdadan uzaklaştırmadır. Dondurma işlemi kuruma süresini ve son ürün kalitesini önemli ölçüde etkilemektedir. Dondurma işleminde iki parametre etkilidir:
Donma hızı gıda maddesinin yapısını, konsistensi, rengini belirlediği gibi aroma tutma özelliğini de etkilemektedir. Özellikle donma noktası başlangıcındaki yavaş donma, az sayıda ancak büyük buz kristali oluşmasına neden olmaktadır. Donma hızının 2-3 cm/h üzerinde olması durumunda çok sayıda buz kristali oluşmaktadır. Böylece gıdanın başlangıç form ve şekli bozulmamaktadır. Genel olarak dondurarak kurutma işleminde gıdalar için donma hızının 0.5-3 cm/h arasında olması uygundur. Dondurma sıcaklığı gıda içerisindeki suyun tamamen donması için mümkün olduğu kadar düşük olmalıdır. Sebzeler için bu sıcaklık –20 ile –25°C, yüksek oranda protein içeren gıdalar için –25 ile –30°C civarında olmalıdır.
Normal basınç altında su, katı, sıvı ve buhar olmak üzere üç evrede bulunur. Üçlü noktanın altında (saf su için 6.11 mbar ve 0°C) saf su katı ve buhar evresindedir. Bu fiziksel durum süblimasyona olanak vermektedir. Ortamdaki su buharının kısmi basıncının buzun kısmi basıncından daha düşük olması nedeniyle gıda içerisindeki donmuş buz kristalleri doğrudan su buharı evresine geçerler. Bu sırada gerekli olan süblimasyon enerjisi (2840 kJ/kg ) dışarıdan verilir. Genel olarak dondurarak kurutmada, suyun uzaklaştırılmasında iki aşama vardır:
a) Asıl kurutma b) Son kurutma
Buz kristalleri şeklindeki suyun gıda maddesinden tamamen uzaklaştırılmasıyla asıl kurutma aşaması tamamlanmış olmaktadır. Ancak gıda içerisinde depolama için gerekli su niceliği yine de yüksektir. Bu nedenle gıda içerisinde kalan ve adsorptif bağlı olan su, yüksek sıcaklık (30-40°C) uygulayarak uzaklaştırılır ki bu son kurutma aşamasıdır. Bu aşama gıda maddesi içerisinde %2-3 nem kalıncaya kadar sürdürülür. Bu yöntemle gıdadaki nem oranı; %2-4’e düşürülünce depolamada herhangi bir sorun ortaya çıkmaz. Kuruma süresi kurutulan maddenin fiziksel yapısı, parça büyüklüğü ve ısı iletiminde kullanılan yöntemlere göre değişmekle beraber (genel olarak 8 saat veya daha uzun süre) ürün kuruyunca vakum hücresinden dışarı çıkarılır. Ancak yüksek vakumda kurutulmuş ürün hava ile temas ettirildiğinde de gözeneklere hava dolar. Bu durum, ürünün depolanması sırasında oksidasyona sebep olacağından ürünün kalitesini düşürür. Buna engel olmak için vakum kaldırılırken vakum hücresine Azot gazı verilir. Azot gazı inört olduğundan ürünün kalitesini zararlı bir etkisi olmaz. Zaten birçok durumda gıda maddesi Azot gazı atmosferinden veya modifiye atmosferden ambalajlanarak depolanmaktadır.
Suyun Faz diyagramı
Gıdalara uygulanan proseslerin çoğu, suyun faz grafiğindeki fiziksel ilkelerle ilişki içinde bulunmaktadır. Kurutma ve evaporasyon için çok önemlidir.
İki fazı ayıran eğri boyunca, her iki faz birlikte denge halinde bulunur. Katı, sıvı ve buhar gibi fazların konumları sıcaklık ve basınç koşullarına bağlıdır.
OC-kaynama eğrisi (buhar, sıcaklık-basınç eğrisi)
OB-Erime eğrisi (donma eğrisi) Basınç ne olursa olsun suyun donma noktası 0C’ dir.
OA-Süblimasyon eğrisi (buz ve buhar fazları denge eğrisi)
Her eğri birbirine komşu iki fazın denge koşullarını tanımlamaktadır.
Kurutmada önemli olan işlemler, Buharlaşma için gerekli ısıyı gıda maddesine verebilmek amacıyla ısı aktarımı ve gıda maddesinde bulunan suyun veya su buharının hareketi veya daha sonrada gıda maddesinden suyun ayrılmasıdır.
Gıda kurutmanın asıl amacı gıda maddelerini dayanıklı hale getirmektir. Kurutmanın gıdanın dayanma süresi üzerine iki yönden etkisi vardır. Birincisi, Gıdanın bozulmasına sebep olan mikroorganizmalar ortamda su bulunmadığından gelişemezler ve çoğalamazlar. İkincisi, gıdaların kimyasal bileşiminde arzu edilmeyen değişimlere sebep olan enzimler ortamda su bulunmadığından faaliyet göstermezler.
Su Aktivitesi (αw) ve Sorpsiyon İzotermi
Gıdanın işlenmesi ve depolanması sırasındaki bozulma ve kalite kayıpları su aktivitesiyle ilişkilendirerek açıklanabilir.
Gıdaların bozulması denilince genellikle ve öncelikle mikrobiyolojik yolla bozulma anlaşılır.
Mikrobiyolojik bozulmalar için öncelikle ortamda yararlanılacak suyun olması gerekir.
Kurutma ile suyun önemli bir kısmı uzaklaştırılarak mikroorganizmalar için elverişsiz ortam oluşturulur. Gıdalarda bulunan suyun oranı onun mikrobiyolojik yolla bozulma eğilimi hakkında kesin bir veri niteliği taşımaz. Bu sudan yararlanma durumu ile ilgili olmalıdır.
Suyun mikroorganizmalar tarafından yararlanabilirliğini belirten bir kavram yani bir ölçeğe gereksinim vardır. Bu su aktivitesidir. Fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri üzerine su aktivitesi etkilidir. Su aktivitesi suyun buhar basıncı ile ilgili bir kavramdır.
Su aktivitesi, çözeltideki su buharı basıncının aynı sıcaklıktaki saf suyun su buharı basıncına oranıdır.
𝛼𝑤 = 𝑃𝑠𝑏 𝑃0
𝑃𝑠𝑏 = 𝐺𝚤𝑑𝑎𝑛𝚤𝑛 𝑠𝑢 𝑏𝑢ℎ𝑎𝑟𝚤 𝑏𝑎𝑠𝚤𝑛𝑐𝚤
𝑃0 = 𝐴𝑦𝑛𝚤 𝑠𝚤𝑐𝑎𝑘𝑙𝚤𝑘𝑡𝑎𝑘𝑖 𝑠𝑎𝑓 𝑠𝑢𝑦𝑢𝑛 𝑠𝑢 𝑏𝑢ℎ𝑎𝑟𝚤 𝑏𝑎𝑠𝚤𝑛𝑐𝚤 𝛼𝑤=0-1 aralığında değişir.
Su aktivitesi değeri; denge bağıl nemin 100’e oranı şeklinde tanımlanır.
𝑆𝑢 𝐴𝑘𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑒s𝑖= 𝐷𝑒𝑛𝑔𝑒 𝑏𝑎ğı𝑙 𝑛𝑒𝑚𝑖/ 100
Et Sucuk Pastırma Balık Süt Peynir Süt Tozu Su
Aktivitesi 0,99 0,90 0,88 0,99 0,99 0,96 0,3 Su aktivitesi;
Küfler için aw > 0,70 Mayalar için aw > 0,85 Bakteriler için aw >0,90
Enzimatik reaksiyonlar için aw > 0,40 Oksidatif tepkimeler için aw > 0,1 olmalıdır.
Buhar Basıncı kavramı
Gıdanın ana bileşeni olan ve bozulma reaksiyonları hızını kontrol eden su, hangi fazda olursa olsun (katı/sıvı/gaz) bulunduğu koşullara (sıcaklık) bağlı olarak bir buhar basıncına sahiptir.
Buz ve sıvı haldeki suyun buhar basıncı ‘su buharı basıncı’ olarak adlandırılırken, havadaki suyun buhar basıncı ise ‘su buharı kısmi basıncı’ olarak adlandırılır.
Gıdada bulunan suyun buharlaşmasındaki itici güç, su buharı basıncı ile ortamdaki havanın su buharı kısmi basıncı arasındaki farktır. Gıdalar nem ve sıcaklık değişmeyen bir ortamda bekletildiklerinde su kazanır veya kaybederler. Örneğin %70 bağıl nem olan ortamda tutulan bisküvi nem kazanırken, salatalık nem kaybeder.
Bir sıvının buhar basıncı moleküllerin sıvı fazdan buhar fazına kaçma eğiliminin bir ölçüsüdür. Su ancak buhar basıncı kendi üzerine yapılan basınca eşit olduğu zaman kaynamaya başlar. Suyun 100 0C deki buhar basıncı atmosferik basınca eşittir. Buhar basıncı;
belli bir sıcaklıkta sıvı ile dengede bulunan buharın basıncına o sıvının o sıcaklıktaki buhar basıncı denir. Sıcaklığa bağlı olarak farklı hızlarda gerçekleşir.
Buharlaşma ısısı; suyun belli bir sıcaklıkta buharlaşabilmesi için verilmesi gereken enerji sıcaklık derecesine bağlıdır. 1 kg suyun buharlaşması için verilmesi gereken ısı miktarına buharlaşma ısısı denir.
Suyun Buharlaşma Olayı Doymuş Buhar Oluşumu
Sadece yüksek enerjili moleküller sıvıdan kurtulup buhara dönüşebilir. Geride kalan ortalama hızı düşük moleküller sıvının toplam içsel enerjisinde net bir azalma ortaya çıkar. Bu ise kendini sıvı sıcaklığında düşme olarak gösterir. Şu halde buharlaşma bir soğuma olayıdır ve buharlaşan sıvı daima soğur. Sıvının sıcaklığı yükseldikçe sıvı moleküllerinin ortalama kinetik eğilimi yükselmektedir. Böylece ortamdan uzaklaşacak molekül sayısı artar ve denge buhar basıncıda yükselir.
Gıdalarda bozulmaya neden olan reaksiyonların ve mikroorganizma faaliyetlerinin hızlarının üzerine su aktivitesinin etkisi
Sorpsiyon İzotermi (adsorpsiyon ve desorpsiyon izotermleri)
Belirli süre sonra gıdalar bulundukları ortam koşuluyla dengeye ulaşır, böylece gıdanın su kaybetme hızı ile ortamdan su kazanma hızı eşitlenir. Bu koşulda nem miktarı sabit kalır ve bu neme ‘denge nem oranı’ adı verilir. Gıdayı çevreleyen ortamın nemi bağıl nem olarak adlandırılır. Gıdanın denge nem içeriği genellikle ‘g nem/ 100 g kuru madde’ olarak gösterilir.
Denge nemi ortamın sıcaklık ve bağıl nemine bağlı olarak değişir. Denge neminin ortamın bağıl nemi veya su aktivitesine bağlı grafiği çizildiğinde ‘sorpsiyon izotermleri’ elde edilir.
Her gıdanın sorpsiyon izotermi birbirinden farklıdır!
Herhangi bir gıdanın su oranı ile su aktivitesi arasındaki leneer olmayan ve genellikle sigmatik nitelikteki ilişki nem sorpsiyon izotermi olarak adlandırılmaktadır. Bir gıdanın sorpsiyon izotermi, o gıdanın adsorbe ettiği su miktarının kendini çevreleyen atmosferin bağıl neminin fonksiyonu olarak düzenlenmiş grafiktir. Adsorbe ettiği su miktarı, gıdanın sabit bir sıcaklıkta ortam enmi ile dengeye ulaştıktan sonra adsorbe ettiği toplam su miktarını yani denge su içeriğini işaret etmektedir.
Adsoprsiyon izotermi; Tam anlamıyla kurutulmuş bir gıda, bağıl nemi ve sıcaklığı sabit tutulan bir atmosfer altında denge oluşana kadar bekletilir ve bu sürede gıdanın kazanmış olduğu nem nedeniyle artmış olan ağırlık saptanırsa o gıdanın, o sabit bağıl nemli ortamdaki denge su içeriği saptanmış olur. Çevre sabit nemi ve buna karşı gelen gıdanın denge su içeriği gibi bir veri çifti elde edilir. Bu veri çifti grafiğe işlenirse o gıdanın o sıcaklıktaki adsorpsiyon izotermi elde edilir.
Desorpsiyon izotermi; Yaş gıdanın sabit sıcaklıkta ve fakat bağıl nemi gittikçe azalan atmosferde tutulması şeklinde yürütülür ve elde edilen veriler bir grafiğe işlenirse, bu takdirde aynı materyalin desorpsiyon izotermi saptanmış olur. Bu sefer gıdanın su kaybetmesi nedeniyle ağırlığının azaldığı ve bu nedenle olayın, adsorpsiyon izotermini aksi yönde geliştiği gözden uzak tutulmamalıdır.
100 Gıdaların denge su içeriğinde
80 bağıl nem ilişki grafiği
Bağıl nem 60 40 10
1 2 3 4 5 (su oranı (g su/ g kuru ağırlık) 1 g su/ 1 g kuru ağırlık; yaş ağırlık üzerinde %50 su içeriğine eşittir.
A Bölgesi
Bu bölgede suyun gıdanın kuru yüzeyinde yan yana ve tek sıra halinde su moleküllerinin güçlü bir şekilde tutulan sudan oluştuğu kabul edilmektedir. Başka bir ifade ile su yüzeyini tek katlı su moleküllerinden oluşur. Yaklaşık olarak gıdanın yapısına bağlı olarak %5-10 düzeyindedir. Sıvı formda değildir. Proteinlere ve karbonhidratlara güçlü bir şekilde bağlıdır.
Kurutma ile bu su uzaklaştırılamaz. Gıdayı oksidasyona karşı koruyan bir film görevi görür.
B Bölgesi
Adsorpsiyon gücü daha zayıftır. Monomoleküler su filmi üzerinde üst üste çok sıralı su molekülleri katmanını (multimoleküler) oluşturur. Bu bölgede gıdanın su içeriğinde hafif bir değişmenin denge bağıl neminde önemli bir değişmeye neden olmasıdır. Tekli katmana göre daha gevşektir. Adsorpsiyon güçü daha zayıftır. Nispeten düz sayılacak bir kısımdan oluşur.
Anlamı bu bölgede gıdanın su içeriğinde hafif bir değişmenin denge bağıl neminde (su aktivitesinde) önemli bir değişmeye neden olmasıdır.
C Bölgesi
Bu su serbest su niteliğindedir. Gıdanın gözenekli yapısı içerisinde bulunmaktadır. Gıdanın bileşimindeki maddeler için çözücü özellik gösterir. Kurutma sırasında kolaylıkla buharlaşır uzaklaşır.
A, B ve C Bölgesi taze meyve ve sebzeler için söz konusudur. Kurutulmuş gıdalar için ise A ve B bölgesi geçerli suyu ihtiva etmektedir.
Su buharına duyarlı her gıdada özellikle dikkat edilmesi gereken bir denge nem oranı vardır.
Maillard reaksiyonu olabilecek gıdalarda denge nem içeriğinin arttırılması veya azaltılması şeklinde önlem alınabilir. Denge nem oranı düşürüldüğünde orta nemli gıdalarda enzim inaktivasyonu ve inert gazla depolama gerekebilmektedir!
Gıdalarda denge nem içeriği düşürülerek mikrobiyal bozulmalar azaltılabilmektedir, ancak kremalı pasta gibi bir üründe kaliteyi bozmadan denge nem içeriğini düşürmek mümkün mü?
Soğuk depolama, dondurarak depolama, O2’siz veya CO2’li depolama gibi ek işlemler uygulamak gerekebilir.
Kuruma Olayının Mekanizması
Su gıdanın değişik bileşim öğeleri tarafından farklı kuvvetlerle tutulmaktadır. Buda göre suyun yüzey suyu gibi çok zayıf bir kuvvetle tutulmakta olan sudan (serbest su) çok güçlü kimyasal bağ ile tutulan suya kadar değişik kuvvetlerle tutulmakta olduğu bilinmektedir. Islak bir gıdanın yüzeyinden sıcak hava akarken, gıdadaki su buharlaşma gizli ısısını sıcak havadan kazanmak süretiyle buharlaşır. Su buharı gıdayı çevreleyen hava filmine sızar (difüze olu) ve oradan hava akımıyla sürüklenip gider.
Su, gıdanın bileşiminde bulunan farklı kuvvetler tarafından tutulmaktadır. Suyun büyük bir kısmı gıdanın yapısında gözeneklerde bulunup çok zayıf bir kuvvetle tutunmakta olan, serbest sudan oluşmaktadır. Çok az bir kısmı olan (yaklaşık %10) bağlı su ise güçlü kimyasal bağlarla tutunmakta olup kuruma gibi işlemlerle gıdadan uzaklaştırılamaz.
Bağlı Su
– COOH ve NH3 gruplarına iyonik bağlı
– OH ve NH3 gruplarına hidrojen bağı ile bağlıdır.
Islak bir gıdanın yüzeyinden sıcak hava akarken gıdadaki serbest su buharlaşma gizli ısısını sıcak havadan kazanmak suretiyle buharlaşır. Su buharı gıdayı çevreleyen sıcak hava filmine difüze olur ve hava akımıyla ortamdan uzaklaşır.
A1 – A
Gıda yüzeyi sıcak havanın ıslak termometre derecesine erişene kadar kısa süreli bir dengeleme zamanı geçer.
A2 – A
Gıdanın sıcaklığı yüksekse dengeleme süresi periyodu oluşur.
A Noktası
Çok kısa olan dengeleme süreci sonunda gıda yüzeyinden suyun buharlaşmasıyla kuruma başlar. Yüzeyde en zayıf bağlanan suyun uzaklaştığı durumdur. Yüzeydeki su aktivitesi değeri yaklaşık 1.0‘dir. Alt katmanlardaki suyun yüzeye ulaşma hızı yüzeyde gerçekleşen buharlaşmaya eşit olduğu sürece buharlaşma sabit hızda kalır. Bunun anlamı eşit zaman diliminde aynı miktar suyun buharlaşmakta olmasıdır.
A – B Arası
Sabit hızda kuruma aşamasıdır. Bu aşamada kuruma süresi her gıdanın kendine özgü nem düzeyine kadar sürer. Bu nem düzeyine kritik nem denir. Bu nem düzeyine ulaştıktan sonra kuruma süresince kuruma hızı gittikçe düşer. Bu aşamaya azalan hızda kuruma aşaması denir.
Kritik Nem
Sabit hızla kuruma aşamasının sona erdiği anda gıdanın içermekte olduğu nem düzeyi kritik nem olarak adlandırılmaktadır. Kurutmada kritik nem düzeyine ulaşıldıktan sonra kuruma süresince kuruma hızı gittikçe düşer.
B Noktası
Kritik neme ulaşıldığı noktadır. Her gıda kendine özgü bir nem değerine kadar (kritik nem) sabit hızda kurumaktadır. Kritik nem düzeyi kurutucudaki gıdanın miktarına ve kuruma hızına bağlı olarak bir miktar değişebilir.
B – E Arası
Azalan hızda kuruma aşamasıdır. Bu sürede eşit zaman diliminde uzaklaşan su miktarı gittikçe azalmaktadır. Bu süreç denge nemine erişinceye kadar devam eder. Bu süreç denge nemine erişmesine kadar devam eder ve denge nemine erişilince kuruma sıfıra ulaşır.
E Noktası
Denge neminin erişildiği noktadır. Denge Demi kurutucu havanın nemi ile gıda neminin dengeye eriştiği zamanki nem içeriğidir. Kurutma da kullanılan havanın özellikleri değişmediği sürece erişilmiş bulunan denge neminden daha ileri bir düzeyde kurutma imkânı yoktur.
Higroskopik olmayan maddelerin sadece bir tane azalan hızda kuruma eğrisi vardır.
Higroskopik nitelikte olanlarda ise B – C, C – D, D – E şeklinde en az üç tane azalan hızda kuruma aşaması vardır. Higroskobik gıdalarda nem içeriği değiştikçe su buharı basıncıda
değişmektedir. Higroskobik olmayanlarda ise farklı nem içerseler bile su buharı basıncı sabit kalır veya çok aza değişir.
