Farklı kurutma yöntemlerinin havucun kurutma kinetiğine ve bazı kalite parametrelerine etkisi
Effect of different drying methods on the drying kinetics and some quality parameters of carrots
- Tez No: 1006253
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM DOYMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, iki farklı havuç çeşidi olan sarı (Daucus carota) ve kara (Daucus carota ssp. sativus var. atrorubens Alef.) havuç dilimlerinin kurutulmasında, kurutma teknolojisi ve ön işlem parametrelerinin kuruma performansı ile kalite kriterleri üzerindeki etkilerini sistematik olarak araştırmayı amaçlamaktadır. Çalışma, laboratuvar ölçeğinde üç farklı kurutma sistemi (kabin kurutucu, infrared kurutucu ve kombine kurutucu) kullanılarak yürütülmüştür. Kurutma sürecini etkileyen bağımsız değişkenler olarak; dilim kalınlığı (3, 6 ve 9 mm), kurutma sıcaklığı (45, 55, 65 ve 75°C), infrared (IR) güç seviyesi (38, 50, 62, 74 ve 88 W) ve ön işlem türü (kontrol, %2 sitrik asit (SA) çözeltisinde bekletme, 90°C'de sıcak su ile haşlama (WB), 100°C'de buhar ile haşlama (SB) belirlenmiştir. Tüm ön işlemlerin toplam süresi 2 dakika ile sınırlandırılmıştır. Elde edilen kurutulmuş ürünlerin kalitesi, rehidrasyon oranı (RR) ve renk parametreleri (CIELab) ile değerlendirilmiş, kuruma süreçlerinin kinetiği efektif difüzyon katsayısı (Deff) ve aktivasyon enerjisi (Ea) gibi parametrelerle modellenmiştir. Çalışmanın en temel bulgusu, kuruma süresini belirleyen faktörlerin IR güç seviyesi, kabin kurutucu sıcaklığı ve ön işlem türü olduğudur. Kabin kurutucuda, sıcaklığın 45°C'den 75°C'ye yükseltilmesi, SB ön işlemi uygulanan havuç dilimlerinin kuruma süresini kontrol grubuna kıyasla önemli ölçüde azaltmıştır. İnfrared kurutma işleminde de IR güç seviyesinin 38 W'tan 88 W'a çıkarılması, havuç dilimlerinin kurutma süresini azaltmıştır. Ayrıca SB kodlu örneklerin kurutma süresinde diğer örneklere göre önemli ölçüde bir düşüş sağlanmıştır. Ön işlemlerin kuruma süresini kısaltmadaki etkinlik sırası, her iki havuç türü ve tüm kurutma sistemleri için tutarlı bir şekilde SB > WB > SA > Kontrol olarak tespit edilmiştir. Dilim kalınlığının etkisi incelendiğinde ise, 55°C'de kurutulan konrtol grubu sarı havuçların kalınlığı arttıkça kuruma süresinin 3 mm'de 255 dakikadan, 9 mm'de 675 dakikaya uzadığı belirlenmiş, ve sonuçta difüzyon yolunun uzamasının belirleyici rolü ortaya konmuştur. Kurutma kinetiği analizleri, artan sıcaklık ve infrared gücü ile birlikte efektif difüzyon katsayılarında bir artış gözlemlenmiştir. En yüksek Deff değerleri, her koşulda SB ön işlemi uygulanan örneklerde kaydedilmiştir. Sarı havuç için kabin kurutmada en yüksek Deff değeri 1.241×10⁻⁹ m²/s, infrared kurutmada ise 2.805×10⁻⁹ m²/s olarak ölçülmüştür. Kara havuçta bu değerler sırasıyla 1.174×10⁻⁹ m²/s ve 3.517×10⁻⁹ m²/s olarak tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, infrared kurutmanın daha yüksek ısıl iletim mekanizması nedeniyle kabin kurutmaya kıyasla daha yüksek difüzyon hızları sağladığını kanıtlamaktadır. Kabin kurutucuda kurutulan sarı ve kara havuç örnekleri için aktivasyon enerji değerleri sırası ile 24.88 - 29.87 kJ/mol arasında ve 19.31 – 21.02 kJ/mol arasında değişmiştir. Buna karşılık infrared kururtucuda kurutulan sarı ve kara havuç örnekler için hesaplanan aktivasyon enerji değerleri sırası ile 1.14 – 1.97 kW/kg ve 1.13-1.46 kW/kg olarak bulunmuştur. Rehidrasyon oranı, kurutulmuş ürünün kalitesini değerlendirmede kritik bir parametre olmuştur. Her iki havuç türü ve tüm kurutma sistemlerinde, en yüksek RR değerleri tutarlı bir şekilde SB ve WB gibi termal ön işlem görmüş örneklerde elde edilmiştir. Renk analizi sonuçları, taze örneğe en yakın renk bütünlüğünü (en düşük ΔE) korumada en etkili yöntemin SA ön işlemi olduğunu ortaya koymuştur. Hem sarı hem de kara havucun kabin kurutmada 65°C'de, infrared kurutmada ise 62 W'ta SA ile işlem görmüş örnekleri, en yüksek L (açıklık), a (kırmızılık) ve b (sarılık) değerlerini sergilemiş, böylece renk bozulması en aza indirgenmiştir. SA'nın asidik ortamının enzimatik ve enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonlarını minimum düzeye indirgemesi, bu sonucun temel nedeni olarak değerlendirilmiştir. Kombine kurutma sistemi (62 W IR ön kurutma + 55°C Kabin) ile yapılan deneyler, bu sistemin verimliliğini kanıtlamıştır. Sarı havuç kontrol örneklerinde, infrared ön kurutma süresinin 30 dakikadan 90 dakikaya çıkarılması, toplam kuruma süresini 300 dakikadan 195 dakikaya (%35 azalma) düşürmüş, Deff değerinde 7.789×10⁻¹⁰ m²/s'den 1.168×10⁻⁹ m²/s'ye yükselmiş ve RR değerinde ise 3.78'den 4.16'ya iyileştirmiştir. Ayrıca, 90 dakikalık IR ön işlemi ile, en düşük ΔE değerini (10.60) sağlayarak kombine sistemde en iyi renk korumasını sağlamıştır. Sonuç olarak, bu kapsamlı tez çalışması, havuç kurutmada hedeflenen ürün kalitesine ve proses verimliliğine bağlı olarak optimize edilmiş stratejiler sunmaktadır. Kurutma hızı ve rehidrasyon oranının maksimizasyonu amaçlandığında, SB ön işlemi ile birlikte yüksek sıcaklıkta kabin kurutma veya yüksek güçte infrared kurutma en etkin yöntemler olarak öne çıkmaktadır. Renk ve görünüş özelliklerinin maksimum düzeyde korunması gereken durumlarda ise SA ön işlemi tercih edilmelidir. Kombine kurutma sistemi, özellikle infrared ön kurutma süresi optimize edildiğinde, hem süre hem de kalite parametreleri açısından dengeli ve verimli bir alternatif oluşturmaktadır. İnfrared kurutmanın, sağladığı yüksek difüzyon katsayıları ve genel olarak daha iyi rehidrasyon değerleri ile, kabin kurutmaya göre daha üstün bir teknoloji olduğu tespit edilmiştir. Bu bulgular, gıda endüstrisi için enerji verimliliği yüksek ve kaliteli kurutulmuş havuç üretimine yönelik bilimsel bir altyapı sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The objectives of the research are to systematically examine the influence of drying technology and pretreatment conditions on drying performance and quality characteristics of slices of two different carrot varieties, orange carrot (Daucus carota), and black carrot (Daucus carota ssp. sativus var. atrorubens Alef.). This research was carried out at the laboratory scale using three different drying technologies: cabinet dryer, infrared (IR) dryer, and combined dryer. The independent variables of the drying process were identified as slice thickness (3, 6, and 9 mm), drying temperature (45, 55, 65, and 75°C), infrared (IR) power level (38, 50, 62, 74, and 88 W), and pretreatment (control, immersion in 2% citric acid (SA) solution, blanching in hot water at 90°C (WB), and steam blanching at 100°C (SB)). The total time of all pretreatments was restricted to 2 minutes. The quality of dried samples was analyzed using rehydration ratio (RR) and color coordinates (CIELab), while drying kinetics were described using parameters such as effective diffusion coefficient (Deff) and activation energy (Ea). The major outcome of this study is that the variables influencing the drying time are IR power level, cabinet dryer temperature, and pretreatment type. In the cabinet dryer, raising the temperature from 45°C to 75°C resulted in a significant decrease in the drying time of the carrot slices pretreated with SB compared to the control sample. Likewise, in the IR drying method, raising the IR power level from 38 W to 88 W resulted in a decrease in the drying time of the carrot slices. Moreover, it was observed that the reduction in drying time was significantly higher in the SB sample compared to the others. The efficiency of the pretreatment techniques in decreasing the drying time was observed to be consistent with the order: SB > WB > SA > Control for all varieties and drying techniques. When analyzing the results regarding the effect of slice thickness, it was observed that the time taken for the control orange carrot slices dried at 55°C increased from 255 minutes for slices of 3mm thickness to 675 minutes for slices of 9mm thickness. Results from the analysis of the drying kinetics indicated that the values of the effective diffusion coefficients (Deff) increased with an increase in the temperature and the infrared power used in the process. The highest values of Deff were observed in the SB-pretreated samples in all cases. For the orange carrot, the highest Deff in the cabinet drying method was 1.241 × 10⁻⁹ m²/s, and in infrared drying, the value was 2.805 × 10⁻⁹ m²/s. For black carrot, the values were 1.174 × 10⁻⁹ m²/s and 3.517 × 10⁻⁹ m²/s, respectively. In case of cabinet-dried orange and black carrots, the values of activation energy varied between 24.88 and 29.87 kJ/mol and 19.31 and 21.02 kJ/mol, respectively. However, for infrared-dried orange and black carrots, the values of activation energy were found to be 1.14–1.97 kW/kg and 1.13–1.46 kW/kg, respectively. Rehydration ratio was found to be an important factor for assessing the quality of dried samples. For both types of carrots and all drying methods combined, the highest rehydration ratio values were found for samples treated with thermal methods like SB and WB. The results of color analysis showed that the SA pretreatment was the most effective in maintaining the color integrity closest to that of fresh samples (lowest ΔE value). Orange and black carrot samples treated with SA at 65°C in cabinet drying and at 62 W in infrared drying had the highest L (lightness), a (redness), and b (yellowness) values, thus preventing color degradation. The acidic nature of SA is thought to be the key factor in suppressing enzymatic and non-enzymatic browning reactions. Experiments conducted using the combined drying system (62 W IR pre-drying + 55°C cabinet drying) proved the effectiveness of the combined drying system. In orange carrot control samples, the total drying time reduced from 300 to 195 minutes (35% reduction) with an increase in infrared pre-drying time from 30 to 90 minutes, and the Deff value increased from 7.789 × 10⁻¹⁰ m²/s to 1.168 × 10⁻⁹ m²/s, and the RR value improved from 3.78 to 4.16. Moreover, the 90-minute IR pretreatment resulted in the lowest ΔE value of 10.60. In summary, this full thesis report provides the optimal carrot drying strategy based on the intended product quality and process efficiency. If the criteria for maximum drying rate and rehydration ratio are the priority, the most efficient strategy would be the high-temperature cabinet drying process or the high-powered infrared drying process in combination with the SB pretreatment process. If the appearance of the dried carrot is the priority, the SA pretreatment process is more desirable. The combined drying system, including the optimal duration of the infrared pre-drying process, is the most efficient process in balancing the process time and product quality. The results indicate that the infrared drying process, with the larger diffusion coefficient values, is more efficient than the cabinet drying process.
Benzer Tezler
- Havuç (Daucus carota L.) dilimlerinin kurutulmasında farklı kurutma yöntemlerinin ve ön işlemlerin kuruma karakteristikleri ve bazı kalite özelliklerine etkisi
The effects of different drying methods and pre-treatments on drying characteristics and some quality properties in drying carrot (Daucus carota L.) slices
SAMET KAYA DURSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
ZiraatTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiBiyosistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GAZANFER ERGÜNEŞ
- Havucun ultrases destekli düşük basınçlı kızgın buhar yöntemiyle kurutulması ve kalite özelliklerinin belirlenmesi
Dehydration of carrot using with ultrasound assisted low pressure superheated steamand determination of quality properties
ÜLKÜ HİLAL USLU
Doktora
Türkçe
2023
Gıda MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER KUŞÇU
- Siyah havuçtan (Daucus carota L.) cips üretim yöntemlerinin incelenmesi
Investigation of chips production methods from black carrot (Daucus carota L.)
ABDULSAMET ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Gıda MühendisliğiNiğde Ömer Halisdemir ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEM BALTACIOĞLU
- Formation of anthocyanin-rich black carrot extract loaded potato protein particles by ternary compressed CO2-ethanol-water mixture extraction and PGSS-drying
Üçlü sıkıştırılmış CO2-etanol-su karışımı ekstraksiyonu ve PGSS-kurutma ile antosiyanince zengin kara havuç özütü yüklü patates proteini partikülleri oluşumu
MERVE YAVUZ DÜZGÜN
Doktora
İngilizce
2021
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BERAAT ÖZÇELİK
- Farklı kurutma yöntemlerinin reyhan (Ocimum basilicum) bitkisinin kuruma süresine ve kalitesine etkisi
The effects of various drying methods on the drying time and quality of basil (Ocimum basilicum)
HAKAN POLATCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
ZiraatGaziosmanpaşa ÜniversitesiTarım Makineleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEFA TARHAN