A process toward a healthier and tastier chocolate production
Daha sağlıklı ve lezzetli çikolata üretimine doğru bir süreç
- Tez No: 904761
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET KERİM RAMAZANOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 64
Özet
Bu tez, elektroreolojik (ER) akışkanların çikolata üretiminde uygulanabilirliğini araştırarak, daha sağlıklı ve lezzetli çikolata üretme yollarını incelemektedir. Çikolata, dünyada her yıl yaklaşık 7 milyon ton tüketilen, hem çocuklar hem de yetişkinler arasında popüler bir yiyecek olup, yüksek yağ ve kalori içeriği nedeniyle sağlık açısından bazı riskler taşımaktadır. 100 gramında yaklaşık 510-530 kcal enerji içeren çikolatanın yağ oranı, özellikle obezite gibi sağlık sorunlarına yol açabilir. Bu nedenle, daha düşük yağ oranına sahip çikolataların üretilmesi halk sağlığı açısından büyük önem taşımaktadır. Ancak yağ oranı düşürüldüğünde, çikolatanın akışkanlık özelliklerinin olumsuz etkilenmesi, üretim sürecinde karşılaşılan zorluklardan biridir. Çikolata, birçok aşamadan geçen bir üretim sürecine sahiptir ve bu süreçte genellikle sıvı formdadır. Çikolatanın üretim aşamaları; hasat, fermantasyon, kurutma, kavurma, öğütme, presleme, karıştırma, temperleme, kalıplama ve paketleme gibi adımları içerir. Bu aşamalar boyunca çikolatanın akışkanlık özellikleri özellikle temperleme sürecinde önem kazanmaktadır. Çikolatanın akışkanlık (viskozite) özellikleri, ürün kalitesini etkileyen en kritik faktörlerden biridir. Üretim sırasında çikolatanın viskozitesinin çok düşük olması, kaplama işlemi sırasında çikolatanın ince bir katman oluşturmasına neden olurken; çok yüksek olması, hava kabarcıklarının oluşmasına ve çikolatanın düzgün şekilde kalıplara yerleşmemesine neden olabilir. Ayrıca, çikolatanın ağızda bıraktığı tat ve dokusu da büyük ölçüde viskozite ile ilişkilidir. Viskozite, sıvıların akışa karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanabilir ve çikolata gibi yoğun sıvılar için üretim aşamalarında kritik bir öneme sahiptir. Çikolatanın yağ oranını azaltmak, bu viskoziteyi istenilen seviyede tutmayı zorlaştırabilir. Çalışmada, ER etkisinin çikolatanın akışkanlık özelliklerini nasıl değiştirebileceği ve viskoziteyi düşürerek yağ oranını azaltıp azaltamayacağı incelenmiştir. Bu çalışmada, çikolatanın viskozitesini (akışmazlığı) elektrik alanı uygulayarak değiştirme yöntemi incelenmiş ve böylece yağ oranı azaltılarak çikolatanın lezzetini korumanın mümkün olup olmadığı araştırılmıştır. ER akışkanlar, uygulanan elektrik alanı altında akışkanlık özelliklerini değiştiren özel sıvılardır. Kısaca tanımlamak gerekirse, Einstein'ın tek biçimli kürelerden oluşan seyreltilmiş sıvı süspansiyonlarının viskozitesi üzerine yaptığı araştırmaya dayanan elektroreolojik (ER) akışkanlar elektriksel olarak yalıtkan bir sıvı içinde asılı polarize edilebilen ve elektriksel olarak aktif parçacıklar içeren akışkanlar olarak tanımlanabilir. En yaygın olanları sıvı çikolata veya petrol ve diğer yağ süspansiyonlarıdır. Kakao, şeker ve süt içeren katı parçacıklardan oluştuğu için bu çalışma için seçilmiş adayımız sıvı çikolataydı. Çikolata, ER özelliklerine sahip bir madde olarak seçilmiş ve elektrik alanı uygulamasıyla çikolatadaki parçacıkların hizalanarak viskozitenin azaltılması hedeflenmiştir. Bu süreç, daha az yağlı çikolataların üretilmesini sağlayarak, çikolatanın besin değerlerini daha sağlıklı hale getirmeyi amaçlamaktadır. Tüm sıvı süspansiyonlar için parçacığın şekline bağlı olarak iki kritik parametre mevcuttur: içsel viskozite ve maksimum rastgele sıkışma (MRJ) yoğunluğu. Bu parametreler sıvının genel viskozitesini belirler. ER toplanması, parçacığın şeklini küreselden küresele doğru bozarak MRJ yoğunluğunu değiştirir. Parçacıklar elektrik alanı yönünde hizalanırken molekül zincirlerinde dönme simetrisi bozulur, bu da anizotropik distorsiyon olarak ortaya çıkan viskozitede bir değişikliğe neden olur. Bu, alan yönü boyunca viskozitede önemli bir azalmaya yol açar. ER akışkanların davranışını etkileyen temel parametreler arasında sıcaklık, nem, elektrik frekansı, hacim oranı, dielektrik özellikler, parçacık boyutu ve şekli yer almaktadır. Örneğin, sıcaklık arttıkça viskozite azalma eğilimi gösterir, ancak belirli bir sıcaklıktan sonra bu etki tersine dönebilir. Aynı şekilde, elektrik frekansı da parçacıkların elektrik alanı altında nasıl hizalandığını etkileyerek akışkanlık özelliklerini değiştirir. Düşük frekanslar, daha stabil zincir yapılarını desteklerken yüksek frekanslar, parçacıklar arasındaki etkileşimleri zayıflatabilir. ER akışkanlar genellikle, katı parçacıkların sıvı içinde askıda olduğu ve uygulanan elektrik alanına bağlı olarak viskozite değişiminin gözlemlendiği sıvılardır. Klasik viskozitemetreler anizotropik(yönlü) viskozite ölçümüne olanak tanımadığı için yeni bir ölçüm metodu geliştirilmesi gerekmiştir. Deneysel çalışmada, çikolatanın viskozitesini ölçmek ve elektrik alanı altında nasıl değiştiğini gözlemlemek amacıyla özel bir deney düzeneği geliştirilmiştir. Deneyde kullanılan düzeneğin ana bileşenleri şunlardır: çikolata tankı, ısıtıcılar, sensörler, akış boruları, elektrik alanı uygulama düzeneği ve veri toplama sistemleri. Çikolata tankı, çikolatanın sıcaklığını kontrol altında tutmak için silikon bazlı ısıtıcılarla donatılmıştır ve tank içindeki basınç sabit tutulmuştur. Akış borusuna paralel ve dikey olarak elektrik alanları uygulanarak çikolatanın akış hızındaki değişimler gözlemlenmiştir. Elektrik alanı arttıkça çikolatanın viskozitesindeki azalma kaydedilmiş ve bu veriler akış hızı üzerinden değerlendirilmiştir. Deney sırasında çikolatanın sıcaklığı ve tank içindeki basınç sabit tutulmuştur. Farklı elektrik alanı yoğunlukları altında çikolatanın akış hızları ölçülmüş ve bu ölçümler, çikolatanın viskozitesinin elektrik alanı ile nasıl değiştiğini göstermek için kullanılmıştır. Deneyin amacı, çikolatanın yağ içeriğini azaltarak akışkanlık özelliklerini korumanın mümkün olup olmadığını belirlemektir. Deney sonuçlarına göre, elektrik alanı uygulandığında çikolatanın viskozitesinde anlamlı bir azalma gözlemlenmiştir. Ancak bu azalma, belirli bir voltajdan sonra sabitlenmiş ve daha yüksek elektrik alanı uygulamalarında ilave bir değişiklik gözlenmemiştir. Deney verilerine göre, elektrik alanı uygulandığında çikolatanın viskozitesi doğrusal bir şekilde azalmıştır. 1200 V/cm'ye kadar olan alanlarda viskozite azalma eğilimi gösterirken, bu değerin üzerinde herhangi bir ek azalma kaydedilmemiştir. Bu sonuçlar, elektroreolojik etki ile çikolatanın yağ içeriğini azaltarak daha sağlıklı çikolata üretiminin mümkün olduğunu göstermektedir. Bitter çikolatalarda, sütlü çikolatalara kıyasla viskozite azalması daha sınırlı olmuştur, bu da bitter çikolatada polarize olabilecek parçacıkların sayısının daha az olmasıyla açıklanabilir. Elektroreolojik etki, çikolatanın içindeki parçacıkların elektrik alanı altında zincir yapıları oluşturmasına neden olur. Bu zincir yapıları, çikolatanın akış yönüne paralel olarak hizalanarak viskozitenin azalmasını sağlar. Böylece, çikolatanın üretim aşamasında daha az yağ kullanılarak istenen kıvamda çikolata elde edilebilir. Elektrik alanı uygulaması ile elde edilen bu sonuçlar, çikolatanın yağ içeriğini düşürmenin yanı sıra üretim maliyetlerini de azaltma potansiyeline sahiptir. Çünkü elektrik alanı uygulaması sırasında enerji tüketimi oldukça düşük seviyelerde kalmaktadır. Sonuç olarak, bu yöntem, çikolata üretiminde yenilikçi ve sürdürülebilir bir yaklaşım olarak değerlendirilebilir. Bu çalışma, çikolata üretiminde daha sağlıklı ve lezzetli ürünler elde etmek amacıyla elektroreolojik teknolojilerin kullanımını araştırmıştır. Elektroreolojik yöntemlerin çikolatanın viskozitesini düşürerek daha az yağ içeren çikolata üretiminde etkili olabileceği gösterilmiştir. Bu yöntem, geleneksel çikolata üretim metotlarına kıyasla daha düşük enerji maliyeti ile daha sağlıklı ürünler sunma potansiyeline sahiptir. Ayrıca, çikolatanın lezzetinden ve dokusundan ödün vermeden daha düşük kalorili çikolatalar üretmenin mümkün olabileceği ortaya konmuştur. Çalışma süresince yapılan deneyler ve analizler, çikolatanın akışkanlık özelliklerinin elektrik alanı altında nasıl değiştiğini ve bu değişimlerin üretim süreçlerine nasıl entegre edilebileceğini göstermiştir. Bu bulgular, çikolata endüstrisi için önemli bir yenilik olarak değerlendirilebilir ve daha sağlıklı çikolata üretimi konusunda yeni fırsatlar sunabilir.
Özet (Çeviri)
Electrorheological (ER) fluids, based on Einstein's research on the viscosity of diluted liquid suspensions of uniform spheres, can be defined as fluids that are electrically insulating but contain polarizable electrically active particles suspended within them. The viscosity of these fluids can be altered by an electric field acting upon them. Among the most common are liquid chocolate or petroleum and other oil suspensions. Liquid chocolate was our chosen candidate for this study, as it consists of solid particles containing cocoa, sugar, and milk. For all liquid suspensions, two critical parameters exist depending on the shape of the particle: intrinsic viscosity and maximum random jammed (MRJ) density. These parameters determine the overall viscosity of the liquid. ER aggregation distorts the particle's shape from spherical to spheroid, altering the MRJ density. Rotational symmetry is disrupted in the chains of molecules as particles align in the direction of the electric field, resulting in a change in viscosity manifested as anisotropic distortion. This leads to a significant reduction in viscosity along the field direction. Since conventional viscometers operate isotopically, this anisotropic distortion cannot be observed in usual viscometer devices. Therefore, we designed an experimental setup to measure applied electric field anisotropic effects. Our setup includes a tank for melted chocolate, silicone heaters to control and maintain constant chocolate temperature, a capillary flow valve for gravity-directed flow, perforated metal plates along the flow valve to apply an electric field parallel and also perpendicular to the flow direction, nitrogen gas to maintain constant pressure inside the tank, and an electronic system based on ARDUINO to monitor and record data simultaneously. The linear change between the flow rate of melted chocolate with respect to time yields viscosity as a function of the field. Throughout these measurements, tank pressure and chocolate temperature remain constant. According to our results, viscosity, measured as the weight of the chocolate with respect to elapsed time, exhibits a decreasing trend as field values increase. This suggests the possibility of producing less fatty and healthier chocolate without altering its original taste.
Benzer Tezler
- Okul öncesinde kapsayıcı bir sınıf oluşturmada öğretmen çocuk etkileşimi: Öğretmenin bilinçdışı süreçleri ve aktarımsal yanıtlarının incelenmesi
Teacher child interaction in creating a holding preschool classroom: Investigating unconscious of teachers and their transferential response
ELÇİN GÖLBAŞI
- Düzey II bölgelerinde kalkınma modeli oluşturmada coğrafi bilgi sistemlerinin rolü: Lucis modeli yaklaşımı
The role of geographical information systems in building a devolopment model in the nuts II regions: The approach of Lucis model
İBRAHİM TAŞDEMİR
Doktora
Türkçe
2017
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞİNASİ KAYA
- Sürdürülebilirlik bağlamında yeşil bina olma kriterleri -Kağıthane Ofispark Projesi örneği-
The criteria for being green building in context of sustainability -Kağithane Ofispark Project as an example-
EMİNE PINAR ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiGayrimenkul Geliştirme Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET ALİ YÜZER
- Konut ve yerleşmelerde güneş enerjisinin etkin kullanımı açısından imar mevzuatının irdelenmesine yönelik bir çalışma
A study for the analysis of development legislation in terms of efficient use of solar energy in residential buildings and settlements
IŞIL KALPKIRMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜL KOÇLAR ORAL
- Tıp evriminde görsel estetik; felsefi, bilimsel ve uygulamalı yönleriyle
Visual esthetics in medical evaluation from physiological, scientific and applied points of view
SERAP ŞAHİNOĞLU PELİN
Doktora
Türkçe
1996
Deontoloji ve Tıp TarihiAnkara ÜniversitesiDeontoloji ve Tıp Tarihi Ana Bilim Dalı
PROF.DR. YAMAN ÖRS