Transcript 2. hafta

Hacettepe Üniversitesi
Gıda Mühendisliği Bölümü
GM 362 Gıda Makine ve Ekipmanları 2 0 2 kredi
1.hafta
Yrd.Doç.Dr. Ali TOPCU
1
Yararlanılan Kaynaklar

Gıda Endüstrisi Makineleri
İlbilge Saldamlı, Engin Saldamlı, 2.baskı,
Savaş Kitapevi, Ankara, 2004, 547 sayfa.
2
Gıda Makine ve Ekipmanları dersinde,







1.hafta: Gıdaların temel özellikleri ve üretiminde kullanılan
ilkeler
2. hafta: Hammadde hazırlık makineleri (tartma ve ölçme
aletleri, taşıma ve iletim düzenleri)
3. hafta: Hammadde hazırlık makineleri (gıda ön işlem ve
temizlik makineleri), üretim makineleri (sınıflama ve ayırma
makineleri)
4. hafta: Üretim makineleri (karıştırma ve karışımlama
makineleri, boyut küçültme makineleri)
5. hafta: Isıl işlem makine ve ekipmanları
6. hafta: Evaporatorler, dearatörler, deodorizatörler
7. hafta: Kondensörler, haşlama, kızartma, pişirme ve
kavurma makine ve ekipmanları
3






8. hafta: Işınlama, ohmik ısıtma, yüksek basınç, titreşimli
elektrik alanı makine ve ekipmanları, kurutma işlemi ve
dehidratörler
9. hafta: Ambalaj ve ambalajlama makineleri (gıda
ambalajında malzemeden istenilen özellikler, sert ve esnek
ambalajlar)
10. hafta: Ambalaj ve ambalajlama makineleri (yıkama,
doldurma ve kapama makinaları), aseptik ambalajlama,
gıdaların kontrolü ve modifiye atmosferde ambalajlama,
ambalajlamada bar kod sistemi
11. hafta: Sistem temizliği (temizlik maddeleri, temizlik
işlemi, otomatik temizleme sistemleri)
12. hafta: Otomasyon ( otomasyon gereksinimi, kontrol
sistemleri)
13. hafta: Fabrika kuruluş teknikleri (etüt ve çalışmalar,
yerleşim planının yapılması)
4
Bu derste,
Gıda Endüstrisi ve Gıda Bilimi
 Gıdaların temel özellikleri ve üretiminde kullanılan
ilkeler
 Faz geçişi, yoğunluk ve özgül ağırlık
 Akış tipleri, viskozite, yüzey aktiflik
 Emülsiyon, sıvı dispersiyonlar
 Reoloji ve tekstür
 Kütle aktarımı, kütle denkliği
gibi konular anlatılacaktır.

5
Açlık ve Kıtlık



Dünya tarihinde açlık ve kıtlık her zaman
olmuştur.
Son yüzyılda dünya nüfusunun hızla artması
nedeniyle tarım sektöründeki üretim, ihtiyacı
karşılayamaz duruma gelmiştir.
Ciddi bir gıda kıtlığı sorunu ile karşı karşıya
gelinmiştir.
6
Dünya Gıda Sorununun Çözümünde,






Tarımsal üretimin arttırılması gerekmektedir.
Tarımsal ürünlerin üretimi ve tüketimi sırasında ortaya
çıkan ürün kayıpları en aza indirilmelidir.
Dünyada işlenebilir düşük verimli toprakların yüksek
verimli düzeye çıkarılması gerekmektedir.
Deniz kaynaklı yeni gıdaların işlenmesi sağlanmalıdır.
Gıda üretiminde çağdaş teknoloji kullanılmalıdır.
Gelişmiş ülkelerin geri kalmış ve açlık sorunu ile karşı
karşıya olan ülkelere yardım etmesi ve gıda
kaynaklarının adil olarak paylaşılması gereklidir.
7
Gıda Bilimi



Hammaddenin yetiştirilmesinden başlayarak
tüketime kadar geçen tüm aşamaları kapsar.
Gıdaların özellikleri ve bunların üretim ve
sağlıkla olan ilişkilerini ele alır.
Ancak gıdaların özellikleri yağış toprak cinsi
ve işlenmesi, gübreleme, ilaçlama yöntemi,
bitki ve hayvan karakteristikleri gibi birçok
faktöre bağlı olarak değişmektedir. Bu nedenle
gıda biliminin tanımı daha kapsamlı olmalıdır.
8
Gıda Bilimindeki Gelişmeler






Fabrikasyon gıda üretimi artmıştır.
Yeni gıda kaynakları bulunmuştur.
Gıdaların muhafazasında yeni teknikler geliştirilmiştir.
Meyve ve sebzelerden aroma maddeleri ve enzimlerin
elde edilmesi sağlanmıştır.
Mikrobiyolojik, kimyasal ve fiziksel bozulmayı önlemek
ve besin kaybını minimize etmek amacıyla balık gibi
gıdaların yerinde işlenmesi, depolanması ve taşınması
sağlanmıştır.
Gıda konusunda yetişmiş insan sayısının artması
sağlanmıştır.
9
Gıda endüstrisi kapsamındaki
endüstri dalları









Süt ve Süt Ürünleri Endüstrisi
Hububat ve Hububat Ürünleri Endüstrisi
Et ve Et Ürünleri Endüstrisi
Yumurta Endüstrisi
Bitkisel ve Hayvansal Yağ Endüstrisi
Meyve-Sebze Ürünleri Endüstrisi
Alkollü İçkiler Endüstrisi
Deniz Ürünleri Endüstrisi
Şeker ve Şekerli Ürünler Endüstrisi
10
Gıda endüstrisinde başlıca birim
işlemler
1. Kontrol
2. Hammadde hazırlık
3. Temizleme
4. Parçalama
5. Sınıflandırma
6. Ayırma
7. Boyut küçültme
8. Karışımlama
9. Pompalama
10. Isıl işlemler
11. Koyulaştırma
12. Kurutma
13. Şekil verme
14. Kaplama
15. Ambalajlama
11
Gıdaların temel özellikleri ve
üretimde kullanılan ilkeler

Sıvı, Katı ve Gazların Bazı Özellikleri
Sıvı, gaz ve katıların (toz ve granül olanlar
dahil) akışkan formda olanları mühendislikte
topluca “akışkan” olarak adlandırılır ve bunlar
bir basınç uygulandığında kesiksiz bir
biçimde akarlar.
12
Faz Geçişi




Katı fazdan sıvı faza geçiş ve bunun tersi genellikle “faz
geçişi” olarak bilinir.
Faz geçişleri genellikle faz geçiş sıcaklığında gerçekleşen
izotermal bir olay olup, gizli ısının absorpsiyonu veya
serbest hale geçmesi yolu ile oluşur.
Suyun evaporasyonda su buharına dönüşü, yine suyun
donma, dondurarak kurutma ve dondurarak konsantre
edilmesi sırasında buza geçişi ve yağların kristalize olması
gibi işlemler bu konudaki belirgin örneklerdir.
Bir diğer faz geçişi, camsı geçiş’tir. Herhangi bir madde
camsı faza geçtiğinde kristal hale gelmemekte ancak
düzensiz bir sıvı hal durumu kazanmaktadır. Buna örnek
olarak katı yağların kristalizasyonu verilebilir.
13
Yoğunluk




Bir maddenin yoğunluğu, o madde kütlesinin
hacmine bölümüne eşittir ve birimi kg/m3’dür.
Yoğunluk sabit olmayıp, basınç ve sıcaklıkla değişir.
Gıdaların yoğunluğu ile ilgili bilgiler seperasyon
tekniklerinin kullanıldığı işlemler için büyük önem
taşır.
Yoğunlukta farklılık, boyut küçültme ve karıştırma
işlemlerinde de önemli etkiye sahiptir.
14



Sıvıların yoğunluğu, sıvı kitlesinin belirli sıcaklıkta
doğrudan sıvının hacmine bölünmesi ile elde edilir
Katı ve tozlar için iki tür yoğunluk kavramı vardır.
Bunlardan birincisi taneciğin bireysel yoğunluğudur.
Diğeri ise tüm kitlenin yoğunluğu olup bu kitlede yer
alan her parçacığın etrafındaki havayı hacimsal olarak
içermektedir. Buna kitlesel yoğunluk denir.
Bir maddenin kitlesel (bulk) yoğunluğu onun
geometrisine, boyutlarına ve yüzey özelliklerine
bağlıdır.
15
Özgül Ağırlık

Sıvıların özgül ağırlığı sıvı kütlesinin (ve/veya
yoğunluğunun) aynı hacimdeki saf suyun
kütlesine (ve/veya yoğunluğuna) bölünmesi ile
elde edilmektedir.
16
Akışkan Tipleri




Akışkan, belli basınç ve sıcaklıkta belli
yoğunluktadır.
Yoğunluk, basınç ve sıcaklığa bağlı ise de
bunların değişmesi yoğunluğu az, bazen de
çok değiştirir.
Yoğunluk az değişiyor ise böyle akışkana
“sıkıştırılamayan” akışkan denir.
Gazlar ise “sıkıştırılabilen” akışkanlardır.
17
Viskozite



Viskozite bir sıvının akışa karşı gösterdiği direnç
olarak tanımlanır. Bir başka deyişle akışkanın (sıvı
veya gaz) molekülleri arasındaki çekim kuvvetidir.
Akışa karşı gösterilen dirence kesme gerilimi de
denir.
Viskozitenin büyümesi akışkanlığı azaltırken,
küçülmesi akışkanlığı artırmaktadır.
Çeşitli sıvıların viskozitesi ısıtma, soğutma, konsantre
hale getirme gibi işlemlerde değişiktir ve bu durum
akışkan halindeki bu gıdaların pompalanması
sırasında pompanın gereksinim duyacağı güç
açısından önem taşır.
18
Akışkan tipleri




Sıvıları hareket ettiren güce kesme gücü denmektedir.
Hız değişkenliği ise kesme hızı olarak bilinir.
Eğer kesme kuvveti, kesme hızına karşı grafiğe
alınırsa çoğu basit sıvıların ve gazların doğrusal bir
ilişki gösterdikleri gözlenir ve bu ilişkideki sıvılara da
Newtonian sıvılar denir. Örneğin, su, sıvı yağlar,
gazlar, şeker ve tuz ile hazırlanan çözeltiler
İlişkinin doğrusal olmadığı akışkanlar ise Nonnewtonian olarak adlandırılmaktadır. Örneğin,
emülsiyonlar, süspansiyonlar, nişasta, pektin, gam ve
protein içeren konsantre çözeltiler gibi.
19
Non-newtonian akışkanlar






Kesme hızını azaltıcı (Pseudoplastik) sıvılar: Bu sıvılarda kesme
hızı arttığında viskozite fonksiyonel olarak düşmektedir. Örneğin
emülsiyonlar, süspansiyon özelliği gösteren meyve suları ve püreleri
Genleşen veya genişleyen (Dilatant) sıvılar: Kesme hızı arttığında
viskozitesi de fonksiyonel olarak artan sıvılardır. Örneğin sıvı
çikolata ve mısır unu süspansiyonu
Bingham veya Casson plastik sıvılar: Bu sıvılarda kritik kesme
kuvvetine ulaşılıncaya kadar sıvıda akış görülmez, daha sonra da
kesme hızı doğrusal veya doğrusal olmayan özellikte olabilir.
Örneğin domates ketçabı
Thixotropik sıvılar: Sürekli kesme kuvveti etkisiyle viskozitesi
düşen sıvılardır. Örneğin kremalar
Rheopektik sıvılar: Bu sıvılar da sürekli kesme kuvveti
uygulandığında viskozite artmakta ve yapı gelişmektedir. Örneğin
çırpılmış krema
Viskoelastik materyaller: Hem viskoz özellik taşır, hem de elastik
özellik gösterirler. Kesme direnci kaldırıldığında materyal tümüyle
eski haline dönemez ve oluşan deformasyon kalıcı olur. Örneğin
hamur, peynir ve jöleli gıdalar
20
Dinamik ve Kinematik Viskozite
Dinamik Viskozite: Kesme direnci (shear
stress) / kesme hızı (shear rate) olarak ifade
edilir.
Kinematik Viskozite: Dinamik viskozite /
yoğunluk olarak ifade edilmektedir. Kinematik
viskozite, belli bir akışkanın alanı belli olan bir
delikten yoğunluğa bağlı olarak akması, bir
başka deyişle mutlak viskozitenin yoğunluğa
oranıdır.

21
Yüzey Aktiflik



Bir çok gıda, yapısındaki fazları bağlayan iki veya
daha fazla birbirine karışmayan öge içerebilir.
Fazlardan biri dispers faz (küçük damlacık ve partikül
içeren faz) olarak isimlendirilirken, diğeri kontinü faz
(partikülün içinde dağıldığı sıvı faz) olarak bilinir.
Bu sistemlerin tek karakteristiği kontinü faz ile
ilişkide olan dispers fazın geniş bir yüzey alana sahip
olmasıdır.
Yüzey alanını artırabilmek için sisteme yüksek enerji
vermek gerekir. Örneğin yüksek devirli
homojenizatör veya mikser gibi aygıtlarda, mevcut
partiküller küçültülerek pek çok sayıda yeni bir yüzey
alan oluşumu gerçekleştirilir.
22
Emülgatörler



Akışkanların yüzey gerilimini düşüren ajanlar
olarak bilinen kimyasallara genellikle
“sürfektan”, “yüzey aktif madde” veya
“emülgatör ajan” gibi isimler verilir.
Doğal olarak gıdalarda bulunan sürfektanlar
alkoller, fosfolipidler ve proteinlerdir.
Yapay emülsifiyan ajanlar polar ve non-polar
(apolar) olarak sınıflandırılabilir.
23






Yapay emülsifiyan ajanlarda suya, çoğunlukla polar
uçların bağlandığı gruplar ilgi duyduğundan, bu
nedenle o/w emülsiyonu oluştururlar.
Apolar emülsifiyan ajanlar, yağ tarafından adsorbe
edilirler ve w/o emülsiyonu oluştururlar.
Emülsifiyan ajanlar hidrofilik-lipofilik denge
değerlerine (HLD) göre karakterize edilirler.
HLD değeri düşük olan ajanlar (9’dan az) lipofilikdir
ve w/o emülsiyonunda kullanılırlar;
HLD değeri 8-11 arasında olanlar orta düzeydedir ve
nemlendirici olarak kullanılırlar.
HLD değeri 11-20 arasında olanlar hidrofiliktirler ve
tüm o/w emülsiyonları, deterjanlar ve çözücülerde
kullanılırlar.
24
Emülsiyon tipleri



Gıda endüstrisinde iki tip sıvı-sıvı emülsiyonu ile
çalışılır.
1. Su içinde yağ (o/w), örneğin süt,salata sosları
2. Yağ içinde su (w/o), örneğin margarin, tereyağ
Ancak bunlar nispeten basit sistemler olup dondurma,
sosis eti karışımı ve kekler gibi ürünler daha karmaşık
emülsiyon sistemleri de vardır.
25
Emülsiyon Oluşumu



Emülsiyon oluşturmak için üç önemli öge bir araya
getirilir. Bunlar sırasıyla yağ-su, emülgatör ve
mekanik enerjidir (karıştırma,boyut küçültme vb).
Bir fazın içinde dağılan damlacıkları oluşturmak
kolay olduğu halde onları stabil emülsiyon haline
getirecek olan “partikül ölçüsüne” getirmek oldukça
güçtür.
Emülgatörlerin görevi yalnızca emülsiyon oluşturmak
değil aynı zamanda emülsiyon stabilitesinin
sürekliliğini de sağlamak olmalıdır.
26
27
Sıvı Dispersiyonlar


Çeşitli tip sıvı dispersiyonlar vardır. Bunlardan
en önemlisi sıvı içinde katı partiküllerin
dağıldığı dispersiyonlardır.
Bazı gıdalar, süt ve hazır çorba, meyve-sebze
suları gibi ürünler süspansiyon
karakterlidirler.
28
Dispers Sistem Olarak Gıda


Çoğu gıda dispers bir yapı taşır. Örneğin bira
köpüğü, süt yağı gibi.
Tüm gıdaların içinde pek azı homojen
yapıdadır. Örneğin, yemeklik yağlar ve bazı
içecekler gibi.
29
Reoloji ve Tekstür


Reoloji bilimi, bir maddenin üzerine yapılan
basıncın yarattığı deformasyonu inceleyen bir
bilimdir.
Madde üzerine yapılan gerilim kuvveti
deformasyon arttığında deformasyonun hızı ve
tipi, reolojik özelliğini belirlemektedir.
30
Gıdalarda duyusal olarak algılanan
reolojik nitelikler



İlk ısırmada katı ürünün sertliği, yumuşaklığı ve/veya
gevrekliği algılanır.
Çiğneme sırasında, çiğnenebilirliği, yapışkanlığı,
gamsı olup olmadığı belirlenebilmekte ve ayrıca
ürünün rutubeti, kumsuluğu, yağlılığı, boyutu ve hatta
geometrisi anlaşılabilmektedir.
Yine çiğneme sırasında gıdanın parçalanma durumu,
meydana gelen parçacıkların büyüklüğü ve biçimi,
ağzın içini kaplayış şekli anlaşılmakta ve tüm
duyumlar bundan sonra tamamlanmaktadır.
31
Kütle Aktarımı



Çeşitli gıdaların üretimindeki pek çok basamakta
kütle aktarımının örneklerini görmek mümkündür.
Örneğin, solvent ekstraksiyonunda, distilasyonda,
membran tekniklerinde ve evaporasyonda kütle
aktarımı anahtar faktördür.
Evaporasyon, dehidrasyon, pişirme ve kavurmada,
kızartma ve liyofilizasyonda yapıdaki gazlar ve su
buharı, kütle transferi ilkeleri çerçevesinde yapıdan
uzaklaşırlar.
Sürücü güç konsantrasyon farkıdır.
32
Kütle Denkliği


Kütle denklikleri “durağan hal” koşullarında analiz
edilir, böylece depolanan materyal ve kayıplar sıfır
olur.
Kütle denkliği çeşitli işlem akışında materyalin
miktarını hesap etmede, işlemin tasarımında, reçete
formülasyonlarını oluşturmada, karışımlama’dan
sonraki bileşimi belirlemede, işlem verimini
hesaplamada ve ayırma etkinliğini ortaya koymada
önemli role sahiptir.
33
Gelecek derste,
Hammadde hazırlık makineleri (tartma ve
ölçme aletleri, taşıma ve iletim düzenleri)
anlatılacaktır.

34