Mikrodalga hibritli kurutma ile bal kabağı cipsi üretiminin modellenmesi ve karakterizasyonu

Gıdalarda kurutma işlemi, kontrollü şartlar altında, gıdada varolan suyun uzaklaştırılması; ısı ve kütle transferi işlemlerinin kombinasyonu sonucunda, gıdanın serbest su miktarının azaltılmasıdır. Gıda maddelerine uygulanan kurutma işlemi sayesinde, nemi uzaklaştırılmış gıdaların taşınması ve depolanmasındaki verimlilik artmakta ve kurutma sırasında mikrobiyal gelişme ve diğer reaksiyonlar sınırlandırıldığı için ürünün bozulmaları önlenmektedir. Bu sayede arzulanan gıda maddesi, gıdanın yetişme mevsimi haricinde de kolayca tüketilebilmektedir. Gıdaların kurutulması ile kurutulmuş gıdaların işlenerek farklı tatlar elde edilmesi kolaylaşmakta, nem miktarının düşürülmesiyle tat, koku ve besin değeri gibi kalite özelliklerinin de korunması sağlanmaktadır. Ayrıca gıdaların kurutulması için ısıl işlem uygulaması, gıdalardaki bazı antioksidatif bileşiklerin artmasına yol açmaktadır. Bu nedenle, gıdaların kurutulması, sağlık sorunları nedeniyle taze gıda tüketemeyen insanlar için de bir avantaj haline gelmektedir. Yüzyıllardır süregelen bir proses olan gıdaların kurutulması işlemi, değişen ve gelişen teknolojiye, yaşam şartlarına ve istenen son ürün kalitesine göre geliştirilmiştir. Literatürde güneşte ve konvansiyonel kurutma yöntemlerinden geleneksel kurutma yöntemleri; dondurarak, kızılötesi ve mikrodalga kurutma gibi yöntemlerinden ise yeni gıda kurutma yöntemleri olarak bahsedilmektedir. Gıdaların kurutulmasında geleneksel yöntemlerinin kullanılması, uzun kuruma sürelerine ve düşük kaliteli son ürün eldesine sebep olmaktadır. Yeni yöntemlerden dondurarak kurutma yöntemi, kimyasal ve enzimatik reaksiyonları, vitamin ve fenolik madde kayıplarını engelleyerek son ürün kalitesini korumaktadır. Fakat bu avantajlarının yanında yüksek kurulum ve işleme maliyetine sahiptir. Kızılötesi kurutma yöntemi, besin ve kalite kayıplarını engellerken düşük kuruma süresine sahiptir. Ancak bu yöntemin düşük miktarlardaki gıdalar için uygun olması ve gıda geometrisine bağlılığı sebebiyle kenar ve köşeli gıdalarda homojen olmayan kurumaya sebep olması yöntemin kullanılabilirliğini azaltmaktadır. Mikrodalga yöntemi ise gıdalardaki uçucu organik bileşiklerin ve gıda renginin korunmasını sağlarken gıda yüzeylerinin sertleşmesini ve çatlamasını engellemektedir. Mikrodalganın çalışma prensibinden kaynaklı olarak ısınmanın gıda merkezinden başlaması, ısı ve kütle transferini hızlandırmakta, böylece gıdanın kuruma hızını arttırmaktadır. Geniş ürün yelpazesinde kullanılabilirliği, kurulum ve işleme kolaylığı ve diğer yöntemlere göre enerji tasarrufu sağlaması, yöntemin kullanılabilirliğini avantajlı kılmaktadır. Gıda maddelerinden nemin uzaklaştırılması için uygulanan ısıl işlemler, gıdanın fiziksel ve fizikokimyasal yapısına zarar vermektedir. Son ürünün fenolik madde ve antioksidatif bileşikleri gibi değerli yapılarına zarar verirken vitamin, renk ve tekstür kalitesini olumsuz etkileyebilmektedir. Bu nedenle, gıdaların kurutulmasından önce osmotik veya ultrasonik gibi gıda tipine göre belirlenen önişlemlerin uygulanması, farklı kurutma proseslerinin gıda üzerindeki zararlı etkilerini azaltırken, kurutma süresinin kısalması ve son ürün kalitesinin arttırılması bakımından büyük önem arzetmektedir. Ultrasonik uygulama, gıdalarda kavitasyon etkisi yaratarak ısı ve kütle transferini arttırmakta ve suyun gıdadan uzaklaşmasını hızlandırmaktadır. Bunun yanında gıdada yarattığı kavitasyon etkisi, protein denatürasyonuna sebebiyet verdiği için polifenoloksidaz (PPO), peroksidaz (POD) ve lipoksigenaz (LOX) gibi enzimlerin inaktivasyonuna sebep olmakta, bu sayede kurutulan gıdalar daha az renk değişimine uğrayarak, antioksidatif maddeleri korunmaktadır. Osmotik önişlem uygulaması ise ürünü oksidatif bozulmadan korurken, uçucu bileşen kaybını azaltmakta ve gıdanın kuruma süresini kısaltmaktadır. Osmotik kurutmanın en önemli dezavantajı ise, gıdadaki çözünür bileşenlerin, osmotik solüsyona geçmesidir. Bu nedenle osmotik uygulamanın başlı başına bir kurutma yöntemi olarak değil, farklı kurutma yöntemleri ile birleştirilerek uygulanması önerilmektedir. Bu çalışmada, iyi yaşam uygulamaları (welness) ve sağlıklı atıştırmalık konularına hitap eden kurutulmuş meyve ve sebze ürünleri üzerinde durulmuştur. Mikrodalga hibritli konvansiyonel kurutma ile elde edilen bal kabağı cipsi örneklerinin, osmotik ve ultrasonik önişlemler uygulanarak kurutulması sırasındaki kalite, kuruma süresi ve duyusal beğeni değişimleri incelenmiştir. DOE ile tasarlanan osmotik önişlem deney setinde şeker yoğunluğu olarak 25 ve 50°Brix, daldırma süresi olarak 60 ve 90 dakika, ultrasonik önişlem deney setinde ise 50 Khz frekansında 10, 20 ve 30 dakikalık ultrasonik önişlem parametreleri kullanılmıştır. Önişlem denemelerinde her kurutma setinde 200 W mikrodalga gücü, 70°C hava sıcaklığı ve 1.5 m/s hava hızı kullanımıştır. Kurutma denemeleri, online ağırlık ölçüm düzeneği ile kontrol edilmiş ve %92 ağırlık kaybına ulaştığı anda sonlandırılmıştır. Kabak cipsi örneklerinin önişlem sonrası kuruma süresi, toplam fenolik madde miktarı ve duyusal beğeni sonuçlarına göre optimum önişlem tipine karar verilmiştir. Kabak cipsi kurutma parametreleri optimizasyonu analizlerine, 30 dakika ultrasonik önişlem uygulaması ile devam edilmesine karar verilmiştir. Tepki-Yüzey yöntemi (TYY), Merkezil Bileşik deney tasarım metodu kullanılarak tasarlanan kabak cipsi kurutma deney setinde; 200-300 W mikrodalga gücü, 60-70°C hava sıcaklığı ve 1,5-2,5 m/s hava hızı parametreleri kullanılmış ve toplamda 20 deney (çift tekrarlı 40 deney) tasarlanmıştır. Her bir deney sonrasında örneklerin kuruma süresi, rehidrasyon kapasitesi, renk (L, ΔE) ve tekstür değerleri ölçülmüştür. Devamında, cips kalitesinin belirlenmesindeki en önemli parametreler olan kuruma süresi, renk ve tekstür değerlerine göre Minitab 'Response optimizer' fonksiyonu ile optimizasyon ve modelleme yapılmış, her bir parametre için birer çözüm belirlenmiştir. Optimum kuruma süresi için, 275 W mikrodalga gücü, 73,5°C hava sıcaklığı ve 1,16 m/s hava hızı; optimum renk kalitesi için; 230 W mikrodalga gücü, 73,41°C hava sıcaklığı ve 1,16 m/s hava hızı ve optimum tekstür kalitesi için; 261 W mikrodalga gücü, 73,41°C hava sıcaklığı ve 1,16 m/s hava hızı olmak üzere toplamda üç çözüm elde edilmiştir. Belirlenen modellerin doğrulanması için elde edilen üç optimum çözüm tekrar denenmiş ve deney çıktıları, model çıktıları ile karşılaştırılmış ve değerlerin birbirine çok yakın olduğu görülmüştür. Model doğrulamasından sonra, optimum çözümlerin antioksidan kapasitesi, toplam fenolik madde ve beta karoten analizleri sonuçları ile optimum çözümlerin karakterizasyonu yapılmıştır.