Ohmik ısıtma işleminin sütün evaporasyonunda kullanımı, elektriksel iletkenlik, performans analizi ve bazı kalite özelliklerinin belirlenmesi

Abstract

Bu çalışma kapsamında nem içeriği 7.85±0.02 kg su/kg KM süt örneği ohmik ısıtma destekli evaporasyon (ODE) ve geleneksel evaporasyon işlemi kullanılarak yaklaşık 3±0.12 kg su/kg KM içeriğine kadar konsantre edildi. ODE işlemi kullanılarak konsantre edilen süt örneğinin işlem süresince sıcaklık değişimi, toplam işlem süresi ve elektriksel iletkenlik değeri incelenmiştir. Ayrıca geleneksel evaporasyon işlemi ve ohmik ısıtma destekli evaporasyon işlemi ile konsantre edilen sütün performans ve bazı kalite özellikleri incelenmiş ve iki yöntem istatistiksel olarak karşılaştırılmıştır. Ohmik ısıtma destekli evaporasyon işlemi kullanılarak 3 farklı voltaj gradyanında (7-11 V/cm) 20 °C'den kaynama noktasına kadar sütün ısınma süresinin 10-30 dakika arasında olduğu ve artan voltaj gradyanın ise işlem süresini kısalttığı tespit edilmiştir (p<0.05). Başlangıç nem içeriği 7.85±0.02 kg su/kg KM değerinde olan süt örneğinin yaklaşık 3±0.12 kg su/kg KM değerine kadar evaporasyon süresinin ise 31-92.5 dakika arasında değiştiği ve artan voltaj gradyanın işlem süresi üzerine olumlu etkisi olduğu, ayrıca geleneksel evaporasyon işleminin ise 41 dakika olduğu belirlenmiştir (p<0.05). Evaporasyon işlemi sırasında artan konsantrasyona bağlı olarak kaynama noktasında yaklaşık 1 °C artış olduğu tespit edilmiştir. Ohmik ısıtma destekli evaporasyon işleminde nem içeriğinin yaklaşık 3±0.12 kg su/kg KM içeriğine kadar konsantrasyonu sırasında zaman ile nem ilişkisi arasında doğrusal bir ilişki olduğu ve R2 değerinin ise 0.99'dan büyük olduğu belirlenmiştir. Gelişen teknoloji ile birlikte sistem ve/veya işlem verimliliği önemli bir parametre olarak dikkate alınmaktadır. Mevcut çalışmada ohmik ısıtma destekli evaporasyon işleminin performans değerleri incelenmiş ve enerji verimlilik değerinin %67.1-56.3 arasında değiştiği geleneksel evaporasyon işleminin enerji verimliliğinin ise %37.1 olduğu tespit edilmiştir. Ekserji verimlilik değerinin ise %59.3-49.7 arasında değiştiği ve geleneksel evaporasyon işleminde elde edilen ekserji değerinin ohmik ısıtma işleminden daha düşük ve %32.7 olduğu tespit edilmiştir. Ohmik ısıtma destekli evaporasyon işleminden elde edilen konsantrede sütün hidroksimetilfurfural (HMF) ve renk özellikleri incelenmiştir. Ohmik ısıtma destekli evaporasyon işlemi ile elde edilen konsantre süt örneklerinin HMF değerinin 10.2-18.0 mg/L arasında olduğu geleneksel evaporasyon işlemi ile elde edilen süt örneğinin HMF içeriğinin ise 17.7 mg/L düzeyinde olduğu tespit edilmiştir. Ohmik ısıtma destekli evaporasyon işleminde elde edilen HMF içeriğinin daha düşük olduğu ancak işlem süresinin azalan voltaj gradyanına bağlı olarak artmasının HMF içeriğini olumsuz etkilediği tespit edilmiştir. Sonuç olarak nem içeriği 7.85±0.02 kg su/kg KM değerindeki süt ohmik ısıtma destekli evaporasyon işlemi ile başarılı bir şekilde yaklaşık 3±0.12 kg su/kg KM değerine kadar konsantre edilmiştir. Ohmik ısıtma uygulamasında, işlem süresinin daha kısa, enerji ve ekserji verimliliği bakımından daha yüksek verim elde edilmiştir. Kalite özellikleri açısından HMF içeriği daha düşük konsantre süt örneği 11 ve 9 V/cm ohmik uygulamalarında elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Ohmik ısıtma, evaporasyon, elektriksel iletkenlik, enerji, ekserji, kalite

In this study, the moisture content of 7.85±0.02 kg water/kg DM milk sample was concentrated to a content of approximately 3±0.12 kg water/kg DM using ohmic heating assisted evaporation (OHAE) and traditional evaporation process. The temperature change, total processing time and electrical conductivity value of the concentrated milk sample using the OHAE process were investigated. In addition, the performance and some quality characteristics of concentrated milk by traditional evaporation process and ohmic heating assisted evaporation process were examined and the two methods were compared statistically. The heating time of milk from 20 °C to boiling point was between 10-30 minutes at 3 different voltage gradients (7,11 V/cm) using OHAE and increasing voltage gradient shortened the processing time (p<0.05). The evaporation time of the milk sample with an initial moisture content of 7.85±0.02 kg water/kg DM to approximately 3±0.12 kg water/kg DM value varies between 31-92.5 minutes and the increasing voltage gradient has a positive effect on the processing time. In addition, it was determined that the traditional evaporation process was completed in 41 minutes (p<0.05). During the evaporation process, it was determined that there was an increase approximately 1 °C in the boiling point, depending on the increasing concentration. In OHAE process, there was a linear relationship between time and moisture during the milk concentration to about 3±0.12 kg water/kg DM content, and the R2 value was greater than 0.99. With the developing technology, system and/or process efficiency is considered as an important parameter. In the present study, the performance values of OHAE process were examined and the energy efficiency value ranged between 67.1-56.3% and the energy efficiency of the traditional evaporation process was 37.1%. The exergy efficiency value varies between 59.3-49.7% and the exergy value obtained in the conventional evaporation process is 32.7% lower than the ohmic heating process. Hydroxymethylfurfural (HMF) and color properties of the concentrated milk obtained from OHAE evaporation process were investigated. The HMF value of the concentrated milk samples were between 10.2-18.0 ppm, and the HMF content of the milk sample obtained by the traditional evaporation process was 17.7 ppm. The HMF content of sample from OHAE process is lower, but the increase in the processing time due to the decreasing voltage gradient affects the HMF content negatively. As a result, the moisture content of 7.85±0.02 kg water/kg DM milk was successfully concentrated to a value of approximately 3±0.12 kg water/kg DM by OHAE. In the ohmic heating application, shorter processing time and higher efficiency in terms of energy and exergy efficiency were obtained. Concentrated milk sample with lower HMF content in terms of quality characteristics was obtained in 11 and 9 V/cm ohmic applications.Key Words: Ohmic heating, evaporation, electrical conductivity, energy, exergy, quality