Isıl İşlem Makineleri ve Ekipmanları: ISIL İŞLEM MAKİNELERİ Isıl İşlem Makineleri ve Ekipmanları: Modern gıda endüstrisi tesislerinde uygulanan çok çeşitli üretim işlemleri arasında en yoğun olanı ısıl işlemlerdir.Üretimin her noktasında ürün sıcaklığının kontrol edilebilmesi büyük önem taşır.Bu nedenle ısıtma ve soğutma,bu iki işlem gıda endüstrisinin en belirgin birim işlemleridir. Hammadde ve yarı işlenmiş ürünlere işlemin çeşitli aşamalarında uygulanan haşlama, buharlaştırma (evaporasyon), yoğuşturma (kondensasyon), kurutma (dehidrasyon) ve benzeri işlemlerin tümüne “ısıl işlemler” denir.

Bu amaçla kullanılan ısı aktarımı görevi yapan düzenlere de genel olarak “ısıl işlem makineleri ve ekipmanları” adı verilir. Isı Enerjisi Kaynakları ve Enerjinin Korunması: Isıl işlemlerde (ısıtma ve soğutma) kullanılacak olan enerji maliyeti ısıl işlemlerin seçimi, işlenmiş gıdanın maliyeti ve bu işlemlerin kararlılığının ortaya koyulması yönünden önemlidir.Değişik yakıtların, kendilerine özgü bir takım avantajları olmasına karşın maliyet, güvenlik, gıdaya bulaşma riski, kullanım kolaylığı ve ısı aktarım ekipmanı işletme giderleri gibi konularda birtakım dezavantajları da vardır.

Aşağıda gösterilen enerji kaynakları gıdaların işlenmesinde kullanılır Aşağıda gösterilen enerji kaynakları gıdaların işlenmesinde kullanılır.bunlar elektrik, gaz (doğal ve sıvı petrol gazları ) ve sıvı petrol yağlarıdır.Katı yakıtlar modern işletmelerde (antresit, kömür, odun ve taş kömürü gibi) hiç kullanılmaz.Enerji kaynaklarına ilişkin avantajlar kısıtlamalar aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Birim kütle/hacim enerji İhtiyacı Bir kilojulün maliyeti Elektrik Gaz Sıvı yakıt Katı yakıt Birim kütle/hacim enerji İhtiyacı Bir kilojulün maliyeti Isı aktarım ekipmanının Maliyeti Isıtma etkinliği Kullanım esnekliği Yangın veya patlama Zararları Gıdaya bulaşma riski İşçilik ve işleme masrafları Uygulanmaz Yüksek Düşük Orta- Orta

Isıl İşlemlerin Gıdaların Beslenme ve Duyusal Özellikleri Üzerine Etkileri: Pek çok vitamin, tat-koku bileşikleri ve pigmentlerin ısıl işlemler sırasında bozulması ile mikrobiyal yıkım arasında benzerlik vardır ve bozulma birinci dereceden bir reaksiyona uymaktadır.Genel olarak, ilerde değinilecek olan(D) ve(z) değerleri, mikroorganizmalar ve enzimlere ait değerlerden daha yüksektirler.Bunun sonucu olarak, beslenme ve duyusal özellikler, ısıl işlem sırasında kullanılan yüksek sıcaklık ve kısa süre uygulamasından daha az etkilenir. O halde, besin öğelerini korumak ve istenilen duyusal kaliteyi muhafaza etmek için gerçekleştirilen işlem optimizasyonunda, termal ölüm eğrisi kullanılarak ürün için uygun zaman-sıcaklık kombinasyonunu seçmek gerekmektedir.

Isıl işlemlerin Mikroorganizmalar Üzerindeki Etkileri: Isıl işlemlerin gıdayı koruyucu etkisi, mikroorganizmadaki enzim aktiviteleri ve enzim ile kontrol edilen metabolizmayı bozan proteinlerin denatürasyonu yoluyla olmaktadır. Bozulma hızı birinci derece bir reaksiyondur yani gıda, kontaminasyon yolu ile yapısında yer alan mikoorganizmları yok edecek yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtıldığında aynı oranda bir mikroorganizma yıkımı (başlangıçta mevcut olan sayıdan bağımsız olarak belirli bir zaman diliminde) gerçekleşebilir. Bu logaritmik ölüm derecesi veya ölüm hızı kurvesi (eğrisi) kullanılarak bulunur.

Mikroorganizmaların ölümü sıcaklığa bağlıdır Mikroorganizmaların ölümü sıcaklığa bağlıdır.Hücreler yüksek sıcaklıklarda daha hızlı ölürler.Mikroorganizmaların sıcaklığa karşı dirençlerini belirlemede kullanılabilecek çok sayıda faktör vardır ancak belirli bir değişkenin ısıl direnci üzerine etkisi için genel bir ifadeyi her zaman vermek mümkün değildir.Aşağıda bazı önemli faktörler sıralanmıştır. Değişik mikroorganizma türleri ve suş’ ları ısıya direnç bakımından geniş bir değişim aralığı gösterirler.Örneğin sporlar, ısıl işleme karşı vejatatif hücrelerden çok daha fazla dirençlidirler. Hücre gelişimi ve spor oluşumu sırasındaki ortam koşulları, sıcaklık, kültürün yaşı, ortamdaki besleyici öğeler gibi parametrelerin varlığı büyük önem taşır.

Gıdaya uygulanan ısıl işlem sırasındaki koşullar yani gıdanın pH’ sı, gıdanın su aktivitesi, gıdanın bileşimi gibi parametreler, önemli elementlerdir. a.Isıtma Etkinliği, buhar sağlamadaki bazı sorunlardan dolayı yetersiz olabilir ve bu nedenle ısıtma sıcaklığındaki ani artış nedeniyle bir dalgalanma görülebilir.Bu nedenle, pastörizasyon ünitesinin sürekli tiplerinde otomatik akışta ve sistemde herhangi bir sapma görüldüğünde akışta bir hata olduğu düşünülmeli ve düzeltilmelidir.Bu da sisteme entegre edilen otomatik bir kontrol ünitesi ile sağlanabilir.

b. Rekontaminasyon, Isıl işlem görmüş bir akışkanın tekrar kontamine çok önemli bir işlem hatasıdır.Örneğin çiğ sütün veya yetersiz ısıl işlem görmüş sütün, ısı değiştiricideki bir kaçaktan veya boruların bağlanmasında yapılan ir hatadan dolayı ısıtılmış süte karışma olasılığı her zaman vardır.Doğal olarak kontaminasyon, sütün mutlak temiz olmayan bir makine yada borudan geçmesi durumunda gerçekleşir. c.Bakteriyel Üreme; Özellikle balans tank gibi sütün içinden sürekli geçiş yaptığı veya belirli bir süre yüksek sıcaklığın korunduğu ekipmanlarda Bacillus steorothermophilus ve B. Coagulans gibi mikroorganizmalar üreyebilir.Kural olarak, çiğ sütte bu bakterilerin sayısı oldukça düşüktür.Ancak anılan ekipmanlarda ve ortamda hijyen ve sanitasyon

koşulları oluşturulmadığı sürece mikrobiyal üreme gerçekleşerek ürün kalitesi riske girecektir. Isı Aktarım Tekniği İlkelerine Genel Bakış: Bir ortamdan diğer ortama ısı aktarımı isteniyorsa, bu iki ortamın sıcaklıkları mutlaka farklı olmalıdır. Isı daima sıcak olan ortamdan soğuk ortama geçer. İki ortamın sıcaklıkları arasındaki fark büyükse ısı akışı hızlıdır. İleride görüleceği gibi ısı aktarımı devam ettiği sürece sıcaklık farkı düşer (kesikli ısı aktarımı) ve ısı akışı yavaşlar. İki ortamın sıcaklıkları aynı düzeye gelince de ısı aktarımı durur.Isı üç farklı mekanizma ile aktarılır. Isıl iletim (kondüksiyon) Isıl taşınım (konveksiyon) Isıl taşıma (radyasyon)

Isıl İletim (Kondüksiyon):Katı, sıvı ve gaz halindeki sabit ortamların, fiziksel akış veya ısı aktarımının yönlendirdiği bir karışma olmaksızın, birbirlerine temas yoluyla ısı aktarımına, ısıl iletim veya kondüksiyon denir. Bardakta duran sıcak çayın ısısının bardak içinde duran kaşığa ve bardağın camına akışı gibi. Isıl Taşınım (Konveksiyon): Hareketli sıvı veya gaz halindeki ortamın katı ve sabit bir ortama temas ile ısı alışverişine ısıl taşınım yada konveksiyon adı verilir. Gıda endüstrisi işletmelerde gerek hammadde, yarı işlenmiş ürün yada son ürün olsun gerekse buhar, sıcak ve soğuk su olsun, kapalı ve yalıtımlı borular içinden taşınır.

Ayrıca çeşitli vana ve fiting’ lerin (bağlama elemanları, armatürler)sistem içinde olduğu bir düzende düzgün akış olması da beklenemez.Diğer taraftan akışkan doğal yada zorlamalı dolaşımlı akabilir. Akış yönü ısı aktarım yüzeyine paralel, yüzeye dik yada belirli bir çıda olabilir. Normal hızlarda akışkanın sürtünmesi ile oluşan ısı, aktarılan ısı yanında ihmal edilebilir. Ancak hızlarda sürtünme ile oluşan ısı büyüktür ve ihmal edilemez. Isı aktarım katsayısı ayrıca viskozite, ısıl iletkenlik, özgül ısı, yoğunluk, ısı aktarım yüzeyinin cinsi ve pürüzlülük gibi akışkan özelliklerinde büyük değişimler oluşturan parametrelerin de etkisindedir.

Isıl Işıma (Radyasyon): Radyasyon (ışıma), enerjinin ışık hızında boş bir ortam içinde akmasıdır. Radyant enerji, farklı kaynaklardan farklı şekilde oluşur.Radyant enerji türleri, biyolojik sistemler üzerinde dalga boyları, frekansları, maddeye sızma güçleri ve diğer çeşitli etkileri yönünden farklılık gösterirler. Evlerde kullandığımız elektrik ampulü her yöne doğru görülebilir (visible) bir enerji yayar.İnfrared (kızılötesi)bir lamba infrared bir enerji yayar.Görünebilen ve hissedilebilen bu ışıma enerjisi türlerine karşı bazı kaynaklar, ışık ve ısı oluşturmayan ve insanoğlu tarafından algılanamayan türde ışıma enerjisi yaymaktadırlar.Örneğin radyo dalgaları ve ultraviole (mor ötesi) ışınlar gibi.

Diğer taraftan bazı maddelerin atomları sürekli olarak parçalandığından ortama radyant enerji yayarlar. Örneğin uranyum, doğal bir radyoaktif elementtir. Elektron bombardımanı, elektrik boşalımı belirli dalga boyu radyasyonu gibi benzeri çeşitli olaylar sonucu oluşan ışıma enerjisi türleri arasında, sonuçta ısı oluşturan radyasyon türüne “ısıl ışıma” “ısıl radyasyon” yada “termal radyasyon” diyoruz. Buna göre “ısıl ışıma, sıcaklıkları farklı olan ortamlar arasında herhangi bir temas olmaksızın elektromanyetik dalgalarla ısı akışıdır” şeklinde tanımlanabilir. Mutlak sıfır değerinin üzerinde herhangi bir sıcaklığa sahip her cisim dış etkenlere bağlı kalmaksızın ısıl enerji yayar.

Isıl ışıma uzayda doğrular halinde yayılır ve yalnızca ısıl ışıma yayan cismi gören cisimler gelen ısıl ışımayı durdurabilir. Bilinen elektromanyetik radyasyonlar, kısa kozmik ışınların sahip olduğu 10-11 cm dalga boylarından, uzun-dalga radyo dalgalarının sahip olduğu 1000 m yada daha fazla dalga uzunluğuna kadar olan çok geniş dalga boyu aralığını kapsar. Tek dalga boyu ısıl ışımaya “monokromatik ısıl ışıma” denir.Gerçek bir ısıl ışıma demeti bir çok monokromatik demetlerden oluşur.Her ne kadar sıfırdan sonsuza kadar olan herhangi bir ısıl ışıma, ilke olarak cisim tarafından soğurularak ısıya çevrilebilse de, ısı aktarımında önemli olan spektrum kısmı 0,5 ile 50µ (mikron) dalga boyu aralığındadır.

Isıl ışıma yayan bir yüzeyden yayılan monokromatik enerji, yüzeyin sıcaklığına ve ısıl ışımanın dalga boyuna bağlıdır.Monokromatik ısıl ışıma, ısıl ışıma yüzeyinin ufak bir kısmından bütün doğrultularda yarı küresel bir ısıl ışıma yüzeyine doğru yayılır.Birim alandan birim zamanda yayılan monokromatik ısıl ışımaya “monokromatik ısıl ışıma gücü” adı verilir.Birimi kcal /m2 .sa .µ’dur. Bu yüzden çıkan bütün monokromatik ısıl ışımaların toplamına “toplam ısıl ışıma gücü” denir. Bir başka deyişle, birim alandan, birim zamanda bütün doğrultularda yayılan tüm dalga boylarındaki toplam ısıl ışımadır.Birimi kcal/m2.sa’ tir.

W1 ve W2 :Toplam ısıl ışıma güçleri, kcal/m2.sa Kirchoff’ a göre, sıcaklık dengesine herhangi bir cismin toplam ısıl ışıma gücünün, o cismin soğurma yeteneğine oranı yalnızca cismin sıcaklığına bağlıdır.Kirchoff ilkesi aşağıdaki eşitlikle gösterilebilir. W1 ve W2 :Toplam ısıl ışıma güçleri, kcal/m2.sa α1 ve α2 :İki cismin soğurma yeteneği (boyutsuz) Üzerine gelen tüm ısıl ışımaları soğuran ve dışarıya hiç vermeyen cisme “kara cisim” denir.Kirchoff’ a göre kara cisim, bulunduğu yer sıcaklıkta maksimum ısıl ışıma gücüne sahiptir.Kara cisim, diğer tüm ısıl ışımaya yayan cisimlerin standardı olarak kullanılır. ——————

Buraya kadar özetle verilmeye çalışılan ısı aktarım tekniği ilkelerine ek olarak ısıl iletim makine ve ekipmanlarına özgü diğer eşitliklere ve açıklamalara konularla ilgili bölümlerde yeri geldikçe değinilecektir.

GIDA ENDÜSTRİSİNDE YARARLANILAN BAŞLICA ISITMA İŞLEMLERİ 1. HAŞLAMA: Dondurulacak, kurutulacak, konserve yapılacak her işlemde kullanılır. 2. ÖN ISITMA (EKZOST) : Konservecilikte kapatmadan hemen önceki tepe boşluğunu almak için kullanılır. 3. PASTÖRİZASYON : 100 C’de yapılır. Meyve suyu ve süt pastörizasyonunda kullanılır. 4. STERİLİZASYON : t > 100 C’de yapılır. Genellikle 115-121 C’de uygulanır. 5. EVAPORASYON: Gıdalardan elde edilen sıvı unsurların suyunu uçurmak için kullanılır. 6. DEHİDRASYON: Serbest suyun gıdalardan tamamen uzaklaştırılıp gıdanın kurutulması işlemidir. 7. FIRINDA PİŞİRME : Ekmek başta olmak üzere tüm unlu mamüllere uygulanır. 8. YAĞDA KIZARTMA : Cips gibi ürünlerde kullanılır. 9. KAVURMA: Etin kendi yağı içerisinde ısıtılarak suyunun uçurulması ve yapısının değiştirilmesidir.