Kurutma; dayanma süresi kısa olan ürünlere uygulanan saklama yöntemlerinden biridir. Kısaca bir maddenin neminin alınması olarak tanımlanabilir (Bulduk, 2004). Kurutma gıdalarda mevcut suyun büyük bir kısmının uzaklaştırılarak, su miktarının (su aktivitesinin) mikroorganizma faaliyetlerini önleyecek seviyeye düşürülmesi işlemidir

(Ertugay ve ark., 1990).

Gıdaların kurutularak korunması yöntemi, insanın doğadan öğrendiği ve ilk çağdan beri uygulamakta olduğu en eski saklama yöntemidir. Gerçekten bu yöntem doğada çoğu zaman kendi kendine gerçekleşmektedir. Örneğin, çeşitli tahıllar ve baklagiller tarlada kendi halinde kuruyarak dayanıklı hale gelebilmektedir. Doğada kuruma, güneş ısısıyla gerçekleştiğinden, kurumanın her yerde ve her zaman bu yolla sağlanması olanaksızdır. Her ürüne güneşte kurutma yöntemi uygulanamaz. Bu sebeple bir çok ürünün diğer yöntemlerle kurutma yolları geliştirilmiştir (Cemeroğlu, 1986).

Yapılan bu çalışmada gıdaların nasıl kurutulması gerektiği, kurutmanın ana ilkeleri, gıdaların su ve su aktivitesi, kurutma hızına etki eden faktörler ve kurutmada meydana gelen değişmeler incelenmektedir. Bunlarla birlikte kurutma yöntemleri, püskürtmeli kurutma sistemleri ve püskürtmeli kurutucuların kullanım alanları ile ilgili çalışma yapılmaktadır..

2. GIDALARIN KURUTULMASI

Kurutma gıdanın kalori değerini kaybetmeksizin ve hücrelerini parçalamaksızın suyunun uzaklaştırılmasıdır. Kurutulmuş gıda maddesi rutubet alırsa küf ve bakteri faaliyeti hızlanır. Renk değişimi ve istenmeyen koku meydana gelir. Enzim aktivitesi hızlanır. Topaklaşma ve diğer fiziksel değişmeler meydana gelir (Özkaya, 1995). Ortamdan uzaklaştırılan su serbest sudur. Kurutulan ürünlerin su aktivitesi değerinin düşmesi dayanıklılığı arttırmaktır. Her mikroorganizmanın faaliyetini sürdüreceği optimum su aktivitesi  sınırı mevcuttur. Bu sınırın altına inildiğinde mikroorganizma faaliyeti sağlanmış olup, soğukta veya donmuş saklanmalarına yardımcı olur (Gökoğlu, 2002).

Gıdalar ya güneş ısısından yararlanılarak ya da başka kaynaklardan elde edilen ısı yardımıyla kurutulmaktadır. Kurutma yöntemi bu şekilde iki ana gruba ayrılmakla birlikte, bunun çeşitli açılardan ayrıca gruplandırılması da olanaklıdır. Bu gruplandırmalardan birisi, kurutulacak maddedeki suyun uzaklaştırılması amacıyla gerekli ısının buraya taşınma yöntemine dayanmaktadır. Buna göre bu açıdan, “konveksiyon kurutma”, “kondüksiyon kurutma” ve “yüksek frekanslı (radyasyonlu) kurutma” olmak üzere başlıca üç farklı kurutma yöntemi söz konusu olmaktadır. Konveksiyon kurutmada suyun buharlaştırılması için gerekli ısı, çoğunlukla hava gibi bir gaz tarafından taşınır. Sıcak gaz (hava) kurutulacak maddenin içinden, üzerinden ve arasından geçirilir. Bu yöntem genel olarak “sıcak hava kurutma” tekniği olarak bilinir. Kondüksüyon kurutma yönteminde ise buharlaştırma için gerekli ısı kondüksiyonla taşınır. Yani kurutulacak madde hareketsiz kalırken veya hareket ederken bu sırada temas ettiği sıcak yüzeyden maddeye ısı taşınır. Radrasyon kurutmada ise kurutulacak maddeye ısı, herhangi maddi bir taşıyıcı gerekmeksizin, civardaki bir radyasyon alanına ulaştırılır (Cemeroğlu ve Acar, 1986).

2.1. Kurutmanın Ana İlkeleri

Gıdaların kurutulmasında en önemli konulardan birisi gıda maddesindeki suyun rolüdür. Gıda maddelerinde üç tip su bulunur.

(a) karboksil ve amino grupları gibi iyonik gruplara bağlı olan su molekülleri,

(b) hidroksil ve amid gruplarına hidrojen bağıyla bağlı su molekülleri (multimoleküler bağlı su),

(c) maddenin gözeneklerinde bulunan, gözenekler arası kapiler kuvvetler ve çözünebilir bileşikler nedeniyle buhar basıncı, saf suyun buhar basıncından düşük olan, bağlı olmayan su (kapiler veya serbest su). Kurutma işlemi sırasında suyun uzaklaştırılması zordur. Bu zorluk, uzaklaştırılmak istenen suyun, yukarıda sıralanan tiplerden her biri için farklıdır. Yukarıdaki sıralamaya göre, sayılan su tiplerine buharlaştırılması sırasında karşılaşılan güçlük direkt azalmaktadır. Ayrıca, sıralama, sondan başa doğru, ürünü nem miktarı azaldıkça buharlaştırılan su tipini göstermektedir. Bu ilk olarak serbest suyun, arkasından hidrojene bağlı su moleküllerinin ve son olarak, iyonik gruplara bağlı suyun buharlaştırılıp uzaklaştırıldığı anlamına gelir. Bu bilgiler, nemin uzaklaştırılmasını sağlayan, enerji gereksinimi ile ilişkilidir. Öyle ki, sıralanan su tiplerinden her birinin uzaklaştırılması için değişik miktarlarda enerjiye gereksinim duyulur (Evranuz ve Çataltaş, 1989).

Nemin uzaklaştırılması için duyulan enerji gereksinimi suyun tipiyle olduğu kadar ürünle de değiştiğinden kurutucu cihazın tasarımında, mümkün olan bir çok faktör dikkate alınmalıdır. Tasarlanan cihazın verimliliği, uzaklaştırılmak istenen nem miktarıyla yakından ilgilidir. Ayrıca, katı maddeyle arasındaki bağların farklı mekanizmaları, depolama sırasında gıda maddesinin kalite özelliklerini etkiler (Evranuz ve Çataltaş , 1989).

2.1.1. Gıdalarda Su ve Su Aktivitesi

Gıdalarda mevcut suyun bir kısmı bağlı su olarak nitelenirse de, bağlı suya ait genel kabul görmüş bir tanım mevcut değildir. Bağlı su, çözünenlerin ve su dışındaki diğer bileşenlerin civarında bulunan aynı sistemdeki yığın suya göre farklı özelliklere sahip ve devingenliği (hareketliliği) azalmış olan ve – 40 0 C’de donmayan su olarak tanımlanabilir. Burada bağlı su olarak tanımladığımız su yapısal, komşu su ve çoklu tabaka suyunun yaklaşık tamamını kapsamaktadır. Yapısal su çözücü özelliği göstermez. – 40 0 C’de donmaz, su aktivitesi sıfırdır, saf suyunkine göre buharlaşma entalpisi yüksektir ve moleküler düzeyde ötelenme hareketi göstermez. Yapısal suyu takiben yapıya kuvvetli bağlı su, komşu su olarak bilinir. Su iyon ve su dipol assosiyasyonu yoluyla, kuvvetli hidrofil gruplarındaki uçlara bağlanır. Komşu su çözücü özelliği göstermez. -40 0 C’de donmaz, saf suyunkine göre buharlaşma entalpisi yüksektir ve öteleme hareketleri sınırlıdır. Çoklu tabaka suyu ise birinci tabakada kalın uçlara bağlanır ve komşu su dışında pek çok tabaka oluşturur. Çoklu tabakada bulunan su, komşu suya kıyasla daha az kuvvetle bağlı ise de su dışındaki bileşenlere yakın bir konumdadır ve bu nedenle özellikleri saf suyunkinden farklıdır, buharlaşma entalpisi saf suyunkine göre az çok yüksektir ve ötelenme hareketleri sınırlıdır (Saldamlı, 1998).

Pratik olarak tüm besin maddelerinin bileşimine girmesine rağmen su, besinin kimyasal ve mikrobiyal bozunmasında oldukça etkili bir rol oynar. Bu nedenle gıda maddelerindeki suyun özellik ve davranışlarının bilinmesi gerekir. Suyun termal özellikleri dondurma ve kurutma gibi işlemler açısından çok önemlidir. Ayrıca su ile buz arasındaki yoğunluk farkı dondurulduğunda besinin yapısında bozunmalara neden olduğu gibi buzun yoğunluğunun sıcaklıkla değişmesi dondurulmuş besinlerin sertliğinin sürekli değişmesi dolayısıyla yapının zorlanması sonucunu doğurur. Bu durum özellikle donma noktası çevresinde çok etkin olduğundan soğukta saklanması gereken besin maddeleri için depolama sıcaklığı biçiminde bu nokta kesinlikle göz önünde bulundurulmalıdır. Yukarıda belirtildiği gibi su besinin kimyasal mikrobiyal bozunmasında etkin bir rol oynadığından besindeki su aktivitesinin çeşitli yöntemlerle (kurutma, tuzlama, şekerleme vb.) düşürülmesi gerekir (Demirci, 2003).

2.1.1.1. Suyun Buhar Basıncı

Herhangi bir kapta bulunan su, bulunduğu koşullara bağlı olarak az veya çok fakat daima, sıvı fazdan buhar fazına geçme eğilimi taşır. Bu, bazı su moleküllerinin sıvı fazı terk ederek kendini çevreleyen havaya gaz halinde yani su buharı halinde karışması demektir. Ancak bu tek yönlü bir olgu değildir. Nitekim, havada buhar halinde bulunan bazı su molekülleri de sıvı faza geri dönerler. Sıvı fazdan buhar fazına geçen moleküllerin hızı ve enerjileri, geri dönenlerinkinden daha yüksektir. Su ister katı, ister sıvı veya isterse buhar fazında bulunsun, özellikle başta sıcaklık derecesi olmak üzere, bulunduğu koşullara bağlı olarak belli bir “buhar basıncı” gösterir. Serbest suyun havaya su buharı molekülleri olarak karışması olayına “suyun buharlaşması” denir (Gökoğlu, 2002). Böylece suyun buharlaşması olayından su buharı basıncının anlamı ortaya çıkmaktadır. Suyun buhar basıncı çeşitli yöntemlerle ölçülebilir ve mmHg veya atmosfer veya paskal birimlerinden verilebilir (Cemeroğlu, 1986).

Suyun buhar basıncı üzerinde bir çok faktörler etkilidir. Bunların başında sıcaklık derecesi gelir. Sıcaklık derecesi arttıkça suyun buhar basıncı yükselmektedir. Nitekim örneğin 0 0 C’deki suyun (ve buzun) su buharı basıncı 4.579 mmHg olduğu halde sıcaklık derecesi 50 0 C’ye yükselince bu değer 92.51 mmHg, 100 0 C’de ise 760 mmHg’ye ulaşmaktadır. Suyun yukarıda verilen buhar basınçları; saf, kimyasal ve fiziksel açıdan serbest olan su için geçerlidir. Suyun buhar basıncı üzerine sıcaklıktan başka, birçok faktör etkilidir. Bunlar arasında kurutma teknolojisi açısından önemli olan birisi ise kapilar kuvvetin etkisidir. Nitekim daha ince bir kapilar borudaki suyun buhar basıncı daha kalın bir kapilar borudakinden daha düşüktür. Böylece kapilar çapı küçüldükçe içindeki suyun su buhar basıncını düşürme etkisinin arttığı anlaşılmaktadır. Kurutmada gıda maddelerindeki su, hücreler arasında oluşmuş bir kapilar sistemle yüzeye ulaşarak buradan uzaklaştığından, kapilardaki suyun buhar basıncı aynı sıcaklıktaki serbest suyun buhar basıncından daha düşüktür (Cemeroğlu, 1986).

2.1.1.2. Sorpsiyon İzotermi ve Su Aktivitesi

Denge nem miktarı ortamın sıcaklık ve bağıl nemine bağlı olarak değişmektedir. Sabit sıcaklıkta farklı bağıl nemdeki ortamlarda tutulan örneklerin denge nem miktarları ortamın bağıl nemine bağlı olarak artar. Denge nem miktarı ortamların bağıl nemine (veya su aktivitesine) karşı grafiğe alındığında “sorpsiyon izotermi” elde edilir (Saldamlı, 1998).

Su aktivitesi temelde sorpsiyon olgusu ile iç içe bir kavramdır. Örneğin bir gıda maddesi, %80 bağıl nemli atmosfer altında %20 su içerdiğinde dengede kalıyorsa bu gıda maddesinin %20 nem içerdiği durumdaki su aktivite değeri (S a ) 0.8 dir. Şu halde bir gıda maddesinin su aktivite değeri, havanın denge neminin 100’e oranıdır. Buna göre, herhangi bir gıda maddesinin değişik su içerdiğinde gösterdiği su aktivite değerleri, sorpsiyon izoterm eğrisinden bulunabilir. Saf suyun su aktivitesi 1.0 olduğuna göre, gıda maddelerindeki su miktarı arttıkça su aktivite değerinin yükselerek 1.0’e yaklaştığı anlaşılmaktadır (Cemeroğlu, 1986).

…