T.C. Sakarya Üniversitesi Müh. Fak. Gıda Müh. Kütle ve Enerji denklikleri uygulama soruları Kaynak kitap: Gıda Mühendisliğinde kütle ve enerji denklikleri Prof. Dr. Mehmet ÖZKAN, Prof. Dr. Bekir CEMEROĞLU, Gıda Müh. Meltem TÜRKYILMAZ 1 : % 45 oranında çözünmüş madde içeren portakal suyu konsantresinin özgül ısısı , cp=0.64 BTU/lbm °F’dir. Bu değer “SI” birim sistemindeki eşdeğerine çeviriniz. 2: 21°C’deki salamın, yüzey ısı transfer katsayısı , hs=210 BTU/ft2 h°F’dir. Bu değeri, SI birim sistemindeki değerine çeviriniz. 3: İnek sütünün yoğunluğu 64.5 lbm/ftᶟ’tür. Bu değeri SI birim sistemindeki eşdeğerine çeviriniz. 4: % 70 su içeren dana etinin -20°C’deki entalpisi 5257×10-2 BTU/lbm olarak belirlenmiştir. Bu değeri SI birim sistemindeki eşdeğerine çeviriniz. 5: “1 lbf=4.44823 N” dönüşüm faktörünü kullanmadan 1 Pa basıncın “İngiliz” birim sistemindeki eşdeğerini hesaplayınız. 6: Hava ile katı gıda arasındaki ısı transfer katsayısı ℎ = 0,0128 ?0,8 şeklinde ifade edilmektedir. Bu 2 eşitliği SI birim sisteminde ifade ediniz. [G: havanın kütle akışı, Ibm/ft .h] 7: Balda “glukoz/su” oranının 1.70 durumunda, balın kristalize olmadığı varsayılmaktadır (Yannitois 2007). Bu nedenle, “glukoz/su” oranı 1.70 olmayan 2 farklı bal; bal (1): % 36 glukoz ve % 15 su, bal (2): % 28 glukoz ve % 18 su belli oranlarda karıştırılarak kristalize olmayan bal üretimi amaçlanmaktadır. Elde edilecek bal karışımında bu iki balın hangi oranlarda bulunması gerektiğini hesaplayınız. 8: 500 L suya yeterli miktarda şeker ilave edilerek, % 66 şeker içeren bir şurup hazırlanacaktır. Bu amaçla gerekli şeker miktarını ve elde edilen şurubun hacmini ve kütlesini hesaplayınız. 9: Kuru madde içeriği % 68 olan elma suyu konsantresinden, kuru madde içeriği % 11 olan 7500 L elma suyu hazırlanacaktır. Bu amaçla gerekli bulunan su ve konsantre miktarını kütle ve hacim olarak hesaplayınız. 10: bir meyve suyu işletmesinde; KM içeriği % 18, asit miktarı % 1.7 olan vişne suyu üretilmektedir. Bu bileşimdeki vişne suyu içilebilir nitelikte olmadığından; su ve şeker ilavesiyle KM içeriği % 13 asit içeriği % 0.9 olacak şekilde ayarlanmak suretiyle vişne nektarı tüketime verilecektir. 6000 L doğal vişne suyuna ilave edilmesi gereken: a) %66’lık şeker şurubu ve su miktarı, b) Şeker şurubu yerine, kristal şeker kullanıldığında gerekli şeker ve su miktarını hesaplayınız. 11: %68 KM ve % 6.4 asit içeren vişne suyu konsantresinde % 66’lık şeker şurubu ve su eklenerek 50000 kutu (200ml/kutu) vişne nektarı hazırlanacaktır. Hazırlanacak vişne nektarının KM’si % 13, asit miktarı

ise % 0.9 olması istenmektedir. Buna göre, hazırlanacak nektar (kg), konsantre (kg ve L), şeker şurubu (kg ve L) ve su miktarını (kg ve L) hesaplayınız. 12: KM içeriği % 11, asit içeriği % 0.4 olan 7000 kg kayısı pulpundan, şeker, asit ve su ilavesiyle KM içeriği % 13, asit içeriği % 0.65 olan kayısı nektarı hazırlanacaktır. Şeker, % 66 şeker içeren şurup olarak ilave edileceğine göre, ilave edilmesi gereken su, şeker şurubu ve sitrik asit miktarlarıyla, elde edilecek nektar miktarını hesaplayınız. 13: Bir marmelat standardında, marmeladın 42 kısım meyveye karşı 58 kısım şeker kullanılarak hazırlanmış olması ve elde edilen ürünün % 70 kuru madde (Cemeroğlu 1992) içermesi koşulu getirilmektedir. Eğer üretiminde kullanılan meyvenin kuru madde içeriği % 10, pektinin jel derecesi 100 ise, 1000 kg marmelat üretimi için gerekli olan; meyve , şeker ve pektin miktarını hesaplayınız. Bu hesaplamada çözünen kuru madde olarak sadece şeker ile meyvenin kuru maddesi dikkate alınacaktır. Not: Marmelat üretimi genel hatlarıyla; gerekli oranlardaki meyve ve şekerin karıştırılması, daha sonra gerekirse pektin ve asit eklenip pişirilmesi, % 68-70 kuru madde içeriğine kadar konsantre edilmesi gibi aşamaları kapsamaktadır. İlave edilmesi gereken; pektinin miktarı, kullanılan şekerin miktarıyla pektinin niteliğine bağlıdır. Bu marmelat reçetesinde 100 jel dereceli pektin kullanılacağı varsayılacaktır. Pektini jel derecesi: 100 jel dereceli pektin demek kısaca; kullanılan her 100 kg şekere karşın 1 kg pektin gereksinimi bulunması demektir. 150 jel dereceli pektin derecesi demek; kullanılan her 150 kg şekere karşın 1 kg pektin gereksinimi bulunması demektir. 14: Şeftali marmeladı standardında, tüketime hazır ürün üzerinden % 45 meyve unsuru bulunması öngörülmektedir. Bu standarda uygun olarak, kuru madde oranı % 13 olan şeftali pulpu kullanılarak briks derecesi 70 olan 150 kg marmelat üretilecektir. Veriler: · Üretimde, jel derecesi 150 olan bir pektinden yararlanılacak ve gerekli pektin 5 misli şekerle karıştırıldıktan sonra yöntemine göre çözündürülerek hazırlanan % 3’lük bir pektin çözeltisi halinde kullanılacaktır. · Yapılan ön denemelerde, 100 kg marmelat üretiminde, meyvede mevcut aside ek olarak ayrıca 350 g sitrik asit kullanılması gerektiği saptanmıştır. Sitrik asit % 50’lik bir çözelti olarak eklenecektir. · Diğer taraftan zamanla oluşabilecek kristalleşmeyi engellemek amacıyla son üründe % 5 oranında bulunacak miktarda glukoz şurubu kullanılacaktır. Glukoz şurubunun kuru madde içeriği % 80’dir. ( Glukoz şurubu kullanmanın mevzuata uygun olduğu varsayılmıştır.) Hesaplamalarda suda çözünen kuru madde olarak; şeker, asit ve meyvenin kuru maddesi ile nihayet glukoz şurubunun kuru maddesi dikkate alınacaktır. Tüm bu verilere göre, 150 kg şeftali marmeladı hazırlamak için gerekli bulunan; şeftali pulpu, toplam şeker, asit ve pektin miktarları ile pektin çözeltisi hazırlamada kullanılan şeker ve su miktarını hesaplayınız. Ayıca üretim sırasında uzaklaştırılması gereken su miktarını da saptayınız.

15: % 42 kuru madde içeren yarı-konsantre bir ürün elde etmek için, % 13 kuru madde içeren portakal suyu önce, % 60 kuru madde düzeyine kadar konsantre edilmektedir. Konsantrasyon işlemi sırasında kaybolan aroma, % 13 kuru madde içeren konsantreye taze portakal suyu eklenerek yeniden kazandırılmaktadır.bu işleme de “cut-back” adı verilmektedir. Sisteme, taze portakal suyu 12000 kg/h akış hızıyla verilmektedir. Buna göre; 1 h’te, evapore edilmesi gereken su miktarı, eklenmesi gereken portakal suyu miktarını ve elde edilecek yarı-konsantre miktarını hesaplayınız. 16: Salam üretiminde sığır eti (% 17 protein, % 14 yağ, % 67 su) ile iç yağı (% 3 protein, % 83 yağ, % 12 su) karıştırılarak % 25 yağ içeren 100 kg salam hamuru elde edilmektedir. 100 kg salam hamuru üretimine ilişkin toplam ve bireysel kütle denkliklerini oluşturduktan sonra, gerekli et ve iç yağı hesaplayınız. 17: Patates dilimleri 2500 kg/h kütle akış hızıyla beslenerek bir akışkan yatak kurutucuda kurutulmak suretiyle nem düzeyi % 78’den % 8’e kadar düşürülmektedir. Sıcak hava, kurutucuya mutlak nemi “0.0132 kg su/kg kuru hava” düzeyinde girmekte, kurutucuyu “0.0230 kg su/kg kuru hava” olarak terk edilmektedir. Buna göre, saate üretilen kurutulmuş patates dilimi miktarıyla, kurutucuya giren sıcak hava miktarı, “kuru hava” ve “nemli hava” olarak hesaplayınız. 18: Kristal şeker üreten bir işletmede, % 80 sakaroz ve % 0.95 suda çözünen safsızlık unsurları içeren 200 kg konsantre şeker çözeltisi (şeker şurubu) kristalizasyon işlemi uygulanarak kristalize edilmektedir. Kristalizasyon işleminde doygun şeker çözeltisi soğutularak şeker kristallerinin oluşumu gerçekleştirilmektedir. Kristalizasyon işleminden sonra kristalleri içeren şeker çözeltisine santrifüjleme uygulanarak kristallerin, konsantre şeker çözeltisinden ayrılması sağlanmaktadır. Santrifüjde ayrılan konsantre şeker çözeltisi % 65 sakaroz içermektedir. Santrifüjden ayrılan kristal franksiyonu ise, zorunlu olarak kristal ağırlığının % 25’i kadar santrifüjden çıkan şeker çözeltisi ile aynı kompozisyonda şeker çözeltisi içermektedir. Bu proses sonunda elde edilecek kristal şeker ve konsantre şeker çözeltisi miktarını hesaplayınız. 19: 150 kg salam üretmek için gerekli et, iç yağ ve su miktarını hesaplayınız. Hammaddelerin ve elde edilecek salamın öngörülen bileşimi aşağıda verilmiştir. Yağsız et: % 14 yağ, % 67 su, %19 protein İç yağ: % 94 yağ, % 4 su, %1.5 protein Salam: % 25 yağ, % 60 su, % 16 protein 20:Ekmek üretiminde kullanılacak olan hububatın gluten içeriğinin yüksek olması istenir. Böylece, maya aktivitesi ile birlikte hamur kabarır; daha yumuşak, muntazam küçük gözenekli esnek ve hacimli ekmek üretilir. Bu nedenle; gluten içeriği yüksek olan buğdaylardan ekmek üretimi tercih edilir. Bununla birlikte son yıllarda bazı işletmelerde, düşük miktarda gluten içermelerine rağmen yüksek miktarda lif içermeleri nedeniyle yulaf unu ve ekmeğin bayatlama süresini uzattığı için patates unu, buğday unu ile karıştırılarak kullanılmaktadır. Bu amaçla yapılan bir karışımda yer alan buğday unu, yulaf unu ve patates ununun gluten ve protein içeriği aşağıda verilmiştir (Duran 2001). Buğday unu: % 15 gluten ve % 11.09 protein Yulaf unu: % 1 gluten ve % 11.25 protein

Patates unu: Gluten içermez ve %9.98 protein Bu verilere göre % 8 gluten ve % 10.8 protein içeren 100 kg’lık bir un karışımı elde etmek için bu üç undan kullanılması gereken miktarı hesaplayınız. 21: Meyve sularını konsantre etme işlemi genelde vakum altında evaporasyonla yapılır. Bu işlem sırasında her ne kadar aroma tutulsa da bazı aroma maddeleri buharla birlikte uzaklaşır ve bu nedenle, ürünün kalitesi düşer. Meyve sularını konsantre etmek için membran teknolojisi kullanıldığında ise aroma kaybı olmadığından daha kaliteli bir ürün elde edilir. Membran sistemi ile portakal suyu % 12 KM’den % 45 KM’ye konsantre edilmektedir. Konsantrasyon işlemi iki aşamada gerçekleşmekte olup, ikinci aşamadan elde edilen bir kısım düşük kuru maddeli portakal suyu birinci aşamaya verilmektedir. Geri beslenen bu sıvı % 3 KM, atık sıvısı % 0.5 KM ve birinci konsantrasyon işlemi sonunda elde dilen konsantre ise, % 40 KM içermektedir. Dakikada 150 kg % 45 KM içeren ürün elde edilebilmesi için 1 h’teki geri besleme akış hızını hesaplayınız. Veriler: Beslemeni KM içeriği: % 12, Son ürünün Km içeriği:% 45, Geri besleme KM içeriği:% 3, Birinci konsantrasyon işlemi sonunda konsantrenin KM içeriği:% 40, Ürün akış hızı: 150kg/dak. 22: Bir işletmede proteince zengin peyniraltı suyu tozu üretilmektedir. Bunun için önce % 5.8 katı madde içeren peyniraltı suyu, ultrafiltrasyon ile yoğunlaştırılacak daha sonra kurutulacaktır. Peyniraltı suyunun katı maddesinin % 10’u proteinden oluşmaktadır. Ultrafiltrasyon işleminden sonra elde edilen konsantre üründe ise protein miktarı peyniraltı suyundakilere göre 15 kat artmaktadır. Konsantre 2 kurutulduğunda elde edilen toz ürün % 55 oranında protein içermektedir. Kütle transfer hızı 28 kg/m h olup, fabrikada 5 h’de 35000 kg peyniraltı suyu işlendiğine göre; a) Gerekli membran alanını, b) 100 kg peyniraltı suyundan kaç kg ürün elde edildiğini, c) Kurutma işlemi sonunda çıkan suyun miktarını, d) Protein olmayan kısmın, membrandan geçemeyen kısmının yüzdesini hesaplayınız. Yrd. Doç. Dr. Hüseyin PEHLİVAN

…