Tahin-pekmez karışımlarının doğrusal olmayan reolojik davranışlarının incelenmesi

Abstract

Pekmez ülkemizde uzun yıllardan beri üretilen ve tüketilen raf ömrü uzun konsantre bir geleneksel gıdadır. Geçmişten günümüze kadar olan süreçte en çok üzümden pekmez üretilmiştir ve en çok tüketilen pekmez türü üzüm pekmezi olmuştur. Bir diğer geleneksel Türk gıdası olan tahin, kavrulmuş ve kabuğu alınmış susam tohumlarının öğütülmesiyle elde edilmektedir ve sağlığa faydası ve çeşitli yiyeceklere kattığı yeme özelliklerinden dolayı tüm dünyada popülerlik kazanmıştır. Tahinin farklı şeker kaynakları ile karıştırıldıktan sonra tüketimi yaygındır ve bu amaçla üzüm pekmezi sıklıkla kullanılmaktadır. Tahin ve pekmez kaynakları piyasada karışım halinde ya da ayrı olarak satışa sunulmakta ve tüketiciler tercihlerine göre çeşitli oranlarda karışım hazırlayabilmektedir. Tahin-pekmez karışımı, yüksek besin değeri nedeniyle özellikle kış aylarında Türkiye ve İran'da yaygın olarak tüketilmektilen bir gıda ürünüdür. Yüksek şeker, vitamin ve mineral içeren pekmez ile yüksek protein, lipit, doymamış yağ, diyet lifi ve antioksidan içeren tahinin karışımıyla elde edilen ürün tüketicilere besleyici, yüksek enerjili ve sağlıklı bir alternatif sunmaktadır. Tahin-pekmez karışımları su içinde yağ emülsiyonu olarak düşünülebilmektedir ve emülsiyonda tahin yağ fazını (dağıtılan faz) oluştururken pekmez su fazını (sürekli faz) oluşturmaktadır. Dolayısıyla karışımın emülsiyon türü tahin-pekmez oranına bağlılık göstermektedir. Karışım içindeki proteinler yağ su arayüzünde emülgatör görevi görmektedirler ve emülsiyonun stabilitesinden birinci derecede sorumludurlar. Tahin-pekmez karışımı ürünlerinin tüketici tarafından kabulü, ekmek gibi başka bir malzemeye yayılabilirliklerine bağlıdır ve bu yayılabilme özelliği esas olarak gıda yapısıyla doğrudan ilişkilidir. Güvenilir reolojik veriler, belirli bir ürünün tasarımı, üretimi ve kalite kontrolü, duyusal değerlendirme, stabilite ve tüketicinin kabulü için gerekli görülmektedir. Gıda reolojisi gıda endüstrisinin hammaddelerinin, ara ürünlerinin ve nihai ürünlerinin deformasyonu ve akışı üzerine yapılan bir çalışma olarak tanımlanmaktadır. Gıdaların su, protein, karbonhidrat, yağ ve önemli miktarda liften oluşan çok karmaşık yapısı, bir gıda sisteminin akış özelliklerini ve dolayısıyla reolojik özelliklerini önemli ölçüde etkilemektedir. Gıda endüstrisinde reolojik veriler; boru hatları, pompalar, ekstrüderler, karıştırıcılar, kaplayıcılar, ısı eşanjörleri, homojenizatörler ve çevrimiçi viskozimetreler gibi çok çeşitli ekipmanları içeren proses mühendisliği hesaplamalarında, ürün geliştirme çalışmalarında bileşen işlevselliğini belirlemede, ürün bileşenlerinin ve nihai ürünlerin özelliklerinin belirlenmesinde, ara ürün ve son ürün kalite kontrolünde, raf ömrü testlerinde, ürün performansının değerlendirilmesinde, müşteri kabulünün değerlendirilmesinde, ürünlerin duyusal analizlerinde kullanılmaktadır. Deneysel ölçümlerden elde edilen reolojik modeller, momentum, enerji ve kütle denklikleri ile birlikte kullanıldığında gıda mühendisliği süreçlerinin tasarımında faydalı olabilmektedir. Geleneksel olarak gerçekleştirilen reoloji analizlerinde, malzemelere mikro yapıyı bozmayan küçük gerilmeler uygulanmaktadır ve analiz sonucunda uygulanan gerinim büyüklüğünden veya gerinim oranından bağımsız doğrusal viskoelastik (LVE) bölgedeki malzeme özellikleri elde edilmektedir. Buna karşın endüstriyel ölçekte proses sırasında uygulanan birçok işlemde malzemeler üzerinde doğrusal viskoelastik bölgenin çok ötesindeki gerilimler ve gerinmeler oluşmaktadır ve benzer doğrusal viskoelastik özelliklere sahip karmaşık malzemeler farklı doğrusal olmayan viskoelastik davranışlar sergileyebilmektedir, bu nedenle doğrusal olmayan (NL) rejimdeki gıdaların reolojik tepkisinin ölçülmesi pratik uygulamalar için önemli görülmektedir. LAOS (Yüksek Genlikli Salınımda Kayma) tekniğinde, yalnızca doğrusal olmayan viskoelastik tepkiler ölçülmekle kalmayıp, aynı zamanda karmaşık gıda sistemlerinin mikroyapısı ve morfolojisinin gelişimi ile ilgili bilgi de sağlanmaktadır. Çalışma kapsamında tahin, pekmez ve tahin : pekmez (50:50) karışımlarının geleneksel reolojik analizlerle değerlendirilemeyen reolojik özellikleri LAOS tekniği kullanılarak analiz edilmiştir. Örneklere uygulanan yüksek gerinimin örnekler üzerinde oluşturduğu doğrusal olmayan mekanik tepkisini doğru karakterize edebilmek amacıyla üç farklı sabit frekans değerinde gerinim değeri artırılarak analiz gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada geleneksel Türk gıdaları olan tahin, pekmez ve bunların karışımlarının doğrusal olmayan reolojik özelliklerinin belirlenmesinde LAOS yönteminin uygulanabilirliği araştırılmıştır. Yapılan analizler sonucunda tüm numunelerde (tahin, pekmez, tahin-pekmez karışımı) uygulanan gerinim değerindeki artışla elastik Lissajous döngülerinin dar şekli genişlemiş, elastik davranışın giderek daha viskoz davranışa dönüştüğünü göstermiştir. Artan frekans ise gerilim-gerinim döngülerinde daha eliptik şekillere sebep olmuş, numunelere daha elastik benzeri yapı kazandırmıştır. Viskoz Lissajous döngüleri, tüm numunelerin uygulanan gerinim miktarı arttıkça daha geniş eğriler sergileyerek daha büyük gerilim tepkisi gösterdiğini ve uygulanan frekans arttıkça daha dairesel şekil sergilediğini doğrulayarak, elastik izdüşümleri kanıtlamıştır. Tahin, pekmez ve tahin-pekmez karışımlarına ait doğrusal olmayan elastik göstergelerin (e_3/e_1 ve S) ve doğrusal olmayan viskoz göstergelerin (v_3/v_1 ve T) gerinim ve frekansa bağlı olarak incelenmesi yapılmıştır. Yapılan inceleme sonucunda. tüm numunelerde uygulanan tüm frekans değerlerinde ve neredeyse tüm gerinim genliği aralığında e3/e1 ve S değerleri sıfıra çok yakın pozitif değerler verirken zaman zaman birkaç gerinim değerinde sıfıra çok yakın negatif değerler göstermiş, numuneler doğrusal elastik davranışa yakın davranış göstermiştir. Tüm numunelerin v3/v1 ve T değerleri yaklaşık olarak sıfıra eşit seyrederek doğrusal viskoz davranışa yakın davranış göstermişlerdir. Analiz edilen tüm frekans değerinde e_3/e_1 ve S, v_3/v_1 ve T değerleri birbirini destekleyecek şekilde sonuçlar vermiştir Elde edilen sonuçlar elastik ve viskoz Lissajous-Bowditch grafikleri ile uyumluluk göstermiştir. Gerinim modülleri incelendiğinde; tahin, pekmez ve tahin-pekmez karışımı numuneleri belirli bir gerinim değerinde maksimum G'L ve G'M değerini vermiş ardından numunenin gerinim yumuşaması davranışı gösterdiğini ifade eden bir düşüş göstermiştir. G'L ve G'M değerleri nerdeyse tüm gerinim değerlerinde yaklaşık olarak eşit değerlerde sonuç vermiştir ve bu sonuç doğrusal viskoelastik özelliğe yakın davranış özelliğini göstermektedir. Tüm numunelerde uygulanan frekans arttıkça elde edilen G'L ve G'M değerleri artış göstermiştir, bu durumda tüm numunelerin artan frekansla birlikte elastik özellik kazandığı görülmektedir, elde edilen bulgular elastik Lissajous-bowditch eğrileri, e_3/e_1 ve S değerleri ile uyumluluk göstermektedir. LAOS analizi tahin, pekmez ve tahin-pekmez karışımlarının doğrusal olmayan reolojik özelliklerinin belirlenmesinde uygulanabilir olarak bulunmuştur. Endüstriyel ölçekte proses sırasında uygulanan birçok işlemde malzemeler üzerinde doğrusal viskoelastik bölgenin çok ötesindeki gerilimler ve gerinmeler oluşması sebebiyle bu gıdaların doğrusal olmayan rejimdeki reolojik tepkisinin ölçülmesi pratik uygulamalar için önemli görülmektedir.