Kekte Enzimatik Olmayan Esmerleşme Reaksiyonunun Isı Ve Kütle Transferiyle Entegre Olarak Modellenmesi

Abstract

Bu çalışmada ısı ve kütle transferi ile entegre olarak kek hamurunun pişmesi sırasında gerçekleşen enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları matematiksel olarak modellenmiştir. Modelleme, 3 boyutlu yatışkın olmayan enerji ve kütle korunum denklemleri kullanılarak gerçekleştirilmiş, elde edilen denklemler sonlu hacim yaklaşımı ile ayrıklaştırılarak çözülmüştür. Ev tipi fırınlarda sıcak hava üfleme yöntemiyle yapılan pişirme işlemi sırasındaki taşınım ısı ve kütle transfer katsayıları fırın enerji performanslarının belirlenmesinde kullanılan standart tuğla için geliştirilen model yardımıyla hesaplanmıştır. Farklı sıcaklıklarda ve sürelerde pişirilen kek örneklerinden reaksiyon ürünleri sakkaroz, glikoz, fruktoz, HMF ve melanoidin ekstrakte edilmiş ve HPLC yöntemiyle nicel analiz yapılmıştır. Deneysel sonuçlar temel alınarak çok adımlı ve sıfırıncı mertebe reaksiyon hızı kabulüyle kinetik modelleme yapılmış, aktivasyon enerjileri ve frekans faktörleri belirlenmiştir. Melanoidin konsantrasyonu ile renk değişimi arasında korelasyon bulunmuştur. Kek hamurunun genleşmesi için sıfırıncı mertebe reaksiyon hızı kabulüyle yarı-deneysel modelleme yapılmıştır. Kabarmanın, kek yüzey şekli üzerindeki etkisinin görülmesi amacıyla iki boyutlu yatışkın hal momentum korunum denklemleri çözülmüştür. Sonuç olarak kek ısı ve kütle transferi modeli ile deneysel veriler arasındaki fark kek yüzeyi sıcaklığı için maksimum 15oC, kek merkezi sıcaklığı için maksimum 6oC, kek ağırlık kaybı için maksimum 10 g olarak bulunmuştur. Geliştirilen kek modeli farklı pişirme değişkenlerinin pişirme üzerindeki etkilerinin öngörülmesini sağlamaktadır.

In this study a mathematical model of heat and mass transfer integrated with nonenzymatic browning reaction in cake baking was set up. 3 dimensional, transient energy and mass conservation equations were discretizied by finite-volume method. Convection heat and mass transfer coefficients for cooking with hot air blowing in domestic ovens were determined with mathematical model developed for a conventional brick that is used as a standart in oven energy performance tests. Reaction products saccharose, glucose, fructose, HMF and melanoidin were extracted from cake samples that were baked at different temperatures and for different times, and analysed quantatively with HPLC. Kinetic model based on experimental results was set up with multiresponse kinetic modeling and zero order reaction rate assumptions, activation energies and frequency factors were determined. A correlation was found between melanoidin concentrations and surface browning. A semi-emprical model based on experimental data was developed with zero order reaction rate assumption for cake expansion. Steady-state 2 dimensional momentum conservation equation was solved in order to investigate the effects of cake expansion on cake surface topology. As a result, the differences between experimental data and cake heat and mass transfer model were estimated maximum 15oC for cake surface temperature, 6oC for cake internal temperature and 10 g for cake weight loss. The cake mathematical model developed in this study was found to be sensitive to predict the effects of the different cooking parameters.