Seçilen Bazı Model Gıda Tozlarının Toz Akış Özelliklerinin Farklı Parametrelere Bağlı Olarak Belirlenmesi

Abstract

Toz gıdaların çeşitli üretim aşamalarında toz akışı gibi fiziksel davranışlarının farklı faktörlere bağlı olarak belirlenmesi oldukça önemlidir. Belirlenen parametreler doğrultusunda toz gıdaya uygun olan taşıma, işleme, paketleme ve depolama işlemlerinde kullanılacak ekipmanların dizaynının doğru yapılması önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında seçilen bazı gıda tozu örneklerinin belirlenen parametrelere bağlı olarak toz akış özellikleri ile birlikte diğer bazı toz özelliklerinin belirlenmesi çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla sekiz farklı gıda tozunun (siyez unu, yulaf unu, soya unu, bezelye protein tozu, laktoz, kazein, natürel kakao ve alkalize kakao) akış davranışları Toz Akış Ölçüm Cihazı (Powder Flow Tester-PFT) kullanılarak belirlenmiştir. PFT, toz akış davranışı, serbest ve sıkıştırılmış yoğunluk, duvar sürtünme açısı, kritik silo ve boşaltım sistemleri (hazne) geometrik parametreleri gibi verileri belirlemek için geliştirilmiş olan bir ölçüm cihazıdır. PFT kullanılarak tozların akış fonksiyonlarıyla birlikte yığın kütle yoğunluğu, sürtünme açısı, kritik hazne çıkış açısı değerleri belirlenmiştir. Ayrıca farklı partikül boyutu ve farklı nem değerlerinin toz akış davranışına etkileri de incelenmiştir. Akış indeksi (flow function) ile karakterize edilen gıda tozlarının akışkanlığı, kolay akıştan yapışkan toza değişen aralıklarda sınıflandırılmaktadır. Elde edilen veriler incelendiğinde, laktoz ve bezelye protein tozu örneklerinin kolay akan; siyez unu, yulaf unu, soya unu, kazein ve kakao tozları örneklerinin ise yapışkan özellikte olduğu tespit edilmiştir. En zordan en kolaya doğru akışkanlık sıralaması soya unu, kazein, alkalize kakao, natürel kakao, siyez unu, yulaf unu, bezelye protein tozu ve laktoz şeklinde bulunmuştur. Kritik hazne çıkış çapları tozların akışkanlıklarına göre değiştiği görülmüştür. Genel itibariyle akışkanlığı zor olan tozlar için daha büyük hazne çıkış çapına sahip boşaltma haznelerinin kullanılması gerektiği sonucuna varılmıştır. Toz akış özelliklerinin karakterizasyonu için kullanılan klasik yöntemlerden Carr İndeksi (Cİ) ve Hausner Oranı (HO) değerleri belirlenerek PFT'den elde edilen verilerle karşılaştırılması yapılmıştır ve elde edilen sonuçların birbirleriyle büyük oranda uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Partikül büyüklüğünün akışkanlığa etkisini belirlemek amacıyla toz örnekler üç farklı fraksiyona ayrılmıştır (laktoz için 200 μm üstü, 100-200 μm arası ve 100 μm altı; kazein için 700 μm üstü, 200-700 μm arası ve 100-200 μm arası). Toz örneklerin nem içeriklerinin etkisini araştırmak için iki farklı nem değerinde (laktoz %3,5 ve %5; kazein %6,5 ve %8,5) karşılaştırması yapılmıştır. Partikül büyüklüğünün artması akışkanlığı olumlu yönde etkilerken nem içeriğinin artması akışkanlığı olumsuz etkilemiştir. Toz örneklerin partikül boyut dağılımları ve yüzey yapıları SEM ile görüntülenmiştir. Ortalama partikül boyutu hesaplanmış ve partikül yüzey yapısıyla beraber akışkanlığa etkisi tartışılmıştır. Bu iki özelliğin de toz örneklerin akışkanlığına etki ettiği sonucuna varılmıştır.In various production stages of powdered foods, understanding their physical behaviors such as powder flow based on different factors is crucial. Proper design of equipment used for conveying, processing, packaging, and storage of powdered food relies on parameters determined through such analysis. In this thesis study, investigations were conducted to determine the flow properties of selected food powder samples based on specified parameters. Eight different food powders (einkorn flour, oat flour, soy flour, pea protein powder, lactose, casein, natural cocoa, and alkalized cocoa) were analyzed using a Powder Flow Tester (PFT) to assess flow behavior, bulk density (both loose and tapped), wall friction angle, and critical hopper and discharge system (bin) geometries. Additionally, the impact of different particle sizes and moisture levels on flowability was examined. The flowability of food powders, characterized by the flow function index, falls within a range from free-flowing to cohesive. Based on the obtained data, lactose and pea protein powder samples exhibited easy flow, while einkorn flour, oat flour, soy flour, casein, and cocoa powders demonstrated cohesive behavior. The ranking of flowability from most difficult to easiest was as follows: soy flour, casein, alkalized cocoa, natural cocoa, einkorn flour, oat flour, pea protein powder, and lactose. Critical hopper outlet diameters varied according to the flow characteristics of the powders, generally requiring larger outlet diameters for powders with challenging flow behavior. Classic methods for characterizing powder flow, such as the Carr Index (CI) and Hausner Ratio (HR) were compared with data obtained from the PFT, showing good agreement. To investigate the influence of particle size on flowability, the powder samples were divided into three fractions (for lactose: >200 μm, 100–200 μm, <100 μm; for casein: >700 μm, 200–700 μm, and 100–200 μm). Additionally, the effect of moisture content was studied by comparing two different humidity levels (lactose: 3.5% and 5%; casein: 6.5% and 8.5%). It was observed that particle size positively affected flowability, while increased moisture content had a negative impact. Particle size distributions and surface structures of the powder samples were visualized, and the average particle size was calculated. Overall, both particle size and surface structure significantly influenced flowability in these food powder samples.