DONDURARAK MUHAFAZA

Dondurarak Muhafaza Yönteminin Temel İlkeleri

Ortamı mikroorganizmalar için su yönünden elverişsiz kılmak
Belli bir sıcaklığın altında mikroorganizma faaliyetlerini önlemek (> -10 oC)
Dondurulacak meyveler sofra olgunluğu aşamasında,
Dondurulacak sebzeler ise olgunlaşmadan önce (körpe aşamada) hasat edilmelidir.

Dondurma Yöntemleri

Gıdaların dondurulması, gıdadaki ısı enerjisinin bir soğutucuya (soğutma ortamına) aktarılarak uzaklaştırılması suretiyle sağlanır
1.Soğuk Hava ile Dondurma
a)Durgun havada dondurma (Sharp freezing)
b)Hava akımında dondurma (Air-blast freezing)
2.İndirekt Kontakt Metoduyla Dondurma
3.Daldırarak Dondurma
4.Kriyojenik Sıvılarla Dondurma

1.Soğuk Hava ile Dondurma

Soğutucu gaz olarak, genellikle bir soğutma ekipmanının evaporatörü yardımıyla soğutulan hava kullanılarak yapılan dondurma işlemidir
a)Durgun havada (konveksiyonla) dondurma (Sharp freezing; -15 ile -30 oC) – balık dondurma
•Soğuk hava hareketsizdir
•Basit ve ucuzdur
•Donma süresi uzundur
b)Hava akımında dondurma
•İlke; güçlü fanlar yardımıyla havanın dondurulan gıda maddesi ile evaporatör arasında hızlı hareket etmesidir (5-10 m/s)
•Hava sıcaklığı -30 ile -45 oC arasındadır
•Bu amaçla kullanılan başlıca dondurma sistemleri;
Tünel tipi dondurucular (Bantlı / kerevet-vagonlu; hava akımı zıt / paralel)Akışkan yatak dondurucular (IQF; bireysel hızlı dondurma – Individually Quick Freezing) – küçük taneli ve parçalı / dilimlenmiş ürünlerde
Spiral bantlı dondurucular – (zıt akım) ambalajlanmış şekilsiz ürünler

Soğuk hava ile dondurma işleminin olumsuz yönü:

Ambalajlanmamış ürünlerde nem kaybı (kalite kaybı-don yanığı, evaporatörlerde karlanma)dır.
Don Yanığı (=freezer burn): Aşırı su kaybı ve donmanın gerçekleşmesinden sonra ürün yüzeyinden sublimasyon sonucu oluşan su kaybı nedeniyle ürün yüzeyinde lekelerin oluşmasıdır. Bunu önlemek amacıyla;
•Ambalajlama
•Ön soğutma (-4 ile -5 oC)
•Ön soğutma ve ıslatma (glaze – ince buz tabakası oluşumu)

2.İndirekt Kontakt Metoduyla Dondurma

İlke, içten soğutulan iki plaka arasına yerleştirilmiş ambalajlı ürünlerin, plaka ile teması sonucu dondurulmasıdır (düzgün şekilli ve aynı kalınlıktaki ürünlere uygulanır, şekilsiz ürünlere uygulanmaz).
Bu amaçla yaygın olarak kullanılan dondurucular “Plakalı Dondurucular”dır.

3.Daldırılarak Dondurma

İlke, ambalajlı ya da ambalajlanmamış ürünlerin düşük derecelere kadar soğutulmuş uygun bir sıvıya (frizant) daldırılması ya da bu sıvının ürün üzerine püskürtülmesi ile yapılan dondurma işlemidir.
Bu amaçla kullanılan başlıca frizantlar:
Salamura (=tuz çözeltisi; NaCl, CaCl2); %23’lük NaCl çözeltisi -21 oC
Şeker şurubu; %62’lik şeker şurubu -21 oC
Gliserol çözeltisi; %67’lik gliserol -47 oC Meyve dondurulmasında
Propilen çözeltisi; %60’lık propilen -51 oC Ambalajlı ürünlerde
Etanol çözeltisi; %76.3’lük etanol -70 oC

4.Kriyojenik Sıvılarla Dondurma

Kriyojenik sıvı, soğutulan materyalden ısı absorbe ederek (gizli ısı) faz değiştiren refrijeranttır. Kriyojenik dondurma ise, küçük ve orta boyutlu ürünlerde
-60 oC’nin altında (-75 ile -125 oC arası) gerçekleştirilen dondurma işlemidir (Kriyojenler pahalı, geri kazanım yok).
−Donma hızı yüksektir
−Kaliteli ürünler elde edilir
−Sabit yatırımı düşüktür
−İşletilmesi kolaydır
−Yer kaplamaz
Gıdaların dondurulmasında kullanılan kriyojenler;
−Sıvı azot (LN2) -196 oC
−Sıvı karbondioksit (LCO2) -79 oC
Gıdaların dondurulmasında kullanılan kriyojenler 3 şekilde uygulanır;
−Daldırma
−Püskürtme (sprey) * LN2
−Soğuk gazla karşılaştırma
Gıdaların kriyojenik sıvılarla dondurulmasındaki olumlu yönlere karşılık en olumsuz yönü “Don Çatlağı” ve “Parçalanma”dır.

Donma Süresi ve Donma Hızı

Donma olayı 3 aşamada gerçekleşmektedir:
Ön soğutma (Precooling): Gıda maddesinin başlangıçta sahip olduğu ilk sıcaklık derecesinden, donma noktası anına kadar soğutulduğu ve faz değişiminin oluşmadığı devredir. Bu devrede uzaklaştırılan ısı, gıdanın sıcaklığında düşüş şeklinde kendisini gösterdiğinden, “hissedilir ısı” olarak adlandırılmaktadır
Donma (Freezing): Gıdanın içerdiği serbest suyun buz haline dönüştüğü devredir. Bu devrede uzaklaştırılan ısı gıdada sıcaklık düşüşüne neden olmadığı için “latent ısı (gizli ısı)” olarak adlandırılmaktadır (~%75’inin donması-Termal Donma Periyodu)
Son soğutma (Tempering): Gıda içerisindeki suyun çoğunluğu donduktan sonra sıcaklığın düşürülmeye devam edildiği devredir. Gıdada bulunan donabilir nitelikteki suyun hemen hemen tamamının donduğu aşamadır

Gıdanın donmasında çeşitli aşamalar

Donma Süresi ve Donma Hızı
Donma süresi;
Nominal donma süresi: Dondurulan gıdanın yüzey sıcaklığının 0 oC’ye eriştiği andan, merkez sıcaklığının; donma başlangıç noktasının 10 oC altına düşene kadar geçen süredir.
Efektif donma süresi: Dondurulacak gıdanın bulunduğu sıcaklıktan, termal merkez sıcaklığının belli bir dereceye düşmesi için geçen süredir.

Donma Süresine Etki Eden Faktörler

1.Gıdanın ısıl iletkenlik katsayısı
2.Isı transferinin gerçekleştiği yüzey alanı (geometrik şekle bağlı)
3.Gıdanın kalınlığı (↑ donma süresi ↑)
4.Ambalaj (donma süresi ↑)
5.Gıdanın ve dondurucu ortamın (frizantın) sıcaklık farkı (↑ ısı transferi ↑ donma süresi ↓)
6.Yüzey filmi ve kalınlığı (↑ ısı transferi ↓)

Donma Hızı ve Hesaplanması

Donma hızı: dondurulan materyalin termal merkezinin yüzeye olan en yakın mesafesinin, nominal donma süresine oranıdır. Aşağıdaki eşitlikle hesaplanır:
L
V =
t
V : Donma hızı, cm h-1
L : Termal merkezin yüzeye olan en yakın mesafesi, cm
T : Nominal donma süresi, saat

Donma Hızı ve Dondurucu Tipleri

Donma Süresi ve Hesaplanması
Donma süresinin hesaplanmasında aşağıdaki “Plank Eşitliği”nden yararlanılır (Ambalajlanmamış);
r HL P L R L2
tf= +
Tf – T¥ hc ld
tf : Donma süresi, saniye
r : Dondurulan gıdanın yoğunluğu, kg m-3
HL : Donma gizli ısısı, J kg-1
Tf : Donma başlangıç sıcaklığı, oC
T¥ : Dondurucu ortam sıcaklığı, oC
L : Dondurulan gıdanın kalınlığı, m (Küre-silinidir, çap; dilim, kalınlık)
Hc : Yüzey ısı transfer katsayısı, W m-2 K-1
ld : Donmuş gıdanın ısıl iletkenlik katsayısı, W m-2 K-1
P ve R: Dondurulan gıdanın geometrik şekline bağlı katsayılar

Donma Süresi ve Hesaplanması

Donma süresinin hesaplanmasında kullanılan P ve R katsayıları şunlardır:
Donma süresinin hesaplanması (Ambalajlanmış);
r HL 1 L1 R L2
tf= P L + ….+
Tf – T¥ hc l1 ld
L1 : Ambalaj materyalinin kalınlığı, m
l1 : Ambalaj materyalinin ısıl iletkenlik katsayısı, W m-1 K-1
Donma süresinin hesaplanması (Dilimlenmiş);
r L2 DHr 1 1
tf= 1 + 0.008 (Ti – Tf) +
(Tf – T¥) lc Bic 2
tf :Dilimin başlangıç sıcaklığı Ti’den son sıcaklık Tr’ye erişmesi için geçen süre, sn
Ti : Başlangıç Sıcaklığı, oC
Tf : Donma Başlangıç Sıcaklığı, oC
r : Yoğunluk, kg m-3
DHr : Başlangıç sıcaklığından (Ti ), donmuş ürünün merkezinde son sıcaklığa ulaşırken
gerçekleşen entalpi değişimi, J kg-1
L : Dilim kalınlığının yarısı, m
T¥ : Soğutucu Ortam Sıcaklığı, oC
lc : Donmuş materyalin, Tc derecedeki ısıl iletkenlik katsayısı, W m-1 K-1; Tc= (Ti+Tf)/2
Bic : Biot Sayısı (Bic=h L/ lc)
h : Isı transfer katsayısı, W m-2 K-1
Donma süresinin hesaplanması (Küre şeklindeki);
DH r D D2
tf= 1 + 0.008 (Ti – Tr) +
Tr – T¥ 6h 24lc
tf :Kürenin başlangıç sıcaklığı Ti’den son sıcaklık Tr’ye erişmesi için geçen süre, sn
Ti : Başlangıç Sıcaklığı, oC
Tf : Donma Başlangıç Sıcaklığı, oC
r : Yoğunluk, kg m-3
DH : Başlangıç sıcaklığından (Ti ), donmuş ürünün merkezinde son sıcaklığa (Tr )
ulaşırken gerçekleşen entalpi değişimi, J kg-1
T¥ : Soğutucu Ortam Sıcaklığı, oC
lc : Donmuş materyalin ısıl iletkenlik katsayısı, W m-1 K-1
h : Isı transfer katsayısı, W m-2 K-1
D : Küre şeklindeki materyalin çapı, m
Tf : Donma sonunda ulaşılan sıcaklık, oC

Gıdaların Dondurulmalarında Soğutma Yükü ve Hesaplanması

Entalpi Değişimi
Donma noktası altında su, gittikçe düşen sıcaklıklarda donmakta ve bu sırada özgül ısı, iletkenlik katsayısı ve yoğunluk gibi değerleri devamlı olarak değişmektedir.
Bir gıdanın dondurulması sırasında uzaklaştırılması gereken veya çözülmesi sırasında verilmesi gereken ısının hesaplanması “Entalpi Değişimi” ile hesaplanır ya da önceden hazırlanmış “Entalpi-Bileşim Grafiği” kullanılır (Syf 100-108; Tablo 2.17)
Dondurma Sisteminin Seçimi
1.Gıdanın fiziksel nitelikleri
2.Gıdanın boyutları
3.Gıdanın ambalajlı olup olmadığı
4.Ulaşılmak istenen donma hızı
5.Üretim maliyeti
Dondurucuya yüklenen gıda miktarı ve dondurucuda kalış süresi biliniyorsa;
m Vp
K= =
t t
K : Dondurucunun kapasitesi, ton h-1
m : Dondurucuya bir defada yapılabilecek yükleme, ton
t : Dondurulacak gıdanın dondurucuda kalış süresi, h
V : Dondurucuya bir defada yapılabilecek yükleme, m3
r : Dondurulacak gıdanın yoğunluğu, ton m-3

Dondurulmuş Ürünlerde Ambalajlama

Meyve ve sebzeler ya ambalajlandıktan sonra dondurulmakta ya da dondurulduktan sonra ambalajlanmaktadır. Bu ambalajlama materyalleri;
1.Plastik ambalaj materyalleri
•Poliolefinler (PP, polipropilen)
•Poliesterler (CPET, Kristalize polietilen tereftalat; fırında ısıtılabilen, İGLO)
•Torba materyalleri (PA-LDPE; PA-HDPE; PET-LDPE)
2.Kağıt, karton, mukavva (Kraft kağıdı; LDPE ile kaplı- nem kaybı)
3.Varil (İç yüzeyi PE kaplı)

Dondurulmuş Ürünlerin Çözündürülmesi

Dondurulmuş meyve ve sebzelerin çözündürülmesinde;
1.Aşırı ısınmadan kaçınmak
2.Aşırı su kaybını engellemek
3.Çözmeyi kısa sürede gerçekleştirmek
4.Çözmede bozulmaya meydan vermemek
gerekir.
Dondurulmuş meyve ve sebzelerin çözündürülmesi;
1.Pişirme (küçük miktarlarda)
2.Buzdolabı, oda sıcaklığı ya da ılık su içerisinde bekletme (küçük miktarlarda)
3.Buz kırıcılar (meyve suları ve pulpları)
4.Buhar-Nemli hava sirkülasyonu yardımıyla
5.Dielektrik ısıtma yöntemi (düşük frekanslı elektromanyetik dalgalarla)
6.Mikrodalga yöntemi (elektromanyetik dalgalarla; 2450 MHz, 896-915 MHz)

Dondurularak Muhafaza Sırasında Meydana Gelen Değişmeler

1.Donma aşamasındaki değişmeler
2.Depolama aşamasındaki değişmeler
•Rekristalizasyon
•Enzimatik değişmeler
3.Çözülme aşamasındaki değişmeler

Dondurularak Muhafaza Sırasında Meydana Gelen Değişmeler (Donma aşamasındaki değişmeler)

•Kontraksiyon (Donma sonucu suyun hacminin artmasına karşın ortamdaki katı maddelerin hacminin azalması sonucu meydana gelen hacim azalması) – hücrelerarası boşluk
•Hücre özsuyu konsantrasyonunda yükselmesi ile iyonik konsantrasyon ve iyonik gücün artışı (proteinlerde denatürasyon, nişasta jelinin retrogradasyonu, sineresiz) – kriyoprotektan (sakkaroz, sorbitol, polifosfatlar, sodyum glutamat, sodyum tripolifosfat, sodyum hekzametafosfat)
•Meyve ve sebze hücresinin hücre içi suyunu kaybetmesi (özellikle yavaş dondurma uygulandığında) – hücre duvarı parçalanması
•Tekstürde kayıplar (hücre duvarının zedelenmesi, turgorun kaybolması – çilek, domates) – meyvelerde daha fazla
•Don yanığı (sublimasyon sonucu)

Dondurularak Muhafaza Sırasında Meydana Gelen Değişmeler (Depolama aşamasındaki değişmeler)

Fiziksel Değişmeler
•Rekristalizasyon: Gıdadaki suyun katı faza dönüşmesiyle oluşan kristallerin daha sonra; sayısında, boyutunda, şeklinde ve yönelişinde meydana gelen değişikliklerdir
•Don yanığı
•Ağırlık kaybı
Kimyasal ve Biyokimyasal Değişmeler (Enzimatik değişmeler, besin değerinde ve duyusal özelliklerde kayıplar)
•Proteinlerin çözünürlüğünün azalması
•Lipidlerin oksidasyonu ve hidrolizasyonu
•Pigmentlerin oksidasyonu ve hidrolizasyonu
•Klorofillerin feofitinlere dönüşümü
•Polimerlerin agregat oluşturması

Dondurularak Muhafaza Sırasında Meydana Gelen Değişmeler (Çözülme aşamasındaki değişmeler)

Dondurma ve depolama aşamasında meydana gelen değişiklikler devam eder ve hatta bazıları hızlanır (enzimatik değişmeler vb.)
Dondurulan meyve ve sebzelerin besin öğelerindeki kayıplar en fazla vitaminlerde olur (ön işlemlerden –kabuk soyna, doğrama, haşlama – tüketime kadar; Askorbik asit). Mineral madde kayıpları ise daha çok ön işlemlerde (haşlama vb.) meydana gelir.
•DONDURARAK MUHAFAZA
Syf 37-168
(Meyve Sebze İşleme Teknolojisi – 2. Cilt)

…