Meyve ve Sebzelerin Dondurularak Muhafazası

Dondurarak Muhafazanın Temel İlkeleri Meyve ve sebzelerin süratle bozulmalarının en önemli nedeni, bazen %98 düzeyine erişen fazla miktarda su içermeleridir. Daha açık bir deyişle mikroorganizmalar, meyve ve sebzelerde yeterli miktarda “faydalanılabilir” nitelikte suyu kolaylıkla bulabilmektedirler. Suyun mikroorganizmalarca faydalanılabilir nitelikte olması için, onun sıvı fazda bulunması gerekir. Buna göre mikroorganizmalar donmuş sudan yararlanamazlar. Bu olgu, su aktivitesi kavramı ile de açıklanabilir. Şu halde dondurma ile elde edilen sonuçlardan birisi, ortamı mikroorganizmalar için su yönünden elverişsiz kılmaktadır. Bu açıdan, dondurma yoluyla bir bakıma kurutma etkisi sağlanmaktadır. Dondurmanın bu etkisinin devamı için ürünün dondurulmuş halinin sürekli olma zorunluluğu vardır.

Soğuğun ikinci ve temel etkisi, belli bir sıcaklığın altında mikroorganizma faaliyetlerinin kesinlikle durmasına dayanır. Gerek gıda zehirlenmesine neden olan mikroorganizmaların, gerekse psikrofilik mikroorganizmaların faaliyeti 10°C’nin altında kesinlikle durmaktadır. Şu halde dondurarak muhafazada mikrobiyolojik bozulmanın önlenebilmesi açısından uygulanabilecek en yüksek sıcaklık -10°C’dir. Bazı küflerin -18°C’nin altında bile çok yavaş bir gelişme gösterebilmeleri, dondurarak muhafazada benimsenen bu temel ilkenin değişmesine bir neden değildir. Çünkü, dondurulmuş gıdalardaki küflerin, -18, -20°C’lerde belli bir bozulmaya neden olmaları çok uzun zaman almaktadır. Böyle uzun süreli depolama zaten ekonomik değildir.

Meyve ve sebzelerin dondurulmaları sırasında mikroorganizma yükleri önemli ölçüde azalırsa da dondurma işlemi ortamdaki tüm mikroorganizmaların öldürülmesi için yeterli değildir 9 Şekilde yıkandıktan sonra 10 88 000 000 8 10 haşlanıp dondurulan taze 7 10 ) g / u 6 359 000 f 10 c ıspanağın toplam mezofil ( ı s ı y 5 a 10 25 000 s mikroorganizma yükündeki a m 4 z 10 i n a g r 3 o 10 azalmalar gösterilmektedir. o r k i M 2 10 Görüldüğü gibi başlangıç 1 10 0 mikroorganizma yükü çok 10 Taze Ispanak Haşlamadan sonra Dondurmadan sonra azalsa bile ortamda fazla sayıda canlı mikroorganizma Ispanakta başlangıç toplam mezofil mikroorganizma sayısının haşlama ve dondurma işlemlerinden sonra azalışı (Acar, 1975) bulunmaktadır.

Su ve buzun bazı fiziksel nitelikleri Suyun donma noktası Bilindiği gibi saf suyun donma noktası 0°C’dir. Su 0°C’de donmaya başlar ve donma aynı derecede tamamlanır. Suda herhangi bir maddenin çözünmesiyle suyun donma noktası 0°C’nin altına düşer. Şu halde çözeltilerin donma noktası daima 0°C’nin altındadır. Meyve ve sebzelerin içerdikleri su, bir çözelti niteliğinde olduğundan bu ürünler de 0°C’nin altında donarlar.

Su ve buzun bazı fiziksel nitelikleri Su ve buzun yoğunluğu Suyun yoğunluğu daima 1.000 olarak kabul edilirse de, yoğunluk sıcaklığa göre dar bir sınır içinde değişmektedir. Nitekim, +4°C’deki suyun yoğunluğu tam olarak 1.000 g/ml olduğu halde, su ısıtıldıkça yoğunluk azalır ve tam 100°C’de 0.9538 g/ml’ye düşer. Buna karşın +4°C’deki su soğutulur ve 0°C de buz haline dönüştürülürse, yoğunluk 0.9168 g/ml’ye düşer. Buzun sıcaklığı düştükçe, bu defa yoğunluk artmaya başlar. 20°C’deki buzun yoğunluğu 0.9481 g/ml’dir. Suyun 0°C’de buz haline dönüşmesi sonucu, hacminin +4°C’deki suya göre yaklaşık %9 oranında artmaktadır. Donma sonucu hacmi artan birkaç maddeden birisi sudur. Bu olgunun gıda maddelerinin dondurulmasında göz önünde bulundurulması gerekir.

Su ve buzun bazı fiziksel nitelikleri Su ve buzun özgül ısısı Suyun özgül ısısı 1 cal/g.ºC’dir. Bu, 1 g suyun 1°C ısınması için 1 cal ısı gerekli olduğunu gösterir. Çeşitli maddelerin özgül ısısı, bulunduğu sıcaklığa göre genellikle farklıdır. Fakat suyun özgül o ısısı 0 C’de 100°C arasında çok az değişir ve çoğunlukla 1.0 olarak kabul edilir. Ancak su donunca veya buhar haline dönüşünce özgül ısı değişir. Nitekim 0°C’deki buzun özgül ısısı o 0.492 cal/g. C’dir. Ancak bu değer çeşitli hesaplamalarda 0.5 o cal/g. C olarak kabul edilir. Buzun sıcaklığı düştükçe özgül ısısı da o düşer. Örneğin -250°C’deki buzun özgül ısısı 0.1 cal/g. C’dır. Şu halde suyun özgül ısısı farklı sıcaklıklarda birbirine çok yakın olduğu halde, buzun özgül ısısı, sıcaklığa bağlı olarak biraz daha geniş sınırlar içinde oynamaktadır.

Su ve buzun bazı fiziksel nitelikleri Su ve buzun ısıl iletkenlik katsayısı (k) 0°C’deki suyun ısıl iletkenlik katsayısı k=0.43 kcal/m.h.°C’dir. Bu değer suyun durgun, hareketsiz olması yani, ısı aktarımının sadece kondüksiyonla gerçekleşmesinde geçerlidir. Suyun ısıl iletkenlik katsayısı sıcaklığa bağlı olarak dar sınırlar içinde değişir. Buna karşın 0°C’deki buzun ısıl iletkenlik katsayısı 1.8 kcal/m.h.°C’dir. Buna göre su buz haline dönüşünce ısıl iletkenlik katsayısı yaklaşık 4 misli artmaktadır. Bu olgunun donma ve çözülme olaylarında büyük önemi vardır.

Su ve buzun bazı fiziksel nitelikleri Isıl yayınım katsayısı (α) Donmakta veya çözülmekte olan bir maddenin kendi sıcaklığı ve bu sıcaklık ile, ortam sıcaklığı arasındaki fark devamlı değişir. Buna bağlı olarak maddenin fiziksel ve özellikle de termik nitelikleri de devamlı olarak değişir. Bu nedenle maddenin adeta ısı kapasitesini kapsayan “ısıl yayınım” katsayısı (thermal diffusivity), o 2 önem taşır.Suyun ısıl yayınım katsayısı 0 C’de α=0.43 m /h olduğu halde aynı sıcaklıktaki buzun ısıl yayınım katsayısı α=4.0 2 m /h’dir. Başka bir ifade ile buzul ısıl yayınım katsayısı sudan 9 kat fazladır.

0°C’deki suyun ısıl iletkenlik katsayısı k=0.43 kcal/m.h.°C’dir. Buna karşın 0°C’deki buzun ısıl iletkenlik katsayısı 1.8kcal/m.h.°C’dir. Buna göre su buz haline dönüşünce ısıl iletkenlik katsayısı yaklaşık 4 misli artmaktadır. o 2 Suyun ısıl yayınım katsayısı 0 C’de α=0.43 m /h olduğu halde 2 aynı sıcaklıktaki buzun ısıl yayınım katsayısı α=4.0 m /h’dir . Başka bir ifade ile buzul ısıl yayınım katsayısı sudan 9 kat fazladır.

Donma ve Donma Sırasında Üründeki Değişimler Bilindiği gibi saf suyun donma noktası 0°C’dir. Su 0°C’de donmaya başlar ve donma aynı derecede tamamlanır. Saf suyun donma diyagramı: Sıcaklığı 20°C olan saf su 0°C’ye soğutulurken 20 kcal/kg ısı uzaklaştırılmalıdır. Isının uzaklaştırılmasına devam edildiğinde suyun sıcaklığının 0°C’nin bir miktar altına (A’) düştüğü ancak donmanın henüz başlamadığı görülür. 30 Bu olay “aşırı soğuma” olarak 20 nitelendirilir ve nedeni 10 çekirdeklenmedeki gecikmedir. ) 79.2 kcal / kg C ° ( B’ SAF SU C Aşırı soğuyan suda (A’) bir K 0 I L E1 A’ K BASİT ÇÖZELTİ A müddet sonra çekirdeklenme C E2 F G H I – 10 S başlar ve bunu kristallerin F’ büyümesi izler. Bu nedenle – 20 çekirdeklenme, buz kristali – 30 I C’ 0 20 40 60 80 100 120 oluşumunun ön aşamasıdır. UZAKLAŞTIRILAN ISI (kcal/ kg Su)

Donma ve Donma Sırasında Üründeki Değişimler Çekirdeklenme ve buz kristallerinin büyümesi sırasında serbest kalan donma gizli ısısı ortamın sıcaklığını derhal suyun gerçek donma derecesi olan 0°C’ye yükseltir (B). Tüm kitlenin donması için, donma sonucu serbest kalan, 79.7 kcal/kg düzeyindeki ısının uzaklaştırılması şarttır. Bu yüzden donma boyunca (B-C) uzaklaştırılan ısı, sadece kristalizasyon gizli ısısıdır. Bu ısının hızla uzaklaştırılması, sadece donma olayını hızlandırır, ortam sıcaklığının düşmesine neden olamaz. Buna göre donma boyunca ortam sıcaklığı 0°C’de sabit kalır. 30 20 Nihayet suyun tamamı donar (C) 10 ve ancak bundan sonra ) 79.2 kcal / kg C ° ( B’ SAF SU C uzaklaştırılan ısı, 0°C’deki buzun K 0 I L E1 A’ K BASİT ÇÖZELTİ A sıcaklığının düşmesine neden C E2 F G H I – 10 S olur. Böylece buz C-C’ hattı F’ – 20 boyunca soğur. – 30 I C’ 0 20 40 60 80 100 120 UZAKLAŞTIRILAN ISI (kcal/ kg Su)

Basit bir çözeltinin donma diyagramı Basit bir çözeltinin donma eğrisi saf suyun donma eğrisinden farklıdır. Basit bir çözelti soğutulunca, özgül ısısı suyunkinden küçük olduğundan, sıcaklığı hızla düşer ve aşırı soğuyarak D noktasına erişir. Bu noktada donma başladığından, açığa çıkan donma gizli ısısı (kristalizasyon ısısı) çözeltinin sıcaklığını o çözeltiye özgü donma noktasına (E1) yükseltir. 30 20 Çözeltinin donma noktası, 10 çözünmüş madde ve ) 79.2 kcal / kg C ° ( B’ SAF SU C K 0 I konsantrasyonuna bağlı L E1 A’ K BASİT ÇÖZELTİ A C E2 F G H 0°C’nin altındaki herhangi bir I – 10 S F’ sıcaklıktır. Yani donma E1 – 20 noktasında başlar. – 30 I C’ 0 20 40 60 80 100 120 UZAKLAŞTIRILAN ISI (kcal/ kg Su)

Basit bir çözeltinin donma diyagramı Bir çözeltinin donma noktası demek, çözeltideki suyun ‘saf su kristalleri’ halinde ayrılması demektir. Yani donan sadece sudur. Böyle olunca E1 noktasında donma başlarken çözeltinin bir kısım suyu, buz olarak ayrılır ve bu yüzden geri kalan çözeltinin konsantrasyonu yükselir. Konsantrasyonu artmış olan bu yeni çözeltinin yeni bir donma noktası vardır ve bu E1 deki değerden düşük, örneğin bir E2 noktasıdır. Böylece donma boyunca devamlı olarak buz kristalleri oluşmakta ve buna bağlı olarak konsantrasyonu gittikçe artan çözelti meydana gelmektedir. İşte bu nedenle basit bir çözeltide donma başladıktan sonra, sıcaklık saf suda olduğu gibi sabit kalmamakta ve gittikçe düşmektedir. 30 Böylece E1-F hattı, bu olguya paralel 20 olarak meyilli bir nitelik 10 göstermektedir. Fakat çözeltinin ) 79.2 kcal / kg C ° ( B’ SAF SU C K 0 konsantrasyonu,ancak I L E1 A’ K BASİT ÇÖZELTİ bulunduğu sıcaklıktaki “doyma A E2 F C G H I – 10 noktasına” kadar yükselebilir. S F’ – 20 – 30 I C’ 0 20 40 60 80 100 120 UZAKLAŞTIRILAN ISI (kcal/ kg Su)

Basit bir çözeltinin donma diyagramı Şekilde görüldüğü üzere çözelti, F noktasında doymakta ve bu yeni çözelti F’ noktasına kadar aşırı soğuyarak daha sonra aynı şekilde G noktasına yükselmektedir. Bu nokta aynı zamanda çözeltinin doyma noktası olduğundan, çözelti artık daha fazla konsantre olamaz. Bu noktada donarak ayrılan su ile orantılı olarak, çözülmüş madde de kristalize olup ayrılır ve böylece geride kalan çözeltinin konsantrasyonu daima sabit kalır. Bu yüzden G-H hattı boyunca buz ve çözünmüş madde karışık bir kitle oluşturarak kristalize olurlar. Çözeltinin konsantrasyonu değişmediği için donma, artık sabit bir sıcaklıkta devam eder ve bu nedenle G-H hattı düz bir eğri olarak belirir. 30 Tüm kütle tam olarak donduktan 20 sonra (H) uzaklaştırılan ısı, 10 kütlenin soğuyarak (I) noktasına ) 79.2 kcal / kg C ° ( B’ SAF SU C erişmesini sağlar. Donmuş K 0 I L E1 A’ K BASİT ÇÖZELTİ çözeltinin özgül ısısı, saf buzun A E2 F C G H I – 10 S özgül ısısından daha küçük F’ olduğundan H-I hattı C-C’ – 20 hattından daha dik olarak gelişir. – 30 I C’ 0 20 40 60 80 100 120 UZAKLAŞTIRILAN ISI (kcal/ kg Su)

Basit bir çözeltinin donma diyagramı Bir çözeltinin eriştiği sabit donma sıcaklığına (G) “Ötektik nokta” veya “Ötektik sıcaklık” denir (Ta). Çözücü su ise, ötektik teriminden çok “kriyohidrik” terimi kullanılır. Şu halde yukarıda verilen örnekteki basit çözeltinin kriyohidrik sıcaklığı G noktasıdır. Daha anlamlı bir tanımlamayla kriyohidrik nokta; “sulu bir çözeltide çözünen ve suyun maksimum düzeyde kristalizasyonunun gerçekleştiği en yüksek sıcaklıktır”. Bütün bu açıklamalara göre basit bir çözelti 0°C’nin altında donmaya başlar fakat donma noktası gittikçe düşer. Nihayet önce çözünmüş maddelerden birine doyarak, (örneğin A maddesine doyarak) birinci noktaya erişmektedir. 30 Şu halde bir çözeltinin “donma 20 noktası” sadece donmanın 10 ) 79.2 kcal / kg C ° başladığı sıcaklığı tanımlar. ( 0 B’ SAF SU C K I L E1 A’ Donma olayı; donma başlangıç K BASİT ÇÖZELTİ A C E2 F G H I – 10 noktası ile kriyohidrik nokta S F’ arasında yani, “donma alanında” – 20 gerçekleşir. – 30 I C’ 0 20 40 60 80 100 120 UZAKLAŞTIRILAN ISI (kcal/ kg Su)

Farklı çözünmüş madde içeren çözeltinin donma diyagramı Yukarıda sadece bir tane çözünmüş madde içeren bir çözeltinin (basit çözelti) donma olayı incelenmiştir. Birden fazla, örneğin A ve B gibi iki farklı çözünmüş madde içeren bir çözeltinin donma diyagramı incelenirse, tek madde içeren çözeltiye benzer. Ancak biraz daha karışık bir tablo belirir. Böyle bir çözeltide donma 0°C’nin altında başlar. Çözeltinin A ve B maddelerine göre konsantrasyonu artar ve donma sıcaklığı, konsantrasyona bağlı olarak gittikçe düşer. Nihayet önce çözünmüş maddelerden birine doyarak (örneğin A maddesine doyarak) birinci kriyohidrik noktaya erişir. Bu noktadan itibaren donan su ile orantılı olarak A maddesi de kristalize olup ayrılır ve çözeltinin A maddesi açısından konsantrasyonu bundan sonra değişmez. Ancak çözelti B maddesine henüz doymamış olduğundan çözeltinin B maddesi konsantrasyonu gittikçe artar ve bu nedenle birinci kriyohidrik nokta sabit kalamaz. Nihayet çözelti B maddesine doyar ve ikinci (son) kriyohidrik noktaya erişilir. Donma bundan sonra bu sabit sıcaklıkta devam eder ve bu sırada donan suya eşdeğer miktarda çözünenleri kristalize olup ayrılırken, A ve B çözeltinin A ve B maddeleri bakımından konsantrasyonu sabit kalır.

Gıdaların donma diyagramı Gıdalardaki su, çok sayıda çözünmüş madde içeren bir çözelti niteliğindedir. Bu nedenle gıdalarda donma belli bir sıcaklıkta başlar, içerdiği çözünmüş maddelere bağlı olarak bir çok ötektik noktadan geçer ve nihayet donma en düşük ötektik sıcaklıkta sona erer. Ancak gıdalarda çok sayıda ve değişik miktarlarda çözünmüş madde bulunduğundan, gıdaların donma diyagramlarında basit bir çözeltideki gibi belirgin ötektik noktalar fark edilemez.Gıdaların donma diyagramında çeşitli kriyohidrik noktalar birbirlerini adeta maskelediğinden dolayı, “Son ötektik sıcaklık” terimi kullanılmaktadır. Bu sıcaklık gıdada bulunan çözünenlerin en düşük ötektik sıcaklığıdır. Örneğin dondurma için -55°C, et için -50, – 60°C, ekmek için 70°C gibi. Gıdada bu noktaya ulaşılıncaya kadar maksimum buz kristali oluşumu söz konusu olamaz. Gıdaların ticari amaçla dondurulmalarında bu kadar düşük sıcaklıklara kadar inilmediğinden, ortamda devamlı donmamış suyun bulunması söz konusudur.

Gıdaların ana matriksini polimer yapılar oluşturur. Polimerler büyük moleküllerden oluşan maddelerdir. Polimer moleküllerini oluşturmak üzere birbirleriyle kimyasal bağlarla bağlanan küçük moleküllere ise monomer denilmektedir. Makro molekül olarak nitelenen bir polimer molekülünde bu yapı birimlerinden yüzlerce, binlerce hatta bazen daha fazlası birbirine bağlanır. Gıdaların temel öğesi doğal polimerik maddelerdir.

Doğal organik polimerler selüloz, nişasta, proteinler gibi bileşikler olup yapılarında son derece karmaşık moleküller yer alır. Bazı polimerler kristalleşebilir. Bazıları ise amorftur. Gıdanın ana matriksini oluşturan biyopolimerler amorf veya yarı- amorf yapıdadır. Örneğin jelatin, gluten gibi proteinler ve amiloz, amilopektin gibi karbonhidratlar ile şeker gibi küçük moleküller de amorf yapıda olabilir. Polimerlerin çoğu, bir kristal katı ile, viskozitesi çok yüksek sıvı halin amorf karışımından oluşur.

Bir polimer soğutulduğu zaman birbirinden farklı iki mekanizma ile katılaşabilir. Bunlar kristallenme ve camsılaşmadır. n Bazı polimerlerde kristallenme daha fazla önem aşırken, bazılarında camsılaşma daha önemlidir. n Üründe donmamış faz ile camsı faz arasında, yarı kararlı bir denge söz konusudur. Donmamış suyun büyük bir bölümü hidrojen bağları oluşturarak etkileşime girebilmektedir. Ticari dondurma işlemlerinde uygulanan sıcaklık ve dondurma hızları maksimum konsantrasyonu sağlayamaz. Ortamda donmamış su bulunur.

x Bir polimer soğutulduğu zaman birbirinden farklı iki mekanizma ile katılaşabilir. Bunlar kristallenme ve camsılaşmadır. Bazı polimerlerde kristallenme daha fazla önem aşırken, bazılarında camsılaşma daha önemlidir. Polimerik maddenin ne tür pratik uygulamaya elverişli olduğu, başlıca Tm (kristal erime noktası) ve Tg (camsı geçiş sıcaklığı) ile belirlenir. Bir polimerin her iki termal geçişi (Tm ve Tg) ya da bunlardan sadece birini göstermesi bu polimerin yapısına bağlıdır. 80 T S m Örneğin tümüyle amorf 60 40 sıvı çözelti özellik gösteren polimerlerin Sıca A klık, 20 oC T ℓ D aşırı doygun çözelti m termogramında yalnızca Tg, 0 B T E buz+çözelti Tg eğrisi C tümüyle kristal yapı gösterenlerde -10 E ise yalnızca Tm geçişi gözlenir. -20 buz+aşırı doygun çözelti -30 ’ cam T Ancak polimerlerin çoğu Tm -40 g buz+cam sıcaklığında bir miktar -50 F -60 kristallendiği için genellikle her iki -100 -140 geçiş sıcaklığı da bir arada 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 gözlenebilmektedir. Çözünen, %

x n Polimerlerde camsı geçiş sıcaklığı değerini etkileyen parametrelerin başında molekül ağırlığı gelir ve genellikle tüm amorf polimerlerde bu davranış gözlenir. Camsı geçiş sıcaklığı molekül ağırlığı ile önce artar, daha sonra molekül ağırlığı 12 000 – 40 000 veya daha büyük değerlerde sabit hale gelir. Camsı geçiş sıcaklığı ayrıca polimerin yapısına da bağlıdır. Polimer zincirinin esnekliği ve moleküller arası etkileşme enerjisi (çekim kuvvetleri) de Tg’yi önemli oranda değiştirir.

x Dondurma işlemini bir hal diyagramında inceleyecek olursak, Şekilde de görüldüğü gibi, ikili bir sistemin dondurulması sırasında ilk buz kristallerinin oluştuğu C noktasının sıcaklığı açığa çıkan kristalizasyon ısısı ile D noktasına kadar yükselir. Isının uzaklaştırılması ile kristallerin oluşumu artar ve donmamış faz konsantre hale gelir. Bunun sonucunda donma noktası düşer ve bu hal ötektik noktaya kadar (TE) sürer. Şekilde de görüldüğü gibi dondurulan sıvının bileşimi D’den TE’ye kadar değişir. Ancak bu şekilde ötektik bir karışımın oluşmadığı düşünülürse, buz oluşumunun sürmesi yarıkararlı aşırı doymuş bir fazın (amorf sıvı faz) oluşumuna neden olur (ticaretteki uygulama). Donmamış kesimin bileşimi TE’den E’ye kayar. 80 T S m 60 40 sıvı çözelti Sıcak A lık, oC 20 T ℓ D aşırı doygun çözelti m B 0 T E buz+çözelti Tg eğrisi C -10 E -20 buz+aşırı doygun çözelti -30 ’ cam T g -40 buz+cam -50 F -60 -100 -140 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Çözünen, %

x E noktası pek çok dondurulmuş gıda için tavsiye edilen depolama sıcaklığıdır (-20°C). Bu sıcaklığın Tg’nin (camsı geçiş sıcaklığı) üstünde bir sıcaklık olması nedeniyle, moleküler hareketliliğin olduğu ve buna bağlı olarak difüzyonca sınırlanmış fiziksel ve kimyasal özelliklerin kararlı olmadığı bir haldir. 80 Karışım E noktasının altına TmS soğutulursa, Tg’ noktasında aşırı 60 sıvı çözelti 40 Sıc A doymuş donmamış fazın büyük bir aklı 20 k, T ℓ D aşırı doygun çözelti m oC bölümü camsı hale dönüşür ve bu 0 B T E buz+çözelti Tg eğrisi C faz buz kristallerini çevreler. -10 E Soğutulmaya devam edilirse, -20 buz+aşırı doygun çözelti -30 ’ cam T karışımın bileşimi değişmeden g -40 yalnızca sıcaklığı (F noktası) -50 buz+cam F düşer. Tg’ altındaki sıcaklıklarda, -60 moleküler hareketlilik azalır. – 100 – Ürünün difüzyonca kısıtlı özellikleri 140 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 kararlı bir hal alır. Bu nedenle Çözünen, % ABCDETgF hattı kararlı bir işlem olarak bilinir.

X Bir çözeltide donma sırasında çözünen konsantrasyonunun artması, donmaya kısımda pH, viskozite, yüzey gerilimi ve redoks potansiyelinin düşmesine neden olur. Eğer gıda “E” noktasının altında dondurulmuşsa, donmayan materyal çok konsantre olur ve “camsı” bir yapı kazanarak buz kristallerinin çevresini kaplar. Bu andaki sıcaklık ortamda çözünmüş maddelerin kompozisyonuna ve gıdanın başlangıç su miktarına bağlıdır. Depolama sırasında bu sıcaklıklar yükselirse (0°C’ye yaklaşırsa), camsı yapının oluşumu gıdanın tekstürünü korur ve sebze ve et gibi ürünlerde iyi bir depolama stabilitesinin oluşumunu sağlar. Ancak bir çok meyvenin camsı geçirgenlik sıcaklıkları çok düşüktür, bu nedenle de donmuş halde depolamada tekstürde bozulmalar ortaya çıkar. Ayrıca yapının bozulmasında buz kristallerinin de olumsuz etkisi vardır.

X n Bir gıda maddesi dondurulduğunda ve/veya nem miktarı düşürüldüğünde kısmen veya tamamen camsı hale dönüşür. Bu durumda, moleküler hareketlilik de büyük ölçüde azalır ve gıdanın difüzyonla kontrol edilen özellikleri kararlı bir hal alır. Pek çok fiziksel özellik ve değişme difüzyonla sınırlanmış iken, difüzyondan daha çok reaktantların reaksiyona girebilme yeteneği ile ilgili olduğu bilinmektedir. Ancak hızı difüzyondan etkilenen kimyasal reaksiyonlar, moleküler hareketlilikten etkilenmektedir. n Yüksek nemli gıdalar dondurulduklarında bu gıdalarda normal koşullarda oluşan bazı reaksiyonlar difüzyonla sınırlanır hale dönüşürler. Dondurulmuş üründe sıcaklık ve/veya su miktarının azalmasına bağlı olarak viskozite yükselirse de esas önemli olan nokta sıcaklıktaki azalma sonucu reaksiyonun gerçekleşmesi için gerekli aktivasyon enerjisi sağlanamamakta ve böylece difüzyonla sınırlanmayan reaksiyonlar da difüzyonla sınırlı hale gelmektedir.

X n Gıdalarda amorf ve kristal bir çok fazın bir arada olması, onların fiziksel açıdan da heterojen olmalarına neden olur. Çok fazlı materyalde suyun hareketi amorf bileşenin camsı halde olmasına bağlı olarak değişir. T

Donma hızı Donma hızının tanımı ve ayırımı çeşitli kaynaklarda oldukça farklı olarak verilmektedir. Donma hızı kalite üzerine etki eden en önemli faktörlerden biri olduğundan, birçok ülkede ilgili tüzüklerde donma hızlarının tanımlandığı ve sınıflandırıldığı görülmektedir Donma hızı genellikle, “dondurulan materyalin merkez noktasından (sıcak nokta) yüzeye olan uzaklığın, bu merkezin sıcaklık 0°C’den -15°C’ye düşmesi için geçen süreye oranı” olarak tanımlanmaktadır. Buna göre donma hızı aşağıdaki basit eşitlik yardımıyla hesaplanabilir. V = D/t (cm/h) V : Ortalama donma hızı, cm/h D : Dondurulan maddenin merkez noktasının, dondurmanın uygulandığı yüzeye olan en kısa uzaklığı, cm t : Dondurulan maddenin merkez noktasının 0°C den -15°C’ye düşmesi için geçen süre, saat.

ÖRNEK: 2.6 cm çapında orta irilikte çilekler “akışkan yatak” dondurucuda dondurulmaktadır. Çileklerin merkez sıcaklığı 0°C den -15°C’ye erişmesi için 12 dakika süre geçtiği saptandığına göre donma hızı nedir? ÇÖZÜM: Bu değerler yukarıda verilen eşitlikteki yerlerine konursa; D : 2.6/2 = 1.3 cm t : 12 dakika = 0.2 saat V = 1.3 cm / 0.2 h, şu halde donma hızı 6.5 cm/h’dır.

n “Ortalama integral donma hızı” olarak da tanımlanan donma hızı, pratikte başlıca dört gruba ayrılmaktadır. Pratikteki uygulamalara göre gıdalara ait integral donma hızının gruplandırılması, Tabloda gösterilmiştir.

Gıdalarda uygulanan ortalama integral donma hızı Donma hızı grubu Ortalama integral donma hızı (cm/h) Çok hızlı donma 5’den fazla Hızlı donma 1-5 Yavaş donma 0.2-1 Çok yavaş donma 0.2’den az

n Bugünkü teknik kolaylıklarla çeşitli dondurma sistemlerinde istenen donma hızına ulaşılması olanaklıysa da, her gıdada mutlaka hızlı bir donma sağlanması gerekmemektedir. Çünkü birçok gıda maddesinde donma hızının belli bir sınırın üstüne çıkması, kalite üzerinde artık daha fazla olumlu bir etki yaratmamaktadır. Bu yüzden birçok dondurma cihazında 1-3 cm/h düzeyinde donma hızı sağlanacak şekilde çalışılır ve bunun ötesinde kalitenin iyileştirilmesine yararı olmayan daha hızlı dondurmanın aşırı işletme masraflarından kaçınılır. n Bir gıda maddesinin hızlı dondurulmasını gerektiren nedenlere aşağıda toplu halde ve özetle verilmiştir.

Hızlı dondurma ile: n Hücre içinde küçük buz kristalleri oluştuğundan, hücre fazla zedelenmez ve böylece hücre içi sıvısının birbirine aşırı derecede karışması önlenir. n Su, bulunduğu yerde buz kristallerine dönüşür ve böylece hücre suyunun hücreler arası boşluğa geçmesi sınırlandırılır. n Hücreler arası boşluklarda küçük buz kristalleri oluşumu sağlanarak, hücrenin fiziksel yapısının bozulması önlenir. n Birçok gıda için kritik bir bölge olan 0°C ve -4°C arası süratle aşılmış olur.

Donma olayının 0°C ile -4°C arasındaki bölümünde, hücre sıvısı tam donmamış ancak konsantre hale dönüştüğünden, hücrede çeşitli kimyasal değişmeler belirmektedir. İşte, hızlı dondurma ile bu en olumsuz bölge hızla aşılabilmektedir. Mikroorganizmaların faaliyetlerinin tamamen durduğu sıcaklıklara süratle erişildiğinden, donma sırasında mikrobiyolojik bozulma olasılığı ortadan kalkmaktadır. Ekipmanların uzun süre işgal edilmesi önlendiğinden dondurma düzeninin kapasitesi artırılabilmektedir.

Donma ve Çözülme n 0°C’deki suyun ısıl iletkenlik katsayısı k=0.43 kcal/m.h.°C’dir. Buna karşın 0°C’deki buzun ısıl iletkenlik katsayısı 1.8kcal/m.h.°C’dir. Buna göre su buz haline dönüşünce ısıl iletkenlik katsayısı yaklaşık 4 misli artmaktadır. o Suyun ısıl yayınım katsayısı 0 C’de α=0.43 m2/h olduğu halde aynı sıcaklıktaki buzun ısıl yayınım katsayısı α=4.0 m2/h’dir . Başka bir ifade ile buzul ısıl yayınım katsayısı sudan 9 kat fazladır.

Bir gıdanın donma ve çözülme eğrileri kıyaslanırsa her iki olayın farklı niteliklerde geliştiği görülür. 80 60 DONMA 40 o Sıcaklık, C 20 0 -20 ÇÖZÜLME -40 -60 -80 10 20 30 40 50 60 Süre, dak

İçerisinde su içeren bir materyalin, örneğin meyve- sebze veya et gibi bir gıda maddesinin donma ve çözülme olayı fiziksel açıdan analiz edilirse, ilginç gözlem ve sonuçlara ulaşılmaktadır. Böyle bir materyalin dondurulmasında veya çözülmesinde fiziksel nitelikleri, özellikle ısıl nitelikleri farklı, üç katman gözlenir Ancak bu katmanların sırası donma ve çözülmede farklıdır. Örneğin, dondurulan materyalde bu üç katman, en dışta “donmuş faz” ortada “donmamış faz” ikisinin arasında ise “donmakta olan faz” şeklindedir.

Dondurma Buna göre materyal hangi yöntemle dondurulursa dondurulsun önce dışta bir donmuş tabaka oluşur. Bunun hemen altında donmakta olan bir bölge bulunur. Donmuş tabaka iç kısma doğru gelişirken, donmakta olan tabaka da en içteki donmamış bölgeye doğru genişler. Böylece donma olayının dıştan içeri doğru geliştiği ve materyal ısısının en dışarı doğru atılmak zorunda olduğu görülmektedir. Bu ısı, hemen kendini çevreleyen donmakta olan bölge üzerinden donmuş bölgeye ve oradan da soğutucuya ulaşır.

Diğer taraftan donmakta olan tabakadan serbest kalan donma gizli ısısı da hemen kendini çevreleyen donmuş tabaka üzerinden dışarı atılır. Donmuş tabakanın yani buzun, ısıyı daha iyi ilettiği göz önüne alınınca donma sırasında iç tabakalardan uzaklaştırılması gereken ısının kolaylıkla iletilerek soğutucuya ulaştırılabildiği görülmektedir.. Bu olaylar sırasında donmuş tabakanın sıcaklığı da gittikçe soğutucu sıcaklığına erişir. Nihayet tüm kitle donarak istenen sıcaklığa kadar soğuma gerçekleşir

Çözülme Buna karşın, çözülme sırasında bu olaylar tam aksi yönde gelişir. Çözülme başlangıcında dışta “çözünmüş faz” ortada “donmuş haldeki faz” bu iki tabaka arasında ise “çözülmekte olan faz” olmak üzere üç tabaka bulunur ve çözülme süresince, çözülmüş faz dıştan içeri doğru gittikçe gelişir. Çözülme için gerekli olan çözülme gizli ısısı ile çözülme sonunda ortamın sıcaklığının yükselmesini sağlayacak ısı dıştan içeri doğru iletilmek zorundadır. İç tabakalara ulaşması gereken bu ısı, ısıl iletkenliği kötü olan dıştaki çözülmüş fazı (su)aşmak zorundadır. İşte çözülmenin donmaya göre daha uzun sürmesinin başlıca nedeni de budur.

Ancak çözülme olayının donma olayından önemli bir farklılığı da, tüm çözülme olayının materyalin donma noktasında gerçekleşmesidir. Buzun çözülmesinin hemen başlangıcında materyale verilen ısı, buzun ısıl yayınım katsayısının yüksek olmasına bağlı olarak materyal tarafından hemen absorbe edilir. Bu yüzden kitlede henüz bir çözülme belirmeden sadece sıcaklığı yükselir. Böylece kitlenin sıcaklığı materyalin kendine özgü donma sıcaklığına erişir. Çözülme ancak bundan sonra başlar. Önce yüzeyde oluşan ince bir tabaka halindeki çözülme, yavaş yavaş gittikçe iç tabakalara doğru gelişir.

Bütün bu açıklamalar donma ve çözülme olaylarının farklılığını ve iki olayın hız farkının nedenlerini ortaya koymaktadır. Bu açıklamalar ışığında; donma veya çözülmenin hızına sırasıyla, soğutucu veya ısıtıcı ortam sıcaklıkları üzerinden etki edilebileceği görülmektedir. Ancak dondurulmuş materyal eğer, meyve suyu, meyve veya sebze ezmesi gibi parçalanmış bir doku ise, gerek dondurma ve gerekse çözmede, ayrıca karıştırma sallama v.b. gibi işlemler uygulanarak olay hızlandırılabilmektedir.

Dondurma ve depolamada meyve ve sebzelerdeki bazı fiziksel değişimler 1.Buz kristallerinin oluşumu 2. Nem göçü 3. Rekristalizasyon 4. Su salma (drip loss)

Dondurma ve depolamada meyve ve sebzelerdeki bazı fiziksel değişimler 1. Buz kristallerinin oluşumu Meyve ve sebzeler bazı ön işlemlerden sonra, ya bütün, veya belli irilikteki parçacıklara bölünmüş olarak dondurulur Örneğin bezelye, vişne bütün halde; fasulye, havuç belli irilik ve şekilde doğrandıktan sonra dondurulurlar. Bunlara “parçalanmamış doku” halinde dondurulan ürünler denir. Buna karşın özellikle bazı meyve ve sebzeler, ezme veya su (meyve suyu) haline işlendikten sonra başka nitelikte bir ürün olarak da dondurulmaktadır. Örneğin; ıspanak püre haline getirilerek, turunçgillerden ise meyve suyu üretilerek dondurulmaktadır.

Parçalanmamış doku halindeki ürünlerle, parçalanmış dokuların dondurulmalarında farklı beklentiler vardır. Nitekim parçalanmamış doku halindeki ürünlerin dondurulmaları ve depolanmalarında, hücrelerin ve dokunun donmaya bağlı olarak zedelenmemesi, zarar görmemesi amaç edinilir. Halbuki, parçalanmış ürünlerde dokudan bahsedilemeyeceğinden, bunlarda dondurma işleminin neden olduğu fiziksel zararlanmalar söz konusu değildir Bu yüzden aşağıdaki açıklamalar bütün haldeki dokuların donması ile ilişkili bulunmaktadır.

Meyve ve sebzelerin, dondurulma ve depolanmasında dokunun orijinal niteliklerini koruyabilmek amacıyla, hücre yapısının iyi tanınması gereklidir. Bilindiği gibi birçok meyve ve sebzenin yenen kısımları daha çok “parenşima” hücrelerinden oluşur. Şekilde idealize edilmiş bir parenşima hücresi gösterilmiştir.

Parenşima hücreleri esas olarak, hücre duvarı (membran) ve protoplazmadan oluşurlar. n Bitki organı geliştikçe, parenşima hücrelerinin duvarları iç basıncın etkisiyle gerginleşir ve hücreler, birbirleri üzerine sıkı bir şekilde yığılır. Bu oluşum sırasında hücreler arasında boşluklar (intersellular boşluk) kalır. Hücreler arasındaki boşluklar, çeşitli gazlar ve su buharı ile doludur. Aşağıda açıklandığı üzere, bir dokunun donmasında hücreler arası boşluk ve burada bulunan su buharı, önemli bir rol oynamaktadır. Etli dokular daha fazla hücreler arası boşluklar içerirken, tohumlarda hücreler arası boşluk daha azdır veya yoktur. Örneğin elmalarda bu boşluklar o kadar fazladır ki, bu meyvelerin çeşitli yöntemlerle işlenmesinde boşlukların yarattığı sakıncaların giderilmesi amacıyla bazı önlemler alınır

Vakuol, protoplazmadan “tonoplast” denen ince bir membranla ayrılmıştır. Bu zarın içindeki hücre özsuyu, şekerler, organik asitler, proteinler, tanenler, antosiyaninler v.b. gibi çeşitli maddelerden oluşmuş bir çözeltidir. Fazla oranda su içeren vakuol sıvısında da (hücre özsuyu), dokunun dondurulması sırasında buz kristalleri oluşmakta ve bunun sonucu bir kısım vakuolların zarı parçalanmaktadır. Bu nedenle tüketim sırasında çözülen ürünlerde, doku dışına az veya çok miktarda ancak daima hücre özsuyu sızmaktadır

Dondurulmuş meyve ve sebzelerin kalitesi açısından, hücreler arası boşluklarda buz kristali oluşumu özel bir önem taşır ve bu durum donma hızı ile ilişkili bir olaydır. Doku soğutulunca, hücreler arası boşluklarda bulunan su buharı, önce hücre duvarı üzerinde saf su damlacıkları olarak yoğunlaşır ve daha sonra da mikroskobik buz kristallerine dönüşür. Buna karşın, hücre içindeki sıvının donma noktası daha düşük olduğundan bu sırada henüz donmamıştır. Eğer hızlı bir dondurma uygulanmıyorsa, hücre içindeki su (su buharı basıncı daha yüksek olduğundan) buhar halinde hücre dışına çıkarak, hücreler arası boşluklarda oluşmuş buz kristallerinin irileşmesine neden olur. Böylece hücre içinde yoğunluğu gittikçe artan bir sıvı oluşur. Bu olay hücrenin su kaybetmesidir. Bu şekilde hücreler arasındaki buz kristalleri öyle büyürler ki, hücreler büzülür, çarpılır ve nihayet dengesiz bir basınç altında kalan hücre duvarları parçalanır. Dondurmada dokuyu zedeleyen esas olay budur. Hücre dışına bu şekilde çıkan su, daha sonra ürün çözülse bile bir daha geri dönemez.

Dondurma hızı yüksek tutulunca, her ne kadar yine önce hücrelerarası boşluklarda buz kristalleri oluşursa da, bu arada hücre içinde de buz kristalleri oluştuğundan su, bulunduğu yerde bağlanır ve hücre parçalanmaz. Sağlam dokuların dondurulmalarında, hücrenin her yanında fazla sayıda ve küçük kristal oluşturulma çabasının amacı da budur. n Bu konuda dondurulan materyalin hücre büyüklüğü de etkilidir. Bakteri hücreleri o kadar küçüktür ki, hangi hızla dondurulursa dondurulsunlar, bunlarda hücre içi buz kristalleri oluşturulamamakta ancak aşırı soğuma gerçekleşmektedir.

“Freeze-cracking” “Donmada çatlama” Meyve ve sebzelerin dondurulması sırasında genel olarak yüksek dondurma hızı dokuda oluşan buz kristallerinin küçük olmasına ve üründe homojen bir yapı oluşmasına buna bağlı olarak dokunun yukarıda belirtildiği şekilde hasar görmesini ve sızıntı yoluyla su kayıplarını önlediği halde, bazen donma hızının yüksek olması veya çok düşük sıcaklıkta dondurma ve kriyojenik sıvıların kullanımı da üründe “Freeze-cracking” “Donmada çatlama” olarak nitelendirilen zedelenmelere neden olabilir. Dondurulmuş hücrelerin mekanik zedelenmesi üzerinde hücre içinde oluşmuş buz kristallerinin hacimlerinin artışı da etkilidir. Nitekim hücre içindeki buz kristallerinin hacimlerinin artışı sonucunda hücrede bir gerilim belirir. Bu sırada konsantre olmuş hücre sıvısında kontraksiyon görülür. Böylece hücre, yer yer büzüşme yer yer gerilim etkisinde kaldığından mekaniki bir zedelenmeye uğrar, yani çatlar “Freeze- cracking”. Toplam hacim artışı ne olursa olsun bu olay kendini az veya çok ve fakat daima gösterir.

Bu zararlanmaya farklı ürünlerde rastlanılmaktadır.Eğer ürün kabuklu ise ve dondurma sırasında bu kabuk toplam hacim artmasını engelliyorsa veya üründeki internal strese, dondurulan ürünün esneme özelliğinden fazla ise “Freeze-cracking” ortaya çıkabilir. Sistemde fazla boşlukların bulunması internal stresin dağılmasına yol açacağından “freeze-cracking”i önler. Yine ön soğutma uygulaması ile ürün sıcaklığı ile dondurma sıcaklığı arasındaki farkı azalttığından bu tip zararlanmalar daha az görülür.

Daha önce de değinildiği gibi, saf su 0°C’de buz haline dönüşünce, hacmi yaklaşık olarak % 9 oranında artmaktadır. Ancak herhangi bir çözelti veya gıdanın donması sırasında bu oranda bir hacim artışı görülmez. Bunun nedeni ise, donma sonucu suyun hacminin artmasına karşın, ortamdaki katı maddelerin hacminin azalmasıdır. Gerçekten, kontraksiyon denen bu olay sonunda çözeltilerde (ve gıdalarda) beklenen oranda hacim artışı olmamaktadır. Örneğin donma sonunda % 30’luk sakaroz çözeltisinin hacmi ancak % 6 artmakta, % 60’lık sakaroz çözeltisinde % 1 hacim azalması görülmektedir. Bu hususta 0°C’nin altındaki buzda, ayrıca kontraksiyon görüldüğü gözden uzak tutulmamalıdır. Bitkisel dokularda hacim artışını sınırlandırıcı diğer bir etken de hücreler arası boşluklardır. Gerçekten bu boşluklar, buzun hacim artışını dengelemektedir. Ancak hacim artışı ne olursa olsun, dondurulmuş ürün, çözülme sonunda orjinal hacmini kaybetmektedir.

2. Nem göçü n Gıdaların dondurulmaları sırasında hücre içeriğindeki suyun kristalleşmesi ozmotik bir mekanizma ile nem göçüne neden olur. Dondurulmuş halde depolamada ise nem göçü sıcaklık farkı ve bunun sonucu buhar basıncı tarafından kontrol edilir ve “dondurucu yanığı” olarak bilinir. n Dondurucu yanığı öncelikle dondurma sırasında oluşursa da depolamada devam eder. Dondurucu yanığı, ürünün yer yer sublimasyonla su kaybetmesi ve bu nedenle yüzeyde adeta yanık lekelerine benzer parlak beneklerin oluşmasıdır. Bu lekecikler görünüş açısından önemli bir kalite düşmesine sebep olursa da, daha önemlisi bu nedene bağlı olarak aroma ve besleme değerinde bazı kayıpların belirmesidir.

2. Nem göçü n Kuruyan bu yüzeylerden, buzun kaybolduğu derinliklere doğru sızan oksijen, değinilen bu değişmelerin başlıca nedenidir. Diğer taraftan bu yolla su kaybı, aynı zamanda ürünün ağırlık kaybetmesi de demektir. n Nem göçü, sıcaklık değişimlerinin minimuma indirgenmesi ve ürünün ambalajlanmasıyla azaltılabilmektedir. Ancak yalnızca ambalajlama yeterli olmamaktadır. Depo sıcaklığındaki salınımlar bu durumda, diğer bir olaya neden olmaktadır. Nitekim depo sıcaklığı yükselince, ambalajlı üründeki buz, sublimasyonla ürünü terk ederek ambalaj içinde yoğunlaşır ve daha sonra ambalajın iç yüzeyinde donarak bir kar tabakası oluşturur. Bu durum daha sonra ürünün çözülmesi sırasında su salmaya yol açtığı gibi dokuda deformasyon da görülür.

3. Rekristalizasyon Gıda maddelerinin dondurulmalarında gerekli tüm faktörlere özen göstererek kristal iriliğini kontrol altında tutmak olanaklıdır. Ancak kristallerin daima daha fazla büyüme eğiliminde olmaları yüzünden, elverişli koşullarda zamanla irileştikleri gözden uzak tutulmamalıdır. Küçük kristallerin daha sonra büyümesi olayına “rekristalizasyon” denir. Rekristalizasyon özellikle depolamada ve çözmede belirir. Bu nedenle, optimum koşullarda en iyi şekilde dondurulmuş bir ürün eğer gerekli koşullarda depolanmazsa, kötü dondurulmuş bir üründen farklı olmayabilir. Şu halde kristal iriliği sadece dondurma işleminde değil, depolamada da kontrol altında tutulmak zorundadır.

3. Rekristalizasyon Çeşitli ürünlerin ticari amaçla dondurulmalarında, “gezgin” ve “yapışma” kristalizasyonu olarak iki türlü rekristalizasyon belirebilir. Yapışma rekristalizasyonu. birbirine çok yakın kristallerin birleşerek büyümesidir. Gezgin rekristalizasyon ise, bazı kristallerin kaybolurken diğerlerinin irileşmesidir Rekristalizasyon çok düşük sıcaklıktaki ve sıcaklık salınımlarının çok fazla olmadığı depolarda çok yavaş bir hızla belirir. Depodaki sıcaklığın, soğutma cihazlarında beliren arıza veya diğer nedenlere bağlı olarak oynaması, özellikle gezgin tipli rekristalizasyonu hızlandırır. Şu halde rekristalizasyon olayı, özellikle oynak depolama sıcaklığının söz konusu olduğu depolama koşullarında belirir. Dondurulmuş ürünlerin çözülmesinde de rekristalizasyon görülmekle birlikte çözme işlemi hızlı bir şekilde gerçekleştirilince, hem rekristalizasyon ve hem de zararları azaltılabilmekledir.

4. Su salma (drip loss) Donma sırasında, donan ürünün yapısındaki su, saf su kristalleri halinde sistemden ayrıldığından çözelti konsantrasyonu artar ve termodinamik denge prensibine göre erime sıcaklığı yükselir. Bu nedenle dondurma bir bakıma dehidrasyon olarak görülebilir. Çözülme sırasında ise, su orijinal bölgelerde reabsorbe edilemez ve bu durum su salmaya neden olur. Su salma ve bu yolla ortaya çıkan kayıpları etkileyen faktörler: buz kristallerinin boyutları ve lokalizasyonları, buz çözülme hızı, dokunun su reabsorbsiyon düzeyi ve dondurma işleminden önceki durumu ile su tutma kapasitesidir. Meyve ve sebze hücrelerinde su reabsorbe edilmediği halde hayvansal hücrelerde su reabsorbsiyonu önemli düzeydedir. Bu nedenle meyve sebzelerde kalitenin korunması açısından çözülme önem taşımaktadır. Çözülme yöntemi bir mikrobiyolojik gelişmeye, su salmaya, buharlaşma ile kayıplara ve bozunmaya neden olmayacak şekilde seçilmelidir. Çözülme donmaya göre daha uzun bir zamanda gerçekleşmektedir.

Dondurma ve depolama sırasında meyve ve sebzelerdeki kimyasal değişimler n Gıdaların dondurulmaları sırasında yapılarındaki suyun büyük bir kısmı buz haline geçer ve yapıdaki suyun buz haline dönüşmesi ile geriye kalan kısmı konsantre olur. Enzimlerin substratları ile temasa geçmeleri kolaylaşır. Donma ve depolamada en sık görülen kimyasal değişimler; lipid oksidasyonu, enzimatik esmerleşmeler, tat bozuklukları, protein denatürasyonu ile renk maddeleri ve vitaminlerdeki kayıplar olarak özetlenebilir. n Doku halindeki gıdaların yapılarında buz kristallerinin oluşumu dokunun zedelenmesine yol açtığından enzimlerin ve substratlarının temasını ve buna bağlı bozulmaları da kolaylaştırır. Depolama sırasında enzimatik kaynaklı değişimleri sınırlandırmak için bozulmadan sorumlu enzimleri inaktive etmek amacıyla haşlama işlemi uygulanır. Bu amaçla genellikle ısıya en dirençli enzim olan peroksidaz (POD) enzimi indikatör olarak kullanılmaktadır.

Dondurma ve depolama sırasında meyve ve sebzelerdeki kimyasal değişimler n Meyve ve sebze hücrelerinde donma sonucunda konsantrasyon artışı, ortamın pH derecesinin düşmesine, titrasyon asitliği ve iyonik yoğunluğun artmasına neden olur. Bu durum proteinlerin ve birçok kolloidlerin denatürasyonuna ve viskozitenin yükselmesine yol açar. Bütün bu nedenlerle dondurulan dokunun fiziksel ve kimyasal niteliklerinde köklü değişmeler belirir. n Dondurulmuş meyve ve sebzelerde görülen en önemli kalite kayıpları koku ve tat bozukluklarıdır. Bu olumsuzluklar hızlı donma hızı, düşük depolama sıcaklıkları ve uygun çözme ile optimize edilebilmektedir.

Dondurma ve depolama sırasında meyve ve sebzelerdeki kimyasal değişimler n 1. Lipit oksidasyonu n 2. Protein denaturasyonu n 3. Enzim aktivitesi ve reaktivitesi

1. Lipit oksidasyonu Lipit oksidasyonu karmaşık bir prosestir. Bu proseslerin temel mekanizması serbest radikallerin oluşumu olup, bunu diğer reaksiyon aşamaları takip eder. Reaksiyon başlangıcında yağ asitlerinden (RH) hidrojen radikalinin ayrılmasını, geriye kalan yağ asidi alkil radikalinden (R•) oksijenin varlığında yağ asidi radikalinin (ROO•) oluşumu takip eder. Daha sonraki aşamada peroksil radikali yakınındaki yağ asidi (RH) molekülünden hidrojeni ayırarak yeni bir yağ asidi alkil radikalini ve hidroperoksidi oluşturur (ROO• + RH → R• + ROOH). Hidroperoksidin parçalanması ile serbest radikal prosesi devam eder. Ortamda demir gibi bir metal iyonunun bulunması veya hem gruplarından transfer edilebilmesi bu prosesin daha etkin olarak devamına yol açar.

1. Lipit oksidasyonu n Lipit oksidasyonu enzimatik olarak da gerçekleşebilir. Bu reaksiyonda rol alan en önemli enzim lipoksigenazdır. Lipoksigenaz enzimi moleküler oksijenin varlığında cis-cis-4- pentadiene oksijenin bağlanmasını katalize ederek doymamış yağ asitlerinin ve stereo spesifik konjuge dien hidroperoksi yağ asitlerinin oluşumuna yol açar. Lipoksigenaz enzimi bir çok meyve, sebze ve hayvansal ürünlerin yapısında vardır. Eğer dondurma işleminden önce haşlama ile lipoksigenaz enzimi inaktive edilmezse depolama sırasında tat, renk ve vitamin kayıplarına neden olur. n Dondurulmuş gıdalarda kalite kayıpları üzerinde lipit oksidasyonunun önemli bir rolü vardır. Renk, görünüş, beslenme değerindeki kayıplar yanında aldehitler ve ketonların oluşumu da tat ve aromayı da olumsuz etkiler. Klorofil gibi renk maddeleri lipit oksidasyonuna sekonder substrat olarak katılırlar.

2. Protein denaturasyonu n Dondurma işleminin proteinlerde indükledikleri önemli değişimlerin nedeni, buz kristalleri oluşumu ve rekristalizasyon, dehidrasyon, tuz konsantrasyonu, oksidasyon, lipit gruplarındaki değişimler ve belli hücre metabolitlerinin serbest kalışı olarak belirtilebilir. Ancak bu değişimler çoğunlukla hayvansal gıdalarda önem taşımaktadır. n Donma sırasında proteinlerin fonksiyonel özelliklerindeki değişimler içinde özellikle su tutma kapasitesindeki değişimler çözülme sırasında önem taşımaktadır. Depolama sonucu proteinlerin su tutma kapasitesindeki azalma protein-su interaksiyonu yerine protein-protein veya diğer interaksiyonların ortaya çıkması sonucudur. Buz kristalleri oluşumu ile oluşan dehidrasyon da protein dehidrasyonunda önemli bir etkendir.

3. Enzim aktivitesi n Gıdalardaki enzimatik reaksiyonları katalizleyen enzimlerin aktivitesi, düşük sıcaklıkların etkisiyle depolama sırasında azalır, ancak tamamıyla durmaz. Daha önce haşlama işlemi uygulanmamış meyve ve sebzelerde hidrolik enzimler (lipazlar, fosfolipazlar, proteazlar gibi) donmuş halde depolama sırasında aktivitelerini koruyabilirler. Ancak sebzelerin haşlanmaları bu enzimlerin inaktivasyonunu sağlar. n Lipazlar ve fosfolipazlar gibi lipolitik enzimler kontrol altına alınmazlarsa dondurarak depolama sırasında sorun oluşturabilirler. Bazı lipaz enzimleri 29oC’deki depolamada bile sorun oluşturabilirler. Lipolitik enzimler ve proteazlar genellikle et ve balık gibi ürünlerde önem taşırken meyve ve sebzelerde ise endojen pektinmetilesterazın katalizlediği metil gruplarının pektinlerden ayrılması önemlidir. Bu durumda çilek gibi ürünlerde depolama sırasında jelasyon ortaya çıkar. Bitkisel gıdalarda bulunabilen klorofilaz ve antosiyanaz gibi hidrolitik enzimler eğer haşlamada inaktif hale getirilmezlerse donmuş dokularda renk bozulmalarına neden olabilirler.

3. Enzim aktivitesi n Donmuş meyve ve sebzelerde depolamada kalite kayıplarına yol açan diğer enzimler ise lipoksigenazlar, katalazlar, peroksidazlar ve polifenol oksidazlar ile lipazlar ve sistinliyazlar gibi oksidoredüktazlardır. Bitkisel dokunun esmerleşmesi ortamda oksijenin bulunması halinde fenolik bileşiklerin oksidasyonunun bir sonucudur. Hücrelerde buz kristalinin oluşumu fiziksel yapının bozulmasına yol açtığından o-difenol-oksidaz enzimi ile substratının temasına neden olur ve enzimatik esmerleşme reaksiyonu başlar. n Genel olarak oksidoredüktazlar sebzelerde renk açılmalarına neden oldukları gibi tat ve kokunun bozulmasına ve meyvelerde esmerleşme reaksiyonlarına neden olurlarsa da donmuş sebzelerde bu tip bozulmaların esas nedeni lipoksigenaz enzimleridir. Bu reaksiyonlar sonucunda oluşan karbonil bileşikleri ve etanol gibi uçucu maddeler dokularda akümüle olurlar ve tat ve koku bozulmalarına yol açarlar. Ortamda çözülmüş oksijenin bulunması halinde sulu çözeltilerde askorbik asit dehidroaskorbik aside okside olur.

3. Enzim aktivitesi n Genel olarak donmuş gıdalarda mikroorganizmaların neden olduğu sorunlar fazla önem taşımaz. Uzun yıllar yapılan TTT (time- temperature-tolerance) deneme sonuçlarına göre donmuş gıdalarda pratik depolama ömrü (PSL-practical storage life) yalnızca depolama süresi ve sıcaklığına bağlı değildir. Aynı zamanda ürün, proses ve ambalajlanması veya PPP faktörlerine (product, process, packaging) de bağlıdır. Donmuş gıdalarda uygulanan JND (just noticeable difference) (algılanabilir farklılık) ve HQL (high quality life) (yüksek kaliteli ömür) testleri ile flavor değişimleri saptanabilmektedir.

Dondurulmuş Meyve ve Sebzelerin Mikrobiyolojisi n Dondurulmuş Sebzelerin Mikroflorası n Genellikle Pseudomonas ve Flavobacter türleri n Daha az sayıda Vibrio, Enterobacter, Achromobacter türleri n C.botulinum türlerine sık raslanılmaz. n Dondurulmuş Meyvelerin Mikroflorası n Mayalar n Saccharomyces ve Cryptococcus türleri n Küfler n Penicillium, Aspergillus ve Rhizopus türleri n Bakteriler n Bacillus, Pesudomonas,Achromacter türleri

…