Yüksek Basınç Uygulamaları
Yüksek basınç ile gıdaların muhafazası genellikle uygulanan 300-600 MPa basınç altında gıdalarda bulunan mikroorganizmaların, enzimlerin inaktive edilmesi yoluyla raf ömrünün arttırılması esasına dayanmaktadır.
Yüksek basınç uygulamasında ısıtma ya da soğutma gibi bir işlem yoktur.
İşlem sırasında hızlı bir basınç artışı ve bir süre sonra basıncın tekrar düşürülmesi evreleri izlenir.
Yüksek basıncın mikroorganizmalar üzerine etkileri
Orta düzey yüksek basınç uygulamaları (300-600 MPa) mikroorganizmaların vejetatif hücrelerini öldürmekte veya inaktive edebilmektedir.
Yapılan uygulamalarda bazı örneklerde 350 MPa 30 dakikalık veya 400 MPa 5 dakikalık işlemlerde bakteri, maya ve küflerin sayılarında 10 kez azalma sağlanmaktadır.
Yüksek basınç uygulamaları bir orta dereceli ısıtma tekniği ile entegre edildiğinde, örneğin 400 MPa x 60ºC’de bakteri sporları yok edilmektedir.
Yüksek basıncın enzimler üzerine etkileri
Enzimlerin bu yöntemle inaktivasyonu, enzimlerin yüksek basınca karşı olan duyarlılıklarına göre değişmektedir.
Bazı enzimler oda sıcaklığında düşük bir basınçla inaktive olurken, bazıları 1000 MPa’lık bir uygulamaya dirençli kalabilmektedirler. Örneğin bezelyelerdeki peroksidaz ve çileklerdeki pektin metilesteraz 1200 MPa’da dahi aktif kalabilmektedir.
Yüksek basıncın gıdanın bileşenlerine etkisi
Günümüzde yüksek basıncın kovalent olmayan kimyasal bağları etkilediği (iyonik, hidrojen ve hidrofobik bağlar) bilinmektedir.
Bu nedenle, yüksek basınç uygulaması ile gıdalardaki tekstür ve tat-koku ile ilgili moleküllere önemli bir zarar vermeksizin mikrobiyal aktivite yok edilebilmektedir.
Yüksek basınç sistemleri
Bir yüksek basınçlı sistem temel olarak
1) Basınç kanalı ve kapatıcısı
2) Basınç üretim sistemi
3) Sıcaklık kontrol ünitesi ve
4) Ürün işlem ünitesinden oluşur.
Sistem 400-600 MPa basınca karşı dayanıklıdır.
Yüksek basınç sistemlerinde uygulanan yöntemler
1) Ambalaj içi uygulama
2) Dökme (yığın) uygulaması.
Yüksek basınç uygulamasında ürün , örneğin su 600 MPa basınç uygulamasında %15 oranında hacım kaybına uğramaktadır.
Ambalaj üzerine uygulanan yüksek basınç ambalajı şekil bozukluklarına uğratır. Bu nedenle bu sistemlerde kullanılabilecek uygun ambalaj malzemelerinin seçimi üzerinde araştırmalar devam etmektedir.
Bu yüzden ambalajsız, dökme şeklindeki üretimlerde kullanılan sistemler daha basittir. Bu amaçla sistemde yalnızca pompalar, borular ve vanalar kullanılmaktadır.
Yüksek basınç uygulamaları etin yumuşatılması amacıyla da kullanılmaktadır.
103 MPa bir basınç 40-60ºC’lik sıcaklıkta 2.5 dakikalık bir süre içinde uygulandığında etin yenilebilirlik kalitesi artırılmakta ve pişirme kayıplarında azalmalar görülmektedir.
Yüksek basınç uygulaması, nişasta moleküllerinde ise açılma, kısmi degradasyon, şekerlilik tadının artması ve amilaz aktivitesinin düşmesi gibi değişikliklere yol açmaktadır.
Yüksek basınç sistemlerin uygulandığı diğer alanlardan birisi de çikolatanın yumuşatılması işlemidir. Burada kakao yağı, stabil kristal forma dönüşür.
Balın korunması, diğer viskoz ürünlerin, deniz ürünlerinin, pastörize olmamış sütün ve olgunlaştırılmamış peynirlerin dayanıklılığının artırılmasında da yine yüksek basınç sistemlerinin uygulanabileceği bildirilmektedir.
Titreşimli Elektrik Alanı Uygulamaları
Yüksek Yoğunluklu Titreşimli Elektrik Alanı (High Intensity Pulsed Electric Field-HIPEF) uygulamaları, 1920’li yıllarda geliştirilmiş olan ohmik ısıtmanın ardından ortaya çıkmış ve 20 yılı aşkın bir süredir de sütlerin pastörizasyonu amacıyla kullanılmaktadır.
Bu işlem sırasında düşük elektrik enerjisi (düşük voltaj) kullanıldığı için sadece mikroorganizmaların termal yıkımı sağlanmaktadır.
Yıkımı önce model sistemlerde incelenmiş daha sonra 1980 ve 1990’lı yıllarda araştırmalar genişletilerek değişik sıvı gıdalarda (meyve suları, çorbalar, sıvı yumurta ve süt) uygulamalar başlatılmıştır.
HIPEF yöntemi henüz günümüzde ticari anlamda uygulanmıyorsa da anılan bu yöntemin nispeten düşük enerji gereksinimi yolu ile yarattığı düşük sıcaklıktaki termal etkisinin ürünün duyusal ve beslenme özelliklerinin korunmasında önemli rolü olduğu ve bu nedenle de yakın bir gelecekte yüksek kaliteli gıda üretiminde kullanılma şansının olduğu sanılmaktadır.
Titreşimli Elektrik Alanının mikroorganizmalar üzerine etkisi
12-35 kVcm-1 aralığında etkiye sahip bir elektrik alanı sıvı bir gıdaya kısa bir titreşim halinde (1-100 ms) uygulandığında, mikroorganizmalar üzerindeki öldürücü etkisi belirgin olarak ortaya çıkmaktadır.
Bir gıdaya elektrik alanı uygulandığı zaman hücre membranlarındaki gözenek oluşumu, membranın elektrik potansiyelini 1 V’un üzerine çıkarmakta ve bu gözenekler daha sonra hücrelerin şişmesine ve dağılmasına yol açmaktadır.
HIPEF yöntemi ile mikroorganizmaların inaktivasyon derecesi, yüksek elektrik alanı yoğunluklarında ve/veya titreşimlerin sayısındaki bir artış ve süresine bağlı olarak artmaktadır.
İnaktivasyon derecesini etkileyen diğer faktörler ürünün sıcaklığı, pH’sı, iyonik kuvveti ve elektriksel iletkenliğidir.
Genel olarak HIPEF işleminin gıdalardaki vitamin ve enzimleri inaktive etmediği ayrıca meyve sularının renk ve tat-koku özelliklerini değiştirmediği saptanmıştır.
Bazı yeni yöntemlerin avantajları, sınırlamaları ve ticari kullanımları
Kurutma İşlemi ve Dehidratörler
Gıda endüstrisinde “kurutma” sözcüğü, ham, yarı işlenmiş ya da işlenmiş katı, sıvı ve yarı sıvı gıdaların yapılarındaki su oranının azaltılarak belirli düzeylere düşürülmesi işlemini tanımlamakta kullanılmaktadır.
Doğal kurutma
Doğada kurutma olayı kendi kendine gerçekleşir. İnsanoğlu gıdaları kurutarak saklama yöntemini asırlardır bilmektedir.
Güneş ısısından yararlanarak ürünün yapısındaki su oranının azaltılması için uygulanan bu basit yönteme “doğal kurutma” diyoruz.
Doğal kurutmanın dezavantajları
Doğal kurutmada ürün açıkta, çeşitli böcek, kuş ve kemiricilere karşı korumasızdır.
Hava ne kadar temiz olursa ürün tozlanır.
Kurutma için geniş alanlara gereksinim vardır.
Çoğu kez hafif bir fermantasyon oluşması nedeniyle örneğin, meyve kurularında kalite düşüklüğü olmaktadır.
İşlem çok yavaş gerçekleştiğinden kuruma süresi uzundur.
Genellikle %15 su oranından daha aşağıya inilemez.
Yapay kurutma
Kurutma işleminin kapalı alanlarda ve kontrol edilebilir koşullarda yapılması yöntemine “yapay kurutma” denir.
Yabancı dillerde örneğin İngilizce’de doğal kurutma konusunda “drying”, “dried-fruits” ve “sundried” gibi terimler kullanılırken günümüzde yapay kurutma için “dehidration” terimi kullanılmaktadır.
Kurutma ve dehidrasyon
Kurutma bir üründeki su miktarını azaltmak veya çok düşük düzeylere düşürmek amacı ile yapılan ve böylelikle olası mikrobiyolojik ve kimyasal bozulmaların önlenmesini sağlayan bir işlemdir.
Kurutma ve dehidrasyon kelimeleri eş anlamlı değildir. Dehidre ürünlerde su içeriği %2.5’in altında iken kurutulmuş gıdalardaki su düzeyi %2.5’in üstündedir.
Dehidrasyon
Ürün dehidrasyonu teriminde, yapıdaki suyun tamamını ya da tamamına yakın bir bölümünü ürünün özelliklerinde değişiklik yapmaksızın, kontrol edilebilir koşullar altında üründen uzaklaştırılması kavramı yatmaktadır.
Dehidre üründeki başlıca kriter, bu ürünün yapısına suyun tekrar verilmesi (rehidrasyon) halinde eski durumuna yakın özelliğe getirilebilmesidir.
Dehidrasyon yönteminin diğer yöntemlere kıyasla üstünlükleri
Kuru maddede artış
Kullanıma uygun (hazır) olma
Dayanma süresinde artış
Kitle yoğunluğunda olumlu değişiklik
Dehidrasyon
Modern dehidrasyon ürünlerinden hazır (instant) kahve, hazır süt tozu, hazır patates püresi ve hazır çorba gibi ürünlere dehidrasyondan önce pişirme, kaynatma ya da mayalama gibi işlemler uygulanmıştır.
Tüketiciye yalnızca su ekleyerek kaşık ya da mikserle karıştırmak işlemi kalmıştır.
Dehidrasyon
Dehidre üründe yapıda kalan son nem oranı %1-5 dolayındadır.
Bu nedenle örneğin hazır kahve, portakal suyu tozu gibi ürünler oda sıcaklığında bir yıl ya da daha fazla dayanmaktadırlar.
Dehidrasyon koşulları ve sistemleri yanlış seçildiğinde
Kabuk bağlama
Renk esmerleşmesi
Kitle yoğunluğunda olumsuz değişiklik
Besleme değerinde kayıplar
Mikroflorada olumsuz değişiklik
gibi olumsuzluklar gözlenmektedir.
Gözlenen olumsuzluklar
En önemli olumsuzluk renk esmerleşmesidir. “Maillard tepkimesi” adı verilen renk esmerleşmesinde şekerlerin aldehit ve proteinlerin amino grupları rol oynarlar.
Daha çok enzimatik olmayan bu esmerleşme tepkimeleri sıcaklık dereceleri arttıkça ve tepkimeye giren öğelerin ortamdaki konsantrasyonları yükseldikçe hızlanmaktadır.
Dehidrasyon Hızını etkileyen etmenler
Sıcaklık derecesi
Kurutucu havanın nemi
Kurutucu havanın hızı
Yüzey alanı
Ortam basıncı
Diğer
Dehidrasyon sistemleri
Dehidrasyon proseslerinde en yaygın kullanılan sistemler kabin ve yatak kurutuculardır (Katılar için) . Bunlar tünel şeklinde veya hareketli bantlar şeklindedir.
Püskürtmeli kurutucular kuru maddesi yüksek (sıvılar için) kullanılan sistemlerdir.
Püskürtmeli kurutucular daha çok süt, yumurta, kahve, çay, enzimler ve peynir suyu proteini gibi ürünlerin kurutulmasında kullanılmaktadır.
Dondurarak kurutma
Genellikle ısıya duyarlı gıdalar dondurarak kurutma sistemlerinde kurutulabilirler.
Böylece bu tip ürünler için önemli bir karakteristik olan tat-koku, renk gibi özellikler korunabilmektedir.
Osmotik dehidratörler
Suyun osmoz yoluyla uzaklaştırıldığı osmotik dehidratörlerde ise gıdanın yapısındaki su önce hızlı daha sonra ise yavaş yavaş uzaklaşmaktadır.
Osmotik çözeltinin sıcaklığı ve konsantrasyonu su transfer hızını etkilemektedir.
Osmotik kurutma, dondurarak kurutma ile sıcak kurutmadan daha hızlı gerçekleşmektedir.
Osmotik kurutma bazı meyvelerin (elma, muz,kiraz), tatlı kabak, domates, patlıcan, bamya gibi bazı sebzelerin ve balık ve çeşitli etlerin kurutulmasında kullanılır.
Kurutucular
1. Sıcak hava kurutucular
Fırın kurutucular
Kabin kurutucular
Tünel kurutucular
Bantlı kurutucular
Sandık kurutucular
Püskürtmeli kurutucular
2. Buharlı kurutucular
3. Valsli kurutucular
4. Vakum kurutucular
5. Dondurarak kurutucular
6. Mikrodalgalı kurutucular
Sıcak havalı kurutucular
Sıcak havalı bütün kurutucular, içerisinde ısıtılmış havanın sirküle edebileceği kapalı sistemlerdir.
Havanın hareketi çeşitli tipteki fan ve vantilatörlerle sağlanır.
Havanın ısıtılması doğrudan veya dolaylı ısıtma yöntemi ile yapılır.
Sıcak havanın üründen geçirilme tipine göre paralel, ters, doğru ve çapraz akışlı olmak üzere gruplandırılır.
Fırın kurutucular
Fırın kurutucular, hava taşınımlı kurutucuların en basit tipidir.
Izgaralar üzerine serilmiş olan ürün ara sıra karıştırılır.
Genellikle elma dilimlerinin dehidrasyonunda kullanılan bu kurutucularda nem oranı %10’un altına düşürülebilmektedir.
Kabin kurutucular
Fırın kurutuculara benzerler.
Püre veya sıvı haldeki ürün, durumuna göre ızgaralı, delikli kerevetlere ya da düz tavalara ince bir tabaka oluşşturacak şekilde serilir.
Kerevetler üst üste getirilerek bir vagon halinde kabine verilir.
Sıcak hava kerevetler arasından dolaşır. Kullanım sonrası dışarı atılır.
Kurabiye türü ürünler, meyve ve sebze dilimleri kurutulur.
Şekil. Kabin kurutucular
Tünel kurutucular
Kerevet istifleri bir ray boyunca arabalar halinde bir tünel içinde hareket ederler.
Sıcak havanın yönü ile kerevetlerin yönü farklı olabilir.
Ürün ve hava aynı yönde hareket ederlerse bunlara paralel akış tüneli denir.
Hava burada nemli ürün ile karşılaşır. Başlangıçta dehidrasyon hızı yüksektir. Ürün yüzeyinde büzüşme olmaz. Ancak ürün içinde boşluk ve çatlamalar oluşur.
Paralel akışlı tünel kurutucu
Tünel kurutucular
Ürün ile havanın birbirlerine karşıt yönde hareket ettiği tünellere ters akış tüneli denir.
Sıcak hava burada önce dehidre olmuş ürünle karşılaşır. Giderek soğuyup nemi artarken nemli ürünle temas eder.
Başlangıçta dehidrasyon hızı, ürünün soğuk ve nemli hava ile karşılaşması nedeniyle yavaştır. Ürün içindeki nem dağılımı homojendir. Ürün yüzeyinde buruşma olmaz.
Ters akış tünel kurutucu
İki aşamalı tünel kurutucu
İlk aşamada paralel akış, ikinci aşamada ise ters akış yöntemi uygulanır.
Çapraz akışlı tünel kurutucu
Hava tünel boyunca yer yer ısıtılarak çapraz olarak tünele verilmektedir.
Bantlı kurutucular
Her türlü gıda için kullanılabilirler.
Sürekli sistem olup, kuruma hızları yüksektir.
Çok sıcak havanın ürün ile karşılaşması söz konusudur. Bu nedenle kurutulmuş ürün çeşitli kusurlar taşır.
Tünel kurutuculardaki raylı araba sisteminin yerini sonsuz dönü hareketini yapan hareketli bir bant almıştır.
Bantlı kurutucular
Bantın taşıdığı ürüne alttan ve üstten sıcak hava verilmektedir.
İki aşamalı olacak şekilde çalışırlar.
İlk aşamada yüksek sıcaklıkta, hızı fazla orta düzeyde nemli hava kullanılır. Dehidrasyon hızlıdır.
İkinci aşamada sıcaklığı daha düşük ancak çok kuru hava kullanılır.
İki aşamalı bantlı kurutucu
Tekne bantlı kurutucu
Akışkan yatak kurutucu (çok yaygın kullanılımaktadır)
Köpik-hasır bantlı kurutucu
Sandık kurutucular
Özellikle sebzelerde, dehidrasyonun son aşamasında tünel ve bantlı kurutucularda dehidre edilmiş ürünün son nem oranına düşürülmesi amacıyla kullanılırlar.
Ana kurutucudan % 10-15 nemli çıkan ürün sandık kurutucularda % 3-6 nem düzeyine dehidre edilirler.
Buharlı kurutucular
Buhar kurutucu ortam olarak kesikli fırınlarda, tepsili kurutucularda akışkan yatak kurutucularda ve pnömatik bantlı kurutucularda kullanılabilir.
Yüksek sıcaklık yaratarak ısıya duyarlı ürünlerde sorun yaratmaktadırlar.
Gıda sanayinde kullanımı azdır. Daha çok kağıt, kömür ve tahta kurutulmasında kullanılırlar.
Püskürtmeli kurutucular
Püskürtmeli kurutma (spray-drying) yöntemi sıvı, yarı sıvı ve ince pulp halindeki gıdaların dehidrasyonunda kullanılırlar.
Gıda sanayinde süt tozu, çocuk maması, yumurta tozu, toz maya, balık unu , sebze ekstraktları gibi üretim alanlarında yaygın olarak kullanılır.
Püskürtmeli kurutmanın avantajları
Üstün dehidrasyon
Kısa dehidrasyon süresi
Üstün rehirasyon
Tek düze ürün büyüklüğü ve şekil
Sürekli ve miktarca yüksek üretim
Hijyenik ürün
Düşük üretim maliyeti
Kurutmada kolaylık ve süreklilik
Geniş kurutma skalası
Püskürtmeli kurutmanın dezavantajları
Yatırım maliyeti yüksek
Isı kaybı fazla
Püskürtmeli kurutma
Prüskürterek kurutmada ilke, ürünün bir kurutucu hücresindeki sıcak hava içerisine atomize (pülverize) edilerek dehidre edilmesidir.
Püskürtmeli kurutma sistemleri
Püskürtmeli kurutucular ;
sıcak hava üretim düzeni,
ürünü atomize eden bir atomizör,
kurutma hücresi,
dehidre (toz) ürünü havadan ayıran bir siklon seperatör
olmak üzere dört ana bölümden oluşur.
Püskürtmeli kurutucu
Sıcak havanın ve ürünün kurutucu hücresine giriş şekline göre farklı tip püskürtmeli kurutucular
Püskürtmeli kurutucular
Püskürtmeli kurutucularda işlem iki aşamalıdır;
Birinci aşama sıvının atomize (pülverize) edilmesi
İkinci aşama ise oluşan partiküllerin kurutulmasıdır.
Böylece besleme ağzından giren ürün, sıvı faz halinde iken sıcak bir ortamda kuruyarak katı faza geçmektedir.
Püskürtmeli kurutucular
Kapalı sistem olan püskürtmeli kurutucularda kurutucu ortam olarak kullanılan hava temizlendikten ve kurutulduktan sonra tekrar sisteme verilir.
Böylece açık sistemlerde hava ile uzaklaşan ısı kaybı azaltılmaktadır.
Püskürtmeli kurutucular
Püskürtmeli kurutucularda ürün, atomize edilerek çok küçük damlacıklara dönüştürülmesine karşın çok geniş bir yüzey alanına kavuşmaktadır.
Bu nedenle dehidrasyon hızı da çok yüksektir.
Kuruma 3-10 saniye gibi çok kısa bir sürede gerçekleşmektedir.
Kullanılan hava sıcaklığı 150-250 C iken ürün sıcaklığı 50-60 C dolayındadır.
Bu nedenlerle ısıya duyarlı olan ürünlerin kurutulmasında kullanılır.
Atomizer
Sistemin en önemli parçasıdır.
Atomizer, dehidre edilecek sıvı ürünü çeşitli faktörlere bağlı olarak 5-500 μ arasında küçük zerreciklere dönüştüren (pülverize eden) düzendir.
Valsli kurutucular
Ürün, buharla ya da sıcak su ile ısıtılan ve ekseni etrafında belirli bir hızla dönmekte olan, dökme demirden yapılmış bir silindirin vals yüzeyine ince bir film oluşturacak şekilde yayılır.
Sıcak yüzeyde temas eden ürün birkaç saniye içinde valsin dönüşü sırasında dehidre olur.
Valsli kurutucuların dezavantajları
Ürünün 120 C’deki vals ile temas sırasında renk, tat ve kokusunda değişiklik olması
Valsler üzerindeki yüzey sıcaklığının ürüne göre ayarlanmasının güç olmasıdır.
Valsli kurutucuların uygulama alanları
Isıya dayanıklı olan patates püresi, sebze püreleri ve domates salçası ürünlerin üretiminde kullanılırlar
Vakum kurutucular
Isıya duyarlı olan ürünlerin dehidrasyonunda kullanılan vakum kurutucularda dehidrasyon vakum altında düşük sıcaklık derecelerinde yapılır.
Sıcaklık 100 C’nin altında olduğundan aroma değişikliği ve diğer ısı zararları söz konusu değildir.
Vakum dehidrasyonun avantajları
Ortamda hava olmadığı için oksidasyon yoktur.
Renk ve vitaminler korunabilmektedir.
Düşük derecelerde çalışıldığından aroma bozuklukları en aza indirilir.
Dondurarak kurutma
Bu yöntemde tat koku ve artoma kaybı önlenmektedir.
Dondurulup kurutulmuş ürünler oldukça uzun süre muhafaza edilmektedir.
Rehidre edildiklerinde tekrar eski formlarına dönüşürler.
Dondurarak kurutma
Ürünün dilimlenmesi, küp şeklinde kesilmesi, haşlanması, soyulması gibi ön hazırlık işlemleri gereklidir.
Dondurarak kurutmada ilk aşama ürünün dondurulması, ikinci aşama ise donan üründen süblimleşme ile su uzaklaştırılmakta ve böylece kuruma sağlanmaktadır.

…