Yüksek Basınç Uygulamaları

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Yüksek basınç uygulamaları • 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.

8. Yüksek basınç uygulamaları • 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.

9. 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.

10. Titreşimli Elektrik Alanı Uygulamaları • 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.

11. 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 s) 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.

12. Titreşimli Elektrik Alanı Uygulamaları • 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.

13. Tablo 4.14. Bazı yeni yöntemlerin avantajları, sınırlamaları ve ticari kullanımları Bazı yeni yöntemlerin avantajları, sınırlamaları ve ticari kullanımları

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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’inaltında iken kurutulmuş gıdalardaki su düzeyi %2.5’in üstündedir.

19. 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.

20. Dehidrasyon yönteminin diğer yöntemlere kıyasla üstünlükleri • Kuru maddede artış • Kullanıma uygun (hazır) olma • Dayanma süresinde artış • Kitle yoğunluğunda olumlu değişiklik

21. 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.

22. 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.

23. Dehidrasyon koşulları ve sistemleri yanlış seçildiğinde • Kabuk bağlama • Renk esmerleşmesi • Kitle yoğunluğunda olumsuz değişiklik • Besleme değerinde kayıplar • Mikroflorada olumsuz değişiklik gibi olumsuzluklar gözlenmektedir.

24. 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.

25. Dehidrasyon Hızını etkileyen etmenler • Sıcaklık derecesi • Kurutucu havanın nemi • Kurutucu havanın hızı • Yüzey alanı • Ortam basıncı • Diğer

26. 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.

27. 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.

28. 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.

29. 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

30. 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.

31. 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.

32. 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.

34. Şekil. Kabin kurutucular

35. 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.

36. Paralel akışlı tünel kurutucu

37. 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.

38. Ters akış tünel kurutucu

39. İki aşamalı tünel kurutucu • İlk aşamada paralel akış, ikinci aşamada ise ters akış yöntemi uygulanır.

40. Çapraz akışlı tünel kurutucu • Hava tünel boyunca yer yer ısıtılarak çapraz olarak tünele verilmektedir.

41. 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.

42. 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.

43. İki aşamalı bantlı kurutucu

44. Tekne bantlı kurutucu • Akışkan yatak kurutucu (çok yaygın kullanılımaktadır) • Köpik-hasır bantlı kurutucu

46. 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.

47. 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.

48. 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.

49. 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

50. Püskürtmeli kurutmanın dezavantajları • Yatırım maliyeti yüksek • Isı kaybı fazla