Etiket Arşivleri: “ısıl işlem”

Gıdaları Muhafaza Yöntemleri

  • GIDA MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ

  • GIDALARI MUHAFAZA YÖNTEMLERİ

  Gıdaların dayandırılmasında uygulanan bütün yöntemlerin amacı, mikrobiyolojik ve mikrobiyolojik olmayan (enzimatik) değişmeleri önlemek veya sınırlamaktır.

  Gıdalar üzerinde, kısa sürede çeşitli mikroorganizmalar ürerler. Ayrıca gıdalar, mikroorganizmaların rahatlıkla çalışabileceği bir ortam oluşturduğundan önlem alınmazsa kısa sürede bozulmaya uğrayarak doğal durumları değişir ve tüketilemez hale gelirler.

Çeşitli dayandırma yöntemlerinin dayandığı 4 temel prensip vardır.

1) Mikroorganizmalar ve sporlarını ya öldürmek suretiyle etkisiz hale getirmek veya canlı kalsalar bile çoğalma faaliyetleri durdurularak bunların tekrar gıdaya bulaşmaları önlenmelidir (konservede olduğu gibi).

2) Ayrıca ortamı mikroorganizmaların çalışamayacakları bir duruma getirmek (kurutma ve dondurmada olduğu gibi).

3) Enzimatik olan ve enzimatik olmayan diğer değişmeleri önleyecek tedbirleri almaktır.

4) Kimyasal değişimleri engelleyebilecek koşulları oluşturmak

Bu prensiplere göre uygulanan başlıca gıda dayandırma yöntemleri;

  1. Yüksek sıcaklık uygulaması

  2. Soğuk uygulaması

  3. Dondurma

  4. Kurutma

  5. Konsantre etme

  6. Fermantasyon

  7. Kimyasal maddeler ilave etme

  8. Değişik gaz atmosferinde saklama

  9. Radyasyon

olarak sıralanabilir.

  • 1.YÜKSEK SICAKLIK UYGULAMASI

“Konserve” terimi, dar ve geniş kapsamlı olmak üzere, iki farklı anlamda kullanılmaktadır.

Dar anlamı; gıdaların, yalnız hermetik kapatılmış kaplarda (teneke kutularda veya cam kavanozlarda) ısı uygulamasıyla dayanıklı hale konulmaları olgusunu,  geniş anlamı ise; gıdaların örneğin, dondurma, kurutma, koruyucu maddelerle vb. gibi her çeşit yöntemle dayandırılmaları olgusunu kapsamaktadır.

Bu bölümde konserve terimi, yaygın olarak benimsendiği gibi dar anlamda kullanılacak, ve yalnız hermetik kapatılmış kaplarda pastörizasyon veya sterilizasyon uygulaması gibi ısıl yolla dayanıklı duruma getirilen meyve ve sebzeler söz konusu edilecektir.

Konserve üretimi, elverişli nitelikteki hammaddenin bir takım ön işlemlerden sonra teneke kutulara, cam kavanozlara veya amaca uygun benzer kaplara doldurulması, kapların hava almayacak şekilde (hermetik) kapatılması ve ısıl işlemlerle (pastörizasyon ve sterilizasyon) bozulma yapabilen mikroorganizmaların öldürülmesi gibi başlıca temel işlemleri kapsar.

PH < 4.5 olan gıdalar (meyveler ve domates ürünleri gibi asidik olan gıdalar) hermetikli olarak kapatılan kaplarda, 85 – 100oC sıcaklıkta belli bir süre tutulmak suretiyle bozulmaya neden olan mikroorganizmaların öldürülmesi işlemine pastörizasyon denir.  pH > 4.5 olan sebzeler, et ve süt ürünleri gibi düşük asitli gıdalar  +100 °C’de veya üzerindeki bir sıcaklıkta belirli bir ısıl işleme tabi tutularak dayanıklı hale getirilebilmektedir. Bu ısıl işlem şekline de sterilizasyon denmektedir.

Sütte pastörizasyon uygulamaları:

  • 145°F (63°C) 30 dakika

  • 161°F (72°C) 15 saniye

  • 191°F (89°C) 1.0 saniye

  • 194°F (90°C) 0.5 saniye

  • 201°F (94°C) 0.1 saniye

  • 212°F (100°C) 0.01 saniye

Bu uygulamalar ısıl direnci yüksek ve spor oluşturmayan patojen bakteriler (Mycobacterium tuberculosis ve Coxiella burnetti.), maya küf, gram negatif bakteriler ile gram pozitiflerin çoğunu tahrip etmek için yeterlidir.

Gıdalarda bozulmalara yol açan mikroorganizmalardan mayalar, küf mantarlarının sporları ve vejetatif hücreleri ve bakterilerin vejetatif olanları 80-100°C arasında en çok 20-30 dakika uygulanan ısıl işlemlerle öldürüldükleri halde, bakteri sporları ısıya daha dirençlidirler.

Bazı bakteri sporları ancak 120-130°C’de öldürülmektedir. Botulizm zehirlenmesine neden olan Clostridium botulinum  adındaki mikroorganizma düşük asitli gıdalarda, ancak yüksek sıcaklık derecelerinde yok edilebildiği için bu gibi düşük asitli gıdaların sterilize edilmeleri gerekmektedir.

  • ISIL IŞLEM

Gıdaların bozulmasına neden olabilecek mikroorganizmaları ısı etkisiyle inaktive etmek suretiyle, gıdalara sürekli bir dayanıklılık kazandırma işlemine “ısı uygulayarak muhafaza” yöntemi denir. Bu amaçla uygulanan ısıtmaya ise “ısıl işlem” (thermal prcoess) denir.

Geleneksel ”ısıl işlem” uygulamasında; gıda, hermetik kapatılabilen bir ambalaja (kutu, kavanoz, şişe) doldurulduktan ve kapatıldıktan sonra önceden belirlenmiş bir sıcaklıkta ve sürede ısıtılmakta ve sonra soğutulmaktadır.

Kabın, hermetik nitelikte kapanmış olması nedeniyle, yeniden bir mikroorganizma bulaşması söz konusu olamayacağından, ambalaj içindeki gıda mikrobiyolojik açıdan sınırsız süre dayanıklılık kazanmış bulunmaktadır.

Şu halde ”HERMETİK” nitelikte kapama terimi kap içinin dışarıyla tüm bağlantısının kesilmiş olmasını tanımlar. Öyle ki hermetik kapatma sadece gıdaya yeni bir bulaşmayı engellemekle kalmayıp, kap içindeki vakumu da korumalıdır.

Gıdanın ambalajlandıktan sonra ısıtıldığı geleneksel ısıl işlem uygulamasında ısı; gıdanın kalitesinde ve besleme değerinde bazı önemli olumsuzluklara neden olmaktadır. Çünkü kapalı bir kapta gıdanın hızla ve homojen bir şekilde ısınması zordur.

  • ISIL İŞLEMİN HEDEFİ

  • Gıdalardaki tüm patojen mikroorganizmaları öldürmek,

  • Patojen olmasa dahi, normal depolama koşullarında o gıdada bozulmaya neden olabilecek tüm mikroorganizmaları öldürmek,

  • Enzimleri inaktive etmek,

  • Bütün bu hedeflere ulaşılırken, gıdanın kalitesinde ve besleme değerinde en az olumsuzluğa neden olmak.

  pH değeri 4,5’in üstünde olan düşük asit gıdalarda hedef mikroorganizma Clostridium botulinum ‘dur.

  1. botulinum, ısıya çok dirençli sporlar oluşturan, çubuk şeklinde mezofilik bir anaerob bakteridir. Ayrıca en önemli özelliği, öldürücü bir toksin salgılayan bir patojen olmasıdır. Ancak pH düzeyi 4,5’in altında olan ortamlarda hem çoğalamaz ve hem de toksin salgılayamaz.

  Düşük asitli gıdalarla, asitli gıdaların sınırını oluşturan pH 4,5 rakamı, işte bu 4,6 değerinden, 0,1 birim güven payının düşürülmesiyle oluşmuş bir değerdir.

  Bütün bu açıklamalara göre, pH değeri 4,5’in üzerinde bulunan tüm düşük asitli gıdalara uygulanan ısıl işlemlerde C.botulinum‘un hedef mikroorganizma olarak seçilmesinin nedeni, bu tip gıdalarda bulunabilen ısıya en dayanıklı bir patojen olmasıdır.

  • STERİLİZASYON

Sterilizasyon : Mikroorganizmaları inaktive etmek amacıyla gıdalara, 100 °C’nin üzerindeki sıcaklıklarda uygulanan yoğun ısıl işlemdir. pH derecesi 4,5’in üzerinde olan gıdalarda ısıya dirençli ve bir kısmı patojen nitelikte mikroorganizmalar bulunduğundan veya mikroorganizmalar pH 4,5’in üstünde ısıya daha dirençli olduklarından sterilizasyon işlemi bu tür gıdalarda uygulanır.

Mutlak sterilizasyon : Uygulandığı gıdada hiçbir canlı mikroorganizmanın kalmadığı yoğunluktaki bir ısıl işlemdir.

  • PASTÖRİZASYON

  Mikroorganizmaları inaktive etmek amacıyla 100 °C’nin altındaki sıcaklıklarda uygulanan ılımlı bir ısıl işlemdir.

  pH derecesi 4,5’in altında olan gıdalarda ısıya dirençli mikroorganizma bulunmadığından veya mikroorganizmaların ısıl dirençleri bu pH düzeylerinde çok azaldığından, bu gıdalara; pastörizasyon gibi ılımlı bir ısıl işlem yeterli gelmektedir.

  Pastörizasyon uygulanabilecek nitelikteki bazı gıdalara gerekirse 100 °C’nin üzerinde sıcaklıklarda sterilizasyon uygulanabilir. Örneğin bir meyve pulpuna bir HTST sisteminde 100 °C’nin üzerinde bir ısıl işlem uygulanabilir.

  Ancak sterilize edilmesi gereken bir gıdaya pastörizasyon uygulanamaz. Örneğin pH değeri 4,5’in üstünde bulunan bir sebze konservesi veya sebze suyu hangi sistem kullanılırsa kullanılsın, 100 °C’nin altındaki bir sıcaklıkta pastörize edilemez.

  • TERMAL ÖLÜM SÜRESİ

  • Belirli şartlarda, belirli sayıdaki mikroorganizmanın belli sıcaklık derecesinde ölmesi için geçen süreye ‘’termal ölüm süresi’’ (TÖS) denilmektedir.

  • Bir mikroorganizmanın termal ölme süresinin doğru tanımı: ”Sabit bir sıcaklıkta belli koşullarda ısıtma sonunda belli bir ölüm oranının (desimal azalma sayısının) sağlandığı süre” şeklindedir.

  • Buna göre;

  pH’sı 4,5’in üzerinde olan gıdalarda “Clostridium botilinum’’ pH’sı 4,0-4,4 arasında olan gıdalarda “Bacillus coagulans’’ ve “Clostridium pasteurianum’’ pH’sı 4,0’ün altındaki asitli gıdalarda daha çok maya ve küfler bozulmaya neden olduğundan en dayanıklı küflerden olan “Bysochlamys fulva’’ test mikroorganizması olarak seçilmelidir.

Dayanıklı gıdaların depolanmasında, düşük sıcaklıklarda yavaş bir şekilde gelişen kimyasal reaksiyonlar, sıcaklık arttıkça hızlanmaktadır. Genel olarak her 10 °C sıcaklık artışının, bu reaksiyonların hızının kabaca 2 misline ulaşmasına neden olduğu kabul edilmektedir. Sıcaklık değişiminin, bir gıda sistemindeki reaksiyonların hızına etkisine sıcaklık katsayısı (temperature quotient) denir. 10 °C’lik sıcaklık değişimine göre belirtilen bu etki, Q10 şeklinde simgelenmektedir. Buna göre gıdalarda kalite kaybına neden olan reaksiyonlarda genel olarak olduğu gibi konserve gıdalarda da Q10 = 2 dir.

Bu açıklamalara göre konservelerin depo ömründe sıcaklık en önemli etkendir. Bu nedenle konservelerin depolanması ilke olarak 0 °C’nin üstünde, fakat olabildiğince düşük derecede yapılmalıdır.

  • 2-SOĞUTMA ve 3-DONDURMA

  • Pek çok bakteri, maya ve küf 16-38°C aralığında iyi gelişirler

  • Psikrotrof mikroorganizmalar 0°C ve altındaki sıcaklıklarda gelişebilirler

  • 10°C altındaki sıcaklıklarda gelişme yavaştır. Sıcaklık düştükçe gelişme de daha yavaş olur.

  • Gıdalardaki suyun tamamen donması durumunda mikroorganizmaların üremeleri için uygun ortam olmaz.

  • Çeşitli gıdalarda çözünmüş halde bulunan şeker ve diğer bileşenlerden dolayı donma noktası düşer ve -10°C ve daha düşük sıcaklıklarda dahi yapıda donmamış su bulunabilir.

  Sıcaklığın düşürülmesi ile mikrobiyal aktivitenin yavaşlatılması, soğutarak ve dondurarak muhafazanın temelini oluşturur.

Dondurma işlemi;

  • hava akımında dondurma,

  • İndirekt kontakt metodu ile dondurma,

  • Daldırarak dondurma gibi yöntemler kullanılarak uygulanabilir.

  • 4. KURUTMA

Mikroorganizmaların yapısında da %80 üzerinde su bulunur. Mikrobiyal üreme sırasında ihtiyaç duyulan su gıdalardan sağlanır

Gıdadan su uzaklaştırıldığı zaman bakteri hücrelerinin gelişimi durur

Gıdanın su aktivitesi (aw) hem gıdanın su içeriğine (serbest su) hem de çevredeki bağıl neme bağlıdır.

Bağıl nem: havada bulunan su buharına ait kısmi basıncın, aynı sıcaklıktaki suyun denge buhar basıncına oranıdır.

Başka bir deyişle bağıl nem, havanın belirli bir sıcaklıkta taşıyabileceği nem miktarının yüzde kaçını taşıdığını belirtir

  • Mikrobiyal gelişmenin gerçekleştiği sıcaklıklarda bakterilerin çoğu 0.9 üzerindeki su aktivitesi değerlerine ihtiyaç duyarlar.

  • Pek çok bakteri aw=0,85 altında gelişemez

  • Bazı mayalar ve küfler ise aw=0,65 düzeyine kadar yavaş da olsa gelişebilir.

  • Gıdaların kurutulması ile de tüm mikroorganizmaların öldürülmesi sağlanamaz

  Kurutarak muhafazada, gıdanın yapısındaki suyun tamamına yakını kontrollü koşullar altında, gıda özelliklerinde minimum değişim yaratarak uzaklaştırılır (süt tozu, instant kahve vb.)

  Suyun sadece bir kısmı gıdadan uzaklaştırılıyorsa bu işlem kurutma değil konsantrasyondur.

  Gıdaların kurutulmasında ısı ve kütle transfer hızının yüksek olması önemlidir. Bu anlamda aşağıdaki faktörlere dikkat edilmelidir.

  • Yüzey alanı: kurutulacak gıda daha küçük parçalara bölünerek ya da ince dilimler haline getirilerek ısı ve kütle transfer hızı arttırılabilir

  • Sıcaklık: ortam ve gıda arasındaki sıcaklık farkı ne kadar fazla ise ısı transfer hızı da o kadar artacaktır

  • Hava hızı: kurutulan gıdanın yüzeyindeki havanın uzaklaştırılması, nem dolayısıyla burada doymuş bir atmosfer oluşmasını önleyecektir

  Nem: hava kurutucu ortam olduğu durumda, havanın kuru olması kurutma hızını da arttıracaktır. Nemli hava doygunluğa daha yakın olduğu için gıdadan uzaklaştırılan daha az miktardaki nemi absorblayabilecektir.

  Atmosferik basınç ve vakum: 1 atm basınçta su 100oC’de kaynar. Buna karşılık basınç azaltılırsa kaynama noktası sıcaklığı da düşer. Isıya duyarlı gıdalar açısından düşük kurutma sıcaklığı ve kısa kurutma süresi önemlidir.

  Sıcaklık – süre: bazı istisnalar dışında kurutma prosesleri yüksek sıcaklık kısa süre baz alınarak gerçekleştirilir. Böylelikle düşük sıcaklıkta uzun süre kurutma işleminin gıdada yaratabileceği olası problemler azaltılır.

  • 5. KONSANTRE ETME (Konsantrasyon)

  • Konsantrasyon, bazı gıdalar için kurutma prosesinin ön aşaması olarak düşünülebilir.

  • Konsantrasyonla birlikte ağırlık ve hacimde azalma olduğundan depolama ve nakliye açısından ekonomik olarak da avantaj sağlanır. İşlemin uygulandığı bazı gıda örnekleri şu şekildedir:

  Meyve ve sebze suyu ve nektarı konsantreleri, Şeker şurupları, Reçeller ve Salça

  • 6. FERMANTASYON

  Mikroorganizmalar tarafından anaerobik ortamda bir organik maddenin başka bir organik maddeye dönüştürülmesidir. Bu anlamda makrobileşenler (örneğin karbonhidratlar) alkol, CO2, laktik asit vb. yeni ürünlere dönüştürülür.

  Gıda endüstrisinde fermantasyon açısından bazı uygulamalar

  • Laktik asit bakterileri : Turşu, Salam sucuk gibi et ürünleri, Yoğurt ve peynir gibi süt ürünleri

  • Küfler: Rokfor (roquefort) ve kamembert (camembert) peynirleri

  • Mayalar: bira, şarap, ekmek

  • Bira ve şarap üretiminde mayalar glikozdan etil alkol üretirler

  C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2

  • Yoğurt üretiminde laktoz laktik asit bakterileri tarafından laktik aside dönüştürülür.

      Laktoz  Laktik asit

  • Dönüşüm aerobik şartlarda gerçekleşiyorsa bu olay fermantasyon değil oksidasyondur.

           Etil alkol         asetik asit (Acetobacter aceti)

  • 7.KİMYASAL MADDELER İLAVE ETME

Gıdalarda bozulmalara neden olan mikroorganizmaların çoğalmasını, gelişmesini ve faaliyetini önleyen veya onların ölümlerine yol açan birçok kimyasal bileşik vardır. Bu maddelerden insan sağlığına zararlı olmayanların belli düzeylerde ilavesiyle gıdaların, mikrobiyolojik yolla bozulmasının önlenmesi yöntemine “kimyasallarla” veya “koruyucu maddelerle” muhafaza denir.

  • Bazı koruyucu maddelerin etki spektrumları

  • Kimyasallar

  Pek çok kimyasal mikroorganizmaların inaktivasyonunu sağlayabilmekle birlikte, bu kimyasalların çoğunun gıdalarda kullanımına izin verilmez. Antimikrobiyal olarak adlandırılan ve gıdalarda kullanıma izin verilen bazı kimyasallar

  • Sodyum benzoat

  • Sorbik asit

  • Sodyum ve kalsiyum propionat

  • Kükürt dioksit

  • Kimyasal madde olarak ASİT uygulaması

  • Belirli güce sahip asitlik mikroorganizmaların gelişimini engeller

  • Bazı mikroorganizmalar, aside karşı diğer mikroorganizmalara karşı daha duyarlıdır.

  • Bazı mikroorganizmaların ürettiği asitler sonucu diğer bazı mikroorganizmaların gelişimi engellenir.

  • Laktik asit bakterileri gibi çeşitli mikroorganizmalar kullanılarak gıdalarda fermantasyon yoluyla kontrollü bir şekilde asit oluşturulabilir.

  • Bazı durumlarda ise asit direkt olarak gıdalara eklenebilir (gazlı alkolsüz içeceklere sitrik asit veya fosforik asit ilavesi)

  • Kimyasal madde olarak ŞEKER VE TUZ uygulaması

  • Meyveler şeker şurubu içerisine konarak muhafaza edilebilir (reçeller). Bazı gıdalar ise salamura içerisinde muhafaza edilirler

  • Bakteri, maya ve küflerin hücre membranları vardır. Bu membran suyun geçişine izin verir. Mikroorganizmalar yüksek şeker ya da tuz çözeltisi içerisine konduğu zaman ozmoz sonucu hücre içerisindeki su membran dışına hareket eder. Hücrenin içindeki ve dışındaki su konsantrasyonunun eşitlenmeye çalışması neticesinde hücrenin kısmi kuruması söz konusudur (plazmoliz)

  • Kimyasal madde olarak

    DUMANLAMA uygulaması

  • Et ve balık gibi gıdalar, çeşitli odunların yakılması ile elde edilen duman ile muamele edilerek muhafaza edilebilirler.

  • Duman içerisinde koruyucu bazı kimyasallar bulunmaktadır.

  • Dumanlama işlemi bugün itibariyle koruyucu etkisinden daha ziyade flavor kazandırmak için uygulanmaktadır.

  • 8. DEĞİŞİK GAZ ATMOSFERİNDE SAKLAMA

Oksijene ihtiyaç duyan mikroorganizmaların (aerob) gelişiminin engellenmesi için ortamdaki hava uzaklaştırılır. Oksijeni tolere edemeyen mikroorganizmalar (anaerob) için ise ortama hava verilir.

  • 9. RADYASYON

  1983 yılında FDA (Food and Drug Administration) iyonize ışınların, baharattaki mikroorganizmaların kontrolü için kullanılmasını onaylamıştır.

  1985 yılında yine FDA tarafından kullanım alanı genişletilerek çilek, kanatlılar, domuz ve sığır eti gibi ürünlerde kullanımına izin verilmiştir.

Işınların kullanım amaçları

  • Meyve ve sebzeler ile baharattaki böceklerin kontrolü

  • Patates, soğan gibi ürünlerde çimlenmenin kontrolü

  • Vejetatif mikroorganizmaların inaktivasyonu

  • Gıdaların ışınlanması amacıyla kullanılan ışın kaynakları

  • Gamma ışınları: bu ışınların üretiminde Co60 veya Cs137 ışın kaynağı olarak kullanılmaktadır. Nüfuz etme özellikleri fazladır.

  • Ultraviyole ışınları (UV): gıdaların yüzeyindeki mikroorganizmaları inaktive etmek amacıyla 200-280 nm dalgaboyundaki ışınlar kullanılabilir. Nüfuz etme yetenekleri azdır. Alet ekipmanların yüzeyleri, su ve hava sterilizasyonunda kullanılabilir.

  • X-ışınları: UV ışınlarına göre penetre yetenekleri daha fazladır. Mevcut ekipmanlarla kullanımında verim düşüktür. Bu anlamda kullanım ticari boyuttan daha çok deneysel ölçeklidir.

  • Çeşitli tipteki radyasyon uygulamaları ile mikroorganizmalar inaktive edilebilir

  • Mikrodalgalar

  • Ultra viyole (UV)

  • İyonize radyasyon

  Bunların tamamı farklı dalga boyu ve enerjiye sahip elektromanyetik radyasyon çeşitleridir.

  İyonize radyasyon uygulaması sonucunda önemli bir sıcaklık artışı söz konusu olmadığı için “soğuk sterilizasyon” olarak da adlandırılır.


Gıdaların Isıl İşleminde Mikrobik Yıkım

GIDALARIN ISIL İŞLEMİNDE MİKROBİK YIKIM
Determining Decimal Reduction Time from Microbial Survival Data
Isıl işlemde mikroorganizmaları öldürmek için gıdalara ısıtma işlemi uygulanır. Seçilen ısıtma periyodundan sonra hayatta kalan mikroorganizmaların sayısı  “D-değeri” adı verilen decimal reduction time’ı elde etmek için belirlenir. D-değeri, bir mikrobun %90 oranında azaltılması için gereken zamandır.  Mikrobik yıkımın üstel olduğu düşünüşdüğünde, zamana karşı çizilen hayatta kalan mikroorganizmaların sayısının logaritması doğrusal bir grafik verir.  Bir günlük dönüşüm % 90 değişime işaret ettiğinden ,bir-günlük döngü geçişi için gerekli zaman D-değerini verir.  Bu çalışmada, farklı ısıtma sıcaklıklarından sonra hayatta kalan mikroorganizmaların sayısı üzerine elde dilen deneysel verilerden D-değerini belirleyeceğiz.  Bir mikroorganizmayı öldürmek için ısıl işlem yapıldığınıda hayatta kalan mikroorganizma sayıları aşağıda verilmiştir:

Time (min)

Hayatta kalan mikroorganizma sayısı

log(survivors)

0

2000

3,301

5

1100

3,041

10

750

2,875

20

275

2,439

30

90

1,954

40

32

1,505

50

11

1,041

60

4

0,602

Öncelikle, herbir zaman zamanda hayatta kalan mikroorganizmaların log’u belirlenir. Daha sonra, zamana karşı hayatta kalanların log grafiğinden doğrusal grafiğin eğimi tayin edilir. Eğimin tersi bize D-değerini verecektir. D-değerini hesaplamak için formül aşağıdaki gibi verilir.

D=t/LogN0-LogN

t; %90 oranında mikrobiyal popülasyonun azaltılması için süre
No ve N; bir dönüşüm azalmadan önce ve sonra mikrobiyal popülasyonlardır.
Böylece, payda 1 olacaktır ve t, D-değerine eşit olacaktır.

Gıdaların Isıl İşleminde Isıl Direnç Faktörü ( z-Değeri )

Gıdaların Isıl İşleminde Isıl Direnç Faktörü, z-Değeri
Mikrobiyal yıkımın hızı üzerine sıcaklığın etkisi, yaygın bir şekilde z-değeri olarak adlandırılan ısıl direnç faktörü ile ifade edilir.  z-değeri herbir mikroorganizma için eşsiz bir değerdir. Bir bakterinin termal direncini kapsayan deneyler, farklı sıcaklıklarda hayatta kalan mikroplar üzerine ilk belirlenen verileri  gerektirir. Herbir sıcaklıktaki bu veriler D-değerlerini elde etmek için analizlenir. D-değerleri daha sonra sıcaklığa karşı grafiğe geçirilir. Bu grafik bir doğru teşkil eder ve z-değeri de  eğimden bulunur.

Problemin ifadesi
Farklı ısıtma zamanlarında hayatta kalan mikroorganizmaların sayısı üzerine aşağıdaki veriler, farklı sıcaklıklarda yapılan bir seri deneylerden elde edilmiştir.

Hayatta kalanların sayısı

Sıcaklık (oC)

Zaman

120

122

124

126

128

0

10000000

10000000

10000000

10000000

10000000

2

6800000

5440000

3800000

2165000

887000

4

4640000

2960000

1450000

470000

78800

6

3160000

1610000

550000

101500

7000

8

2150000

877000

210000

22000

620

10

1460000

477800

80000

4700

55

Yaklaşım
İlk önce her bir sıcaklık için D-değerlerini bulalım. Daha sonra D-değerlerini kullanarak z-değerini bulalım.  z-değerinin hesaplanmasında Singh ve Heldman (1993) tarafından bir formül de türetilmiştir:

Isıl İşlem Uygulamaları

ISIL İŞLEM UYGULAMALARI 9.6.2 Sterilizasyon 1) Ambalajlandıktan sonra sterilizasyon 2) Ambalajlamadan önce sterilizasyon 9.6.3 Süte Uygulanan Isıl işlem türleri 1) Sütte pastörizasyon uygulamaları 2) Sütte sterilizasyon uygulamaları 9.6.4 Diğer Isıl İşlem Tanımlamaları ve Uygulamaları 1) Et ve et ürünlerinde pastörizasyon uygulaması Et ve et ürünlerinde yüzey pastörizasyonu 2) Yumurtalarda yüzey pastörizasyonu 3) Et ve et ürünlerinin pastörizasyonunda F değerinin hesaplanması

9.6.2 Sterilizasyon 9.6.2.1 Ambalajlandıktan sonra sterilizasyon Kutu veya kavanozlara doldurulup hermetik nitelikte kapatılmış pH derecesi 4.5’in üzerinde bulunan gıdalara (konservelere), otoklav veya stabilizatör olarak anılan sistemlerde 100 °C’nin üzerinde ısıl işlem (sterilizasyon) uygulanmaktadır. Sterilizasyonda hedef, o konserve için belirlenmiş bulunan Fo değerine ulaşmaktır. Fo değerleri her konserve gıda için çeşitli faktörlerin hesaba alınmasıyla bilimsel yöntemlerle belirlenmiş değerlerdir. Tablo 9.17’de çeşitli kaynaklardan derlenmiş bulunan bazı konservelere uygulanması gereken Fo değerleri verilmiştir. Bir konservenin üretiminde, sterilizasyon aşamasında, o konserve için öngörülmüş Fo değerlerine ulaşılıp ulaşılmadığı sürekli olarak izlenmelidir. Bu amaçla ısıl işlem sırasında, konservede ısının penetrasyonunun sürekli olarak ölçülmesi gerekmektedir. Isının penetrasyonuna ilişkin olarak bu ölçümlerle elde edilen verilerden, sterilizasyonda sağlanmış bulunan letalite hesaplanır. Bu nedenle modern otoklavlar genellikle ısı penetrasyon ölçüm sistemiyle donatılmışlardır. Bu ölçüm sistemlerinden en yaygın olarak kullanilan “Ellab” ısı penetrasyon ölçüm sistemidir. Bununla birlikte ısı penetrasyon verilerinden doğrudan letalite değerlerini veren ölçüm sistemleri geliştirilmiştir.

Günümüzde, sterilizasyon süresince her an ulaşılmış bulunan Letaliteyi gösteren bilgisayarlı sistemler kullanılmaktadır. Bununla birlikte küçük, hatta orta boy işletmelerin kullandıkları basit sabit otoklavlarda yürütülen bir sterilizasyon işleminin yeterliliği, Fo değeri üzerinden değil, otoklavın, seçilmiş bulunan sterilizasyon sıcaklığına ulaşma suresi (çıkış süresi), bu sıcaklıkta kalma süresi (kalış süresi) ve işlem sonu sıcaklığına düşme süresi (iniş süresi) gibi, “sıcaklık- süre” ilişkisini kapsayan değerlerle izlenmektedir.

Bazı konserveler için öngörülen “sıcaklık-süre” değerleri tablo 9.18’de gösterilmiştir. Benzer şekilde bir kısım uygulayıcılar ise, sterilizasyonun yeterliğini “dolum sıcaklığı”, ve “sterilizasyon sıcaklığında kalış süresi” üzerinden izlemektedirler. Bazı konserveler için öngörülen bu “sıcaklık- süre” ilişkisi tablo 9.19’da verilmiştir.

Bu tablolardaki değerleri anlaşılır kılabilmek için, tablo 9.17 ve tablo 9.19’da yer alan No 2 simgesiyle gösterilen kutudaki yeşil fasulyelerin sterilizasyon normlarının kıyaslanması yararlı bulunmuştur. Buna göre tablo 9.17’deki veriler dikkate alınınca No 2 kutudaki yeşil fasulye konservesinin sterilizasyonunda Fo = 3.5 sağlanmalıdır. Tablo 9.19’da, aynı niteliklerdeki konserve için dolum sıcaklığı minimum 50°C olması koşuluyla, otoklavın 116 °C’de 33 dakika, 118 °C’de 27 dakika veya 121.1 °C’de 23 dakika sabit sıcaklıkta tutulması ile güvenli bir sterilizasyon değerine (min. Fo = 3.5) ulaşılabileceği gösterilmiştir.

Ambalajlandıktan sonra ısıl işlem uygulaması, ya kesik (batch) veya sürekli (continuous) çalışan otoklavlarda gerçekleştirilmektedir. Kesik çalışan otoklavlar: Bu otoklavlar yüksek basınca dayanıklı, dik veya yatık bir silindir gövdeden oluşmaktadır. Günümüzde kullanılan “dikey otoklavlar”, bu alanda kullanılmış ilk otoklav tipinin geliştirilmiş örnekleridir. Tipik bir dikey otoklav 100 cm çapında, 250 veya 275 cm yükseklikte bir silindir görünümündedir. Sterilize edilecek kutular, otoklav sepetine doldurulup bir vinç düzeneği ile otoklava yerleştirilir. Bu şekilde 2-3 sepet üst üste yerleştirilebilmektedir. Böylece bir partide örneğin yaklaşık 400 tane No 1 kutunun sterilizasyonunun sağlanma olanağı bulunmaktadır. Bunlarda ısıl işlem, otoklavın kapağının kapatılmasından sonra, içeriye doymuş buhar verilerek gerçekleştirilmektedir. Isıl işlem sonunda kutular, otoklava bu defa soğuk su verilerek basınç altında soğutulmaktadır. Sepetler yine aynı vinç düzeneği ile otoklavdan çıkarılmaktadır. Kavanozlara doldurulmuş gıdaların sterilizasyonunda da benzer fakat kavanoz sterilizasyonuna özgü bir otoklav kullanılmakla birlikte, bunlarda sterilizasyon su içinde gerçekleştirilmektedir. Kavanoz sterilizasyonunda ısıl işlem süresince otoklavın tepe boşluğunda hava ve buhardan oluşan yüksek basınç hapsedilmek suretiyle ısıl işlem yüksek basınç altında yapılmaktadır. Böylece kavanozların içinde oluşan aşırı basıncın, kavanoz kapaklarını açması engellenmektedir

Isıl işlem sonunda soğutma, otoklavda basınç altında, soğuk su ile ve özel bir titizlik gösterilerek gerçekleştirilmektedir. Kutu ve kavanozların sterilizasyonunda kullanılan dik otoklavların genel görünüşü birbirlerine benzemekle birlikte donanımları belli düzeyde farklıdır. Şekil 9.15’de kutuların sterilizasyonuna uygun donanımı bulunan bir dik otoklav görülmektedir. Dik otoklavların bir alternatifi yatık otoklavlardır. Bunların genel nitelikleri ve kullanılma yöntemleri dik otoklavlar gibidir. En önemli farklılığı, otoklavın silindirik gövdesinin yatık konumda bulunmasıdır. Bu nedenle kutu doldurulmuş sepetlerin otoklava giriş-çıkışı vinç düzeneği ile değil, bir araba ile ray üzerinden kaydırılarak sağlanır. Ayrıca ısıl işlem süresince bunlarda, sepetin otoklav içinde dönme olanağı bulunmaktadır. Böylece kutu içeriğinin bu dönüşle karışarak konveksiyonla ısınmanın hızla gerçekleştirilebilmesi sağlanmaktadır. Bu tip otoklavlara “sallanan yatık otoklav” denmektedir.

Sürekli çalışan otoklavlar: Yukarıda değinilmiş bulunan kesik çalışan dik veya yatık otoklavlarda, belli sayıda kutu veya kavanoza bir parti halinde sterilizasyon uygulanmakta, işlem sonunda otoklav boşaltılarak yeni bir partinin sterilizasyonuna başlanmaktadır. Buna göre ısıl işlem, partiler halinde gerçekleştirilmektedir. Zaten “kesik” çalışma teriminin anlamı da budur. Sürekli çalışan otoklavlarda ise, kutunun gıda ile doldurulup kapatılmasından sonra her kutu hemen otoklava girmekte, diğer uçtan sterilizasyonu tamamlanmış ve soğutulmuş olarak dışarıya alınmaktadır. Şu halde sürekli çalışan otoklavlarda kutular, atmosferik ortamdan, buhar basıncının egemen olduğu yüksek basınçlı ortama alınmakta, orada; ısıl işlemin gerektiği süre boyunca tutulduktan sonra yüksek basınçtan atmosferik basınca çıkarılmaktadır. Bu tip otoklavların en yaygın örnekleri, “sepetsiz otoklavlar”, “sürekli çalışan döner otoklavlar”, ve “hidrostatik stabilizatörlerdir. Bunlardan en önemlilerinden biri olan “sürekli çalışan döner otoklavlarda« kutular, bir döner valf yardımıyla buhar basıncının düşmesine yol açmaksızın normal (atmosferik) ortamdan, buhar basıncının egemen olduğu ısıl işlem bölümüne alınmaktadır.

Kutular, buhar atmosferi altında, bir silindir gövdenin üzerinden spiral bir yol izleyerek silindirin diğer ucuna sterilize edilmiş olarak ulaşmaktadır. Bu yol boyunca kutular kendi eksenleri üzerinde sürekli olarak döndüklerinden kutu içeriğinin hızla ısınması sağlanabilmektedir. Silindirin sonuna ulaşmış bulunan ve sterilizasyonu tamamlamış kutular, yine bir döner aktarma valfi yardımıyla soğutmanın gerçekleştiği ikinci silindire alınmaktadırlar. Burada kutular basınç altında soğuk su ile soğutularak yoluna devam ederken ikinci silindirin sonunda, bir döner valf yardımıyla dışarıya yani atmosferik basınca alınmaktadırlar.

Bu tip otoklavlar en az 2, fakat çoğunlukla 3 tanktan (silindirden) oluşmaktadır. Üçlü tank sisteminde; birinci tankta ısı uygulaması (sterilizasyon), ikincide yüksek basınç altında soğutma, ve nihayet üçüncü tankta atmosferik basınçta soğutmanın tamamlanması gerçekleşmektedir. Şekil 9.1 6’da sürekli çalışan döner otoklavlara kutu girişi, şekil 9.17’de ise üç tanklı sürekli çalışan döner otoklav gösterilmiştir. “Döner otoklav” ismi, ısıl işlem sırasında kutuların dönmesi nedeniyle verilmiştir. Yoksa bizzat otoklavın dönmesi söz konusu değildir. Şekil 9.17 Üç tanklı sürekli çalışan döner otoklav

Diğer taraftan sürekli çalışan otoklavların en gelişmiş örnekleri “hidrostatik sterilizatörlerdir”. Bu otoklavlarda buhar basıncı, yani uygulanan ısıl işlem sıcaklığı, sterilizatöre bağlı bulunan su kolonunun yüksekliği ile hidrostatik olarak kontrol edilmektedir. Hidrostatik kolonların zorunlu olan yüksekliği nedeniyle, bu sterilizatörler genellikle işletme binası dışında açık mekanda yer almaktadır (Şekil 9.18). Şekil 9.18 Hidrostatik sterilizatör

Hidrostatik sterilizatörlerin çalışma ilkesi Şekil 9.19’da gösterilmiştir. Şekilde de görüldüğü gibi bu sterilizatörler, ön ısıtma hidrostatik kolonu, buhar hücresi, hidrostatik soğutma kolonu ve soğutmanın soğuk su duşu ile sürdürüldüğü son soğutma bölümü olmak üzere başlıca 4 ana üniteden oluşmaktadır. Kutular besleme konveyörü ile taşınarak sterilizatörün tepesinden ön ısıtma hidrostatik kolonuna” girmekte ve aşağı doğru yoluna devam ederken kısmen ısınmış olarak buhar hücresine ulaşmaktadır. Kutular buhar hücresini aşarken sterilizasyon tamamlanmaktadır. Steriliteye ulaşmış olan kutular, bu defa soğutma hidrostatik kolonundan yukarıya doğru taşınmaktadır. Önemli düzeyde soğumuş olan kutular, atmosferik basınç ortamında aşağı doğru taşınırken soğuk su duşu ile soğutmaya devam edilmekte, nihayet kutular soğutma kanalına ulaşmaktadırlar.

9.6.2.2 Ambalajlamadan önce sterilizasyon Son yıllarda, gıdaların ambalajlanmadan önce bir ısı değiştiricide, sterilize edildikten ve soğutulduktan sonra ambalajlanması (Aseptik teknoloji) yönünde çok büyük gelişmeler olmuştur. Böylece, yüksek sıcaklıklarda kısa süreli bir ısıl işlemle, gıdaların kalitesinin ve besleme değerinin korunma olanağı ortaya çıkmaktadır. Şekil 9.20’de geleneksel bir otoklavda, ambalajlandıktan sonra 120°C’de sterilize edilen bir ürünün ısıtma eğrisi ile, ambalajlanmaksızın bir ısı değiştiricide 150°C’de sterilize edilen ürünün ısıtma eğrileri kıyaslamalı olarak gösterilmiştir. Ambalaja konmadan sterilize Şekil 9.20 Ambalaja doldurulmadan veya edilme yönteminde ürünün, sıcaklık etkisinde ne doldurulduktan sonra uygulanan kadar kısa süre kaldığı görülmektedir. ısıl işlemin kıyaslamalı ısıtma- soğutma eğrileri Böylece, amaçlanan steriliteye kısa sürede ulaşılmakla birlikte ürün kalitesi üst düzeylerde korunabilmektedir. Ambalaj dışında sterilizasyon için, sterilize edilecek ürünün fiziksel niteliklerine bağlı olarak, plakalı veya borusal ısı değiştiriciler ve yüzey kazıyıcılı ısı değiştiriciler gibi çeşitli sistemlerden yararlanılmaktadır.

Sekil 9.21 ‘de bu amaçla kullanılan bir plakalı ısı değiştirici sistemi görülmektedir. Bu sistemlerde sterilize edilmiş ve soğutulmuş ürün, aseptik koşullarda steril ambalajlara doldurulup ambalaj kapatılmaktadır. Bu yöntemin en yaygın uygulaması, uzun ömürlü süt olarak adlandırılan süt ürünlerinde görülmektedir. Bununla birlikte 55-galonluk çelik varillerden, depo tanklarına veya demiryolu tanklarına kadar değişik büyüklükteki ambalajların kullanıldığı uygulama sistemleri bulunmaktadır. Özellikle meyve pulpları, salça ve çeşitli sıvı gıda ve konsantrelerinin muhafazasında bu yöntem gittikçe artarak uygulama alanı bulmaktadır. Şekil 9.21 Plakalı ısı değiştirici

9.6.3 Süte Uygulanan Isıl İşlem Türleri Dünyada ve ülkemizde her gün çok büyük miktarlarda süt ve süt ürünlerine ısıl işlem uygulanmakta ve her uygulama kendine özgü nitelikler taşımaktadır. Gerçekten sütlere farklı amaçlı ve farklı nitelikli ısıl işlemler uygulanmakta ve böylece farklı niteliklerde ve farklı raf ömrüne sahip süt ürünleri elde edilmektedir. Bütün bu ısıl işlemlerde, sütte bulunan mikroorganizmaların bazen belli türlerinin, bazen tümünün inaktive edilmesi, enzimlerin ise olabildiğince inaktive edilmeleri hedeflenmektedir. Buna göre süte uygulanan ısıl işlemler, sütte bulunan mikroorganizmalar ve enzimlerle sıkı sıkıya ilişkilidir. Süt çok çeşitli mikroorganizmaların barındığı ve gelişebildiği bir gıdadır. Uygun hijyenik koşullarda makina ile sağılmış taze sütte bile 103 4 -10 /mL düzeyinde mikroorganizma bulunabilmektedir. Çiğ sütte asit üreten streptokokuslar, basiller, psikrotrofik bakteriler, mikrokokusler, koli tipleri ve hatta bazen spor yapan mikroorganizmalar bulunmaktadır. Ayrıca, tifus, paratifus, tuberkloz, brusella, salmonella, mastitis gibi hasta insan ve hayvandan geçen patojenik mikroorganizmalar ve patojenik koli türleri de bulunabilmektedir.

Süt pastörizasyonunda en önemli sorunlardan birisini, ısıya dirençli psikrotrofik bakteriler oluşturmakta ve bunlar içinde en önemli olan ise B. cereus’tur. B. cereus’un pastörize sütte sorun oluşturan mikroorganizma olarak öne çıkmasının nedeni, soğukta saklama koşullarında gelişen bir patojen olmasıdır. Sütte bir kısmı sütün doğal (endojen) enzimleri, bir kısmı ise sütteki mikroorganizmaların ürettikleri enzimler olmak üzere, çeşitli enzimler bulunmaktadır. Bu enzimler, süte uygulanacak ısıl işlemde dikkate alınmak zorundadır. Sütteki enzimlerin çoğu 74oC’de 15 saniye ısı uygulaması sonunda % 20’den fazla aktivite bırakmaktadır. Sütün önemli enzimlerinden olan lipazların pastörizasyon koşullarında tümden inaktive olmadıkları, sadece kısmen inaktive oldukları belirtilmektedir. Buna karşın bakteri kökenli lipazların ısıya çok daha dirençli oldukları, bu nedenle UHT uygulanmış sütlerde kalıntı lipaz aktivitesinin sorunlar yaratabileceği açıktır. Bununla birlikte, UHT uygulanmış sütlerde, lipaz aktivitesi, proteaz aktivitesinin oluşturduğu sorunların çok gerisinde kalmaktadır. Çünkü, sütün endojen proteazları dahi, 140°C’de 4.6 saniye süreli ısıl işlem sonunda bile % 40’in üzerinde kalıntı aktivite bırakacak kadar ısıl direnci yüksek enzimlerdir. Sütün bakteri kökenli proteazları ise ısıya çok daha dirençlidirler.

Yukarıda değinildiği gibi, normal pastörizasyon koşullarında, sütteki bazı enzimler yeterince inaktive edilememektedir. Ancak pastörize edilmiş sütlerin soğukta saklanma zorunluluğu nedeniyle ve düşük sıcaklıklarda enzim aktivitesinin yavaşlamasına bağlı olarak kalıntı enzim aktivitesi, pastörize sütün flavor ve tekstüründe önemli bir olumsuzluğa neden olamamaktadır. Buna karşın kalıntı enzim aktivitesi, normal çevre sıcaklığında saklanan UHT sütler için, daha olumsuz etkilere sahip bulunmaktadır. Sütlere, 62°C’den 150°C’ye kadar değişen farklı sıcaklıklarda ve öngörülen sıcaklık düzeyine bağlı olarak değişen sürelerde, ısıl işlemler uygulanmaktadır. Ancak, alışılagelmiş olan genel sınıflandırma göz önüne alınırsa süte, 100°C’nin altında (pastörizasyon) ve 100 °C’nin üzerinde (sterilizasyon) olmak üzere iki temel ısıl işlemin uygulanmakta olduğu ifade edilebilir. Gerek pastörizasyon ve gerekse sterilizasyon için öngörülen “sıcaklık x süre” koşulları, ülkeden ülkeye az veya çok demekte ve buna ilişkin sınırlandırmalar o ülkenin tüzük ve standartlarında yer almaktadır.

9.6.3.1 Sütte pastörizasyon uygulamaları Milletlerarası süt ve ürünleri federasyonu (International Dairy Federation, IDF, 1986) süt pastörizasyonunu şu şekilde tanımlamaktadır: “Pastörizasyon; sütte bulunan patojenik mikroorganizmalardan kaynaklanan sağlık açısından oluşabilecek olumsuzlukları en düşük düzeye indirmek amacıyla uygulanan ve üründe daima sınırlı düzeyde kimyasal, fiziksel ve duyusal değişmelere neden olabilen bir ısıl işlemdir”. Bu tanımıyla pastörizasyon, ılımlı bir ısıl işlem olarak nitelendirilebilmektedir. Süt pastörizasyonu, sadece patojenleri ve ısıya duyarlı bazı bozulma etmenlerini inaktive etme amacına yönelik bir ısıl işlemdir. Pastörize sütte, ısıya dirençli bozulma etmenleri kalabilir. Süt dışında kalan diğer düşük asitli gıdalara uygulanan pastörizasyon işlemlerinde de benzer hedeflerin gözetildiği hatırlanmalıdır. Buna karşın, meyve suyu gibi yüksek asitli gıdalarda pastörizasyonun amacı daha kapsamlı olup, sonuçta “steril” bir ürün elde etmek hedeflenmektedir. Yukarıdaki genelleme bir tarafa bırakılırsa, süt pastörizasyonunda başlıca üç farklı yöntem uygulanmaktadır. Uzun süreli pastörizasyon : 62-65°C‘ler arasındaki sıcaklıklarda 30 dakika, Kısa süreli pastörizasyon : 71 °C’de 15-40 saniye, Yüksek sıcaklıkta kısa süreli pastörizasyon : 85-90°C’ler arasındaki sıcaklıklarda 1-4 saniye.

Uzun süreli pastörizasyon : Sütlere uygulanmış ilk ısıl işlem türü böyle bir pastörizasyondur. Sütün, çeşitli patojenleri barındıran bir materyal olması ve özellikle tuberkloz gibi hastalıklara yol açma olasılığı, gıda teknolojisinde pastörizasyon tekniğinin gelişmesinin ve yaygınlaşmasının temel nedenini oluşturmuştur. Süte uygulanmış ilk pastörizasyon işlemi, 63.0-66 °C arasında 30 dakikalık bir sıcaklık uygulaması şeklindeydi. Günümüzde küçük işletmelerde hala aynı işlem uygulanmaktadır. Bu uygulamada süt, şişelere doldurulup kapatıldıktan sonra bir tünel pastörizatörde, yukarıda sözü edilen sıcaklık sınırlarına kadar ısıtıldıktan sonra bu sıcaklıkta 30 dakika süreyle tutulmakta ve nihayet hızla soğutulmaktadır. Bilindiği gibi, bu tür sürekli bir işlem akışının söz konusu olmadığı işlemlere “kesikli” (batch) işlemler denir. Pastörizasyonda bu kesikli işlem, daha özel bir isimle “holder process” olarak anılmaktadır. Sütlerin bu yöntemle pastörizasyonunda, ısınma ve soğutmanın uzun süre alması nedeniyle, bir üretim partisine uygulanan işlemin toplam süresi yaklaşık 2 saate kadar uzayabilmektedir. Bu nedenle günümüzde büyük çapta üretim için sürekli pastörizasyon yöntemleri geliştirilerek uygulamaya konmuştur.

Kısa süreli pastörizasyon : Sütlere uygulanan sürekli ısıl işlemler, geleneksel yöntemden daha yüksek sıcaklıkta (High Temperature: HT) ve daha kısa sürede (Short Time : ST) gerçekleştirilmekte ve işlem HTST olarak anılmaktadır. Gerçekte gıda teknolojisinde HTST işlemi denince, genellikle 100°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda, kısa süreli ısıl işlemler anlaşılırsa da, söz konusu materyal süt olunca, 100°C’nin altındaki örneğin; 72oC’de 15 saniye süreli ısıl işlem de, HTST işlemi olarak anılmaktadır. o Gerçekten süt pastörizasyonunda uygulanan geleneksel 63 C’de 30 dakikalık o işleme kıyasla, 72 C’deki 15 saniye süreli işlem HTST yöntemi olarak kabul edilebilir. Birçok ülkede sütlerin pastörizasyonunda uygulanan HTST koşulları için sıcaklık 72°C ve süre 15 s olarak benimsenmiş ve bu standart bir işlem olarak kabul edilmiştir. Açıkça görüldüğü gibi süt pastörizasyonunda, 63°C/30 dakika ve 72°C/15 saniye gibi başlıca iki uygulama ön plana çıkmaktadır. Bununla birlikte 63°C ye 72°C sıcaklık değerleri ve bunlara uygun süreler, ülkeden ülkeye sınırlı düzeyde de olsa değişebilmekte ve bu “sıcaklık/süre” değerleri o ülkenin mevzuatında yer almaktadır.

Yüksek sıcaklıkta kısa süreli pastörizasyon : Süt pastörizasyonunda uygulanan sıcaklık yükseldikçe, doğal olarak süre kısalmaktadır. Örneğin sıcaklık 85-90°C arasında uygulanınca, süre 1-4 saniyeye kadar düşürülebilmektedir. 85-90oC’ler arasında yapılan pastörizasyon “ani pastörizasyon” (flash pasteurization) olarak anılmaktadır. Aslında sıcaklık daha da yükseltince, pastörizasyon süresi daha da o kısaltılabilmektedir. Örneğin 94 C’de 0.1s, 100°C’de 0.01 saniye yeterli gelebilirse de, süre kısaldıkça işlemin kontrolünün zorlaşacağı gerçeği göz önünde bulundurulmalıdır. Sürekli pastörizasyon sistemlerinde pastörize edilen sütler, yeniden kontamine olmalarına olanak verilmeksizin ambalajlanıp soğukta saklanırlar. Pastörizasyonun yeterliği : Pastörize edilmiş sütün, işlemin hemen sonunda hala 4 5 10 -10 / mL düzeyinde mikroorganizma içerebildiği ileri sürülmektedir. Bu mikroorganizmalar zaten çiğ sütte de bulunmakta olan Streptococcus thermophilus ve ayrıca micrococcus ve microbacteria gibi ısıya dirençli mikroorganizmalardır. Bunun yanında daha az sayıda olmak üzere spor yapanlar, ısıya dirençli laktobasiller veya akromobakteriler de bulunmaktadır. Pastörizasyon sonunda mikroorganizma sayısının ne boyutta azaltılabildiği sadece başlangıç sayısına değil, kuşkusuz aynı zamanda mikroorganizma tiplerine de bağlıdır.

Gıdalarda Temel İşlemler II ( Öğr.Gör.Dr. Engin YARALI )

GIDALARDA TEMEL İŞLEMLER II DERSİN SORUMLUSU ÖĞR.GÖR.DR. ENGİN YARALI 1 ISIL İŞLEMLER I Gıdaların bozulmasına neden olan mikroorganizmaların ısı etkisiyle faaliyetlerini engellemek ve gıdalara sürekli bir dayanıklılık kazandırma işlemine “ısı uygulayarak muhafaza” yöntemi denir. Bu amaçla uygulanan ısıtmaya ise “ısıl işlem” denir. Isısal işlemlerle gıdaların muhafazasında amaç: • Gıdalardaki tüm patojen mikroorganizmaları öldürmek. • Patojen olmasa bile normal depolama koşullarında gıdada bozulmaya neden olan tüm mikroorganizmaları yok etmek. • Enzimlerin faaliyetlerini durdurarak, gıdaları mikrobiyolojik açıdan dayanıklı hale getirmek. • Gıdanın kalitesinde ve beslenme değerinde en az olumsuzluğa neden olmaktır.

Bu amaçlara ulaşmak için, ısıl işlemde öyle bir sıcaklık ve süre seçilmelidir ki o gıdada bulunabilecek ısıya en dirençli patojen veya bozulmaya neden olabilecek mikroorganizmalar öldürülmüş olsun. Yani ısıl işlemde hedeflenen mikroorganizma ısıya en dirençli patojen veya bozulmaya neden olan diğer mikroorganizmadır. Bu hedefe ulaşılınca ısıya daha az dirençli olan patojen veya bozulmaya neden olan diğer mikroorganizmalar öldürülmüş olacaktır. Bu nedenle herhangi bir gıdaya uygulanacak ısısal işlemin süre ve sıcaklığı öldürülmesi hedeflenen mikroorganizmalar dikkate alınarak hesaplanmalıdır. Gıdalara uygulanan ısısal işlemlerin süresi ve sıcaklığı gıdanın özelliklerine, ısısal işlemle uygulanacak muhafaza yöntemlerine bağlı olarak değişir. Isıl işlemlerde sıcaklık ve süre uzadıkça öldürülen mikroorganizma sayısı da artmaktadır 3 Mikroorganizmaların Isı Direncini Etkileyen Faktörler Mikroorganizmaların yapılarında bulunan proteinler ve yaşamsal önemi bulunan enzimler ısı etkisi ile bozulmakta ve bunun doğal bir sonucu olarak da ölüm meydana gelmektedir. Mikroorganizmaların ısıya karşı dirençlerine ise spor formda olmaları, ortamın pH sı ve ortamın bileşimi, mikroorganizmanın yaşı, uygulanan sıcaklık ve süre ve öldürülmesi amaçlanan mikroorganizma sayısı gibi faktörler etki etmektedir.

Mikroorganizmaların ısıya karşı dirençleri onların kalıcı bir niteliği olmayıp, içinde bulundukları ortamın fiziksel ve kimyasal yapısına bağlı olarak değişebilmektedir. Bu faktörlerin başlıcaları ise şöyledir; 5 Sıcaklık ve süre ilişkisi Mikroorganizmaların cins, tür ve sayısı Ortamın pH sı Ortamın bileşimi

•Sıcaklık ve süre ilişkisi: Belirli koşullar altında mikroorganizmaları öldürmek için gerekli olan ısıl işlem süresi, sıcaklık yükseldikçe kısalmaktadır. Yani sıcaklık ile süre arasında ters bir ilişki vardır. 7 Mikroorganizmaların cins, tür ve sayısı: Bakteri, küf ve mayaların spor formlarının ısı direnci vegatatif formlarına kıyasla daha yüksektir. Ortamda öldürülmesi amaçlanan mikroorganizma ve spor sayısı arttıkça da uygulanacak olan ısıl işlemin süresi ve sıcaklığı da buna bağlı olarak artar.

Bakterilerin vegatatif hücrelerinin çoğu 80 oC de 1-2 dakikada öldürülürken, spor formları için 100 oC de 1-2 dakika ile 10 saat arasında işlem uygulamak gerekir. Küf ve mayalarda ise vegatatif hücrelerin çoğu 60-65 oC de 5-10 dak. da ölürken, küf sporlarının çoğu 70-75 oC de 5-10 dak. da ölürler 9 •Ortamın pH sı: Genel olarak mikroorganizmaların ısı direnci, optimum gelişme pH sı civarında en yüksek düzeydedir ve pH değeri optimumdan uzaklaştıkça ısı direnci azalır. Birkaç bakteri türü dışında ısıya karşı en yüksek direnç pH:7.0 dolayında görülmektedir. Ortamın pH değeri düştükçe de mikroorganizmaların direnci azalmaktadır.

Ortamın bileşimi: Isıl işlem sırasında mikroorganizmaların içinde bulundukları ortam bir yandan mikroorganizmanın ısı direncini etkilediği için önem taşırken, diğer yandan da özellikle ambalaj içinde ısıl işlem uygulanacak gıdalarda ısı iletimini etkilemesi bakımından da önemlidir. Bu anlamda en önemli bileşen ortamın nem oranı ve su içeriğidir. Ortamdaki nem yükseldikçe mikroorganizmaların ısı direnci azalmaktadır. Bunun nedeni de yüksek nem veya su içeren ortamda protein parçalanmasının daha düşük sıcaklıkta gerçekleşmesidir. 11 Diğer taraftan ortamın tuz içeriği de belli bir noktaya kadar mikroorganizmaların ısı direncini artırmaktadır. %2-4 arasındaki tuz oranı mikroorganizmaların ısı direncini artırmakta, daha yüksek tuz oranlarında ise direnç azalmaktadır.

Ortam bileşiminde bulunan diğer bir bileşen olarak şekerler ise düşük seviyelerde mikroorganizmaları ısıya karşı korumazken, % 50 gibi yüksek seviyelerdeki şeker ısı direncini artırmaktadır. 13 Yağlar burada etkili diğer bir bileşendir. Yağlar mikroorganizma hücresinin çevresini sararak su ile ilişkisini kesmekte ve böylece suyun proteinlerin parçalanması üzerindeki etkisini azaltmakta ve ısıya karşı direnç artmaktadır.

Bu nedenle ortamda yağ oranı arttıkça belli sayıdaki mikroorganizmayı öldürmek için gerekli olan ısıl işlem süre ve sıcaklığı artırılmalıdır. Ancak gıdalara aroma vermek için eklenen baharatlarda bulunan doğal yağların antimikrobiyal etkileri de mevcuttur. 15 KURUTMA TEKNOLOJİSİ Gıdaların güneş altında kurutularak dayanıklı hale getirilmesi bilinen en eski saklama yöntemidir. Mikroorganizmaların çalışabilmesi için gıda içerisinde belli oranda suyun bulunması gereklidir. Kurutmanın amacı, gıdalardaki su düzeyini mikroorganizmaların faaliyetlerini kısıtlayacak bir düzeye indirmektir. Kurutma, eskiden olduğu gibi bir gıdayı bir süre güneşte bırakmakta veya dehidratör denilen yapay kurutucularda da gıdaların kurutma işlemi yapılabilmektedir. Kurutma işleminde suyun uçurulması ısı ve havanın etkisiyle olur.

Türkiye’ de bazı bölgelerde yetişen ürünler ticari amaç için yetiştirildiğinden, kurutma işlemi daha da önem kazanmaktadır. Ege Bölgesinde üzüm, incir, Karadeniz’ de fındık, Trakya ve İç Anadolu’ da ayçiçeği, Kahramanmaraş’ ta kırmızıbiber ve Malatya’ da kayısı yalnız bulundukları bölgenin değil Türkiye’ nin ihraç ürünleridir. 17 Besinleri kurutmayla, taşıma, depolama, ambalajlama, soğutma vb. işlemlerdeki zorluklar en aza indirilmektedir. Kurutma ile ağırlık ve hacimde gözlenen azalma, kurutulmuş ürünlerin taşınma maliyetlerinde ekonomi sağlamaktadır. Diğer bir kurutma nedeni ise besinleri tüketime hazır hale getirmektir.

23 Kurutma Mekanizması Kurutma Hızına Etki Eden Etmenler Ürünün Kimyasal Bileşimi :Ürünün kimyasal bileşimi kuruma boyunca değişir. Ø Tuz, şeker gibi küçük moleküllü erimiş maddelerce zengin ürünler, bu maddeleri hiç içermeyen ürünlerden daha zor kurur. Çözünmüş maddeler suyun buhar basıncını düşürmektedir. Bu durum suyun buharlaşmasını güçleştirir. Ø Ortamda yağ bulunması da kuruma hızını sınırlar. Ø Nişasta ve pektince zengin maddelerin kurutulması da oldukça güçtür. Bunun nedeni; nişasta, pektin ve diğer gam maddelerini oluşturan kollaidal jel içinde tutulan suyun ortamdan daha zor uzaklaşmasıdır. Ø Glikoz içeren ürünler de geç kurur. Ø Sebzelerde su, hücre içinde ve hücreler arasında bulunur. Hücreler arasındaki suyun uzaklaşması kurutmayı kolaylaştırır. Haşlama ile hücreler arasındaki su uzaklaştırılır ve ürünler daha hızlı kurur.

Ürünün Boyutları: Kuruma hızı, parçacıkların yüzey alanıyla doğru, kalınlıklarıyla ters orantılıdır. Bu nedenle kurutulan parçacıklar ne kadar küçükse yüzey alanı fazla, kalınlığı az olur. Böylece kuruma hızı olumlu yönde etkilenir. Ancak kurumanın hızlandırılması amacıyla, ürünün parçacıklar hâlinde kıyılması her zaman mümkün değildir. Tüketim alanı bakımından bazı ürünlerin bütün halde kurutulması gerektiği gibi kıyılan ürünlerde de tüketici belli bir irilik bekler. Bu nedenle doğranarak kurutulan ürünlerde parça iriliğini, tüketici isteklerini (spek) ve kuruma hızını beraberce değerlendirerek karar vermek gerekir.. 25 Sıcaklık: Kurutma ortamının sıcaklığı ve gıdanın kurutulmadan önceki sıcaklığı önemlidir. Gıdanın sıcaklığı ne kadar düşük ve kurutma sıcaklığı ne kadar yüksek olursa ısı transfer hızı o kadar etkili olur. Ayrıca ortamdaki havanın sıcak oluşu su tutma kapasitesini artırır

Havanın Hızı: Havadaki hareket varlığı ve bu hareketin hızlı oluşu kurutmayı olumlu yönde etkiler. Havanın Kuruluğu: Havanın nisbi nemi, aynı zamanda kurutmanın hangi seviyeye kadar yapılacağını tayin eder. Kurutulmakta olan gıdayla hava nemi arasında bir denge oluşuncaya kadarkurutma işlemi devam eder. Atmosfer Basıncı: Çevre hava basıncı düştükçe kurutma, yani buharlaşma yükselir. 27 Kurutmanın Mikroorganizmalar Üzerindeki Etkisi Kurutmada amaç su aktivitesi (a ) değerini belirli bir w değerin altına indirmek suretiyle gıdayı mikrobiyiolij ve kimyasal değişimlere karşı dayanıklı hale getirmektir. Gıdalarda bozulmaya yol açan bakterilerin gelişebildiği minimum a değeri yaklaşık 0.90 civarındadır. Küf ve w mayalar ise bu değerin altında da gelişebilmektedirler. Genellikle 0.65 su aktivitesi civarında mikrobiyal bozulma hemen hemen tamamen önlenebilmekle beraber, bu değerin altında da bazı mayalar ve küfler çok yavaş ta olsa gelişebilirler.

Kurutulmuş meyve ve sebzelerde nem oranı meyve ve sebzenin türüne göre genellikle %3- 20 arasında değişmektedir. Kurutma düzeyini etkileyen diğer bir faktör de ürünün ne kadar süre ile muhafaza edileceğidir. Uzun süre depolanacak kurutulmuş etlerde su oranı %4, yumurta tozunda %3, süt tozunda %5, kuru üzümde %12-15, kayısılarda %15 ve erikte %16-19 un altında olmalıdır. 29 Kurutma işlemi ve kurutulmuş gıdaların muhafazası sırasında bazı mikroorganizmalar canlılığını kaybederler. Genellikle kurutulmuş gıdaların mikrobiyal yükü orijinal hammaddeye kıyasla daha düşüktür. Ancak kurutulmuş bir gıda steril değildir. Kurutmanın mikroorganizmalar üzerindeki öldürücü etkisi aşağıdaki faktörlere bağlıdır; • Mikroorganizmaların cinsi, türü, yaşı ve sayısı, • Kurutma koşulları (kurutma şekli, sıcaklığı, süresi), • Gıdanın türü ve bileşimi (pH, inhibitör maddeler vb).

Kurutmanın Enzimatik ve Kimysal Reaksiyonlar Üzerinde Etkisi Enzimler yaş ısıya karşı hassastır. Bazı istisnalar dışında 100 oC de 1 dakikalık yaş ısı hemen hemen bütün enzimler inaktive etmek için yeterlidir. Kuru ısısal işlemlere karşı ise enzimler daha dayanıklıdır. Kurutma koşullarında gerek uygulanan kurutma sıcaklıkları ve gerekse ortamdaki nem oranı gıdaların yapısında bulunan enzimleri inaktive etmek için yeterli değildir. Yeterli düzeyde kurutulmuş gıdalarda küf ve maya gelişimi gözlenmese de bazı arzu edilmeyen kimyasal reaksiyonlar ve değişimler söz konusudur. Örneğin kurutulmuş yağlı gıdalarda oksijen varlığında yağların oksidasyonu sonucu oksidatif ransidite oluşur. Bu gıdalarda ayrıca gerek kurutma ve gerekse muhafaza sırasında enzimatik ve enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları meydana gelir. 31 Haşlamadan kurutulan ürünlerde özellikle polifenol enzimlerinin oksidasyonu sonucu esmerleşme olayları oluşur. Bu reaksiyonların hızı ortamdaki neme ve sıcaklığa bağlıdır. Bu nedenle de esmerleşme reaksiyonların hızı kurutma sırasında yüksek, depolamada ise daha yavaştır. Bunun yanında enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları (mailard reaksiyonları) da önemli bir yere sahiptir.

Maillard reaksiyonları ortamdaki şekerler ile aminoasitler arasında meydana gelmekte ve ortamda belli bir oranda su bulunması gerekmektedir. Bu reaksiyonların en hızlı oluştuğu su aktivitesi değerleri 0.65-0.75 (%15-20 bağıl nem) arasındadır ve bu yüzden kurutma işleminde bu değerler arasını hızlı bir şeklide geçmek gerekir. 33 Kurutulmuş gıdalarda gözlenen diğer kimyasal olaylar C vitamini kaybı ve renk maddeleri ve karetenoidlerde meydana gelen değişimlerdir. Kurutulmuş gıdalarda kimyasal reaksiyonları minimum düzeyde tutmak için alınabilecek önlemleri şu şekilde sıralayabiliriz; • Nem oranının olabildiğince düşük tutulması • Mümkünse şeker miktarının azaltılması • Haşlama işleminin uygulanması • Kükürtleme yapılması

Gıdalara Kurutma Öncesi Uygulanan İşlemler Gıdalara kurutma öncesi uygulanan ön işlenmelerin gıdanın mikrobiyal florası, mikrobiyolojik kalitesi, fiziksel ve besin değeri üzerinde etkisi vardır. Kurutma öncesi çeşitli gıdalara ayıklama ve sınıflandırma, yıkama, çekirdek çıkarma, kabuk soyma, bölme, dilimleme ve doğrama, pişirme, alkali ile muamele, kükürtleme gibi işlemler uygulanır. 35 Sebzeleri Kurutmaya Hazırlama Bezelye, mısır, biber, kabak, bamya, soğan ve yeşil fasulye kurutmak için pratik sebzelerdir. Sebzelerin kurutulmadan önce bazı ön işlemlerden geçmesi gerekir. Ön işlem, sebzelerin kurumadan önce içlerindeki nemin daha hızlı alınması, renklerin, tatların, besin değerlerinin korunması, üzerlerindeki olası mikrobik aktivitelerin engellenmesi ve daha hijyenik olmasının sağlanması, standartlara uygun şekil ile boyut özelliklerinin elde edilmesi için yapılan fiziksel, kimyasal işlemlerin bütünüdür.

37 Yıkama : Dökme hâlde veya kasalarla fabrikaya taşınan sebzelerin ısıl işlemi kolaylaştırmak, mikroorganizma yükünü azaltmak ve toz-toprak, tarımsal ilaç, çamur gibi yabancı maddelerden temizlemek amacıyla yıkanması gereklidir. Ürünün cinsine ve özelliğine göre yıkama işlemi üç aşamada gerçekleştirilir. Bunlar; Ø Ön yıkama (yumuşatma) Ø Yıkama Ø Durulama Sebzelerin yıkanmasında kullanılan en sağlıklı yıkama işlemi, su içinde farklı sistemlerle hareket ettirerek yıkamadır. Sebzeler tank içindeki suda paletler yardımıyla hareket ettirilerek veya tankın içindeki suya basınçlı hava verilerek çalkalanan su içinde etkili bir şekilde yıkanmaktadır. Diğer bir yıkama şekli ise basınçlı su verilerek yıkamadır.

Ayıklama : Temizlenen sebzelerin kurutulmadan önce ayıklanması gerekir. Bozuk, ezik, küflü ve çürümüş olan sebzeler ya tamamen atılır ya da bozuk olan kısımları kesilerek uzaklaştırılır. Ayıklama işlemi, sebzeler hareketli bantlar üzerinde ilerlerken bantların her iki yanında bulunan işçiler tarafından yapılır. 39 Kabuk Soyma: Kurutma işlemi yapılacak bazı sebzelerin kuruma hızını yavaşlattığı için sebzelerin kabukları soyulur. Kabuklar, sebzenin özelliğine göre haşlamadan önce veya sonra soyulabilir. Kabuk soyma işlemi: Ø Elle kabuk soyma Ø Isı uygulaması ile soyma Ø Dondurarak soyma Ø Kimyasal maddelerle kabuk soyma olmak üzere 4 şekilde gerçekleştirilir. Doğrama: Sebzelerin kurumasını hızlandırmak üzere sebzeler ya ikiye ayrılır ya dilimlere bölünür ya da belli bir şekle sahip olmamak üzere doğranır. Sebzeler için kesim ölçüleri 6×6, 9×9, 20×20 veya slays ( oval) kesimdir. Sebzelerin çeşit ve içeriğine göre değişir. Doğrama işlemi, genellikle müşteri isteği doğrultusunda gerçekleştirilir

Haşlama: Haşlama, sebze kurutma için atılan adımların ilkidir. Sebzeleri kurutma ve depolamada rastlanan en önemli sorun renk, tat kaybı ve esmerleşmedir. Bu sorunların nedeni, enzim aktivitesinin devam etmesi ve bu aktiviteye bağlı esmerleşmedir. Haşlama ile bu etken ortadan kaldırılır. Ayrıca, sebze hücre zarlarını oluşturan dokuların daha geçirgen hâle gelmesini sağladığı için kuruma daha hızlı bir şekilde gerçekleşecektir. Haşlama iki şekilde yapılmaktadır: Ø Kaynar su ile haşlama Ø Buharda haşlama 41 Meyveleri Kurutmaya Hazırlama Kuru meyveler, yaş meyvenin içerdikleri % 80–95 oranındaki suyun % 10–20 oranlarına düşürülmesi ile elde edilir. Kurutma işlemi sonrası C vitamini dışında bütün minerallerin korunduğu kuru meyveler, vücudu yüksek antioksidant potansiyeller ile öncelikle serbest radikallere karşı korur. Türk damak tadına en uygun kuru meyveler; kuru kayısı, kuru erik, kuru incir, kuru üzüm, kuru dut ve kuru yemişlerdir. Ülkemizde bu meyveler daha çok komposto olarak tüketilir.

Son yıllarda kurutulmuş meyve ihracatı yapılmaktadır. Avrupa ülkeleri tarafından kurutulmuş meyveler çok tercih edilmektedir. İhraç ürünlerinden ilk 5 sırada çekirdeksiz kuru üzüm, kuru incir, kuru kayısı, kuru elma ve fındık yer almaktadır. Ürün gruplarının toplam ihracat içindeki oranlarına bakıldığında % 68.5’lik oranla en büyük payın kuru ve kurutulmuş ürünlerde olduğu görülmektedir.

Kurutma Yapılacak Meyvelerde Aranan Özellikler Kurutulacak meyveler: Olgun olmalıdır. Sağlam olmalıdır. Yarasız ve beresiz olmalıdır. Çürüksüz olmalıdır. Böcek yeniği bulunmamalıdır. Bol olduğu mevsimde kurutulmalıdır Rengi ve tadı tam olgunlaşmış olmalıdır 45 Meyvelerin kurutulmasında da aynen sebzelerin kurutulmasında izlenen ön işlemler uygulanır. Meyveden meyveye değişmekle birlikte genel olarak uygulanan ön işlemler, ayıklama, sınıflandırma, kabuk soyma, bölme-dilimleme- doğrama ve çekirdek çıkarma gibi işlemlerdir. Ayrıca elmada olduğu gibi bazı meyvelerde hafif bir haşlama, erik ve üzümlerde olduğu gibi bir alkali çözeltisine daldırma, elma, şeftali, üzüm ve kayısıda olduğu gibi kükürtleme işlemi uygulanmaktadır.

Bandırma veya Zeytinyağlı Alkali Çözeltisi: Kurutmanın hızlandırılması için bazı meyvelerin (üzüm, erik gibi) uygun çözeltiye daldırılması eski çağlardan beri alışılagelmiş bir uygulamadır. Eskiden bandırma işleminde odun külü ve zeytinyağından hazırlanan çözeltiler kullanılmaktaydı. Gerçekte güçlü alkali nitelikte bir materyal olan odun külü, yerini daha sonra K2CO3 (potasyum karbonat) ve NaOH gibi alkali bileşiklere bırakmıştır. Alkali banyosuna daldırma işlemine ülkemizde “bandırma” denir. Bandırma işlemi daha çok üzüme uygulanmaktadır. Üzümün dışında doğal olarak bulunan mum tabakasını gidermek, kurutmayı hızlandırmak ve rengini korumak amacıyla uygulanır. Bilindiği gibi kabuğu üzerinde doğal mum tabakası bulunan meyve sadece üzüm değildir. Vişne, erik, elma ve armut gibi bazı meyvelerin kabukları üzerinde de ince bir mum tabakası bulunmaktadır.

Ülkemizde bandırma çözeltisi veya potasa denen alkali eriyiği teknik olarak K2CO3’dan hazırlanır. Bu amaçla kullanılan çözelti içinde %70 K2CO3 ve % 30 miktarında da potasyumun diğer tuzları bulunur. Bu şekilde hazırlanan çözeltiye % 0.5 kadar zeytinyağı ilave edildikten sonra iyice karıştırılarak emülsiyon hâline getirilir. Köpürtülür ve meyveler bu çözeltiye daldırılır.

Meyveler çözeltiye daldırıldıkça çözeltinin konsantrasyonu düşer. Zaman zaman K2CO3 ilave edilerek çözelti istenilen konsantrasyonda tutulur. Bu yöntem dışında eğer üzümler, bir ön işlem olarak 93˚C’deki sıcak suya daldırıldıktan sonra kurutulursa SO2 kullanılmasına gerek kalmadan bile açık renkli bir kuru üzüm elde edilebilir. Böyle bir ön işlemle meyvede bulunan PPO (polifenol oksidaz) enzimi inaktive edilerek enzimatik esmerleşme önlenebilmekte ve kabuktan kütle trasfer hızı gelişerek kuruma süresi kısalmaktadır. 51 Kükürtleme ve Amacı: Kurutulacak meyveler, genellikle haşlanmadığından enzimler aktif kalmakta ve kurutma sıcaklığı çoğu kez bunları inaktif hâle getirememektedir. Kurutma prosesi sırasında nem düzeyi enzimlerin çalışmasını engelleyecek düzeyde değilse enzimatik reaksiyonlar devam edebilmektedir. Bu değişiklikler iki şekilde meydana gelmektedir: Enzimatik değişmelere bağlı renk esmerleşmeleri Enzimatik olmayan renk esmerleşmeleri. Bu problemler kurutulmuş meyvelerde büyük sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Gerek enzimatik gerekse enzimatik olmayan esmerleşmenin önlenmesinde yaygın olarak kullanılan madde kükürt dioksittir (SO2). Kükürt dioksit hem antioksidant hem de koruyucu etkisiyle birçok alanda yaygın olarak kullanılır.

Kükürtleme, kurutulacak veya kurutulmuş meyveye SO2 uygulaması demektir. Kurutma teknolojisinde meyveler; Kurutmadan önce Kurutma sırasında Kurutmadan sonra kükürtlenmektedir. Güneşte kurutmada kayısı, şeftali ve armutlar kurutmadan önce, daha çok yapay, sıcak hava yöntemi ile kurutulan elmalarda ise kükürtleme hem kurutma öncesinde hem de kurutma sırasında yapılır. Buna karşın üzümler kurutmadan sonra piyasaya sunulması amacıyla işlenmesi sırasında tekrar kükürtlenir. 53 Meyvelere kükürt iki şekilde uygulanmaktadır. Bunlar: Gaz olarak (SO2 gazı ile ) Çözelti olarak (sülfit veya bisülfit tuzlarının çözeltisiyle) Gaz olarak (SO2) kükürtleme, ülkemizde en yaygın kullanılan uygulamadır. Bu yöntem, ürünün SO2 atmosferinde bir süre tutulması şeklinde gerçekleşir. Bu amaçla; Kerevetler üzerine yerleştirilen meyveler kükürtleme odası veya islim odası denilen kapalı bir odaya alınır . Odada belirli miktarda element kükürt yakılarak SO2 gazı oluşturulur. Meyveler oluşan SO2 gazı atmosferi altında tutulur. Kükürtleme odasında kükürt yakılınca oda atmosferinde % 2 oranında SO2 oluşur. Eğer yakılacak toz kükürte % 3 kadar sodyum nitrat eklenirse hem yanma kolaylaşmakta hem de oluşan SO2 miktarı ikiye katlanmaktadır.

Çözelti olarak (sülfit veya sodyum bisülfit çözeltileri) kükürtlemede ise; meyveler bu çözeltilere daldırılır veya çözelti meyve üzerine püskürtülür. Çözelti hâlinde uygulamada,SO2 derinlere kadar sızmamakta ve ayrıca çözeltiye daldırılan meyveden asit, şeker v.b gibi suda çözünen bazı maddeler çözeltiye geçerek kuru madde kaybı belirmektedir. Bu sakıncaları nedeniyle meyvelerin kükürtlenmesi çoğu kez SO2 gazında tutma yöntemi ile yapılmaktadır. Çözelti uygulaması ancak bazı meyvelerde ve zorunlu durumlarda yapılmaktadır. Örneğin esmerleşmeye karşı aşırı eğilimi olan elmaların kurutulmasında soyulmuş elmalar önce derhal % 2-3’lük bisülfit çözeltisine daldırılarak esmerleşme önlenmektedir. Daha sonra kurutmanın ilk 2–3 saatinde SO2 gazı verilerek kurutma sırasında kükürtleme yapılmaktadır. 57 Kükürtlendikten sonra kurutulmuş kayısı, şeftali, elma, armutlarda yeterli düzeyde SO2 kalmamışsa meyve, % 7’lik potasyum metabisülfite 30 saniye kadar daldırılarak kükürt düzeyi yükseltilir. Aksi halde bu kuru meyvelerin yeniden, kükürtleme odasında 8– 12 saat süre ile SO2 gazında tutulması gerekir ki bu da çok zahmetli bir işlemdir. Kurutulmuş meyvelerin kalitesi açısından çok önemli bir işlem olan kükürtlemenin, büyük titizlik gösterilerek denetim altında yapılması gerekmektedir. Ancak ürüne verilen SO2 in denetimi çok zordur. Ürün tarafından tutulan SO2miktarı; Ürünün cinsi Olgunluk düzeyi Kuru madde içeriği Parça iriliği SO2 gazı altında kalma süresi Kükürtleme sıcaklığı Kükürtleme odasındaki SO2 konsantrasyonu gibi çok sayıda faktöre bağlı bulunmaktadır

Kükürtlemenin Avantajları Enzimatik kararmaya hassas meyvenin tabii rengini korur. Mayalar ve küfler başta olmak üzere mikroorganizma faaliyetlerini önler. A ve C vitaminlerinin korunmasını sağlar. Sıcaklığı yükselttiğinden ürünün çabuk kurumasını sağlar. Depo, böcek vb. zararlılardan ürünü korur. Kükürtlemenin Dezavantajları Üründe ve ekipmanda korozyona neden olur. Üründe kötü tat ve aroma oluşabilir. Bu durum, miktar fazla olunca görünür. B1vitamini gibi bazı vitaminlerin parçalanmasına neden olur. Fazlası sağlık açısından tehlikelidir 59 Kurutma Yöntemleri Güneşte Kurutma: Güneş enerjisinden yararlanarak açık havada yapılan kurutma işlemidir. Tabii kurutma olarak da isimlendirilir. Güneşte kurutma yöntemi çok eski bir yöntem olmasınarağmen üzümler salkımlar halinde, incirler ise dalında güneşte kurutulmaktadır. Güneşte kurutma 8– 10 günde tamamlanmaktadır. Ürün, özelliğine bağlı olarak toprak, beton, branda veya temiz bezlere serilerek kurutulur. Güneşte kurutma ürünün yapısında ve besin değerinde olumsuzluklara yol açabilmektedir.

Isıl İşlem Makineleri

Bu derste,
Kesikli ve sürekli ısı aktarım düzenleri
Borulu ısı değiştiriciler
Plakalı ısı değiştiriciler
Anlatılacaktır.
ISIL İŞLEM MAKİNELERİ
Hammadde ve yarı işlenmiş ürünlere işlemin çeşitli aşamalarında uygulanan haşlama, pişirme, kavurma, ısıtma ve soğutma, pastörizasyon, buharlaştırma, yoğuşturma, kurutma, ve benzeri işlemlerin tümüne ısıl işlemler denir.
Bu amaçla kullanılan ve ısı aktarımı görevi yapan düzenlere de genel olarak ısıl işlem makine ve ekipmanları denir.
Gıdaların ısıl işleminde kullanılan enerji kaynakları
Elektrik
Doğal gaz
Sıvılaştırılmış petrol gazları
Katı yakıtlar (kömür)
Isıl işlemlerin gıdaların beslenme ve duyusal özellikleri üzerine etkileri
Vitaminler, tat koku bileşikleri ve pigmentler genellikle ısıl işlemden olumsuz yönde etkilenirler.
Ancak ısıl işlem sırasında yüksek sıcaklık ve kısa süre uygulanması bu olumsuz etkiyi minimum düzeye indirir.
Besin öğelerini korumak ve istenilen duyusal kaliteyi muhafaza etmek amacıyla geliştirilen tekniklere örnek olarak yüksek-sıcaklık-kısa süre (HTST) pastörizasyon, çok yüksek sıcaklık sterilizasyonu (UHTST) verilebilir.
Isıl işlemlerin mikroorganizmalar üzerindeki etkileri
Isıl işlemlerin gıdayı koruyucu etkisi, mikroorganizmadaki enzim aktiviteleri ve enzim ile kontrol edilen metabolizmayı bozan proteinlerin denatürasyonu yoluyla olmaktadır.
Bozulma hızı birinci dereceden bir reaksiyondur. Yani gıda kontaminasyon yolu ile yapısında yer alan mikroorganizmaları yok edecek yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtıldığında aynı oranda bir mikroorganizma yıkımı gerçekleşir. Bu logaritmik ölüm derecesi veya ölüm hızı eğrisi kullanılarak bulunur.
Mikroorganizmaların %90’ını öldürmek için gerekli zaman, desimal azalma zamanı veya D-değeri olarak tanımlanır.
D-değeri mikroorganizma türleri için değişir. D-değerinin yüksek olması mikroorganizmanın sıcaklığa karşı dirençli olduğunu gösterir.
Mikroorganizmaları ölümü sıcaklığa bağlıdır. Hücreler yüksek sıcaklıkta daha hızlı ölürler.
Isıl işlemlerin enzimler üzerindeki etkileri
Enzimlerin çoğu mikroorganizmalara benzer aralıkta (D) değerlerine sahiptirler ve normal bir ısıl işlem sırasında inaktive edilebilirler.
Ancak bazı enzimler ısıl işlemlere karşı çok dirençlidirler.
Isıl işlem koşullarının belirlenmesi
Uygulamada, belirtilen gıdada bulunan ısıya en dirençli mikroorganizma veya enzim, işlem koşullarının belirlenmesi için temel oluşturur ve ısıya daha az dirençli olan türlerin doğal olarak işlem sırasında yıkıma uğrayacakları kabul edilir.
Isıl işlem sırasında alınması gereken önlemler
Isıtma etkinliği,
Rekontaminasyon
Bakteriyel üreme
Isıtma etkinliği
• Buhar sağlamadaki bazı sorunlardan dolayı yetersiz ısıl işlem uygulanmış olabilir. Bu nedenle sıcaklık kontrolü sürekli yapılmalıdır.
• Sisteme entegre edilen otomatik bir kontrol ünitesi ile ısıl işlem süresince sıcaklık ölçülür. Örneğin pastörizasyon sıcaklığı önceden belirlenmiş olan sıcaklığın altına düştüğünde, ürün otomatik olarak balans tankına geri gönderilir.
Rekontaminasyon
Isıl işlem görmüş bir akışkanın tekrar kontamine olması çok önemli bir işlem hatasıdır. Kesinlikle önlenmesi gerekir.
Pastörize veya sterilize edilmiş sütlerde olabilecek rekontaminasyonlar önemli etkilere ve risklere yol açacaktır.
Bakteriyel üreme
Özellikle balans tank gibi sütün içinden sürekli geçiş yaptığı veya belirli bir süre yüksek sıcaklığın korunduğu ekipmanlarda bazı mikroorganizmalar üreyebilir.
Bu ekipmanlarda ve ortamda hijyen ve sanitasyon koşulları oluşturulmadığı sürece mikrobiyal üreme gerçekleşerek ürün kalitesi düşecektir.
Isı aktarım mekanizmaları
Isıl iletim (kondüksiyon)
Isıl taşınım (konveksiyon)
Isıl ışıma (radyasyon)
Isıl iletim (kondüksiyon)
Katı, sıvı ve gaz halindeki sabit ortamların, fiziksel akış veya ısı aktarımının yönlendirdiği bir karışma olmaksızın, birbirlerine temas yoluyla ısı aktarımına, ısıl iletim veya kondüksiyon denir.
Bardakta duran sıcak çayın ısısının bardak içinde duran kaşığa ve bardağın camına akışı örnek olarak verilebilir.
Isıl taşınım (konveksiyon)
Hareketli sıvı veya gaz halindeki ortamın katı ve sabit bir ortama teması ile ısı alışverişine ısıl taşınım ya da konveksiyon denir.
Sıcak çay kaşığının soğuk su akan musluğa tutulması örnek olarak verilebilir.
Isıl ışıma (radyasyon)
Elektron bombardımanı, elektrik boşalımı belirli dalga boyu radyasyonu gibi benzeri çeşitli olaylar sonucu oluşan ışıma enerjisi türleri arasında, sonuçta ısı oluşturan radyasyon türüne ısıl ışıma ya da ısıl radyasyon denir.
Radyasyon
Radyasyon (ışıma) enerjinin ışık hızında boş bir ortam içinde akmasıdır.
Radyant enerji, farklı kaynaklardan farklı şekillerde oluşur.
Radyant enerji türleri, biyolojik sistemler üzerinde dalga boyları, frekansları, maddeye sızma güçleri ve diğer çeşitli etkileri yönünden farklılık gösterir.
Kesikli Isı Aktarım Düzenleri
Ortamlar arasındaki sıcaklık farkının değiştiği, bir başka deyişle sabit kalmadığı ısı aktarım düzenlerine kesikli ısı aktarım düzenleri denir.
Kesikli sistemler ve mikrodalga ısıtıcılar örnek olarak verilebilir.
Kesikli sistemler
Bu tür sistemler küçük kapasiteli işletmelerde pastörizasyon, haşlama, kızartma, eritme, pişirme, kavurma, miks hazırlama ve benzeri işlemler için kullanılırlar.
Bu ekipmanlar genellikle 30-300 lt hacminde, çeşitli biçimlerde, açık veya kapalı tiplerde, atmosferik basınç ya da vakum altında çalışabilen ceketsiz veya ceketli, ürünün temas ettiği malzeme genellikle paslanmaz çelik olan, gerektiğinde üzerinde karıştırıcılı düzeni bulunan, sabit veya ürünün kolaylıkla alınabilmesi için hareketli olan ekipmanlardır.
Şekil 5.13-14. Isıtma/soğutma ceketli yalıtımlı tanklar
Şekil 5.18. Buhar ceketli, vakum krem peynir eritme kazanı ve kazanın boşaltma pozisyonu
Şekil. 5. 19. Telemeyi kesen ve karıştıran düzeni ile buhar ceketli peynir mayalama tankı
Kesikli ısı aktarım düzenlerine takılan yardımcı aparatlar
Amacına göre sıcaklık ve basınç göstergeleri, emniyet valfi, vakum saati, gözetleme penceresi, buhar, su, ürün vanaları ve pompa gibi yardımcı aparatlar takılabilir.
Mikrodalga enerjisi
Mikrodalga enerjisi, ısıtmak ya da ısı oluşturmak amacıyla diğer ısı aktarım düzenlerine ek olarak kullanılan bir enerji türüdür.
Mikrodalgalar düzgün hatlar şeklinde yayılırlar. Bazı cam, kağıt ve plastik türleri ve birçok maddeden ve hava içinden geçerler. Metallerden yansır, su dahil birçok gıda tarafından soğurulurlar. Soğuruldukları yüzeyde ısıya dönüşürler.
Mikrodalgalı ısıtma
Alternatif elektrik akımı yönünü saniyede 60 kez değiştirirken, mikrodalgaların yönü saniyede 915 ya da 2450 MHz değeri kadar değişmektedir.
Gıdaların moleküllerinde molekülün zıt uçlarında pozitif ve negatif yük yüklenmiştir. Örneğin su molekülünde merkezde oksijen atomuna yakın negatif, hidrojen atomuna daha yakın ise pozitif yük bulunur.
Mikrodalgalar, molekülleri dipol özelliğindeki ürüne sızmaya başladıklarında, bir elektrik alan içinde kendilerini aynı doğru üzerinde tutma eğiliminde olan moleküller, elektriksel alan saniyede 915 ya da 2450 milyon kere değişerek bu yüksek frekansa uyum eğilimine girerler. Bunun sonucunda moleküller arası sürtünme nedeniyle ısı oluşur.
Mikrodalgalı ısıtmada ürün yüzeyinde buruşma veya esmerleşme görülmez. Çünkü mikrodalgalar, birkaç cm kalınlıktaki ürünün su ve diğer dipol moleküllerine aynı anda ulaşmakta, ısı kütlenin tamamında ve tekdüze oluşmaktadır.
Mikrodalga fırınlar
Mikrodalgalı ısıl işlemlerde genellikle fırınlar kullanılırlar. Basit bir mikrodalga fırını, tavana yerleştirilmiş bir magnetron, gerekirse çalıştırılan ve çalıştırıldığında mikrodalgaları tüm kabine dağıtan metal malzemeden yapılmış bir fandan oluşan bir kabindir.
Şekil 5.21. Mikrodalga Fırın
Magnetron
Mikrodalga jenaratörüne magnetron adı verilir.
Magnetron bir çeşit elektron tüpüdür. İçinde yüksek frekanslı radyant enerji üreten bir elektriksel alan oluşmaktadır.
Mikrodalga uygulanmasının sağladığı avantajlar
Mikrodalga ısıtmalarda işlem, konveksiyonel ısıtmalara göre daha kısa sürede gerçekleşir.
Gıdaların içinde doğal olarak bulunan suya etki yaptığından homojen bir sıcaklık dağılımı söz konusudur.
Dış yüzeylerin sertleşmesini önlediklerinden ürün kalitesi artmaktadır.
Mikrodalgalı ısıtma düzenleri
Ürün mikrodalgaların ürüne serbestçe sızabilmesini sağlayan ızgaralı sehpalara yerleştirilir.
Mikrodalgalar göz ve dokulara zararlı olduklarından fırın, fırın kapıları açıldığında işlemi otomatik olarak durduran bir güvenlik düzeni ile donatılmışlardır. Sistemin yanlışsız tasarımı halinde mikrodalgalı radyasyonun bir tehlikesi yoktur.
Mikrodalgalı ısıl işlemin kullanıldığı alanlar
Gıda endüstrisinin ekmekçilik ürünlerinde, koyulaştırma, pişirme, kurutma, ön ısıtma, pastörizasyon, sterilizasyon ve sıvı dezenfenktanların uçurulması gibi işlemlerde kullanılmaktadır.
Sürekli Isı Aktarım Düzenleri
Ortamlar arasındaki sıcaklık farkının sabit kaldığı değişmediği ısı aktarım düzenlerine “sürekli ısı aktarım düzenleri” adı verilir.
Sürekli ısı aktarımında,
1)Doğrudan ısı aktarımı
2) Dolaylı ısı aktarım ilkeleri
kullanılır.
Doğrudan ısı aktarımı
Doğrudan ısı aktarımında, sıcak ve soğuk ortamlar (gaz, akışkan) birbirine karıştırılarak ısı aktarımı sağlanır.
Örneğin buharın suyun içine verilerek suyun ısıtılması
Peynire işlenecek sütün buhar enjeksiyonu ile ısıtılması
Bu durumda buhar ısı aktarımı sırasında yoğuşmakta ve ısıtılmak istenen sıvıya karışmaktadır.
Isı kaynağından gelen ve yanan yakıtlardan çıkan yakma ürünlerinin doğrudan gıda ile temas etmesi ekmek fırınlarında gözlenmektedir.
Doğrudan ısı aktarımı
Doğrudan ısı aktarımı, ısıtmanın çabuk olması yönünden çok etkilidir.
Ancak, ısıtıcı ortamla karışan ürünün ayrılması daha sonra bir takım işlemleri gerektirir.
Isıtıcı ortamdan ürüne yabancı öğelerin geçmesi ve ürünün kontamine olması olasılığı yüksektir.
Bu nedenlerle kullanımları bir çok ülkede yasaklanmıştır.
Dolaylı ısı aktarımı
Dolaylı ıs aktarımında sıcak ve soğuk ortamlar birbirleri ile karışmaksızın ortak yüzeyden yararlanılarak ısı aktarımı sağlanır. Bu yöntemde ısıl iletim ve ısıl taşınım birlikte oluşur.
Dolaylı ısı aktarımında kullanılan makinaya “ısı değiştirici” veya “eşanjör” adı verilir.
Isı değiştiricilerdeki ısı aktarım miktarını etkileyen faktörler
Ortamların sıcaklık dereceleri arasındaki fark
Isı aktarım yüzeyi
Ürün ve ısıtıcı/soğutucu ortamların fiziksel özellikleri
Ortamların sıcaklık dereceleri arasındaki fark
Isı değiştirici yardımıyla yapılan ısı aktarım işleminde amaç, belirli sıcaklık derecesindeki belirli miktardaki ürünün sıcaklığını belirli dereceye yükseltmek veya düşürmektir.
Isı aktarım yüzeyi
Yüzey alanı sabit kaldıkça birim alandan aktarılan ısı miktarı da sabit kalır. Yüzey alanı arttıkça aktarılan ısı miktarı da artar.
Ürün ve ısıtıcı/soğutucu ortamların fiziksel özellikleri
Isı aktarım katsayısı arttıkça aktarılan ısı miktarı da artmaktadır.
Isı aktarım katsayısı da akışkanın hızı, ürünün viskozitesi, özgül ısısı gibi fiziksel faktörlere bağlı olarak değişmektedir.
Isı aktarım katsayısının düşmesi
Özellikle süt endüstrisinde önemlidir. Süt ısıtmaya karşı hassas olup, yüksek sıcaklıkta ürünün yapısında değişiklikler olur.
Isı aktarım yüzeyi çok sıcak olursa sütteki proteinler koagüle olarak iç çepere yapışır ve bir tabaka oluşturur. Bu nedenle ürün ile ısıtıcı akışkan arasındaki sıcaklık farkı yüksek olmamalıdır.
Isı kirlilik tabakasını geçmek zorunda olduğundan ısı aktarım katsayısının değeri düşer. Ürün ile ısıtıcı akışkan sıcaklıkları arasındaki fark tabaka oluşmadan önceki ısı miktarını aktarmaya yeterli olmaz, ürün sıcaklığı düşmeye başlar. Isıtıcı akışkanın akış hızı artırılarak bu durum önlenir.
Enerji tüketiminde ekonomi sağlamak için
Isı aktarım yüzeyi küçük
Isı aktarım katsayısının yüksek olması gereklidir.
Gıda endüstrisi tesislerinde kullanılan ısı değiştiricilerin tasarımında dikkat edilmesi gereken faktörler
Akış hızı işletme kapasitesine göre,
Özgül ısı ve yoğunluk işlenecek ham veya yarı işlenmiş ürünün cinsine göre,
Giriş/çıkış sıcaklıkları ön işlemlere ve birim işlem basamaklarına göre,
Isı aktarım katsayıları, akış hızları ve ısı değiştiricilerin tip ve biçimine göre
Isıtıcı ortam ile ürün arasındaki toplam logaritmik sıcaklık farkı, ürünün ısıya dayanıklılığına göre
Isı aktarım yüzeyi aktarılmak istenen ısı miktarına göre saptanır.
Borulu ısı değiştiriciler
Borulu ısı değiştiricilerde ısı aktarım yüzeyi, ısıtılmak istenen akışkanın ya da ürünün aktığı çok sayıda ve belirli aralıklarla yerleştirilmiş düz, spiral, veya petek borulardan oluşur.
Isıtıcı akışkan boruların dışında, boruların yerleştiği gövdenin (kovanın) içinde devreder.
Gıda endüstrisinde kullanılan kovan-boru tipi ısı değiştiriciler paslanmaz çelik veya alaşım malzemeden yapılırlar.
Isı aktarım işlemi tamamen havasız bir ortamda gerçekleştirilir.
Sökülmeksizin basınçlı temizlik malzemeleri ile temizlenebilirler.
Borulu ısı değiştiricilerde kullanılan boruların belirli et kalınlıkları ve belirli dış çapları vardır. Boru boyları standarttır.
Borular kovan içinde kare veya üçgen kesit biçiminde düzenlenir.
Borulu ısı değiştiricilerde etkili bir ısı aktarımının sağlanması için, gerek kovanın gerekse boru malzemesinin ısı aktarım katsayısının yüksek olması gerekir.
Akışın kargaşalı (türbilent) olması için borular birbirine yaklaştırılabilir.
Kovan tarafındaki akışkanın geçiş alanını küçültmek ve ısıtıcı akışkanı borulara paralel akıtmak yerine dik akmasını sağlamak üzere engeller konulabilir.
Böylece kovan tarafındaki akışın kargaşası ve dolayısıyla ısı aktarım katsayısı artar.
Tek geçişli ters akışlı borulu ısı değiştiriciler
Isıtan ve ısıtılan akışkanların akışları paralel akışlara bölünerek etkili bir ısı aktarım sağlanmaktadır. Bu amaçla tasarlanan bir borulu ısı değiştirici şekil 5.23’de görülmektedir.
Şekil 5.23. Tek geçişli ters akışlı borulu ısı değiştirici
Ters akışlı ısı değiştiricide sıcaklıkta gerçekleşen değişim
Çok geçişli borulu ısı değiştiriciler
Çok geçişli sistemlerde eşit miktarda boru geçişleri kullanılır. Kovan tarafı tek ya da çok geçişli olabilir.
Şekil 5.24’de paralel akışlı çok geçişli borulu ısı değiştiricinin şematik kesiti görülmektedir.
Paralel akış kullanıldığında bu ısı değiştiricilerde ısı aktarımı yeterli değildir.
Şekil 5.24. Paralel akışlı borulu ısı değiştirici (2 geçiş gövde tarafında)
Şekil 5.25. Ters akışlı borulu ısı değiştirici (2 geçiş boru, 2 geçiş gövde tarafında)
Spiral borulu ısı değiştiriciler
Spiral borulu ısı değiştiricilerde ısıtılmak istenen akışkan çevresel bir boğazdan giriş yapar ve spiral borulardan geçerek ısı değiştiricinin merkezine doğru ilerler ve aksiyal olarak çıkış yapar.
İki akışkan paralel veya ters akışlı olarak düzenlenebilir.
Genellikle soğutma amaçlı kullanılırlar.
Şekil 5.26. Çeşitli tip spiral borulu ısı değiştiriciler
Petekli ısı değiştirici
Bu ısı değiştiricilerde borular yerine petek biçiminde borular yerleştirilmiştir.
Petekler çelik saçların birbirine kaynakla birleştirilmesiyle yapılırlar.
İki petek arasında oluşan kanaldan ısıtıcı akışkan akar.
Petek demeti silindirik bir gövde içine yerleştirilmiştir.
Isıtılacak akışkan, kovanın bir ucundan giriş yapar, petekler içinden geçer ve diğer uçtan kovanı terk eder. Isıtıcı akışkan ise paralel-ters ya da tek yönlü akışla kovan içine girerek petekler arasından akar.
Şekil 5.27. Petekli ısı değiştirici
Plakalı ısı değiştiriciler
Plakalı ısı değiştiriciler günümüz gıda endüstrisi işletmelerinde sıklıkla kullanılmaktadır.
Plakalar paslanmaz çelikten yapılırlar.
Bir plakalı ısı değiştirici, çok sayıdaki plaka grupları, bu grupları birbirinden ayıran bağlantı plakaları ile başlık plakası ve baskı plakasının birbirlerine sıkıca bağlanması ile oluşturulmuşlardır.
Plakalı ısı değiştiricilerde yerine göre “ön ısıtma”, “son soğutma” ve “soğutma” bölümleri ile ısı aktarımsız “bekleme” bölümü gibi bölümler yer alır.
Isıtıcı akışkan buhar yada sıcak su, soğutucu akışkan ise soğuk su, buzlu su olabilir.
Plakalı ısı değiştiricinin plakaları optimum ısı aktarımı sağlayabilen biçimlerde tasarımlanır. Plakalar arasında 3-6 mm mesafe vardır.
Şekil 5.30. Plakalı ısı değiştiriciler
Akışkan plakalara köşedeki deliklerden giriş-çıkış yapar.
Çeşitli biçimlerde açık veya kapalı olarak görev yapan bu delikler, akışkanın bir kanaldan diğerine geçiş yollarını belirler.
Deliklerin ve plakaların sızıntı yapmasını önlemek için aralarına, özel kauçuk malzemeden yapılmış contalar konulur.
Plakalı ısı değiştiricilerde etkili bir ısı aktarımı sağlamak için ürün akışının paralel akışlara bölünmesi uygulanmaktadır.
Şekil 5.31a’da ürün akışının iki paralel akışa bölünmüş olduğu görülmektedir.
Şekil 5.31b’de ise ürün akışının plaka grubu içinde yönünü dört kez değiştiren iki paralel akışa bölünmüş olduğu, ısıtıcı akışkanın ise yönünü iki kez değiştiren dört paralel akışa bölünmüş olduğu görülmektedir.
Şekil 5.31. a) Tek geçişli, paralel akışlı) ve
b) Çift geçişli, paralel akışlı, plakalı ısı değiştiricinin çalışma ilkesi
Plakalı ısı değiştiriciler, işlem hattının herhangi bir noktasında ürünün yalnızca soğutulması, yalnızca ısıtılması veya aynı anda ısıtılıp soğutulması gibi ısıl işlemlerde kullanılırlar.
Ürünün yalnızca ısıtılması ya da soğutulması için tek bölmeli bir plakalı ısı değiştirici yeterlidir.
Ancak aynı anda ısıtılıp soğutulması için plakalı ısı değiştiricinin birden fazla bölmeli olması gereklidir.
Şekil 5.32. Plakalı ısı değiştirici
Sütün pastörize edilmesinde kullanılan üç bölmeli plakalı pastörizatör şekil 5.33’de görülmektedir.
Pastörizatörün (3) nolu ısıtma bölümünde pastörize derecesine kadar ısıtılan süt, belirli bir süre bu sıcaklıkta kalması için (2) nolu bekleme bölümüne, buradan da sıcaklığın +4 C’ye indirildiği (1) nolu soğutma bölümüne geçmektedir.
Aynı andaki ısıtma-soğutma işlemi için plakalı ısı değiştiricinin bölme sayısı üçe yükselmiştir.
Şekil 5.33. Üç bölmeli plakalı pastörizatör
Isıtma ve soğutma işlemlerinin aynı plakalı ısı değiştiricide gerçekleşmesi sonucu enerji tüketiminden ekonomi sağlanmaktadır.
Süt ısıtma bölümünde plakalar arasında dolaşırken ısıtıcı akışkandan aldığı ısı ile sıcaklığını artırırken ısıtıcı akışkanın sıcaklığı düşerek soğumaktadır.
Daha sonra ısınmış olan süt soğutma bölümüne geçtiğinde sisteme yeni giren soğuk süt plakanın diğer yüzünden geçirilir. Bu şekilde pastörize edilen süt soğurken sisteme yeni giren süt ısıtılmış olur. Bu yolla enerjiden tasarruf sağlanır.
Şekil 5.34. Beş bölmeli plakalı ısı değiştirici
Şekilde 5.34.’de pastörizatöre giren soğuk sütün sıcaklığı (2) nolu bölmenin plakalarında daha önce sıcaklığı yükseltilmiş pastörize sütün yardımıyla 6oC’den 51oC’ye yükseltilirken pastörize sütün sıcaklığı 10 C dolaylarına düşürülmektedir.
Sıcaklığı 71 oC’ye çıkarılan sütün sıcaklığı (5) nolu bölmede buhar yardımıyla yalnızca 4oC artırılarak 75 oC’ye çıkarılırken, sıcaklığı 10 oC’ye düşmüş olan pastörize sütün sıcaklığı (1) nolu bölmede soğuk su ya da buzlu su yardımıyla 6 oC düşürülerek 4 oC’ye soğutulmaktadır.
Böylece akışkanın kazanmış olduğu ısıyı tekrar tekrar aktarmakla enerjiden ekonomi sağlanmaktadır.
Gıda işletmelerinde plakalı ısı değiştiricilerin ısıtma bölmelerinde ısıtıcı ortam olarak genellikle sıcak su, vakum buhar ya da atmosferik basınçta doygun buhar kullanılır.
Plakalı ısı değiştiricilerde ısıtma ve soğutma bölümlerindeki akışkanlar ile ısıtma-soğutma işlemlerini gerçekleştiren ürünün kendisinin, birbirine bulaşma riskini ortadan kaldırmak gereklidir.
Pastörizatörde bir kaçak, sızıntı olması durumunda sızıntı yönü pastörize üründen pastörize olmamış ürüne doğrudur.
Bunu sağlamak için pastörize ürünün basıncı, plakaların diğer yüzündeki basınçtan büyüktür. Bunu sağlamak için sisteme bir sıkıştırma pompası konmuştur.
Termalizasyon
60-69 oC’de 20 saniye gerçekleştirilir.
Amaç üründe bozulamaya neden olan lipazları, proteinazları üreten soğuğa dayanıklı bakterileri öldürmektir.
Düşük sıcaklık pastörizasyonu
Uygulamada işlem 63 oC’de 30 dk veya 72 oC’de 15 sn gerçekleştirilir.
Sütteki alkalin fosfataz enzimi inaktive edilir.
Sıcaklığa dayanıklı olan Mycobacterium tuberculosis gibi bakteriler öldürülmektedir.
Sütte bulunabilecek mayalar, küfler, vejetatif bakterilerde öldürülmektedir.
Bazı enzimler inative olmaktadır.
Yüksek sıcaklık pastörizasyonu
85 oC’de 20 sn süre ile uygulanmaktadır.
Bazen kısa süreli 100 oC’ye kadar yüksek sıcaklıklar da kullanılmaktadır.
Vegetatif bakterilerin tümü öldürülürken bakteri sporları ölmemektedir.
Bazı enzimler inaktive olur. Süt proteinazı tam olarak inaktive olmaz.
Serum proteinlerinin bir kısmı kuagüle olurken pişmiş tat koku gelişiminde rol alırlar.
C vitamini kaybı dışında sütün besin değerinde önemli bir değişiklik olmamaktadır.
Sütün yağ oksidasyonuna karşı stabilitesi de artırılmaktadır.
Sterilizasyon
Gıda sanayinde uygulanan sterilizasyon ticari sterilizasyondur.
110 oC’de 30 dk, 130 oC’de 30 sn veya 145 oC’de 1 sn şeklinde uygulanabilmektedir.
Uygulanan bu formların ürün üzerine etkileri farklıdır.
Yapılan ısıl işlemin amacı bakteri sporları dahil bütün mikroorganizmaları öldürmektir.
Sterilizasyon süresini etkileyen faktörler
D değeri: Bir ortamdaki canlı sporların %90’ının inaktivasyonu için gerekli ısıl işlen süresidir.
TÖ Eğrisi: Belirli bir ortam ve sıcaklıkta belirli sayıda mikroorganizmayı yok etmek için gereken ısıl işlem süresini gösteren eğriye denir.
Z-değeri: mikroorganizmaların termal ölüm süresini bir logaritmik çevrim kısaltmak için gerekli olan sıcaklık artışıdır.
F-değeri: Bir ortamdaki 1012 adet/ml C. Botulinum sporunu belirli bir sıcaklıkta 10 adet/ml düzeyine indirmek için gerekli olan süredir.
Ön ısıtma
Krema seperasyonu, homojenizasyon, inkübasyon gibi işlemler için ürünün belirli bir sıcaklığa yükseltilmesi gerekebilir.
Ürün sıcaklığı bir ön işlem için kısa bir sürede belirli bir sıcaklığa çıkarılır ve işlem süresince bu sıcaklıkta kalması sağlanır.
Gelecek derste, Evaporatorler, dearatörler, deodorizatörler anlatılacaktır.

Isıl İşlemler

1. Isıl işlemler Gıdaların ısıl işlemler ile dayanıklı hale getirilmelerinde bir taraftan asıl amaç olan mikroorganizmalar etkisiz hale getirilirken, diğer taraftan, bu gıdaların kalitelerinin korunabilmesi ve besin değerindeki kayıpların minimum düzeyde tutulabilmesi, teknolojik ve fiziksel bir problemdir. Mikroorganizmaların ısıya karşı dirençlerine birçok faktörün etkisi bulunmaktadır. Çeşitli gıdaların dayanıklı hale getirilmeleri için uygulanan ısıl işlemler de bu faktörlerin etkilerine bağlı olarak değişik olmaktadır. Hermetik olarak kapatılmış ambalaj içindeki gıdalar veya ısıl işlem uygulandıktan sonra aseptik koşullarda ambalajlara doldurulan gıdalar, özelliklerine ve bulundukları koşullara göre farklı ısıl işlemler uygulanarak sterilize veya pastörize edilmektedirler. Meyve sularının pH değeri düşük olduğu için pastörizasyon (T<100°C) ile dayanıklı hale getirilebildikleri halde, fermente edilmemiş doğal sebze suları sterilizasyon (T>100°C) ile dayanıklı hale getirilmektedir.

Gıda endüstrisinde sterilizasyonun anlamı ve uygulaması, mikrobiyolojik çalışmalardaki anlam ve uygulamalardan farklıdır. Mikrobiyolojide kullanılan sterilizasyon terimi; ortamda herhangi bir canlının bulunmadığını ve tamamının öldürüldüğünü belirtmektedir. Buna karşılık sterilize edilen gıdalarda yüksek sıcaklığa dayanıklı, aerob veya termofil mikroorganizmalar bulunabilmektedir. Canlı kalabilen bu mikroorganizmalar, çalışmaları ve çoğalmaları için gerekli ortamı, normal koşullarda saklanan hermetik kaplardaki gıdalarda bulamadıklarından, gıdayı bozamamaktadırlar. Bu nedenle, gıda endüstrisinde uygulanan sterilizasyon ticari sterilizasyon olarak nitelendirilmektedir.

Isıl işlemlerle dayanıklı hale getirilen gıdalardaki mikroorganizmalar, ısıl işlemlerle öldürülerek mikrobiyolojik açıdan dayanıklı hale getirildiği gibi, bu sırada ayrıca gıdanın yapısında bulunan enzimler de inaktif hale gelmektedirler. Enzimlerin inaktif hale getirilmeleri özellikle meyve sularında uygulanan ısıl işlemlerde çok önemlidir. Nitekim bu ürünlerde çoğunlukla uygulanan yüksek sıcaklık kısa süre pastörizasyonuyla (HTST veya flash pastörizasyon) pektolitik enzimlerin inaktif hale getirilmeleri, mikroorganizmaların vejetatif hücrelerin ve hatta sporlarının öldürülmelerinden daha uzun süreye gereksinim göstermektedir.

Bütün bu açıklamalara göre ısıl işlem uygulamasında en önemli noktalardan birinin, bir taraftan bozulma nedeni mikroorganizmaların öldürülmelerini gerçekleştiren, diğer taraftan gıdaların fiziksel ve kimyasal yapıları ve besin değerlerinde en az kayıplara neden olabilen en uygun ısıl işlem koşullarının sağlanması olduğu açıklıkla görülmektedir. Bu koşulların bilimsel yollarla sayısal değerler halinde belirlenebilmesi için, ısıl işlemlerle muhafaza edilen gıdalarda bozulmalara neden olan mikroorganizmaların ısıya karşı dirençleri ile ısıl işlem sırasında ambalaj içinde ısı girişimi gibi iki ana faktörün saptanması gerekir.

2. Isıl işlem koşullarının saptanması Deneysel yolla ısıl işlem koşullarının saptanması yöntemi, birbirine bağlı üç aşamadan oluşan bir uygulamadır. Test mikroorganizmasının ısıl direncinin deneysel olarak saptanması, Isıl işlem uygulanacak gıdada ısı girişimine ait verilerin deneysel olarak belirlenmesi, n Birinci ve ikinci aşamalarda deneysel olarak bulunan verilerin değerlendirilerek, sıcaklık ve süre gibi ısıl işlem koşullarının hesaplanması. n Isıl işlem koşullarının saptanması, sebze suları gibi düşük asitli gıdalar (pH > 4.5) için çok önemlidir. Çünkü bu gıdalarda insan sağlığını tehdit edici nitelikte bir bozulma riski daima vardır. Buna karşın meyve suları gibi yüksek asitli (pH < 4.5) gıdalarda basit bir ısıl işlem dahi, bozulma etmenlerini kısa sürede ortadan kaldırmaya yetmekte ve bunlarda insan sağlığını tehdit edici bir bozulma riski bulunmamaktadır. 3. Isıl işlemlerin temel ilkeleri n Bir ısıl işlemin etkinliğinin hesaplanabilmesi, ısıl işlem açısından önemli olan mikroorganizmanın ısısal direnç özelliklerinin (z- ve F-değeri) bilinmesini gerektirir. Mikroorganizmaların ısı etkisiyle ölümü genellikle birinci dereceden reaksiyon kinetiğine uyar. Isının mikroorganizmalara öldürücü etkisinin nedenleri değişik görüşlerle açıklanmaktadır. En yaygın olan görüşe göre; mikroorganizmaların yapılarında bulunan proteinler ısı etkisi ile denatüre olmakta ve aynı şekilde yaşamsal önemi olan enzimler de inaktive olarak mikroorganizmanın ölümü gerçekleşmektedir. Hücredeki enzimlerin inaktif hale gelmesini etkileyen faktörlerin, mikroorganizmaların ısıya karşı direncini etkileyen faktörlerle benzerlik göstermesi de bu görüşü desteklemektedir. Isıl Direnç Üzerinde Ortam Bileşiminin Etkisi pH Tuz Şeker Protein Yağ Tat ve Aroma Maddeleri ve Koruyucu Maddeler n Mikroorganizma Yaşı ve Sayısı pH Mikroorganizmaların ısıya karşı dirençleri onların kalıcı bir niteliği olmayıp, içinde bulundukları ortamın fiziksel ve kimyasal yapısına bağımlı olarak değişebilmektedir. Mikroorganizmaların ısıya karşı dirençlerini etkileyen en önemli faktör ortamın pH değeridir. Mikroorganizmaların ısıya karşı dirençleri pH 7 dolaylarında en yüksek düzeydedir. Ortamın asitliği artıkça, diğer bir deyimle pH değeri düştükçe, mikroorganizmaların ısıya dirençleri azalmaktadır. pH Bu özelliğin pratikte çok önemli sonuçları vardır. Gerçekten meyve ve domates konserveleri ve suları gibi, pH değerleri 4.5’in altında olan gıdalar 100°C’ın altındaki sıcaklıklarda, yani pastörize edilerek dayanıklı hale getirilirken, pH değerleri 4.5’ten fazla olan sebze, et ve süt ürünleri gibi gıdalar 100°C’ın üzerinde sterilize edilerek dayanıklı hale getirilmektedir. n Ürünün pH değeri, uygulanacak ısıl işlemin niteliğini etkilediğinden, ısıl işlem uygulamalarında gıdalar pH değerlerinde göre sınıflandırılmaktadır. Gıdaların mikrobiyolojik bozulma nedenleri de pH değerlerine göre değişmektedir. Tuz Diğer taraftan ortamın tuz, yani NaCl, konsantrasyonu belli bir noktaya kadar mikroorganizmaların ısıya direncini artırmaktadır. % 2’den % 4’e kadar olan tuz konsantrasyonları mikroorganizmaların ısıya direncini artırdığı halde, daha fazla miktarlar ısıya direnci azaltmaktadır. Ancak birçok konserve gıdada kullanılan % 0.1 dolaylarındaki tuzun bu konuda herhangi bir etkisi yoktur.Şeker Şekerler de derişime bağlı olarak mikroorganizmaların ısıya direncini etkilemektedir. % 50 ve daha yüksek derişimlerdeki şeker ısıya direnci artırmaktadır. Ancak daha düşük miktarlardaki şeker mikroorganizmaları ısıya karşı koruyamamaktadır.Protein Aynı şekilde protein yapısındaki maddeler de mikroorganizmaları ısıya karşı korumaktadır. Ortama katılan jelatinin mikroorganizmaların ısıl direnci artırdığı saptanmıştır. Yağ Yağlar da mikroorganizmaların ısıl dirençlerini etkilemektedir. Yağların bu etkileri ısıyı güç iletmeleri yanında, mikroorganizma hücresinin çevresini sararak su ile ilişkiyi kesme ve böylece suyun, proteinlerin ısı ile koagüle olma üzerindeki etkisini ortadan kaldırmasıyla açıklanmaktadır. Tat ve Aroma Maddeleri ve Koruyucu Maddeler n Gıdalara tat ve aroma vermek amacıyla ilave edilen baharat, gıdalarda kullanıldıkları düzeylerde mikroorganizmaların ısıl dirençleri üzerinde etkili olmadıkları halde, yüksek konsantrasyonlarda etkileri bulunmaktadır. Gıda muhafazasında kullanılan bazı koruyucuların da mikroorganizmaların ısıya dirençlerini azalttıkları saptanmıştır (sinerjizm). Mikroorganizma Yaşı ve Sayısı n Diğer taraftan ortamdaki mikroorganizma sayısı mikroorganizmaların ısıya karşı direnci üzerinde etkili olmadığı halde, ısı etkisiyle mikroorganizma ölümlerinin logaritmik bir özellik göstermesinden dolayı ısıl işlemlerle mikroorganizmaların öldürülmelerinde başlangıç mikroorganizma sayısı büyük önem taşımaktadır. n Ayrıca mikroorganizmanın yaşı da ısıya karşı direnci etkiler. Ancak bunun gıda teknolojisi açısında bir önemi bulunmamaktadır. Isıtma süresinin fonksiyonu olarak mikroorganizmaların öldürülmesi n Belli bir mikroorganizma veya bakteri sporlarının süspansiyonu hazırlandıktan sonra, sporların öldürülmesi için gerekli bir sıcaklıkta ısının etkisi incelenecek olursa; ısıtma süresi artarken canlı kalan spor sayısının logaritmik olarak azaldığı görülür. n Örneğin başlangıçta spor süspansiyonunun 1 5 ml’sinde 10 spor bulunduğu varsayılırsa, sabit bir sıcaklıkta ısıtma sonunda canlı kalan spor sayısında Tabloda gösterilen şekilde bir azalma söz konusudur. Sabit bir sıcaklıkta ısıl işlem sırasında belli süreler sonunda canlı kalan spor sayısı Isıtma süresi, dakika Canlı kalan spor sayısı, adet/ml 5 0 10 4 D 10 3 2D 10 2 3D 10 1 4D 10 0 5D 10 -1 6D 10 -2 7D 10 D-değeri n Bu koşullarda D dakika, ortamdaki canlı mikroorganizma populasyonunun %90’ınının öldürülmesi için gerekli ısıtma süresidir. -1 -2 Burada 10 ve 10 gibi değerler sporların canlı kalma olasılığını açıklamaktadır. Örneğin; 10-1 değeri (1/10 veya % 10) her biri 1 ml spor süspansiyonu içeren 100 deney tüpü 6D süresince ısıtılırsa ve bu deneme yeterli sayıda tekrar edilirse, ortalama sonuçta tüplerin %90’ı steril ve %10′ unda ise canlı halde sporların bulunduğunu gösterir. Canlı kalan spor sayısı zamanın fonksiyonu olarak yarı- logaritmik grafiğe alındığında logaritmik canlı kalma eğrisi elde olunur (Şekil ). n Sabit sıcaklıkta ortamda bulunan mikroorganizmaların % 90’ının öldürülmesi için gerekli ısıtma süresi D-değeri olarak bilinir. Başka bir deyişle; D-değeri logaritmik canlı kalma eğrisinin bir logaritmik devreyi aşması için gerekli ısıtma süresidir.  Logaritmik canlı kalma eğrisi (termal inaktivasyon oranı) 5 eğim = -k/2.303 = -1/D l 4 (t , log c ) m 1 1 / t e d a , c g D o l 3 (t , log c ) 2 2 2 0 20 40 60 80 t , saniye  D-değeri n D-değeri sıcaklığa bağlı bir değer olduğundan hangi sıcaklığa ait olduğu D harfinin hemen altına yazılan rakamla belirtilir. Örneğin D250, D230 veya D245 gibi. D250 ise genellikle D simgesiyle belirtilir. 0 n Bazı kaynaklarda D yerine D sembolü 250 r kullanılmaktadır. Belli bir sıcaklıkta bir mikroorganizmanın D-değeri ne kadar büyükse o mikroorganizma, ısıya o kadar dirençli demektir. n Bir mikroorganizmanın D-değeri, arz edildiği sıcaklığa bağlı olup, ortamdaki mikroorganizma konsantrasyonu ile ilişkili değildir. Buna karşın daha sonra ayrıntı ile üzerinde durulacak olan F-değeri ise, hem sıcaklık hem de ortamdaki mikroorganizma sayısı ile ilişkilidir. Sıcaklığın fonksiyonu olarak mikroorganizmaların öldürülmesi  Sıcaklık ne kadar yüksek ise bir ortamdaki mikroorganizmaların vejetatif hücreleri ve sporları daha kısa sürede öldürülebilmektedir. Mikroorganizmaların ısıya dirençleri, içinde bulundukları ortamın pH değeriyle yakından ilgili olduğundan, gıdaların ısıl yolla muhafazasında gıda maddesinin pH’sı en önemli kriter olarak ortaya çıkmaktadır. Uzun süren laboratuvar çalışmaları ve işletme pratiğinin gösterdiği gibi ısıl işlemlerde yeterli güvenirlik elde olunabilmesi için ısıya en dayanıklı bakterilerden biri olarak bilinen Clostridium botulinum 12 0 sporlarının ortamdaki sayısının 10 adet/ml’den 10 adet/ml’ye indirilmesi gereklidir. Bu bakımdan düşük asitli gıdalarda (pH>4.5) sterilizasyon normlarının saptanmasında bu olgu çıkış noktası olarak kabul edilmektedir.

-12 3 n En küçük bakteri hacmi yaklaşık 10 cm olduğundan 3 12 1 cm de en çok 10 adet bakteri hücresi bulunabilir.Bu nedenle sterilizasyon koşullarının saptanmasında en yüksek bulaşma düzeyi olarak 1012 adet/ml lik bir konsantrasyon temel alınır. Buna göre sterilizasyon koşullarının hesaplanmasında öngörülen ısıl işlem C. botulinum spor konsantrasyonunu 1012 adet/ml’den 100 adet/ml’e düşürmeyi amaçlamalıdır. Ancak,1012 adet/ml düzeyindeki bir bulaşma tamamen teorik olduğundan, buna dayalı olarak öngörülen sterilizasyon normu, uygulamada yeterli düzeyde emniyet katsayısı içermektedir. Böylece C. botulinum sporlarının 1012 adet/ml’den 100 adet/ml’ye düşürülebilecek boyutlardaki bir ısıl işlem uygulamakla, C. botulinum tehlikesi tümden giderildiği gibi, C. botulinum’dan daha dirençli ve sağlık açısından zararlı olmayan ve ayrıca ortamdaki sayısı sınırlı diğer sporlar da büyük bir olasılıkla öldürülmüş olmaktadır.

Termal ölüm süresi (TÖS) n Mikroorganizmaların vejetatif hücre ve sporlarını ısı etkisi ile öldürmek için gerekli süre, sıcaklığın artmasıyla azalır. Belli sıcaklıklarda bir mikroorganizmaya ait spor sayısını(spor 0 oluşturmayan mikroorganizmalarda vejetatif hücre sayısını) 10 adet/ml’ye indirgemek için gerekli süre (termal ölüm süresi), yarı- logaritmik kağıtta y-eksenine, sıcaklıklar ise x-eksenine kaydedildiğinde elde olunan bu eğriye de termal ölüm süresi eğrisi adı verilmektedirler. n Aşağıdaki şekilde sıcaklıklar Fahrenheit olarak verilmiştir. Fahrenheit skalanın kullanılması bir çok yönden Celsius skaladan daha kolaydır. Çünkü bu konudaki ilk çalışmalar Amerikalı araştırıcılar tarafından yapılmış olup, literatürde genellikle sıcaklıklar Fahrenheit olarak verilmiştir.

F-değeri n F-değeri, belli bir mikroorganizmanın spor veya vejetatif hücrelerini öldürülebilmesi için ısının belli bir referans sıcaklıktaki dakika cinsinden eşdeğeridir. n F-değeri, söz konusu sıcaklıkta belli bir mikroorganizmanın tümden imha edilmesi için gerekli süredir. n Bununla birlikte ölüm logaritmik olarak geliştiğinden, tümden imhaya ulaşmak teorik olarak olanaksızdır. Bu yüzden belli sıcaklıkta verilmiş F-değerini, o sıcaklıkta ancak belli sayıda mikroorganizmaların ısıya dirençleri Termal Ölüm Süresi -TÖS -olarak bilinmektedir. n Bazı araştırıcılar, belli sayıda mikroorganizmanın (vejetatif hücre veya spor), belli bir sıcaklıkta ölmesi için geçen süreyi termal inaktivasyon süresi olarak da belirtmektedirler.

. TÖS eğrisi ve z-değeri 1000 100 k a d , S Ö T 10 z 1 200 210 220 230 240 250 260 Sıcaklık, °F

z-değeri n TÖS eğrisinin bir logaritmik çevrimi aşması için gerekli sıcaklık değişimi z-değeri olarak tanımlanır n TÖS doğrusunun eğimi -1/z’ye eşit olup, bu değer reaksiyon hız sabitinin sıcaklığa bağımlılığını gösterir . Küçük bir z-değeri (z = 10) 10°C’lık bir artışla ölüm süresinin 10’da birine azalacağını gösterir. n Buna karşılık büyük bir z değeri (z = 50) ölüm süresinin 10 da birine düşebilmesi için 50°C’lık bir artış gerektiğini gösterir. n Bundan dolayı küçük z-değerine sahip reaksiyonların sıcaklık bağımlılıkları oldukça yüksektir; büyük z- değerine sahip olanlar ise sıcaklıktan en az derecede etkilenirler.

TÖS’ün saptanmasında yararlanılan yöntemler aşağıdaki şekilde özetlenebilir:

Tüp yöntemi: n Tüp yöntemi: İlk defa Bigelow ve Esty tarafından 1920 yılında tek tüp yöntemi olarak uygulanan bu yöntem bazı yanılmalara neden olduğundan daha sonra Esty ve Williams tarafından çok tüp yöntemi olarak geliştirilmiştir. Deneylerde kullanılan tüp sayısı dışında bu iki yöntem arasında bir fark yoktur.

ÇOK TÜP YÖNTEMİ n Isıtma süre (dak) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 + + + + + – – – + + + + + – – – – + + + + – + – – – + + + + – – – – – + + + – – – – – –

Bacillus cereus sporlarının (2.25 x 106 spor/ml) termal ölüm süresi üzerine ortamın pH değerinin etkisi (1) pH 4 z=16, (2) pH 5 z=17.2, (3) pH 6 z=19.8, (4) pH 7 z=22.5 200 100 90 80 70 60 50 40 30 h SÜ 20 RE, daki ka 10 9 8 7 6 5 4 3 (1) (2) (3) (4) 2 1 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 o SICAKLIK, C

Diğer taraftan ortamdaki mikroorganizma sayısı, mikroorganizmaların ısıya karşı direnci üzerinde etkili olmadığı halde, ısı etkisiyle mikroorganizmaların ölümlerinin logaritmik bir özellik göstermesinden dolayı ısıl işlemlerle mikroorganizmaların öldürülmesinde başlangıç mikroorganizma sayısı büyük önem taşır. Bu durum ısıl işlemlerle dayanıklı hale getirilen konserveler açısından önemlidir. Çünkü kutuda başlangıç mikroorganizma sayısı ne kadar fazla ise, yeterli bir sterilizasyon için daha yüksek sıcaklık veya daha uzun süre gereklidir.

Bacillus cereus sporlarının termal ölüm süresi üzerine spor konsantrasyonun etkisi (pH=7.0) (Acar, 1981) 200 100 90 80 70 60 50 40 Spor konsantrasyonu z (1) 110 000 spor/ml 22.0 30 (2) 2 250 000 spor/ml 22.5 SÜR 20 E, daki ka 10 9 8 7 6 5 4 (1) (2) 3 2 1 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 o SICAKLIK, C

Şekilde B.cereus sporlarının termal ölüm süresi F-değeri ve z-değeri üzerine spor konsantrasyonunun etkisi gösterilmektedir. Görüldüğü gibi, farklı spor konsantrasyonu ile yapılan çalışmada F-değeri farklı olmakla birlikte TÖS eğrisinin eğimleri aynı olduğu için zdeğerleri aynıdır.

Üründe ısı aktarımı n Isıl işlem koşullarının saptanmasında bilinmesi gereken ikinci parametre ısıl işlem sırasında ambalajlı üründe ısı aktarımıdır. Isıl işlem uygulanan gıdanın sıcaklığı, öngörülen sıcaklığa bir anda erişebiliyor ve aynı şekilde bir anda soğuması sağlanabiliyor olsaydı, bu işlemin sterilizasyon değeri çok kolaylıkla hesaplanabilirdi. Sıvı haldeki gıdaların ısıl işlemle muhafazasında kullanılan UHT, HTST ve benzer yöntemlerde bu olguya oldukça yaklaşılmaktadır. n Ancak meyve ve sebze konservesi gibi gıdalarda ürün ambalaja doldurulduktan sonra bir otoklavda ısıl işlemin gerçekleştirilmesi zorunludur. Bu uygulamada ambalaj içindeki gıdanın bir anda istenen sıcaklığa erişmesi mümkün olmadığı gibi, ayrıca ambalaj içinde sıcaklık dağılımı da farklıdır.

Belli bir zaman periyodunda ısıl işlem yoluyla artırılan sıcaklık, mikroorganizmaların öldürülmesi ve enzimlerin inaktif hale getirilmesinde rol oynar. Daha önce de belirtildiği gibi amaç işlem sonucunda gıda kalitesinin korunması ve besin değerindeki kayıpların minimum düzeyde tutulmasıdır. Bunun için de her ürüne özgü ısıl işlem koşullarının saptanması zorunludur. n Üründe bulunan mikroorganizmaların inaktivasyonu için gerekli ısıtma süresi ve sıcaklığı ürünün tümüne uygulanarak amaca ulaşılabilir. Bu bakımdan ısıl işlem sırasında üründeki sıcaklık değişiminin ve üründe en geç ısınan noktaların bilinmesi gerekmektedir.

Isıl işlem uygulamalarında ürünün dayanıklı hale getirilebilmesi için; ürün önce uygun bir kaba doldurulmakta ve bu amaçla çoğu zaman teneke kutular kullanılmaktadır. Uygun şekilde doldurulan kutular daha sonra ısıtılırlar. Isı, ısıtıcı ortamdan kabın çeperlerine ve ürüne aktarılır. Isıl işlem sona erdikten sonra kap içindeki ürün çoğu zaman soğuk su ile soğutulur.

Isı aktarımı ve ısı aktarımını etkileyen faktörler n Isı aktarımındaki itici güç, birbiriyle fiziksel veya termal temas halindeki iki ortam arasındaki sıcaklık farkıdır. Konservelerde uygulanan ısıl işlemin süre ve sıcaklığını, daha önce belirtilen mikroorganizmaların ısıya karşı dirençleri yanında diğer bazı faktörler de etkilemektedir. İşlem sırasında ambalaj içinde ısı aktarımı uygulanan işlemi etkilediğinden, gıdalarda optimum ısıl işlem koşulları belirlenirken kap içindeki sıcaklık değişimleri de göz önüne alınmalıdır.

Isı aktarımı Isıl işlem sırasında ambalajlı bir gıdada ısı, konveksiyon (ulaşım) ve/veya kondüksiyon (iletim) olmak üzere iki yolla aktarılır. Isının konveksiyonla aktarımı moleküllerin hareketi yoluyla olduğu halde, kondüksiyonla aktarımda ısı molekülden komşu moleküle geçmektedir. Ambalaj içinde ısı aktarımı ürünün fiziksel yapısına bağlı olarak konveksiyon, kondüksiyon veya bir arada oluşan kondüksiyon/konveksiyon yoluyla gerçekleşmektedir.

Isı aktarımı Ambalaj içinde konveksiyonla ısı aktarımının gelişmesi, aşağıdaki şekilde tanımlanmaktadır: Isınma başlayınca ambalaj çeperini kondüksiyonla aşan ısı, içeride önce bu çeperlere değen kısımdaki sıvının ısınmasına neden olur. Isınan bu sıvının yoğunluğu düşer ve yukarıya doğru hareket eder. Böylece ortamdan yukarı doğru bir sıvı hareketi başlar ve kabın tepesinde adeta ısınmış bir sıvı katmanı toplanır. Ambalajın iç kısımlarındaki daha düşük sıcaklıktaki sıvı, yukarı doğru hareket etmiş olan sıcak sıvının yerini doldurmak için oraya akar. Bu şekilde kapta oluşan ısınma biçimine doğal konveksiyonla ısınma denir. Görüldüğü gibi konveksiyonu oluşturan güç, sıcaklık farkıdır. Bu yüzden bu tip konveksiyona ayrıca termal konveksiyon da denmektedir.