Gıda Teknolojisinde Ultrases Uygulamaları

Transkript

1 Gıda Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 8, No: 2, 2013 (29-38) Electronic Journal of Food Technologies Vol: 8, No: 2, 2013 (29-38) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR e-issn: Derleme (Review) Ferhat YÜKSEL Gümüşhane Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, Gümüşhane/TÜRKİYE Özet Gıda endüstrisinde gıdaların işlenmesi ve muhafazası için pastörizasyon ve sterilizasyon gibi ısısal teknolojiler günümüzde hala yaygın olarak kullanılmaktadır. Kullanılan bu teknolojilerin gıda maddelerinde sebep olduğu çeşitli olumsuz etkilerden dolayı gıda endüstrisi gıdaların muhafazasında ve işlenmesinde yeni teknolojiler denemektedir. Bu yeni teknikler arasında yüksek basınç, ultrases, atımlı elektrik alan gibi ısısal olmayan yöntemler öne çıkmaktadır. Sayılan bu yeni yöntemlerden biri olan ultrases teknolojisi, gıdaların muhafazası amacıyla çeşitli gıda ve gıda bileşenleri üzerinde denenmiş ve olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Uygulama maliyetinin düşük olması, pastörizasyon ve sterilizasyon gibi ısısal işlemlere göre gıdaya daha az zarar vermesi, gıdanın tat ve koku gibi duyusal özelliklerine etkisinin sınırlı olması, çevre dostu bir teknoloji olması ultrases yönteminin üstün özellikleri arasında sayılabilir. Gelişme aşamasındaki diğer yeni teknolojilerde olduğu gibi ultrases teknolojisinin gıda endüstrisinde kullanımı ile ilgili çalışmalar devam etmektedir. Gelecekte ultrases teknolojisinin gıdaların işlenmesinde çok daha etkin bir şekilde kullanılacağına inanılmaktadır. Anahtar Kelimeler: Ultrases, gıda muhafaza, ısıl olmayan uygulamalar Abstract Ultrasound Applications in Food Technology Thermal processes like pasteurization and sterilization are still commonly used in food industry for food processing and preservation today. Food industry is trying new technologies in food production and preservation since thermal processes cause negative effects on food products. Among these new technologies, non-thermal methods like high pressure, ultrasound, pulsed electric field become prominent. As a non-thermal technology, ultrasound has been tried for processing and preservation purposes on foods or food components and it has been found to be effective. Lower processing cost, causing low damage to the product while processing compared to thermal methods, limited effect on sensory properties of foods and being an environmentally friendly technology are superior properties of ultrasound technology. The research on use of ultrasound in food technology is in progress like other emerging food processing and preservation methods under development. But it is strongly believed that ultrasound technology will be very useful in food processing in the future. Keywords : Ultrasound, food preservation, non-thermal applications Bu makaleye atıf yapmak için Yüksel, F., Gıda Teknolojileri Elektronik Dergisi 2013, 8(2) How to cite this article Yüksel, F., Ultrasound Applications in Food Technology Electronic Journal of Food Technologies, 2013, 8(2) 29-38

2 Teknolojik Araştırmalar: GTED 2013 (8) GİRİŞ Gıda muhafazasında ısı uygulamalarının mikroorganizmaları ve enzimleri inaktive ettiği için çok genel bir kullanım alanı vardır. Ancak bu teknolojinin aşırı uygulanması gıdaların fiziksel ve kimyasal yapılarında değişimlere, organoleptik özelliklerinin ve doğal bileşenlerinin bozulmasına neden olmaktadır. İşte bu yüzden gıda endüstrisi sürekli olarak gıda bileşenlerine daha az zarar veren, çevre dostu, düşük maliyetli yeni muhafaza yöntemleri aramaktadır. Bu amaçla gıdaların muhafazasında ısısal olmayan teknolojiler üzerinde çeşitli araştırılmalar yapılmıştır. Ultrases (sonikasyon) teknolojisi de bu araştırmalar içerisinde gıdaların muhafazasında ve teknolojik işlemlerde uygulanan yöntemlerden bir tanesidir [1; 2]. Ultrases teknolojisinin ilk kullanımı 1900 lü yıllara dayanmaktadır. Ultrasesin varlığı ilk olarak dünya savaşları sırasında deniz altıların gönderdiği ses dalgalarının balıkların ölümüne sebep olması ile anlaşılmıştır larda düşük frekanslı ve yüksek enerjili ultrases endüstride kullanılmaya başlanmıştır [3; 4]. Ultrases teknolojisi insan kulağının işiteceği eşik miktarın üzerindeki ses dalgalarına bağlı olarak çalışmaktadır (>16 khz) [2; 5; 6; 7]. Bu dalgalar ya materyalin içindeki moleküllerden ya da yüzeyinden dalganın doğasına özgü bir hızla geçer ve bu geçiş süresince yayılır. Tipik olarak ultrases üç frekans bölgesine ayrılır. 16 ile 100 khz lik kısma güç ultrasesi, 100 khz ile 1 MHz arası yüksek frekanslı ultrases, 1 ile 10 MHz arası ise tanıyıcı ultrases olarak tanımlanır. Ultrases ya basınç elektriği ile (piezoelektrik) ya da yüksek enerji titreşimleri oluşturan manyetik sıkıştırmalı dönüştürücülerle (transducer) üretilir [2; 8; 9]. Ultrases uygulamalarında üretilen enerji sonucu açığa çıkan sesin sınıflandırılması önemlidir. Ultrases, ses gücü (W), ses yoğunluğu (W/m 2 ), ya da ses enerjisi yoğunluğu (Ws/m 3 ) olarak ifade edilmektedir [7; 10]. Ultrases uygulaması gıda teknolojisinde çok hızlı gelişen yöntemlerden biridir. Gıda teknolojisinde ultrasesin kullanımı ikiye ayrılır. Bunlar; yüksek frekanslı ve düşük enerjili kontrollü ultrases, diğeri ise; düşük frekanslı ve yüksek enerjili (güçlü ultrases) ultrases teknolojisidir [6; 11; 12; 13]. Düşük ultrases uygulama yoğunluğu 1 W/m 2 den düşük ve frekansı 100 khz den yüksektir. Bu uygulama yüzey temizliği, enzim inaktivasyonu, kristalizasyon, emülsifikasyon, filtrasyon, dondurma, etlerin tenderizasyonu gibi uygulamalarda ve gıdanın fizikokimyasal özelliklerini belirlemede başarıyla kullanılmaktadır. Yüksek enerjili ultrases ise 1 W/m 2 den yüksek yoğunlukta ve frekansı khz arasındadır. Bu teknik ise gıda teknolojisinde nispeten yeni ve son zamanlara kadar henüz yeterince araştırma yapılmamış bir uygulamadır. Yüksek ultrases gıda teknolojisinde deaerasyon, oksidasyon/redüksiyon, enzim ve proteinlerin ekstraksiyonu, enzim inaktivasyonu, kristalizasyonda çekirdek oluşumu gibi uygulamalarda kullanılmaktadır [14]. Yüksek güçlü ultrases teknolojisi hücre parçalama, partikül (boyut) küçültme, ve bakteri sporlarının öldürülmesinde etkili olabilmektedir [15]. Sıvılara uygulanan ultrases işlemi ile birlikte suda OH -, H + ya da hidroperoksitler gibi serbest radikaller meydana gelir. Oluşan bu serbest radikaller yüksek bakterisidal etkiye sahiptir [2; 16; 17]. Ultrases teknolojisinin uygulaması sıvı sistemlerde daha etkilidir ve etki başlıca kavitasyon olgusuna bağlıdır. Ultrasesin üretilmesi; çok hızlı bir şekilde devam eden bir sıkıştırma ve ortam içinden geçerken ürettiği dalgaların osilasyonu şeklinde olmaktadır. Sıvı içerisine gönderilen ses dalgaları sıvı içinde bulunan moleküllerin titreşmesi ve bu titreşimi komşu moleküle aktararak devam ettirmesi ile meydana gelir. Bu enerjinin aktarımı ile ortamdaki moleküllerde sıkışma ve gevşemeler olmaktadır. Sıkışma sırasında sıvıda bulunan moleküller birbirine yaklaşırken, gevşeme sırasında birbirinden uzaklaşmaya başlayan moleküller arasında meydana gelen çekim sonucu kabarcıklar oluşur. Moleküllerin birbirine uzaklaşma anından yaklaşma evresine geçerken seri devam eden osilasyon sonucu meydana gelen kabarcıklar birbirine yaklaşan moleküller arasında ani olarak patlar. Bu patlama ile kabarcığın etrafında çok kısa bir an içinde 5500 C ye kadar bir sıcaklık ve 50 MPa bir basınç oluşur. Bu gaz kabarcıklarının ani patlaması kavitasyon bölgesinde yüksek bir kesme etkiye ve türbülansın oluşmasına neden olur [6; 10; 16; 17; 18; 19]. Burada oluşan ısı, basınç ve türbülans çeşitli etkilere sahiptirler. Bu enerji ve yoğunluk 30

3 Yüksel, F., Teknolojik Araştırmalar: GTED 2013 (8) boyunca ortamın viskozitesi, yüzey gerilimi, buhar basıncı, serbest bırakılan gaz konsantrasyonu, katı partiküllerin durumu, sıcaklığı, uygulama basıncı oluşan kavitasyonun büyüklüğüne bağlıdır. Kavitasyon tarafından salınan enerji miktarı kabarcıkların kabarcık büyüme kinetiği ve çöküşü üzerindeki etkiye bağlıdır. Bu enerji sıvının buhar basıncı ile kabarcıkların ara yüzeyindeki yüzey gerilimi ile birlikte artabilir. Özelliklede sulu gıdalar yüksek yüzey gerilimine sahipse kavitasyon için ortamın etkisi çok daha fazladır [10]. Ultrases teknolojisi gıda endüstrinde çeşitli alanlarda uygulanmış ve olumlu sonuçlar alınmıştır. Bu alanlar; enzim inaktivasyonu ve ekstraksiyonu, mikroorganizma inhibisyonu, dondurma, kurutma, filtrasyon, homejenizasyon/emülsifikasyon, tenderizasyon gibi uygulamalardır. Halen gıda endüstrisinde sınırlı kullanım alanı bulan ultrases teknolojisinin gelecekte çok daha yaygın uygulama alanının olacağı düşünülmektedir. 2. MİKROORGANİZMALAR ÜZERİNE ETKİSİ Gıdaların işlenmesinde en önemli basamaklardan bir tanesi, ürünün insan sağlığını tehdit etmemesi ve raf ömrü boyunca bozulmadan tüketiciye ulaştırılması için hammadde de bulunan mikroorganizmaların inhibe edilmesidir. Ultrases teknolojisi bu kapsamda uygulanabilecek ısısal olmayan işlemlerden bir tanesidir. Isıl işlemler gıdalarda istenmeyen değişimlere neden olurken, ultrases oluşturduğu kavitasyon sayesinde mikroorganizmaları inaktive ederek gıdalarda daha az değişimlere yol açmaktadır. Ultrases işleminin mikroorganizmaları öldürme etkisi onların hücre duvarlarını parçalaması ile meydana gelmektedir. [18; 20]. Sonikasyon işlemi sayesinde kavitasyon oluşur ve gaz kabarcıkları da bu ortamda meydana gelir. Bu ultrases enerjisi gaz kabarcıklarındaki buharı etkin bir şekilde tutamadığı için gaz kabarcığı patlar ve böylece ortam da yoğunlaşır. Yoğunlaşan ortam ani olarak yüksek bir sıcaklık ve basınç bölgesi oluşturur. Oluşan bu ortamda bulunan mikroorganizmaların hücre duvarları zarar görür ve inaktif hale gelirler. Bu ısıtılmış bölge bakterilerin ölmesini sağlamaktadır ancak çok sınırlı bir alanı kapsadığı için bakterilerin tamamını öldürememektedir [18]. Bunun için uygulanan sonikasyon işleminin sıvının her tarafına ulaşmasına imkan sağlanmalıdır. Ultrases ortamda bulunan tüm mikroorganizmaları inhibe etmek için tek başına yeterli olmazken, ısı ve basınçla birleştiğinde etkisi daha da artmaktadır. Bu uygulamalar; thermosonikasyon (ısıl işlemle kombine edilmiş ses dalgası), monosonikasyon (yüksek basınç ile kombine edilmiş ses dalgası) ve monothermosonikasyon (hem ısıl işlem hem de yüksek basınç ile kombine edilmiş ses dalgası işlemi) dur [7; 21]. Yapılan araştırmalar ultrasesin ısı ve basınç işlemlerin birlikte kullanılmasıyla mikroorganizmaları daha etkin bir şekilde inaktive ettiğini ortaya koymaktadır [18]. Ordonez ve ark., [22] 20 khz dalga boyunda, 160 W yoğunlukta ve 5 den 62 C e kadar olan bir ısı uygulaması ile yaptıkları ultrases işleminde ısı+basınç birlikte ultrasesin mikroorganizmalar üzerine daha etkin bir rol oynadığını belirlemişlerdir. Pegan ve ark., [23] L. Monocytegenes üzerine yaptığı araştırmada ultrasesin bu bakterinin inhibisyonunda ortam sıcaklığının etkisinin olmadığını bulmuştur. Bu işlemde sonikasyonla beraber basınç 200 kpa artırıldığında D-değerinin 1.5 dk azaldığı görülmüştür. 400 kpa olduğunda ise D- değeri 1 dakikaya indirgenmiştir. Hoover., [24] de bu teknik için gerekli araştırmalar yapıldığında bunun mikroorganizmalar üzerine etkisinin ancak ısı, basınç ve ısı+basınç uygulamaları sayesinde olacağını söylemiştir. E.coli, S. aureus, B. subtilis, P. aeruginosa bakterilerine, T. Mentogrophytes küflerine ve F. Herpesvirus tip1 virüslerine ultrases uygulaması çok etkin sonuçlar doğurmuştur [25]. Zenker ve ark., [26] de B. stearethermophilus üzerine ultrases ile kombine edilmiş ısı uygulamasının geleneksel ısıtma sistemlerine göre daha yüksek inaktivasyon sağladığını bulmuşlardır. Ultrases işlemi ile birlikte kullanılan yüksek basınç işlemi E. coli inaktivasyonunun artmasını sağlamıştır. Genellikle mikroorganizmaların çoğu 50 C de uygulanan ultrases işlemine karşı büyük duyarlılık göstermişlerdir [4]. Ultrases işlemi kendi gibi ısısal olmayan manyetik alan ve yüksek basınç teknolojileri ile birlikte kullanıldığında E. coli kontaminasyonunu azalttığı tespit edilmiştir [27]. 31

4 Teknolojik Araştırmalar: GTED 2013 (8) GIDA ENZİMLERİ ÜZERİNE ETKİSİ Ultrasesin gıdalarda bulunan enzimlere karşı etkinliği mikroorganizmalarda olduğu gibi ısı, basınç ve birlikte kullanıldığı diğer işlemlerle kombine edilmesiyle artmaktadır. Ultrases işlemi thermosonikasyon, monosonikasyon ve monothermosonikasyon uygulamalarla birlikte süt ve meyve ürünlerinde bulunan lipoksijenaz (LOX ), polifenoloksidaz (PPO), peroksidaz (POD) gibi enzimlere ve ısıya karşı dirençli olan lipaz ve protoaz enzimlerine karşı etkili bir yöntemdir [17; 28; 29]. Ultrases işleminin etkinliği mikroorganizmalar da olan etkinliğinde olduğu gibi uygulamada oluşan kavitasyon baloncuklarının patlaması sonucu oluşan enerji ile açıklanabilir. Coakley ve ark., [30] yaptıkları bir çalışmada alkol dehidrogenaz, katalaz ve lizozim e 20 khz lik bir basınçla ultrases işlemi uygulamışlar ve işlemin alkol dehidrogenaz ve lizozim enzimlerine karşı çok iyi bir etki yaptığını, katalaz enzimine karşı ise etkisinin çok sınırlı olduğunu belirlemişlerdir. Lizozim enzimine karşı yapılan diğer bir ultrases çalışmasında, ortam sıcaklığının ve atmosferik basıncın çok etkili olmadığı, başarılı bir inaktivasyon için arzu edilen sıcaklığın C ve basıncında 200 kpa olmasının uygun olduğunu bildirilmiştir [31]. Kadkhodaee ve Povey [32] α-amilaz üzerine ısı, basınç ve ultrases (thermosononikasyon) işlemlerini birlikte uygulamışlardır. Çalışma sonucunda sadece ısıl işlem ile enzimin aktivasyon enerjisinin 109 kj/mol K olduğunu, thermosononikasyonla uygulanan işlem sonucunda ise enzimin aktivasyon enerjisinin kj/mol K e düştüğünü saptamışlardır. Özbek ve Ülgen [33] yaptıkları çalışmada ultrases işleminin enzimler üzerine olan etkisinin enzimlerin amino asit kompozisyonuna bağlı olduğunu söylemişlerdir. Tiwari ve ark., [34] Pektin metil esteraz (PME) üzerine yaptıkları bir çalışmada tek başına ultrases işleminin yeterli olmadığını vurgulamışlardır. PME enzimi üzerine en iyi uygulanacak işlemin yüksek akustik enerji yoğunluğunda (1,05 W/ml) 10 dk olduğunu ve işlem sonucunda PME enziminde %62 lik bir azalma olduğunu saptamışlardır. Cheng ve ark. [35] tropikal meyvelere ultrasesli banyoda düşük basınçlarda bir işlem uygulamışlardır. Yaptıkları bu çalışmada meyvelere yüksek basınçlı ultrases işlemi uyguladıklarında meyvelerin hücre duvarlarının parçalandığını ve proteinlerin de denatürasyona uğradığını görmüşler ve bu nedenle düşük basınçlı ultrases işleminin daha uygun olduğu sonucuna varmışlardır. Lopez ve ark., [36] yaptığı bir araştırmada PPO üzerine monothermosonikasyon işlemini uygulamışlar ve deney sonucunda enzimin D değeri seviyesinde azalma olduğunu gözlemlemişlerdir. Bununla birlikte ultrases işleminin enzimlerin direncini azaltabileceğini fakat inaktivasyon için ısı uygulamasının gerekli olduğunu belirtmişlerdir. Peroksidaz enzimi yüksek ısı stabilitesinden dolayı sebzelerin ağarmasına neden olan bir enzimdir. Peroksidaz enzimi meyve ve sebzelerde bulunması ve onlarda oluşturduğu renk ve tat değişimlerinden ötürü önemli bir enzimdir. Thermosonikasyon işlemi ile birlikte peroksidaz enzimi inaktive olmakta ve ağartma işlemi için gerekli olan zaman da azalmaktadır. Örneğin peroksidaz enziminin %90 inaktivasyonu için 70 s ısısal işlem gerekirken bu oran thermosonikasyon uygulaması ile 5 s olduğu bazı gıda örnekleri için belirtilmiştir [37]. Soya yağındaki LOX enzimi ultrases işlemi ile birlikte %75-85 oranında inaktive edilebilmektedir [14]. Ultrases işlemi sırasında LOX enziminin inaktivasyonu; sıcaklık, uygulama zamanı, ph, ultrases frekans aralığı gibi faktörlere bağlıdır. Günlük süte ultrases uygulaması ile sütteki patojen ve bozulma etmeni mikroorganizmalar kolaylıkla inhibe edilebilir. Fakat ortamda bulunan mikroorganizmaların çoğu ekstraselüler lipaz ve proteaz üreterek UHT ile elde edilen sütün kalitesini ve içilebilirliğini azaltabilirler. Monothermosonikasyonlu işlem bu ısıya dirençli mikroorganizmalara karşı uygulandığında gelenekesel yöntemlere göre daha etkili olabilmektedir [28]. Villamiel ve De Jong., [38] ultrasesin enzimler üzerine etkisini araştırdıkları bir çalışmada, ısı olmadan tek başına ultrases uygulamasının bir etkisi olmadığını tespit etmişlerdir. Ancak sıcaklık 61 C üzerine çıkarılıp sonikasyon işlemi uygulandığında ise enzimlerin inaktive oldukları görülmüştür. Sütte bulunan tüm enzimlere inaktivasyon etkisinin ortam özellikleri ile ilişkili olduğunu saptamışlardır. 32

5 Yüksel, F., Teknolojik Araştırmalar: GTED 2013 (8) DONDURMA TEKNOLOJİSİ VE ÜRÜNLERİ ÜZERİNE ETKİSİ Son zamanlarda yapılan araştırmalar ultrases teknolojisinin dondurma işlemi üzerine umut verici sonuçlar verdiğini ortaya koymuştur. Ultrases teknolojisinin üretmiş olduğu ses enerjisinin yararı, bulunduğu ortamdan geçerken yapmış olduğu çeşitli etkiler vasıtasıyla açıklanabilir. Ses dalgalarının sebep olduğu etkiler arasında belki de en önemlisi onların kavitasyon etkisidir. Ultrases yardımı ile oluşan gaz kabarcıkları çok küçük boyutlardadır ve işlem sürekli olarak devam etmektedir. Bu sırada buz çekirdekçikleri (buzlanma) oluşabilir ve bu kristaller donma işleminin daha verimli olmasını sağlar. Diğer yandan yoğun ve sıkıştırılamayan materyaller değişen akustik stres e maruz kaldıklarında buz kristalleri kırılır ve benzer büyüklükte buz kristal parçalarının oluşmasına yol açar. Bu durum dondurma işleminde hedeflenen bir işlemdir [11]. Netice olarak kavitasyon etkisinin çeşitli dondurma işlemlerinde yararlı olduğu düşünülmektedir. Eğer ultrases teknolojisi taze gıdaların dondurulma işlemlerinde uygulanırsa, dondurma işlemi daha kısa sürede yapılabilecek ve aynı zamanda daha kaliteli gıdaların oluşmasına öncülük edebilecektir. İlave olarak eğer bu işlem kurutma ile birlikte dondurma işlemine tatbik edilirse donmuş üründeki buz kristallerinin boyutu kontrol altına alınabilecektir. Ayıca ultrases işlemi kısmi dondurulmuş ürünün içinde dondurulmuş yüzeyin oluşması, buz kristallerinin azaltılması ve donmuş yüzeyden kabuk oluşumunun önlenmesi gibi faydaları vardır. İşte tüm bu sebeplerden dolayı ultrases uygulamasının kullanıldığı bir dondurma işlemi hem değeri yüksek bir gıda ürünü hem de farmasötik ürün oluşumuna katkı sağlayabilir [11]. Ultrases uygulamasının donma süresine etkisinin araştırıldığı bir çalışmada ultrases işleminin patetes dilimlerinin dondurulmasında donma süresini azalttığı tespit edilmiştir [39]. 5. HOMOJENİZASYON/EMÜLSİFİKASYON ÜZERİNE ETKİSİ Birbiri ile karışmayan iki sıvının karıştırılması işlemine emülsiyon, bunların karışması için ortama ilave edilen maddelere de emülgatör maddeler denir. Birbirine karışmayan iki sıvıya ultrases işlemi uygulandığı zaman iyi bir homejenizasyon/emülsifikasyon işlemi gerçekleştirilebilir. Ultrases işleminin sıvılarda oluşturduğu kavitasyon işlemi neticesinde oluşan kabarcıkların bu iki sıvı arasında patlaması ile bir şok etki meydana gelir ve bu iki sıvının daha homojen bir şekilde karışmasını sağlar. Düşük enerjili uygulanan ultrases işlemine nispeten yüksek enerjili ultrases işlemi daha kararlı bir emülsiyon oluşumuna katkı sağlamaktadır [16]. Palm yağı ile β-lactoglobulin alginate beraber yapılan bir karıştırma işleminde uygulanan ultrases işleminin pıhtılaşan damlacıkları çok küçük hale getirebildiği ve emülsiyon için uygun bir ortam hazırladığı görülmüştür (ph 4-5) [40]. Gaikwad ve Pandit., [41] yaptıkları bir çalışmada yağdaki disperse fazdaki damlacık boyutları, disperse fazın hacmi ile fizikokimyasal özellikleri, zaman ve güç etkilerinin üzerine ultrasesin etkisini araştırmışlar. Sonuç olarak normalde üretilen damlacık boyutları ile karşılaştırıldığında ultrases işlemi uygulanarak elde edilen damlacıkların daha küçük boyutta olduğu görülmüştür. Bermudez-Aguirre ve ark., [42] elektron mikroskobu ile thermosonikasyonlu ultrases işlemi uygulanmış sütteki yağların mikro yapıları hakkında bir çalışma yapmışlar ve yağ globüllerinin bazı kazein miselleri ile onların etkileşimlerinden dolayı granüler yüzey ile yağ globüllerinin daha küçük bir hal aldığının ve böylece sütteki yağ globül membranın parçalandığının sonucuna varmışlardır. Ketçap ve mayonez üretiminde ultrases teknolojisinin kullanımının emülsiyon stabilitesini arttıracağı düşünülmektedir [43]. Ultrases işleminden gelecekte gıda endüstrisi çok fazla yararlanacaktır. Bu işlemin daha iyi bir etki göstermesi için ultrases ekipmanını dizayn ederken daha etkili bir emülsifikasyon işlemi için kavitasyon işleminin sıvının tamamına etki edebilecek bir alet geliştirilmeli ve kullanılmalıdır [16]. Endüstride uygulanan emülsiyon işlemlerinin uzun sürmesi, işçilik gerektirmesi, kullanılacak emülgatörlerin bulunmasında yaşanan sıkıntılar ve maliyetli bir yöntem olmasından dolayı ultrases işlemi endüstri için potansiyel bir alternatiftir. 33

6 Teknolojik Araştırmalar: GTED 2013 (8) ET TEKNOLOJİSİNDE ULTRASES UYGULAMALARI Güvenlik ve renkle birlikte gevreklik tüketiciler tarafından ette aranan en önemli özelliklerdendir. Biyolojik ve teknolojik faktörlerden dolayı etlerde gevreklik çok büyük değişkenlikler gösterirken, etin gevrekliğini arttırmada ve değişkenliğini azaltmada teknolojik uygulamalar denenmektedir. Bu uygulamalar arasında ultrases uygulaması hücreler arası yapının mekanik değişimini tetikleyebilir. Yapılan bir çalışmada sekiz sığırdan alınan kas numuneler ( ~ 50 gr) hem ölüm sertliği öncesi (pre rigor) hem de sertlik sonrası (post rigor) dönemlerinde ultrases uygulamasına tabi tutulmuştur. Sertlik öncesinde yapılan uygulamada, ultrasesin ölüm sonrası oluşan sertlikte (rigor mortis) çok az gecikmeye, sarkomer de gerilmeye, Z-hattı bölgesinde ultra yapısal değişmeye ve kitosol bölgesinde de kalsiyum salgısında ani bir artışa sebep olduğu, bununla birlikte etin olgunlaşması üzerine etkisi hakkında herhangi bir kesin sonuç bulunamadığı yargısına varılmıştır. Sertlik sonrası yapılan uygulama herhangi bir yapısal değişime yol açmazken 6 gün sonra olgunlaşma endeksinde hafif bir iyileşme meydana gelmiştir. Bununla birlikte tüm kontrollerle yapılan karşılaştırma sonucunda nihai olgunlaşma (14 gün) endeksinde hiç bir iyileşme görülmemiştir [44]. Gazı alınmış maden tuzu solüsyonu içine konulmuş bütün bir ete kısa süreli düşük frekanslı yüksek yoğunluklu ultrases uygulamasının eş süreli olarak maden tuzu içine konulmamış ete göre sertliğini azaltabilmektedir [45]. Kuru jambona uygulanan ultrases (%2 lik tuz ilaveli) moleküller arası yapışkanlığı (cohesion) artırabilmektedir [46]. 7. FİLTRASYON İŞLEMİNE ETKİSİ Ultrases filtrasyon işleminde çok önemli etkilere sahiptir. Filtrasyon işlemi esnasında katı maddeler filtre membranının yüzeyine tortu bırakması sonucu filtre gözeneklerinin tıkanmasına ve yapılan filtrasyon işleminin sekteye uğramasına yol açmaktadır. Ultrases işlemi uygulanmış filtrasyon işlemi sayesinde filtre membranın yüzeyinde oluşan kek ve polarize maddeler kırılarak akışın hızlı bir hal almasını sağlamaktadır. Ayrıca membran filtre ile beraber ultrases işleminin uygulanmasının yalnız ultrases işlemi uygulamasına göre daha etkili bir sonuç verdiği gözlenmiştir [47]. 8. ULTRASES İLE İLGİLİ YAPILAN DİĞER ÇALIŞMALAR Mısır nişastası yüksek yoğunluklu ultrases uygulamasına tabii tutulduğunda; işlem nişasta granüllerindeki kristal bölgeleri parçalamaktadır. Ultrases uygulanmış nişasta granüllerinin diferansiyel taramalı kalorimetre ölçümlerinin sonucunda jelatinleşme iç enerjisi (entalpi) ve kıvam katsayısı (consistency coefficient, k) önemli bir oranda azaldığı tespit edilmiştir [8]. Mısır nişastasının şekerleştirme verimi ve partikül boyutu dağılımı üzerine ultrases etkilerini tespit etmek için 20 khz lik bir frekansta hem bir defalık toplu hem de sürekli akan ultrases sistemleri ile yapılan çalışmalar ultrasesin mısır nişastasında 34

7 Yüksel, F., Teknolojik Araştırmalar: GTED 2013 (8) şekerleşme oranını arttırdığı ve mısır peltesi içindeki partikül boyutunu küçülttüğünü ortaya koymuştur [48]. Ayrıca güç ultrases teknolojisi gıda ürünlerinden ve sebzelerden çeşitli bileşenlerin ekstrakte edilmesinde katkısı olan ve bu konuda gelecek vaad eden bir teknolojidir [49; 50]. Güç ultrases işleminin gıdaları daha az zarar ve kalite kaybıyla geleneksel kurutma yöntemlerine göre daha iyi kuruttuğu bulunmuştur [51]. Wang ve ark., [52] sarımsakta bulunan allyin liyaz enzimi üzerine yaptıkları ultrases çalışmasında taze sarımsaktan elde edilen enzim aktivitelerinin düşük frekans ve orta yoğunluklu ultrases işlemi ile geliştirilebileceğini göstermişlerdir. Knorr ve ark., [10] depolanan portakal suyuna ultrases ile sıcaklık uygulamasını birlikte uygulamışlar ve askorbik asit degradasyonunun yalnız sıcaklık uygulanan örneklere göre daha az olduğunu görmüşlerdir. Ultrases işlemi gıda endüstrisinde kesici özellik gösteren bıçak gibi aletlerle birlikte kullanılmaktadır. Sisteme bağlı ultrases cihazının yaydığı titreşimler vasıtasıyla kırılgan ve heterojen (kesilmesi zor gıda ürünleri) ürünlerde minumum kayıp ile kesim işlemi gerçekleştirilebilmektedir. Bu sistemin kullanılması ile ürünlerde daha az kayıp olmakta, az bir bakım maliyeti oluşmakta ve yüzeylerde oluşabilecek mikrobiyal bulaşmalar engellenmiş olmaktadır [47; 53; 54]. Ultrases teknolojisinin turşu salamurasında kullanımının olumlu etkileri görülmüştür. Salamura esnasında meydana gelen tuz kayıpları nedeniyle salamuraya sürekli tuz ilavesi yapılmakta, bu da hem zaman hem de maddi kayıplara neden olmaktadır. Ultrases işlemi uygulanmış salamura turşularında ise tuzun ürünlere nüfuzu hızlanmış ve salamura işlemi kısa sürede tamamlanabilmiştir [47]. 9. SONUÇ Ultrases teknolojisi uygulandığı ürüne zarar vermemesi, uygulanabilirliğinin kolay olması ve çevre dostu olması gibi özelliklerden dolayı gıda endüstrisinde gelecekte çok fazla yararlanılabilecek bir potansiyele sahiptir. Pastörizasyon ve sterilizasyon gibi hali hazırda gıdaların muhafazasında uygulanan ısısal işlemlerin yerini ultrases gibi ısısal olmayan teknolojilere bırakması gıda endüstrisinin hayalini kurduğu bir gelişmedir. Çünkü ısısal işlemlerde meydana gelen olumsuzluklar gıda işletmelerine hem maddi hem de manevi zarar verebilmektedir. Bu tür işlemlerde meydana gelen zararlanmaların giderilmesi beslenme açısından önemli olduğu kadar işletmenin reklamı ve pazar payı açısından da önemlidir. Yapılan denemeler ultrases teknolojisinin özellikle gıdaların muhafaza edilmesinde tek başına yeterli olmadığını ortaya koymaktadır. Diğer yandan ultrases ısı, basınç ya da ısı + basınç ile birlikte kullanıldığında ise işlem etkinliği çok fazla arttığı görülmüştür. Halen laboratuar çalışmalarında çok yaygın olarak kullanılmasına karşın endüstri aşamasına tam manasıyla entegre edilememiştir. Bilim dünyası ultrases teknolojisinin alet ekipman kısımlarındaki uygulamalarının geliştirilmesine ve bu gelişmenin takibiyle endüstri aşamasına kaydırılmasına çalışmaktadır. Ancak uygulamalarda karşılaşılan bazı olumsuz durumlar nedeniyle gıda endüstrisi bu teknolojiyi kullanmamayı tercih etmektedir. Örneğin sıvı yumurtaya uygulanan ultrases sonucunda yumurtada bulunan ovalbuminde %50 oranında azalma meydana geldiği belirlenmiştir. Süt teknolojisinde pastörizasyon veya sterilizasyon yerine kullanılması durumunda kavitasyon etkisiyle meydana gelen çok ani sıcaklık artışı ortamda bulunan zararlı bakterilerin ölmesini sağlarken sütte bulunan serum proteinlerinden serum albumine ve α-lactoalbuminin denature olmasına neden olmakta, ayrıca sütün renginde olumsuz durumlar oluşturabilmektedir [17]. Bu gibi olumsuzlukların önüne geçilebilmesi durumunda ultrases teknolojisi gelecekte hem bilimin hem de gıda endüstrisinin çok yaygın olarak yararlanacağı bir uygulama haline gelecektir. 35

8 Teknolojik Araştırmalar: GTED 2013 (8) KAYNAKLAR 1. Ashokkumar, M., Sunartio, D., Kentish, S., Mawson, R., Simons, L., Vilkhu, K. and Versteeg, C., 2008, Modification of Food Ingredients by Ultrasound to Improve Functionality: a Preliminary Study on a Model System, Innovative Food Science and Emerging Technologies, 9: Ulusoy, K. ve Karakaya, M., 2011, Gıda Endüstrisinde Ultrasonik Ses Dalgalarının Kullanımı, Gıda, 36 (2): Abramov O.V., 1998, High-Intensity Ultrasound: Theory and Industrial Applications London: Gordon and Breach. 4. Earnshaw, R.G., Appleyard, J. and Hurst, R.M., 1995, Understanding Physical Inactivation Processes: Combined Preservation Opportunities Using Heat, Ultrasound and Pressure, International Journal of Food Microbiology, 28 (2): Bayraktaroğlu, G. ve Obuz, E., 2006, Ultrasound Yönteminin İlkeleri ve Gıda Endüstrisinde Kullanımı, Türkiye 9. Gıda Kongresi; Mayıs 2006, Bolu, s Ercan, S.Ş. ve Soysal, Ç., 2011, Ultrasonun Gıdalarda ve Enzimlerin İnaktivasyonunda Kullanılması, Gıda, 36 (4): Dolatowski, Z. J., Stadnik, J. and Stasiak, D., 2007, Applications of Ultrasound in Food Technology, ACTA Scientiarum Polonorum - Technologia Alimentaria, 6(3): Jambrak, A. R., Herceg, Z., Šubaric, D., Babic, J., Brncic, M., Brncic, S. R., Bosiljkov, T., Cvek, D., Tripalo, B. and Gelo, J., 2010, Ultrasound Effect on Physical Properties of Corn Starch, Carbohydrate Polymers, 79: Demirdöven, A. and Baysal, T., 2009, The Use of Ultrasound and Combined Technologies in Food Preservation, Food Reviews international, 25: Knorr, D., Zenker, M., Heinz, V. and Lee, D-U., 2004, Applications and Potential of Ultrasonic in Food Processing, Trends in Food Science & Technology, 15: Zheng, L. and Sun, D-W., 2006, Innovative Applications of Power Ultrasound During Food Freezing Processes a Review, Trends in Food Science & Technology, Mason, T. J., Paniwnyk, L., and Lorimer, J. P., 1996, The Use of Ultrasound in Food Technology, Ultrasonics Sonochemistry, 3: S253 S McClements, D. J., 1995, Advances in the Application of Ultrasound in Food Analysis and Processing, Trends in Food Science and Technology, 6: Thakur, B. R. and Nelson, P. E., 1997, Inactivation of Lipoxygenase in Whole Soy Flour Suspension by Ultrasonic Cavitation, Nahrung, 41(5): Murphy, R., Beard, B., Macry, J. and Berrang, M. E., 2009, Application of Ultrasonic Technology for Killing Salmonella and Listeria monocytogenes in Fluid System, Institute of Food Technology, June 6-9,2009. Anaheim, CA Soria, A. C. and Willamiel, M., 2010, Effect of Ultrasound on the Technological Properties and Bioactivity of Food, Trends in Food Science & Technology 21: O Donnell, C. P. Tiwari, B. K. Bourke, P. and Cullen, P. J., 2010, Effect of Ultrasonic Processing on Food Enzymes of İndustrial İmportance, Trends in Food Science and Technology, 21: Piyasena, P., Mohareb, E. and McKellar, R. C., 2003, Inactivation of Microbes Using Ultrasound, International Journal of Food Microbiology, 87: Tavman, Ş., Kumcuoğlu, S. ve Akaya, Z., 2009, Bitkisel Ürünlerin Atıklarından Antioksidan Maddelerin Ultrason Destekli Ekstraksiyonu, Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, Bornava-İzmir, Gıda, 34 (3): Butz, P. and Tauscher, B., 2002, Emerging Technologies: Chemical Aspects, Food Research International, 35 (2/3):

9 Yüksel, F., Teknolojik Araştırmalar: GTED 2013 (8) Güleç, H. A., 2006, Modern Gıda Muhafazasında Vurgulu Elektrik Alan ve Ultrason Uygulamaları, Türkiye 9. Gıda Kongresi; Mayıs 2006, Bolu, s Ordonez, J. A., Sanz, B., Hernandez, P. E. and Lopez-Lorenzo, P., 1984, A Note on the Effect of Combined Ultrasonic and Heat Treatments on the Survival of Thermoduric Streptococci, Journal of Applied Bacteriology, 54: Pagan, R., Manas, P., Alvarez, I. and Condon, S., 1999, Resistance of Listeria monocytogenes to Ultrasonic Waves Under Pressure at Sublethal (Manosonication) and Lethal (Manothermosonication) Temperatures, Food Microbiology, 16: Hoover, D. G., 2000, Kinetics of Microbial Inactivation for Alternative Food Processing Technologies: Ultrasound, Journal of Food Science, (Suppl.). 25. Scherba, G., Weigel, R. M. and O'Brien Jr. W. D., 1991, Quantitative Assessment of the Germicidal Efficacy of Ultrasonic Energy, Applied and Environmental Microbiology, 57(7): Zenker, M., Heinz, V. and Knorr, D., 2003, Application of Ultrasound Assisted Thermal Processing for Preservation and Quality Retention of Liquid Foods, Journal of Food Protection, 66: San Martín M. F., Harte F. M., Lelieveld H., Barbosa-Cánovas G. and Swanson B. G., 2001, Inactivation Effect of an 18-T Pulsed Magnetic Field Combined With Other Technologies on Escherichia coli, Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2: Lopez, P. and Burgos, J., 1995, Lipoxygenase İnactivation by Manothermosonication: Effects of Sonication Physical Parameters, PH, KCl. Sugars, Glycerol and Enzyme Concentration, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 43: Vercet, A., Lopez, P., and Burgos, J., 1997, Inactivation of Heat-Resistant Lipase and Protease from Pseudomonas Fluorescens by Manothermosonication, Dairy Science, 80: Coakley, W. T., Brown, R. C. and James, C. J. 1973, The Inactivation of Enzymes by Ultrasonic Cavitation at 20 KHz, Archives of Biochemistry and Biophysics, 159: Manas, P., Munoz, B., Sanz, D. and Condon, S., 2006, Inactivation of Lysozyme by Ultrasonic Waves Under Pressure at Different Temperatures, Enzyme and Microbial Technology, 39(6): Kadkhodaee, R. and Povey, M. J. W., 2008, Ultrasonic Inactivation of Bacillus -amylase. I. Effect of Gas Content and Emitting Face of Probe, Ultrasonics Sonochemistry, 15(2): Özbek, B., and Ülgen, K., 2000, The Stability of Enzymes After Sonication, Process Biochemistry, 35(9): Tiwari, B. K., O Donnell, C. P., Muthukumarappan, K. and Cullen, P. J., 2009, Effect of Sonication on Orange Juice Quality Parameters During Storage, International Journal of Food Science and Technology, 44(3): Cheng, L. H., Soh, C. Y., Liew, S. C. and Teh, F. F., 2007, Effects of Sonication and Carbonation on Guava Juice Quality, Food Chemistry, 104: Lopez, P., Sala, F. J., de la Fuente, J. L., Condon, S., Raso, J. and Burgos, J., 1994, Inactivation of Peroxidase, Lipoxygenase and Polypohenol Oxidase by Manothermosonication, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 42: Cruz, R. M. S., Vieira, M. C. and Silva, C. L. M. 2006, Effect of Heat and Thermosonication Treatments on Peroxidase Inactivation Kinetics in Watercress (Nasturtium Officinale), Journal of Food Engineering, 72(1): Villamiel, M. and De Jong, P., 2000, Influence of High-Intensity Ultrasound and Heat Treatment in Continuous Flow on Fat, Proteins and Native Enzymes of Milk, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 48: Li, B. and Sun, D.-W., 2002, Effect of Power Ultrasound on Freezing Rate During Immersion Freezing, Journal of Food Engineering, 55(3):

10 Teknolojik Araştırmalar: GTED 2013 (8) Pongsawatmanit, R., Harnsilawat, T. and McClements, D. J., 2006, Influence of Alginate, PH and Ultrasound Treatment on Palm Oil-in-water Emulsions Stabilized by B-Lactoglobulin, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 287: Gaikwad, S. G. and Pandit, A. B., 2008, Ultrasound Emulsification: Effect of Ultrasonic and Physicochemical Properties on Dispersed Phase Volume and Droplet Size, Ultrasonics Sonochemistry, 15: Bermudez-Aguirre, D., Mawson, R. and Barbosa-Canovas, G. V. 2008, Microstructure of Fat Globules in Whole Milk After Thermosonication Treatment, Journal of Food Science, 73: Povey, M. J.W., 1998, Ultrasonic of Food, Contemporary Physics, 1998, 39(6): Got, F., Culioli, J., Berge, P., Vignon, X., Astruc, T., Quideau, J.M. and. Lethiecq. M., Efects of High-İntensity High-Frequency Ultrasound on Ageing Rate, Ultrastructure and Some Physico-Chemical Properties of Beef, Meat Science 51: Smith, N.B., Cannon, J.E., Novakofsky, J.E., MacKeith, F.K. and O'Brien, W.D., 1991, Tenderization of Semitendinosus Muscle Using High Intensity Ultrasound, Ultrasonics Symposium, Lake Beuna Vista, Florida 1991, 2, Reynolds, J. B., Anderson, D. B., Schmidt, G. R., Theno, D. M. and Siegel. D. G., 1978, Effetcs of Ultrasonic Treatment on Binding Strength in Curet Ham Rolls, Journal of Food Science, 43(3): Chemat, F., Zill-e-Huma, Khan, M.K., Applications of Ultrasound in Food Technology: Processing, Preservation and Extraction, Ultrasonics Sonochemistry, 18: Montalbo-Lomboy, M., Khanal, S. K., Leeuwen, J. (Hans) V., Raman, D. R., Jr, Dunn L. and Grewell, D., 2010, Ultrasonic Pretreatment of Corn Slurry for Saccharification: A Comparison of Batch and Continuous Systems, Ultrasonics Sonochemistry, 17: Valachovic P., Pechova A. and Mason T. J., 2001, Towards the Industrial Production of Medical Tincture by Ultrasound Assisted Extraction, Ultrasonic Sonochemistry, 8: Vinatoru, M., 2001, An Overview of the Ultrasonically Assisted Extraction of Bioactive Principles from Herbs, Ultrasonics Sonochemistry, 8: Mason, T. J., Riera, E., Vercet, A. and Lopez-Buesa, P., 2005, Application of Ultrasound, Emerging technologies for Food Processing, Academic Press, USA. 52. Wang, J., Cao, Y., Sun, B., Wang, C. and Mo, Y., 2011, Effect of Ultrasound on the Activity of Alliinase from Fresh Garlic, Ultrasonics Sonochemistry, 18: Gómez, M., Oliete, B., García-Álvarez, J., Ronda, F. and Salazar, J., 2008, Characterization of Cake Batters by Ultrasound Measurements, Journal of Food Engineering, 89: Arnold, G., Leiteritz, L., Zahn, S. and Rohm. H., Ultrasonic Cutting of Cheese: Composition Affects Cutting Work Reduction and Energy Demand, International Dairy Journal, 19: