Dondurmada Buz Kristallerinin Oluşumunu Etkileyen Faktörler

Transkript

1 U. Ü. ZİRAAT FAKÜLTESİ DERGİSİ, 2007, Cilt 21, Sayı 2, 1-12 (Journal of Agricultural Faculty of Uludag University) Dondurmada Buz Kristallerinin Oluşumunu Etkileyen Faktörler Caner Acı 1, Tülay Özcan 2 1 T. C. Tarım ve Köyişleri Bakanlığı, Taraklı Tarım İlçe Müdürlüğü 54750, SAKARYA. e-posta: caneraci@hotmail.com 2 Uludağ Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü 16059, BURSA. e-posta: tulayozcan@uludag.edu.tr Özet: Dondurma yağ, süt yağsız kuru maddesi, şeker, stabilizatör, emülgatör ve bazen de lezzet ve renk veren maddelerden oluşan karışımın işlenmesiyle elde edilen bir süt ürünüdür. Dondurma karışımının dondurulması ve sertleştirilmesi sırasında oluşan buz kristallerinin boyutları depolama aşamalarında büyümekte ve dondurmanın kalitesini olumsuz etkileyen rekristalizasyon olayı meydana gelmektedir. Depolama boyunca oluşan rekristalizasyon üzerinde toplam kuru madde, başlangıçtaki dondurulma sıcaklığı, stabilizatör, şekerler ve depolama sıcaklığı gibi faktörler etkili olmaktadır. Anahtar Kelimeler: Dondurma, Kristalizasyon Factors Influencing the Formation of Ice Crystals in Ice Cream Abstract: Ice cream is a dairy product made by mixing of milk fat, nonfat milk solids, sweeteners, stabilizers, emulsifiers and some flavor and colour compounds. The size of ice crystals formed during freezing and hardening process increases throughout storage and thus recrystallization, an important factor for ice cream quality, occurs. Recrystallization is influenced by various factors, including total solids, initial freezing temperature, stabilizer type, sweetener type, and storage temperature. Key Words: Ice Cream, Crystallization Giriş Dondurma tüketimi son yıllarda, besin değerinin üstünlüğü ve herkesçe sevilen tat ve aroması, ferahlatıcı niteliği ile günden güne artmakta, süt teknolojisinin gelişen ve önem kazanan dallarından biri olmaktadır. Dondurma, Türk Gıda Kodeksine göre; dondurma karışımının (içerisinde tat ve çeşidine göre, süt ve/veya süt ürünlerini, içme suyu, şeker ve izin verilen katkı maddelerini bulunduran, istenildiğinde salep, yumurta ve/veya yumurta ürünleri, aroma maddeleri ve çeşni maddeleri gibi bileşenleri içeren, henüz dondurulmamış haldeki karışım) pastörizasyon sonrası, tekniğine uygun olarak işlenmesi ve dondurulması ile elde edilen, 1

2 yumuşak halde ya da sertleştirildikten sonra tüketime sunulan üründür, şeklinde tanımlanmaktadır (Anonim, 2004). Diğer bir ifadeyle dondurma, başlıca yağ, sütün yağsız kuru maddesi, şeker, stabilizatör, emülgatör ve bazen de tat ve renk veren maddelerden oluşan karışımdan üretilen bir süt ürünüdür (Arbuckle, 1972; Akalın ve Gönç,1995; Goff, 2002; Marshall ve ark., 2003). Dondurmaların çeşitleri ve yapıları tüketici talepleri ile işleme koşullarına bağlı olarak değişkenlik göstermesine karşın, son ürün kalitesi üzerinde esas etkili faktörler dondurma karışımının bileşimi, dondurulma parametreleri ve üretim koşullarıdır (Russell ve ark., 1999, Özcan Yılsay ve ark., 2006). Buz kristalizasyonu son ürün kalitesini belirleyen en önemli faktörlerden birisidir. Küçük buz kristalleri üründe hem duyusal hem tekstürel açıdan iyi kalite sağlarken, büyük buz kristalleri dondurmada kumsu ve buzlu tekstüre neden olmaktadır (Donhowe ve Hartel,1996a,b; Russell ve ark., 1999). Buz kristalleri 50 µm den daha büyük çapta olduklarında ağızda hissedilmekte ve üründe kumsu yapı oluşmaktadır (Miller-Livney ve Hartel, 1997). Dondurma üretiminde buz kristalleri, karışımın soğutulması sırasında oluşmakta ve sertleştirme, depolama aşamalarında yapıları değişip büyüyerek irileşmektedir. Buz kristalleri yapısal olarak stabil değildir ve bu yüzden depolama esnasında sayılarında, boyutlarında ve şekillerinde değişimler meydana gelmekte ve bu da rekristalizasyon olarak tanımlanmaktadır. Depolama esnasında meydana gelen rekristalizasyon, dondurmanın toplam kuru maddesi, dondurulma sıcaklık derecesi, yapı içerisinde donmadan kalan su miktarı, kullanılan stabilizatör ve tatlandırıcılar, depolama sıcaklığı gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak değişmektedir (Sommer, 1951; Donhowe ve Hartel 1996a,b; Adapa ve ark., 2000). Dondurmada Kristal Oluşumu Kristal oluşum mekanizmasında suyun buz haline geçmesi önce çekirdeklenme ve daha sonra bu çekirdeğin irileşmesi olarak iki aşamada meydana gelmektedir. Suyun sıcaklığı düşük derecelere ulaştığında belli bir soğuklukta kristal çekirdeği denilen küçük kümecikler oluşmaya başlamaktadır. Ortamda bazı kümeciklerin oluştuğu bazılarının kaybolduğu bir kararsızlık ortamında soğuma devam etmekte ve sıcaklık belli bir dereceye ulaşırsa kümecikler artık stabil hale geçmektedir. Bu buz kristallerinin oluşması sırasında su gerçek donma noktası olan 0 C nin biraz altına kadar soğumakta ve buna aşırı soğuma denilmektedir. Çekirdekler oluştuktan sonra ortam koşullarına bağlı olarak belli bir iriliğe kadar büyümekte ve böylece buz kristalleri oluşmaktadır. Başlangıçta oluşan buz kristallerinin büyüme hızı, ortamın sıcaklık derecesi ve ısının ortamdan uzaklaştırılma hızı gibi başlıca iki faktöre bağlı olmaktadır. Ortamın sıcaklık derecesi ne kadar düşükse kristallerin büyüme hızı da o kadar düşük olmaktadır. Diğer taraftan ortamdan ısı ne kadar hızlı uzaklaştırılırsa (hızlı soğutma) kristallerin büyüme hızı da o kadar artmaktadır. Buna karşın suda erimiş halde bulunan maddeler kristallerin büyüme hızını azaltmaktadır (Cemeroğlu ve Acar, 1986). Süt içerisinde gerçek çözelti durumunda olan maddelerden şeker ve tuzlar (laktoz ve mineral maddeler) sütün donma noktasını değiştirmektedir. Sütün normal donma noktası ila arasında olup ortalama o C dir (Kurdal ve ark., 2004). Dondurma 2

3 üretiminde ise karışımın içerdiği laktoz, tatlandırıcılar, tuzlar ve diğer katkıların oranlarına bağlı olarak karışımın donma noktası değişmektedir (Sommer, 1951; Donhowe ve Hartel 1996a,b; Adapa ve ark., 2000). Karışımın donma noktasına ulaşıldığında, karışım içerisindeki su buza dönüşmektedir. Bu esnada karışım içerisindeki suda çözünen diğer maddelerin konsantrasyonu giderek artmakta ve artan konsantrasyona bağlı olarak karışımın donma noktası daha da düşmektedir. Konsantrasyon yüksek seviyelere ulaştığında ise buz kristalizasyonu durmakta ve karışım içerisindeki suyun yaklaşık %10-15 i donmadan kalmaktadır (Arbuckle,1981). Dondurma üretiminde buz kristallerinin oluşumu karışımın dondurulması ve sertleştirme aşamalarında meydana gelmektedir. Olgunlaştırılan dondurma miksi donduruculardan geçirilerek dondurma haline getirilmektedir. Miksin dondurulmasında en fazla kesikli (Batch - Freezer) dondurucular ve sürekli (Continuous - Freezer) dondurucular kullanılmaktadır. Bu dondurucularda miksin dondurulmasında, dondurulan bölümün etrafında bir soğutucu akışkanın (amonyak ve freon R12, R22) buharlaştırılmasıyla elde edilen soğukluktan yararlanılmaktadır. Bu koşullar altında üründe aşırı soğuma gerçekleşmekte, birçok küçük buz çekirdekçiğinin oluşumu meydana gelmektedir (Şekil 1) (Özcan, 1994; Hartel, 1996; Russel ve ark.,1999; Adapa ve ark, 2000; Hartel, 2001). Şekil.1. Dondurma Karışımının Dondurulması ve Buz Kristallerinin Oluşum Aşamaları (Hartel, 2001). Dondurma dondurucudan alındığı zaman yarı akışkan bir kitleye sahiptir, şekil verilmeye yeterli bir sertlikte değildir ve henüz depolanıp taşınabilecek özellik taşımaz. Bu nedenle derin dondurularak sertleştirilmesi gerekmektedir. Ayrıca, kısmi dondurma işlemiyle sağlanan yapısal niteliklerinin uzun süre korunabilmesi zorunludur. Aksi halde, yeniden kristalleşme ve buna bağlı olarak da büyük kristallerin oluşması söz konusu olabilmektedir (Arbuckle, 1972; Özcan, 1994). Sertleştirme işlemi havanın soğutucu olarak kullanıldığı hava üflemeli soğutucularda gerçekleştirilmektedir. Çeşitli sertleştirme düzen ve yöntemleri bulunmakla beraber, günümüzde en yaygın kullanılanı "Sertleştirme Tünelleri"dir. Dondurma paketleri bu 3

4 tünellerdeki taşıma sistemlerine gevşek olarak yerleştirilmektedir. Burada yaklaşık hızı 10 m/s, ısısı -25 o C / - 35 o C olan soğuk hava akımının dolaştırılmasıyla dondurmanın kısa sürede sertleşmesi sağlanmakta ve dondurmanın bileşimindeki suyun %80-90'ı dondurulmaktadır. Bu işlemler sırasında 1 saat içerisinde ürün iç sıcaklığı -18 o C ye ulaşmaktadır (Arbuckle, 1972; Marshall ve Arbuckle, 1996, Marshall ve ark., 2003). Sertleştirme işleminde ısı transferi dondurma işlemine göre daha düşüktür ve üründe yeni buz kristallerinin oluşumunu sağlayabilecek ölçüde aşırı soğuma meydana gelmemektedir. Bu yüzden buz kristallerinin oluşumu çoğunlukla karışımın dondurulması aşamasında meydana gelmektedir (Sutton ve Bracey, 1996; Adapa ve ark., 2000). Kazıyıcılı dondurucuda başlangıçta 1-2 o C olan karışım ile yaklaşık -30 o C olan soğutucu akışkan arasında aşırı soğuma oluşmaktadır (Adapa ve ark., 2000; Hartel, 2001). Karışım dondurucu bölgeye geldiğinde, soğutucu akışkan karışımı donma noktasına kadar soğutmaktadır. Çekirdeklenme lokal olarak aşırı soğumanın başladığı dondurucunun duvarlarında oluşmaya başlamaktadır (Fennema ve ark., 1973; Schwartzberg, 1990; Russell ve ark., 1999). Buz kristalleri oluşup büyüdüğünde, donma gizli ısısı soğutucuya ve karışım yığınına dağılmaktadır. Buz kristallerini dondurucunun duvarlarında kazıyan bıçaklar sürtünmeyle birlikte mekaniksel enerji açığa çıkartmaktadır. Açığa çıkan bu mekaniksel enerjide kristalizasyon mekanizmasını etkilemektedir. Kazıyıcı bıçaklardan sonra duvarlarda kalan kristal parçacıkları yeni buz kristallerinin oluşumuna öncülük etmektedir. Bu kopan buz parçacıkları ikincil çekirdeklenmeye neden olmakta ve bu mekanizmanın devamını sağlayarak yeni kristallerin oluşumunu devam ettirmektedir (Şekil 2) (Mullin, 1993; Sodawala ve Garside, 1997; Marshall ve ark., 2003). Şekil. 2. Dondurucu İçerisinde Buz Kristallerinin Oluşumu (Marshall ve ark., 2003). Kristal Oluşumunu Etkileyen Faktörler Karışımın soğutulduğu sıcaklık derecesi, soğutma hızı ve karışımın toplam kuru maddesi kristalizasyonu direkt olarak etkilemektedir. Küçük buz kristallerinin oluşması için düşük sıcaklık derecelerinde hızlı soğutma gerçekleştirilmelidir. Kullanılan tatlandırıcılar 4

5 da donma noktasını ve tüm donma parametrelerini değiştirebilmektedir (Goff ve Sahagian, 1996; Russell ve ark., 1999; Adapa ve ark., 2000; Hartel 2001). Kristal oluşumunu etkileyen faktörler dondurmanın işlenmesinden ve kullanılan katkı maddelerinden kaynaklanan faktörler olarak iki grup altında toplanabilir. Dondurma İşleminin Termodinamik Özellikleri Buz kristallerinin ilk oluşumu dondurucuda meydana geldiği için, dondurma işleminin tüm termodinamik özellikleri buz kristallerinin oluşumunu etkilemektedir. Öncelikle buzun kristallenme hızı direkt olarak aşırı soğumanın düzeyine bağlı olmaktadır (Fennema ve ark., 1973). Soğuma sıcaklığı hem donma gizli ısısının hem de ortam ısısının uzaklaştırılmasını etkilemektedir. Düşük soğutma sıcaklığına ulaşabilmek ve hızlı ısı transferinin sağlanabilmesi için soğutucu akışkanın sıcaklığı mümkün olduğu kadar düşük derecelerde olmalıdır. Isının hızla ortamdan uzaklaştırılması hızlı çekirdeklenmeyi ve böylece küçük buz kristallerinin oluşumunu sağlamaktadır (Berger ve ark., 1972). Buz kristalizasyonunun oluşumu şöyle özetlenebilir; Birincil çekirdeklenmenin hızı soğutucunun duvarlarında oluşan aşırı soğuma derecesine bağlı olmaktadır. İkincil çekirdeklenme ise sıvı akış mekaniklerinden, kristal-kristal ve kristal-yüzey etkileşimlerinden meydana gelmektedir (Jancic ve Grootscholten,1984). Aşınma ve sürtünmeyle meydana gelen mekaniksel enerji kristalizasyonu etkilemektedir. Erime nedeniyle kristallerde kaybolma hızı, lokal aşırı soğuma nedeniyle oluşmaktadır. Eğer bir çekirdekçik aşırı soğumanın yetersiz olduğu bir bölgeye girerse, stabilitesini kaybetmekte ve çözülerek kaybolmaktadır (Mullin,1993). Kristallerin bir araya toplanmasının, kristallerin çarpışma sıklığına bağlı olarak buz kristalleri konsantrasyonundaki artışla açıklanabileceği düşünülmektedir (Jancic ve Grootscholten,1984). Karışımın soğutulması, soğutucu akışkanın buharlaşma derecesi ve karışımın dondurucu içerisinde kalma süresiyle ayarlanmaktadır. Dondurucu içerisinde besleme hızının ayarlanmasıyla dondurma karışımının yeterli soğuması sağlanmaktadır. Ürün besleme hızı artırılarak, karışımın dondurucu içerisinde kalma süresi azaltıldığında, dondurma son sıcaklığına daha yavaş ulaşarak, rekristalizasyonun şekillendiği sıcaklık derecelerinde daha uzun süre kalmaktadır (Drewett ve Hartel, 2007). Dondurma işlemindeki bir diğer işlem parametresi de kazıyıcı bıçakların dönme hızıdır. Dönme hızındaki artış ürünün sıcaklığını yükseltmekte, rekristalizasyonu artırabilmekte ve hatta buz kristallerinin bazılarının eriyerek kaybolmalarına neden olabilmektedir (Russel ve ark., 1999). Buna karşın dondurucunun duvarında karışım sıcaklığının sabit tutulduğu tüm dönme hızlarında buz kristallerinin boyutlarının sabit kaldığı belirtilmektedir (Koxholt ve ark., 2000). Karışıma Giren Katkı Maddelerinin Etkisi Dondurma karışımına giren tüm katkı maddeleri karışımın fiziko-kimyasal ve termodinamik özelliklerinde değişikliklere neden olmaktadır. 5

6 Tatlandırıcılar ya da çeşitli şekerler, kuru madde miktarını ayarlamak ve tüketicinin tercih ettiği tatlılığı sağlamak ve duyusal kalitenin sağlanması amacıyla dondurmaya katılmaktadır. Tatlandırıcılar suda çözünmektedirler ve bu sebeple karışımın donma noktasını değiştirerek buz kristallerinin oluşumunu etkilemektedirler. Tatlandırıcılar karışımın donma noktasını düşürerek dondurma işlemi sonunda donmadan kalan su miktarının artmasına neden olmaktadırlar (Arbuckle,1981; Goff ve Sahagian, 1996; Adapa ve ark., 2000; Hartel 2001). Dondurma bileşimindeki serbest suyun tutulmasında etkili olan stabilizatörler dondurma üretiminde kullanılan önemli olan harç maddelerindendir. Stabilizatörler aynı zamanda; I. dondurmada hava-su-yağ emülsiyonunun stabilitesini artırırlar, II. dondurmanın dilde homojen bir şekilde erimesini sağlarlar, III. kıvamı artırarak yapıyı düzeltirler, VI. dondurmanın erimesini geciktirirler ve erime sırasında serum fazın ayrılmasını engellerler, V. hacim artışını (overrun) sağlarlar (Blanshard, 1970; Moore ve Shoemaker, 1981; Wallingfard ve Labuza 1983; Özcan Yılsay, 1998). Hidrofilik makro moleküller olan stabilizatörler su içersinde çözünüp ya da dağılarak bir yoğunlaşmaya neden olmakta ve böylece vizkoziteyi etkilemektedirler (Saldamlı, 1985; Larsen, 1987; Dziezak,1989; Goff ve ark., 1995). Stabilizatörler dondurma üretiminde dondurma ve sertleştirme işlemlerinde, küçük buz kristallerinin oluşumuna yardımcı olarak dondurmaya üniform bir yapı kazandırmaktadırlar (Graham, 1977; Gönç ve Enfiyeci, 1987; Goff ve Sahagian, 1996). Stabilizatörler dondurmanın oluşan buz kristallerinin sayı ve boyutlarından çok rekristalizasyon sırasında buz kristallerinin büyümesini sınırlandırmaktadırlar (Caldwell ve ark., 1992a,b; Sutton ve ark., 1994; Donhowe ve Hartel, 1996a,b; Sutton ve ark., 1996; Hagiwara ve Hartel, 1996; Sutton ve Bracey 1996; Sutton ve ark., 1997; Sutton ve Wilcox 1998a,b; Flores ve Goff, 1999a,b). Emülgatörler, yüzey gerilimini azaltıcı, buna bağlı olarak gıdaların ince dispers yapı kazanmalarını sağlayıcı maddelerdir. Bunlar suda yağ emülsiyonunu korurlar, küçük yağ taneciklerinin ve hava kabarcıklarının dağılım durumlarını sürdürürler ve böylece dondurmanın kabarma niteliği ile yapısını düzeltirler (Tekinşen, 1993; Akalın ve Gönç, 1995; Özcan Yılsay, 1998; Goff, 2002). Emülgatörlerin karışımın başlangıçtaki donma parametrelerine direkt etkisi bulunmamaktadır (Patmore ve ark., 2003). Fakat yapılan çalışmalarda emülgatör kullanılan dondurmalarda küçük buz kristallerinin ve hava hücrelerinin oluştuğu görülmüş ve daha yumuşak tekstürde ürünler elde edilmiştir (Arbuckle, 1986). Dondurmada Rekristalizasyon Üzerine Depolama Sıcaklığının Etkisi Dondurmada başlangıçta oluşan küçük buz kristallerinin daha sonra büyümesi Rekristalizasyon olarak tanımlanmaktadır (Donhowe ve Hartel 1996a,b; Hagiwara ve Hartel 1996; Sutton ve ark., 1994; Sutton ve Wilcox, 1998a,b). Rekristalizasyon gezgin ve yapışma şeklinde iki farklı mekanizmada meydana gelmektedir. Yapışma rekristalizasyonu birbirine çok yakın kristallerinin birleşerek büyümesidir. Bu mekanizmada buz kristalleri hareket etmedikleri için birbirlerine çok yakın konumda olmaları gerekmektedir. Gezgin rekristalizasyon ise bazı kristallerin kaybolurken diğerlerinin irileşmesidir. Gezgin tipi rekristalizasyon daha çok depolama sırasındaki sıcaklık değişimlerinden meydana gelmektedir. Sıcaklıktaki yükselme ürünün dış tabakasında sıcaklık artmasına ve buradaki buz kristallerinin buhar basıncının yükselmesine neden olmaktadır. İç tabakalardaki buz 6

7 kristalleri daha düşük sıcaklıkta bulundukları için buhar basınçları daha küçüktür. Bu durumda dış tabakadaki kristaller sublimasyonla küçülüp kaybolurken iç tabakadaki kristaller büyümektedir. Ortam sıcaklığı ve ürünün dış yüzey sıcaklığı tekrar düşünce bu olay tersi yönde gelişmektedir. Bu durumda yeni kristaller oluşmamakta ancak sayısı azalmış olan kristaller hızla irileşmektedir. Böylece sıcaklık derecelerindeki değişmelerin donmuş üründeki buzun buharlaşarak yer değiştirmesine neden olduğu ve bu şekilde kristal sayılarının azaldığı fakat kristallerin irileştiği görülmektedir (Cemeroğlu ve Acar,1986). Dondurma yüksek sıcaklık derecelerinde depolandığında donmamış su miktarı daha fazla olmakta ve bunun sonucunda rekristalizasyon artmaktadır (Hagiwara ve Hartel, 1996; Adapa ve ark., 2000). Kristallerin boyutları dondurma ve sertleştirme işlemlerinden sonra artmaktadır. Buz kristalleri başlangıçta daha küçük olmasına rağmen, sıcaklık değişmelerine bağlı olarak ısı iletimi farklılıklarından dolayı yüzeyde merkeze göre daha büyük buz kristalleri şeklinde meydana gelmektedir. Depolama sıcaklığının sabit olduğu durumlarda ise yüzeydeki ve merkezdeki buz kristallerinin boyutları çok fazla değişmemektedir (Donhowe ve Hartel, 1996a,b). Dondurma -16 C gibi sabit bir sıcaklıkta depolandığında stabilizatörlerin direk olarak rekristalizasyonu etkilemediği, fakat stabilizatör bulunmayan örneklerde hava boşlukları sebebiyle daha fazla yapısal hatanın ortaya çıktığı belirtilmektedir (Flores ve Goff, 1999a,b). Rekristalizasyonun Engellenmesi Rekristalizasyonun engellenmesinde kullanılan en etkili katkı maddeleri stabilizatörlerdir. Bunlar özellikle sıcaklık değişimlerinin olduğu depolamada laktoz ve buz kristalizasyonunu geciktirmekte ve depolama sırasında ürün hacminin korunmasını sağlamaktadır. Stabilizatörler depolama sırasındaki ani ısı değişimlerden ötürü oluşacak büyük buz kristallerini engelleme etkilerini üç boyutlu bir ağ oluşturarak serbest suyu stabil hale getirmeleriyle sağlamaktadırlar (Webb ve ark., 1974; Goff ve Sahagian, 1996). Stabilizatörler genellikle % oranlarında kullanılarak dondurmanın üniform yapı kazanmasına yardımcı olmaktadır. Buz kristallerinin büyümesini kontrol etmek amacıyla yaygın olarak jelatin, locust bean sakızı (LBG), karboksi metil selüloz (CMC), alginat, karrageenan, guar sakızı (GG) ve ksantan kullanılmaktadır (Cottrel ve ark., 1979; Hagiwara ve Hartel, 1996; Marshall ve Arbuckle, 1996). Kullanılan stabilizatör kombinasyonları ise şunlardır; CMC ve jelatin; CMC ve karrageenan; jelatin, CMC ve karrageenan; CMC, locust bean sakızı ve karrageenandır (Arbuckle,1981). Ayrıca guar sakızı ve locust bean sakızının rekristalizasyonu engellemekte en etkili stabilizatörler oldukları belirtilmektedir. Karrageenan ve alginat ise rekristalizasyon etkisi en düşük stabilizatörlerdir (Budiaman ve Fennema, 1987). Hızlı soğutma karışım içinde küçük ve çok sayıda buz kristallerinin oluşumuna katkı sağlamaktadır. Hızlı soğutmanın etkinliği üzerine en önemli faktörlerden biriside ürünün termal iletkenliğidir. Bir maddenin termal iletkenliği ürünün kompozisyonuna ve özellikle de yapısındaki suya bağlıdır. Dondurma karışımının içerisindeki çeşitli stabilizatörlerin ve tatlandırıcıların suyu bağlama özelliklerine bağlı olarak, karışımın termal iletkenliği değişkenlik göstermektedir (Wallingfard ve Labuza,1983). Özellikle stabilizatörler 7

8 karışımın termal iletkenliğini büyük ölçüde etkilemektedirler. Locust bean sakızı yapısal özelliği ve yüksek termal iletkenliği ile rekristalizasyonu engellemekte ve bunu içeren karışımlar daha hızlı donmaktadır (Bakshi ve ark., 1985; Bemiller ve Whistler, 1996). Guar sakızı karışımın reolojik özelliklerini değiştirerek buz kristallerinin büyümesini engellemektedir (Blond, 1986, Walstra, 1996; Bolliger ve ark., 2000). Stabilizatörler jel yapı oluşturma kapasitelerine bağlı olarak kristallerin morfolojisinde değişim yaratarak onların büyümesini engellemektedir (Muhr ve Blanshard, 1986; Blond, 1994). Ayrıca stabilizatörler ve tatlandırıcılar birlikte viskoziteyi değiştirmektedirler (Adapa ve ark., 2000). Dondurmada stabilizatörlerin kullanılması durumunda bu karışımda Newton tipi olmayan akış karakteri gözlenirken stabilizatör kullanılmayan karışımlar Newtonian akış göstermektedir (Flores ve Goff, 1999a,b). Depolama sıcaklığının 25 C ila 10 C arasında değiştiği koşullarda ve stabilizatörlerin kullanıldığı dondurmalarda buz kristallerinin başlangıçta 35.4 µm, 24 haftalık depolama sonunda ise 95.4 µm çapa sahip oldukları görülürken, stabilizatörlerin kullanılmadığı dondurmalarda bu değerlerin sırasıyla 43.3 µm ve µm olduğu görülmüştür (Goff ve ark., 1993). Sonuç Dondurma üretiminde buz kristallerinin oluşması ürün kalitesini belirleyen en önemli faktörlerden olup karışımın bileşimi ve depolama koşulları tarafından etkilenmektedir. Buz kristalleri dondurma aşamasında oluşmakta ve sertleştirme ve depolamada boyutları büyümektedir. İyi bir dondurmada çok sayıda ve küçük buz kristallerinin olması istenmektedir. Karışımın içerisindeki çeşitli tatlandırıcılar suda çözünüp karışımın donma noktasını değiştirerek kristalizasyonu etkilemektedir. Düşük molekül ağırlığına sahip tatlandırıcıların donma noktasını daha fazla düşürmeleri sonucu donmadan kalan su miktarı artmaktadır. Depolama esnasında da bu donmadan kalan su miktarı ile rekristalizasyon hızlanmaktadır. Stabilizatörler suyu bağlayarak depolama esnasındaki serbest su miktarını azaltırlar ve buz kristallerinin etrafını saran serum fazın viskozitesini artırarak difüzyon hızını azaltmaktadırlar. Depolama sıcaklığı rekristalizasyonun oluşumunda kritik bir rol oynamaktadır. Sıcaklık dalgalanmalarının olmadığı düşük sıcaklık derecelerinde rekristalizasyon oluşumu engellenebilmektedir. Sonuç olarak, dondurma üretiminde son ürün kalitesini koruyabilmek için işleme koşulları, katkı maddeleri ve özellikle tatlandırıcı ve stabilizatörler, depolama ve son tüketiciye ulaşıncaya kadar dağıtım-pazarlama koşulları kontrol altında tutulmalıdır. Kaynaklar Adapa, S., Schnidt, K.A., Jeon, I.J., Herald, T.J. ve Flores, R.A Mechanizm of Ice Crystallition and Recrystallition in Ice Cream, Food Rev.. Int., 16, Akalın, A.S. ve Gönç, S Dondurma Teknolojisinde Kullanılan Katkı Maddelerinin Özellikleri, İşlevleri ve Yasal Durumu Asitler, Tuzlar, Tatlandırıcı Maddeler, Emülsifiye ve Stabilize Ediciler, Ege Üniv., Ziraat Fak. Dergisi, 32,

9 Anonim, Türk Gıda Kodeksi, Dondurma Tebliği (Tebliğ No:2004/45). Arbuckle, W.S Ice Cream, 2nd Ed., AVI Publishing Company, Inc., Westport. CT. Arbuckle, W.S Ice Cream, 3rd Ed., AVI Publishing Company Inc., Westport. CT. Arbuckle, W.S Ice Cream, 4th. Ed., an AVI Book, Published by Van Nostrand Reinhold. New York. Bakshi, A.S., Smith, D.E. ve S.A. Gay Effect of Sweeteners and Stabilizers on the Thermal Conductivity of Ice Cream, Milchwissenschaft, 40, Bemiller, J.N. ve Whistler, R.L Carbohydrates, in Food Chemistry (3rd ed.) O.R. Fennema, Ed. Marcel Dekker, pp , New York. Berger, K.G., Bullimore, B.K., White, G.W. ve Wright, W.B The Structure of Ice Cream-Part 1, Dairy Industries, 37, Blanshard, J. M. V Stabilisers-Their Structure and Properties. J. Sci. Food Agric., 21, Blond, G Nucleation Behaviour of Water in Macromolecular Systems, Cryoletters, 7, Blond, G Mechanical Properties of Frozen Model Solutions, J. Food Eng., 22, Bolliger, S., Wildmoser, H., Goff, H.D. ve Tharp, B.W Relationships Between Ice Cream Mix Viscosity and Ice Crystal Growth in Ice Cream, Int. Dairy J., 10, Budiaman, E.R. ve Fennema, O Linear Rate of Water Crystallization as Influenced by Temperature of Hydrocolloids, J. Dairy Sci., 70, Caldwell, K.B., Goff, H.D. ve Stanley, D.W. 1992a. A Low Temperature Scanning Electron Microscopy Study of Ice Cream, I. Techniques and General Microstructure, Food Structure, 11, 1 9. Caldwell, K.B., Goff, H.D. ve Stanley, D.W. 1992b. A Low Temperature Scanning Electron Microscopy Study of Ice Cream, II. Influence of Selected Ingredients And Processes, Food Structure, 11, Cemeroğlu, B. ve Acar, J Meyve ve Sebze İşleme Teknolojisi, Gıda Teknolojisi Derneği-Yayın No:6, s 508, Ankara. Cottrel, J.I.L., Pass, G. ve Phillips, G.O Assessment of Polysaccharides as Ice Cream Stabilizers, J. Sci. Food Agric., 30, Donhowe D.P., Hartel R.W. 1996a. Recrystallization of Ice in Ice Cream During Controlled Accelerated Storage I., Int Dairy J., 6, Donhowe, D.P., Hartel, R.W. 1996b. Recrystallization of Ice in Ice Cream During Controlled Accelerated Storage II., Int Dairy J., 6, Drewett, E.M. ve Hartel, R.W Ice Crystallization in a Scraped Surface Freezer, J. Food Eng., 78, Dziezak, J.D Emülsifiers: Ingredients For Sweet Success. Hydrocolloid: Gums, Gelatin and Starches, Food Technol., 43,

10 Fennema, O.R., Powrie, W.D. ve Marth, E.H Low-Temperature Preservation of Foods and Living Matter, Marcel Dekker, pp. 598 New York. Flores, A.A. ve Goff, H.D. 1999a. Ice Crystal Size Distributions in Dynamically Frozen Model Solutions and Ice Cream as Affected by Stabilizers, J. Dairy Sci., 82, Flores, A.A. ve Goff, H.D. 1999b. Recrystallization in Ice Cream After Constant and Cycling Temperature Storage Conditions as Affected by Stabilizers, J. Dairy Sci., 82, Goff, H.D Formation and Stabilition of Structure in Ice Cream and Related Products, Curr. Opin. Colloid Inter Sci., 7, Goff, H.D., Caldwell, K.B., Stanley, D.W. ve Maurice, T.J Influence of Polysaccharides on the Glass Transition in Frozen Sucrose Solutions and Ice Cream, J. Dairy Sci., 76, Goff, H.D., Freslon, B., Sahagian, M.E., Hauber, T.D., Stone, A.P. ve Stanley, D.W Structure Development in Ice Cream - Dynamic Rheological Measurements, J. Texture Stud., 26, Goff, H.D. ve Sahagian, M.E Freezing of Dairy Product, In: Jeremiah, L.E., Editor, Freezing Effects on Food Quality, Marcel Dekker, Inc., pp , New York. Gönç, S. ve Enfiyeci, A.S Dondurma Teknolojisinde Kullanılan Emülsifiye ve Stabilize Edici Maddeler Fonksiyonları ve Kombinasyonları, Ege Üniv., Ziraat Fak. Dergisi, 24, Graham, H.D Food Colloids. The AVI Publishing Company Inc., pp. 588, Westport, Connecticut. Hagiwara, T. ve Hartel, R.W Effect of Sweetener, Stabilizer and Storage Temperature on Ice Recrystallization in Ice Cream, J. Dairy Sci., 79, Hartel, R.W Ice Crystallization During the Manufacture of Ice Cream, Trends Food Sci. Technol., 7, Hartel, R.W Crystallization in Foods, Kluwer Academic/Plenum Publish., pp. 325, Gaithersburg, MD. Jancic, S.C. ve Grootscholten, P.A.M Industrial Crystallization, Delft University Press, The Netherlands. Koxholt, M., Eisenmann, B. ve Hinrichs, J Effect of Process Parameters on The Structure of Ice Cream, Possible Methods of Optimizing Freezer Technology, Eur. Dairy Magazine, 11, Kurdal, E., Özcan, T. ve Yılmaz, L Süt Teknolojisi, Uludağ Üniv. Ziraat Fak., Gıda Müh. Bölümü, Ders Notları, No:99, s 240, Bursa. Larsen, G Ice Cream with Combined Emulsifiers and Stabiliziers, Food Addivities, The 1st International Symposium on Food Industry, pp , Çeşme-İzmir. Marshall, T. ve Arbuckle, W.S Ice Craem,, 5th Ed., Chapman and Hall, pp. 349, New York. 10

11 Marshall, R.T., Goff, H.D., Hartel, R.W Ice Cream, 5th Ed., Kluwer Press, pp. 371, New York. Miller, T.-Livney ve Hartel, R.W Ice Recrystallization in Ice Cream, Interactions Between Sweeteners and Stabilizers, J. Dairy Sci., 80, Moore, L.J. ve Shoemaker, C.F Sensory Textural Properties of Stabilized Ice Cream, J. Food Sci., 46, Muhr, A.H. ve Blanshard, J.M Effect of Polysaccharide Stabilizers on the Rate of Growth of Ice, J. Food Technol., 21, Mullin, J.W Crystallization, 3rd ed., Butterworth-Heinemann, pp. 527, London. Özcan, T Bursa İli Merkezinde Açıkta Satılan Meyveli Dondurmaların Kimyasal ve Mikrobiyolojik Nitelikleri Üzerine Araştırma, Y. Lisans Tezi, s 83, Bursa. Özcan Yılsay, T Dondurma Üretiminde Stabilizatör ve Emülgatörlerin Önemi, Dünya Gıda, 10, Özcan Yılsay, T., Yılmaz, L. ve Akpınar Bayizit A The Effect of Using a Whey Protein Fat Replacer on Textural and Sensory Characterics of Low-fat Vanilla Ice Cream, Eur Food Res. Technol., 222, Patmore, J.V., Goff, H.D.ve Fernandes, S Cryo-gelation of Galactomannans in Ice Cream Model Systems, Int. Dairy J., 17, Russell, A.B., Cheney, P.E. ve Wantling, S.D Influence of Freezing Conditions on Ice Crystallization in Ice Cream, J. Food Eng. 39, Saldamlı, İ Gıda Katkı Maddeleri ve İngrediyentler. Hacettepe Üniv., Müh. Fak., Gıda Müh. Bölümü, s 196, Ankara. Schwartzberg, H.G Food Freeze Concentration. In: H.G. Schwartzberg and M.A. Rao, Editors, Biotechnology and Food Process Engineering, Marcel Dekker, pp , New York. Sodawala, S. ve Garside, J Ice Nucleation on Cold Surface: Application to Scraped Surface Heat Exchangers, American Institution of Chemical Engineers Annual Meeting, pp. 38, Los Angeles. Sommer, H.H The Theory and Practice of Ice Cream Making, 6th Ed., The Olsen Publishing Company, pp. 476, Milwaukee, WI. Sutton, R. ve Bracey, J The Blast Factor,. Dairy Ind. Int., 61, Sutton, R.L., Cooke, D. ve Russell A Recrystallization in Sugar/Stabilizer Solutions as Affected by Molecular Structure, J. Food Sci., 62, Sutton, R.L., Evans, I.D. ve Crilly J.F Modelling Ice Crystal Coarsening in Concentrated Dispersed Food Systems, J. Food Sci., 59, Sutton, R.L., Lips, A. ve Piccirillo, G Recrystallization in Aqueous Fructose Solutions as Affected by Locust Bean Gum, J. Food Sci., 61, Sutton, R. ve Wilcox, J. 1998a. Recrystallization in Model Ice Cream Solutions as Affected by Stabilizer Concentration, J. Food Sci., 63,

12 Sutton, R. ve Wilcox, J. 1998b. Recrystallization in Ice Cream as Affected by Stabilizers, J. Food Sci., 63, Tekinşen, O.C Dondurma Üretimi ve Teknolojisi, Selçuk Üniv., Veterinerlik Fak. Besin Kont. Ve Tekn. Anabilim Dalı, s 119, Konya. Wallingfard, L. ve Labuza, T.P Evaluation of Water Binding Properties of Food Hydrocolloids by Physical/Chemical Methods and in a Low Fat Meat Emulsions, J. Food Sci., 48, 1 5. Walstra, P Dispersed Systems: Basic Considerations, In: O.R. Fennema, Editor, Food Chemistry 3rd Ed., Marcel Dekker, New York. Webb, B.H., Jonnson, A.H. ve Alford, J.A Fundamentals of Dairy Chemistry. The AVI Publishing Company Inc., p. 929, Westport, Connecticut. 12