Meyve Sebze Muhafazasında yeni Teknolojiler

Transkript

1 Meyve Sebze Muhafazasında yeni Teknolojiler Bu başlık altında gıdaların ve özellikle meyve, sebze ve ürünlerinin ultrason, vurgulu elektrik alan ve vurgulu ışık ile muhafazası incelenektir.

2

3 Gıda Endüstrisinde Ultrason Kullanımı Ultrason (sonikasyon); sözlük anlamı itibariyle, saniyede veya daha fazla titreşim gerçekleştiren ses dalgaları ile enerji meydana getirilmesi olarak ifade edilmektedir.

4 Uygulanan ses dalgasının büyüklüğü ve kullanılan frekansa bağlı olarak çok çeşitli uygulamalara olanak sağlayan bir seri fiziksel, kimyasal ve biyokimyasal etkiler gerçekleşebilmektedir. Gıda prosesleri amacıyla kullanılan düşük frekanslı ( khz) ve yüksek güçlü ultrason (power ultrasound) ultrason uygulamalarında, kavitasyon (gaz kabarcıklarının içe doğru patlamaları nedeniyle oluşan etki) oluşabilmektedir. Kavitasyonda açığa çıkan ısı ve buna bağlı olarak ortam sıcaklığının 550 o C'ye hızlı değişir ve basınç 50 Mpa'a kadar çıkar. Ultrason uygulaması ile mikroorganizmaların ölümü, ortamdaki bu basınç ve sıcaklık değişimleri nedeniyle oluşan kavitasyon ile açıklanmaktadır.

5 Ultrasonun hücrelerde meydana getirdiği yıkım etkisi konusunda farklı teoriler mevcuttur. Ultrasonik dalga bir sıvıdan geçtiğinde çok küçük kabarcıklar veya boşluklar meydana getirmekte, başka bir ifade ile "kavitasyon" oluşmaktadır. Bu kabarcıklar sönümlendikleri anda ise o noktalarda lokal olarak yüksek sıcaklık ve basınç oluşturmaktadırlar. Sıcaklık ve basınçta meydana gelen bu ani değişimler ise hücre duvarının yapısının bozulmasına neden olmaktadır

6 Mikrobiyal inaktivasyon açısından bir diğer mekanizma ise serbest radikal oluşumu ile açıklanmaktadır Ultrason uygulaması sırasında OH - radikalleri ve hidrojen peroksit oluşmakta ve meydana gelen bu bileşenlerin önemli bakterisidal etkileri bulunmaktadır.

7 Meydana gelen kavitasyonun derecesi çeşitli parametrelerden etkilenmektedir. Sıcaklık: Örneğin yüksek sıcaklıklarda daha fazla kabarcık meydana gelmektedir. Çünkü sıcaklık arttıkça buhar basıncı artmakta ve gerilim kuvveti azalmaktadır. Ancak yüksek sıcaklıklarda, daha fazla kabarcık oluşmasına karşın bu kabarcıkların sönümlendikleri andaki şiddeti, dolayısıyla da etkinlikleri azalmaktadır.

8 Frekans: Ultrason frekansı da önemli bir parametredir ve maksimum kabarcık boyutlarını belirler. Düşük frekanslarda (örneğin 20 khz), kabarcıklar daha büyük boyutlarda oluşur ve bunlar sönümlendiği an daha yüksek enerji meydana getirirler. Yüksek frekanslarda ise kabarcık meydana gelmesi zorlaşır ve örneğin 2.5 MHz Üzerinde kavitasyon oluşmaz.

9 Dalga büyüklüğü: Kavitasyon şiddetinde, ultrason dalgasının büyüklüğü de etkilidir. Eğer yüksek şiddette kavitasyon isteniyorsa ultrason büyüklüğü de arttırılmalıdır.

10 Ortamın viskozitesi: Kavitasyonu etkileyen diğer bir önemli faktör de sıvı ortamın viskozitesidir. Viskozitesi yüksek ortamlarda ultrason difüzyonu kolaylıkla engellenebilir ve bu durumda da meydana gelen kavitasyonun etkinliği azalır. Alternatif olarak ise sıvı ısıtılarak viskozitesinin azaltılması sağlanmalı ve böylece ultrasonun difüzyon şansı arttırılmalıdır.

11 Ultrason uygulamaları gıdalarda mikrobiyal inaktivasyon açısından tek başına yeterli derecede etkili değilken, diğer yöntemlerle birlikte kullanılması durumunda sinerjist etki yaratmaktadır. Güvenli ürün oluşturmak için gerekli ultrasonikasyon periyodu oldukça uzundur. Bu nedenle, genellikle ultrasonikasyon basınç, ısı ve basınç+ısı kombinasyonları şeklinde uygulanır. Ayrıca yapılan bir çok çalışmada ultrason uygulamasının ekstrem ph ve klorlama gibi diğer dekontaminasyon yöntemleriyle birlikte kullanılmasının daha etkili olduğu belirtilmiştir.

12 Ultrasonla kombine olarak kullanılabilecek bir yöntem ısıl işlem olup bu uygulamaya "termosonikasyon" (TS) denilmektedir. Ancak ortam sıçaklığı sıvının kaynama noktasına yakın değerlere ulaştığı zaman bu sıcaklıktaki sıvının buhar basıncının artması dolayısıyla kavitasyon şiddetinde azalma meydana gelmektedir. Bu problemin üstesinden gelebilmek için ise termosonikasyon işlemi basınç altında ( kpa) gerçekleştirilmekte ve bu uygulamaya "manotermosonikasyon" (MTS) denilmektedir.

13 Ultrason uygulamalarından mikrobiyal inaktivasyon yanında enzim inaktivasyonu amacıyla da yararı anıiabilmektedir. Ultrasonun tek başına kullanılması enzimler üzerinde önemli bir inaktivasyon etkisi göstermezken diğer yöntemlerle kombine kullanımı (TS veya MTS) sinerjist etki yaratmaktadır.

14 Saccharomyces cerevisiae üzerine US etkisi A.işlem görmemiş hücre, B.20 dak, 20kHz ve 45 0 C hücre,d.hücre içi zarar görmüş hücre ve hücre duvarı kalıntısı,l. Parçalanmış hücre ve hücre duvarı

15 Gıda endüstrisinde kullanım alanları 1. sıvı gıdalarda degassing işleminde, 2. oksidasyon/redüksiyon reaksiyonlarının indüklenmesinde, 3. enzimlerin inaktivasyonunda ve Isı, basınç ve ultrason kombinasyonları da (manotermosonikasyon) ısıya dirençli enzimlerin inaktive edilmesinde kullanılmaktadır. 4.canlı hücrelerin aktivitesini arttırmak, 5. gıdaların yüzey temizliğini sağlamak, 6. ultrasonik olarak destekli ekstraksiyon, kristalizasyonun indülenmesinde emülsifikasyon, filtrasyon, kurutma ve dondurma proseslerinde kullanılmaktadır.

16 Vurgulu Elektrik Alan (PEF Uygulamaları) Bu yöntemde iki elektrot arasına yerleştirilmiş gıdaya yüksek voltaj ve kısa vurgular uygulanır, Elektrik akımı gıdanın içinden mikrosaniyede geçer, PEF de Elektrik enerjisi kısa vurgular halinde uygulandığındn gıda ısınmadan bakterilerin hücre membranları mekanik etkilerle parçalanır Geleneksel metotda ise elektrik enerjisi gıdanın içinde termal enerjiye dönüşür bu da mikrobiyal inaktivasyonu sağlar

17

18 PEF uygulandığı gıdada tat-kokuda ve gıda kalitesinde minimum kayıpla mikroorganizmaların inaktivasyonunu sağlar Enerji verimliliği yüksektir, ürün işleme düşük maliyetlidir. PEF tüketicilere mikrobiyal açıdan güvenli minimum işlenmiş, besin değeri yüksek gıdalar sunar bunun yanısıra ekonomik ve etkili enerji kullanımı sağlayan bir teknolojidir PEF en yaygın olarak kullanıldığı alanlar içinde meyve suyu, çorbalar ve süt gibi sıvı gıdalar vardır

19 Sıvı gıdalar yüksek konsantrasyonda iyon içerdiklerinden iletken olarak kabul edilirler Gıdada PEF oluşturabilmek için çok kısa bir zaman diliminde yüksek akım değişimi oluşturulmalıdır Vurgunun oluşumu kapasitörün yavaş yüklenmesi ve hızlı boşalımı ile gerçekleşir

20 Elektrik alan vurguları çoğunlukla üstel azalma yada kare dalga formundadır Üstel azalma vurgusu, çok hızlı maksimum değere yükselip yavaşça sıfıra inen tek yönlü voltajdır

21

22 Kare dalga formunda ise, voltaj hızlıca sıfırdan maksimum değerine yükselir, belirlenen süre bu değerde kalır ve aniden sıfıra düşer

23 Serbest yükler membran yüzeyinin her iki tarafında da birikir Yüzey yüklerinin birikmesi elektromekanik stresi ve transmembran potensiyeli arttırır. Hücre membranının içinde ve dışındaki zıt yüklerdeki çekimden dolayı sıkıştırma basıncı artar buda membran kalınlığının azalmasına neden olur, Elektrik alan gücü belli bir seviyeyi geçtiği zaman membranda porlar oluşmaya başlar

24 Membranın zarar görmesinin nedeni küçük moleküllerin ve iyonların sızmasından dolayı oluşan osmotik dengesizliktir Sitoplazmik içeriğin osmotik basıncından dolayı hücre şişmeye başlar ve porlar büzüşür, hücre hacmi %155 olduğunda hücre membranı parçalanır ve hücre dağılır

25

26 PEF uygulamasında yalnızca mikrobiyal inaktivasyon değil aynı zamanda enzimlerin inaktivasyonunu da sağlamalıdır Ancak vejetatif hücrelerle karşılaştırıldığında enzimler PEF uygulamasına daha dayanıklıdır. Bazı çalışmalarda mikrobiyal inaktivasyon için yeterli olan PEF uygulamasının lipaz, PPO ve glukoz oksidaz gibi enzimler için yalnızca sınırlı bir inaktivasyon sağladığı belirlenmiştir.

27 Lipaz, glukoz oksidaz ve ısıya dayanıklı - amilaz aktivitesinde %70-85 azalma, Polifenoloksidaz ve peroksidaz aktivitesinde ise %30-40 oranında azalma, Alkaline fosfatazda ise yalnızca %5 oranında aktivite azalma olmaktadır. PEF uygulamasının enzimler üzerine sınırlı etkisi olmasından dolayı, bu işlem ısıl uygulanma veya soğukta depolama gibi yardımcı yöntemlerle birlikte kullanılmalıdır.

28 Yüksek şiddetli PEF; -sıvı ürünlerin pastörizasyonu, -mikrobiyal yükün azaltılması -enzim inaktivasyonu Düşük şiddetli PEF; -Hücre içi metabolit ekstraksiyonu (elektroplazmoliz) -Kurutma verimliliğinin artırılması (ozmotik dehidrasyon) -Enzim aktivitesi

29

30 Vurgulu ışık Vurgulu ışık, şidddetli ve kısa süreli ışık vurgusu kullanımını içeren yeni bir gıda muhafaza yöntemidir. Saniye fraksiyonu düzeyinde uygulanan birkaç flaş ile yüksek düzeyde mikrobiyal inaktivasyon sağlanabilmektedir. Bu teknoloji esas olarak ambalajlama materyallerinin yüzeylerinde, şeffaf eczacılık ürünlerinde ve diğer yüzeylerde sterilizasyon veya mikrobiyal yükün azaltılması amacıyla uygulanmaktadır. Vurgulu ışık teknolojisi aynı zamanda gıda maddelerinde kalitenin iyileştirilmesi ve raf ömründe uzama sağlanması amacıyla kullanılabilir. Bununla birlikte vurgulu ışık teknolojisinin gıda endüstrisinde ticari olarak kullanımı henüz yaygın değildir.ancak bazı bu konuda bazı patentler bulunmaktadır.

31 Vurgulu ışık, geniş bir dalgaboyu spektrumunda [ultraviyole(uv) bölgeden yakın infrared (IR) bölgeye kadar], şiddetli ve kısa süreli vurgu kullanımını içeren yeni bir muhafaza yöntemidir. Kullanılan ışık spektrumu, deniz seviyesindeki güneş ışığı spektrumuna oldukça benzemekle birlikte uygulama anında kat daha şiddetlidir. En az 1 ışık vurgusuna maruz kalan materyal yüzeyinde yaklaşık J/cm2 düzeyinde enerji yoğunluğu meydana gelmekte ve 1 mikrosaniye-0.1 saniye süre içinde sterilizasyon gerçekleşmektedir. Birçok uygulamada saniye fraksiyonu düzeyinde uygulanan birkaç flaş ile yüksek oranda mikrobiyal inaktivasyon sağlanabilmektedir.

32

33 Vurgulu ışık sistemi esas olarak güç ünitesi ve lamba ünitesi olmak üzere iki ana bileşenden meydana gelmektedir. Vurgulu ışık Xenon lambalarının anlık enerji boşaltımıyla üretilmektedir. Uygulamaya ve kullanıcı ihtiyacına göre veri toplayıcı, monitör ve lambalar için soğutma suyu gibi çeşitli yardımcı bileşenler de bulunabilir. Yeni vurgulu ışık teknolojisinde farklı ışık kaynakları da kullanılabilmektedir.

34 Genellikle aseptik proseslerde kullanılan ambalajlama materyalleri H kullanılarak sterilize edilmekte ve bunun sonucunda da gıdada veya ambalaj üzerinde istenmeyen kalıntılar kalabilmektedir. Vurgulu ışık, kimyasal dezenfektanlara veya koruyucu maddelere olan gereksinimi ortadan kaldırma veya azaltılması amacıyla, ayrıca raf ömrünün uzatılması ve ürün kalitesinin arttırılması için kullanılabilir Uygulama sonunda yüzeyde meydana gelen sıcaklık artışı sadece birkaç derecedir.

35 Işık vurgularının öldürücü etkisi farklı dalga boylarında değişiklik gösterir. Böylece gıda uygulamalarında, bütün bir spektrum veya seçilen bir dalgaboyu kullanılabilir. Görünür ve IR ışınları fototermal değişikliklere neden olurken UV açısından zengin ışınlar fotokimyasal değişikliklere yol açar. Bu nedenle ışık vurguları gıdalarda da fotokimyasal veya fototermal reaksiyonlara yol açabilirler. Ancak gıdalarda istenilmeyen bu reaksiyonların oluşumu sıvı veya cam bir filtre kullanılarak elimine edilebilir.

36 Fototermal Etki Hücreler patlayıncaya kadar hücreler ile ortam arasında sıcaklık artışı Görünür ışınlar absorblandığında, yüzeyde kısa süreli sıcaklık artışı Fotokimyasal Etki Uygulamanın inaktivasyon etkisi; öncelikli olarak hücrenin UV ye maruz kalmasıyla bakterisidal etkisinin ortaya çıkmasıdır.mitoz ve protein sentezini engelleyen dimer oluşumu tarafından DNA modifikasyonu

37 Yapılan deneyler, yüksek enerji seviyesine sahip olmalarından dolayı nm aralığındaki kısa dalgaboylu UV ışınlarının, daha uzun dalgaboylarından mikrobiyal inaktivasyon açısından daha etkili olduğunu göstermektedir. Bu dalgaboylarındaki UV ışınlarının esas hedefi DNA (deoksiribonükleik asit) olduğundan dolayı, mikroorganizmaların inaktivasyonu DNA daki kopmalar ve kimyasal modifikasyonlar gibi çeşitli mekanizmalarla gerçekleşir.

38 Fototermal etki

39 Karbondioksitin Gıda Endüstisinde Kullanımı Gıda endüstrisinde karbondioksit gıda işleme ve gıda muhafazasında farklı şekillerde kullanılabilmektedi 1. Süper Kritik Karbondioksit 2.Basınçlı Karbondioksit Uygulamaları

40 Süper Kritik akışkan nedir? Maddeler katı, sıvı ve gaz hallerde bulunmaktadır. Ancak gazlar kritik sıcaklıklarının üzerinde ısıtılır ve basınç uygulanırsa süper kritik faz adı verilen dördüncü bir faza geçerler. Bir maddenin kritik sıcaklığı (Tc), o sıcaklığın üzerinde ne kadar basınç uygulanırsa uygulansın sıvılaştırılamayacağı maksimum sıcaklıktır. Bu sıcaklıktaki basınç da kritik basınçtır (Pc). Sıvı ve gaz evrelerin aynı özellikleri aldığı noktaya kritik nokta, bu nokta üzerindeki bölge de Süperkritik bölge adını alır.

41

42 Süperkritik akışkanların sıvı gaz arası özellikleri vardır. Sıvıya benzer yoğunlıkları olup sıvı bir çözücü gibi davranırlar.düşük viskozite ve kütle transfer özelliği veren iyi difüzyon özelliklerine sahiptirler. Buharlaşma gizli ısısı sıfır, bu nedenle ısı kapasitesi çok yüksektir. Sistemin enerji gereksinimi azdır. Yüzey gerilim katsayıları ve viskoziteleri düşüktür ve bu nedenle pompalama masrafları düşüktür.

43 Bunlar içinde karbondioksit bir süperkritik akışkanda aranılan bütün özellikleri taşıdığı için gıda endüstrisinde kullanımı gittikçe yaygınlaşmaktadır. Kritik sıcaklığı 31 o C ve kritik basıncı 7,38 MPa dır. Ayrıca inerttir. Kuru ortamda korrozif değildir.yanıcı ve patlayıcı değildir. Gıdaya ve çevreye zarar vermez. Basınç düşürüldüğünde karbondioksit gaz halinde kolaylıkla çözünenden ayrılır. Ekstraksiyon basınç ve sıcaklıklarında yapılacak küçük artış veya düşüşler, çözücünün viskozite ve yoğunluk gibi fiziksel özelliklerini kolayca değiştirdiği için çözücünün seçiçiliği artar. Çok yönlü kullanılabilir. Hem katı, hem de sıvı sistemler için uygundur. Kütle transfer kapasitesi yüksektir. Gıda endüstrisinde kullanılan çözücüler toksik olmamalı, istenmeyen kalıntılar bırakmamalıdır. Aynı zamanda patlayıcı olmamalı, ucuz olmalı,kolaylıkla gıdadan ayrılabilmelidir. Karbondioksit bu özellikleri taşımaktadır.

44 1.Dekafeinizasyon Düşük miktarlarda uyarıcı, yüksek dozlarda ise uyuşturucu özelliği gösteren kafein mide, kalp rahatsızlığı olan tüketiciler tarafından tercih edilmemektedir. Bu nedenle kahveden kafeinin uzaklaştırılması yaygın olan bir uygulamadır. Kahveden kafeinin süperkritik CO 2 uzaklaştırılması 1978 yılından beri yapılmaktadır.bu gün dünyada bu temele dayalı iki firma tarafından alınan patent bulunmaktadır.

45 2. Lipit ve Kolestrolun Uzaklaştırılması Kolesterol süperkritik CO 2 de çözünebilir. Bu nedenle hayvansal yağlardan veya yumurtanın sarısından kaliteyi bozmadan kolesterolun uzaklaştırılması, et ezmeleri ve süt yağının fraksiyonlanması yoluyla dayanıklılığının artırılması konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Diyet kuruyemiş üretiminde de ürünün yağ dolayısıyla kalori içeriğinin azaltılması amacıyla da süperkritik CO 2 kullanılmaktadır.

46 3.Bitkisel Yağ Ekstraksiyonu Süperkritik karbondioksit bitkisel yağ üretiminde de yağ ekstraksiyonu amacıyla kullanılabilmektedir. Bu uygulamada çoğu zaman etanol, n-heksan veya aseton gibi kosolvent veya modifier kullanılmaktadır.pahalı bir yöntem olmakla birlikte basınç kademeli olarak düşürülerek fraksiyonlama işleminin yapılmasına olarak sağlamaktadır.

47 4. Baharattan baharat ekstraktlarının üretimi Böylece önemli bir mikrobiyel bulaşı kaynağı olan baharat yerine et ürünleri, soslar vb. gibi gıdalarda mikrobiyolojik bulaşı kontrol altına alınabilir. Yine bazı renk ve aroma maddelerinin bu yöntemle ana bitkiden vb estrakte edilebilir.

48 Basınçlı Karbondioksit Uygulamaları Basınçlı karbondioksitten gıda endüstrisinde değişik amaçlarla yararlanılmakta olup eğer ortamda su varsa basınçlı karbondioksit antimikrobiyel madde olarak da kullanılabilir. Ortamda su bulunması halinde gaz formundaki karbondioksit basıncın etkisiyle" gıdanın sıvı fazında çözünür ve oluşan karbonik asit dissosiye olmamış formda ortamda bulunan mikroorganizma hücresi içine alınır. Karbonik asidin etkisiyle hücre içeriğinin ph değeri düşer. Bu da koagulasyona neden olur.bu yöntem tanklarda depolanmış meyve sularında alternatif bir yöntem olarak kullanılmaktadır.ortamda oksijenin bulunmaması küf gelişimini de engellemektedir.

49

50 Karbondioksit basıncının depo zararlılarının öldürülmesindeki etkisinin detayları tam olarak bilinmemekle birlikte bu konuda en az üç farklı etkinin rol oynadığı sanılmaktadır. Bunlar; basınç etkisiyle çözünen-karbondioksidin (karbonik asit) hücre sıvısının ve böceklerde hemolimfin (vücut sıvısı) asitliğinin artmasına yol açması, basıncın aniden kaldırılmasının etkisi (vurgun), ortamdaki oksijenin uzaklaştırılmasıdır.

51 Ortamdaki oksijenin uzaklaştırılması hermetik kapalı tanklarda veya odalarda kontrollu atmosfer oluşturmaktır ve ticari olarak EcO 2 uygulaması olarak bilinmektedir.tankların dayanabildiği basınç bar cıvarındadır.tank uygulama yapılacak genellikle paketlenmiş bakliyat, hububat gibi ürünle doldurulduktan sonra,depo tankından işlem tankına alınan CO 2 alınır ve belli bir basınç altında belli bir süre tutulur. Uygulamadan sonra ürün ya diğer işlem aşamalarına veya yine kontrollu atmosfer depolara alınır. Bu yöntem incirde metil bromid kullanılmadan böcek ve larvaların öldürülmesinde alternatif bir yöntem olarak düşünülmeltedir.