Gıda Endüstrisinde Ultrason Kullanımı

Transkript

1 Gıda Endüstrisinde Ultrason Kullanımı

2 Ses, nesnelerin titreşiminden meydana gelen ve uygun bir ortam içerisinde (hava, su vb.) bir yerden başka bir yere, sıkışma (compressions) ve genleşmeler (rarefactions) şeklinde ilerleyen bir dalgadır. Dolayısıyla ses, bir basınç dalgasıdır. Ultrason (sonikasyon); sözlük anlamı itibariyle, saniyede veya daha fazla titreşim gerçekleştiren ses dalgaları ile enerji meydana getirilmesi olarak ifade edilmektedir. Genellikle, ultrason düzeneği 20 khz'den 10 MHz'e kadar değişen frekanslar kullanmaktadır. Ultrason uygulamalarının sınıflandırılmaları için üretilen ses alanının enerji miktarı en önemli ölçüttür.

3 20 Hz 20 KHz 10 MHz 200 MHz İnfrason Akustik Ultrason Gıda Uygulamaları

4 Ses gücü (W), ses yoğunluğu (W/m2), ses enerjisi yoğunluğu ise (W.s/m3) ile karakterize edilmektedir.

5 Uygulamaların sınıflandırılması amacıyla, düşük ve yüksek enerji (düşük ve yüksek güç) veya sinonimleri düşük frekans düşük genişlik, yüksek frekans düşük genişlik veya düşük frekans yüksek genişlik uygulamaları kullanılır.

6 Ultrasonun Mekanizması ve Etkileri Ses enerjisi sürekli dalga-tipi bir hareket oluşturarak ortama girdiğinde, bu hareketin bir sonucu olarak boylamsal dalgalar oluşur ve bu durumda ortamdaki partiküller üzerinde bir sıkışma ve gevşeme yaratır. Uygulanan ses dalgasının büyüklüğü ve kullanılan frekansa bağlı olarak çok çeşitli uygulamalara olanak sağlayan bir seri fiziksel, kimyasal ve biyokimyasal etkiler gerçekleşebilmektedir.

7 Yüksek şiddetli ultrasonikasyon uygulanan sıvıda yüksek basınç ve düşük basınçlı dalgalar oluşur. Düşük basınçlı dalga oluşumu sırasında, ultrasonik dalgalar küçük vakum baloncuklar meydana getirirler ve bu baloncuklar daha fazla enerji absorblayamayacak hacme ulaştıklarında, yüksek basınçlı dalga oluşumu ortaya çıkar ve bu sırada içe doğru patlarlar. Bu olaya kavitasyon adı verilir.

8

9 Kavitasyon 1. Kavitasyon olayının oluş sırası şöyledir: 2. ultrason dalgalarının seyrelme fazında boşluk biçiminde bir kesilme olur. Bu boşluk ise verilen sıvının doymuş buharı ile doludur. 3. sıkıştırma fazında buhar yoğunlaşır ve boşluk, artan basıncın etkisi ile düşmesi sonucu bozunur. 4. sıkışma son bulduğunda ortamda hızla buharlaşan etrafı çevrili sıvı içinde, saniyelik şok dalgaları oluşur. 5. Kavitasyon olarak adlandırılan bu olay sonucunda 1000 atm nin üzerinde basınç ve büyük bir enerji açığa çıkar. Bu enerji, kabarcıkların bulunduğu bölgeyi ısıtır ve kimyasal reaksiyonlara neden olur.

10 Gıda prosesleri amacıyla kullanılan düşük frekanslı ( khz ve yüksek güçlü ultrason (power ultrasound) ultrason uygulamalarında, kavitasyon oluşabilmektedir. Kavitasyon baloncuklarında, patlama anında yapılarında çok yüksek derecede ısı (yaklaşık olarak 5000 K) ve basınç (tahminen 500 MPa) oluşur. Ultrason uygulaması ile mikroorganizmaların ölümü, ortamdaki bu basınç ve sıcaklık değişimleri nedeniyle oluşan kavitasyon ile açıklanmaktadır.

11 20 khz, 2000W gücünde bir ultrasonik işlemci. Tüp çapı gerçekte 150 mm. Kırmızı ışık baloncukları görünür kılmak amacıyla kullanılmıştır.

12 Ultrason düzeneği

13

14

15 Kavitasyonu etkileyen parametreler Sıcaklık: Meydana gelen kavitasyonun derecesi çeşitli parametrelerden etkilenmektedir. 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.

16 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.

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

18 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. Düşük frekanslarda ve yüksek şiddette ultrasonun, viskoz ürünlere nüfuz etmesi daha iyi olduğundan, viskozite probleminin üstesinden gelebilmek için, düşük frekansta ve yüksek şiddette ultrason kullanılmalıdır. Alternatif olarak ise sıvı ısıtılarak viskozitesinin azaltılması sağlanmalı ve böylece ultrasonun difüzyon şansı arttırılmalıdı.

19 Ultrasonun Mikroorganizmalara Etkisi 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

20 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. Ancak aşağıda da açıklandığı gibi hücre ve hücre duvarı özelliklerin mikroorganizmaların US ile inaktivasyonunu önemli ölçüde etkilediğinden birinci görüş önem kazanmaktadır. Ayrıca her iki mekanizmanın etkili olabileceği de düşünülmektedir.

21 Farklı mikroorganizma türlerinin ultrasondan etkilenme dereceleri de farklıdır. Genellikle büyük hücreler ultrasona karşı daha duyarlıdır. Bu hücrelerde yüzey alanının büyük olması kavitasyon sonucu oluşan basınçtan daha fazla etkilenmelerine neden olur. Gram pozitif hücreler ise hücre duvarlarının daha kalın olması dolayısıyla Gram negatif hücrelere oranla daha dirençlidirler. Sporlar ise ultrasona karşı çok dirençlidir. Mikrobiyal inaktivasyon üzerine ultrasonun etkinliğini etkileyen diğer önemli faktörler, ultrasonik dalgaların büyüklüğü, uygulama süresi, işlenen gıdanın hacmi ve bileşimi ve uygulama sıcaklığıdır.

22 Enzimler üzerine etkisi olduğu uzun zamandır bilinmektedir. Ancak bir kısım araştırmacılar ultrasonun tek başına enzim üzerine etkili olmadığını belirtirken, bir kısım ise akustik kavitasyonun enzimi fiziksel ve kimyasal yönden etkilediğini savunmaktadır. Ultrasonun enzim üzerine etkisinin, kullanılan enzime ve işlem parametrelerine göre değiştiği bilinmektedir. Ayrıca ultrason ile enzim etkisizleştirilmesi farklı mekanizmalarla açıklanmıştır. Bu mekanizma genelde ultrasonun makromolekülleri depolimerize etmesi şeklindedir.

23 Ultrasonun enzimleri üç mekanizma ile etkisizleştirdiği ileri sürülmektedir; enzimin kavitasyondan kaynaklanan yüksek sıcaklık ile inaktive olması sonik dalgaların şoku ile açığa çıkan mekanik güç suyun sonolize olması ile serbest radikallerin açığa çıkması

24 Ultrason Uygulamaları 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 ısıtma, ekstrem ph ve klorlama gibi diğer dekontaminasyon yöntemleriyle birlikte kullanılmasının daha etkili olduğu belirtilmiştir.

25 Farklı mikroorganizmaların ve enzimlerin ısıya karşı dirençleri birbirinden farklı olduğundan, ultrasonun mikroorganizmalar ve enzimler üzerindeki etkisi de faklı olmaktadır. Bu yüzden ultrason bazı sistemlerde tek başına yeterli olurken bazılarında yeterli inaktivasyon derecelerine ulaşmak için ısı ve/veya basınç gibi işlemlerle kombine edilerek kullanılması gerekmektedir. Bunlar; o o o ultrason ve ısıl işlem (termosonikasyon, TS) ultrason ve basınç (manosonikasyon, MS) ultrason, basınç ve ısıl işlem (manotermosonikasyon, MTS) uygulamaları

26 Termosonikasyon (TS) Yapılan bir araştırmada ultrason (20 khz, 160 W) ile ısıl işlemin (62 C'ye kadar) birlikte kullanılmaları durumunda Entereococus faecium ve E. durans inaktivasyonlarının her iki işlemin tek başına kullanıldıkları duruma kıyasla daha etkili olduğu gösterilmiştir.

27 Ortam sıcaklığı 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. Böylelikle sıvının kaynama noktası üzerindeki sıcaklıklarda dahi etkili bir şekilde uygulama gerçekleştirilebilmektedir.

28 MTS uygulaması, bakteri sporları ve vejetatif hücreleri ile mayalar üzerine etkilidir. Aeromonas hydrophila, Sacchammyces cerevisia, B. coagulans ve B. stearothermophillus üzerinde yapılan bir çalışmaya göre MTS uygulamasının letal etkisinin, aynı sıcaklıktaki yalnızca ısıl işlem (pastörizasyon gibi) uygulamasına kıyasla 6-30 kat daha fazla olduğu bildirilmektedir. Diğer taraftan,böyle bir MTS uygulamasının, B. subtilis sporlarının C' deki ısıl direncini sadece ısıl işlem görmüş kontrol örneklerine oranla 1/10 düzeyine düşürdüğü bildirilmektedir.

29 MTS uygulaması sonucu oluşan etki sinerjist özellik göstermektedir. Yani meydana gelen toplam etki, bu etkiyi oluşturan her bir bileşenin (ultrason, ısıi işlem ve basınç) tek başına kullanıldıklarında yarattığı etkilerin toplamından çok daha fazladır. Ultrason, hedef molekülleri ve/veya yapıları duyarlı hale getirmekte ve böylelikle ısı ve basınç daha etkili olabilmektedir.

30 Basınçtaki değişmeler ve şok dalgaları hücrede fıziksel hasara yol açmaktadır. Ultrasonikasyon sonucunda spor yapısı bozulmakta ve bazı bakteri sporlarının korteksinden dipikolinik asit ve düşük molekül ağırlıklı polipeptidler açığa çıkmaktadır. Bu korteks degredasyonu protoplastın rehidre olmasına ve sonuçta ısıl direncinin kaybolmasına neden olmaktadır.

31 Enzim İnaktivasyonu Yukarıda da açıklandığı gibi Ultrason uygulamalarından mikrobiyal inaktivasyon yanında enzim inaktivasyonu amacıyla da yararlanıiabilmektedir. Ancak, Ultrasonun tek başına kullanılması enzimler üzerinde önemli bir inaktivasyon etkisi göstermezken diğer yöntemlerle kombine kullanımı (TS veya MTS) sinerjist etki yaratmaktadır. Ultrason ve ısıl işlemin birlikte kullanılması durumunda sütteki fosfataz ve laktoperoksidaz gibi enzimlerin her iki uygulamanın tek başına yapıldığı duruma kıyasla etkili bir şekilde inaktive edilebildiği bildirilmektedir.

32 MTS ile enzim inaktivasyon mekanizması: mikrobiyal inaktivasyon mekanizmasına benzemekte olup kavitasyon sonucu meydana gelen kabarcıkların sönümlendikleri anda oluşan yüksek sıcaklık ve basınç inaktivasyonda etkili olmaktadır. Yine meydana gelen serbest radikaller, enzimin yapısal stabilizasyonunda veya katalitik fonksiyonlarında rol alan amino asitlerle reaksiyona girebilmektedir. Bu bağlamda prolin, lösin, izolösin, lisin ve glutamik asit OH radikalleri ile kolaylıkla reaksiyona girebilmekte ve peroksi radikalleri meydana getirerek protein parçalanmasma neden olan zincir reaksiyonları başlatmaktadır.

33 MTS uygulamasının Gıda endüstrisinde potansiyel kullanım alanlarından biri, domateslerdeki pektik enzimlerin inaktivasyonunda yararlanılmasıdır. Domates suyu üretiminde pektik enzimlerin neden olduğu viskozite probleminin engellenmesi amacıyla genellikle "sıcak işleme" (hot break) tekniği uygulanmakta ve domates mayşesi C sıcaklıklara derhal ısıtılarak bu enzimlerin inaktive edilmeleri sağlanmaktadır. Bununla birlikte ısıl işlemin domates ürünlerinde renk, flavor, besinsel kalite vb. karakteristiklerine negatif etki yaptığı da bilinmektedir. Domateslerde bulunan pektolitik enzimlerin başlıcaları poligalakturonaz (PG) ve pektinmetilesteraz (PME) enzimleridir.

34 Bu enzimlerden PG'ın ise ısıl dirençleri birbirinden farklı başlıca iki izoenzimi (PG Ive PG II) bulunmaktadır. Domates pektolitik enzimlerinin MTS ile inaktivasyonu, aynı sıcaklıklarda gerçekleştirilen ısıl işleme kıyasla oldukça etkilidir. Bu enzimler içerisinde PG I ısıya karşı en dirençli enzim olup, orjinal aktivitesinin % I 'ine indirilebilmesi için 86 C' de 40 dakikalık bir ısıi işleme ihtiyaç varken aynı etki MTS ile 30 saniye içerisinde sağlanabilmektedir. 30 saniye içerisinde aktivitenin % I'e indirilebilmesi, için yalnızca ısıl işlem kullanılması durumunda ise sıcaklığın 97 e olması gerekir. Diğer taraftan böyle bir uygulama ısıya karşı daha duyarlı bir ürün olan portakal suyu üretiminde daha fazla önem taşımaktadır.

35 . Isıl işlem öncesi sütler soğutma tanklarında depolandıklarından, böyle bir işlemle bozulmaya neden olabilen mezofilik mikroorganizmaların gelişmesi engellenirken, psikrotrofik bakterilerin gelişimi teşvik edilmektedir. Her ne kadar bu bakteriler standart ısıl işlem koşulları altında inaktive edilebilseler de birçoğu UHT uygulamasına karşı dirençli hücre dışı proteaz ve lipaz enzimleri üretirler. Isıya karşı oldukça dirençli olan bu enzimler ısıi işlem görmüş süt ve süt ürünlerinin kalitelerini ve raf ömrünü azaltırlar. Bu nedenle sütlerde Pseudomonas fluorescens kaynaklı lipaz ve proteaz enzimlerinin MTS ile inaktivasyonunu incelenmiştir.

36 Bu bağlamda, yapılan araştırma sonucunda MTS uygulaması ile bu enzimlerin inaktivasyonunun etkili bir şekilde gerçekleştirilebildiği gözlenmiştir. Nitekim 140 C'de ve 650 kpa basınç altında gerçekleştirilen MTS uygulaması, aynı sıcaklıktaki ısıi işlemden daha etkili olmakta ve proteaz aktivitesini %6, lipaz aktivitesini ise % 7 kalacak şekilde düşürmektedir.

37 Sonuç olarak, MTS uygulamasının özellikle süt gibi sıvı gıdalar açısından alternatif bir muhafaza yöntemi olabileceği, böylece ısının gıda kalitesinde neden olduğu olumsuzlukların azaltılarak renk, görünüş ve tat açısından daha iyi ürünlerin elde olunması ve ayrıca enerji giderlerinin dolayısıyla maliyetin azaltılabileceği belirtilmektedir. Bununla birlikte MTS uygulamasının aynı zamanda gıda bileşenleri ve özellikleri üzerine etkilerinin de bilinmesi gerekmektedir. Yapılan bazı çalışmalarda bu uygulamanın gıdaların besinsel bileşimi üzerine önemli bir etkisinin olmadığı, buna karşılık gıdalarda meydana gelen enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonlarının davranışını değiştirdiği bildirilmektedir. Dolayısıyla MTS uygulamasının endüstriye ticari anlamda adaptasyonu öncesinde kapsamlı araştırmaların yapılması gerekmektedir.

38

39

40 Özet olarak, ultrason uygulamasının ısıl pastörizasyona oranla avantajları; 1- Flavor kayıplarının minimize edilmesi (özellikle meyve sularında), 2- Daha yüksek homojenliğin sağlanması, 3- Önemli ölçüde enerji kazanımının sağlanmasıdır.

41 Ultrasonun Gida Endüstrisindeki Kullanim alanları Düşük güç,yüksek frekans ultrason(<1 W/cm 2 ; >100kHz)genel olarak gıda ürünlerini ve prosesini gözlemleme amaçlı kullanılmaktadır.bu tür ultrason kullanımı geniş oranda gıda sistemlerinin değerlendirilmesinde kullanılmaktadır.bu değerlendirmede hız(m/s),iç direnç(kg.m/s) gibi birçok parametre kullanılır.bu parametrelerden gıdanın kompozisyon,faz değişikliği,partikül değişikliği ve partikül büyüklüğü dağılımını ölçmede faydalanılır. Düşük enerjili ultrason uygulamaları ayrıca 1. canlı hücrelerin aktivitesini arttırmak, 2. gıdaların yüzey temizliğini sağlamak, 3. ultrasonik olarak destekli ekstraksiyon, kristalizasyon, emülsifikasyon, filtrasyon, kurutma ve dondurma proseslerinde kullanılmaktadır.

42 Yüksek güç,düşük frekans ultrason ( W/cm 2 ; khz) ise genellikle materyalin özelliklerini değiştirmede veya prosesin ilerleyişini etkileme amaçlı kullanılır.bunu fiziksel,kimyasal ve mekanik yollarla yapar.ultrason işlemi gıdanın özelliklerini değiştirebilir ancak genel olarak kullanımı diğer teknolojik proseslerle kombine şeklindedir. Yüksek enerjili ultrason, 1. sıvı gıdalarda degassing işleminde, 2. oksidasyon/redüksiyon reaksiyonlarının indüklenmesinde, 3. enzimler ve proteinlerin ekstraksiyonunda, 4. enzimlerin inaktivasyonunda ve 5. kristalizasyonun indüklenmesinde kullanılmaktadır. Isı, basınç ve ultrason kombinasyonları da (manotermosonikasyon) ısıya dirençli enzimlerin inaktive edilmesinde kullanılmaktadır.

43 Genel olarak gıda teknolojisinde US kullanımı Hücrelerin parçalanması Ekstraksiyon (hücre içi materyalin ekstraksiyonu, enzim eldesi) Sıvı gıdalardaki enzim reaksiyonlarının aktivasyonu Fermentasyonun hızlandırılması Karıştırma Homojenizasyon Katı materyalin sıvı içine disperse olması Sıvı akımdaki yağın emülsifiye edilmesi Spreyleme Gazların ayrılması (degassing) Enzimlerin inaktivasyonu Mikrobiyal inaktivasyon Kristalizasyon Et proseslerinde Canlı hücrelerin stimülasyonu

44 Gıda Sanayinde Sonikasyonun Mevcut Uygulamaları Gıda endüstrisinde ultrason uygulamalarından kalite kontrol, ve gıda işleme amacıyla günümüzde yararlanılmaktadır örnrğin;çikolata kalınlığı,yumurta kabuğu kalınlığı ölçmede,yağ miktarını tayin etmede,etteki yağsız doku tayininde,gıdada metal,cam veya tahta gibi kontaminantların tayininde,gıda kompozisyonu,partikül boyutu belirlemede başarıyla kullanılmaktadır. Katılardan fenolik bileşiklerin ekstraksiyonu; kırmızı ve sarı pigmentlerin ekstraksiyonu; soya fasulyesinden yağ ve proteinlerin ekstraksiyonu; yağlı tohumlardan yağ ekstraksiyonu; üzüm, erik, mango gibi meyvelerde hücre zarının geçirgen hale gelmesi; meyve suları, püre, sos gibi ürünlerin işlenmesi; portakal suyu gibi dispersiyonların stabilitesi ultrason uygulamalarının örnekleridir. Ancak gıda muhafazasında ultrasonun alternatif bir metot olarak kullanılabilmesi için bu konuda daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulmaktadır.

45 Ultrasonik dispersiyon ve deaglomerasyon Ultrasonik kavitasyon yüksek kayma şiddeti yaratır ve bu kayma şiddeti partikül halindeki aglomeratların küçük dispers partiküllere parçalanmasını sağlar.

46 Ultrasonik Degassing Ultrason sıvıda suspanse olmuş küçük gaz kabarcıklarını ortadan kaldırır ve çözünmüş gaz seviyesinin doğal denge seviyesinin altına inmesini sağlar. Amaç; Meyve suyu, şarap gibi sıvı gıdalardaki gazın ortadan kaldırılmasıyla mikrobiyal gelişimin engellenmesi ve raf ömrünün uzatılması

47 Şişe ve Kavanozların Sızıntı Kontrolü için Sonikasyonu Gazlı içecekler ile doldurulmuş şişe ve kutulardan sızıntı kontrolünde ultrason uygulaması kullanılır. Ultrason uygulandıktan sonra karbondioksit gazı sıvı üstüne doğru çıkar ve içerde yüksek basınç oluşur. Eğer ambalajın havayla teması varsa sıvı dışarı sızar.

48 Ultrasonik kesici Ultrasonik kesici µm büyüklüğünde bıçaklarını vibrasyon şeklinde hareket ettirir. Vibrasyon mikroskobiktir, gözle görülemez. Hareket saniyede kez tekrarlanır (20-40 khz) Bu kareketten dolayı, ultrasonik kesici plastik,kauçuk,fil,composit maddeleri ve çeşitli gıda maddelerini kesebilmektedir.

49

50 Ultrasonikasyon, bitki tohumlarından protein ve lipitlerin ekstraksiyonunda da önemli bir yere sahiptir. Hücre duvarı parçalandığı için preslenebilirlik artar ve pres kekinde kalan yağ miktarı azalır. Meyve suyunda da meyve hücrelerinden meyve suyuna fenolik madde geçişini veya renk maddelerinin geçişini kolaylaştırır.

51 Antimikrobiyel Etki Gıdalardan ve işleme yüzeylerinden mikroorganizma kontaminasyonunu kaldırma,ultrasonun tek başına veya diğer tekniklerle birlikte kullanılması gıda sektöründe uzun yıllardır üzerinde durulan konulardan biri olmuştur.lokalize olabilmesinden dolayı ultrasonun antimikrobiyel etkisi fazladır.

52 Ultrason uygulaması;bakteriler,bakteri sporları,mayalar,küfler,protozoa ve virüsleri de içine alan pek çok tür mikroorganizmanın yok edilmesinde kullanılan etkin bir antimikrobiyel uygulama olarak görülmektedir. Farklı mikroorganizmaların duyarlılığı konusunda yapılan karşılaştırmalı çalışmalarda görülmüştür ki,birbirine benzer özellikler gösteren mikroorganizmalarda bile ultrason işlemi farklı etki yapabilmektedir.ancak genel olarak; bakteri sporları ve bazı virüsleri ultrasonla inaktive edilemez. Gram(+)bakteriler, Gram(-) bakterilere göre ultrasona daha az hassastırlar.ayrıca çubuk şekilli bakterilerin,kok şeklinde olanlara göre ultrasona daha duyarlı olduğu gözlemlenmiştir.

53 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

54

55

56 Kütle Transferi Teknikleri ile Ultrasonun Kombinasyonu Kütle transferi;kurutma,filtrasyon,membran ayırma,tuzlama ve ozmotik dehidrasyon gibi birçok endüstriyel proseste önemli rol oynamaktadır.ultrasonun direkt prosesin gelişimine(ör:kavitasyon,mikroakış oluşumu) veya prosesi destekleme yönünde birçok kütle transfer prosesini geliştirdiği görülmüştür. Ultrasonun;kurutma,membran filtrasyon ve ozmotik dehidrasyonla kombine olması konusu üzerine birçok araştırma yapılmaktadır. Kurutma : Kurutma materyalden sıvıyı uzaklaştırmaya dayalı bir prosestir.kurutma etkinliği ;materyalin yapısı,sıcaklık,havanın bağıl nemi ve havanın hızı gibi birçok faktöre bağlıdır.

57 20 ve 40 khz şiddetinde, 3 ve 10 dakikalık süreler boyunca ultrason uygulanmış, 80 C de 3 dakika haşlanmış ve işlem görmemiş mantar, karnabahar ve Brüksel lahanasının hem geleneksel hem de freeze-drying yöntemiyle kuruma hızları kıyaslandığında ultrason uygulamasının kurumayı hızlandırdığı belirlenmiştir. Ultrason ön uygulamasının rehidrasyon özelliğini artırdığı ve freeze-drying uygulanan örneğin daha çabuk rehidrate olduğu saptanmıştır.

58 Ultrasonun ve hava kurutmasının kombinasyonunun birçok üründe(patates ve havuç dilimleri,soğan halkaları,pirinç,mısır gibi)kurutma oranını artırdığı görülmüştür.ultrasonun etki etme frekansı ve yoğunluğunun;materyalin bileşimi,kurutma koşulları ve ultrasonun sistem özelliklerine bağlı olduğu bilinmektedir. Hava kurutma ve ultarsonun kombine olduğu sistemlerde en iyi sonuçlar düşük sıcaklıklarda elde olunmuştur.bu kombinasyonda 60 C havada 25 dk.da havuç dilimlerinin ağırlığının %80 azalırken,tek başına 60 C de hava uygulaması 35 dakika almaktadır.buna karşın 115 C de hava ve ultrason kombinasyonu uygulamasına kıyasla,yalnız başına 115 C de hava uygulaması hiçbir fayda sağlamadığı saptanmıştır..

59 Kurutma işleminde ultrasonun bir diğer uygulaması da sıvı damlacıkların kurutulmasına yardımcı olmaktır. Sprey kurutmada,püskürterek kurutma kulesine ultrason dahil edildiğinde daha düşük sıcaklıklarda kurutma mümkün olabilmekte ve kurutulmuş ürünün parçacık boyutu da azalmaktadır. Ultrasonun gücü arttıkça kuruma kolaylaşmaktadır.

60 Ozmotik dehidrasyon gıda ürünlerini(genellikle meyve,sebze,peynir,et)konsantre bir çözeltiyle(nacl ve şeker çözeltisi)muamele etmeye dayanan bir muhafaza teknolojisidir.su üründen ayrılıp konsantre çözeltiye geçerken,çözeltide çözünmüş maddeler ürüne geçer ve bu yavaş bir prosestir. Ozmotik dehidrasyon ;şeker-asit dengesini,tekstür ve renk stabilitesini geliştirebilir.tipik olarak dondurma veye kurutmadan önce uygulanan bir ön işlemdir. Ultrason işlemi;ozmotik dehidrasyonun oranını artırmak için geliştirilmiş etkili bir tekniktir.

61 Et Ürünlerinin Kürlenmesinde Ultrason Kullanımı Genellikle et ürünlerinin işlenmesindeki temel amaç;çiğ etteki kas proteinlerinin(genellikle NaCl veya NaCl ve polifosfat kombinasyonu ile)çözünebilirliğinin sağlanması ve pişirmeden sonra et parçalarının bir arada tutulmasının sağlanmasıdır.en çok başvurulan uygulama; kalın et parçalarının tuzla miks edilmesidir.ancak bu uygulama çok zaman alıcı olduğu için ultrasonla kombine olarak uygulanabilmektedir. Ultrason ile agitation(karıştırma) işlemlerinin kombinasyonu,tek başına karıştırma işlemine göre daha güçlü bağ kuvveti,daha iyi pişme verimi kazanmasına olanak verir.üründe dışarıdan eklenen tuz miktarı arttıkça bu kombine prosesin veriminin düştüğü veya tamamen ortadan kalktığı görülmüştür.ultrasonla işlenmiş et tumbled(tamburlama) işlemi görmüş ete göre daha yumuşak,daha sulu ve yüksek ürün verimindedir. Bütün çalışmalarda gösterilmiştir ki sadece tumbling uygulanan örneklere kıyasla,yalnız ultrason veya ultrason+tumbling uygulaması,örneklerin mikroyapısını etkilemekte ve mikrofibrillerde daha fazla bir ayrım yapılmasını sağlamaktadır.

62 Isı transferinin artırılması için ultrason kullanımı Ultrason;çözülme,dondurma ve pişirme boyunca ısı transferini artırmada kullanılabilir. Çözülme ve pişirme işlemi sırasında,ultrason ortamı sarıp materyalin ürettiği sonik enerjiyi absorbe ederek ve sonuç olarak ısı transferinin artmasını sağlamak yoluyla prosese yardımcı olur. Dondurma : Ultrason hem gıdanın donması için gereken süreyi düşürerek hem de donmuş gıdanın kalitesini artırarak dondurma prosesine yardımcı olur.ultrason donmakta olan gıda ve refrijerant arasındaki konvektif ısı transfer katsayısını artırmada kullanılabilir.ultrason ayrıca donma işlemi süresince kristalizasyonu etkiler,çekirdeklenme oranını ve kristal büyüme oranını artırır.ultrason donmuş gıdadaki buz kristallerinin boyutunu küçülterek,gıdanın mikroyapısının zarar görme riskini azaltmaya yardımcı olarak,gıdanın kalitesini geliştirmiş olur.

63 Çözme Donmuş gıdaların geniş ölçüde çözülmesi geleneksel olarak hava veya su ile yapılır.fakat artık yüksek basınç,mikro dalga,ohmik ve ultrasonik çözülme gibi hızlı teknolojiler ilgi çekmektedir.çözülme teknikleri; çözülme süresini ve gıdadaki sıcak noktaların oluşumunu minimize etmelidir. Donmuş gıdanın çözme işleminde ultrason kullanımı zayıf penetrasyon,sıcak nokta oluşumu ve yüksek güç tüketimi nedeniyle bu konuyla ilgili ilk girişimler çok başarılı olamamıştır.son yıllarda ses dalgaları ve gıdalar arasındaki etkileşimin daha iyi anlaşılmasıyla birlikte ultrason yöntemiyle çözmenin sonuçlarında bir gelişme gözlemlenmiştir.

64 Ultrason enerji absorbsiyonunun,gıdanın içindeki buz kristallerinin termoelastik gevşemesine bağlı olduğu ve bu gevşemenin de buz kristallerinin yönelimine,boyutuna ve sıcaklığa bağlı olduğu ileri sürülmüştür. Etkili akustik veya ultrason çözülmesi;gıdanın yüzeyine yakın yerden,aşırı sıcaklık uygulamadan,gıdanın uygun frekans ve şiddette çözünmesine bağlıdır. 500 khz ve 0.5 W/cm 2 kombinasyonu,yüzey ısınmasını da minimize etmesinden dolayı etkili bir çözülme bu şartlarda gerçekleşebilmektedir.ancak bazı çözülme teknikleri ürünün yüzeyinde aşırı ısınmaya sebep olabilir,bu da ürünün kalitesinde kayıplara yol açar.

65 Pişirme Birçok ultrason pişirme prosesi et ürünleri için geliştirilmiştir ve benzer proses diğer gıdalar için de kullanışlı olabilir. Su banyosundaki sığır eti örneklerine ultrason pişirme yöntemi uygulanması(1000w,20khz) ızgarada ısı aktarımına dayalı pişirmeye göre pişirme zamanını (6.7 dak.) ve enerji tüketimini(0.08 W/g) düşürmekte ve daha yüksek bir verim kazandırmaktadır.(%85.3) Bunların yanı sıra ultrason pişirme işleminin diğer yöntemlere göre önemli bir dezavantajı,gıdanın flavorundaki zayıflamadır. Çünkü kuru ısıtma yöntemiyle et pişirme(kızartma ve ızgara) boyunca oluşan tat formları,sulu pişirme(kaynatma ve mikrodalga)boyunca oluşan farklı uçucu profil formlarıyla birlikte duyusal karakterin önemli bir parçasını oluşturmaktadır.

66