Karbondioksitin Gıda Endüstisinde Kullanımı

Transkript

1 Karbondioksitin Gıda Endüstisinde Kullanımı Gıda endüstrisinde karbondioksit gıda işleme ve gıda muhafazasında farklı şekillerde kullanılabilmektedir

2 1.Gıda işleme amacıyla karbondioksit kullanımı Süper Kritik Karbondioksit 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. Kritik sıcaklık(tc), buhar ve sıvı fazlarının dengede olduğu en yüksek sıcaklık; kritik basınç (Pc) ise bu sıcaklıktaki basınçtır.

3 Saf bir maddenin basınç-sıcaklık diyagramı

4

5 Üçlü nokta ile kritik nokta arasında kalan bölgede madde sıvı buhar basıncı hattının altında kalan kısımda gaz süblimleşme ve yoğunlaşma hattının üzerinde kalan kısımda ise katı

6 Süperkritik akışkanların özellikleri 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. Yüksek bağıl yoğunlukları iyi bir çözgen özelliği kazandırır. Süperkritik akışkanın yoğunluğu, sıcaklık ve basınca bağlıdır.belli bir basınçta sıcaklık artırıldığında veya belli bir sıcaklıklta basınç azaltıldığında yoğunluk azalır.bu özellikten yararlanılarak ekstraktların fraksiyonlanması mümkün olmaktadır. Bir süperkritik akışkanın çözme gücü yoğunluğuna ve çözünen ile arasındaki kimyasal ilgiye bağlıdır. Kritik noktada çözme gücü en düşük değerdedir. 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.

7 Sıvı, gaz ve süperkritik akışkanların özellikleri

8 Bazı bileşiklerin süperkritik akışkan oluşturma açısından özellikleri

9 Süperkritik Karbondioksit Karbondioksit,aseton, toluen, metanol,amonyak gıda endüstrisinde sıklıkla kullanılan süperkritik akışkanlardır. 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.

10 Kısaca Karbondioksitin özellikleri şöyle özetlenebilir: Faz dengesi Pek çok organik madde için iyi bir çözgendir. Organik maddelere göre bağıl uçuculuğu daha fazladır. Taşınım özellikleri Viskozitesi ve yüzey gerilim katsayısı düşüktür. Buharlaşma entalpisi çok düşüktür. Güvenlik Toksik ve korozif değildir. Tutuşma özeliği yoktur. Ekonomik özellikleri Maliyeti düşüktür. Kolay elde edilebilir.

11 Karbondioksitin süperkritik forma dönüşümü

12 Süperkritik Karbondioksit Uygulamaları 1.Süperkritik akışkan ekstraksiyonu (SFE) 2.Basınçlı karbondioksit uygulamaları (HPCD) 3.Süperkritik ekstrüzyon (SCFX)

13 1.SÜPERKRİTİK AKIŞKAN EKSTRAKSİYONU (SFE) Bir numune matriksi ile ekstraksiyon akışkanı arasındaki kütle aktarım hızı, ekstrakte edilecek türün akışkandaki difüzyon katsayısına ve akışkanın viskozitesine bağlıdır. (difüzyon hızı ne kadar büyük ve viskozite ne kadar küçükse, kütle aktarımı o kadar hızlı olur) Bir süperkritik akışkanın çözücü gücü basıncı ve sıcaklığı değiştirerek geliştirilebilir. Diğer yandan sıvıların çözücülük güçleri sıcaklıkla artarken basınçtan fazla etkilenmez. Bu sebeple, süperkritik akışkanlarla ekstraksiyon yapılırken, basınç ve sıcaklık bir analit için en uygun değerlere ayarlanabilir. Bu nedenle hızlı bir tekniktir. süperkritik akışkanlarla ekstraksiyon genelde dakikada tamamlanırken, sıvılarla gerçekleştirilen bir ekstraksiyon saatler, hatta günler alabilir.

14 Pek çok süperkritik akışkan, oda koşullarında gazdır. Çözeltilerdeki analitlerin geri kazanılması sıvı çözeltilere göre basittir. Çünkü sıvıları ısıtarak buharlaştırmak gerekir ve bu da bir yandan sıcaklığa duyarlı maddelerin bozunmasına, bir yandan da uçucu analitlerin kaybına yol açar. Halbuki süperkritik bir akışkanı, sadece basıncı kaldırarak analitten ayırmak mümkündür. Alternatif olarak, süperkritik akışkandaki analit çözeltisini, içine analiti iyi çözen bir sıvı çözücü konmuş küçük bir kaptan kabarcıklar halinde geçirmek ve böylece analitin derişik bir çözeltisini hazırlamak mümkündür

15 Tarihçe İlk kez 1879 da Royal Society seminerlerinde (Londra) Hannay ve Hogart tarafından, bir katının yüksek basınçtaki gazda çözündüğü, basınç düşürülünce katının çöktüğü açıklanmıştır. Bir kaç yıl sonra Eduard Buchner (1907 de biyokimya alanında Nobel ödülü almıştır), uzun süren bir çalışmanın ardından naftalinin SC-CO 2 içindeki çözünürlüğünü ölçmüştür.

16 Süperkritik Karbondioksit İçinde Çözünürlük CO 2 apolar bir madde olduğu için apolar maddeleri çözer. Düşük molekül ağırlıklı hidrokarbonlar, lipofilik organik bileşikler (eterler, esterler) kolaylıkla ekstrakte edilir. Yağ asitleri ve trigiseritler düşük çözünürlüğe sahiptir. Genellikle hidroksil ve karboksil grupları maddelerin süperkritik CO 2 içinde çözünürlüğünü azaltır. Alkaloidler, fenoller ve çoğu anilin bileşikleri düşük çözünürlüktedir. Meyve asitleri ve birçok inorganik tuzlar süperkritik CO 2 de çözünmezler. Karboksilik asitler gibi polar bileşikler eğer düşük molekül ağırlıklı ise çözünürlük gösterir. Polar ve yüklü maddeler örneğin şekerler ve aminoasitler süperkritik CO 2 de çözünmezler. Amidler ve üre de düşük çözünürlük gösterir.

17 Süperkritik Karbondioksit İçinde Çözünürlük Düşük molekül ağırlıklı, ortalama polariteye sahip olan bileşikler, örneğin kafein, kolesterol ve alkoller belli düzeyde süperkritik CO 2 de çözünürler. Mumların, reçine ve pigmentlerin çözünürlükleri süperkritik CO 2 din yoğunluğunun yükselmesiyle artırılabilir. Genellikle bileşiğin C-C çift bağ sayısı arttıkça çözünürlük artar. Büyük moleküller örneğin selüloz ve proteinler, klorofil de süperkritik karbondioksit içinde çözünmezler.

18 Kosolvent Süperkritik CO 2 içinde bir maddenin çözünürlüğü az miktarda kosolvent veya yardımcı çözücüler ilavesiyle artırılabilir. Kosolvent olarak aseton, metanol ve etanol gibi bileşikler kullanılmaktadır. Çözünürlük artışının nedeni çözünen ile yardımcı çözücü arasındaki interaksiyonlar sonucu oluşan H bağlarıdır.

19 Süperkritik karbondioksit ile ekstraksiyon Karbondioksit döngüsü

20 Ekstraksiyon sırasında karbondioksitin faz değişimi

21 Gıda Endüstrisinde Süperkritik CO 2 Uygulamaları 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. Bu yöntemle taneciklerdeki kafein % 3 ten %0,02 ye kadar düşürülebilir.

22 Kahveden kafeinin uzaklaştırılmasında kahve taneleri ıslatılarak CO 2 nin kafein seçiciliği artırılır.bu yöntemde kahve çekirdeğinde kafein miktarı %0,02 ye kadar düşürülebilir. Ancak çoğu zaman bu kadar düşük kafein miktarı istenilmez. Organoleptik özellikler açısından, kafeinli kahve ile bu yöntemle elde olunan kafeinsiz kahve arasında önemli farklar bulunmamaktadır.

23

24 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. Günümüzde yaygın olarak tüketilen patates cipsinin yağ miktarını düşürmek amacıyla da süperkritik CO 2 den yararlanılmaktadır.patates cipsleri geniş yüzey alanlı ince parçacıklar olduklarından ekstraksiyon prosesi hızlıdır, patatesin yapısında ve lezzetinde her hangi bir değisiklik olmadan yağ miktarı %50 kadar azaltılabilmektedir. Böylece %40 0lan yağ miktarı %20 lere düşürülebilmektedir. Diyet kuruyemiş üretiminde de ürünün yağ dolayısıyla kalori içeriğinin azaltılması amacıyla da süperkritik CO 2 kullanılmaktadır.

25 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.

26 4.Şerbetçi otundan reçinelerin ekstraksiyonu Bira endüstrisinde kullanılan şerbetçi otunda tat verici bileşenlerin bulunduğu reçineler vardır. Bu reçineler diklorometanla ekstrakte edildiğinde ppm düzeyinde çözücü kaldığı için SC-CO 2 yöntemiyle aromada kayıp olmaksızın ekstraksiyon gerçekleştirilebilmektedir. Sadece Avustralyada yılda ton şerbetçi otu bu yöntemle işlenmektedir.

27 5. Mikroorganizmaların İnaktivasyonu Süperkritik karbondioksitin kullanıldığı diğer bir uygulama, mikroorganizmaların inaktivasyonudur. Gıdalarda bulunan mikroorganizmaların inaktivasyonunda kullanılan buhar sterilizasyonu, UHT, toksik kimyasallar ve ışın gibi geleneksel yöntemlerin birtakım dezavantajları bulunmaktadır. Bu yöntemler ısıya duyarlı maddeler olan tıbbi malzemeler, ilaçlar ve gıdalarda kullanıldıklarında aroma kaybına, denatürasyona ve o maddeye ait kalite özelliklerinin değişmesine neden olurlar. Bu nedenlerden dolayı SC-CO 2, mikroorganizmaların inaktivasyonu açısından son yıllarda önemli bir seçenek ve ekonomik bir yöntem olarak ortaya çıkmıştır.

28 SC-CO 2 ortamında çalışan bir mikrobiyel inaktivasyon sistemi Mikrobiyel inaktivasyon işlemine tabi tutulacak maddenin yüksek basınç hücresine yerleştirilmesi, Sıcaklık biriminin çalıştırılarak sistemin belirlenen çalışma sıcaklığına getirilmesi, İstenilen çalışma basıncına ulaşılana kadar sisteme CO 2 basılması, Çalışma basıncı ve sıcaklığında maddenin belirli süre bekletilmesi, Hücrenin basıncının boşaltılması ve maddenin uzaklaştırılması.

29 Palm meyvesinden süperkritik ekstraksiyonla palm yağı eldesi sırasında mikrobiyel inaktivasyon SC-CO 2 yöntemi uygulanmamış palm yağındaki bakteri kolonileri 40 C ve 13.7 MPa basınçta 60 dakika uygulanan SC-CO 2 uygulamasından sonraki bakteri kolonileri 40 C sıcaklıkta ve 20.7 MPa basınçta uygulanan SC-CO 2

30 6.Enzim İnaktivasyonu 2007 yılında yapılan bir çalışmada SC-CO 2 yönteminin, depolanmış elma suyundaki polifenoloksidaz aktivitesi, renk ve esmerleşme derecesi üzerine etkisi araştırılmıştır. Bu araştırmada depolamada normal elma suyu, SC-CO 2 yöntemi uygulanmış elma suyu ve sadece ısıl işlem uygulanmış elma suyu kullanılmıştır. Elma suyuna uygulanmış olan süperkritik karbondioksit koşulları, 55 C sıcaklık ve 8, 15, 22 ve 30 MPa basınçtır. Sadece ısı uygulaması yapılan örnek için de 90 saniyede 95 C sıcaklık uygulanmıştır. Bu örnekler 4 C de 4 hafta depolanmıştır.

31 SC-CO 2 ve ısı uygulamasının ardından 4 C de 4 hafta boyunca depolanan elma suları a:kontrol b:isı uygulanan c:scco 2-8 MPa d: SCCO 2-15 MPa, e: 22 MPa f :30 MPa

32 SC-Akışkan Uygulamalarının Dezavantajları Yüksek kurulum maliyeti Bazı koşullarda basınç kontrolünün zor olması Güvenlik nedenleri

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42 2.Gıda muhafazasında karbondioksit kullanımı Basınçlı Karbondioksit Uygulamaları Gıdaların yüksek basınçlı gaz ile muhafazasında en yaygın olarak kullanılan gaz karbondioksittir. Karbondioksit birçok özelliği bakımından gıda muhafazasında kullanılmaya uygundur. Örneğin, yanıcı ve toksik değildir, gıda bileşenlerine karşı kimyaca inert ve ucuz bir gazdır. Basınçlı karbondioksitten gıda endüstrisinde değişik amaçlarla yararlanılmakta olup eğer ortamda su varsa basınçlı karbondioksit antimikrobiyel madde olarak da kullanılabilir.

43 Yüksek basınç altında karbondioksidin mikroorganizmalara etkisi, yüksek hidrostatik basıncın etkisine benzerlik göstermekle birlikte karbondioksidin bazı niteliklerinden dolayı bu etkiye aşağıdaki mekanizmaların da eklenmesi gerekir.

44 Sıvı gıdalara karbondioksit uygulaması gıdalardaki mikrobiyal yükün azaltılmasında önemli bir faktör olarak tanımlanmış ısısal olmayan pastörizasyon metodlarından birisi biyolojik sistemlerde - protein denatürasyonu - lipid safha değişimleri - hücre zarlarının ve duvarlarının yırtılmasına neden olarak etkisini gösterir.

45 karbondioksit uygulamasıyla hücre içi ph anında düşürülür hücre zarından kolayca geçiş sağlanır hücre zarındaki fosfolipitlerin ve hidrofobik bileşiklerin ekstraksiyonu sağlanır mikroorganizmalar inaktive olur

46 Basınçlı karbondioksitin lipaz, alkalin fosfataz, metilesteraz ve polifenol oksidaz enzimleri üzerinde de etkisi olduğu tespit edilmiştir. Enzim inaktivasyonundaki etki mekanizmasının da mikrobiyal inaktivasyonla benzer şekilde olduğu söylenmektedir.

47 Hücre İçi ph Değerinin Hızlıca Düşürülmesi Sıvı ortamlardaki karbondioksit uygulaması aşağıdaki kimyasal tepkimeye göre olmaktadır. Basınçla uygulanan karbondioksit akışkan içerisinde karbonik asit formundadır. HCO3 - eksi değerlikli olduğu için hücre içerisine girmesi çok kolay olmaktadır. Erimiş karbondioksit solüsyon içerisinde ph değişimine sebep olabilmektedir.

48 Hücre Zarından Kolayca Geçiş ve Hücre Zarındaki Fosfolipidlerin ve Hidrofobik Bileşiklerin Ekstraksiyonu Basınçlı karbondioksit uygulaması, hücre için hayati önem taşıyan fosfolipidler ve hidrofobik bileşikleri ekstrakte ederek mikrobiyolojik inaktivasyonu sağlar Karbondioksit hücre içine girince hücrelerde öldürücü etki yaparak hücrelerin yapısını ve hücrenin biyolojik sistemlerinin çalışma dengesini bozar. Hücresel zarın fonksiyon ve yapısına zarar vererek enzimatik aktiviteleri inhibe eder ve hücre duvarını parçalayarak hücre inaktivasyonunu sağlar.

49 Enzim Aktivitesinin Durdurulması Yüksek basınçlı karbondioksit uygulaması, enzim inaktivasyonu için ısıl işleme alternatif olarak kullanılabilmektedir. Süperkritik haldeki karbondioksit kullanımının gıdalardaki enzim aktivitesini kısmi olarak durdurduğu ispatlanmıştır. Basınçlı karbondioksitin portakal suyundaki pektinmetilesteraz ve elma suyundaki polifenoloksidaz enzimini inaktive ettiği spektrofotometrik ve titrimetrik yöntemlerle gösterilmiştir.

50 Karbondioksitin Mikrobiyal İnaktivasyonunu Etkileyen Faktörler basınç sıcaklık çalışma hacmi uygulama zamanıdır. Mikrobiyal inaktivasyon oranı ayrıca gıdanın tipi ortamın ph değeri ortam bileşenleri (protein,aminoasit, şeker, yağ, vitamin miktarı) çevresel şartlar hücrenin yaşı ve mikroorganizma tipi ile de ilgilidir.

51 *Basınç Yüksek basınçlı karbondioksit uygulamasında mikrobiyal güvenliğin artması ve mikrobiyal kararlılığın sağlanması için uygulama basıncı, başlangıç mikroorganizma sayısında yeterli bir azalma sağlamalıdır. Yüksek basınçlı karbondioksit uygulamasında genellikle basıncın arttırılmasıyla inaktivasyon artmaktadır. Daha yüksek basınçlarda daha kısa uygulama zamanı ile aynı orandaki mikrobiyal inaktivasyon kolayca sağlanmaktadır. Basınç kontrolu hem karbondioksit gazının çözünürlüğünü hem de ortam süspansiyonunun çözünürlülüğünü kontrol eder. Bununla birlikte yüksek basınç hem karbondioksit çözünürlülüğünü arttırır hem de karbondioksitin hücrelerle temas etmesini kolaylaştırır.

52 *Sıcaklık Mikrobiyal inaktivasyon sabit basınçta sıcaklığa bağlıdır. Basınçlı karbondioksit uygulamasında sıcaklığın artmasıyla mikrobiyal inaktivasyonun arttığı görülmüştür. Bu durumun sebebinin yüksek sıcaklığın karbondioksit difüzyonunu arttırması olabileceği rapor edilmiştir. Sıcaklık yükseldikçe hücre zarının karbondioksit geçirgenliği artar ve hücre zarından geçiş yükselir. Fakat bununla birlikte yüksek sıcaklık gıdanın kalitesini azaltabilir!!

53 Karbondioksidin düşük sıcaklıklarda basınç etkisiyle suda çözünürlüğü arttığından sıcaklığın azalması ile antimikrobiyel etkisi de artmaktadır. Ancak bu durum süperkritik karbondioksit için geçerli değildir. Süper kritik karbondioksit mikroorganizma hücresinin önemli bileşenlerinin ekstraksiyonuna neden olarak hücrenin ölümüne yol açtığı halde,

54 Karbondioksit gibi bir gaz basıncı yardımıyla mikroorganizmaların öldürülmesinde, uygulanan basıncın hücre üzerinden aniden kaldırılması da ölüm üzerine etkili olmaktadır. Çünkü CO 2 basınç etkisiyle hücre içindeki sıvıda çözünmekte ve basıncın aniden kaldırıiması sonucu oluşan gaz habbecikleri hücre duvarını ve sitoplazmayı zedelemektedirler. Basınçlı karbondioksit uygulama yöntemi baharat, hububat gibi gıdalarda bulunabilen insekt ve bunların larvalarının (depo zararlıları) öldürülmelerinde kullanılabilir.bu nedenle basınçlı karbondioksit uygulamaları organik ürünlerin üretiminde kullanılmaktadır.

55 *Uygulama Süresi Desimal inaktivasyon zamanı (D) başlangıçtaki mikroorganizma sayısını %90 azaltmak için gereken zaman olarak tanımlanır. Basınçlı karbondioksit uygulamalarında, uygulama zamanı arttıkça yaşayan mikroorganizmaların azaldığı görülmüştür.

56 Basınçlı karbondioksidin mikroorganizmalara etkisi Hücrenin basınç uygulamasından önce patlaması Hücre bileşenlerinin ekstraksiyonu Yüksek Basınçlı CO2 CO2 nin Hücre İçine Difüzyonu Hücre içi ph sının düşmesi Yüksek basıncın enzimleri etkisiz hale getirmesi Bakterinin etkisiz hale gelmesi Hücrenin basınç uygulaması sırasında patlaması

57

58 Basınçlı karbondioksit uygulamasında mikroorganizmaların inaktivasyonu gıdanın nem içeriği ile de ilişkilidir. Meyve suyu gibi sıvı gıdalarda 13.7 MPa'da, 35 C'de 120 dakikadan daha uzun süreli uygulamalarda vejetatif hücre sayısında 10 3 düzeyinde bir azalma sağlanabilmektedir. Su miktarı %25'den fazla olan katı gıdalarda ise 62 MPa'lık karbondioksit basıncının 40 C'de dakika süreyle uygulanması vejetatif hücre sayısında belli bir azalma için yeterli olabilmektedir. Ancak bu düzeyde bir uygulama kuru gıdaların mikroorganizma yükünün azaltılmasında yetersiz kalmaktadır

59 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

60 Yüksek konsantrasyonlu glukoz ve sodyum klorür çözeltileri ortamın su aktivitesini düşürürler ve böylece karbondioksit çözünürlüğü azalır. Bu nedenle yüksek konsantrasyonlu glukoz ve sodyum klorür çözeltilerinde karbondioksit yeterli çözünemediği için mikroorganizmaların inaktivasyonunu azaltır. Ortamda etanol bulunması halinde; etanol antimikrobiyel etkiye sahiptir ve bu nedenle karbondioksitle hücre içine girip mikroorganizmaların inaktivasyonunu artırır..

61 Birçok tarım ürünü, kurutulmuş meyve, sebze ve tahıl, zararlı haşerelerin etkisine maruz kalır. Uygun hava koşullarında ve doğal düşmanlarının olmadığı kapalı silo ve depolarda, bu zararlılar, hızla çoğalarak stoktaki ürüne büyük zarar verebilirler. Haşerelerin ürüne vereceği zarar, üründe ağırlık kaybı şeklinde olabileceği gibi; eğer zararlı, ürünün bileşimindeki bazı bileşenleri tüketiyor ya da etkiliyorlarsa, üründe kalite kaybına da neden olur. Mesela biracılıkta kullanılan arpada fermantasyon potansiyeli veya pişme özelliği kaybolabileceği gibi, ürünlerin bazı bileşenlerinin oranındaki değişme nedeniyle ürünün besin değeri de düşebilir.

62 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.

63 Ortamdaki oksijenin uzaklaştırılması hermetik kapalı tanklarda veya odalarda kontrollu atmosfer oluşturmaktır ve ticari olarak EcO 2 uygulaması olarak bilinmektedir.tankların dayanabildiği basınç bar düzeyindedir.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.

64

65 Kakaodan yüksek basınçlı CO2 yöntemiyle yağ ekstraksiyonu ve mikroorganizmaların inaktivasyonu Kakao üretiminde yağ esktraksiyonunu artırmak için kavurma uygulamasının bazı olumsuz etkileri bulunmaktadır.kavurma ile kakaonun mikroorganizma yükü azalsa bile, kavurma sırasında kakaonun flavonoid içeriği azalmaktatır. Yüksek basınclı karbondioksit ile yapılan ekstraksiyonda kademeli basınç artışının bakteri sporlarının inaktivasyonunu arttırdığı gözlenmiştir. İnaktivasyon sporların çevresindeki koşulların ani olarak değiştirilmesi ile sağlanmıştır.

66 Hücre zarından CO2 girişini kolaylaştırmak için nem içeriği ~%8.1 olan kakaoya su eklenmiştir ve lethal etki daha düşük basınçlarda da gösterilmiştir. Bu da kakaodan yağ ekstrakte olmadan inaktivasyon yapılabileceğini göstermiştir. Çalışma sonucunda eklenen suyun polifenol ekstraksiyonunu azaltmadığı, yağ ekstraksiyonunu ise arttırmadığı gözlenmiştir. Bu yöntemin ısıya dirençli sporlara dezenfeksiyon ajanına gerek olmadan minimum 65 C de etkili olabileceği gösterilmiştir. Ayrıca bu çalışma küf sporları üzerinde de etkili olmuştur.

67

68

69 Basınçlı karbondioksit uygulamalarının gıda bileşenlerine etkileri ve kullanım alanları Basınçlı CO 2 uygulamalarının hububat, bakliyat, baharat ve meyve suyu gibi ürünlerin renk ve aroma bileşenlerinde bir değişime neden olmadığı saptanmıştır. Yine bu uygulamaların hububatta çimlenmeyi ve ekmekçilik kalitesini de olumsuz etkilemediği bildirilmektedir.

70 Basınçlı karbondioksit uygulamalarında yararlanılan sistemler Depo zararlılarının inaktivasyonu amacıyla basınç altında karbondioksit uygulamaları Carvex ve PEX yöntemlerine göre gerçekleştirilmektedir. Carvex yönteminde çevre sıcaklığında 4 MPa düzeyindeki karbondioksit basıncı uygulanır. PEX yönteminde (pressure, expansiyon) ise önce 5 MPa düzeyinde karbondioksit basıncı uygulandıktan sonra, bu basınç aniden kaldırılır. Basınçlı karbondioksit kullanımı günümüzde organik hububat ve baklagil gibi ürünlerin depo zararlılarından korunması amacıyla kullanılmaktadır.

71 3. SÜPERKRİTİK EKSTRÜZYON UYGULAMALARI Klasik Ekstrüzyon Ekstrüzyon; nişasta ve protein içerikli ham maddelerin su ve diğer katkı maddeleri ile ekstruderde yüksek sıcaklık,basınç ve kayma ile karıştırılmasıdır. Pişmiş ürün bir kalıptan geçirilir, ürün kalıptan çevre basıncına çıkarken sıkıştırılmış su ani olarak buhara dönüşür ve böylelikle ürün şişer. Düşük su içeriği-yüksek sıcaklık-yüksek kayma nişasta moleküllerini parçalayabilir. Üründe fazla şişme meydana gelebilir düşük yoğunluklu ve fazla su emen ürünler elde edilir(istenmez!) Maillard reaksiyonları! Isıya duyarlı tat,renk veren maddeler, vitamin ve proteinler süreçten sonra ürün eklenir.

72 SüperKritik Ekstrüzyon Ekstrüzyon ve süperkritik akışkan kombine edilerek elde edilen yöntem; Süperkritik ekstrüzyondur. Akışkan fazda çözünmüş mikrobesinler, tat ve renk maddeleri içeren süperkritik akışkan extrüderde pişirilir(jelatinize edilir) ve 100 C altına soğutulmuş eriyik içine enjekte edilir. İçerisinde belli miktarda SC-CO2 içeren sıkıştırılmış eriyik, atmosferik basınç ortamına taşınır ve kalıptan çıkan eriyik 3 boyutlu olarak şişer.burada faz değişimi yoktur. Eriyik difüzyon kontrollü olarak genişler. Süperkritik akışkan extrüzyon (SCFX), süperkritik karbondioksidi ateşleyici ajan olarak kullanan yeni bir teknolojidir. Bu sayede 100c düşük sıcaklıklarda genleşmiş yapı oluşumu sağlanabilmektedir.

73 SCFX extrüsyon konvansiyonel buhar-bazlı extrüzyon tekniğiyle karşılaştırıldığında, düşük sıcaklıklarda ( 60-80C) ve düşük kayma şartlarında gerçekleştiğinden ısıya duyarlı ingrediyenlerde besinsel kayıplar minimum! Eriyikteki SC-CO2 nedeniyle ph düşer ve Maillard reaksiyonu engellenir.(esansiyel aminoasit kaybı az) Homojen yapı ve daha iyi tekstürel özellikler gösteren bir extrüdat elde edilmesine olanak verir. Ayrıca SCFX seçici bir şekilde porlu ekstrüdatların iç duvarlarına biyoaktif maddelerin yerleşmesine olanak sağladığından biyoaktiflerin sürekli dağıtımı açısından yeni ve uygulanabilir bir yaklaşımdır.