ISIL İŞLEM UYGULAMALARI 9.6.1 Pastörizasyon 9.6.1.1 Çeşitli ürünlere pastörizasyon uygulaması 9.6.1.1.1 Meyve suları ve meyveli içecekler 9.6.1.1.2 Domates ürünleri. 9.6.1.1.3 Bira
1. Pastörizasyon ISIL İŞLEM UYGULAMALARI Bilindiği gibi, "düşük asitli gıdalar" denen ph derecesi 4.5'in üzerinde bulunan gıdalarda uygulanan ısıl işlemleri tanımlamada, F o olarak simgelenen standart bir değer kullanılmaktadır. F o değerinin hesaplanmasında referans sıcaklık olarak T=121.1 C (250 F) ve hedefteki mikroorganizmanın z değeri olarak 10 C (18 F) alınmak suretiyle kesin sınırlama yapılmakta ve böylece F o değeri standart bir nitelik kazanmış bulunmaktadır. ph düzeyi 4.5'in altında bulunan asidik ürünlerde, gıda zehirlenmesine neden olan Clostridium botulinum tipi mikroorganizmalar gelişemediğinden, bunlarda sadece; mayalar, küfler ve bozulma etmeni olan sıradan diğer mikroorganizmaların inaktive edilmeleri (öldürülmeleri) yeterli bulunmaktadır. Bu nedenle, bu amacı sağlayabilecek düzeyde bir ısıl işlem, çok düşük sıcaklıklarda ve kısa süreli bir işlemle gerçekleştirilebilmektedir. Sözü edilen bu düşük sıcaklıklarda sağlanan F o değeri o kadar küçüktür ki, söz konusu edilmeye bile değmemektedir. Örneğin 85 C'de 1 dakika süreyle uygulanan bir pastörizasyon işleminin F o değeri (letalite değeri, L) aşağıda gösterildiği gibi hesaplanınca, yaklaşık sadece F o = 2.455 x 10-4 düzeyinde çok küçük bir değer olduğu görülecektir.
Eğer, 85 C'de ulaşılmış bulunan F o değerinin ne kadar küçük bir değer olduğu başka bir şekilde ifade edilmek istenirse, F o = 1 değerine ulaşmak için 85 C'de tam 68 h süren bir ısıl işlem uygulanmasının gerekmekte olduğu anlaşılacaktır. Bu hesaplama aşağıda gösterilmiştir. F o =10 (85-121.1)/10 F o =2.455 x 10-4 F o = t (2.455 x 10-4 ), eğer F o =1 ise; t=1/2.455 x10-4, t=4073 dak., t=4073/60 =68 h Açıkça görüldüğü gibi, asidik gıdalara uygulanan ısıl işlemlerin F o değeri ile tanımlanmalarının pratik ve geçerli bir anlamı bulunmamaktadır. Bununla birlikte bazı araştırıcılar asidik gıdalara uygulanan ısıl işlemleri, referans sıcaklıkların (T) ve öngörülen z değerlerinin belirtilmesi koşuluyla bir "F" değeriyle (F o değil) ifade ettikleri görülmektedir. Örneğin, hıyar turşuları için (ph = 4.1) 160 o F (71 C) sıcaklık ve z = 18 o F (10 C) koşullarında 36 dakika süreli bir ısıl işlemi,domates konservesi için 200 o F (93.3 C) ve z = 16 o F (8.9 C) koşullarında 20 dakika süreli bir ısıl işlemi öngörmektedirler.
Görüldüğü gibi, düşük sıcaklıklarda uygulanan pastörizasyon işlemini tanımlamaya uygun, F o benzeri, farklı bir parametreye gereksinim bulunmaktadır. Nitekim Ball and Olson (1957) biraların pastörizasyonunda, sıcaklığın T = 140 F (60 C) ve z değerinin z = 18 F (10 C) olarak alındığı, PU (Pasteurization Unit) simgesiyle gösterilen bir birim önermişlerdir. Buna göre, PU değeri aşağıda gösterilen 9.25 No'lu eşitlikle hesaplanmaktadır. Bu eşitliğin, F o veya letalite hesabında yararlanılan ve daha önce verilmiş bulunan eşitliklere benzerliği dikkatten kaçırılmamalıdır. Böylece, 1 PU'nin, 60 C'de 1 dakika süreli ısıl işlemin sağladığı letaliteye eşit olduğu görülmektedir. PU = 10 (T-60)/z t (9.25) Burada; T : Pastörizasyonda uygulanan sıcaklık, C, t : T sıcaklıkta uygulanan ısıtma süresi, dakika,
Diğer taraftan, başka bilim adamları referans sıcaklığın 65 C ve z değerinin z = 10 C olarak alındığı ve P 10 simgesiyle gösterdikleri bir pastörizasyon 65 birimini 9.26 No'lu integral formundaki eşitlikle tanımlamışlardır. 65 = 10 / dt (9.26) Eşitlikle tanımlanan pastörizasyon değerinin hesaplanmasında benimsenmiş bulunan z = 10 C değeri, aslında vejetatif bakteriler için yüksek bir değerdir. Biraların bozulmasına neden olan mikroorganizmaların z değerinin 7 olduğu, biralara uygulanan ısıl işlemin yeterli olabilmesi için, PU = 5.6 düzeyinde bir işleme gereksinim bulunduğu saptanmıştır. P 10 9.25 No'lu eşitlik temel alındığında, süt pastörizasyonunda uygulanan, Örneğin; "düşük sıcaklık uzun süreli" denen 63 C'de 30 dakika süreli ısıl işlemle (kesikli işlem: batch process) yaklaşık PU = 60 düzeyinde ve 72 C'de 15 saniye süreli ısıl işlem (HTST) uygulamasıyla da; yaklaşık PU = 4 düzeyinde bir pastörizasyon birimi sağlanmaktadır.
Diğer taraftan Kessler (1981) süt pastörizasyonunda P* simgesiyle gösterilen bir pastörizasyon birimi önermektedir. Bu değer referans sıcaklık olarak 72 C'ye ve z= 8 C'ye dayandırılmıştır. 72 C'de 15 saniye süreli ısıl işlemin, keyfi olarak D*=1 birim olduğu benimsenmiştir. Buna göre D* değerinin hesabı, alışılagelmiş letalite hesabına benzer şekilde 9.27 No'lu eşitlikle gerçekleştirilmektedir. P= (10 (T-72)/z t) /15 (9.27) Burada: T = Sıcaklık, C t = T sıcaklıkta uygulama süresi, saniye Benzer eşitliklerde olduğu gibi, bu eşitlikte ısınma ve soğuma süreleri hesaba alınmamış, sadece sabit sıcaklıktaki t süresi temel alınmıştır. Yukarıdaki açıklamalarda ortaya konduğu gibi, pastörizasyon değerinin tanımı için farklı simgeler, farklı referans sıcaklıkları ve farklı z değerleri kullanılmaktadır. Bu ise, pastörizasyon değeri nasıl tanımlanırsa tanımlansın, F o gibi kapsamlı ve kesin bir anlam taşımayacağını göstermektedir. Bu nedenle, PU, P vb simgelerle gösterilen pastörizasyon değeri yerine, halen yaygın olarak uygulandığı gibi doğrudan "sıcaklık x süre" verilerinin belirtilmesi tercih edilmektedir.
9.6.1.1 Çeşitli ürünlere pastörizasyon uygulanması ph > 4.5 düzeyinde olan gıdalara uygulanan sterilizasyon işleminde hedefteki mikroorganizma daima C. botulinum olmasına karşın, pastörizasyonda her ürün grubu için farklı mikroorganizmalar hedeflenmektedir. Bazı ürünlerde ise, hedefte mikroorganizma değil, bazı termostabil enzimler yer almaktadır. Diğer taraftan birçok ürünün pastörizasyonunda, birinci temel amaç, diğeri ikinci derecedeki amaç olarak iki hedefin söz konusu olabildiği gözden uzak tutulmamalıdır. Tablo 9.16'da tipik dört sıvı gıdaya uygulanan pastörizasyonun amaçları ve minimum koşullar gösterilmiştir.
9.6.1.1.1 Meyve suları ve meyveli içecekler Bütün meyveler asidik nitelikte gıdalardır. Bunların ph değerleri 4.5 altında bulunduğu ifade edilmekle birlikte, çoğunlukla 4.0'ün altındadır. Bu nedenle bütün meyve ürünleri pastörize edilmektedir. Meyve konserveleri, hermetik nitelikte kapatılmış kutu veya kavanozlarda, herhangi bir pastörizatörden yararlanılarak sıcak su atmosferi altında tutulmak suretiyle pastörize edilmektedirler. Meyve ürünlerine uygulanan ısıl işlemin (pastörizasyon) genellikle temel hedefi, mayalar, küf mantarları, laktik ve asetik asit bakterileri gibi mikroorganizmalardan oluşan bozulma etmenlerini inaktive etmektir. Ayrıca, gerek üretim aşamasında ve gerekse ürünün depolanması aşamasında sorun oluşturabilecek enzimlerin inaktivasyonu da ikinci derecedeki amacı oluşturmaktadır. Bu ikinci derecedeki amaç, bazı meyve sularında birinci derecedeki amaç niteliği kazanmaktadır. Meyve ürünlerinde inaktive edilmesi gereken enzimlerin başında pektin parçalayan enzimlerle, esmerleşmeye neden olan enzimler gelmektedir. Pektin parçalayan enzimler (pektolitik enzimler) turunçgil suları, doğal bulanık elma suları, domates suyu veya meyve pulpları ile meyve eti içeren nektarlar gibi ürünlerde, bulanıklık stabilitesine olumsuz etkide bulunarak serum ve tortu ayrılmasına yol açmaktadırlar. Bu nedenle sözü edilen bu ürünlerde pektolitik enzimlerin inaktivasyonu, pastörizasyonun temel amacını oluşturmaktadır.
Meyve sularının pastörizasyonu, ya sıcak dolum tekniği ile yada ambalaja (kutu veya şişe) doldurulduktan sonra bir tünel pastörizatörde 70-75 C sıcaklıktaki su duşu altında sağlanmaktadır. Tünel pastörizatörler veya diğer adı ile "duşlu pastörizatörler«hermetik nitelikte kapatılmış kaplardaki (metal kutu veya şişe) ürünlerin, sürekli bir sistem halinde pastörize edilmesi amacıyla özellikle, içecek endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar, özellikle gerek gazlı içecekler gerekse meyve suları ve bira gibi ürünler için uygun pastörizasyon sistemleridir. Tünel pastörizatörler, peş peşe yer alan ısıtma, sıcak tutma ve soğutma gibi üç aşamalı sistemlerdir. Her aşamada, tünelin bandı tarafından taşınmakta olan ambalajlı ürün üzerine, o aşamanın gerektirdiği sıcaklıktaki su, duş olarak uygulanmaktadır. Bu sistemlerde ambalaj içeriğinin ısınması çok yavaş gerçekleştiğinden bunlar, "düşük sıcaklık x uzun süreli" pastörizasyon işlemlerine uygun bulunmaktadır. Sıcak tutma aşaması, yaklaşık 70-75 C sıcaklıkta 20 dakika kadar sürmektedir. Domates suyu gibi ısıya duyarlı olmayan ürünlerde sıcak tutma aşamasında sıcaklık, 85-90 C'ye kadar yükseltilebilmektedir. Pastörizasyon esas olarak, sıcak tutma aşamasında gerçekleştiğinden bu aşamada ürün sıcaklığı ve bu aşamanın süresi çok önemlidir. Her üç aşamayı kapsayan toplam işlem süresi 1 saate kadar uzayabilmektedir.
Bu nedenle, büyük çapta üretim için günümüzde ısıtmada; plakalı ısıtıcıların kullanıldığı ve aseptik ambalajlama ile kombine edilmiş sürekli pastörizasyon sistemlerinden yararlanılmaktadır. Bu sistemlerde pastörizasyon, 85 C'de 15 saniye veya 95 C'de 2 saniye arasındaki bir "sıcaklık x süre" ilişkisi içinde gerçekleştirilmektedir. Meyve sularında genellikle patojenlerden kaynaklanan bir sorun oluşmaması nedeniyle uygulanması gereken pastörizasyon koşulları, süt pastörizasyonunda olduğu gibi mevzuatta tanımlanmamış ve sınırlandırılmamıştır. Böylece, meyve suları ve benzer içeceklerde uygulanacak pastörizasyon koşullarının seçimi, üreticiye bırakılmış bulunmaktadır. Meyve sularında uygulanan pastörizasyon koşullarının oldukça ılımlı olmasının başlıca nedeni bunlarda bulunan bozulma etmenlerinin ısıl dirençlerinin çok düşük olmasıdır. Nitekim 75 C'de D değerleri, S.cerevissiae'nin : 0.004, Lactobacillus fermentum'un: 0.053 ve Aspergillus niger sporlarının ise: 0.02 saniye olduğu dikkate alınınca, meyve sularına uygulanan normal pastörizasyon koşullarında, bu mikroorganizmaların kolaylıkla inaktive edilebildiği anlaşılmaktadır.
Bulanık meyve sularının doğal bulanıklığını koruyabilmek amacıyla, pektolitik enzimleri inaktive etmek için, mikroorganizmaların inaktivasyonunda gerekli bulunan koşullardan biraz daha katı işlem koşullarının seçilmesi zorunludur. Örneğin, portakal sularının pastörizasyonunda öncelikli hedef olarak, bozulma etmeni olan mikroorganizma alınacaksa, bu üründe bozulma etmeni olan ve termal direnci en yüksek bulunan C. pasteurianum'un hedef seçilmesi gerekmektedir. Bu takdirde 75-80 C civarında bir ısı uygulamasıyla hem C. pasteurianum ve hem de diğer tüm bozulma etmenlerinin inaktivasyonu sağlanabilmektedir. Ancak portakal sularında bulunan ve termal direnci yüksek bir enzim olan pektinmetilesteraz (PME) enzimi, üründe serum ayrılması ve/veya pıhtıcıklar oluşması gibi önemli sorunlara yol açması yüzünden öncelikli hedefte, bu enzimin inaktive edilmesi yer almalıdır. Portakal sularında PME enzimlerinin 90 C'de % 90'inin inaktivasyon süresinin, yani; D 90 değerinin 1 dakika civarında olduğu saptanmıştır. Bu nedenle portakal sularında 86-99 C'lerde 1-40 saniye arasında değişen koşullarda sürekli yöntemle pastörizasyon uygulanması gerekmektedir. Benzer şekilde limon sularında da aynı amaçlarla 69-77 C arasında bir sıcaklık uygulaması gerekmektedir. Limon sularında 77 C'de 30 saniye süreli bir pastörizasyon uygulaması, yeterli bir güven payını da içerdiği ileri sürülmektedir.
9.6.1.1.2 Domates Ürünleri Başlıca domates ürünleri, çeşitli tipte domates konserveleri, domates suyu, domates püresi (12-22 Bx) ve domates salçasıdır (22-36 Bx). Domates ürünlerinin ph derecesinin genellikle 4.3-4.5 arasında bulunması nedeniyle, asidik ürünlere uygulanan tipte ısıl işlemler uygulanmaktadır. Kutu veya kavanozdaki domates konservelerine tercihen döner pastörizatörlerde 100 C'de pastörizasyon uygulanır. Domates suyu, püresi ve salçasına daima sıcak dolum veya aseptik proses uygulanmaktadır. Örneğin domates salçalarına 95 C'de 2-3 dakika süreli ısıtma uygulanarak sıcak dolum yapılması genel bir uygulamadır. Isıtmada buhar enjeksiyonu veya borusal ısı değiştiricilerden yararlanılması genellikle tercih edilen yöntemlerdir. Günümüzde 5 L'den 1000 L'ye kadar ambalajlama yapan aseptik dolum sistemleri yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Domates ürünlerine uygulanan ısıl işlemin hedefi sadece bozulma etmeni mikroorganizmaların inaktivasyonu olmayıp, ürün viskozitesine olumsuz etkide bulunan ve serum ayrılmasına neden olan çeşitli pektolitik enzimlerin inaktivasyonu da hedefler arasında yer almaktadır.
9.6.1.1.3. Bira Biralar kutulanmış olarak tünel pastörizatörlerde veya daha çok sürekli sistemlerde pastörize edilmektedir. Sürekli pastörizasyon koşulları olarak genellikle 75 C'de 30 saniye benimsenmiştir. Biraların pastörizasyona "sıcaklık x süre" ilişkilerinin hesaplanmasında Z = 7 C alınması genel kabul görmüş bir veridir. Pastörizasyon sırasında biranın gaz kaybını önlemek amacıyla ve yaklaşık 2.2 hacim CO 2 tutabilmek için 78 C'ye kadar olan sıcaklıklardan 7.5 bar lık bir dengeleme basıncı uygulanmasına gereksinim bulunmaktadır. Ancak pastörizasyon sisteminde bu denge basıncından 0.7 bar daha yüksek bir basıncın uygulanması gerektiği gözden ırak tutulmamalıdır.