Katı ve sıvı gıdaların ambalajlı veya ambalajsız olarak 100-1000 MPa basınca maruz bırakılması işlemi olup, Gıdanın raf ömrünü arttırmada kullanılan geleneksel yöntemlerin ürün kalitesini (tat, aroma, yapı, renk) olumsuz etkilemesiyle geliştirilen yeni yöntemlerden biridir. Vitaminler, aminoasitler, pigmentler, flavor molekülleri ve diğer küçük molekül ağırlıktaki bileşikler çok az miktarda etkilenirler ve sonuç olarak gıdanın organoleptik ve besinsel özelliklerinde az miktarda değişme olur.(hatırlatma: 1atm=0.1 MPa =1bar)
Biyomoleküller basınç altında Le Chatelier prensibine göre davranırlar. Bu prensibe göre, denge halindeki bir sistemde bir değişiklik yapılırsa, sistem bu değişikliğe karşılık bir tepki verecektir ve bir denge hali oluşacaktır.bir sisteme basınç uygulandığında buna karşılık olarak hacmi küçültecek reaksiyonlar veya tepkiler teşvik edilecektir. Bu tür reaksiyonlar veya tepkiler gıdalardaki mikroorganizma ve enzimlerin inaktivasyonuna ve gıdada yapısal değişimlere neden olurlar. Yüksek basınç statik ve dinamik olarak iki farklı koşulda uygulanabilir. Statik olan koşulda basınç hareketsiz bir sıvıya birkaç dakikadan bir saate kadar uzun bir süreyle uygulanır. Dinamik koşulda ise sıvı hareketlidir.milisaniye gibi kısa bir sürede basınç altında dar bir aralıktan geçmeye zorlanır. Statik basınç uygulamaları genellikle gıda muhafazasında kullanılırken dinamik basınç uygulamaları homojenizasyon gibi gıda işleme proseslerinde kullanılır.
Yüksek hidrostatik basıncın (YHB) bakterileri öldürdüğüne ilişkin ilk rapor Roger tarafından 1895 yılında açıklanmış olmasına rağmen, 1985 e kadar basınç uygulamalarının potansiyel mikrobiyolojik etkileri gıda endüstrisinin dikkatini fazla çekmemiştir. Diğer taraftan, uygun ekipmanların bulunamaması da işlemin uygulamalarını geciktirmiştir. Marketlerde YHB uygulanmış ürünler 1991 yılından beri Japonya da pazarlanmaktadır. Bunlar meyve marmelatları, turuçgil suları ve sosis gibi ürünlerdir. YHB ile üretilmiş portakal ve greyfurt suları 1994 ten beri Fransa da ticari olarak üretilmektedir.
Reçel İstiridye
Kullanım Alanları 1. Ham gıdalarda mikrobiyal inaktivasyon 200-800 MPa Meyve ve sebzeler, et, süt ve süt ürünleri, deniz ürünleri 2. İşlenmiş ve paketlenmiş gıdalarda mikrobiyal indirgeme 400 MPa Tüketime hazır gıdalar, meze etleri 3. Enzim inaktivasyonu 200-600 MPa Meyve ve sebze ürünleri 4. Tekstür modifikasyonu 200 MPa Et 5. Sterilizasyon 600 MPa üzeri + ısı (>60 o C) Düşük asitli gıdalar 6. Peynir yapımında curdling süresinin kısaltılması ve olgunlaştırma 200-670 MPa Çedar, mozzarella 7. Yeşil rengin geliştirilmesi Ürüne göre Brokoli, ıspanak, fesleğen, taze fasulye 8. Yağ globülü boyutunun düşürülmesi 200 MPa Süt, peynir, yoğurt
YHB Sistemleri Endüstriyel YHB sistemleri 4 ana bölümden oluşmaktadır: Basıncın uygulandığı yüksek basınç kabı Yüksek basınç üretim mekanizması Sıcaklık kontrol mekanizması Ürün yerleştirme ve taşıma sistemi
Yüksek Basınç Elde Etme Yöntemleri 1 Dolaylı Sıkıştırma Yöntemi: Bu yöntemde, yine bir piston vasıtasıyla içinde basınç iletici sıvı bulunan kapta basınç oluşturulur. Ürün bu sıvı içinde ambalajlı olarak bulunur. Endüstriyel olarak ambalajlı ürünlerde bu yöntem kullanılır.
Dolaylı basınç sistemi
Yüksek Basınç Elde Etme Yöntemleri 2 Doğrudan Sıkıştırma Yöntemi: Bu yöntemde, bir piston yardımıyla sıkıştırma uygulanır. Kap içindeki basınç bu piston tarafından oluşturulur. Meyve suyu gibi sıvı ürünlerde bu yöntem uygulanır.
Yüksek Hidrostatik Basınç Uygulamalarının Avantajları Katı ve sıvı gıdalara uygulanabilir. Gıdada ısıl uygulamaya bağlı kalite kayıplarına neden olmadan ve kimyasal koruyucu kullanılmadan mikroorganizmaların ölümünü sağlar. Uygulanacak basınç gıdanın şekline ve büyüklüğüne bağlı değildir. Bu nedenle her gıda için ayrı işlem parametresi saptanması gerekmez. Uygulanan basınç gıdanın her yerinde aynıdır. Gıdanın yapısındaki kovalent bağlar kırılmaz. Bu da gıdanın tat, aroma, renk bileşenlerinde bir değişim olmamasını sağlar. Çevre dostudur. Sadece elektrik enerjisi kullanılır ve herhangi bir atık oluşmaz.
Oda sıcaklığı veya daha düşük sıcaklıklarda uygulanabilir. YHB uygulaması sırasında sıcaklık yaklaşık 3 0 C kadar yükselir. Bu nedenle soğuk pastörizasyon adı da verilir.
Diğer Uygulama Alanları Son yıllarda gıdaların ekstraksiyonunda dokuyu gevşeterek verimi artırmak amacıyla da kullanılmaktadır. YHB uygulamaları ile gıdaların dehidrasyonu, ozmotik dehidrasyonu mümkün olduğu gibi kızartma, haşlama ve ayrıca polisakkaritlerin, proteinlerin jelatinizasyonu ve gıdanın fonksiyonel özellikleri de modifiye edilebilmektedir.örneğin gıdanın vizkozitesini artırmak amacıyla da kullanılabilmektedir. YHB gıdaların yağda kızartılmaları sırasında yağ absorblanmasının % 40 oranında azaltılabileceği belirtilmektedir. Burada farklı bir yağ kütle transfer mekanizmasının etkili olduğu bildirilmektedir.
YHB hücre duvarının daha geçirgen olmasını sağladığı için gıdaların kurutulmalarında ön işlem olarak kullanılabilmektedir. Ancak bu konuda hammaddenin özellikleri önem taşımaktadır. Örneğin 600 Mpa, 15 dak ve 70C lik YHB uygulaması havuç ve yeşil fasulyenin kurutulmasında etkili olmadığı saptandığı halde patatesin kurumasını kolaylaştırmaktadır. Ozmotik dehidrasyon yavaş gelişen ve uzun süren bir proses olduğundan YHB ın etkili olacağı belirtilmektedir.
Sebzelere konserveye işleme veya dondurulmadan önce haşlama yerine YHB uygulaması iyi sonuç vermektedir. Oda sıcaklığında (20C) 400MPa, 15 dak süren bir YHB uygulaması haşlamaya benzer etki yapmaktadır. Ayrıca üründe termal degradasyon söz konusu olmamaktadır. Su içinde haşlama veya buharla haşlamaya göre C vitamini % 85 oranında korunur. Mikroorganizma sayısı 4 log çevrimlik bir azalma oluşur. Diğer taraftan atık su oluşmamaktadır. Ancak haşlamanın önemli etkilerinden biri olan enzim inaktivasyonu yetersiz kalmaktadır. Bu durum özellikle dondurulacak ürünler açısından önem taşımaktadır.
Ambalajlı ve ambalajsız sistemler YHB gıda muhafazası amacıyla farklı şekillerde kullanılabilmektedir. Bunlar; ambalajlı sistemler ve ambalajsız (yığın halinde)sistemlerdir. Ambalajlı sistemler Avantajlar Sıvı ve katı tüm gıdalara uygulanabilir. Uygulamadan sonra kontaminasyon riski minimumdur. Dezavantajlar Materyal yükleme ve boşaltma işlemi karmaşık ve maliyetlidir. Yüksek basınç kabının hacim kullanım verimi düşüktür (%50-70) Basınç kabının kullanım ömrü kısadır (yükleme, boşaltma, açma, kapama)
Ambalajlı sistem
600 MPa 35L Ön üretim veya büyük laboratuvarlara Meyve suyu, hazır yiyecekler, pastörize midye
600 MPa 215 L Yer kaplamaz Meyve suyu, hazır yiyecekler, pastörize midye, et
Yığın haldeki sistemler Avantajlar Materyal yükleme, boşaltma işlemi kolaydır (pompalar, borular, vanalar). Yüksek basınç kabının hacim kullanım verimi yüksektir (>%90). Dezavantajlar Sadece pompalanabilen gıdalara uygulanır. Uygulamadan sonra kontaminasyon riski yüksektir. Bu nedenle aseptik boşaltma sistemine gereksinim vardır. Gıda ile temas eden tüm birimlerin aseptik tasarlanması gerekir.
(1) BESLEME (2) SIKIŞTIRMA (3) BASINCIN KALDIRILMASI
Diğer Yüksek Basınç Yöntemleri Basınç Ortamının Isıtılması: Bu yöntemde, basınç iletici ortamın sıcaklığının artırılması sonucu gerçekleşen genleşme ile yüksek basınç sağlanır. Ancak bu yöntem sıcaklığın gıda üzerinde olumsuz etkilerinden dolayı gıda endüstrisinde kullanılmaz.
Gıda muhafazasındaki kısıtlamalar Gıdalardaki enzimler ve bakteri sporları basınca oldukça dayanıklıdır ve inaktivasyonları için yüksek basınçlara gereksinim vardır. Pek çok YHB uygulanmış gıdanın daha sonra düşük sıcaklıkta depolanması gereklidir.bu uygulama maliyeti artırır. İyonik ayrışmalar nedeniyle ph düşmekte ve diğer taraftan sıcaklık az olmakla birlikte artmaktadır.
YHB nin Mikroorganizmalar Üzerine Etkileri Basıncın mikroorganizmalarda zarar verdiği ilk bölgenin hücre zarı olduğu anlaşılmıştır. Basıncın sebep olduğu hücre zarındaki görev bozuklukları (malfonksiyonlar) membran proteinlerinin denatürasyonuna bağlı olarak, amino asit alımının inhibisyonuna neden olurlar, Hücre morfolojisi basınç uygulamasıyla değişir ve yüksek basınç uygulanmasıyla hücre bölünmesi yavaşlar, Hücre için önemli enzimlerin denatüre olması ve ribozomun zarar görmesi mikroorganizmanın inaktivasyonuna neden olur.
Basınca dayanıklılık: Gram (+) > Gram (-) Prokaryot > ökaryot Protozoa ve parazitler daha duyarlı (100-400 MPa) Sporlar yüksek basınçlara oldukça dayanıklı Membranın fonksiyonlarını ve özelliklerini koruması için akışkanlığını koruması gerekir. Akışkanlık çoğunlukla doymamış yağ asitlerinin oranına ve kompozisyonuna bağlıdır. Barofillerin ve barotolerantların membranlarında yağ asitleri yüksek oranda doymamıştır. Psikrofiller yüksek oranda çoklu doymamış yağ asidi içerirler ve genellikle basınca dirençlidirler.
Mikroorganizmalara etkileri Vejetatif bakteri hücreleri, mayalar ve küfler bakteri sporlarına göre basınca daha hassastır. En dayanıklı en dayanıklı spor ise Clostridium botulinum sporudur. 800 MPa nın üzerindeki yüksek hidrostatik basınçlar kullanılmadığı müddetçe, düşük asitli gıdalarda bakteri endosporlarının etkili bir biçimde uzaklaştırılması için, yüksek hidrostatik basınç ile kombine olarak ısı uygulaması bir gereklidir. Büyüme evresinde Log fazındaki bakteriler basınçtan durgun fazdakilere göre daha çok etkilenirler.
SEM micrograph of unpressurized E. Coli O157:H7 933 SEM micrograph of pressurized (200 Mpa-1 min-40ºc) E. Coli O157:H7 933
SEM micrograph of pressurized (275 MPa- 1 min- 40ºC) E. coli O157:H7 933 SEM micrograph of pressurized (325 MPa- 1 min- 40ºC) E. coli O157:H7 933
Florasan mikroskop incelemeleri
Tüm koşullar için kırmızı floresan ışık, basınç uygulanan hücrelerde dış membranın geçirgenliğinin arttığını göstermektedir. Yüksek basınç uygulamaları izostatik olarak düşünülmesine rağmen bu çalışma bütün hücrelerin hücresel hasara karşı eşit şekilde direnmediklerini, daha dirençli, daha az zarar görmüş hücrelerin de aynı basınca maruz kalan hücreler içerisinde yer aldığını göstermiştir.
Bakteri sporlarının 1000 MPa ın üzerindeki basınç uygulamalarında dahi canlı kalabildiği bilinmektedir. Bu nedenle inaktivasyon için yüksek basınç ve yüksek sıcaklık veya diğer işlemlerin kombine edilmesi gerekmektedir. Çoğu zaman spor inaktivasyonu iki aşamada gerçekleşir: Sporlar belirli basınç-sıcaklık koşulları uygulanarak aktif hale getirilirler, dirençlerini kaybederler ve sonrasında öldürülürler. Yüksek basıncın virüslerin konak hücrelere bağlanmasını kılıflarını denatüre ettiği belirtilmektedir. sağlayan protein
YHB nin Enzimlere Etkileri Gıda ph sına göre değişim gösterir. Kayısı, çilek ve üzümdeki PPO, ph larına bağlı olarak sırasıyla 100, 400 ve 600 MPa basınçla inaktive olabilir. Mantar ve patates PPO ları basınca dayanıklıdır ve inaktivasyonları için 800-900 MPa basınca gereksinim vardır. Portakal sularında faz ayrımına neden olan PME ancak 600 MPa basınçla inhibe edilebilir. Taze fasulyedeki POD aktivitesini %88 azaltmak için oda sıcaklığında 10dk 900 MPa, çilek püresindeki POD u inaktive etmek için 20Cde 15 dk 300 MPa basınç uygulanabilir. 100MPa dan düşük basınç bazı enzimlerinin aktivitelerinin artmasına neden olabilmektedir.
YHB nin Gıda Bileşenlerine Etkileri Basınç etkisinin genel olarak vitaminlere fazla olumsuz bir etkisi yoktur. Genel olarak renk değişimine neden olmazken taze kırmızı etlerde et pişmiş et görünümü alır. Gıdanın tadı ve aroması etkilenmez. Proteinlerin sekonder ve tersiyer yapıları etkilenirken primer yapıları aynen kalır, aminoasitler etkilenmez. Maillard reaksiyonlarında oluşan ürün miktarı basınç arttıkça azalır.
Butz & Tauscher 2002
Son yıllarda çalışmalar Modern muhafaza yöntemlerinin kombine olarak kullanılması üzerine yoğunlaşmıştır. Örneğin yüksek hidrostatik basınç,sıcaklık ve ultrasonun kombine kullanımıyla pastörizasyon için gereken sürenin kısalacağı kanıtlanmıştır.
Manosonikasyon
Termosonikasyon
Manotermosonikasyon