GMÜ337 GİRİŞ
Gıda Muhafazasında Uygulanan geleneksel yöntemler Isıl işlemler (pastörizasyon ve sterilizasyon) Dondurarak muhafaza Soğukta muhafaza Kurutarak muhafaza Işınlarla muhafaza Koruyucu ilavesi ile muhafaza
Yeni yöntemler Yenilebilir ambalajlar ve minimum işlenmiş gıdalar Yüksek basınç uygulamaları Ultrasonun gıda teknolojisindeki uygulamaları Enzim ve mikroorganizmaların gıda muhafazasında kullanımı Vurgulu elektrik alan uygulamalarının gıda muhafazasında kullanımı Membran Filtreler ile konsantrasyon uygulamaları Vurgulu ışık uygulamalarının gıda muhafazasında kullanımı Karbondioksitin gıda teknolojisinde kullanımı (Süper kritik karbondioksit ve basınçlı karbondioksit) Kızılötesi (İnfrared)Işınların gıda endüstrisinde kullanımı Ohmik ısıtma gıda endüstrisinde kullanımı Seramik filtreler ile pastörizasyon Ultrafiltrasyon ve ters ozmoz uygulamaları
Isıl İşlemler Gıdaların ısıl işlemler ile dayanıklı hale getirilmelerinde bir taraftan asıl amaç olan mikroorganizmalar etkisiz hale getirilirken, diğer taraftan, bu gıdaların kalitelerinin korunabilmesi ve besin değerindeki kayıpların minimum düzeyde tutulabilmesi, teknolojik ve fiziksel bir problemdir. Mikroorganizmaların ısıya karşı dirençlerine birçok faktörün etkisi bulunmaktadır. Çeşitli gıdaların dayanıklı hale getirilmeleri için uygulanan ısıl işlemler de bu faktörlerin etkilerine bağlı olarak değişik olmaktadır. Hermetik olarak kapatılmış ambalaj içindeki gıdalar veya ısıl işlem uygulandıktan sonra aseptik koşullarda ambalajlara doldurulan gıdalar, özelliklerine ve bulundukları koşullara göre farklı ısıl işlemler uygulanarak sterilize veya pastörize edilmektedirler.
Gıda endüstrisinde sterilizasyonun anlamı ve uygulaması, mikrobiyolojik çalışmalardaki anlam ve uygulamalardan farklıdır. Mikrobiyolojide kullanılan sterilizasyon terimi; ortamda herhangi bir canlının bulunmadığını ve tamamının öldürüldüğünü belirtmektedir. Buna karşılık sterilize edilen gıdalarda yüksek sıcaklığa dayanıklı, aerob veya termofil mikroorganizmalar bulunabilmektedir. Canlı kalabilen bu mikroorganizmalar, çalışmaları ve çoğalmaları için gerekli ortamı, normal koşullarda saklanan hermetik kaplardaki gıdalarda bulamadıklarından, gıdayı bozamamaktadırlar. Bu nedenle, gıda endüstrisinde uygulanan sterilizasyon ticari sterilizasyon olarak nitelendirilmektedir.
Isıl işlemlerle dayanıklı hale getirilen gıdalardaki mikroorganizmalar, ısıl işlemlerle öldürülerek mikrobiyolojik açıdan dayanıklı hale getirildiği gibi, bu sırada ayrıca gıdanın yapısında bulunan enzimler de inaktif hale gelmektedirler. Enzimlerin inaktif hale getirilmeleri özellikle meyve sularında uygulanan ısıl işlemlerde çok önemlidir. Nitekim bu ürünlerde çoğunlukla uygulanan yüksek sıcaklık kısa süre pastörizasyonuyla (HTST veya flash pastörizasyon) pektolitik enzimlerin inaktif hale getirilmeleri, mikroorganizmaların vejetatif hücrelerin ve hatta sporlarının öldürülmelerinden daha uzun süreye gereksinim göstermektedir.
Bütün bu açıklamalara göre ısıl işlem uygulamasında en önemli noktalardan birinin, bir taraftan bozulma nedeni mikroorganizmaların öldürülmelerini gerçekleştiren, diğer taraftan gıdaların fiziksel ve kimyasal yapıları ve besin değerlerinde en az kayıplara neden olabilen en uygun ısıl işlem koşullarının sağlanmasıdır.
Dondurarak muhafaza Gıdaların kısa sürede bozulmalarının en önemli nedeni, birçok taze gıdanın %98 düzeyine erişen fazla miktarda su içermeleridir. Daha açık bir deyişle mikroorganizmalar, gıdalarda yeterli miktarda faydalanılabilir nitelikte suyu kolaylıkla bulabilmektedirler. Suyun mikroorganizmalarca faydalanılabilir nitelikte olması için, onun sıvı fazda bulunması gerekir. Buna göre mikroorganizmalar donmuş sudan yararlanamazlar. Bu olgu, su aktivitesi kavramı ile de açıklanabilir. Şu halde dondurma ile elde edilen sonuçlardan birisi, ortamı mikroorganizmalar için su yönünden elverişsiz kılmaktadır. Bu açıdan, dondurma yoluyla bir bakıma kurutma etkisi sağlanmaktadır. Dondurmanın bu etkisinin devamı için ürünün dondurulmuş halinin sürekli olma zorunluluğu vardır.
Soğuğun ikinci ve temel etkisi, belli bir sıcaklığın altında mikroorganizma faaliyetlerinin kesinlikle durmasına dayanır. Gerek gıda zehirlenmesine neden olan mikroorganizmaların, gerekse psikrofilik mikroorganizmaların faaliyeti - 10 C nin altında kesinlikle durmaktadır. Şu halde dondurarak muhafazada mikrobiyolojik bozulmanın önlenebilmesi açısından uygulanabilecek en yüksek sıcaklık -10 C dir. Bazı küflerin -18 C nin altında bile çok yavaş bir gelişme gösterebilmeleri, dondurarak muhafazada benimsenen bu temel ilkenin değişmesine bir neden değildir. Çünkü, dondurulmuş gıdalardaki küflerin, -18, -20 C lerde belli bir bozulmaya neden olmaları çok uzun zaman almaktadır. Böyle uzun süreli depolama zaten ekonomik değildir.
Kurutarak muhafaza Gıdaların kurutulması gıda maddesinden nemin uzaklaştırılması olarak tanımlanır. Gıdaların kurutularak dayandırılma yöntemi ilk çağlardan beri uygulanmakta olan en eski muhafaza yöntemi ise de işlemin endüstriyel boyuta taşınması 18. yüzyılda gerçekleşmiştir.
Gıda maddelerine uygulanan kurutmanın birçok amacı vardır. Bunlardan en önemli olanı depolama sırasında ürünün bozulmasını önlemektir. Kurutma ile ürünün nemi mikrobiyal gelişme ve diğer reaksiyonları sınırlamaya yeterli seviyeye düşürülerek bu amaca ulaşılır. Ayrıca nem miktarının düşürülmesiyle tat, koku ve besin değeri gibi kalite özelliklerinin de korunması sağlanmaktadır. Kurutma işleminin diğer bir amacı da, ürün hacmini azaltarak, taşınma ve depolanmasında verimliliği arttırmaktır.
Soğukta muhafaza Soğukta muhafaza taze meyve ve sebzeler açısından önem taşıyan bir muhafaza yöntemidir.hasat edilmiş meyve ve sebzeler uygun koşullarda depolanınca, taze haldeki niteliklerini bir süre, önemli ölçüde korurlar. Uygun koşullar; sıcaklık ve bağıl nemin ayarlanması ile sağlanır. Her meyve ve sebzenin, en iyi şekilde depolanabildiği belli bir sıcaklık ve bağıl nem söz konusudur. Hatta, aynı meyve veya sebzenin optimum depo istekleri, çeşide ve yetiştirildiği ekolojik koşullara bağlı olarak değişebilmektedir.
Depolamadaki optimum koşullar ne kadar iyi sağlanırsa sağlansın, her meyve ve sebzenin ancak belli bir süre dayanma olanağı vardır. Bu süre; birkaç günden 5-6 aya kadar değişmektedir. Her ürüne özgü bu belli sürelerin sonunda, depolanan ürün, kalitesini süratle kaybeder ve nihayet tamamen bozulur. Şu halde soğukta depolamada, meyve ve sebzelerin dayanma süresi sınırlıdır.
Soğukta depolamada en önemli faktör, depo sıcaklığıdır. Genel bir ilke olarak, depolamadaki sıcaklık, depolanan meyve veya sebzenin donma noktasının 1-2 C üstünde bulunur. Şu halde, soğukta depolamada ürün donmaz. Dondurarak muhafaza ile soğukta depolamanın en önemli farklılığı da budur.
Meyve ve sebzeler hasat edilince, yani kendisini besleyen ana bitkiden ayrılınca, yine de canlı kalırlar. Öyle ki, birçok sebzede hızlı bir hücre bölünmesi dahi devam eder. Her ne kadar, topraktan çeşitli besin maddelerinin alınışı sona ermişse de, dokuda çeşitli yeni maddelerin oluşması, mevcut maddelerin başka bileşiklere dönüşmesi gibi kimyasal ve biyokimyasal olaylar düzenli bir şekilde devam eder. Meyve ve sebzelerin bu davranışı, onların canlılığı demektir. Canlılığın en önemli belirtisi ise bunların oksijen alıp karbondioksit vermeleri başka bir ifade ile solunumdur.
Metabolizma olayları içinde en önemlileri ise solunum ve terlemedir. Soğukta depolamada ilke; meyve ve sebzelerin metabolizma faaliyetlerinin kesinlikle durdurmamak koşuluyla en düşük düzeyde gerçekleşmesine olanak vermek üzere, gerekli şartların sağlanmasıdır. Bu şekilde serbest kalan ısının az bir kısmı, hücrede gerçekleşen kimyasal reaksiyonlarda harcanırken büyük bir kısmı etrafa yayılır ve doğal olarak ürünü de ısıtır.
Solunum Meyve ve sebzelerin canlılığının devamı için hücrede çeşitli reaksiyonların gerçekleşmesi zorunludur. Bu reaksiyonların gerçekleşmesi için enerjiye gereksinim vardır, işte meyve ve sebzeler bu enerjiyi sağlamak üzere solunum yaparlar. Normal koşullar altında taze meyve ve sebzeler aerob solunum yaparlar. Solunumda oksijen ve glukoz harcanırken, karbondioksit, su ve ısı oluşur. Ancak meyve ve sebzelerin solunumunda gaz alınıp verilişi hücreler arası boşluklar yardımıyla, gazların difüzyonuyla gerçekleşir. Alınan oksijen, özellikle ve öncelikle suda çözünen karbonhidratların yavaş bir şekilde oksidasyonunda harcanarak, bir taraftan ısı serbest kalır, CO 2 ve H 2 O oluşur.
Her meyve ve sebzenin solunum hızı farklıdır. Bu yüzden bazılarında yavaş bir solunum ve buna bağlı olarak az bir ısı yayılması görülürken, bazılarında hızlı bir solunum ve aşırı ısı yayılması kendini gösterir. Örneğin; Bezelye ve fasulye gibi sebzelerde solunum hızı çok yüksektir. Doğal yaşlanmanın çok kısa sürede gerçekleşmesi sonucu raf ömürleri de kısadır. Buna karşılık soğan ve patates gibi depo organları olan sebzelerin solunum hızları düşük olduğundan raf ömürleri de uzundur. Klimakterik meyve ve sebzeler olarak bilinen bazı meyve ve sebzeler ham olarak hasat edilebilir ve daha sonra olgunlaşma yapay olarak gerçekleştirilir (Örneğin avokado, muz ve domates). Olgunlaşma sırasında çok kısa bir zaman içerisinde bu ürünlerin solunumları çok hızlanır.
Solunum hızı şu faktörlere bağımlıdır: 1. Ortam sıcaklığı 2. Ortamdaki oksijen ve karbon dioksit miktarı 3.Ortamdaki etilen miktarı Etilen bir bitkisel hormon olup, meyve ve sebzelerin olgunlaşması ve erken yaşlanmasında anahtar rolü oynar. Bütün bitkisel hücreler az miktarda etilen sentezlerler ancak bazı stres faktörleri hücrenin etilen sentezini stimüle eder.
Meyve ve sebzelerin soğukta depolanmalarında kapalı depoda zamanla etilen miktarı artar. Depolanan üründe olgunlaşma devam ederken depo atmosferinde etilen artacağından olgunlaşma daha da hız kazanır ve ürün bozulabilir. Bu nedenle soğuk depolarda etilenin oluşması ve toplanması istenilmez. Soğuk depodan etilenin zaman zaman uzaklaştırılması gerekir veya ürün belli bir vakum altında depolanır. Muz gibi ürünler ise yeşil halde hasat edilip, taşınır ve bu halde depolanır. Ancak satıştan önce etilen gazı yardımıyla eşzamanlı bir olgunlaşma yapılarak pazara sunulur.
Terleme Meyve ve sebzelerin canlılığının en önemli belirtilerinden bir diğeri de, terlemedir. Terleme, ürünün depolama sırasında devamlı olarak su kaybetmesidir. Meyve ve sebzeler ortalama olarak %75-95 arasında su içerirler. Depolama sırasında bu suyun bir kısmı terleme ile kaybolur. Terleme sonucu su kaybı ile meyve ve sebzeler pörsür-buruşur ve böylece görünüşe ait kalite kaybı belirir. Genel bir ilke olarak, meyvelerin yaklaşık %4-6, sebzelerin %3-5 oranında su kaybetmeleri onların buruşup pörsümelerine neden olmaktadır
Terleme hızı; ortamın sıcaklığına, meyve ve sebzenin solunum hızına ve çeşidine ve özellikle dış dokuların morfolojik yapısına bağlı olarak değişir. Bu yüzden, meyve ve sebzelerin soğukta depolanmasında, depoda belli bir bağıl nem oluşturularak, depo sıcaklığı düşürülerek ve depo havasının hareketi belli sınırlarda tutularak terleme kontrol altına alınıp, terleme sonucu beliren kalite düşmesi önlenir.
Kimyasallarla muhafaza Gıdalarda bozulmalara neden olan mikroorganizmaların çoğalmasını, gelişmesini ve faaliyetini önleyen veya onların ölümlerine yol açan birçok kimyasal bileşik vardır. Bu maddelerden insan sağlığına zararlı olmayanların belli düzeylerde ilavesiyle gıdaların mikrobiyolojik yolla bozulmasının önlenmesi yöntemine, kimyasallarla veya koruyucu maddelerle muhafaza denir.
Geniş anlamıyla koruyucu maddeler; mikrobiyolojik bozulmaları önlemek için gıdalara ilave edilen her türlü bileşikler olup; tuz, şeker, karbondioksit ve sirke gibi maddeler dahi bu anlamda koruyucu maddeler grubuna girmektedir.halbuki bu maddelerin bir kısmı, bizzat gıda öğeleridir ve kullanılma miktarları sınırlı değildir. Buna karşın dar anlamda koruyucu maddeler; gıda öğesi olmayan yani, genellikle gıdaya yabancı olan bazı kimyasal bileşikler olup bunların kullanılma miktarları daima sınırlıdır ve bu sınır %0.5 den daha düşüktür. Koruyucu maddeler denince genellikle, tanımlanan bu dar anlamdaki maddeler anlaşılır.
Bu kimyasal maddenin koruyucu olarak kullanılabilmesinin ilk koşulu, insan sağlığına herhangi bir şekilde zararlı olmamasıdır. Bir bileşiğin insan sağlığına etkisi şu kriterlerle belirlenmektedir: Akut toksik etki : LD50 (Lethal Dosis) deney hayvanlarının % 50 sini öldüren doz, kaba bir toksik etki ölçüsü Subkronik toksik etki : 90 gün süreli tüketim sonucundaki etki Kronik toksik etki : Uzun süreli tüketim sonucundaki etki Kanserogenik etki : Uzun süreli tüketim sonucunda tümör oluşumu Mutagenik etki : Kromozomların değişimi sonucunda oluşan doğrudan veya dolaylı etki Teratojenik etki : Embriyo veya cenin üzerindeki etki Biyokimyasal etki : Vücutta resorbsiyon, akümülasyon veya dışarı atılma gibi özellikler.
Bu kriterlere ek olarak ayrıca, koruyucu maddenin kullanıldığı konsantrasyonda tedavi edici farmakolojik etkisi de bulunmamalıdır. Aksi halde birçok patojen mikroorganizma, kullanılan maddeye karşı direnç kazanabilmekte ve bunun sonucunda daha farklı sorunlar oluşturmaktadır. Mikroorganizmaların antimikrobiyal maddelere karşı dirençleri birbirlerinden farklı olduğu gibi, mikrobiyal formların da dirençleri farklılık gösterir. Örneğin bakteri sporları antimikrobiyal maddelere karşı vejetatif hücrelerden daha fazla direnç gösterirler. Aynı durum fungal sporlar ve vejetatif hücreler için de geçerlidir
Diğer taraftan koruyucu maddelerin bazı kişilerde alerjik reaksiyonlara neden olduğu da göz ardı edilmemelidir. Örneğin benzoik asit ve sülfitler gibi yaygın olarak kullanılan koruyucu maddeler bazı kişilerde alerjik reaksiyonlara yol açabilmektedir Gıda ve Tarım Örgütü (Food and Agriculture Organization: FAO) ve Dünya Sağlık Örgütü (World Health Organization: WHO) uzmanlarından oluşan karma bir komite, koruyucu maddelerin hayvan denemelerinde herhangi bir etkisinin izlenmediği düzey NOEL (No Observed Effect Level) olarak isimlendirilmekte ve bu miktarın %1 i günlük alınabilecek doz (acceptable daily intake: ADI) olarak kabul edilmektedir. Ancak koruyucu maddeler vücuda çoğunlukla bu miktarın çok altındaki düzeylerde alınmaktadır.
Koruyucu maddeler, küfleri, bakterileri ve mayaları ya öldürmekte veya bunların faaliyetlerini engellemektedir. Herhangi bir koruyucu madde bu mikroorganizmalardan birine, ikisine veya sınırlı olarak hepsine aynı düzeyde etkili olabilir. Küfler üzerine yapılan öldürücü etkiye fungusit etki, bakteriler üzerine yapılan öldürücü etkiye ise bakterisit etki denilmektedir. Eğer bu etki sadece faaliyeti engelleme düzeyinde ise sıra ile, fungustatik ve bakteriostatik etki denilmektedir. Ancak bir kimyasal maddenin etkisini öldürücü veya engelleyici olarak ayırmak olanaksızdır. Çünkü bir maddenin mikroorganizmalar üzerindeki öldürücü veya engelleyici etkisi, onun konsantrasyonu ile ilgilidir. Nitekim bir fungustatik etkili madde (fungisitaz) veya bir bakteriostatik etkili madde (bakteriotaz) daha yüksek konsantrasyonlarda fungusit veya bakterisit etki gösterebilmektedir.
Ortama ilave edilen koruyucu maddeler, mikroorganizmaların zaman içinde yani birkaç gün veya birkaç hafta içinde, ölmelerini sağlar. İlave edilen koruyucu madde miktarı arttıkça mikroorganizmaların gelişmeleri o oranda yavaşlar ve ölmeleri o oranda hızlanır. Ancak koruyucu maddenin kullanılacak konsantrasyonu, ortamdaki mikroorganizma sayısına genellikle bağlı değildir. Bununla birlikte mikroorganizma yükü çok artmış ve böylece bozulmaya yüz tutmuş bir ürünün koruyucu maddeler ilavesiyle bozulmasının durdurulması olanaksızdır
Işınlarla muhafaza Gıdaların ışınlarla muhafazasında elektromagnetik enerjiden, diğer bir ifade ile iyonize eden enerjiden yararlanılmaktadır. Uygulandığı materyalde iyonizasyon gerçekleştiren alfa, beta ve gama ışınlarına iyonize eden ışınlar adı verilmektedir.
Bazı maddelerin atomları sürekli olarak parçalanırlar ve bu sırada çevreye iyonize eden ışın yayarlar. Bu şekilde bir parçalanmaya uğrayan maddelere radyoaktif maddeler denir. Uranyum gibi elementler, doğal olarak radyoaktif nitelikli maddelerdir.
Bazı elementler ise, kendine özgü yöntem ve işlemler sonucunda yapay olarak radyoaktif madde haline dönüştürülmektedir. Co 60 veya Cs 137 gibi elementler, yapay olarak radyoaktif hale getirilmiş maddelere örnek olup, bunlara radyoaktif izotoplar (radyonuklid) denir.
Radyoaktif maddelerin çevreye yaydıkları ışınlar çarptıkları materyalde iyon adı verilen elektrik yüklü parçacıklar oluştururlar. Bu nedenle bu ışınlara iyonize ışın veya iyonize eden ışın adı verilmektedir.
Ortak Uzmanlar Komitesinin kararıyla 1980 yılında ışınlanmış gıdayı sembolize eden radura sembolü ilk kez Hollanda da kullanılmıştır
İyonize ışınlar(alfa,beta ve gama ışınları)
Gıdaların muhafazasında en yaygın kullanılan iyonize ışın, gamma ışınlarıdır. Gamma ışınları yüksek enerjili, elektromagnetik ışınlar olup dalga boyları kısadır. Gamma ışınlarının üretiminde Co 60 kaynakları olarak kullanılmaktadır. veya Cs 137 ışın Uygulandıkları gıdalara radyoaktif özellik vermezler. Gıdaların muhafazasında kullanılabilen ışınların en ucuzudur. Paketlenmiş gıdaların ışınlanmasında da kullanılabilirler.