GIDA MUHAFAZASINDA ISIL İŞLEMLER Müge h.ertop 2016

Gıdaların ısıl işlemler ile dayanıklı hale getirilmelerinde * Asıl amaç mikroorganizmalar etkisiz hale getirmektir. *Ancak 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. Yani 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. ÖRNEK: Meyve sularının pH değeri düşük olduğu için pastörizasyon (T<100°C) ile dayanıklı hale getirilebildikleri halde, fermente edilmemiş doğal sebze suları sterilizasyon (T>100°C) ile dayanıklı hale getirilmektedir.

Ticari Sterilizasyon 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 işlemlerin enzimlere etkisi 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; Bu koşulların bilimsel yollarla sayısal değerler halinde belirlenebilmesi için, ısıl işlemlerle muhafaza edilen gıdalarda bozulmalara neden olan mikroorganizmaların ısıya karşı dirençleri ile ısıl işlem sırasında ambalaj içinde ısı girişimi gibi iki ana faktörün saptanması gerekir. Bozulma nedeni mikroorganizmaların öldürülmelerini gerçekleştirme Gıdaların fiziksel ve kimyasal yapıları ve besin değerlerinde en az kayıp En uygun ısıl işlem koşullarının sağlanması

1.2. Isıl işlem koşullarının saptanması Deneysel yolla ısıl işlem koşullarının saptanması yöntemi, birbirine bağlı üç aşamadan oluşan bir uygulamadır. •Test mikroorganizmasının ısıl direncinin deneysel olarak saptanması, •Isıl işlem uygulanacak gıdada ısı girişimine ait verilerin deneysel olarak belirlenmesi, •Birinci ve ikinci aşamalarda deneysel olarak bulunan verilerin değerlendirilerek, sıcaklık ve süre gibi ısıl işlem koşullarının hesaplanması. Isıl işlem koşullarının saptanması, sebze suları gibi düşük asitli gıdalar (pH > 4.5) için çok önemlidir. Çünkü bu gıdalarda insan sağlığını tehdit edici nitelikte bir bozulma riski daima vardır. Buna karşın meyve suları gibi yüksek asitli (pH < 4.5) gıdalarda basit bir ısıl işlem dahi, bozulma etmenlerini kısa sürede ortadan kaldırmaya yetmekte ve bunlarda insan sağlığını tehdit edici bir bozulma riski bulunmamaktadır.

1.3. Isıl işlemlerin temel ilkeleri •Bir ısıl işlemin etkinliğinin hesaplanabilmesi, ısıl işlem açısından önemli olan mikroorganizmanın ısısal direnç özelliklerinin (z- ve F-değeri) bilinmesini gerektirir. Mikroorganizmaların ısı etkisiyle ölümü genellikle birinci dereceden reaksiyon kinetiğine uyar. •Isının mikroorganizmalara öldürücü etkisinin nedenleri değişik görüşlerle açıklanmaktadır. En yaygın olan görüşe göre; 1.Mikroorganizmaların yapılarında bulunan proteinler ısı etkisi ile denatüre olmakta 2.Aynı şekilde yaşamsal önemi olan enzimler de inaktive olarak mikroorganizmanın ölümü gerçekleşmektedir.

Isıl işlem etkinliğini etkileyen faktörler pH •Mikroorganizmaların ısıya karşı dirençleri onların kalıcı bir niteliği olmayıp, içinde bulundukları ortamın fiziksel ve kimyasal yapısına bağımlı olarak değişebilmektedir. •Mikroorganizmaların ısıya karşı dirençlerini etkileyen en önemli faktör ortamın pH değeridir. Mikroorganizmaların ısıya karşı dirençleri pH 7 dolaylarında en yüksek düzeydedir. Ortamın asitliği artıkça, diğer bir deyimle pH değeri düştükçe, mikroorganizmaların ısıya dirençleri azalmaktadır.

Bu özelliğin pratikte çok önemli sonuçları vardır Bu özelliğin pratikte çok önemli sonuçları vardır. Gerçekten meyve ve domates konserveleri ve suları gibi, pH değerleri 4.5'in altında olan gıdalar 100°C'ın altındaki sıcaklıklarda, yani pastörize edilerek dayanıklı hale getirilirken, pH değerleri 4.5'ten fazla olan sebze, et ve süt ürünleri gibi gıdalar 100°C'ın üzerinde sterilize edilerek dayanıklı hale getirilmektedir. Ürünün pH değeri, uygulanacak ısıl işlemin niteliğini etkilediğinden, ısıl işlem uygulamalarında gıdalar pH değerlerinde göre sınıflandırılmaktadır. Gıdaların mikrobiyolojik bozulma nedenleri de pH değerlerine göre değişmektedir.

Tuz •Diğer taraftan ortamın tuz, yani NaCl, konsantrasyonu belli bir noktaya kadar mikroorganizmaların ısıya direncini artırmaktadır. % 2'den % 4'e kadar olan tuz konsantrasyonları mikroorganizmaların ısıya direncini artırdığı halde, daha fazla miktarlar ısıya direnci azaltmaktadır. Ancak birçok konserve gıdada kullanılan % 0.1 dolaylarındaki tuzun bu konuda herhangi bir etkisi yoktur.

Şeker •Şekerler de derişime bağlı olarak mikroorganizmaların ısıya direncini etkilemektedir. % 50 ve daha yüksek derişimlerdeki şeker ısıya direnci artırmaktadır. Ancak daha düşük miktarlardaki şeker mikroorganizmaları ısıya karşı koruyamamaktadır.

Protein •Aynı şekilde protein yapısındaki maddeler de mikroorganizmaları ısıya karşı korumaktadır. Ortama katılan jelatinin mikroorganizmaların ısıl direnci artırdığı saptanmıştır.

Yağ •Yağlar da mikroorganizmaların ısıl dirençlerini etkilemektedir. Yağların bu etkileri ısıyı güç iletmeleri yanında, mikroorganizma hücresinin çevresini sararak su ile ilişkiyi kesme ve böylece suyun, proteinlerin ısı ile koagüle olma üzerindeki etkisini ortadan kaldırmasıyla açıklanmaktadır.

Tat ve Aroma Maddeleri ve Koruyucu Maddeler •Gıdalara tat ve aroma vermek amacıyla ilave edilen baharat, gıdalarda kullanıldıkları düzeylerde mikroorganizmaların ısıl dirençleri üzerinde etkili olmadıkları halde, yüksek konsantrasyonlarda etkileri bulunmaktadır. •Gıda muhafazasında kullanılan bazı koruyucuların da mikroorganizmaların ısıya dirençlerini azalttıkları saptanmıştır.

Mikroorganizma Yaşı ve Sayısı •Diğer taraftan ortamdaki mikroorganizma sayısı mikroorganizmaların ısıya karşı direnci üzerinde etkili olmadığı halde, ısı etkisiyle mikroorganizma ölümlerinin logaritmik bir özellik göstermesinden dolayı ısıl işlemlerle mikroorganizmaların öldürülmelerinde başlangıç mikroorganizma sayısı büyük önem taşımaktadır. •Ayrıca mikroorganizmanın yaşı da ısıya karşı direnci etkiler. Ancak bunun gıda teknolojisi açısında bir önemi bulunmamaktadır.

Isıtma süresinin fonksiyonu olarak mikroorganizmaların öldürülmesi Belli bir mikroorganizma veya bakteri sporlarının süspansiyonu hazırlandıktan sonra, sporların öldürülmesi için gerekli bir sıcaklıkta ısının etkisi incelenecek olursa; ısıtma süresi artarken canlı kalan spor sayısının logaritmik olarak azaldığı görülür.

Örneğin başlangıçta spor süspansiyonunun 1 ml'sinde 10ˉ5 spor bulunduğu varsayılırsa, sabit bir sıcaklıkta ısıtma sonunda canlı kalan spor sayısında Tabloda gösterilen şekilde bir azalma söz konusudur.

D-değeri •Bu koşullarda D dakika, ortamdaki canlı mikroorganizma populasyonunun %90'ınının öldürülmesi için gerekli ısıtma süresidir. * D-değeri sıcaklığa bağlı bir değer olduğundan hangi sıcaklığa ait olduğu D harfinin hemen altına yazılan rakamla belirtilir. Örneğin D150, D230 gibi.

F-değeri Belli bir mikroorganizmanın spor veya vejetatif hücrelerini öldürülebilmesi için ısının belli bir referans sıcaklıktaki dakika cinsinden eşdeğeridir. F-değeri, söz konusu sıcaklıkta mikroorganizmanın tümden imha edilmesi için gerekli süredir.

Termal ölüm süresi (TÖS) •Mikroorganizmaların vejetatif hücre ve sporlarını ısı etkisi ile öldürmek için gerekli süre, sıcaklığın artmasıyla azalır. Belli sıcaklıklarda spor sayısını 105 adet/ml'den 100 adet/ml'ye indirgemek için gerekli süre (termal ölüm süresi)

Isıl işlem sırasında gıdada ısı aktarımını etkileyen faktörler Ambalajın yapıldığı materyal ve kalınlığı •Ambalajlar teneke, cam veya fazla yaygın olmamakla birlikte diğer bazı materyalden yapılabilirler. Cam, tenekenin ana materyalini oluşturan demire göre ısıyı yaklaşık 1/9 oranında daha yavaş iletmektedir. Şişe ve kavanozlardaki gıdaların ısıl işleminde ısı aktarımının bu materyallerde daha yavaş olduğu göz önüne alınmalıdır. Şüphesiz bu konuda materyalin kalınlığı da ayrı önem taşımaktadır.

Kabın büyüklüğü •Kabın büyüklüğü ısıl işlem sırasında birim içeriğe düşen ısınma alanını etkilediğinden önem taşımaktadır. Bu nedenle büyük kaplarda ısı aktarımı daha yavaş olmaktadır. Diğer taraftan kabın büyüklüğü yanında şekli de ısı aktarımını etkilemektedir. Küçük kaplarda ısı aktarımı daha hızlı gerçekleştiğinden, böyle kaplarda bulunan gıdalarda daha kısa süreli ısıl işlem uygulanır.

NOT: Soğuk Nokta Soğuk noktanın, en geç ısınan veya başka bir deyimle ısıl işlemin ısıtma peryodunda daima en düşük sıcaklığa sahip olan nokta olduğu göz önüne alınınca, bir konservede istenen düzeydeki sterilitenin mutlaka burada sağlanması gerektiği sonucuna varılır. Isıl işlem parametrelerinin hesaplanmasında önce soğuk noktanın yerinin belirlenmesi ve sonra ısı girişiminin burada ölçülmesi ve tüm hesaplamaların bu verilere dayandırılması gerekir.

Kabın doldurma oranı ve tepe boşluğu miktarı •Gereğinden fazla katı kısım ile doldurulmuş kaplarda, ısı aktarımı daha yavaştır. Çünkü fazla doldurulmuş kaplarda, ısı aktarımının daha kolay olduğu ve bu nedenle ısınmanın kısa sürede gerçekleştiği sıvı kısım azdır. Diğer taraftan tepe boşluğu miktarının fazla olması da ısı aktarımı engeller. Bu durum özellikle kısa boylu yayvan kaplara konulan ve ısı aktarımının kondüksiyon ile gerçekleştiği gıdalarda önem taşımaktadır.

Kap içeriğinin başlangıç sıcaklığı •Kap içeriğinin otoklava konulduğu anda soğuk noktasının sıcaklığına ilk sıcaklık veya başlangıç sıcaklığı denir. Başlangıç sıcaklığı, ısıl işlem sırasında kap içinde ısı aktarımının yavaş veya hızlı olmasını etkiler. Kap içeriği ve otoklav sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkı ne kadar fazla olursa ısı aktarımının hızı da artar. Ancak aynı otoklava konulan kapların içeriğinin aynı sıcaklıkta olması homojen ve yeterli bir ısıl işlem için gereklidir. Aksi halde belli sıcaklıklarda kalış süreleri değişeceğinden homojen bir sterilizasyon yapılamaz.

Sallanmanın etkisi •Isıl işlem sırasında otoklav içerisinde gıda maddesinin fiziksel yapısında bir değişime neden olmayacak şekilde konserve kaplarının sallanması ısı aktarımını kolaylaştırmaktadır. Bu olgudan yararlanılarak rotasyon otoklavlar geliştirilmiştir. Rotasyon otoklavlarda kap içindeki tepe boşluğu dönme sırasında sürekli yer değiştirdiğinden soğuk nokta sabit bir yerde değildir ve daha kolay ısınır. Rotasyon otoklavlardan dakikada 10-11 devir yapan tipleri tercih edilmektedir.

Gıdanın bileşimi ve fiziksel yapısı •Kapta bulunan düşük konsantrasyonlardaki, örneğin %1-2 düzeyindeki tuz ve şeker gibi suda çözünmüş maddeler, ısı aktarımını etkilememektedir. Ancak meyve konservelerinde kullanılan yüksek konsantrasyonlardaki şeker şurubu ısı aktarımını yavaşlatmaktadır. Nişasta, jelatin ve pektin gibi kolloidlerin ısı aktarımına etkisi konsantrasyona bağlıdır. Bu bakımdan bu kolloidlerin konserve içeriğinde bulunması halinde bu durum göz önüne alınmalıdır. Kap içeriğinin fiziksel yapısı da ısı aktarımını ve aktarım şeklini geniş ölçüde etkiler. Domates salçası gibi püre halindeki gıdalarda ısı aktarımı kondüksiyon ile gerçekleştiği halde, bezelye, fasulye ve benzeri hem katı hem de sıvı kısımlardan oluşan konserve gıdalarda ısı aktarımı hem kondüksiyon hem de konveksiyonla gerçekleşir.

Otoklav sıcaklığının etkisi •Isıl işlemin başlangıcında otoklav sıcaklığı ne kadar yüksekse, kap içinde ısı aktarımı otoklav ve ürün arasındaki artan sıcaklık farkından dolayı daha fazladır.