GIDA MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ GIDALARI MUHAFAZA YÖNTEMLERİ

Gıdaların dayandırılmasında uygulanan bütün yöntemlerin amacı, mikrobiyolojik ve mikrobiyolojik olmayan (enzimatik) değişmeleri önlemek veya sınırlamaktır. Gıdalar üzerinde, kısa sürede çeşitli mikroorganizmalar ürerler. Ayrıca gıdalar, mikroorganizmaların rahatlıkla çalışabileceği bir ortam oluşturduğundan önlem alınmazsa kısa sürede bozulmaya uğrayarak doğal durumları değişir ve tüketilemez hale gelirler.

Çeşitli dayandırma yöntemlerinin dayandığı 4 temel prensip vardır. 1) Mikroorganizmalar ve sporlarını ya öldürmek suretiyle etkisiz hale getirmek veya canlı kalsalar bile çoğalma faaliyetleri durdurularak bunların tekrar gıdaya bulaşmaları önlenmelidir (konservede olduğu gibi). 2) Ayrıca ortamı mikroorganizmaların çalışamayacakları bir duruma getirmek (kurutma ve dondurmada olduğu gibi). 3) Enzimatik olan ve enzimatik olmayan diğer değişmeleri önleyecek tedbirleri almaktır. 4) Kimyasal değişimleri engelleyebilecek koşulları oluşturmak

Bu prensiplere göre uygulanan başlıca gıda dayandırma yöntemleri; 1. Yüksek sıcaklık uygulaması 2. Soğuk uygulaması 3. Dondurma 4. Kurutma 5. Konsantre etme 6. Fermantasyon 7. Kimyasal maddeler ilave etme 8. Değişik gaz atmosferinde saklama 9. Radyasyon olarak sıralanabilir.

1.YÜKSEK SICAKLIK UYGULAMASI "Konserve" terimi, dar ve geniş kapsamlı olmak üzere, iki farklı anlamda kullanılmaktadır. Dar anlamı; gıdaların, yalnız hermetik kapatılmış kaplarda (teneke kutularda veya cam kavanozlarda) ısı uygulamasıyla dayanıklı hale konulmaları olgusunu, geniş anlamı ise; gıdaların örneğin, dondurma, kurutma, koruyucu maddelerle vb. gibi her çeşit yöntemle dayandırılmaları olgusunu kapsamaktadır. Bu bölümde konserve terimi, yaygın olarak benimsendiği gibi dar anlamda kullanılacak, ve yalnız hermetik kapatılmış kaplarda pastörizasyon veya sterilizasyon uygulaması gibi ısıl yolla dayanıklı duruma getirilen meyve ve sebzeler söz konusu edilecektir.

Konserve üretimi, elverişli nitelikteki hammaddenin bir takım ön işlemlerden sonra teneke kutulara, cam kavanozlara veya amaca uygun benzer kaplara doldurulması, kapların hava almayacak şekilde (hermetik) kapatılması ve ısıl işlemlerle (pastörizasyon ve sterilizasyon) bozulma yapabilen mikroorganizmaların öldürülmesi gibi başlıca temel işlemleri kapsar. PH < 4.5 olan gıdalar (meyveler ve domates ürünleri gibi asidik olan gıdalar) hermetikli olarak kapatılan kaplarda, 85 - 100oC sıcaklıkta belli bir süre tutulmak suretiyle bozulmaya neden olan mikroorganizmaların öldürülmesi işlemine pastörizasyon denir. pH > 4.5 olan sebzeler, et ve süt ürünleri gibi düşük asitli gıdalar +100 °C’de veya üzerindeki bir sıcaklıkta belirli bir ısıl işleme tabi tutularak dayanıklı hale getirilebilmektedir. Bu ısıl işlem şekline de sterilizasyon denmektedir.

Gıdalarda bozulmalara yol açan mikroorganizmalardan mayalar, küf mantarlarının sporları ve vejetatif hücreleri ve bakterilerin vejetatif olanları 80-100°C arasında en çok 20-30 dakika uygulanan ısıl işlemlerle öldürüldükleri halde, bakteri sporları ısıya daha dirençlidirler. Bazı bakteri sporları ancak 120-130°C’de öldürülmektedir. Botulizm zehirlenmesine neden olan Clostridium botulinum adındaki mikroorganizma düşük asitli gıdalarda, ancak yüksek sıcaklık derecelerinde yok edilebildiği için bu gibi düşük asitli gıdaların sterilize edilmeleri gerekmektedir.

ISIL IŞLEM Gıdaların bozulmasına neden olabilecek mikroorganizmaları ısı etkisiyle inaktive etmek suretiyle, gıdalara sürekli bir dayanıklılık kazandırma işlemine "ısı uygulayarak muhafaza" yöntemi denir. Bu amaçla uygulanan ısıtmaya ise "ısıl işlem" (thermal prcoess) denir. Geleneksel ''ısıl işlem'' uygulamasında; gıda, hermetik kapatılabilen bir ambalaja (kutu, kavanoz, şişe) doldurulduktan ve kapatıldıktan sonra önceden belirlenmiş bir sıcaklıkta ve sürede ısıtılmakta ve sonra soğutulmaktadır. Kabın, hermetik nitelikte kapanmış olması nedeniyle, yeniden bir mikroorganizma bulaşması söz konusu olamayacağından, ambalaj içindeki gıda mikrobiyolojik açıdan sınırsız süre dayanıklılık kazanmış bulunmaktadır. Şu halde ''HERMETİK'' nitelikte kapama terimi kap içinin dışarıyla tüm bağlantısının kesilmiş olmasını tanımlar. Öyle ki hermetik kapatma sadece gıdaya yeni bir bulaşmayı engellemekle kalmayıp, kap içindeki vakumu da korumalıdır.

ISIL İŞLEM Gıdanın ambalajlandıktan sonra ısıtıldığı geleneksel ısıl işlem uygulamasında ısı; gıdanın kalitesinde ve besleme değerinde bazı önemli olumsuzluklara neden olmaktadır. Çünkü kapalı bir kapta gıdanın hızla ve homojen bir şekilde ısınması zordur. Ambalaja doldurmadan önce ısıl işlem uygulamasının esas alındığı ''aseptik proses'' uygulamaları geliştirilerek gıdaların kalitesi olabildiğince korunabilmektedir. Aseptik proseste, ambalajlara doldurulmadan önce gıdalara özel sistemlerde ısıl işlem uygulanıp, soğutulmakta ve sonra steril ambalajlara (kutu, kavanoz, şişe) doldurulup hermetik olarak kapatılmaktadır. Gıdanın ısıtılması hem hızla ve hem de homojen bir şekilde gerçekleştirilebildiğinden, ''yüksek sıcaklık kısa süre'' (HTST; high temperature short time) ve hatta “ultra yüksek sıcaklık” (UHT; ultra high temperature) uygulaması mümkün olmakta ve böylece kalite çeşitli olumsuzluklardan minimum düzeyde etkilenmektedir .

ISIL İŞLEMİN HEDEFİ Gıdalardaki tüm patojen mikroorganizmaları öldürmek, Patojen olmasa dahi, normal depolama koşullarında o gıdada bozulmaya neden olabilecek tüm mikroorganizmaları öldürmek, Enzimleri inaktive etmek, Bütün bu hedeflere ulaşılırken, gıdanın kalitesinde ve besleme değerinde en az olumsuzluğa neden olmak.

ISIL İŞLEMİN HEDEFİ pH değeri 4,5'in üstünde olan düşük asit gıdalarda hedef mikroorganizma Clostridium botulinum 'dur. C. botulinum, ısıya çok dirençli sporlar oluşturan, çubuk şeklinde mezofilik bir anaerob bakteridir. Ayrıca en önemli özelliği, öldürücü bir toksin salgılayan bir patojen olmasıdır. Ancak pH düzeyi 4,5'in altında olan ortamlarda hem çoğalamaz ve hem de toksin salgılayamaz. Düşük asitli gıdalarla, asitli gıdaların sınırını oluşturan pH 4,5 rakamı, işte bu 4,6 değerinden, 0,1 birim güven payının düşürülmesiyle oluşmuş bir değerdir. Bütün bu açıklamalara göre, pH değeri 4,5'in üzerinde bulunan tüm düşük asitli gıdalara uygulanan ısıl işlemlerde C.botulinum'un hedef mikroorganizma olarak seçilmesinin nedeni, bu tip gıdalarda bulunabilen ısıya en dayanıklı bir patojen olmasıdır.

STERİLİZASYON Sterilizasyon : Mikroorganizmaları inaktive etmek amacıyla gıdalara, 100 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda uygulanan yoğun ısıl işlemdir. pH derecesi 4,5'in üzerinde olan gıdalarda ısıya dirençli ve bir kısmı patojen nitelikte mikroorganizmalar bulunduğundan veya mikroorganizmalar pH 4,5'in üstünde ısıya daha dirençli olduklarından sterilizasyon işlemi bu tür gıdalarda uygulanır. Mutlak sterilizasyon : Uygulandığı gıdada hiçbir canlı mikroorganizmanın kalmadığı yoğunluktaki bir ısıl işlemdir.

PASTÖRİZASYON Mikroorganizmaları inaktive etmek amacıyla 100 °C'nin altındaki sıcaklıklarda uygulanan ılımlı bir ısıl işlemdir. pH derecesi 4,5'in altında olan gıdalarda ısıya dirençli mikroorganizma bulunmadığından veya mikroorganizmaların ısıl dirençleri bu pH düzeylerinde çok azaldığından, bu gıdalara; pastörizasyon gibi ılımlı bir ısıl işlem yeterli gelmektedir. Pastörizasyon uygulanabilecek nitelikteki bazı gıdalara gerekirse 100 °C'nin üzerinde sıcaklıklarda sterilizasyon uygulanabilir. Örneğin bir meyve pulpuna bir HTST sisteminde 100 °C'nin üzerinde bir ısıl işlem uygulanabilir. Ancak sterilize edilmesi gereken bir gıdaya pastörizasyon uygulanamaz. Örneğin pH değeri 4,5'in üstünde bulunan bir sebze konservesi veya sebze suyu hangi sistem kullanılırsa kullanılsın, 100 °C'nin altındaki bir sıcaklıkta pastörize edilemez.

TERMAL ÖLÜM SÜRESİ Belirli şartlarda, belirli sayıdaki mikroorganizmanın belli sıcaklık derecesinde ölmesi için geçen süreye ‘’termal ölüm süresi’’ (TÖS) denilmektedir. Bir mikroorganizmanın termal ölme süresinin doğru tanımı: ''Sabit bir sıcaklıkta belli koşullarda ısıtma sonunda belli bir ölüm oranının (desimal azalma sayısının) sağlandığı süre'' şeklindedir. Buna göre; pH’sı 4,5’in üzerinde olan gıdalarda “Clostridium botilinum’’ pH’sı 4,0-4,4 arasında olan gıdalarda “Bacillus coagulans’’ ve “Clostridium pasteurianum’’ pH’sı 4,0’ün altındaki asitli gıdalarda daha çok maya ve küfler bozulmaya neden olduğundan en dayanıklı küflerden olan “Bysochlamys fulva’’ test mikroorganizması olarak seçilmelidir.

Dayanıklı gıdaların depolanmasında, düşük sıcaklıklarda yavaş bir şekilde gelişen kimyasal reaksiyonlar, sıcaklık arttıkça hızlanmaktadır. Genel olarak her 10 °C sıcaklık artışının, bu reaksiyonların hızının kabaca 2 misline ulaşmasına neden olduğu kabul edilmektedir. Sıcaklık değişiminin, bir gıda sistemindeki reaksiyonların hızına etkisine sıcaklık katsayısı (temperature quotient) denir. 10 °C'lik sıcaklık değişimine göre belirtilen bu etki, Q10 şeklinde simgelenmektedir. Buna göre gıdalarda kalite kaybına neden olan reaksiyonlarda genel olarak olduğu gibi konserve gıdalarda da Q10 = 2 dir. Bu açıklamalara göre konservelerin depo ömründe sıcaklık en önemli etkendir. Bu nedenle konservelerin depolanması ilke olarak 0 °C'nin üstünde, fakat olabildiğince düşük derecede yapılmalıdır.

2-SOĞUTMA ve 3-DONDURMA Pek çok bakteri, maya ve küf 16-38°C aralığında iyi gelişirler Psikrotrof mikroorganizmalar 0°C ve altındaki sıcaklıklarda gelişebilirler 10°C altındaki sıcaklıklarda gelişme yavaştır. Sıcaklık düştükçe gelişme de daha yavaş olur. Gıdalardaki suyun tamamen donması durumunda mikroorganizmaların üremeleri için uygun ortam olmaz. Çeşitli gıdalarda çözünmüş halde bulunan şeker ve diğer bileşenlerden dolayı donma noktası düşer ve -10°C ve daha düşük sıcaklıklarda dahi yapıda donmamış su bulunabilir.

Soğukta ya da dondurarak muhafaza gıdaların sterilizasyonunu sağlamaz. Sıcaklığın düşürülmesi ile mikrobiyal aktivitenin yavaşlatılması, soğutarak ve dondurarak muhafazanın temelini oluşturur. Dondurma işlemi; hava akımında dondurma, İndirekt kontakt metodu ile dondurma, Daldırarak dondurma gibi yöntemler kullanılarak uygulanabilir. Soğukta ya da dondurarak muhafaza gıdaların sterilizasyonunu sağlamaz.

4. KURUTMA Mikroorganizmaların yapısında da %80 üzerinde su bulunur. Mikrobiyal üreme sırasında ihtiyaç duyulan su gıdalardan sağlanır Gıdadan su uzaklaştırıldığı zaman bakteri hücrelerinin gelişimi durur Gıdanın su aktivitesi (aw) hem gıdanın su içeriğine (serbest su) hem de çevredeki bağıl neme bağlıdır. Bağıl nem: havadaki su buharının kısmi buhar basıncının aynı sıcaklıktaki saf suyun buhar basıncına oranıdır.

Mikrobiyal gelişmenin gerçekleştiği sıcaklıklarda bakterilerin çoğu 0 Mikrobiyal gelişmenin gerçekleştiği sıcaklıklarda bakterilerin çoğu 0.9 üzerindeki su aktivitesi değerlerine ihtiyaç duyarlar. Pek çok bakteri aw=0,85 altında gelişemez Bazı mayalar ve küfler ise aw=0,65 düzeyine kadar yavaş da olsa gelişebilir. Gıdaların kurutulması ile de tüm mikroorganizmaların öldürülmesi sağlanamaz

Kurutarak muhafazada, gıdanın yapısındaki suyun tamamına yakını kontrollü koşullar altında, gıda özelliklerinde minimum değişim yaratarak uzaklaştırılır (süt tozu, instant kahve vb.) Suyun sadece bir kısmı gıdadan uzaklaştırılıyorsa bu işlem kurutma değil konsantrasyondur. Gıdaların kurutulmasında ısı ve kütle transfer hızının yüksek olması önemlidir. Bu anlamda aşağıdaki faktörlere dikkat edilmelidir. Yüzey alanı: kurutulacak gıda daha küçük parçalara bölünerek ya da ince dilimler haline getirilerek ısı ve kütle transfer hızı arttırılabilir Sıcaklık: ortam ve gıda arasındaki sıcaklık farkı ne kadar fazla ise ısı transfer hızı da o kadar artacaktır Hava hızı: kurutulan gıdanın yüzeyindeki havanın uzaklaştırılması, nem dolayısıyla burada doymuş bir atmosfer oluşmasını önleyecektir

Nem: hava kurutucu ortam olduğu durumda, havanın kuru olması kurutma hızını da arttıracaktır. Nemli hava doygunluğa daha yakın olduğu için gıdadan uzaklaştırılan daha az miktardaki nemi absorblayabilecektir Atmosferik basınç ve vakum: 1 atm basınçta su 100oC’de kaynar. Buna karşılık basınç azaltılırsa kaynama noktası sıcaklığı da düşer. Isıya duyarlı gıdalar açısından düşük kurutma sıcaklığı ve kısa kurutma süresi önemlidir. Sıcaklık – süre: bazı istisnalar dışında kurutma prosesleri yüksek sıcaklık kısa süre baz alınarak gerçekleştirilir. Böylelikle düşük sıcaklıkta uzun süre kurutma işleminin gıdada yaratabileceği olası problemler azaltılır.

5. KONSANTRE ETME (Konsantrasyon) Konsantrasyon, bazı gıdalar için kurutma prosesinin ön aşaması olarak düşünülebilir. Konsantrasyonla birlikte ağırlık ve hacimde azalma olduğundan depolama ve nakliye açısından ekonomik olarak da avantaj sağlanır. İşlemin uygulandığı bazı gıda örnekleri şu şekildedir: Meyve ve sebze suyu ve nektarı konsantreleri, Şeker şurupları, Reçeller ve Salça

6. FERMANTASYON Mikroorganizmalar tarafından anaerobik ortamda bir organik maddenin başka bir organik maddeye dönüştürülmesidir. Bu anlamda makrobileşenler (örneğin karbonhidratlar) alkol, CO2, laktik asit vb. yeni ürünlere dönüştürülür. Gıda endüstrisinde fermantasyon açısından bazı uygulamalar Laktik asit bakterileri : Turşu, Salam sucuk gibi et ürünleri, Yoğurt ve peynir gibi süt ürünleri Küfler: Rokfor (roquefort) ve kamembert (camembert) peynirleri Mayalar: bira, şarap, ekmek

Bira ve şarap üretiminde mayalar glikozdan etil alkol üretirler C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 Yoğurt üretiminde laktoz laktik asit bakterileri tarafından laktik aside dönüştürülür. Laktoz Laktik asit Dönüşüm aerobik şartlarda gerçekleşiyorsa bu olay fermantasyon değil oksidasyondur. Etil alkol asetik asit (Acetobacter aceti)

7.KİMYASAL MADDELER İLAVE ETME 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.

Bazı koruyucu maddelerin etki spektrumları

Kimyasallar Pek çok kimyasal mikroorganizmaların inaktivasyonunu sağlayabilmekle birlikte, bu kimyasalların çoğunun gıdalarda kullanımına izin verilmez. Antimikrobiyal olarak adlandırılan ve gıdalarda kullanıma izin verilen bazı kimyasallar Sodyum benzoat Sorbik asit Sodyum ve kalsiyum propionat Kükürt dioksit

Kimyasal madde olarak ASİT uygulaması Belirli güce sahip asitlik mikroorganizmaların gelişimini engeller Bazı mikroorganizmalar, aside karşı diğer mikroorganizmalara karşı daha duyarlıdır. Bazı mikroorganizmaların ürettiği asitler sonucu diğer bazı mikroorganizmaların gelişimi engellenir. Laktik asit bakterileri gibi çeşitli mikroorganizmalar kullanılarak gıdalarda fermantasyon yoluyla kontrollü bir şekilde asit oluşturulabilir. Bazı durumlarda ise asit direkt olarak gıdalara eklenebilir (gazlı alkolsüz içeceklere sitrik asit veya fosforik asit ilavesi)

Kimyasal madde olarak ŞEKER VE TUZ uygulaması Meyveler şeker şurubu içerisine konarak muhafaza edilebilir (reçeller). Bazı gıdalar ise salamura içerisinde muhafaza edilirler Bakteri, maya ve küflerin hücre membranları vardır. Bu membran suyun geçişine izin verir. Mikroorganizmalar yüksek şeker ya da tuz çözeltisi içerisine konduğu zaman ozmoz sonucu hücre içerisindeki su membran dışına hareket eder. Hücrenin içindeki ve dışındaki su konsantrasyonunun eşitlenmeye çalışması neticesinde hücrenin kısmi kuruması söz konusudur (plazmoliz)

Kimyasal madde olarak DUMANLAMA uygulaması Et ve balık gibi gıdalar, çeşitli odunların yakılması ile elde edilen duman ile muamele edilerek muhafaza edilebilirler. Duman içerisinde koruyucu bazı kimyasallar bulunmaktadır. Dumanlama işlemi bugün itibariyle koruyucu etkisinden daha ziyade flavor kazandırmak için uygulanmaktadır.

8. DEĞİŞİK GAZ ATMOSFERİNDE SAKLAMA Oksijene ihtiyaç duyan mikroorganizmaların (aerob) gelişiminin engellenmesi için ortamdaki hava uzaklaştırılır. Oksijeni tolere edemeyen mikroorganizmalar (anaerob) için ise ortama hava verilir.

9. RADYASYON 1983 yılında FDA (Food and Drug Administration) iyonize ışınların, baharattaki mikroorganizmaların kontrolü için kullanılmasını onaylamıştır. 1985 yılında yine FDA tarafından kullanım alanı genişletilerek çilek, kanatlılar, domuz ve sığır eti gibi ürünlerde kullanımına izin verilmiştir. Işınların kullanım amaçları Meyve ve sebzeler ile baharattaki böceklerin kontrolü Patates, soğan gibi ürünlerde çimlenmenin kontrolü Vejetatif mikroorganizmaların inaktivasyonu

Gıdaların ışınlanması amacıyla kullanılan ışın kaynakları Gamma ışınları: bu ışınların üretiminde Co60 veya Cs137 ışın kaynağı olarak kullanılmaktadır. Nüfuz etme özellikleri fazladır. Ultraviyole ışınları (UV): gıdaların yüzeyindeki mikroorganizmaları inaktive etmek amacıyla 200-280 nm dalgaboyundaki ışınlar kullanılabilir. Nüfuz etme yetenekleri azdır. Alet ekipmanların yüzeyleri, su ve hava sterilizasyonunda kullanılabilir. X-ışınları: UV ışınlarına göre penetre yetenekleri daha fazladır. Mevcut ekipmanlarla kullanımında verim düşüktür. Bu anlamda kullanım ticari boyuttan daha çok deneysel ölçeklidir.

RADYASYON (devam) Çeşitli tipteki radyasyon uygulamaları ile mikroorganizmalar inaktive edilebilir Mikrodalgalar Ultra viyole (UV) İyonize radyasyon Bunların tamamı farklı dalga boyu ve enerjiye sahip elektromanyetik radyasyon çeşitleridir. İyonize radyasyon uygulaması sonucunda önemli bir sıcaklık artışı söz konusu olmadığı için “soğuk sterilizasyon” olarak da adlandırılır.