GIDA MÜHENDİSLİĞİNDE TEMEL İŞLEMLER

TEMEL İŞLEMLER Gıdaların üretilme süreci, her biri temel işlem (unit operation) olarak adlandırılan bir seri fiziksel prosesten meydana gelir. Akışkan akışı Isı transferi Kütle transferi Mekanik seperasyon Boyut ayarlama Karıştırma

TEMEL İŞLEMLER Akışkan akışı: akışkan bir ürünün bir noktadan başka bir noktaya hareketi, Isı transferi: ısı ortama verilebilir veya ortamdan uzaklaştırılabilir (ısıtma, soğutma, dondurma) Kütle transferi: moleküler düzeyde madde transferi gerçekleşir. (Distilasyon, gaz absorbsiyonu, kristalizasyon, kurutma, membran prosesleri, evaporasyon) Mekanik seperasyon: filtrasyon, santrifügasyon, sedimentasyon, eleme Boyut ayarlama: boyut küçültme (kesme, dilimleme, öğütme, homojenizasyon) veya boyut büyütme (agregasyon, gelation) Karıştırma: katı veya sıvı bileşenlerin karışımı

TEMEL İŞLEMLER Temel işlemlerden gıda proseslerinde çeşitli şekillerde yararlanılabilir Örneğin ısı aktarımından sütün pastörizasyonu, konserve sebzelerin sterilizasyonu, fıstık kavrulması, ekmek pişirilmesi vb. pek çok alanda yararlanılabilir

TEMEL İŞLEMLER Bazı gıda işleme prosesleri tek bir temel işlemden oluşabileceği gibi, pek çoğu temel işlemlerin kombinasyonu şeklinde gerçekleşir. Örneğin kahve kreması üretiminde çeşitli katı ve sıvı bileşenler kullanılarak aşağıdaki temel işlemlerden yararlanılır Karıştırma Akışkan akışı Boyut küçültme (homojenizasyon) Isı transferi (ısıtma) Isı transferi (soğutma) Kütle transferi (suyun kurutma sonucu buhar haline dönüştürülmesi)

TEMEL İŞLEMLER Sütün pastörizasyonu sırasında akışkan akışı ve ısı transferinden (ısıtma ve soğutma) yararlanılır Dondurarak kurutma (ısı transferi, kütle transferi) Dondurma üretimi Karışımı hazırlama (karıştırma, akışkan akışı, ısı transferi, boyut küçültme) Dondurma (akışkan akışı, ısı transferi, havanın dondurma içerisine kütle transferi)

TEMEL İŞLEMLER Akışkanın bir noktadan başka bir noktaya transferi iki şekilde gerçekleşebilir Yerçekimine bağlı akış Pompalama

TEMEL İŞLEMLER Laminar (tabakalı) akış Turbulent (karmaşalı) akış Akışı etkileyen bazı faktörler akış hızı boru çapı viskozite

TEMEL İŞLEMLER Akışı gerçekleştirilecek gıdanın özelliklerine bağlı olarak pek çok tipte pompa kullanılabilir santrifüj pompalar yerdeğişimli pompalar

TEMEL İŞLEMLER ISI TRANSFERİ Isıl işlem Gıdalara farklı amaçlarla ısıl işlem uygulanır - mikroorganizmaları inaktive etmek: örn. sütün pastörizasyonu, konserve sebzelerin sterilizasyonu - enzimleri inaktive etmek: örn. sebzelerin haşlanmaları - fazla suyun uzaklaştırılması: örn. meyve sularının konsantrasyonu - flavor gelişiminin sağlanması: örn. kahvenin kavrulması - pişirme ile gıdaların daha gevrek ve tadının daha lezzetli hale gelmesi - doğal toksik maddelerin inaktivasyonu: örn. fasulyede fitohemaglutinin

TEMEL İŞLEMLER Isı transferi 3 farklı şekilde gerçekleşir - kondüksiyon (ısıl iletim) - konveksiyon (ısıl taşınım) - radyasyon (ışıma) Gıdalar genel olarak ısıl işleme karşı duyarlıdırlar Aşırı ısıl işlem flavorda bozulmalara renkte bozulmalara besinsel değerinin azalmasına yol açar

TEMEL İŞLEMLER Gıda kalitesinin optimum şekilde korunabilmesi için ısıtma ve soğutma işlemlerinin hızlı bir şekilde gerçekleştirilmesi istenir Hızlı ısıl işlem ise ısıtma yüzeyi ile gıdanın maksimum düzeyde teması ile sağlanır. Bu işlem gıdanın daha küçük birimler halinde ısıtıcı yüzeyle teması şeklinde gerçekleştirilebilir. Örneğin plakalı ısı değiştiriciler ile sütün pastörizasyonu

TEMEL İŞLEMLER Kullanılan ısı değiştirici türleri Plakalı ısı değiştiriciler Tubular (borulu) ısı değiştiriciler

TEMEL İŞLEMLER Soğutma ve dondurma Isı enerjisinin ortamdan uzaklaştırılması Gıdalar özelliklerine göre çeşitli derecelere kadar (örneğin 0-4oC) soğutulabilir veya daha düşük derecelerde (-18oC ve altı) dondurulabilir Soğutma ve dondurma işlemi gıdaların kalitesini mümkün olduğunca korumak ve dolayısıyla raf ömrünü uzatmak amacıyla uygulanır

TEMEL İŞLEMLER Soğuk hava ile dondurma Durgun havada dondurma Hava akımında dondurma Tünel dondurucular Akışkan yatak dondurucular Spiral bantlı dondurucular

TEMEL İŞLEMLER tünel dondurucular Akışkan yatak dondurucular Spiral bantlı dondurucular

TEMEL İŞLEMLER İndirekt kontakt metoduyla dondurma Plakalı dondurucular

TEMEL İŞLEMLER Daldırarak dondurma Kriyojenik sıvılarla dondurma

TEMEL İŞLEMLER Evaporasyon (Buharlaştırma) Suyun kısmen uzaklaştırılarak gıdanın konsantre edilmesi, Aynı zamanda istenen uçucu bileşenlerin kazanımı, ya da istenmeyen uçucu bileşenlerin uzaklaştırılması amacıyla da uygulanır. Meyve suyu konsantreleri ve salça üretiminde evaporasyondan yararlanılır. Düşük basınçlarda tüm sıvılar daha düşük sıcaklıklarda kaynadıkları için modern evaporasyon sistemlerinde bu prensipten yararlanılır (vakum altında çalışan evaporatörler)

TEMEL İŞLEMLER Evaporatörler

TEMEL İŞLEMLER Evaporatörler

TEMEL İŞLEMLER Kurutma Gıdanın yapısına minimum düzeyde hasar verecek şekilde yapıdaki suyun uzaklaştırılması Evaporatörler ile gıdalar 2-3 kat konsantre edilirken, kurutucular gıdadaki suyun hemen hemen tamamını uzaklaştırabilirler Kurutma işlemi ile Gıdalar bozulmalara karşı korunur Ağırlık azalması ile buna bağlı depolama ve nakliye masrafları azalır Örnek: süt tozu, instant kahve

TEMEL İŞLEMLER Kurutma 3 ayrı kurutma metodundan bahsedebiliriz: Yüksek sıcaklıkla kurutma (Güneşte, kabin kurutucular, tünel kurutucular, tamburlu kurutucular vb.) Püskürtme ile kurutma Dondurarak kurutma Güneşte ya da tepside kurutma yöntemi en ucuz kurutma yöntemidir. Bunu püskürterek kurutma ve dondurarak kurutma izler. Kurutma yönteminin seçimi genel olarak ürün karakterine göre değişir. Katı haldeki ürünler çoğu kez güneşte ya da tepside kurutulur. Meyve, sebzeler gibi. Burada ürün doğrudan güneşe maruz kalabilir ya da tepsilere yerleştirilerek, ılık yada sıcak hava akımına maruz kalabilir. Isıya karşı çok duyarlı olan ürünler dondurarak kurutma yöntemi ile kurutulur. Ticari olarak sadece instant kahve dondurma yöntemi ile üretilir.

TEMEL İŞLEMLER Kurutma sistemleri Kabin kurutucular

TEMEL İŞLEMLER Tünel kurutucular: bezelye, dilimlenmiş soğan ve mantar gibi küçük boyutlu çeşitli gıdalar, uzun bir tünel içerisinden hareket ettirmek suretiyle kurutulabilir.

TEMEL İŞLEMLER Tamburlu (Drum) kurutucular: ince bir film halinde kurutucu yüzeyinde kurutma sağlanır. Tambur içeriden buharla ısıtılır, yüzeyde kuruyan gıda bir bıçak yardımıyla kazınarak ayrılır. Domates püresi, patates püresi

TEMEL İŞLEMLER Sıvı gıdaların kurutulması, bu ürünlerin spray ya da film halinde daha küçük boyutlara dönüştürülebilmesi dolayısıyla daha kolay gerçekleştirilebilir. Spray (püskürtmeli) kurutucular: sıvı, nozzle ucundan püskürtülürken sıcak hava ile temas ettirilir. Bu şekilde gıda küçük partiküller halinde kurutulur. Örn. süt tozu

TEMEL İŞLEMLER Dondurarak kurutma: gıdadaki suyun buz halinden buhar haline vakum halinde geçirilmesiyle kurutma gerçekleştirilir. Renk, flavor, tekstür ve besinsel bileşenler gibi pek çok kalite öğeleri maksimum düzeyde korunur. Dondurarak kurutmada su süblimasyonla uzaklaştırılır. Bebek mamaları, süt tozu, bazı instant kahveler gibi ürünlerin üretminde en yaygın kurutma yöntemi püskürterek kurutmadır.

TEMEL İŞLEMLER Sıvı Katı Basınç (atm) Gaz Sıcaklık Suyun Faz Diyagramı Su saf madde olarak kabul edilir ve homojendir. Kimyasal komposizyonu değişmez. Bu durum faz değişikliği sürecinde de böyledir. Bu nedenle sıvı suyun, buz-sıvı su karışımının su buharının hepsi saf su kabul edilir. Suyun faz diyagramı değişik fazlar arsındaki P-T ilişkisini inceler. Bu diyagram katı, sıvı ve gaz için sınır koşulları koyar. Bu diyagramda eğrilerle ayrılmış bölgelerdeki herhangi bir noktada P-T kombinasyonunda sadece bir faz bulunur. Bu bölgedeki sıcaklık ve basınç da herhangi bir değişiklik içinde bulunan fazı değiştirmez. Erime Donma Sıvı Katı Buharlaşma Yoğunlaşma Basınç (atm) Gaz Süblimasyon Sıcaklık Suyun Faz Diyagramı Süblimasyonda buz erir, yüksek sıcaklıkta su haline geçer ve buharlaşır.

TEMEL İŞLEMLER Dondurarak kurutmada; Buz halindeki gıda suyunun yaklaşık %98’i -50 C’de uzaklaştırılır. Taze yada pişmiş gıdalar çok hızlı bir şekilde dondurularak vakum bölmesine alınır Dondurularak kurutulan gıdaya su eklendiğinde orijinal flavor, tekstür ve görünüşü kazanır Dondurularak kurutulan gıdanın nem ve oksijen geçirgenliği olmayan ambalajda açılıncaya kadar muhafaza edilmesi gerekir.

TEMEL İŞLEMLER

TEMEL İŞLEMLER Kristalizasyon: Örnek: deniz suyundan tuz eldesi, şeker pancarı ekstraktından şeker eldesi. Söz konusu ürünlerin yapısındaki su belirli düzeyde evapore edilirse, aşırı doyma neticesinde kristal oluşumu başlar. Bu kristaller ise santrifüj uygulaması ile ayrılabilir.

TEMEL İŞLEMLER Membran prosesleri Farklı por çapına sahip membranlar kullanılarak ayırma işlemi gerçekleştirilebilir. Bu amaçla mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon ve ters osmoz gibi yöntemlerden yararlanılabilir. Mikrofiltrasyon membranları 0.1 μm den daha büyük por çapına sahiptir. Çeşitli sıvı gıdalardaki bakteri sayısının azaltılması amacıyla kullanılabilir. Ultrafiltrasyon membranları daha küçük por çapına sahip olup protein gibi makromolekülleri tutar, buna karşılık su ve düşük molekül ağırlığa sahip tuz ve asit gibi bileşenler bu membrandan geçebilir. Ters osmoz membranları ise suyun geçişine izin verir, diğer bileşenleri tutar

TEMEL İŞLEMLER

TEMEL İŞLEMLER Seperasyon Bir katıdan başka bir katının ayrılması: eleme Bir sıvıdan katının ayrılması: filtrasyon Bir katıdan bir sıvının ayrılması: preslenmiş meyveden meyve suyunun ayrımı Bir sıvıdan bir sıvının ayrılması: santrifüjleme ile sulu fazdan yağ ayrılması

TEMEL İŞLEMLER

TEMEL İŞLEMLER Boyut ayarlama Kesme Dilimleme Öğütme Homojenizasyon

TEMEL İŞLEMLER Karıştırma Katı-katı karışımı: meyveli kek Sıvı-sıvı karışımı: sütlü kahve Katı-sıvı karışımı: şekerli su Gaz-sıvı karışımı: kolalı içecekler