9.7 ISIL İŞLEM SIRASINDA GIDA
BİLEŞENLERİNİN PARÇALANMASI
9.7.1 Sabit Sıcaklıkta Yürütülen Isıl işlemde Bileşenlerin
Parçalanması
9.7.2 Değişen Sıcaklıkta Yürütülen Isıl İşlemde Bileşim
Öğelerinin Parçalanması ve Pişme Değeri
9.7 ISIL İŞLEM SIRASINDA GIDA BİLEŞENLERİNİN
PARÇALANMASI
9.7.1 Sabit Sıcaklıkta Yürütülen Isıl İşlemde Bileşenlerin Parçalanması
Toledo and Chang (1990) sabit sıcaklıkta uygulanan ısıl işlem sırasında,
gıdanın bileşenlerinde ısıl yolla oluşan parçalanmanın (thermal degradation)
hesaplanmasına uygun kompozit bir eşitlik geliştirmişlerdir.
Sabit sıcaklıkta uygulanan ısıl işlem denince, öncelikle HTST ve UHT gibi
yüksek sıcaklıkta uygulanan kısa süreli işlemler kastedilmektedir. Bu tür ısıl
işlemlerde gıda maddeleri, uygulanmak istenen yüksek sıcaklığa, dikkate
alınmayacak kadar kısa bir süre içinde aniden ulaşmakta, bu sıcaklıkta yeterli
bir süre tutulduktan sonra yine dikkate alınamayacak kadar kısa bir süre
içinde aniden geriye soğutulmaktadır.
Sabit sıcaklıkta ısıl işlem uygulamanın temel koşulu, gıdanın bir anda
ısınması ve soğuması olduğuna göre, gıdanın fiziksel yapısının buna uygun
olması, yani öncelikle akışkan nitelikte olması gerekmektedir.
Akışkan içinde katı parçacıkların bulunması halinde, bu parçacıkların ısınma
ve soğuması farklı bir nitelik gösterdiğinden, bu tip gıdalarda "sabit sıcaklıkta
ısıl işlem uygulanma" kavramı söz konusu değildir.
Toledo and Chang (1990) tarafından ortaya konan bu eşitlikte daha önce
"mikroorganizmaların ısıl dirençlerinin saptanması" başlığı altında verilmiş
bulunan 9.2 No'lu eşitlikteki D simgesi yerine, bunun mikroorganizmalarla
ilişkili olduğunu vurgulamak amacıyla "m" alt takısı ile Dm simgesi kullanılır
ve eşitlik yeniden düzenlenirse 9.31 No'lu eşitlik elde edilir.
t = D log
(9.31)
Burada:
No : Ortamdaki mikroorganizmanın başlangıç sayısı,
N : Sabit sıcaklıkta (ısıl işlem sıcaklığında) t süre sonunda canlı kalan
mikroorganizma sayısı,
Dm: Isıl işlem sıcaklığında mikroorganizmanın desimal azalma süresi.
Diğer taraftan, yine 9.3.1. Mikroorganizmaların ısıl dirençlerinin saptanması
başlığı altında verilmiş olan ve mikroorganizmaların ölüm kinetiğini, D ve z
değerleriyle ifade eden log = (9.3-c No'lu eşitlik)’teki simgeler
farklı şekilde gösterilerek yeniden düzenlenince, 9.32 No'lu eşitlik elde
edilmektedir:
= 10
⁄
(9.32)
Burada:
Dm : Mikroorganizma sayısının ısıl işlem sıcaklığında (T, sabit sıcaklıkta) desimal
azalma süresi, dak,
Dmo : Mikroorganizma sayısının referans sıcaklıkta (T0) desimal azalma süresi, dak,
T0 : Referans sıcaklık, 121.1oC,
Zm : Desimal azalma süresinin 10 misli kısalması için, sıcaklığın artırılması gereken
miktarı, °C,
T : Isıl işlem sıcaklığı, °C.
Yukarıda verilmiş bulunan 9.31 ve 9.32 No'lu eşitlikler birleştirilerek 9.33
No'lu eşitlik elde edilir:
= 10
/ (9.33)
Gıdaların bozulma reaksiyonları da benzer eşitliklerle ifade edilebilmektedir.
Nitekim, 9.31 eşitliğindeki Dm simgesi yerine Dc kullanılır ve eşitlik yeniden
düzenlenirse, gıda bileşenlerinin parçalanmasını tanımlayan 9.34 No'lu eşitlik
elde edilir:
!
!
=
"
#$
(9.34)
Burada:
C0 : Parçalanmaya uğrayan bileşiğin başlangıç konsantrasyonu,
C : Sabit ısıl işlem sıcaklığında (T), t süre sonundaki konsantrasyon,
Dc : ısıl işlem sıcaklığında desimal azalma süresi.
Aynı şekilde, eğer 9.32 No'lu eşitlik, gıdada parçalanmaya uğrayan bir bileşik
için eşdeğer olacak şekilde düzenlenirse 9.35 No'lu eşitliğe ulaşılır.
Dc = Dco 10 (To - T) / Zc
(9.35)
Burada:
Dc : Parçalanmaya uğrayan bileşik konsantrasyonunun, ısıl işlem sıcaklığında (T) desimal
azalma süresi, dak,
Dco : Bileşiğin konsantrasyonunun, referans sıcaklıkta (To) desimal azalma süresi, dak,
To : Referans sıcaklık, 121.1°C,
T : ısıl işlem sıcaklığı, °C,
zc : Bileşiğin desimal azalma süresinin 10 misli kısalması için, sıcaklığın artırılması
gereken miktarı, °C,
9.33 ve 9.36 No'lu eşitlikler birleştirilerek, 9.37 No'lu eşitliğe ulaşılır. Bu
eşitlik "kombine eşitlik" olarak nitelendirilmektedir.
Kombine eşitlik; sıvı, homojen bir gıdada bozulma etmeni olan ve bu
nedenle hedef seçilen mikroorganizma sayısında log (No/N) kadar
azalmayı sağlamak amacıyla, sabit sıcaklıkta (T) yürütülen ısıl işlem
süresinde, gıdadaki ısıya duyarlı bir bileşim öğesinin konsantrasyonundaki
azalmayı belirlemektedir.
log
%
%
=
&
log '
10
(
(
)& )'
(9.37)
Bu eşitliğin uygulanmasında gerekli olabilecek standart N, N0 ve Dmo
değerleri, çeşitli kaynaklarda bulunabilirse de, bazı temel değerler, daha
önceki bölümde "9.3.4. sterilizasyon normu ve 12D kavramı" başlığı
altında Tablo 9.9'da gösterilmiştir. Gıdalarda kalite bozulmasına neden olan
bazı reaksiyonların, D0, z değerleri ise, Tablo 9.22'de verilmiştir.
Örnek 9.24: 1800 µg/100g düzeyinde β-karoten içeren domates suyu, karton
kutulara aseptik dolum yapılan bir HTST sisteminde sterilize edilmektedir.
Domates suyunda hedef mikroorganizma olan B. coagulans için, Dmo=0.08 dak
ve zm=l5oC olup, ısıl işlem sonunda B. coagulans sporlarının sayısında 6
desimallik bir azalma öngörülmektedir. Eğer domates suyunda β-karoten için
Dco=40 dak ve zc=26°C olduğu varsayılırsa, domates suyuna ısıl işlemin 115°C
veya 130°C'de uygulanması halinde β-karoten kaybı hangi düzeylerde
bulunabilir? Sonucu kıyaslayarak yorumlayınız.
Çözüm : çözüm için 9.37 No'lu kompozit eşitlikten yararlanılır. Eşitlik bir defa
T=115°C, bir defa da T=130°C için çözülerek her iki sıcaklıktaki kayıp oranları
belirlenir.
a) 115°C'de uygulanan sterilizasyonda β-karoten kaybı:
C+
D+
N+
=
log
10
log
C
D,+
N
log
1800
0.08
=
(6)10
C
40
C=1728 µg/100g
Co-C=1800-1728=72 µg/100g
. .
& '
.5.....6 ./.6./57
veya;
kayıp %4
b) 130°C'de uygulanan sterilizasyonda β-karoten kaybı:
D+
C+
N+
log
=
log
10
D,+
C
N
1800
0.08
log
=
(6)10
C
40
.
.
& '
.
.
.5....89 .657
C=1772 µg/100g
Co-C=1800-1772=28 µg/100g
veya;
kayıp %1.56
c) sonucun yorumu: İki farklı sıcaklıkta aynı steriliteye ulaşılmasına karşın,
yüksek sıcaklığın uygulandığı durumda bileşim öğelerinin kaybı daha düşük
düzeyde kalmaktadır. Bunun nedeni, mikroorganizmaların z değerine kıyasla,
kimyasal bileşiklerin z değerinin çok yüksek olmasıdır. HTST ve UHT gibi
proseslerin uygulandığı aseptik teknolojinin üstünlüğü bu nedenden
kaynaklanmaktadır.
9.7.2 Değişen Sıcaklıkta Yürütülen Isıl İşlemde Bileşim Ögelerinin
Parçalanması ve Pişme Değeri
Sabit bir T sıcaklıkta, ısının mikroorganizmalar üzerindeki öldürücü etkisinin bir
ölçütü olan "letalite" (L) ile Fo değerlerinin anlamlarına ve birbirleriyle bağıntısına,
daha önce değinilmişti. Yine aynı bölümde, bir gıdanın kutu veya kavanoz gibi bir
ambalaja doldurulmasından sonra ısıl işlem uygulanmasında, gıdanın sıcaklığının
gittikçe yükselerek sabit bir dereceye ulaştığı (ısınma), bu sıcaklıkta gereken süre
kaldığı ve sonra soğuma aşamasında sıcaklığının gittikçe düştüğü açıklanmıştı.
Gıdanın, farklı sıcaklık etkisinde kaldığı böyle bir ısıl işlem sürecinde sağlanan
letalitenin (L) veya Fo değerinin 9.13 No'lu eşitlikle hesaplandığı belirtilmişti.
Ancak, ısıl işlemin hedefi sterilite sağlamaya yönelik olmakla birlikte bu sırada
gıda bileşenlerinde parçalanmalar ve gıda tekstüründe genellikle yumuşama
şeklinde önemli değişiklikler de ortaya çıkmaktadır. Sonuçta, etkisinde kaldığı ısı
yoğunluğuna göre gıdanın kalitesi düşmektedir. Gıda kalitesinde olumsuzluklara
neden olan bu reaksiyonlar, mikroorganizmaların ölümüne kıyasla yavaş bir hızla
gerçekleşmektedir. Sözü edilen bu reaksiyonların yavaş gerçeklemesi, bunlara ait
z değerlerinin, mikroorganizmalara ait z değerlerinden daha yüksek olmasının bir
sonucu, yani yansımasıdır.
Eğer, L veya Fo değerini hesaplamada yararlanılan 9.13 No'lu eşitlik, kalite
kaybına neden olan bu reaksiyonların karakteristik parametrelerine ait simgeler
kullanılarak yeniden düzenlenirse aşağıda verilen 9.38 No'lu eşitlik elde edilir.
Bu eşitlik, ısıl işlem boyunca değişen sıcaklığa bağlı olarak gerçekleşen termal
yolla oluşan değişimi (parçalanma) tanımlamaktadır.
;<
I
:=
= A<=>?@ = BCD:C − BCD: = FH GH
>?@
L
==>?@ /;<
JK
(9.38)
MN
∶Isıl işlemin neden olduğu termal degradasyon. Bu, pişme değeri (cooking value) veya
OPQR
termal hasar (thermal damage) gibi terimlerle de anlmaktadir.
TUVLU − TUVL : Isıya duyarlı bir bileşim öğesinin, ısıl işlem boyunca konsantrasyonundaki
değişme, yani; desimal azalma sayısı. Eğer değişen bir kimyasal bileşik değil, renk veya
tekstür gibi duyusal bir kalite faktörü ise, bunun ölçülebilen özelliğinin desimal azalma
sayısı. log Co - log C değeriyle, bu bileşiğin veya duyusal bir özelliğin Dc Tref, değerinin
çarpılması sonucunda, ısıl işlemin Tref sıcaklıktaki "eşdeğer ısıtma süresi", başka bir
M
isimlendirmeyle: L N , yani; pişme değeri (termal hasar) saptanmaktadır.
OPQR
Zc : Mikroorganizmalar için kullanılan z değeri ile aynı anlamda kullanılan bu parametre, söz
konusu bileşim öğesinin (veya kalite faktörünün) desimal azalma süresinin 10 misli
kısalması için sıcaklığın ne kadar yükseltilmesi gerektiğini gösterir.
M
Bu açıklamalardan da anlaşılacağı gibi; LO N değeri (yani pişme değeri) farklı
PQR
sıcaklıklarda oluşan olumsuz etkinin Tref sıcaklıktaki eşdeğer süresini ifade
etmektedir. Yukarıda verilen 9.38 No'lu integral eşitlik, F0 değerinin
hesaplanmasında olduğu gibi, hem sıcaklık ve süreyi ve hem de değişimi
karakterize eden z değerini kapsamaktadır. Bilindiği gibi gıdaların kalitesinin
düşmesine neden olan reaksiyonların çoğunun Q10 değeri, Q10=2 düzeyinde veya
bunun yakın çevresindedir. Bu değerden hareketle, gıdalarda kalite düşmesine
neden olan reaksiyonların z değeri kolaylıkla hesaplanabilmektedir. Nitekim eğer
bu amaçla 9.39 No'lu eşitlikten yararlanılarak z değeri hesaplanırsa, z=33.2
bulunur:
XY =
Zc =
.9
Z[\(
.9
Z[5
(9.39)
= 33.2
Yukarıda verilen 9.38 No'lu eşitliğin pişme değeri için çözümünde, z değeri bu
nedenle daima 33.2 olarak alınmaktadır. Referans sıcaklık olarak ise, Tref =100oC
alınmaktadır. Eğer ısıl işlem, yüksek sıcaklıklarda uygulanıyorsa, Tref = 121.1°C
alınmakta ve böylece F0 değeriyle kıyaslanarak yorum yapma olanağı da
sağlanmaktadır.
Herhangi bir bileşim öğesinin, ısıl işlem sırasındaki parçalanmasının
hesaplanmasında ise, bu bileşim öğesine özgü z ve Dc kinetik parametrelerinin
kullanılması gerekmektedir. Şu halde, pişme değeri ile diğer termal parçalanma
olaylarının (yani bileşim öğelerinin parçalanmasının) temel farklılığı, z ve Dc
değerlerinin çok değişik olmasından kaynaklanmaktadır. Sabit sıcaklıklarda
uygulanan ısıl işlemlerde 9.38 No'lu integral eşitlik, aşağıda verilen 9.40 No'lu
basit eşitliğe dönüşür.
]]. ^
:=
= GH(==>?@)/;< K
>?@
(9.40)
Tablo 9.23'de sıcaklığın bir anda istenen düzeye ulaştığı ve burada 1 dakika
süreyle sabit kaldığı zaman (sabit sıcaklıkta ısıl işlem) F0 (F121.1) ve C değerlerinin
nasıl değişim gösterdiği görülmektedir. Tablodaki F0 ve C değerleri 9.40 No'lu
eşitlikle hesaplanmıştır. Tablo incelendiği zaman, sıcaklıkta her 10°C artışın F0
değerini 10 kat yükselttiği, C değerini ise sadece 2 misli artırdığı anlaşılmaktadır.
Aynı şekilde; referans sıcaklık olarak 100°C kullanılması halinde, daha yüksek
referans sıcaklıkların kullanılmasına kıyasla, C değerlerinin daha büyük olduğu
açıklıkla görülmektedir.
Eğer farklı sıcaklıklardaki, F0 değeri sabit tutularak C değerlerinin nasıl
değiştiği izlenirse, Tablo 9.24'deki değerlerle karşılaşılır. Tabloda görüldüğü
gibi, sıcaklık yükseldikçe, pişme değerlerinin düşmekte olduğu
anlaşılmaktadır. Bu ise, HTST teknolojisinin temelini oluşturmaktadır. Buna
göre yüksek sıcaklıktaki uygulanan ısıl işlemde, sterilizasyon çok kısa sürede
sağlanırken, gıdada ısının neden olduğu olumsuzluklar (termal hasar) daha
sınırlı gerçekleşmektedir.
Tablo 9.24'deki değerlerin anlamının bir örnekle açıklanması yararlı
bulunmuştur. Örneğin, 110°C sabit sıcaklıkta, F0= 4 değerini sağlayan
ısıtma süresi sonunda gıda maddesinde 100°C'de 103 dak. süreli ısıtmaya
eşdeğer veya 121.1 °C'de 23.8 dak süreli ısıtmaya eşdeğer bir termal hasar
(pişme değeri) meydana gelmiştir.
Tablodaki bu değerlerin nasıl hesaplandığı aşağıdaki örnekte gösterilmiştir.
10
= 4.0 düzeyinde bir sterilite sağlanırken
121.1
değeri) C33.2ve C 33.2 terimleri cinsinden
100
121.1
Örnek 9.25: 110°C sıcaklıkta F
oluşan termal hasarı (pişme
hesaplayınız.
Çözüm : Çözüm için, sabit sıcaklıkta uygulanan ısıl işlemlerde termal hasarın
hesaplandığı 9.40 No'lu eşitlikten yararlanılır. Ancak önce, F121.1= 4 değerinin
110°C'de, ne kadar sürede sağlandığı hesaplanmalıdır. Bunun için 9.10-c No'lu
eşitlikten yararlanılır.
b
GH
= c = GH(GGHG^G.G)/GH K
G^G. G
c = GH(GGHG^G.G)/GH K, ve buradan;
log t = 0.6021 +1.11
Şu halde; F
log t =1.712
10
değeri, 110°C de
121.1
log 4 = -1.11 + log t
t = 51.5 dak.
51.5 dak ısıtma sonunda sağlanabilmiştir.
Bu sürede oluşan termal hasar 9.40 No'lu eşitlikle aşağıdaki yolla hesaplanınca:
]]. ^
L
= GH(OOPQR )/MN t
OPQR
C
33.2
= 109.89. (51.5),
100
C
33.2
= 10(..9.99)/88.5 (51.5)
100
ve buradan;
log C33.2 = 0.301 + log 51.5
100
log C33.2 = 0.301 + 1.712 = 2.0128
100
log C33.2 = 103 dak
100
C
33.2
121.1
C
değeri de aynı yolla hesaplanır. Buna göre:
33.2
= 10(..9.5...)/88.5 (51.5)
121.1
= 109.88e8 (51.5),
log C 33.2 = -0.3343 + log 51.5 = 1.3775
121.1
C
33.2
=23.8
121.1
Birçok proseste gıda, farklı ve fakat sabit sıcaklıkların uygulandığı aşamalardan
geçerek son ürün haline gelmektedir. İşte bu birbirini izleyen farklı, fakat sabit
sıcaklıklarda yürütülen işlem serisinin her aşamasındaki termal hasar değerlerinin
toplamı, o prosesin "toplam termal hasar değeri", yani; "toplam pişme değerini"
verir. Buna göre:
z
z
z
z
CT , = (CT , )T1 + (CT , )T2 + (CT , )T3 + …….
hij
hij
hij
hij
(9.41)
Leonard et al. (1986), yukarıda değinilen ilkeden hareketle, değişik ürünlere
uygulanmış bazı alternatif proseslerde kalite kaybını hesaplayarak
kıyaslamışlardır. Bunlar arasından, alternatif iki salça üretim prosesi ile ilgili
bulgular aşağıda verilmiştir.
Bunlardan 1 No'lu salça üretim prosesinde 46oBx salça üretilerek 4.4oC'ye
soğutulduktan sonra 208 L (55 galon) varillere doldurulmuş ve dondurularak
muhafazaya verilmiştir.
Diğer taraftan, 2 No'lu salça üretim prosesinde ise, 26°Bx salça üretilmiş, No 10
kutulara (157 x 178 mm) sıcak dolum yapıldıktan sonra, ayrıca ısıl işlem
(pastörizasyon) uygulanmıştır.
Her iki proseste, domateslerin yıkanmasından başlayarak ürünün depoya
verilmesine kadar olan sürecin her aşamasında, süre-sıcaklık geçmişi (time
temperature history) kaydedilmiştir. Bu verilerden yararlanılarak her işlem
aşamasının C100 ve F100 değerleri hesaplanarak tablolar haline getirilmiştir.
Tablo 9.25'de 1 No'lu salça üretim prosesine ait, Tablo 9.26'da ise, 2 No'lu
salça üretim prosesine ait hesaplanmış değerler gösterilmiştir. F100
terimindeki 15 değeri, domates ürünlerinde bulunan, ısıl direnci en yüksek
bozulma etmeni olan Bacillus coagulans'in z değeridir.
Her iki tablodaki değerler kıyaslanınca, 1 No'lu salça üretim prosesinde,
C100=21.6 düzeyinde bir termal hasar görülürken, 2 No'lu proseste bu değer
yaklaşık 4 kat artarak C100=80.8 düzeyine ulaşmıştır. Böylece 1 No'lu
prosesin ne kadar yüksek kaliteli bir ürün verdiği sayısal olarak ortaya
konmuş bulunmaktadır.
Download

10. slayt