Gıda Teknolojisi

Özet

Gıdaların duyusal ve besinsel özelliklerinin korunması yönündeki tüketici talepleri üretimde ısıl işlem dışında yeni teknolojilerin araştırılmasına sebep olmuştur. Bu teknolojilerden birisi de yüksek basınç işlemidir. Yüksek basınç günümüzde bir pastörizasyon yöntemi olarak sos, reçel, meyve suyu ve tüketime hazır et ve sebze ürünleri üretiminde kullanılmaktadır. Bu teknolojinin mikroorganizmaların etkisizleştirilmesi, yapının düzenlenmesi, emülsiyon ve dispersiyon yapısının kuvvetlendirilmesi ve enzimlerin etkisizleştirilmesi gibi alanlarda uygulama potansiyeli mevcuttur.

 

Yüksek basınç uygulamaları

Biyomoleküller basınç altında Le Chatelier prensibine göre davranırlar. Bu prensibe göre, denge halindeki bir sistemde bir değişiklik yapılırsa, sistem bu değişikliğe karşılık bir tepki verecektir ve yeni bir denge hali oluşacaktır. Bir sisteme basınç uygulandığında buna karşılık olarak hacmi küçültecek reaksiyonlar veya tepkiler teşvik edilecektir. Bu tür reaksiyonlar veya tepkiler gıdalardaki mikroorganizma ve enzimlerin etkisizleştirilmesine ve yapısal değişimlere sebep olurlar (Huppertz ve diğ., 2002).

Yüksek basınç işlemi 100-1000 MPa aralığındaki basınçlarda uygulanır. Yüksek basınç statik ve dinamik olarak iki farklı koşulda uygulanabilir. Statik olanda basınç hareketsiz bir sıvıya birkaç dakikadan bir saate kadar uzun bir süreyle uygulanır. Dinamik olanda ise sıvı hareketlidir, milisaniye gibi kısa bir sürede basınç altında dar bir aralıktan geçmeye zorlanır. Dinamik yüksek basınç uygulamasında, kavitasyon, sürtünme, türbülans, yüksek hız ve kayma kuvveti birarada sıvıya etki eder ve sıvı daha sonra genleşir.

Homojenizasyon bir dinamik basınç uygulamasıdır. Süt ürünlerinin üretiminde yaygın olarak uygulanan homojenizasyon 10-20 MPa aralığındaki basınçlarda yapılmaktadır. Bu basınç sütteki yağ globüllerini parçalamak ve yağın toplanarak sütten ayrılmasını engellemek için yeterlidir. Ancak sütte bulunan mikroorganizmalar ve diğer parçacıklara etki edecek düzeyde değildir. Yüksek basınçta homojenizasyon normal homojenizasyona benzer bir şekilde yapılmaktadır ancak basınç 100 MPa’dan daha yüksektir. Homojenizasyon etkisini artırmak için aynı sıvıya birden fazla uygulama yapılabilir.

 

Yüksek basıncın sütün bileşenlerine etkisi

Yüksek basınç işleminde basınç 200 MPa’dan yüksek olduğunda sütte bulunan mineral, protein, yağ, mikroorganizma ve enzimlere etkide bulunduğu saptanmıştır. Bu etkiler süt ürünlerinin özelliklerini istenen ve istenmeyen yönde değiştirebilir. Bazı süt ürünlerinde yüksek basınç uygulaması avantaj sağlayabilir. Bazı uygulamalarda yüksek basıncının etkisinin artırılması için ısı da uygulanmaktadır.

Süte yüksek basınç uygulandığında kolloidal fazdaki kalsiyumun çözünerek serum fazına geçtiği tespit edilmiştir (Huppertz ve diğ., 2002). Sadece kazein misellerine yüksek basınç uygulandığında da çözünür kalsiyum miktarının arttığı bulunmuştur (Zamora ve diğ., 2007; Roach ve Harte, 2008).

Sütün ana proteini olan kazein miselleri basınç altında küçülmektedir (Sandra ve Dalgleish, 2007). Basınç 600 MPa olduğunda kazein misellerinin çapının %50 oranında azaldığı tespit edilmiştir (Huppertz ve diğ., 2004a). Basınç altında kazeinlerin sırasıyla β>κ>αs1>αs2-kazein olacak şekilde çözündükleri bulunmuştur (Huppertz ve diğ., 2004b). Kazein misellerinin dağılması, kolloidal kalsiyum fosfatın çözünür hale geçmesi, elektrostatik ve hidrofobik bağların parçalanması ile açıklanmıştır. Basınç düşürüldüğünde değişikliklerin kısmi olarak eski haline döndüğü bildirilmiştir (Huppertz ve diğ., 2004c).

Yüksek basıncın protein yapısına etkisi pH, sıcaklık, iyonik ortam ve proteinin yapısına bağlı olarak değişmektedir. Serum proteinlerinden β-laktoglobulin uygulanan basınç düzeyine, işlem süresine ve sıcaklığa bağlı olarak denatüre olmaktadır. β-Laktoglobulinin 400 MPa’da %70-80 oranında denatüre olduğu bildirilmiştir (Huppertz ve diğ., 2004d). Basınç 400 MPa’dan yüksek olduğunda 30 dk süren bir işlemle %90’ın üzerinde denatürasyon elde edilmiştir ((Huppertz ve diğ., 2004d). Basınç 300-400 MPa ve sıcaklık 40-60°C olduğunda 0 denatürasyon elde etmek mümkün olmuştur (Huppertz ve diğ., 2004d). Diğer bir serum proteini olan α-laktalbuminin basınca daha dayanıklı olduğu tespit edilmiştir. Basınç 600 ve 800 MPa olduğunda 30 dakikalık işlem sonucunda sırasıyla %20 ve 60 oranında denatüre olduğu bulunmuştur (Huppertz ve diğ., 2004d). Denatüre olan β-laktoglobulin sülfidril-disülfid değişim reaksiyonu ile serum proteinleri ve κ-kazein ile kompleks oluşturabilmektedir (Bouaouina ve diğ., 2006; Huppertz ve diğ., 2006).

Yağ globüllerinin çapı yüksek basınçta homojenizasyon uygulaması ile azalmaktadır (Zamora ve diğ., 2007; Pereda ve diğ., 2007). Ancak 200 MPa’dan daha yüksek basınçların yağ globül çapında daha fazla düşmeye sebep olmadığı bildirilmiştir (Pereda ve diğ., 2007). Thiebaud ve diğ. (2003) iki aşamalı 200 MPa yüksek basınc uygulamasının yağ globüllerine daha fazla etkide bulunduğunu tespit etmişlerdir. İkinci aşamada, ortalama çapın azaldığını, yağ globüllerinin partikül boyut dağılımının daraldığı ancak en küçük partikülün boyutunun değişmediğini bildirmişlerdir.

Isıya dayanıklı bir enzim olan laktoperoksidaz enziminin 200 MPa’dan yüksek basınçlarda ve 40°C’den yüksek sıcaklıklarda tamamen etkisiz  hale getirildiği bulunmuştur (Pereda ve diğ., 2007). Pastörizasyonun etkinliğini belirlemek için indikatör olarak kullanılan alkali fosfataz enziminin, tek veya iki aşamalı yüksek basınç (50-200 MPa) uygulaması 6-9°C’de yapıldığında aktif halde olduğu bulunmuştur. Ancak daha yüksek basınç ve sıcaklıklarda bu enzimin daha yüksek oranda etkisiz hale getirileceği bildirilmiştir (Hayes ve Kelly, 2003).

Yüksek basınçta homojenizasyonun patojen ve bozulma yapan mikroorganizmalara karşı etkili olduğu bulunmuştur. Mikroorganizma hücrelerindeki değişim, geçirgenlikteki ani artış veya hücre zarının parçalanması hücrenin ölümüne sebep olmaktadır (Pereda ve diğ., 2007). Basınç ve uygulama sayısı artırıldığında mikroogranizma üzerindeki etki de artmaktadır. Gram-negatif bakteriler Gram-pozitiflere göre basınca daha duyarlı bulunmuştur (Thiebaud ve diğ., 2003). Pereda ve diğ. (2007) çiğ sütte 200 ve 300 MPa’da koliformların, enterokokların ve Laktobasillerin tamamen etkisiz hale getirildiğini bulmuşlardır. Listeria monocytogenes, Escherichia coli O157:H7 ve Salmonella enterica patojenlerinin 25°C’de basınç 100 MPa’dan 300 MPa’a ve uygulama sayısı  artırıldığında daha yüksek oranlarda etkisiz hale getirildikleri bulunmuştur (Thiebaud ve diğ., 2003). Basınç bir ön ısıtma (55-60°C/10 dk) işleminden sonra uygulandığında mikrobiyal inaktivasyonun arttığı tespit edilmiştir (Thiebaud ve diğ., 2003). Bakteri sporları basınca dirençli bulunmuşlardır (Thiebaud ve diğ., 2003).

 

Süt ürünlerinde yüksek basınçta homojenizasyon uygulamaları

Yüksek basınç işlemi sütün rennet ve asit ile jelleşmesinde jelleşme süresini ve jel özelliklerini etkilemektedir. Sandra ve Dalgleish (2007) yüksek basınçta homojenizasyon işleminin sütün rennetle koagülasyonunun birinci aşamasını yani rennetin kazeini parçalama aşamasını etkilemediğini ancak ikinci aşama olan jelleşmenin süresini kısalttığını bulmuşlardır.

Sütten elde edilen teleme veriminin 200 MPa’dan yüksek basınç uygulamalarında güncel homojenizasyonla elde edilene göre arttığı bildirilmiştir (Zamora ve diğ., 2007). Teleme verimindeki bu artış yağ globüllerinin parçalanması, denatüre serum proteinlerinin de telemeye katılması ve nem içeriğindeki artış ile açıklanmıştır. İki aşamalı yüksek basınç uygulamasının pıhtıyı gevşetmesinden dolayı peynirde olumsuz etkisi olduğu saptanmıştır (Zamora ve diğ., 2007). Lanciotti ve diğ. (2006) çiğ, ısıl işlem uygulanmış ve yüksek basınç homojenizasyonu uygulanmış sütlerden yapılan peynirlerin olgunlaşmasını ve duyusal özelliklerini incelemişlerdir. Yüksek basınç uygulanan sütten yapılan peynirde artan lipoliz ve proteoliz hızına bağlı olarak diğer peynirlerden daha hızlı bir olgunlaşma gözlenmiştir. Bu peynir renk, görünüm, tat ve doku açısından diğerlerinden daha yüksek puan almıştır.

Süte 200-300 MPa basınç uygulanarak üretilen yoğurdun güncel teknoloji ile üretilen yoğurda göre daha sert ve dayanıklı bir yapıya sahip olduğu ve daha az serum ayrılması gösterdiği bulunmuştur (Serra ve diğ., 2007). Yüksek basınç uygulamasının sütün asit ile koagülasyon kinetiğini etkilemediği tespit edilmiştir (Serra ve diğ., 2007). İki aşamalı yüksek basınç uygulanmasının avantaj sağlamadığı da bildirilmiştir.

 

Sonuç

Yüksek basınç işlemi ısıl işlemden daha düşük sıcaklıklarda süt ve süt ürünlerinin özelliklerini istenen yönde değiştirebilecek kapasitede bir işlemdir. Süt ve süt ürünlerinde patojen ve bozulma yapan mikroorganizmaların etkisizleştirmesinde, enzimlerin etkisizleştirilmesinde ve ürün yapısının düzenlenmesinde kullanım potansiyeli vardır.

 

Kaynaklar

Bouaouina, H., Desrumaux, A., Loisel, C., Legrand, J.  2006. Functional properties of whey proteins as affected by dynamic high-pressure treatment. International Dairy Journal, 16, 275–284.

Hayes, M.G., Kelly, A.L. 2003. High pressure homogenisation of milk (b) effects on indigenous enzymatic activity. Journal of Dairy Research, 70, 307–313.

Huppertz T., Fox P.F., Kelly A.L., 2004a. Properties of casein micelles in high pressure-treated bovine milk. Food Chemistry, 87, 103–110

Huppertz T., Fox P.F., Kelly A.L. 2004b. Dissociation of caseins in high pressure-treated bovine milk. International Dairy Journal, 14, 675–680

Huppertz T., Fox P.F., Kelly A.L. 2004c. High pressure treatment of bovine milk: effects on casein micelles and whey proteins. Journal of Dairy Research, 71, 97–106.

Huppertz T., Fox, P.F., Kelly A. L., 2004d. High pressure-induced denaturation of α-lactalbumin and β-lactoglobulin in bovine milk and whey: a possible mechanism. Journal of Dairy Research, 71, 489-495.

Huppertz T., Fox, P.F., de Kruif, K.G.P., Kelly A.L. 2006. High pressure-induced changes in bovine milk proteins: A review. Biochimica et Biophysica Acta, 1764, 593–598.

Huppertz, T., Kelly, A.L., Fox, P.F. 2002. Effects of high pressure on constituents and properties of milk. International Dairy Journal, 12, 561–572.

Lanciotti, R., Vannini, L., Patrignani, F., Lucci, L., Vallicelli, M., Ndagijimana, M., Guerzoni, M.E. 2006. Effect of high pressure homogenisation of milk on cheese yield and microbiology, lipolysis and proteolysis during ripening of Caciotta cheese. Journal of Dairy Research, 73, 216-226.

Lopez-Fandino R. 2006. High pressure-induced changes in milk proteins and possible applications in dairy technology. International Dairy Journal, 16, 1119–1131.

Pereda, J., Ferragut, V., Quevedo, J.M., Guamis, B., Trujillo, A.J. 2007. Effects of ultra-high pressure homogenization on microbial and physicochemical shelf life of milk.  Journal of Dairy Science, 90, 1081–1093.

Roach, A., Harte, F. 2008. Disruption and sedimentation of casein micelles and casein micelle isolates under high-pressure homogenization. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 9, 1–8.

Sandra, S., Dalgeish, D.G. 2007. The effect of ultra high-pressure homogenization (UHPH) on rennet coagulation properties of unheated and heated fresh skimmed milk. International Dairy Journal 17, 1043–1052.

Serra, M., Trujillo, A.J., Quevedo, J.M., Guamis, B., Ferragut, V. 2007. Acid coagulation properties and suitability for yogurt production of cows’ milk treated by high-pressure homogenization. International Dairy Journal, 17, 782–790.

Thiebaud, M., Dumay, E., Picart, L., Guiraudb, J.P., Cheftel, J.C. 2003. High-pressure homogenization of raw bovine milk. Effects on fat globule size distribution and microbial inactivation. International Dairy Journal, 13, 427–439.

Zamora, A., Ferragut, V., Jaramillo, P.D., Guamis, B., Trujillo, A.J. 2007. Effects of Ultra-High Pressure Homogenization on the Cheese-Making Properties of Milk. Journal of Dairy Science, 90, 13–23.