Sprey kurutma tekniğinin süt endüstrisi uygulamaları

Sprey kurutma tekniği, süt endüstrisinde özel kullanım alanlarına sahiptir ve son yıllarda konu üzerindeki çalışmalar daha çok mikroenkapsülasyon, peynir tozu, peynir altı suyu tozu, laktoz ve laktik asit kültürü üretimi üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu açıdan çalışmanın amacı sprey kurutma tekniğinin temel prensibi, avantaj ve dezavantajları, süt endüstrisi uygulamaları ve enerji ekonomisi hakkında kısa bilgiler vermek ve konuya ilgi duyan araştırıcılara ışık tutabilmektir.

Yrd. Doç. Dr. İnci Çınar (Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümü)

GİRİŞ

Sprey kurutma tekniği, sıvı ürünün yüksek hızda ve atomize halde 150-200 oC’lerdeki kurutucu hava veya nadiren inert gaz içine püskürtülerek toz haline getirildiği, tek aşamalı ve kesiksiz bir prosestir. Sprey kurutma konsepti 1872’de geliştirilmiş ve süt endüstrisinde ilk olarak 1920’lerde kullanılmıştır.  Başlıca avantajları kısa işleme süresi, ağırlık azalması sağlaması, düşük işleme maliyeti, toz ürünün instant nitelikte oluşu, su aktivitesini düşürerek son üründe mikrobiyolojik, enzimatik ve kimyasal stabilite sağlaması ve raf ömrünü uzatmasıdır. Ancak kurutulacak ürün belli özelliklere sahip olmalıdır (de Vos  ve ark., 2010).

Mikro-enkapsülasyon çok küçük katı, sıvı veya gaz partiküllerin ince film haldeki enkapsülasyon ajanıyla kaplanarak  homojen/heterojen özel bir matriks içinde tutulduğu bir prosestir. En basit ifadeyle mikrokapsül (µm-mm çapında), etrafı homojen duvarla çevrili bir küreciktir. Mikrokapsül içindeki komponent çekirdek, internal faz veya dolgu olarak, duvar kısmı ise kabuk, kaplama veya membran olarak adlandırılır. Enkapsülasyonun amaçları, komponentin çevreyle temasının kesilmesi, aktivitesinin azaltılması, istenmeyen reaksiyonların önlenmesi veya duyarlı komponentin raf ömrünün uzatılmasıdır (Gharsallaoui ve ark., 2007).

Sprey kurutma, ürünün karbonhidratlar, gamlar ve selüloz ester gibi taşıyıcıların ürüne selektif difüzyonuyla mikro-enkapsülasyon sağlar (Chiou ve ark., 2007). Sprey kurutma tekniği ile mikroenkapsüle edilen probiyotik bakterilerin eldesi konusunda son yıllarda giderek artan sayıda araştırma yapılmış ve bu teknikle kurutulan bakterilerin, probiyotik etkilerini depolama süresince de iyi koruduğu bulunmuştur (Fritzen-Freire ve ark., 2011).

SPREY KURUTMA TEKNİĞİ UYGULAMALARI

Süt endüstrisinde sprey kurutma tekniği en yaygın olarak peynir tozu, yağsız süt tozu, peyniraltı suyu tozu (PAST), laktoz ve laktik asit kültürü elde etmek için kullanılır. Konvansiyonel kurutma sistemleri aroma bileşenlerine zarar verdiği için peynir tozu üretiminde sprey kurutma tercih edilir. Peynir tozu, salata soslarının, dip, bisküvi, cips ve makarna soslarının hammaddesidir. Peynir tozu eldesinde, peynire erimeyi kolaylaştıran fosfat ve sitrat tuzları ile su eklenir ve ısıtılır. Böylece pompalanabilen sıvı peynir, % 35 kurumadde içerir. Kurutucu hava sıcaklığı girişte 180-190 oC’dir ve çıkışta peynir tozu hızla soğutulur.

Sprey kurutma yöntemiyle üretilmiş yağsız süt tozu ise farklı peynirlerin eldesinde, sütün olmadığı bölgelere pazarlamada, süt kalitesinde mevsimsel dalgalanmaların önlenerek standart kalitede peynir üretiminin yapılmasında kullanıldığı için önemlidir. Süt tozu, peyniraltı suyu protein azot indeksi ile belirlenen düşük, orta ve yüksek ısılı süt tozu olmak üzere 3 kategoride değerlendirilir. Düşük ısılı tozlar, protein azot indeksleri yüksek olduğu için peynir üretimine en uygun kategoridir. Peyniraltı suyu tozu (PAST) üretiminde ilk aşama ürünün 10 oC’ye soğutulması ve böylece bakteri aktivitesinin azaltılmasıdır. Kaliteli PAST üretimi için bulanıklığın ve yağın ayrılması, asitlik artışının önlenmesi gerekir. PAST üretiminde kullanılan sprey kurutucu sistem ve prosese göre elde edilecek ürün, tozlu, higroskopik, granüle veya kek oluşturmayan nitelikte olur (Bernard ve ark., 2011; Pisecky,2005 ).

Sütün ana karbonhidratı olan laktoz daha çok bebek formülasyonlarında, fırıncılık ürünlerinde, reçellerde, ferment ürünlerde, şekerlemelerde, atıştırmalık ürünlerde kullanılır ve düşük kalorili, güvenli şeker olarak tanımlanır. Sprey kurutulmuş laktoz bağlayıcı, dolgu maddesi ve  akışkanlık verici olarak ilaç yapımında önem taşır. Sprey kurutulmuş laktoz üretmek için laktoz çözeltisi atomize şekilde kurutucuya verilir. Sprey kurutulan aglomerize laktoz tozu higroskopik olduğundan, nemli ortamda ?-formuna kristalize olur ve kek oluşturur. Bu durumun önlenmesi için son üründeki amorf laktoz miktarı proses tekniği ile sınırlandırılır (Patel ve Chen, 2008).

Laktik asit kültürlerinin liyofilizasyonu, maliyetli olduğu için sprey kurutma yaygın olarak kullanılır ve uzun süreli muhafazayı sağlar. Sprey kurutma sürekli ve hızlı bir proses olduğundan büyük ölçekli üretimlere uygundur (Peighambardoust ve ark., 2011; Gardiner ve ark., 2002).

Sprey kurutma sistemi besleme pompası, atomizer, hava ısıtıcı, hava dispanseri, kurutucu gövdesi, ürün çıkış ünitesi ve hava çıkış ünitesinden oluşur. Atomizer kısmı sistemin en önemli parçası olup sıvıyı damlacıklara dönüştürürken enerji kullanır (Gardiner ve ark., 2002). Sprey kurutma tekniğinde yüksek miktarda su uzaklaştırıldığından enerji ekonomisi önemli olup, enerji ihtiyacı liyofilizasyona göre 6-10 kat daha düşüktür (Semyonov ve Shimoni, 2011). Sistem başarısı simultane gerçekleşen ısı ve kütle transferi parametrelerinin optimizasyonuna doğrudan bağlıdır.

Hava ile süt partikülü arasındaki ısı transferini arttırılmak için giriş havasının kütlesel debisinin ve sıcaklığının arttırılması gerekir. Sistemin enerji verimliliğinin saptanması için Jin ve Chen (2011) tarafından yapılan çalışmada, termodinamiğin ikinci yasası, yani en az entropi üreten sistemin en az iş tüketeceği prensibi kullanılmış ve  entropi verileriyle sistem ve proses optimizasyonları yapılmıştır. Son yıllarda daha efektif kurutma için modifiye sistemler olan sprey liyofilizasyon Semyonov ve ark., 2010) ve vakum sprey kurutma (Semyonov ve Shimoni, 2011) teknikleri de literatürde yer almıştır. Ancak liyofilizasyon tekniğinde biyolojik hücrelerde faz değişimleri söz konusu olduğundan, hücre kuruma sırasında zarar görmekte ve bu yüzden dikkatle uygulanması gerekmektedir.

SONUÇ

Sprey kurutma son yıllarda süt endüstrisinde yaygın kullanılan bir tekniktir. Tekniğin temel prensibi, sıvı ürünün atomize edilip yüksek hızla, yüksek sıcaklıktaki kurutucu hava veya nadiren inert gaz içine püskürtülerek toz haline getirilmesidir. Sprey kurutma uzun yıllardır kullanılmakla beraber modifiye sistemler olan vakumlu ve dondurarak sprey kurutma teknikleri ile mikro-enkapsülasyon geleneksel yöntemin verimliliğini arttırmaktadır. Özellikle ısıya duyarlı ve protein içeriği yüksek ürünlerle, aromatik bileşenler ve yağlı ürünlerin titizlikle işlenmesi mümkün olmaktadır.

KAYNAKLAR

Gharsallaoui, A., Roudaut, G., Chambin, O., Voilley, A. ve Saurel, R. ‘ 2007. ‘Applications of spray-drying in microencapsulation of food ingredients: An overview”., Food Research International, s.40, 2007, s.1107–1121.

Fritzen-Freire, C.B., Prudencio , E.S., Amboni, R.D.M.C., Pinto, S.S., Negrao-Murakami, A.N. ve Murakami, ‘F.S. ‘Microencapsulation of bifidobacteria by spray drying in the presence of prebiotics”, Food Research International (in pressbasımda), doiDOI:10.1016/j.foodres.2011.09.020.

Bernard, C., Regnault, S., Gendreau, S., Charbonneau, S. ve Relkin, P. “2011. Enhancement of emulsifying properties of whey proteins by controlling spray-drying parameters.”,  Food Hydrocolloids, s.25, , 2011, s.758-763.

Semyonov, D., Ramon, O. ve Shimoni, E., “2011. Using ultrasonic vacuum spray dryer to produce highly viable dry probiotics.”, LWT-Food Science  Technology, s.44, 2011, s.1844-1852.

Semyonov, D., Ramon, O., Kaplun, Z., Levin-Brener, L., Gurevich, N. ve Shimoni, E. “2010. Microencapsulation of Lactobacillus paracasei by spray freeze drying.”, Food Research International, s.43,  2010, s.193–202.

Chiou, D ve Langrish, T.A.G. 2007. “Development  characterisation of novel nutraceuticals with spray drying technology.”,  Journal of Food Engineering, s.82, 2007, s.84–91.

Gardiner, G.E., Bouchier, P., O’Sullivan, E., Kelly, J., Collinsb, J.K., Fitzgerald, G., Ross, R.P. ve Stanton, C. “2002. A spray-dried culture for probiotic Cheddar cheese manufacture.”, International Dairy Journal, s.12, 2002, s.749–756.

Pisecky, ‘J. 2005. ‘Spray drying in the cheese industry.”, International Dairy Journal, 1s.15, 2005, s.531–536.

Patel, C.K. ve Chen, X.D. 2008. “Drying of aqueous lactose solutions in a single stream dryer.”, Food and Bioproducts Processing, s.86, 2008, s.185-197.

Vos, P., Faas, M.M., Spasojevic, M., Sikkema, J., “2010. Encapsulation for preservation of functionality and targeted delivery of bioactive food components.”, International Dairy Journal, s.20, 2010, 292–302.

Peighambardousta, S.H., Taftia, A. G., ve Hesari, J.” 2011. Application of spray drying for preservation of lactic acid starter cultures: A review.”, Trends in Food Science and Technology, s.22, 2011, s.215-224.

Jin, Y. ve Chen, X.D. 2011. “Entropy production during the drying process of milk droplets in an industrial spray dryer.”, International Journal of Thermal Sciences, s.50, 2011, s., 615-625.

Fang, Y., Rogers, S., Selomulya, C. ve Chen, X.D. 2011. “Functionality of milk protein concentrate: Effect of spray drying temperature.”, Biochemical Engineering Journal, (in pressbasımda), 2011, doiDOI:.org/10.1016/j.bej.2011.05.007.