Konsantre yoğurt üretiminde membran teknolojilerinden yararlanma

Konsantre yoğurt üretiminde birçok teknolojiden yararlanılabilmektedir. Bu teknolojiler içerisinde en yaygın kullanılanları mekanik separatörler yardımıyla yoğurdun serumunun ayrılması ve membran teknolojileri (özellikle ultrafiltrasyon, UF) yardımıyla koyulaştırmadır.

Sütün, laktik asit fermentasyonu yolu ile fermente ürünlere dönüştürülerek dayanımının arttırılması çok uzun yıllardır bilinen bir uygulamadır. Her ne kadar, klasik yoğurt asidik özeliğinden dolayı uzun bir raf ömrüne sahip ise de, uygun olmayan sıcaklıklarda (>10 ºC) depolanma sonucunda kısa sürede doğal niteliklerini yitirebilmektedir. Bu noktadan hareket ile yoğurdun dayanımının artırılması amacıyla değişik teknikler geliştirilmiştir. Bu teknikler içerisinde bilinen en eski ve etkili yöntem yoğurdun koyulaştırılmasıdır.

Konsantre yoğurt günümüzde değişik ülkelerde farklı adlar altında pazarlanmaktadır. Örneğin; ülkemizde torba ya da süzme yoğurt, Ermenistan’da tan ya da than, Mısır’da leben zeer, Arap ülkelerinde labneh ya da lebneh, konsantre yoğurt yerine tercih edilen isimler arasındadır. Ayrıca, Hindistan’da çakka (chakka) ve şirkand (shirkand), İzlanda’da skyr ve Danimarka’da ymer konsantre yoğurda benzer fermente ürünler arasında yer almaktadır.

Konsantre yoğurt üretiminde birçok teknolojiden yararlanılabilmektedir. Bu teknolojiler içerisinde en yaygın kullanılanları mekanik separatörler yardımıyla yoğurdun serumunun ayrılması ve membran teknolojileri (özellikle ultrafiltrasyon, UF) yardımıyla koyulaştırmadır. Son yıllarda, membran teknolojileri konsantre yoğurt üretiminde daha yaygın kullanılır hale gelmiştir.

Konsantre yoğurt üretiminde kullanılmak üzere iki farklı ultrafiltrasyon temelli üretim modeli geliştirilmiştir (Şekil 1). Bunlardan birincisi, kurumadde içeriği UF ile yaklaşık 24 g 100 g-1 düzeyine ayarlanmış retentatın fermentasyonu ile direkt konsantre yoğurt üretimidir. İkinci yöntemde ise, normal yoğurdun fermentasyonunun ardından UF ile 24 g 100 g-1 kurumadde düzeyine koyulaştırılmasıdır.

Her iki yöntemde de son ürünün kimyasal kompozisyonu birbirine benzer olmakla birlikte duyusal ve tekstürel özellikler oldukça büyük farklılıklar göstermektedir. Sütün UF tekniği ile koyulaştırılması sırasında kazein misellerine bağlı olan kalsiyum iyonlarının konsantrasyonunda artış meydana geldiğinden konsantre sütten üretilen yoğurtlarda acılık riski bulunmaktadır. Konsantre yoğurt üretiminde UF tekniğinden yararlanmanın en önemli avantajı, geleneksel metotlara oranla %10-15 daha yüksek verim elde edilmesi ve üretim süresinin kısa olmasıdır. Ek olarak, geleneksel yöntemler ile karşılaştırıldığında süt ve starter kültür gereksinimi sırasıyla %10 ve %80 dolayında azalmaktadır. Ayrıca, UF ile üretilen konsantre yoğurtlar daha pürüzsüz bir görünüme sahiptir.

İstenilen tekstürel kaliteye sahip bir UF-konsantre yoğurt elde etmek için UF-sütün yağ ve protein konsantrasyonlarının standardizasyonu önem taşımaktadır. Buna göre, standardize sütün yağ konsantrasyonunun 9.5 g 100 g-1, protein konsantrasyonunun ise 8.5 g 100 g-1 dolayında olması önerilmektedir. Sütün UF membranı aracılığı ile koyulaştırılması, klasik yoğurdun koyulaştırılmasına oranla daha kolaydır. Yoğurdun UF ile konsantre edilmesi sırasında UF membranının etkinliği büyük ölçüde yoğurdun sirkülasyon sıcaklığı ile ilişkilidir. 30-35 ºC gibi düşük sıcaklıklarda yoğurdun viskozitesi arttığından membran geçirgenliği azalmaktadır. Bu nedenle, yoğurdun UF ile koyulaştırılması sırasında çalışma sıcaklığının 45-50 ºC arasında olması gerekmektedir.

50 ºC’nin üzerindeki sıcaklıklarda ise membranın organik kirliliği (fouling) artış gösterdiğinden konsantrasyon etkinliği azalmaktadır. Genel olarak, UF işlemi sırasında yoğurdun sıcaklığındaki artış ile birlikte son ürünün tekstürel özelliklerinde de artış meydana gelmektedir. Buna karşın, >50 ºC’deki UF uygulamalarında yoğurt bakterileri önemli ölçüde inaktivasyona uğramaktadır.

Yoğurdun UF aracılığı ile koyulaştırılması sırasında son ürünün fiziksel kalite özelliklerinin zarar görmemesi için yoğurdun membran giriş basıncının 0.7-0.8 MPa’yı aşmamasına özen gösterilmesi gerekmektedir. Ayrıca, yoğurdun membrana giriş ve çıkış basınçları arasındaki farkın da 0.25-0.30 MPa’dan yüksek olmaması yoğurdun pıhtı yapısının tahrip olmaması bakımından önemlidir. Yoğurt endüstrisinde çok farklı özelliklere sahip UF üniteleri kullanılmaktadır. Konsantre yoğurt üretiminde polietersülfon UF membranları yaygın olarak kullanılmaktadır. UF ile koyulaştırılan sütlerden üretilen konsantre yoğurtlarda starter bakterilerin gelişim eğilimleri konsantre edilmemiş süt ile benzerlikler göstermektedir.

Yoğurdun UF aracılığı ile koyulaştırılması sırasında ise membran sıcaklığı genellikle 40-45 ºC olduğundan UF işlemi boyunca özellikle Streptococcus thermophilus gelişimi devam etmektedir. Bununla birlikte, UF ile koyulaştırılan sütlerden üretilen konsantre yoğurtlarda S. thermophilus canlı koloni sayısı, yoğurdun UF ile koyulaştırılması ile elde edilen ya da geleneksel yolla üretilen konsantre yoğurtlara oranla daha yüksektir. Bu durum, sütün UF ile koyulaştırılması sırasında serum proteini gibi bakteri gelişimini teşvik edici bileşenlerin konsantrasyonunda artış meydana gelmesinden kaynaklanmaktadır.

Kimyasal kompozisyon ve duyusal özelliklerde olduğu gibi, konsantre yoğurdun reolojik/tekstürel özellikleri de üretim tekniği ve kullanılan süt türü ile yakından ilişkilidir. Konsantre yoğurt, normal yoğurtta olduğu gibi homojen olmayan partikül jeli özelliği göstermektedir ve zayıf viskoelastik jel karakterine sahiptir.

Genel olarak, konsantre yoğurdun protein içeriğinde meydana gelen azalma üründe elastik karakterin zayıflamasına neden olmaktadır. Bu nedenle, özellikle ultrafiltrasyon tekniği ile koyulaştırılan yoğurtlarda protein içeriği ters osmoz gibi diğer yöntemler ile koyulaştırılan yoğurtlara oranla daha yüksek olduğundan, UF-konsantre yoğurtlar daha yüksek jel elastisitesine sahip olmaktadır. Konsantre yoğurt genel olarak tiksotropik akış özelliği göstermektedir ve zamana bağlı olarak viskozitede azalma meydana gelmektedir.

Klasik yoğurdun UF ile koyulaştırılması sırasında jel yapısında bir miktar deformasyon meydana gelmekte ve UF basıncının etkisi ile kazein miselleri bir araya gelmeye zorlandığından bu ürünün mikroyapısı daha heterojen bir karakter taşımaktadır (Şekil 2). Bu nedenle, klasik yoğurdun UF tekniği ile koyulaştırılması sözkonusu olduğunda koyulaştırma sonrasında ürünün paketlenmeden önce bir tekstür düzenleyiciden (texturizer) geçirilmesinde yarar bulunmaktadır.

Konsantre yoğurt, yüksek beslenme değeri ve uzun raf ömrü yanında, duyusal özellikleri ile de beğenilen ve tercih edilen bir fermente ürünüdür. Konsantre yoğurdun duyusal özellikleri ile üretim metodu arasında yakın bir ilişki bulunmaktadır. Genel olarak, geleneksel konsantre yoğurt krem renkli ve heterojen yapılı bir ürün olarak karakterize edilmektedir. Heterojen yapısı nedeniyle konsantre yoğurdun sürülebilme yeteneği sınırlıdır. Koyulaştırma öncesi normal yoğurdun kurumaddesi artırılarak (∼16 g 100 g–¹) son ürünün sürülebilme yeteneğinde de artış sağlanabilmektedir. Tekstür ve görünüş özellikleri bakımından klasik yoğurdun ultrafiltre edilmesi ile elde edilen konsantre yoğurt geleneksel yoğurtlardan daha üstün özellikler göstermektedir. Direkt rekonstitüsyon/rekombinasyon tekniği ya da ultrafiltrasyon ile koyulaştırılan sütlerden üretilen konsantre yoğurtlarda yapı kaba ve pütürlü olmakta ve serum ayrılması riski artmaktadır.

Yoğurdun temel aroma bileşeni olan asetaldehitin koyulaştırılmış yoğurttaki konsantrasyonu büyük ölçüde üretim metoduna bağımlılık göstermektedir. Özellikle, geleneksel yöntem ile üretilen konsantre yoğurtlarda süzülme aşaması sırasında bir miktar asetaldehit kaybı sözkonusu olmaktadır. Ayrıca, yoğurdun UF ile koyulaştırılması sırasında, evaporasyon yolu ile asetaldehit kaybı riski bulunduğundan UF sıcaklığının seçimine dikkat edilmesi gerekmektedir. Normal koşullarda, konsantre yoğurt 30 güne kadar duyusal özelliklerini koruyabilmektedir.

Şekil 1. UF tekniği ile konsantre yoğurt üretimi akış şeması.

a) UF ile koyulaştırılan sütten konsantre yoğurt üretimi,

b) UF ile koyulaştırılan klasik yoğurttan konsantre yoğurt üretimi.

Şekil 2. Farklı yöntemler ile koyulaştırılan konsantre yoğurtların mikroyapıları.

a) UF ile kurumaddesi artırılan sütlerden üretilen konsantre yoğurt,

b) Klasik yoğurdun UF ile  koyulaştırılması ile üretilen konsantre yoğurt. Kurumadde düzeyi tüm örnekler için ∼24 g  100 g−¹.