Süt endüstrisinde ısısal olmayan uygulamalar

Süt endüstrisinde tüketici beklentileri küreselleşen dünyayla uyumlu olarak artmaktadır. Tüketici daha güvenli ve uzun raf ömürlü ürünler yanında daha yüksek kaliteli ürün talebinde bulunmaktadır. Süt endüstrisi bu gelişmeler ve talepler doğrultusunda işleme teknolojilerinde teknik, süreç ve ürün yeniliği arayışı içine girmiştir. Günümüzde süt endüstrisinde ürün kalitesini korumak ve raf ömrünü uzatmak için ısıl işlemlerden yararlanılmaktadır. Ancak yüksek sıcaklık uygulamaları ürünün fiziksel, kimyasal ve termal özelliklerinde olumsuz değişikliklere yol açmaktadır. Kullanılacak yeni yöntemlerin yüksek kaliteli ürünler oluşturması, verimli ve kolay uygulanabilir olmasının yanı sıra süt ve ürünlerinin doğal özelliklerini koruması hedeflenmektedir.

Sütün farklı ürünlere işlenmesinde risk yüksek sıcaklık kaynaklı olduğu için son yıllarda yapılan çalışmalar yüksek hidrostatik basınç ve vurgulu elektrik alan gibi ısısal olmayan alternatif teknikler üzerinde yoğunlaşmaktadır. Bu sebeple çalışmanın amacı son yıllarda sütün farklı ürünlere işlenmesinde kullanılan bu ısısal olmayan uygulamalar hakkında bilgi vermektedir.

Anahtar Kelimeler: Süt, non-termal proses, ısısal olmayan işleme, raf ömrü, vurgulu elektrik alan, yüksek hidrostatik basınç.

Elif Sena Kırmızıkaya(1), İnci Çınar(2)
(1) Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, FBE, Biyomühendislik ve Bilimleri Ana Bilim Dalı
(2 )Kahramanmaraş Sütçü İmam Universitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü,
Tel: +90 (344) 300 2087, e-posta: icinar@ksu.edu.tr

GİRİŞ

Taze ve sağlıklı gıdalara olan talebin artması yeni muhafaza teknolojilerinin geliştirilmesinde büyük rol oynamaktadır. Günümüzde gıdaların besleyici değerlerinin korunmasını sağlamak amacıyla birçok teknik kullanılmaktadır. Geleneksel gıda muhafazası yaygın olarak termal sterilizasyon veya konservelemeyi içermektedir. Ancak bu ısıl işlemler raf ömrünü uzatırken ürün kalitesi ve enerjide kayıplara neden olabilmektedir. Ayrıca gıdaya özgü tadı, lezzeti ve termal özellikleri değiştirmesi ve vitaminler başta olmak üzere besin maddelerinde kayıplara yolaçması gibi bazı dezavantajları olduğu bilinmektedir (Wang ve ark., 2016).

Özellikle taze süt biyolojik kompozisyonu nedeniyle kolaylıkla bozulabilen bir gıdadır. Depolama sıcaklığı, oksijen ve ışık gibi birçok faktör sütün tazeliğini ve raf ömrünü etkilemekte, bozulmaya yolaçan mikroorganizmaların gelişimi için uygun ortamı oluşturmaktadır. Bu sebeplerle sütün kalitesi ve güvenilirliğini korumak için ısısal olmayan muhafaza tekniklerinin alternatif veya geleneksel yöntemlerle birlikte kullanılması konusu ağırlık kazanmıştır.

Son yıllarda tercih edilen ısısal olmayan muhafaza yöntemleri arasında en fazla sayıda araştırmada yüksek hidrostatik basınç ve vurgulu elektrik alan yer almaktadır. Bu teknikler sütün besin değerleri ile fonksiyonel ve duyusal özelliklerini koruyarak sağlıklı ve raf ömrü uzun ürünlerin üretilmesine imkan tanımaktadır. Yakın gelecekte bu ısısal olmayan muhafaza yöntemlerinin endüstriyel olarak daha fazla kullanım alanı bulacağı tahmin edilmektedir. Bu açıdan çalışmanın amacı ısısal olmayan tekniklerden yüksek hidrostatik basınç ve vurgulu elektrik alan uygulamaları ve bu tekniklerin kullanıldığı prosesler hakkında bilgi vermektir.

YÜKSEK HİDROSTATİK BASINÇ TEKNİĞİ VE UYGULAMALARI

Yüksek hidrostatik basınç (HHP) ısıl pastörizasyona eşdeğer gıda güvenliği standartlarını sağlayabilen ve taze ya da işlenmiş gıdalar için tüketici taleplerini karşılayabilen bir ısısal olmayan tekniktir. Yüksek hidrostatik basıncın temel prensibi kapalı sistemde mekanik hacim azaltılmasıyla basınç artışı sağlanması ve sıvı veya sıvı ortam içindeki katı gıdanın fiziksel sıkıştırmaya maruz bırakılması prensibine dayanır (Naik ve ark., 2013).

Gıdaya ısı yerine yüksek basınç uygulanması gıdanın renginde, lezzetinde ve besinsel özelliklerinde önemli olumsuz değişiklik olmaksızın mikroorganizmaların azaltılması veya yok edilmesini sağlamaktadır (Sakharam, 2011).Yapılan farklı çalışmalar yüksek hidrostatik basınç tekniğinin özellikle süt endüstrisinde ürünün işlevsel özelliklerini değiştirme ve mikrobiyolojik güvenliği artırmada endüstriyel ölçekli kullanılabileceğini ortaya koymuştur.

En çok tercih edilen ısısal olmayan gıda koruma tekniklerinden biri olarak düşünülen yüksek hidrostatik basınç giderek artan sayıda gıda ürününün ticari ölçekte pastörize edilmesi için kullanılmaktadır. Gıda maddeleri için 100-800 MPa basınç tercih edilirken ticari uygulamalarda kullanılan basınç seviyeleri ürüne bağlı olarak 200 ile 600 MPa aralığında değişmektedir. Her türlü sıvı ve katı gıda ürünlerinde, özellikle ısıya hassas gıdalar ve sporların büyümesine olumsuz etkisi olan yüksek asitli gıdalara da uygulanabilmektedir (Sfakianakis ve Tzia, 2014). Çiğ veya pişmiş etler, balık ve kabuklu deniz ürünleri, meyve ve sebze ürünleri, peynirler, salatalar, tahıl ürünleri, meyve suları, soslar ve çorbalar kullanım alanları içerisindedir (Liepa ve ark., 2016).

Günümüzde süt ve süt ürünleri ürün güvenliğini sağlamak için yüksek sıcaklıklarda (70- 145°C) işleme tabi tutulmaktadır. Yüksek ısıda işlenmesi sütün raf ömrünü uzatmakta ancak beslenme kalitesinin azalmasına neden olmaktadır. Bu sebeple son yıllarda yüksek hidrostatik basınç uygulaması soğuk işleme tekniği olarak rağbet görmeye başlamıştır. Bu teknik sütte görülen bozulmalara sebep olan ve patojen bakterilerin çoğunu 400-600MPa’lık bir işlemden sonra etkisiz hale getirmektedir (Sfakianakis ve Tzia 2014; Liepa ve ark., 2016). Uygulanan basınç bakteri sporlarını inaktive etmekte, istenen fonksiyonel özelliklerin termal proseslere göre daha iyi korunmasını ve ürünün raf ömrünün uzatılmasını sağlamaktadır.

Peynir üretiminde yüksek hidrostatik basınç tekniği kaliteyi ve mikrobiyolojik güvenliği arttırmak için kullanılmaktadır (Martinez-Rodriguez ve ark., 2012; Oztürk ve ark., 2013). Bu teknik süt yağı globüllerini, proteinlerin veya polisakkaritlerin boyutunu önemli derecede etkilemekte ve işlevsel özelliklerini değiştirmektedir. Uygulama sırasında oluşturulan küçük yağ globülleri asitleştirme ve jel oluşumu sırasında süt proteinlerine, kazeine ve denatüre edilmiş peynir suyuna entegre olma eğilimi göstermektedir (Massoud ve ark., 2016). Uygulamanın aynı zamanda peynirin olgunlaşması sırasında proteolizi kontrol eden parametreleri değiştirebildiği ve olgunlaşma süresinin kısaltılmasını sağladığı belirlenmiştir. Ayrıca bu teknikle işlenmiş peynirin çiğ veya pastörize sütten yapılan peynirlerine göre daha yüksek nem, tuz ve toplam serbest aminoasit içeriğine sahip olduğu tespit edilmiştir (Liepa ve ark., 2016).

Bir diğer süt ürünü olan yoğurtta ise farklı uygulamalar mevcuttur (Udabage ve ark., 2010; Penna ve ark., 2007). Azot, kalsiyum ve fosforun çözünür ve çözünmez formları arasında dengeyi sağlamak için sütün pıhtılaşma özelliklerini geliştirmesi yüksek hidrostatik basıncın yoğurt işlemede yenilikçi bir yöntem olarak kabulüne sebep olmuştur. Buna ek olarak jel viskozitesi, doku sertliği ve sineresis direnci gibi reolojik özelliklerini geliştirmesi yöntemin avantajları arasındadır (Massoud ve ark., 2016; Sfakianakis ve Tzia 2014).

Gıda sektöründe az yağlı dondurma üretmek için genellikle peynir altı suyu dondurma karışımına ilave edilmektedir. Yüksek hidrostatik basınç tekniği kısmen denatüre edilmiş peynir altı suyu proteinlerinin kristal çekirdeklerinin aşırı büyümesini engellemekte ve dondurma işlemi sırasında hava kabarcıklarını daha iyi tutan köpük oluşturma özelliği vermektedir. Yüksek hidrostatik basıncın dondurma karışımının viskozitesini önemli ölçüde arttırması sektörde tercih edilebilen bir teknik hale gelmesini sağlamıştır. Basınç uygulanan karışımlardan elde edilen dondurmada basınçla indüklenen protein jellerinin oluşması sebebiyle geleneksel dondurmaya göre daha yüksek erime direnci ve duyusal özelliklerde gelişme gösterdiği gözlemlenmiştir (Huppertz ve ark., 2011).

Süt ve süt ürünlerine yüksek hidrostatik basınç uygulanması hakkında çalışmalar son yıllarda yoğunluk kazansa da süt ürünlerinin kalitesi üzerine etkisi hakkında yapılan çalışmalar hala sınırlı düzeydedir. Besleyici değeri yüksek ürünlerin geliştirilmesi için tekniğin süt bileşenlerinde ve özellikle de proteinde değişmelere yol açabileceği bilinmektedir. Yüksek hidrostatik basınç tekniği termal işlemeye bir alternatif olarak gıda araştırmalarında ve endüstriyel üretimlerde özellikle dikkat çekmektedir. Süt sektöründe tekniğin daha iyi anlaşılması ve uygulanması için geliştirilmiş performansa sahip, mikrobiyolojik açıdan güvenli, minimal işlenmiş,yüksek besleyici ve duyusal kalitede süt ürünleri üretmeye yönelik pratik uygulamaların sunulması gerekmektedir (Liepa ve ark., 2016).

VURGULU ELEKTRİK ALAN TEKNİĞİ VE UYGULAMALARI

Vurgulu elektrik alan (PEF) mikroorganizmaları inaktive etmek için elektrik atımları kullanan ve gıda kalitesinde çok sınırlı olumsuz değişmelere sebep olan bir ısısal olmayan muhafaza tekniğidir (Lasekan ve ark., 2016). Bu teknik kısa süre (genellikle 2-300 ms) ve yüksek elektriksel alan esasına dayanmaktadır. İki elektrot arasına konulan gıda 20 – 80 kV/cm2 arası yüksek voltaja tabi tutulmakta ve dışarıdan uygulanan elektrik alan hücreyi membran boyunca ‘transmembran potansiyel’ olarak adlandırılan bir elektrik potansiyel farkına maruz bırakmaktadır.

Bu potansiyel farkı kritik değere ulaştığında, hücre membranında por oluşumu veya elektroporasyon başlamakta ve geçirgenlik artmaktadır. Bu sayede hücre membranının koruyucu özelliği ortadan kalkarak hücre içindeki yaşam materyalleri etkilenmektedir (Açu ve ark., 2014). Bu tekniğin avantajları volumetrik bir etkiye sahip elektrik alan etkisinin ürünün tamamına hızlı ve homojen olarak aktarılması, ısıl işleme gerek kalmadan gıdanın raf ömrünü uzatılabilmesi, enerjiden tasarruf sağlaması ve hücre zarı işlevselliğinin kaybedilmesini sağlayarak mikrobiyel inaktivasyon sağlanmasıdır. Ancak iletken maddelerle çalışma ve üretim ortamında elektriksel sızdırmazlığın sağlanması gibi güvenlik zorlukları tekniğin dezavantajlarını oluşturmaktadır. (Ağçam ve ark., 2014; Buckow ve ark., 2014; Rodriguez-Gonzalez ve ark., 2015).

Vurgulu elektrik alan tekniğinin sıvı gıdaları pastörize etmek için alternatif yöntem olarak kullanılması son yıllarda ağırlık kazanmıştır (Lasekan ve ark., 2016). Gıdalardaki uygulamalarının mikroorganizma inaktivasyonu açısından başarılı olmasında uygulanan yöntem, seçilen gıdanın çeşidi ve mikrobiyel faktörler önemli olmaktadır. Uygulamaya bağlı faktörler elektrik alan yoğunluğu, vurgu (atım) genişliği, uygulama süresi, sıcaklık artışı iken gıdaya bağlı etkenler gıdanın iletkenliği, sıcaklığı ve pH’sıdır (Özcan ve Kurtuldu, 2011).

Son yıllarda yağsız süt, tam yağlı süt, yoğurt ve peynir yoğurt pastörizasyonunda vurgulu elektrik alan tekniği başarılı bir şekilde uygulanmaktadır. Literatürde yeralan araştırmalara göre besin değeri ve duyusal özelliklerdeki değişimin çok sınırlı olmasına rağmen sporlar ve patojen mikroorganizmalar üzerinde etkili inaktivasyon sağlanması tekniğin başarı ölçütü olarak değerlendirilmiş ve süt ürünlerinde uygulanması hakkındaki çalışmalar yoğunlaşmıştır.

Süt ve süt ürünlerinin üretiminde tekniğin kazeinin koagülasyonu, kazein misellerinin büyüklüğü ve yapısı üzerinde etkili olduğu görülmüştür (Yangılar ve ark., 2013). Bu yöntemin özellikle peynir üretiminde kullanılan sütün işlenmesi için uygun bir metot olduğu bildirilmektedir (Yu ve ark., 2012; Sharma ve ark., 2014a; Cregenzan-Alberti ve ark., 2015; Tanino ve ark., 2015). Ayrıca mikroorganizmaların yüksek oranda ortadan kaldırıldığı (Ohsima ve ark., 2016; Sharma ve ark., 2014b) ve geleneksel steril pastörize sütlere kıyasla aralarında önemli farkın bulunmadığı (Zhang ve ark., 2011; Bermudez-Aguirre ve ark., 2011) gösterilmiştir. Sütteki aroma ve renk değişimleri incelendiğinde bu uygulamanın sütün duyusal ve fiziksel özelliklerinde önemli bir değişikliğe yol açmadığı, süt gibi yüksek sıcaklığa duyarlı ürünlerde uygulanmasının faydalı olacağı sonucuna ulaşılmıştır (Lasekan ve ark., 2016; Hawa ve ark., 2011). Ayrıca sütteki uçucu bileşiklerin konsantrasyonlarını önemli ölçüde değiştirmediği ve yüksek duyusal kalitede yağsız süt üretmek için avantajlı bir teknik olabileceği gösterilmiştir (Chung ve ark., 2014).

Yüksek hidrostatik basınç ve vurgulu elektrik alan gibi yöntemlerle süt ve süt ürünlerinde termal işlem uygulamaları sonucunda meydana gelen değişimlerin azaltılması ve sütün raf ömrünün uzatılması hedeflenmektedir. Gıda endüstrisinde sütün raf ömrünün uzatılması üzerine geliştirilen yeni tekniklerin uygulanabilirliği ile ilgili çalışmalar halen devam etmektedir. Özellikle vurgulu elektrik alan tekniğinin yüksek maliyet sebebiyle kombinasyon halinde kullanılması etkinliğini artırmak ve maliyetleri düşürmek için bir strateji olarak önerilmektedir (Guerrero-Beltran ve ark., 2010). Yapılan araştırmaların genişletilmesi ile ülkemizdeki süt üreticilerine ışık tutularak faydalı olması beklenmektedir.

SONUÇ

Süt ve süt ürünlerinin raf ömrünün uzatılmasını amaçlayarak geliştirilen yüksek hidrostatik basınç (HHP) ve vurgulu elektrik alan (PEF) gibi uygulamalar günümüzde mikrobiyolojik açıdan güvenli, gıda maddelerinin üretiminde ısıl işlemlerin yerini alabilecek yeni teknikler olarak giderek artan popülarite ve önem kazanmaktadır. Ancak süt ve süt ürünleri dışında sıvı veya katı içeren sıvı gıdaların işlenmesinde de kullanılma potansiyeli mevcuttur. Doğala yakın termal, duyusal ve besinsel içerikte işlenmiş ürünler eldesi üzerinde yapılacak her türden çalışma gerek akademik gerekse sektörel çalışmalara ışık tutacaktır.

KAYNAKLAR

Açu, M., Yerlikaya, O. (2014). Gıdalarda Isıl Olmayan Yeni Teknikler ve Mikroorganizmalar Üzerine Etkileri. Gıda ve Yem Bilimi-Teknolojisi Dergisi/Journal of Food and Feed Science-Technology, 14:23-35.

Ağçam, E., Akyıldız, A., Akdemir Evrendilek, G. (2014). Vurgulu Elektrik Alan Teknolojisi (PEF): Sistem ve Uygulama Odacıkları. Akademik Gıda, 12 (2), 69-78.

Bermudez-Aguirre, D., Fernandez, S., Esquivel, H., Dunne, P.C., Barbosa-Canovas, G.V. (2011). Milk Processed by Pulsed Electric Fields: Evalution of Microbial Quality, Physicochemical Characteristics, and Selected Nutrients at Different Storage Conditions. Journal Of Food Science, 76 (5), 289-299.

Buckow, R., Chandry, P.S., Ng, S.Y., McAuley, C.M., Swanson, B.G. (2014). Opportunities and Challenges in Pulsed Electric Field Processing of Dairy Products. International Dairy Journal. 34 (2): 199-212.

Chung, A., Khanal, D., Walkling-Ribeiro, M., Corredig, M., Duizer, L., Griffiths, M.W. (2014). Change in Colour and Volatile Composition of Skim Milk Processed with Pulsed Electric Field and Microfiltration Treatments or Heat Pasteurization. Foods, 3:250-268.

Cregenzan-Albertia, O., Halpina R.M., Whyteb, P., Lynga, J.G., Nocia, F. (2015). Study of the Suitability of the Central Compositedesign to Predict the İnactivation Kinetics by Pulsed Electric Fields (PEF) in Escherichia coli, Staphylococcusaureus and Pseudomonas Fluorescens in Milk. Food and Bioproducts Processing, 95:313-322.

Guerrero-Beltran, J.A., Sepulveda, D. R., Gongora-Nieto, M. M., Swanson, B., Barbosa-Canovas, G. V. (2010). Milk Thermization by Pulsed Electric Fields (PEF) and Electrically Induced Heat. Journal of Food Engineering, 100:56-60.

Hawa, C.L., Putri R.I., Susilo, B. (2011). Pulsed Electric Fields Pasteurization of Milk: Effects of Various Voltage and Treatment Time on Physical Properties. Journal of Basic and Applied Scientific Research, 1 (10), 1516-1523.

Huppertz, T., Smiddy, M.A., Goff, H.D., Kelly, A.L. (2011). Effects of High Pressure Treatment of Mix on Ice Cream Manufacture. International Dairy Journal, 21 (9):718-726.

Lasekan, O., Ng, S., Azeez, S., Shittu, R., Teoh, L., Gholivand, S. (2016). Effect of Pulsed Electric Field Processing on Flavor and Color of Liquid Foods. Journal of Food Processing and Preservation, 1-14.

Liepa, M., Zagorska, J., Galoburda, R. (2016). High-Pressure Processing as Novel Technology in Dairy Industry: A Review. Research for Rural Development, 1:76-83.

Martinez-Rodriguez, Y., Acosta-Muniz, C., Olivas, G.I., Guerrero-Beltran, J., Rodrigo-Aliaga, D., Sepulveda, D.R. (2012). High Hydrostatic Pressure Processing of Cheese. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 11:399-416.

Massoud, R., Belgheisi, S., Massoud, A. (2016). Effect of High Pressure Homogenization on Improving the Quality of Milk and Sensory Properties of Yogurt: A Review. International Journal of Chemical Engineering and Applications, 7 (1):66-70.

Naik, L., Sharma, R, Rajput, Y.S., Manju, G. (2013). Application of High Processing Technology for Dairy Food Preservation-Future Perspective: A Review. Journal of Animal Production Advances, 3 (8):232-241.

Ohshima, T., Tanino, T., Kameda, T., Harashima, H. (2016). Engineering of Operation Condition in Milk Pasteurization with PEF Treatment. Food Control, 68:297-302.

Ozturk, M., Govindasamy-Lucey, S., Jaeggi, J.J., Johnson, M.E., Lucey, J.A. (2013). The Influence of High Hydrostatic Pressure on Regular, Reduced, Low and No Salt Added Cheddar Cheese. Internationa Dairy Journal, 33:175-183.

Özcan, T., Kurtuldu, O. (2011). Sütün Raf Ömrü Uzatılmasında Alternatif Yöntemler. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 25 (1), 119-129.

Penna, A.L.B., Subbarao-Gurram, Barbosa-Canovas, G.V. (2007). High Hydrostatic Pressure Processing on Microstructure of Probiotic Low-Fat Yogurt. Food Research International, 40:510-519.

Rodriguez-Gonzalez, O., Buckow, R., Koutchma, T., Balasubramaniam, V.M. (2015). Energy Requirements for Alternative Food Processing Technologies-Principles, Assumptions, and Evaluation of Efficiency. Comprehensive Reviewsin Food Science And Food Safety, 14:536-554.

Sakharam, P., Prajapati, J.P., Jana, A.H. (2011). High Hydrostatic Pressure Treatment for Dairy Applications. National Seminar on Indian Dairy Industry-Opportunities and Challenges, 176-180.

Sfakianakis, P., Tzia, C. (2014). Conventional and Innovative Processing of Milk for Yogurt Manufacture; Development of Texture and Flavor: A Review. Foods, 3 (1):176-193.

Sharma, P., Bremer, P., Oey., I., Everett, D.W.(2014a). Reduction of Bacterial Counts and İnactivation of Enzymes in Bovine Whole Milk Using Pulsed Electric Fields. International Dairy Journal, 39 (1), 146-156.

Sharma, P., Bremer, P., Oey, I., Everett, D.W.(2014b). Bacterial Inactivation in Whole Milk Using Pulsed Electric Field Processing. Dairy Journal, 35:49-56.

Tanino, T., Yoshida, T., Sakai, K., Bing, S., Ohshima, T. (2015). Inactivation of Escherichia Coli Phages By PEF Treatment and Analysis of İnactivation Mechanism. Journal of Electrostatics. 73:151-155.

Udabage, P., Augustin, M.A., Versteeg, C., Puvanenthiran, A., Yoo, J.A., Allen, N., McKinnon, I., Smiddy, M., Kelly, A.L. (2010). Properties of Low-Fat Stirred Yoghurts made from High-Pressure-Processed Skim Milk. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 11:32-38.

Wang, C.Y., Huang, H.W., Hsu, C.P., Yang, B.B. (2016). Recent Advances in Food Processing Using High Hydrostatic Pressure Technology. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 56:4, 527-540.

Yangılar, F., Kabil, E., Yılmaz, F. (2013). PEF İşleminin Süt ve Süt Ürünlerinde Uygulanabilirliği. Manas Journal of Engineering, 14 (1):73-85.

Yu., L.J., Ngadi, M., Raghavan, V. (2012). Proteolysis of Cheese Slurry made from Pulsed Electric Field-Treated Milk. Food and Bioprocess Technology, 5:47-54.

Zhang, S., Yang, R., Zhao, W., Hua, X., Zhang, W., Zhang, Z. (2011). Influence of Pulsed Electric Field Treatments on the Volatile Compounds of Milk in Comparison with Pasteurized Processing. Journal of Food Science, 76:127-132.