Günümüzde birçok ürünün bir blok haline gelmeden tek tek parçalar halinde dondurulması istenmektedir. Bu nedenle bantlı donduruculardan, bantın deliklerinden üflenen hava hızı ürünleri tek tek bir film gibi sararak havada asılı bırakarak her parça yada tane ayrı ayrı dondurulur. Bu sistem IQF olarak adlandırılır. IQF yöntemiyle dondurulmuş meyve ambalajını açan tüketici ürünün tümünü bir kerede kullanmak zorunda değildir. Ürünün hepsini çözdürmeden yeterli miktarı boşaltıp kalanını diğer kullanım için dondurucusunda koruyabilir.
- Giriş
Üzümsü meyveler grubuna giren bütün cinsleri simgeleyen belirli bir özellik bulunmadığından ‘Üzümsü Meyveler’ deyimini tam olarak açıklamak mümkün değildir. (Ağaoğlu, 1986). “Üzümsü meyveler” denildiği zaman daha çok üzüm (Vitis), çilek (Fragaria), ahududu ve böğürtlen (Rubus), frenk üzümü ve bektaşi üzümü (Ribes), kültür yaban mersini (Vaccinium), kuşburnu (Rosa), mürver yemişi (Sambucus), yabani iğde (Hippophae), gibi cinsler ve bunlara bağlı türler akla gelmektedir (Ağaoğlu, 2003).
Üzümsü meyvelerin gıda sanayinde kullanımı özellikle meyve suyu ve süt ürünleri endüstrilerinde, dondurma üreticileri, şekerleme ve pasta üreticileri açısından önem taşımaktadır. Üzümsü meyveler bu sektörlerce taze, püre edilmiş, şurup veya su olarak düzenli bir şekilde talep edilmektedir. Önde gelen şekerleme, pasta üreticileri günümüzde çok miktarlarda üzümsü meyve kullanmaktadırlar. Ayrıca alkollü içecek sanayinde de üzümsü meyvelere büyük çapta talep bulunmaktadır. Son yıllarda değişik, doğal bitki çaylarının tüketiciler tarafından aranır hale gelmesi, üzümsü meyvelerin bu amaçla da kullanımını ön plana çıkarmıştır (Ağaoğlu, 2003). Ayrıca reçel ve marmelat sanayinde de çok yaygın olarak kullanılmaktadır.
Hasattan sonra saklanmaları diğer meyvelere oranla zor ve uzun süre soğuk depolarda muhafazaları mümkün olmaması (Ağaoğlu, 2003) nedeni ile üzümsü meyvelerin dondurularak muhafazası gerekmektedir. Üzümsü meyvelerin dondurularak muhafazası sonrası yıl boyunca hem üreticilerin hem de tüketicilerin kullanımına sunulabilir. Bundan dolayı bu tür meyvelerin dondurulması geleneksel mekanik dondurma ile blok veya top halinde dondurulabileceği gibi, IQF (Individual Quick Freezing-Bireysel Hızlı Dondurma) yöntemi ile teker teker dondurulabilmektedir. IQF yöntemi kriyojenik dondurucular veya akışkan yataklı dondurucular kullanılarak gıdaların tek tek ve hızlı bir şekilde dondurulmasıdır (Cemeroğlu ve Soyer, 2005).
- Dondurma İşlemi, Ön Soğutma ve Dondurma Yöntemleri
Dondurma işlemi, gıdanın sıcaklığını donma noktasının altına kadar düşürmeyle, içerdiği suyun buz kristalleri haline dönüşmesini sağlamaktır. Suyun buz haline dönüşmesi ve donmamış sudaki çözünmeyen maddelerin konsantrasyonun artması gıdaların su aktivitelerini düşürür (Fellows, 1990). Böylelikle gıdadaki serbest suda biyolojik aktivite gösteren mikroorganizmaların faaliyetlerine son verilir. Dondurma işlemi ile -10°C’ ye kadar aktivite gösteren psikrofilik mikroorganizmalar da dahil bütün mikroorganizmaların biyolojik aktiviteleri durdurularak gıdanın kalitesinin düşmesine ve bozulmasına engel olunur (Cemeroğlu ve Soyer, 2005). Örneğin dondurulmuş çilek -12°C depolamada 5 ay, -18°C depolamada 24 ay ve -24°C sıcaklıkta depolamada 24 aydan daha fazla süre depolama ömrüne sahiptir (IIR, 1986).
Dondurulacak olan meyvelerin su kaybının önlenmesi ve tekstürünün bozulmaması için meyvelere ilk olarak ön soğutma uygulanır. Ön soğutma ilk olarak 1904’te Amerika Tarım Departmanında çalışan Powell ve arkadaşları tarafından uygulanmıştır (Ryall and Pentzer, 1982). Ön soğutma ısının hemen üründen uzaklaştırmak veya hasattan sonra bir an önce sıcaklığın düşürülerek solunum hızının azaltılarak ve ürünün bozulmasına neden olan prosesler azaltılarak ürünün kalitesinin yüksek seviyede kalmasını sağlamak olarak tanımlanabilir (Brosnan and Sun, 2001). Üzümsü meyvelerin dondurma işlemi sırasında şekillerini koruyabilmeleri için, çilek, ahududu ve çayüzümü gibi, 23°C’den 1°C’e kadar ön soğutma gereklidir (Acharya at all., 1989). Ön soğutma nem oranı çok yüksek olan yaklaşık -4°C, -5°C’lerdeki soğuk hava ile soğutulmasıdır (Cemeroğlu ve ark., 2004).
2.1 Geleneksel Mekanik Dondurma İşlemi
Meyveler ve üzümsü meyveler geleneksel olarak soğuk oda ve mekanik dondurucular kullanılarak dondurulmaktadır. Ön soğutma, ürünlerin yaklaşık 0°C’de tutulan soğuk geniş odalarda taşıyıcıların içerisinde soğutulmasını içeren ve yavaş gerçekleşen bir işlemdir. Bu işlem ürünün yaklaşık 1°C’ye kadar soğutulması 15-30 saat almaktadır ve bu geçen süre de dehidrasyondan dolayı ürünün ağırlığında %4-5’lik kayıp görülür. Soğutulan ürün -40°C’de çalışan mekanik dondurucuya aktarılıp 10-15 dakika içerisinde -24°C’de dondurulur. Bu işlem sırasında da dehidrasyondan dolayı ağırlığın %1-2’si kadar kayıp meydana gelir (Acharya at all., 1989).
2.2 IQF Yöntemi ile Dondurma İşlemi
Üzümsü meyveleri IQF yöntemi ile tek tek ve hızlı bir şekilde dondurmak mümkündür. Akışkan yataklı, daldırmalı ve püskürtmeli kriyojenik dondurucular kullanılarak IQF’le dondurulmuş ürünler elde edilebilir. Bunların yanında ön soğutma da IQF yöntemi, asıl dondurma işleminde mekanik dondurucular kullanılmasıyla oluşan kriyomekanik dondurma yöntemi ile de IQF ürünler oluşturulur.
2.2.1 Akışkan Yataklı Dondurucularla Dondurma İşlemi
Çok hızlı ve düşük sıcaklıktaki havanın küçük ürünlerle direk olarak teması sağlanması ile ürünlerin IQF şeklinde dondurulması sağlanır. Sıvı veya gaz halindeki bir maddenin katı parçacıkların oluşturduğu tabakadan yukarıya doğru akması, katı maddeleri akışkan gibi davranmaya zorlar. Bu bir akışkan yataktır ve hazır meyve ve sebze gibi IQF ürünlerinin dondurulmasında bu ilkeyle çalışan dondurucular kullanılmaktadır. Düşük sıcaklıktaki hava, yüksek yüzey ısı transfer katsayısı (yüksek hava hızı) ve dondurulacak olan ürünlerin şeklinin küçük olması donma süresinin kısalmasına veya dondurma işleminin hızlı olmasını sağlar. Ayrıca ürünlerin ayırımı da yüksek hava hızı ile sağlanır. Bu sistemlerde ürün bir konveyör ile yüksek hızlı hava ortamına taşınır ve donma süresi konveyörün hızıyla ayarlanır. Ürünlerin bu tip dondurucularla dondurulabilmesi için uygun büyüklük ve şekilde olmaları gerekmektedir. Ürünler bandın bir ucuna koyulur ve deliklerden verilen soğuk hava veya nitrojen yardımı ile akışkanlık oluşturulur. Donan ürünlerde kanala düşer ve uzaklaştırılır. Üzümsü meyvelerin şekli ve büyüklükleri göz önüne alındığında bu tip dondurucularla rahatlıkla dondurulabilir (Singh and Heldman, 2001; Miller and Butcher, 2000).
Akışkan yatak dondurucularda 5–10 cm h-1’lık bir donma hızına erişilmek mümkündür ve bu tip dondurucularda çilekler 9–13 dakikada dondurulmaktadır. Diğer soğuk hava akımında dondurma sistemlerinde donma hızı yaklaşık 1–3 cm h-1 olmaktadır. Üzümsü meyvelerin bantlara yapışma riski titreşimli bantlar kullanılmasıyla önlenir (Cemeroğlu ve Soyer, 2005).
2.2.2 Daldırarak Dondurma İşlemi
Ürünlerin su bazlı olmayan soğutucu akışkan içerisine daldırılması ile hızlı dondurma işlemine tabi tutulmasıdır. İlk uygulanan daldırarak dondurma işleminde soğutucu akışkan olarak R-12 ve diğer halokarbonlar kullanmaktaydı ve bu durum da bu maddelerin atmosfer emisyonlarını arttırmaktaydı. Günümüzde ise bu tip soğutucu akışkanların yerini sıvı nitrojen (kaynama noktası -196°C) tamamen almıştır. Sıvı nitrojenin sahip olduğu korkunç kaynama özelliği türbülansa neden olur, dolayısıyla ürünlerin ayrılmasını ve çok büyük yüzey ısı transfer katsayısı elde edilmesini sağlar. Sıvı nitrojen daldırma dondurucusu genellikle kriyojenik tünel dondurmadan önce IQF ürünlerinin dış taraflarında sert bir tabaka oluşumunu sağlar. Bu sistemde uygulanan hızlı dondurma ile minimum düzeyde nem kaybı, kokunun iyi şekilde saklanması, aşırı donmanın engellemesi ve sıvı nitrojenin yaklaşık oda sıcaklığında gaz halinde çıkmasıyla sıvı nitrojen tüketimini minimuma indirmesi sağlanır (Miller and Butcher, 2000).
Daldırarak dondurma işleminde ürünler sıvı refrijerantın bulunduğu havuza taşınır. Burada sıvı refrijerant gaz haline dönüşürken üründen ısı absorp eder. Böylelikle ürünün çok kısa sürede donması sağlanır. Daldırarak dondurucularda en önemli sorun sıvıdan gaz haline geçen refrijerantın tekrar geri kazanılamaması ve pahalı olmasıdır (Singh and Heldman, 2001).
2.2.3 Püskürtmeli Kriyojenik Dondurucularla Dondurma İşlemi
Ürünlerin direk olarak sıvı azota daldırılmaları ürünlere zarar verebilmektedir. Sıvı azotun ürünlerin üzerine püskürtülmesi ile ürünlerin zarar görme riskini azaltır. Bundan dolayı 1960’dan sonra taşıyıcı bantlardan geçmekte olan ürünlere sıvı azot püskürtülmesi ilkesi ile çalışan dondurucuların tasarımları yapılmıştır. Spiral püskürtmeli kriyojenik dondurucular ve püskürtmeli kriyojenik dondurma tüneli dondurucuları bu yöntemle çalışmaktadır. Küçük sıvı azot damlacıkları ürünlerin üzerinde buharlaşırken, onu hızla soğutup dondurur. Bu tip dondurucularda kullanılan küçük sıvı azot damlacıkları buharlaşma yüzey ısı transfer katsayısını yüksek düzeyde tutmaktadır. Bunun nedeni de sıvı-katı temasının çok iyi gerçekleşmesinden kaynaklanmaktadır. Genel olarak kriyojenik dondurma tüneli dondurucularında üç kısım bulunmaktadır. İlk kısımda giren ürünlere buharlaşmayla oluşan azot gazının fanlar yardımıyla tünelde hareketi sağlanarak ön soğutma uygulanır. İkinci kısımda bant üzerindeki ürünlere sıvı azot püskürtülerek donma işlemi gerçekleştirilir. Uygulanan sıvı azot damlacıklarından buharlaşamayanlar bandın altındaki haznede toplanır ve tekrar püskürtme sistemine verilir. Son kısımda ise ürünün sıcaklığı dengelenerek tünelin sonundan dışarı alınır (Khadatkar at all., 2004; Cemeroğlu ve Soyer., 2005).
2.2.4 Kriyomekanik Dondurma İşlemi
Kriyomekanik dondurma sistemlerinde spiral, akışkan yataklı gibi mekanik donduruculardan önce ürünün kriyojenik daldırmalı dondurucularda ön soğutmasını yapılır. Üzümsü meyvelerin dondurulmasında akışkan yataklı mekanik dondurucular en uygun gibi görülmektedir. Bunun yanında kriyojenik daldırmalı dondurucu kullanıldığında, sıcaklığı -340°F (-207°C) olan sıvı nitrojen yardımıyla ürünün dış kısmında birkaç saniye içerisinde kabuk oluşur. Kriyojenik dondurucudan çıkan ürününde oluşan kabuk bu dondurucuya kıyasla daha sıcak olan mekanik dondurucunun ortamına dayanacak kalınlıkta olmaktadır. Bu tabaka ürünün mekanik dondurucuda donması esnasında oluşan hareketten dolayı ürünün zarar görmesini engelleyerek, ürünlerin şekillerini korumalarını sağlar (Acharya at all, 1989). Bu tip dondurucular kullanılarak dondurulan çileklerin kalitesini Agnelli ve Mascheroni (2002) incelemiştir. Yaptıkları araştırma sonucunda çileklerin dondurulmadan önce sıkı olanların kalitesi dondurulmadan önce daha yumuşak olanlara göre daha kaliteli olduklarını saptamışlardır.
- IQF Yöntemi ile Dondurmanın Yararları
IQF yöntemi kullanılarak yapılan dondurma işlemi ile tek tek donmuş, geleneksel dondurma işlemi takip edilerek yapılan dondurma ile blok halinde donmuş ürünler elde edilmektedir. Blok halinde dondurulmuş ürünlerin görünümü ve şekilleri hasat edildikleri zamana oranla bozulmaktadır.
Örneğin, şeker eklenmeksizin bütün haldeki çileklerin dondurulmasında en yaygın olarak IQF yöntemi uygulanmaktadır. Kriyojenik sıvının (sıvı azot) uygulama süresi, meyve çapının yarıya kadar olan bölümünün donarak adeta bir kabuk oluşturmasını sağlayacak kadardır. Çok düşük derecelere kadar soğumuş bu kabuk daha sonra tüm meyvenin donmasını ve -20, -25°C’de dengelenmesini sağlamaktadır (Cemeroğlu ve Soyer., 2005).
Ön soğutma işleminde ağırlık kaybını ve bireysel hızlı donmuş meyve verimini etkilemektedir. Bireysel hızlı donmuş meyve verimini artırmak için ön soğutmanın yapılmaması söylenebilir (De Michelis, 2003). Fakat dondurma işleminden önce gıdanın nem kaybetmemesi ve tekstürünün bozulmaması için ön soğutma yapılmalıdır. Yapılan ön soğutmanın süresi de IQF’le dondurulacak gıdaları etkiler. Eğer ön soğutma uzun sürerse, IQF yöntemiyle dondurulmasına rağmen non-IQF (IQF olmayan) ürün elde edilmesine neden olur. Bu tip uzun süreli ön soğutma;
Non-IQF ürün elde edilmesine
Üründe nem kaybına
Kemer bantlarda işlem esnasında kırılmalara
Suyun gıdadan buharlaşması sonucu dondurucunun düşük performans göstermesine
Daha fazla taşıma ve işçi maliyetine
Ve en önemlisi düşük talebe ve düşük fiyata satılmasına neden olmaktadır (Acharya at all, 1989). Bunlar göz önüne alındığında ön soğutma işlemi de IQF yöntemi ile yapılmalıdır.
- Çözündürme
Dondurulmuş olan gıdalar kullanılmadan önce tüketiciler veya üreticiler tarafından çözülmeleri gerekmektedir. Çözünme esnasında hücre özsuyu hücre dışına çıkmasıyla mikroorganizmalar kolay üreyebilecek bir ortam bulmaktadır. Mikroorganizmaların kolay üreyebilmesinden dolayı dondurulmuş ve sonra çözünmüş meyvelerin dokularının dondurulmamış olanlarına göre daha hızlı bozulduğu görülmüştür. Dolayısıyla çözünmenin ardından mikroorganizma yükü artacağı için çözülmüş gıdaların bir an önce kullanılmaları gerekir.
Blok halinde dondurulmuş olan ürünlerin daha kolay çözünebilmesi için öncelikle buz kırıcılarla küçük parçalara öğütülmeleri çözünmeyi kolaylaştırır. Fakat bu durumda meyveler kendilerine has şekilleri bozulacaktır. Blok halinde dondurulmuş meyvelere kıyasla IQF şeklinde dondurulmuş meyvelerin çözündürülmeleri daha kolay olmaktadır. Tüketicilerin kullanacakları meyveleri çözündürme esnasında sıcaktan etkilenmemeleri için ılımlı koşullarda çözündürmeleri gerekmektedir. Bunu buzdolabında, oda sıcaklığında veya ılık suya bırakılarak çözünmenin gerçekleşmesi beklenir. Endüstride ise geleneksel olarak vakum hücresinde 20C’deki sudan ve nemli hava sirkülasyonu ile veya mikrodalga çözündürme sistemi kullanılarak meyveler çözündürülür. Mikrodalga enerjisi kullanılarak çözündürmede mikrodalgalar gıdanın içine nüfuz eder. Bu dalgaların gıdalarca absorbe edilmesiyle çözünme gerçekleşir (Cemeroğlu ve Soyer, 2005; Li and Sun, 2002).
- Sonuç
Diğer meyveler gibi üzümsü meyvelerin gıda endüstrisinde yaygın kullanımı dolayısıyla her mevsim ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ihtiyacın karşılanabilmesi için üzümsü meyvelerin dondurularak muhafazası gerekmektedir. Üzümsü meyvelere uygulanacak olan dondurma yöntemi, bu meyvelerin hassas olmalarından dolayı çok fazla önem arz etmektedir. Üzümsü meyvelere uygulanacak olan IQF yöntemi ile tat, görünüş, şekil ve koku açısından hasada yakın ürünler elde edilecektir. IQF yöntemi ile çalışan donduruculardan ise hem ürüne zarar vermeyecek hem de maliyeti daha az olacak olan akışkan yataklı dondurucular veya püskürtmeli dondurucular kullanılması gerekir.