Pastörizasyon
Pastörizasyon, gıda üzerindeki mikrobiyal yükü ve enzimatik aktiviteyi azaltmak, dolayısıyla gıda kaynaklı hastalık riskini en aza indirmek ve gıda ürünlerinin raf ömrünü uzatmak için tasarlanmış kontrollü, sterilize edici olmayan bir koruma işlemidir. Pastörizasyon, Yüksek Basınçlı İşleme (HPP) ve Darbeli Elektrik Alanı (PEF) gibi termal olmayan pastörizasyon teknikleri kullanılarak yapılabilir. Bu teknikler, daha taze ve minimal düzeyde işlenmiş gıdalara yönelik artan talebi karşılamak için yakın zamanda geliştirilmiştir [1].
Ancak geleneksel pastörizasyon yöntemleri, gıdaya belirli bir süre boyunca hafif ısı uygulanmasını içerir. Uygulanan ısı, ürünlerin organoleptik, besinsel ve fonksiyonel özelliklerinin çoğunu korurken, patojen mikroorganizmaları ve bozulma ajanlarını inaktive etmek için yeterli olmalıdır. Classic termal pastörizasyon yöntemleri şunları içerir [2]:
- Kesikli (Vat) veya Düşük Sıcaklık, Uzun Süre (LTLT): 65°C'de 30 dakika boyunca ısıtma.
- Yüksek Sıcaklık, Kısa Süre (HTST): 72°C'de 15 saniye boyunca ısıtma.
- Ultra pastörizasyon: 89 ila 100°C'de 1 saniye süreyle ısıtma.
- Ultra Yüksek pastörizasyon: 138°C'de 2 saniye boyunca ısıtma.
Isıl işlemin gıda ürünü üzerinde zararlı etkileri olabilir, örneğin: su buharlaşması veya Maillard reaksiyonu1 nedeniyle renk değişimi, besin değerinde kısmi kayıp veya protein denatürasyonu. Bunlardan sonuncusu, pastörize ürünün bir gıda ürününde fonksiyonel bir bileşen olarak uygulanması durumunda son derece önemlidir. Protein denatürasyonu çözünürlüğü, emülsifiye etme kapasitesini ve jelleşme özelliklerini etkileyebilir. Bu nedenle pastörizasyon tekniğinin seçimi, mikrobiyal güvenlik ile gıda ürününün istenen duyusal, besinsel ve işlevsel kalitesi arasında bir denge kurmalıdır.
Kinetics Neo sıcaklığa bağlı kimyasal süreçlerin kinetik analizi için uzmanlaşmış bir yazılım aracıdır. Bu süreçler, diğer olayların yanı sıra kütle, entalpi, Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma ve kristalleşmedeki değişiklikleri içerebilir. Yazılım hem modelsiz hem de model tabanlı kinetik analizleri desteklemektedir.
Model tabanlı yaklaşımda, Kinetics Neo aktivasyon enerjisi, reaksiyon düzeni ve her bir adımın genel sürece nicel katkısı gibi kritik kinetik parametreler sağlayarak bireysel reaksiyon adımlarının ayrıntılı karakterizasyonunu mümkün kılar. Bu kapsamlı analiz, ölçülemeyen veya deneysel olarak erişilemeyen sıcaklık profilleri altında reaksiyon davranışının doğru tahminlerini kolaylaştırır. Aşağıda tartışıldığı gibi, farklı sıcaklıklara belirli bir süre maruz kalma nedeniyle burada dönüşüm olarak adlandırılan protein denatürasyon derecesinin tahminini içerir.
1Maillard reaksiyonu, serbest amino gruplarının şeker gibi indirgeyici bileşiklerle reaksiyona girdiği enzimatik olmayan bir esmerleşme reaksiyonudur. Maillard reaksiyonu, çeşitli pişirme işlemlerinde esmerleşme ve lezzet gelişiminden sorumludur.
Protein Denatürasyonunu Tahmin Etme
Pastörizasyonun maya proteini ekstraksiyonu üzerindeki etkisi bir DSC 300 Caliris® ve NETZSCH Kinetics Neo yazılımı kullanılarak araştırılmıştır.
Maya proteini damıtılmış su içinde %15 (w/v)2 nihai konsantrasyonda dağıtılmıştır. 3,75 mg proteine karşılık gelen 25 mg dispersiyon numune kütlesi, 0°C ile 140°C arasında 5 K/dak ısıtma hızında azot gazı atmosferi altında düşük basınçlı3 alüminyum potalarda analiz edilmiştir. Maya proteini denatürasyonu, şekil 1'deki ilk ısıtma eğrisinde (yeşil) gösterildiği gibi 44°C ve 78°C aralığında gerçekleşir. EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.Endotermik etki geniştir ve iki maksimum gösterir, bu da örneğin bir protein ekstraksiyonu için beklendiği gibi bir protein karışımına sahip olduğunu gösterir. İkinci ısıtma eğrisi (siyah), denatürasyonun geri döndürülemez olduğunu gösteren termal etkilerin olmadığını göstermektedir.
Denatürasyonun ısıtma hızına bağımlılığı, NETZSCH Kinetics Neo yazılımı yardımıyla sürecin değerlendirilmesine olanak tanır. Bu amaçla, DSC eğrileri 5 K/dak, 20 K/dak ve 50 K/dak olmak üzere farklı ısıtma hızlarında elde edilmiştir. En iyi uyumu bulmak için birkaç farklı kinetik ve model denenmiştir. En iyi iki sonuç, sırasıyla 0,9988 ve 0,9989 korelasyon katsayılarıyla Friedman analizi ve üç aşamalı kinetik modeldi; bkz. şekil 2.
2Hacimbaşınaağırlık
3Düşük basınçlı kroze, ölçüm sırasında oluşabilecek hafif bir aşırı basınca dayanıklı alüminyumdan oluşur.
Elde edilen DSC sonuçları, literatürde tanımlanan dört farklı pastörizasyon sıcaklık şeması altında protein denatürasyonunun tahmini için kullanılmıştır [2]. Tahmin, gösterilmeyen Friedman analizi ve aşağıdaki şekil 2'de gösterilen üç aşamalı kinetik modele göre, test edilen dört pastörizasyon yönteminden üçü bu ürün için geçerli olmayacaktır; bkz. şekil 3.
Batch (Vat) yöntemi 3 dakikalık ısıtmadan sonra %90 dönüşüme yol açacaktır ki bu da önerilen tüm sürenin sadece %10'udur. UHT yöntemi de çok sert olacaktır; 138°C'de 1 saniye sonra toplam doğal protein içeriği sadece %10 olacaktır. HTST yöntemi yine de tüm protein içeriğinin %27'sini denatüre edecektir.
Yalnızca Ultra Pastörizasyon kabul edilebilir dönüşüm oranları sağlayacaktır: 95°C'de 1 saniye sonra %7 dönüşüm.
Sonuçların Doğrulanması
İzotermal koşullar altında denatürasyon davranışının tahmini için Kinetics Neo tarafından hesaplanan kinetik modeli doğrulamak amacıyla, 25 mg, 3,75 mg protein içeren bir maya proteini örneği 65°C'ye ısıtılmış ve ardından 20 dakika boyunca İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal olarak tutulmuştur. Şekil 4, ölçüm yoluyla belirlenen EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik etkiyi tahmin yoluyla belirlenenlerle karşılaştırmaktadır (Kinetics Neo). Karşılaştırma, iki eğri arasındaki iyi uyumu ve dolayısıyla hesaplamanın güvenilirliğini göstermektedir.
Sonuç
Bu sonuçlara dayanarak, gıda endüstrisi için protein ürünlerinin pastörizasyonu için bir işleme penceresi bulunmuştur. Kinetics Neo, ısıl işlem sırasında numunelerin deneysel davranışını doğru bir şekilde temsil eden matematiksel bir model geliştirme fırsatı sunar. Bu yaklaşım, en umut verici sıcaklık profilini belirleme sürecini basitleştirerek zaman alan deneme-yanılma yöntemlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır.