Freeze-Drying (Dondurarak Kurutma) Teknolojisi
Freeze-Drying (Dondurarak Kurutma) Teknolojisi
Tarihçesi
Tarihte soğuk ortamlarda gıdaların dondurulduktan sonra kurutulduğu bilinse de teknolojik açıdan dondurarak kurutma yöntemi son 80 yılda önem kazanmıştır. 1933'te insan serumunun ve 1938'de penisilinin dondurarak kurutma yöntemiyle muhafazasının keşfedilmesi, bu yöntemin gelişmesinin önünü açmıştır. II. Dünya Savaşı’nda büyük etkisi olan penisilin uygulaması 1945'te Nobel ödülü kazandırmıştır. Birkaç yıl sonra ise dondurarak kurutma aşılara uygun hale getirilmiştir. 1938'de İsviçre'deki Nestle Araştırma Merkezi Laboratuvarı’nda Max Mortgenthaler ilk dondurarak kurutulmuş kahve üretilmiş ve bu durum toz formunda gıda ürünlerinin geliştirilmesine ilham vermiştir.
1935 yılında ilk ticari dondurarak kurutma makinesinin ortaya çıkmasından sonra bu teknoloji laboratuvar ölçekten endüstriyel üretim aşamasına geçmiştir. Ardından 20 yıldaki hızlı gelişme süreci ile mikroorganizma muhafazasında ve kahve üretiminde kullanımı yaygınlaşmıştır. Böylece dondurarak kurutma, ısıya duyarlı ilaçların ve gıdaların saklanmasında kullanılan en önemli teknolojilerden biri haline gelmiştir [1].
Temel Proses
Dondurarak kurutma yönteminde önce gıda düşük sıcaklığa soğutularak içeriğindeki suyun donması sağlanır. Ardından donmuş su kurutma işlemi sırasında katı halden doğrudan buhar fazına süblimleşir. Dondurarak kurutma aynı zamanda "liyofilizasyon" olarak da adlandırılır. Bu terim, Yunanca "çözücüyü seven" anlamına gelen "liyofil" kelimesinden türetilmiştir ve kuru ürünün rehidrate olma özelliğini tanımlar [1,2].
Dondurarak kurutma; meyveler, sebzeler, et ürünleri, yumurta, kahve tozları ve hazır çorba gibi instant ürünlerin üretiminde kullanılır. Gıdaların dondurarak kurutulması için temizleme, sınıflandırma, dilimleme, ağartma, sterilizasyon, konsantrasyon gibi bazı fiziksel ve kimyasal ön işlemlerin yapılması gerekir. Proses temel olarak hazırlama ve ön işlem, dondurma, kurutma, paketleme ve depolama aşamalarından oluşur. Farklı ön işlemler, ısıtma ve dondurma sıcaklığı ve dondurma hızı gibi birçok faktörler prosesi etkilenmektedir [1,3]. Dondurma aşamasında soğutma hızı önemlidir. Hızlı dondurulduğunda oluşan buz partiküllerinin küçüklüğü nedeniyle gıdaların yapısı çok daha az hasar görür. Yavaş dondurma ise büyük buz partiküllerine ve dolayısıyla yapıda daha fazla hasara yol açar [4].
Dondurarak kurutmanın prensibi, suyun faz diyagramına dayanır. Termodinamik dengede katı, sıvı ve buharın bir arada bulunduğu üçlü noktada sıcaklık 0,0098 °C ve basınç 4,579 mmHg'dir. Basınç, bu değerin altında olduğunda buz katı halden sıvı suya dönüştürülmeden doğrudan gaz halindeki su buharına süblimleşebilir [3].
Dondurarak kurutma yapılacak ürünün içindeki su, düşük sıcaklıklarda donabilen serbest su ve dondurulamayan bağlı su olmak üzere iki formda bulunur. Dondurma aşamasında 2-4 saatte dondurulan gıdadaki serbest suya birincil kurutmada ısı uygulanarak süblimleştirme gerçekleştirilir ve yaklaşık 10-16 saatte suyun %90-95’lik kısmı uzaklaştırılır. Birincil kurutmadan sonra gözenekli yapıda ve polar gruplarda adsorbe edilen donmamış formda bağlı su yapıda kalmaktadır. İkincil kurutmada ise bağlı su desorpsiyon ısısını alarak serbest su haline gelmesi için daha yüksek bir sıcaklığa ısıtılmaktadır. Böylece yaklaşık 4-6 saatte bağlı suyun serbest suya dönüşmesi ve yapıda kalan suyun buharlaşarak uzaklaştırılması sağlanır. Bu aşamalardan sonra %0,5-3 neme sahip olan ürünler kuru bir ortamda nem geçirmeyecek şekilde paketlenir. Havadaki oksijen veya su buharı ile temas etmediğinde liyofilize ürünler daha uzun süre depolanabilir [1,3].
Avantajları
Düşük sıcaklıklarda ve düşük basınçta yapıldığından gıdanın rengi, kokusu ve ısıya duyarlı besin içeriği korunur.
Dondurularak kurutulmuş gıdalar doğrudan veya su ilave edildikten sonra tüketilebilir. Gözenekli yapısı ile rehidre olarak eski formuna dönmesi ve çözülmesi kolaydır.
Dondurularak kurutulmuş gıdaların çok düşük nem içeriği nedeniyle düşük yoğunluğa sahiptir ve taşınması kolaydır. Bu sayede hem raf ömrü daha uzundur hem de daha az yer kapladığından taşıma maliyeti dondurulmuş gıdalara göre çok daha düşüktür.
Dondurarak kurutma işlemi ile gıdalara katkı maddesi eklenmeden ve yüksek ısıl işlem uygulanmadan raf ömrünün uzatılması sağlanır.
Dezavantajları
Dondurularak kurutulmuş yiyecekler açıkta bırakıldığında meydana gelen kimyasal reaksiyonlar yiyeceklerin bozulmasına neden olabilir.
Nakliye ve satış sürecinde dondurularak kurutulmuş gıdaların ufalanması veya kırılması kolaydır.
Dondurarak kurutma sistemi ekipmanları pahalıdır. Bu durum yüksek ürün maliyetlerine ve enerji tüketimine neden olmaktadır [4].
.png)
Kaynakça
[1] Hua, T.-C., Liu, B.-L., & Zhang, H. (2010). Introduction. Freeze-Drying of Pharmaceutical and Food Products, 1–17. doi:10.1533/9781845697471.1
[2] Rey, L., May, J. C. (2004). Freeze-drying/lyophilization of pharmaceutical and biological products. New York: Marcel Dekker Inc, 1-124.
[3] Liu, Y., Zhang, Z., & Hu, L. (2021). High efficient freeze-drying technology in food industry. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 1–19. doi:10.1080/10408398.2020.1865261
[4] Hua, T.-C., Liu, B.-L., & Zhang, H. (2010). Freezing-drying of Food. Freeze-Drying of Pharmaceutical and Food Products, 141–169. doi:10.1533/9781845697471.141
Yorumlar
Yorum Gönder