Meyve ve Sebzelerin Dondurularak Muhafazası

Meyve ve Sebzelerin
Dondurularak Muhafazası
Dondurarak Muhafazanın Temel İlkeleri
Meyve ve sebzelerin süratle bozulmalarının en önemli nedeni, bazen
%98 düzeyine erişen fazla miktarda su içermeleridir. Daha açık bir
deyişle mikroorganizmalar, meyve ve sebzelerde yeterli miktarda
“faydalanılabilir” nitelikte suyu kolaylıkla bulabilmektedirler. Suyun
mikroorganizmalarca faydalanılabilir nitelikte olması için, onun sıvı
fazda bulunması gerekir. Buna göre mikroorganizmalar donmuş sudan
yararlanamazlar. Bu olgu, su aktivitesi kavramı ile de açıklanabilir. Şu
halde dondurma ile elde edilen sonuçlardan birisi, ortamı
mikroorganizmalar için su yönünden elverişsiz kılmaktadır. Bu açıdan,
dondurma yoluyla bir bakıma kurutma etkisi sağlanmaktadır.
Dondurmanın bu etkisinin devamı için ürünün dondurulmuş halinin
sürekli olma zorunluluğu vardır.
Soğuğun
ikinci ve temel etkisi,
belli bir
sıcaklığın
altında
mikroorganizma faaliyetlerinin kesinlikle durmasına dayanır. Gerek
gıda zehirlenmesine neden olan mikroorganizmaların, gerekse
psikrofilik mikroorganizmaların faaliyeti 10°C’nin altında kesinlikle
durmaktadır. Şu halde dondurarak muhafazada mikrobiyolojik
bozulmanın önlenebilmesi açısından uygulanabilecek en yüksek
sıcaklık -10°C’dir. Bazı küflerin -18°C’nin altında bile çok yavaş bir
gelişme gösterebilmeleri, dondurarak muhafazada benimsenen bu
temel ilkenin değişmesine bir neden değildir. Çünkü, dondurulmuş
gıdalardaki küflerin, -18, -20°C’lerde belli bir bozulmaya neden
olmaları çok uzun zaman almaktadır. Böyle uzun süreli depolama
zaten ekonomik değildir.
Meyve ve sebzelerin dondurulmaları sırasında mikroorganizma yükleri
önemli ölçüde azalırsa da dondurma işlemi ortamdaki tüm
mikroorganizmaların öldürülmesi için yeterli değildir
yıkandıktan
haşlanıp
dondurulan
ıspanağın
toplam
mikroorganizma
azalmalar
Görüldüğü
gibi
bile
mezofil
yükündeki
başlangıç
yükü
ortamda
çok
108
88 000 000
107
359 000
106
105
25 000
104
103
102
101
100
Taze Ispanak
Haşlamadan sonra
Dondurmadan sonra
fazla
sayıda canlı mikroorganizma
bulunmaktadır.
109
taze
gösterilmektedir.
mikroorganizma
azalsa
sonra
Mikroorganizma sayısı (cfu/g)
Şekilde
Ispanakta başlangıç toplam mezofil mikroorganizma sayısının haşlama ve
dondurma işlemlerinden sonra azalışı (Acar, 1975)
Su ve buzun bazı fiziksel nitelikleri
Suyun donma noktası
Bilindiği gibi saf suyun donma noktası 0°C’dir. Su 0°C’de
donmaya başlar ve donma aynı derecede tamamlanır. Suda
herhangi bir maddenin çözünmesiyle suyun donma noktası
0°C’nin altına düşer. Şu halde çözeltilerin donma noktası
daima 0°C’nin altındadır. Meyve ve sebzelerin içerdikleri su,
bir çözelti niteliğinde olduğundan bu ürünler de 0°C’nin
altında donarlar.
Su ve buzun bazı fiziksel nitelikleri
Su ve buzun yoğunluğu
Suyun yoğunluğu daima 1.000 olarak kabul edilirse de, yoğunluk
sıcaklığa göre dar bir sınır içinde değişmektedir. Nitekim, +4°C’deki
suyun yoğunluğu tam olarak 1.000 g/ml olduğu halde, su ısıtıldıkça
yoğunluk azalır ve tam 100°C’de 0.9538 g/ml’ye düşer. Buna karşın
+4°C’deki su soğutulur ve 0°C de buz haline dönüştürülürse,
yoğunluk 0.9168 g/ml’ye düşer. Buzun sıcaklığı düştükçe, bu defa
yoğunluk artmaya başlar. 20°C’deki buzun yoğunluğu 0.9481
g/ml’dir. Suyun 0°C’de buz haline dönüşmesi sonucu, hacminin
+4°C’deki suya göre yaklaşık %9 oranında artmaktadır. Donma
sonucu hacmi artan birkaç maddeden birisi sudur. Bu olgunun
gıda
maddelerinin
dondurulmasında
göz
önünde
bulundurulması gerekir.
Su ve buzun bazı fiziksel nitelikleri
Su ve buzun özgül ısısı
Suyun özgül ısısı 1 cal/g.ºC’dir. Bu, 1 g suyun 1°C ısınması için 1
cal ısı gerekli olduğunu gösterir. Çeşitli maddelerin özgül ısısı,
bulunduğu sıcaklığa göre genellikle farklıdır. Fakat suyun özgül
ısısı 0oC’de 100°C arasında çok az değişir ve çoğunlukla 1.0
olarak kabul edilir. Ancak su donunca veya buhar haline
dönüşünce özgül ısı değişir. Nitekim 0°C’deki buzun özgül ısısı
0.492 cal/g.oC’dir. Ancak bu değer çeşitli hesaplamalarda 0.5
cal/g.oC olarak kabul edilir. Buzun sıcaklığı düştükçe özgül ısısı da
düşer. Örneğin -250°C’deki buzun özgül ısısı 0.1 cal/g.oC’dır. Şu halde
suyun özgül ısısı farklı sıcaklıklarda birbirine çok yakın olduğu halde,
buzun özgül ısısı, sıcaklığa bağlı olarak biraz daha geniş sınırlar içinde
oynamaktadır.
Su ve buzun bazı fiziksel nitelikleri
Su ve buzun ısıl iletkenlik katsayısı (k)
0°C’deki suyun ısıl iletkenlik katsayısı k=0.43 kcal/m.h.°C’dir. Bu
değer suyun durgun, hareketsiz olması yani, ısı aktarımının sadece
kondüksiyonla gerçekleşmesinde geçerlidir. Suyun ısıl iletkenlik
katsayısı sıcaklığa bağlı olarak dar sınırlar içinde değişir. Buna karşın
0°C’deki buzun ısıl iletkenlik katsayısı 1.8 kcal/m.h.°C’dir. Buna
göre su buz haline dönüşünce ısıl iletkenlik katsayısı yaklaşık 4 misli
artmaktadır. Bu olgunun donma ve çözülme olaylarında büyük önemi
vardır.
Su ve buzun bazı fiziksel nitelikleri
Isıl yayınım katsayısı (α)
Donmakta veya çözülmekte olan bir maddenin kendi sıcaklığı ve
bu sıcaklık ile, ortam sıcaklığı arasındaki fark devamlı değişir.
Buna bağlı olarak maddenin fiziksel ve özellikle de termik nitelikleri
de devamlı olarak değişir. Bu nedenle maddenin adeta ısı
kapasitesini kapsayan “ısıl yayınım” katsayısı (thermal diffusivity),
önem taşır.Suyun ısıl yayınım katsayısı 0oC’de α=0.43 m2/h
olduğu halde aynı sıcaklıktaki buzun ısıl yayınım katsayısı α=4.0
m2/h’dir. Başka bir ifade ile buzul ısıl yayınım katsayısı sudan 9
kat fazladır.
 0°C’deki suyun ısıl iletkenlik katsayısı k=0.43 kcal/m.h.°C’dir.
Buna karşın 0°C’deki buzun ısıl iletkenlik katsayısı
1.8kcal/m.h.°C’dir.
Buna göre su buz haline dönüşünce ısıl iletkenlik katsayısı
yaklaşık 4 misli artmaktadır.
Suyun ısıl yayınım katsayısı 0oC’de α=0.43 m2/h olduğu halde
aynı sıcaklıktaki buzun ısıl yayınım katsayısı α=4.0 m2/h’dir.
Başka bir ifade ile buzul ısıl yayınım katsayısı sudan 9 kat
fazladır.
Donma ve Donma Sırasında Üründeki Değişimler
Bilindiği gibi saf suyun donma noktası 0°C’dir. Su 0°C’de donmaya başlar
ve donma aynı derecede tamamlanır.
Saf suyun donma diyagramı:
Sıcaklığı 20°C olan saf su 0°C’ye soğutulurken 20 kcal/kg ısı uzaklaştırılmalıdır.
Isının uzaklaştırılmasına devam edildiğinde suyun sıcaklığının 0°C’nin bir miktar
altına (A’) düştüğü ancak donmanın henüz başlamadığı görülür.
30
20
10
SICAKLIK (C)
Bu olay “aşırı soğuma” olarak
nitelendirilir
ve
nedeni
çekirdeklenmedeki
gecikmedir.
Aşırı soğuyan suda (A’)
bir
müddet sonra çekirdeklenme
başlar ve bunu kristallerin
büyümesi izler. Bu nedenle
çekirdeklenme,
buz
kristali
oluşumunun ön aşamasıdır.
79.2 kcal / kg
B’
0
E1
SAF SU
A’
BASİT ÇÖZELTİ
E2
- 10
C
F
G
H
F’
- 20
C’
I
- 30
0
20
40
60
80
UZAKLAŞTIRILAN ISI (kcal/ kg Su)
100
120
Donma ve Donma Sırasında Üründeki Değişimler
Çekirdeklenme ve buz kristallerinin büyümesi sırasında serbest kalan donma gizli
ısısı ortamın sıcaklığını derhal suyun gerçek donma derecesi olan 0°C’ye yükseltir
(B). Tüm kitlenin donması için, donma sonucu serbest kalan, 79.7 kcal/kg
düzeyindeki ısının uzaklaştırılması şarttır. Bu yüzden donma boyunca (B-C)
uzaklaştırılan ısı, sadece kristalizasyon gizli ısısıdır. Bu ısının hızla
uzaklaştırılması, sadece donma olayını hızlandırır, ortam sıcaklığının düşmesine
neden olamaz. Buna göre donma boyunca
ortam sıcaklığı 0°C’de sabit kalır.
30
20
10
SICAKLIK (C)
Nihayet suyun tamamı donar (C)
ve
ancak
bundan
sonra
uzaklaştırılan ısı, 0°C’deki buzun
sıcaklığının düşmesine neden
olur. Böylece buz C-C’ hattı
boyunca soğur.
79.2 kcal / kg
B’
0
E1
SAF SU
A’
BASİT ÇÖZELTİ
E2
- 10
C
F
G
H
F’
- 20
C’
I
- 30
0
20
40
60
80
UZAKLAŞTIRILAN ISI (kcal/ kg Su)
100
120
Basit bir çözeltinin donma diyagramı
Basit bir çözeltinin donma eğrisi saf suyun donma eğrisinden farklıdır. Basit bir
çözelti soğutulunca, özgül ısısı suyunkinden küçük olduğundan, sıcaklığı hızla
düşer ve aşırı soğuyarak D noktasına erişir. Bu noktada donma başladığından,
açığa çıkan donma gizli ısısı (kristalizasyon ısısı) çözeltinin sıcaklığını o çözeltiye
özgü donma noktasına (E1) yükseltir.
30
10
SICAKLIK (C)
Çözeltinin donma noktası,
çözünmüş
madde
ve
konsantrasyonuna
bağlı
0°C’nin altındaki herhangi bir
sıcaklıktır. Yani donma E1
noktasında başlar.
20
79.2 kcal / kg
B’
0
E1
SAF SU
A’
BASİT ÇÖZELTİ
E2
- 10
C
F
G
H
F’
- 20
C’
I
- 30
0
20
40
60
80
UZAKLAŞTIRILAN ISI (kcal/ kg Su)
100
120
Basit bir çözeltinin donma diyagramı
Bir çözeltinin donma noktası demek, çözeltideki suyun ‘saf su kristalleri’ halinde
ayrılması demektir. Yani donan sadece sudur. Böyle olunca E1 noktasında donma
başlarken çözeltinin bir kısım suyu, buz olarak ayrılır ve bu yüzden geri kalan
çözeltinin konsantrasyonu yükselir. Konsantrasyonu artmış olan bu yeni çözeltinin
yeni bir donma noktası vardır ve bu E1 deki değerden düşük, örneğin bir E2
noktasıdır. Böylece donma boyunca devamlı olarak buz kristalleri oluşmakta ve
buna bağlı olarak konsantrasyonu gittikçe artan çözelti meydana gelmektedir. İşte
bu nedenle basit bir çözeltide donma başladıktan sonra, sıcaklık saf suda olduğu
gibi sabit kalmamakta ve gittikçe düşmektedir.
30
20
10
SICAKLIK (C)
Böylece E1-F hattı, bu olguya paralel
olarak
meyilli
bir
nitelik
göstermektedir. Fakat çözeltinin
konsantrasyonu,ancak
bulunduğu sıcaklıktaki “doyma
noktasına” kadar yükselebilir.
79.2 kcal / kg
B’
0
E1
SAF SU
A’
BASİT ÇÖZELTİ
E2
- 10
C
F
G
H
F’
- 20
C’
I
- 30
0
20
40
60
80
UZAKLAŞTIRILAN ISI (kcal/ kg Su)
100
120
Basit bir çözeltinin donma diyagramı
Şekilde görüldüğü üzere çözelti, F noktasında doymakta ve bu yeni çözelti F’
noktasına kadar aşırı soğuyarak daha sonra aynı şekilde G noktasına
yükselmektedir. Bu nokta aynı zamanda çözeltinin doyma noktası olduğundan,
çözelti artık daha fazla konsantre olamaz. Bu noktada donarak ayrılan su ile
orantılı olarak, çözülmüş madde de kristalize olup ayrılır ve böylece geride kalan
çözeltinin konsantrasyonu daima sabit kalır. Bu yüzden G-H hattı boyunca buz ve
çözünmüş madde karışık bir kitle oluşturarak kristalize olurlar. Çözeltinin
konsantrasyonu değişmediği için donma, artık sabit bir sıcaklıkta devam eder ve
bu nedenle G-H hattı düz bir eğri olarak belirir.
30
20
10
SICAKLIK (C)
Tüm kütle tam olarak donduktan
sonra (H) uzaklaştırılan ısı,
kütlenin soğuyarak (I) noktasına
erişmesini
sağlar.
Donmuş
çözeltinin özgül ısısı, saf buzun
özgül ısısından daha küçük
olduğundan H-I hattı C-C’
hattından daha dik olarak gelişir.
79.2 kcal / kg
B’
0
E1
SAF SU
A’
BASİT ÇÖZELTİ
E2
- 10
C
F
G
H
F’
- 20
C’
I
- 30
0
20
40
60
80
UZAKLAŞTIRILAN ISI (kcal/ kg Su)
100
120
Basit bir çözeltinin donma diyagramı
Bir çözeltinin eriştiği sabit donma sıcaklığına (G) “Ötektik nokta” veya “Ötektik
sıcaklık” denir (Ta). Çözücü su ise, ötektik teriminden çok “kriyohidrik” terimi
kullanılır. Şu halde yukarıda verilen örnekteki basit çözeltinin kriyohidrik sıcaklığı
G noktasıdır. Daha anlamlı bir tanımlamayla kriyohidrik nokta; “sulu bir çözeltide
çözünen ve suyun maksimum düzeyde kristalizasyonunun gerçekleştiği en yüksek
sıcaklıktır”. Bütün bu açıklamalara göre basit bir çözelti 0°C’nin altında donmaya
başlar fakat donma noktası gittikçe düşer. Nihayet önce çözünmüş maddelerden
birine doyarak, (örneğin A maddesine doyarak) birinci noktaya erişmektedir.
30
20
10
SICAKLIK (C)
Şu halde bir çözeltinin “donma
noktası”
sadece
donmanın
başladığı
sıcaklığı
tanımlar.
Donma olayı; donma başlangıç
noktası ile kriyohidrik nokta
arasında yani, “donma alanında”
gerçekleşir.
79.2 kcal / kg
B’
0
E1
SAF SU
A’
BASİT ÇÖZELTİ
E2
- 10
C
F
G
H
F’
- 20
C’
I
- 30
0
20
40
60
80
UZAKLAŞTIRILAN ISI (kcal/ kg Su)
100
120
Farklı çözünmüş madde içeren çözeltinin donma diyagramı
Yukarıda sadece bir tane çözünmüş madde içeren bir çözeltinin (basit çözelti)
donma olayı incelenmiştir. Birden fazla, örneğin A ve B gibi iki farklı çözünmüş
madde içeren bir çözeltinin donma diyagramı incelenirse, tek madde içeren
çözeltiye benzer. Ancak biraz daha karışık bir tablo belirir. Böyle bir çözeltide
donma 0°C’nin altında başlar. Çözeltinin A ve B maddelerine göre
konsantrasyonu artar ve donma sıcaklığı, konsantrasyona bağlı olarak gittikçe
düşer. Nihayet önce çözünmüş maddelerden birine doyarak (örneğin A
maddesine doyarak) birinci kriyohidrik noktaya erişir. Bu noktadan itibaren
donan su ile orantılı olarak A maddesi de kristalize olup ayrılır ve çözeltinin A
maddesi açısından konsantrasyonu bundan sonra değişmez. Ancak çözelti B
maddesine henüz doymamış olduğundan çözeltinin B maddesi
konsantrasyonu gittikçe artar ve bu nedenle birinci kriyohidrik nokta sabit
kalamaz. Nihayet çözelti B maddesine doyar ve ikinci (son) kriyohidrik noktaya
erişilir. Donma bundan sonra bu sabit sıcaklıkta devam eder ve bu sırada
donan suya eşdeğer miktarda çözünenleri kristalize olup ayrılırken, A ve B
çözeltinin A ve B maddeleri bakımından konsantrasyonu sabit kalır.
Gıdaların donma diyagramı
Gıdalardaki su, çok sayıda çözünmüş madde içeren bir çözelti
niteliğindedir. Bu nedenle gıdalarda donma belli bir sıcaklıkta başlar,
içerdiği çözünmüş maddelere bağlı olarak bir çok ötektik noktadan geçer
ve nihayet donma en düşük ötektik sıcaklıkta sona erer. Ancak gıdalarda
çok sayıda ve değişik miktarlarda çözünmüş madde bulunduğundan,
gıdaların donma diyagramlarında basit bir çözeltideki gibi belirgin ötektik
noktalar fark edilemez.Gıdaların donma diyagramında çeşitli kriyohidrik
noktalar birbirlerini adeta maskelediğinden dolayı, “Son ötektik sıcaklık”
terimi kullanılmaktadır. Bu sıcaklık gıdada bulunan çözünenlerin en
düşük ötektik sıcaklığıdır. Örneğin dondurma için -55°C, et için -50, 60°C, ekmek için 70°C gibi. Gıdada bu noktaya ulaşılıncaya kadar
maksimum buz kristali oluşumu söz konusu olamaz. Gıdaların ticari
amaçla dondurulmalarında bu kadar düşük sıcaklıklara kadar
inilmediğinden, ortamda devamlı donmamış suyun bulunması söz
konusudur.
Gıdaların ana matriksini polimer yapılar oluşturur.
Polimerler büyük moleküllerden oluşan maddelerdir.
Polimer
moleküllerini
oluşturmak
üzere
birbirleriyle
kimyasal bağlarla bağlanan küçük moleküllere ise
monomer denilmektedir. Makro molekül olarak nitelenen
bir polimer molekülünde bu yapı birimlerinden yüzlerce,
binlerce hatta bazen daha fazlası birbirine bağlanır.
Gıdaların temel öğesi doğal polimerik maddelerdir.
Doğal organik polimerler selüloz, nişasta, proteinler gibi bileşikler
olup yapılarında son derece karmaşık moleküller yer alır. Bazı
polimerler kristalleşebilir. Bazıları ise amorftur.
Gıdanın ana matriksini oluşturan biyopolimerler amorf veya yarıamorf yapıdadır. Örneğin jelatin, gluten gibi proteinler ve amiloz,
amilopektin gibi karbonhidratlar ile şeker gibi küçük moleküller
de amorf yapıda olabilir.
Polimerlerin çoğu, bir kristal katı ile, viskozitesi çok yüksek
sıvı halin amorf karışımından oluşur.
 Bir polimer soğutulduğu zaman birbirinden farklı iki
mekanizma ile katılaşabilir. Bunlar kristallenme ve
camsılaşmadır.
 Bazı polimerlerde kristallenme daha fazla önem
aşırken, bazılarında camsılaşma daha önemlidir.
 Üründe donmamış faz ile camsı faz arasında, yarı
kararlı bir denge söz konusudur. Donmamış suyun
büyük bir bölümü hidrojen bağları oluşturarak
etkileşime girebilmektedir. Ticari dondurma
işlemlerinde uygulanan sıcaklık ve dondurma hızları
maksimum konsantrasyonu sağlayamaz. Ortamda
donmamış su bulunur.
x
Bir polimer soğutulduğu zaman birbirinden farklı iki mekanizma ile
katılaşabilir. Bunlar kristallenme ve camsılaşmadır. Bazı polimerlerde
kristallenme daha fazla önem aşırken, bazılarında camsılaşma daha
önemlidir. Polimerik maddenin ne tür pratik uygulamaya elverişli olduğu,
başlıca Tm (kristal erime noktası) ve Tg (camsı geçiş sıcaklığı) ile belirlenir.
Bir polimerin her iki termal geçişi (Tm ve Tg) ya da bunlardan sadece
birini göstermesi bu polimerin yapısına bağlıdır.
80
Örneğin tümüyle amorf
özellik gösteren polimerlerin
termogramında yalnızca Tg,
tümüyle kristal yapı gösterenlerde
ise yalnızca Tm geçişi gözlenir.
Ancak polimerlerin çoğu Tm
sıcaklığında bir miktar
kristallendiği için genellikle her iki
geçiş sıcaklığı da bir arada
gözlenebilmektedir.
Tm S
60
Sıca
klık,
oC
sıvı çözelti
40
A
20
Tm ℓ
0
TE
buz+çözelti
C
-10
aşırı doygun çözelti
D
B
Tg eğrisi
E
-20
buz+aşırı doygun çözelti
-30
Tg’
-40
cam
buz+cam
F
-50
-60
-100
-140
0
10
20
30
40
50
Çözünen, %
60
70
80
90
100
x
 Polimerlerde camsı geçiş sıcaklığı değerini etkileyen
parametrelerin başında molekül ağırlığı
gelir ve
genellikle tüm amorf polimerlerde bu davranış gözlenir.
Camsı geçiş sıcaklığı molekül ağırlığı ile önce artar,
daha sonra molekül ağırlığı 12 000 – 40 000 veya daha
büyük değerlerde sabit hale gelir. Camsı geçiş sıcaklığı
ayrıca polimerin yapısına da bağlıdır. Polimer zincirinin
esnekliği ve moleküller arası etkileşme enerjisi (çekim
kuvvetleri) de Tg’yi önemli oranda değiştirir.
x
Dondurma işlemini bir hal diyagramında inceleyecek olursak, Şekilde de görüldüğü
gibi, ikili bir sistemin dondurulması sırasında ilk buz kristallerinin oluştuğu C
noktasının sıcaklığı açığa çıkan kristalizasyon ısısı ile D noktasına kadar yükselir.
Isının uzaklaştırılması ile kristallerin oluşumu artar ve donmamış faz konsantre hale
gelir. Bunun sonucunda donma noktası düşer ve bu hal ötektik noktaya kadar (TE)
sürer. Şekilde de görüldüğü gibi dondurulan sıvının bileşimi D’den TE’ye kadar
değişir. Ancak bu şekilde ötektik bir karışımın oluşmadığı düşünülürse, buz
oluşumunun sürmesi yarıkararlı aşırı doymuş bir fazın (amorf sıvı faz) oluşumuna
neden olur (ticaretteki uygulama). Donmamış kesimin bileşimi TE’den E’ye kayar.
80
Tm S
60
Sıcak
lık,
oC
sıvı çözelti
40
A
20
Tm ℓ
aşırı doygun çözelti
D
B
0
TE
buz+çözelti
Tg eğrisi
C
-10
E
-20
buz+aşırı doygun çözelti
-30
Tg’
-40
cam
buz+cam
F
-50
-60
-100
-140
0
10
20
30
40
50
Çözünen, %
60
70
80
90
100
x
E noktası pek çok dondurulmuş gıda için tavsiye edilen depolama sıcaklığıdır
(-20°C). Bu sıcaklığın Tg’nin (camsı geçiş sıcaklığı) üstünde bir sıcaklık
olması nedeniyle, moleküler hareketliliğin olduğu ve buna bağlı olarak
difüzyonca sınırlanmış fiziksel ve kimyasal özelliklerin kararlı olmadığı bir
haldir.
Karışım E noktasının altına
soğutulursa, Tg’ noktasında aşırı
doymuş donmamış fazın büyük bir
bölümü camsı hale dönüşür ve bu
faz buz kristallerini çevreler.
Soğutulmaya
devam
edilirse,
karışımın bileşimi değişmeden
yalnızca sıcaklığı (F noktası)
düşer. Tg’ altındaki sıcaklıklarda,
moleküler
hareketlilik
azalır.
Ürünün difüzyonca kısıtlı özellikleri
kararlı bir hal alır. Bu nedenle
ABCDETgF hattı kararlı bir işlem
olarak bilinir.
80
Tm S
60
Sıc
aklı
k,
oC
sıvı çözelti
40
A
20
Tm ℓ
0
TE
buz+çözelti
C
-10
aşırı doygun çözelti
D
B
Tg eğrisi
E
-20
buz+aşırı doygun
çözelti
-30
Tg’
-40
cam
buz+cam
F
-50
-60
100
140
0
10
20
30
40
50
Çözünen, %
60
70
80
90
100
X
Bir çözeltide donma sırasında çözünen konsantrasyonunun artması,
donmaya kısımda pH, viskozite, yüzey gerilimi ve redoks
potansiyelinin düşmesine neden olur.
Eğer gıda “E” noktasının altında dondurulmuşsa, donmayan materyal
çok konsantre olur ve “camsı” bir yapı kazanarak buz kristallerinin
çevresini kaplar. Bu andaki sıcaklık ortamda çözünmüş maddelerin
kompozisyonuna ve gıdanın başlangıç su miktarına bağlıdır.
Depolama sırasında bu sıcaklıklar yükselirse (0°C’ye yaklaşırsa),
camsı yapının oluşumu gıdanın tekstürünü korur ve sebze ve et gibi
ürünlerde iyi bir depolama stabilitesinin oluşumunu sağlar. Ancak bir
çok meyvenin camsı geçirgenlik sıcaklıkları çok düşüktür, bu nedenle
de donmuş halde depolamada tekstürde bozulmalar ortaya çıkar.
Ayrıca yapının bozulmasında buz kristallerinin de olumsuz etkisi
vardır.
X
gıda maddesi dondurulduğunda ve/veya nem miktarı
düşürüldüğünde kısmen veya tamamen camsı hale dönüşür. Bu
durumda, moleküler hareketlilik de büyük ölçüde azalır ve gıdanın
difüzyonla kontrol edilen özellikleri kararlı bir hal alır. Pek çok
fiziksel özellik ve değişme difüzyonla sınırlanmış iken, difüzyondan
daha çok reaktantların reaksiyona girebilme yeteneği ile ilgili olduğu
bilinmektedir. Ancak hızı difüzyondan etkilenen kimyasal
reaksiyonlar, moleküler hareketlilikten etkilenmektedir.
 Bir
 Yüksek nemli gıdalar dondurulduklarında bu gıdalarda normal
koşullarda oluşan bazı reaksiyonlar difüzyonla sınırlanır hale
dönüşürler. Dondurulmuş üründe sıcaklık ve/veya su miktarının
azalmasına bağlı olarak viskozite yükselirse de esas önemli olan
nokta sıcaklıktaki azalma sonucu reaksiyonun gerçekleşmesi için
gerekli aktivasyon enerjisi sağlanamamakta ve böylece difüzyonla
sınırlanmayan reaksiyonlar da difüzyonla sınırlı hale gelmektedir.
X
 Gıdalarda amorf ve kristal bir çok fazın bir arada olması, onların
fiziksel açıdan da heterojen olmalarına neden olur. Çok fazlı
materyalde suyun hareketi amorf bileşenin camsı halde olmasına
bağlı olarak değişir. T<Tg (veya Tg’) ise, difüzyon ile sınırlanan
prosesler engellenir ve amorf bölgedeki su immobilize olur. Bunun
sonucunda, gıdanın depolanması sırasında oluşabilecek tipik
bozulma reaksiyonları da engellenir. Ancak küçük molekül ağırlığı
nedeniyle su molekülü camsı matrikslerde hareketli olabilir ve küçük
moleküllerin oluşturduğu reaksiyonlar gerçekleşir.
Donma hızı
Donma hızının tanımı ve ayırımı çeşitli kaynaklarda oldukça farklı
olarak verilmektedir. Donma hızı kalite üzerine etki eden en önemli
faktörlerden biri olduğundan, birçok ülkede ilgili tüzüklerde donma
hızlarının tanımlandığı ve sınıflandırıldığı görülmektedir
Donma hızı genellikle, “dondurulan materyalin merkez noktasından
(sıcak nokta) yüzeye olan uzaklığın, bu merkezin sıcaklık 0°C’den
-15°C’ye
düşmesi
için
geçen
süreye
oranı”
olarak
tanımlanmaktadır.
Buna göre donma hızı aşağıdaki basit eşitlik yardımıyla hesaplanabilir.
V = D/t (cm/h)
V : Ortalama donma hızı, cm/h
D : Dondurulan maddenin merkez noktasının, dondurmanın uygulandığı
yüzeye olan en kısa uzaklığı, cm
t : Dondurulan maddenin merkez noktasının 0°C den -15°C’ye düşmesi için
geçen süre, saat.
ÖRNEK: 2.6 cm çapında orta irilikte çilekler “akışkan yatak”
dondurucuda dondurulmaktadır. Çileklerin merkez sıcaklığı
0°C den -15°C’ye erişmesi için 12 dakika süre geçtiği
saptandığına göre donma hızı nedir?
ÇÖZÜM: Bu değerler yukarıda verilen eşitlikteki yerlerine konursa;
D : 2.6/2 = 1.3 cm
t : 12 dakika = 0.2 saat
V = 1.3 cm / 0.2 h, şu halde donma hızı 6.5 cm/h’dır.
 “Ortalama integral donma hızı” olarak da tanımlanan
donma hızı, pratikte başlıca dört gruba ayrılmaktadır.
Pratikteki uygulamalara göre gıdalara ait integral
donma hızının gruplandırılması, Tabloda gösterilmiştir.
Gıdalarda uygulanan ortalama integral donma hızı
Donma hızı grubu
Çok hızlı donma
Ortalama integral donma hızı
(cm/h)
5’den fazla
Hızlı donma
1-5
Yavaş donma
0.2-1
Çok yavaş donma
0.2’den az
 Bugünkü teknik kolaylıklarla çeşitli dondurma sistemlerinde istenen
donma hızına ulaşılması olanaklıysa da, her gıdada mutlaka hızlı
bir donma sağlanması gerekmemektedir. Çünkü birçok gıda
maddesinde donma hızının belli bir sınırın üstüne çıkması, kalite
üzerinde artık daha fazla olumlu bir etki yaratmamaktadır. Bu
yüzden birçok dondurma cihazında 1-3 cm/h düzeyinde donma hızı
sağlanacak şekilde çalışılır ve bunun ötesinde kalitenin
iyileştirilmesine yararı olmayan daha hızlı dondurmanın aşırı
işletme masraflarından kaçınılır.
 Bir gıda maddesinin hızlı dondurulmasını gerektiren nedenlere
aşağıda toplu halde ve özetle verilmiştir.
Hızlı dondurma ile:
 Hücre içinde küçük buz kristalleri oluştuğundan, hücre
fazla zedelenmez ve
böylece hücre içi sıvısının
birbirine aşırı derecede karışması önlenir.
 Su, bulunduğu yerde buz kristallerine dönüşür ve
böylece hücre suyunun hücreler arası boşluğa geçmesi
sınırlandırılır.
 Hücreler arası boşluklarda küçük buz kristalleri oluşumu
sağlanarak, hücrenin fiziksel yapısının bozulması
önlenir.
 Birçok gıda için kritik bir bölge olan 0°C ve -4°C arası
süratle aşılmış olur.
 Donma olayının 0°C ile -4°C arasındaki bölümünde,
hücre sıvısı tam donmamış ancak konsantre hale
dönüştüğünden, hücrede çeşitli kimyasal değişmeler
belirmektedir. İşte, hızlı dondurma ile bu en olumsuz
bölge hızla aşılabilmektedir.
 Mikroorganizmaların faaliyetlerinin tamamen durduğu
sıcaklıklara süratle erişildiğinden, donma sırasında
mikrobiyolojik bozulma olasılığı ortadan kalkmaktadır.
 Ekipmanların uzun süre işgal edilmesi önlendiğinden
dondurma düzeninin kapasitesi artırılabilmektedir.
Donma ve Çözülme
 0°C’deki suyun ısıl iletkenlik katsayısı k=0.43 kcal/m.h.°C’dir.
Buna karşın 0°C’deki buzun ısıl iletkenlik katsayısı
1.8kcal/m.h.°C’dir.
Buna göre su buz haline dönüşünce ısıl iletkenlik katsayısı
yaklaşık 4 misli artmaktadır.
Suyun ısıl yayınım katsayısı 0oC’de α=0.43 m2/h olduğu halde
aynı sıcaklıktaki buzun ısıl yayınım katsayısı α=4.0 m2/h’dir.
Başka bir ifade ile buzul ısıl yayınım katsayısı sudan 9 kat
fazladır.
Bir gıdanın donma ve çözülme eğrileri kıyaslanırsa her iki
olayın farklı niteliklerde geliştiği görülür.
80
60
DONMA
40
Sıcaklık, oC
20
0
-20
ÇÖZÜLME
-40
-60
-80
10
20
30
40
Süre, dak
50
60
 İçerisinde su içeren bir materyalin, örneğin meyve-
sebze veya et gibi bir gıda maddesinin donma ve
çözülme olayı fiziksel açıdan analiz edilirse, ilginç
gözlem ve sonuçlara ulaşılmaktadır. Böyle bir
materyalin dondurulmasında veya çözülmesinde
fiziksel nitelikleri, özellikle ısıl nitelikleri farklı, üç
katman gözlenir Ancak bu katmanların sırası donma
ve çözülmede farklıdır. Örneğin, dondurulan
materyalde bu üç katman, en dışta “donmuş faz”
ortada “donmamış faz” ikisinin arasında ise
“donmakta olan faz” şeklindedir.
Dondurma
 Buna göre materyal hangi yöntemle dondurulursa
dondurulsun önce dışta bir donmuş tabaka oluşur.
Bunun hemen altında donmakta olan
bir bölge
bulunur. Donmuş tabaka iç kısma doğru gelişirken,
donmakta olan tabaka da en içteki donmamış bölgeye
doğru genişler. Böylece donma olayının dıştan içeri
doğru geliştiği ve materyal ısısının en dışarı doğru
atılmak zorunda olduğu görülmektedir. Bu ısı, hemen
kendini çevreleyen donmakta olan bölge üzerinden
donmuş bölgeye ve oradan da soğutucuya ulaşır.
 Diğer taraftan donmakta olan tabakadan serbest
kalan donma gizli ısısı da hemen kendini çevreleyen
donmuş tabaka üzerinden dışarı atılır. Donmuş
tabakanın yani buzun, ısıyı daha iyi ilettiği göz önüne
alınınca
donma
sırasında
iç
tabakalardan
uzaklaştırılması gereken ısının kolaylıkla iletilerek
soğutucuya ulaştırılabildiği görülmektedir.. Bu olaylar
sırasında donmuş tabakanın sıcaklığı da gittikçe
soğutucu sıcaklığına erişir. Nihayet tüm kitle donarak
istenen sıcaklığa kadar soğuma gerçekleşir
Çözülme
 Buna karşın, çözülme sırasında bu olaylar tam aksi
yönde gelişir.
Çözülme başlangıcında dışta
“çözünmüş faz” ortada “donmuş haldeki faz” bu iki
tabaka arasında ise “çözülmekte olan faz” olmak üzere
üç tabaka bulunur ve çözülme süresince, çözülmüş faz
dıştan içeri doğru gittikçe gelişir. Çözülme için gerekli
olan çözülme gizli ısısı ile çözülme sonunda ortamın
sıcaklığının yükselmesini sağlayacak ısı dıştan içeri
doğru iletilmek zorundadır. İç tabakalara ulaşması
gereken bu ısı, ısıl iletkenliği kötü olan dıştaki çözülmüş
fazı (su)aşmak zorundadır. İşte çözülmenin donmaya
göre daha uzun sürmesinin başlıca nedeni de budur.
 Ancak çözülme olayının donma olayından önemli
bir farklılığı da, tüm çözülme olayının materyalin
donma noktasında gerçekleşmesidir. Buzun
çözülmesinin hemen başlangıcında materyale
verilen ısı, buzun ısıl yayınım katsayısının yüksek
olmasına bağlı olarak materyal tarafından hemen
absorbe edilir. Bu yüzden kitlede henüz bir
çözülme belirmeden sadece sıcaklığı yükselir.
Böylece kitlenin sıcaklığı materyalin kendine
özgü donma sıcaklığına erişir. Çözülme ancak
bundan sonra başlar. Önce yüzeyde oluşan ince
bir tabaka halindeki çözülme, yavaş yavaş
gittikçe iç tabakalara doğru gelişir.
 Bütün bu açıklamalar donma ve çözülme olaylarının farklılığını
ve iki olayın hız farkının nedenlerini ortaya koymaktadır. Bu
açıklamalar ışığında; donma veya çözülmenin hızına sırasıyla,
soğutucu veya ısıtıcı ortam sıcaklıkları üzerinden etki
edilebileceği görülmektedir. Ancak dondurulmuş materyal eğer,
meyve suyu, meyve veya sebze ezmesi gibi parçalanmış bir
doku ise, gerek dondurma ve gerekse çözmede, ayrıca
karıştırma sallama v.b. gibi işlemler uygulanarak olay
hızlandırılabilmektedir.
Dondurma ve depolamada meyve ve
sebzelerdeki bazı fiziksel değişimler
1.Buz kristallerinin oluşumu
2. Nem göçü
3. Rekristalizasyon
4. Su salma (drip loss)
Dondurma ve depolamada meyve ve
sebzelerdeki bazı fiziksel değişimler
1. Buz kristallerinin oluşumu
Meyve ve sebzeler bazı ön işlemlerden sonra, ya bütün,
veya belli irilikteki parçacıklara bölünmüş olarak
dondurulur Örneğin bezelye, vişne bütün halde; fasulye,
havuç belli irilik ve şekilde doğrandıktan sonra
dondurulurlar. Bunlara “parçalanmamış doku” halinde
dondurulan ürünler denir. Buna karşın özellikle bazı
meyve ve sebzeler, ezme veya su (meyve suyu) haline
işlendikten sonra başka nitelikte bir ürün olarak da
dondurulmaktadır. Örneğin; ıspanak püre haline
getirilerek, turunçgillerden ise meyve suyu üretilerek
dondurulmaktadır.
Parçalanmamış doku halindeki ürünlerle, parçalanmış
dokuların dondurulmalarında farklı beklentiler vardır.
Nitekim parçalanmamış doku halindeki ürünlerin
dondurulmaları ve depolanmalarında, hücrelerin ve
dokunun donmaya bağlı olarak zedelenmemesi,
zarar görmemesi amaç edinilir. Halbuki, parçalanmış
ürünlerde
dokudan
bahsedilemeyeceğinden,
bunlarda dondurma işleminin neden olduğu fiziksel
zararlanmalar söz konusu değildir Bu yüzden
aşağıdaki açıklamalar bütün haldeki dokuların
donması ile ilişkili bulunmaktadır.
 Meyve ve sebzelerin, dondurulma ve depolanmasında dokunun
orijinal niteliklerini koruyabilmek amacıyla, hücre yapısının iyi
tanınması gereklidir. Bilindiği gibi birçok meyve ve sebzenin yenen
kısımları daha çok “parenşima” hücrelerinden oluşur. Şekilde
idealize edilmiş bir parenşima hücresi gösterilmiştir.
 Parenşima hücreleri esas olarak, hücre duvarı (membran) ve
protoplazmadan oluşurlar.
 Bitki organı geliştikçe, parenşima hücrelerinin duvarları iç basıncın
etkisiyle gerginleşir ve hücreler, birbirleri üzerine sıkı bir şekilde
yığılır. Bu oluşum sırasında hücreler arasında boşluklar
(intersellular boşluk) kalır. Hücreler arasındaki boşluklar, çeşitli
gazlar ve su buharı ile doludur. Aşağıda açıklandığı üzere, bir
dokunun donmasında hücreler arası boşluk ve burada bulunan su
buharı, önemli bir rol oynamaktadır. Etli dokular daha fazla hücreler
arası boşluklar içerirken, tohumlarda hücreler arası boşluk daha
azdır veya yoktur. Örneğin elmalarda bu boşluklar o kadar fazladır
ki, bu meyvelerin çeşitli yöntemlerle işlenmesinde boşlukların
yarattığı sakıncaların giderilmesi amacıyla bazı önlemler alınır
 Vakuol, protoplazmadan “tonoplast” denen ince bir membranla
ayrılmıştır. Bu zarın içindeki hücre özsuyu, şekerler, organik asitler,
proteinler, tanenler, antosiyaninler v.b. gibi çeşitli maddelerden
oluşmuş bir çözeltidir. Fazla oranda su içeren vakuol sıvısında da
(hücre özsuyu), dokunun dondurulması sırasında buz kristalleri
oluşmakta ve bunun sonucu bir kısım vakuolların zarı
parçalanmaktadır. Bu nedenle tüketim sırasında çözülen ürünlerde,
doku dışına az veya çok miktarda ancak daima hücre özsuyu
sızmaktadır
Dondurulmuş meyve ve sebzelerin kalitesi açısından, hücreler arası
boşluklarda buz kristali oluşumu özel bir önem taşır ve bu durum
donma hızı ile ilişkili bir olaydır. Doku soğutulunca, hücreler arası
boşluklarda bulunan su buharı, önce hücre duvarı üzerinde saf su
damlacıkları olarak yoğunlaşır ve daha sonra da mikroskobik buz
kristallerine dönüşür. Buna karşın, hücre içindeki sıvının donma
noktası daha düşük olduğundan bu sırada henüz donmamıştır. Eğer
hızlı bir dondurma uygulanmıyorsa, hücre içindeki su (su buharı
basıncı daha yüksek olduğundan) buhar halinde hücre dışına çıkarak,
hücreler arası boşluklarda oluşmuş buz kristallerinin irileşmesine
neden olur. Böylece hücre içinde yoğunluğu gittikçe artan bir sıvı
oluşur. Bu olay hücrenin su kaybetmesidir. Bu şekilde hücreler
arasındaki buz kristalleri öyle büyürler ki, hücreler büzülür, çarpılır ve
nihayet dengesiz bir basınç altında kalan hücre duvarları parçalanır.
Dondurmada dokuyu zedeleyen esas olay budur. Hücre dışına bu
şekilde çıkan su, daha sonra ürün çözülse bile bir daha geri dönemez.
 Dondurma hızı yüksek tutulunca, her ne kadar yine önce
hücrelerarası boşluklarda buz kristalleri oluşursa da, bu arada
hücre içinde de buz kristalleri oluştuğundan su, bulunduğu yerde
bağlanır
ve
hücre
parçalanmaz.
Sağlam
dokuların
dondurulmalarında, hücrenin her yanında fazla sayıda ve küçük
kristal oluşturulma çabasının amacı da budur.
 Bu konuda dondurulan materyalin hücre büyüklüğü de etkilidir.
Bakteri hücreleri o kadar küçüktür ki, hangi hızla dondurulursa
dondurulsunlar,
bunlarda
hücre
içi
buz
kristalleri
oluşturulamamakta ancak aşırı soğuma gerçekleşmektedir.
“Freeze-cracking” “Donmada çatlama”
Meyve ve sebzelerin dondurulması sırasında genel olarak yüksek
dondurma hızı dokuda oluşan buz kristallerinin küçük olmasına ve
üründe homojen bir yapı oluşmasına buna bağlı olarak dokunun
yukarıda belirtildiği şekilde hasar görmesini ve sızıntı yoluyla su
kayıplarını önlediği halde, bazen donma hızının yüksek olması veya çok
düşük sıcaklıkta dondurma ve kriyojenik sıvıların kullanımı da üründe
“Freeze-cracking”
“Donmada
çatlama”
olarak
nitelendirilen
zedelenmelere neden olabilir.
Dondurulmuş hücrelerin mekanik zedelenmesi üzerinde hücre içinde
oluşmuş buz kristallerinin hacimlerinin artışı da etkilidir. Nitekim hücre
içindeki buz kristallerinin hacimlerinin artışı sonucunda hücrede bir
gerilim belirir. Bu sırada konsantre olmuş hücre sıvısında kontraksiyon
görülür. Böylece hücre, yer yer büzüşme yer yer gerilim etkisinde
kaldığından mekaniki bir zedelenmeye uğrar, yani çatlar “Freezecracking”. Toplam hacim artışı ne olursa olsun bu olay kendini az veya
çok ve fakat daima gösterir.
Bu zararlanmaya farklı ürünlerde rastlanılmaktadır.Eğer ürün kabuklu
ise ve dondurma sırasında bu kabuk toplam hacim artmasını
engelliyorsa veya üründeki internal strese, dondurulan ürünün
esneme özelliğinden fazla ise “Freeze-cracking” ortaya çıkabilir.
Sistemde fazla boşlukların bulunması internal stresin dağılmasına yol
açacağından “freeze-cracking”i önler. Yine ön soğutma uygulaması ile
ürün sıcaklığı ile dondurma sıcaklığı arasındaki farkı azalttığından bu
tip zararlanmalar daha az görülür.
Daha önce de değinildiği gibi, saf su 0°C’de buz haline dönüşünce,
hacmi yaklaşık olarak % 9 oranında artmaktadır. Ancak herhangi bir
çözelti veya gıdanın donması sırasında bu oranda bir hacim artışı
görülmez. Bunun nedeni ise, donma sonucu suyun hacminin
artmasına karşın, ortamdaki katı maddelerin hacminin azalmasıdır.
Gerçekten, kontraksiyon denen bu olay sonunda çözeltilerde (ve
gıdalarda) beklenen oranda hacim artışı olmamaktadır. Örneğin
donma sonunda % 30’luk sakaroz çözeltisinin hacmi ancak % 6
artmakta, % 60’lık sakaroz çözeltisinde % 1 hacim azalması
görülmektedir. Bu hususta 0°C’nin altındaki buzda, ayrıca
kontraksiyon görüldüğü gözden uzak tutulmamalıdır.
Bitkisel dokularda hacim artışını sınırlandırıcı diğer bir etken de
hücreler arası boşluklardır. Gerçekten bu boşluklar, buzun hacim
artışını dengelemektedir. Ancak hacim artışı ne olursa olsun,
dondurulmuş ürün, çözülme sonunda orjinal hacmini kaybetmektedir.
2. Nem göçü
 Gıdaların
dondurulmaları sırasında hücre içeriğindeki suyun
kristalleşmesi ozmotik bir mekanizma ile nem göçüne neden olur.
Dondurulmuş halde depolamada ise nem göçü sıcaklık farkı ve
bunun sonucu buhar basıncı tarafından kontrol edilir ve “dondurucu
yanığı” olarak bilinir.
yanığı öncelikle dondurma sırasında oluşursa da
depolamada devam eder. Dondurucu yanığı, ürünün yer yer
sublimasyonla su kaybetmesi ve bu nedenle yüzeyde adeta yanık
lekelerine benzer parlak beneklerin oluşmasıdır. Bu lekecikler
görünüş açısından önemli bir kalite düşmesine sebep olursa da,
daha önemlisi bu nedene bağlı olarak aroma ve besleme değerinde
bazı kayıpların belirmesidir.
 Dondurucu
2. Nem göçü
 Kuruyan bu yüzeylerden, buzun kaybolduğu derinliklere doğru
sızan oksijen, değinilen bu değişmelerin başlıca nedenidir. Diğer
taraftan bu yolla su kaybı, aynı zamanda ürünün ağırlık kaybetmesi
de demektir.
 Nem göçü, sıcaklık değişimlerinin minimuma indirgenmesi ve
ürünün ambalajlanmasıyla azaltılabilmektedir. Ancak yalnızca
ambalajlama yeterli olmamaktadır. Depo sıcaklığındaki salınımlar
bu durumda, diğer bir olaya neden olmaktadır. Nitekim depo
sıcaklığı yükselince, ambalajlı üründeki buz, sublimasyonla ürünü
terk ederek ambalaj içinde yoğunlaşır ve daha sonra ambalajın iç
yüzeyinde donarak bir kar tabakası oluşturur. Bu durum daha sonra
ürünün çözülmesi sırasında su salmaya yol açtığı gibi dokuda
deformasyon da görülür.
3. Rekristalizasyon
Gıda maddelerinin dondurulmalarında gerekli tüm faktörlere özen
göstererek kristal iriliğini kontrol altında tutmak olanaklıdır. Ancak
kristallerin daima daha fazla büyüme eğiliminde olmaları yüzünden,
elverişli koşullarda zamanla irileştikleri gözden uzak tutulmamalıdır.
Küçük kristallerin daha sonra büyümesi olayına “rekristalizasyon”
denir. Rekristalizasyon özellikle depolamada ve çözmede belirir. Bu
nedenle, optimum koşullarda en iyi şekilde dondurulmuş bir ürün eğer
gerekli koşullarda depolanmazsa, kötü dondurulmuş bir üründen farklı
olmayabilir. Şu halde kristal iriliği sadece dondurma işleminde değil,
depolamada da kontrol altında tutulmak zorundadır.
3. Rekristalizasyon
Çeşitli ürünlerin ticari amaçla dondurulmalarında, “gezgin” ve
“yapışma” kristalizasyonu olarak iki türlü rekristalizasyon belirebilir.
Yapışma rekristalizasyonu. birbirine çok yakın kristallerin birleşerek
büyümesidir. Gezgin rekristalizasyon ise, bazı kristallerin kaybolurken
diğerlerinin irileşmesidir Rekristalizasyon çok düşük sıcaklıktaki ve
sıcaklık salınımlarının çok fazla olmadığı depolarda çok yavaş bir
hızla belirir. Depodaki sıcaklığın, soğutma cihazlarında beliren arıza
veya diğer nedenlere bağlı olarak oynaması, özellikle gezgin tipli
rekristalizasyonu hızlandırır. Şu halde rekristalizasyon olayı, özellikle
oynak depolama sıcaklığının söz konusu olduğu depolama
koşullarında belirir. Dondurulmuş ürünlerin çözülmesinde de
rekristalizasyon görülmekle birlikte çözme işlemi hızlı bir şekilde
gerçekleştirilince, hem rekristalizasyon ve hem de zararları
azaltılabilmekledir.
4. Su salma (drip loss)
Donma sırasında, donan ürünün yapısındaki su, saf su kristalleri
halinde sistemden ayrıldığından çözelti konsantrasyonu artar ve
termodinamik denge prensibine göre erime sıcaklığı yükselir. Bu
nedenle dondurma bir bakıma dehidrasyon olarak görülebilir.
Çözülme sırasında ise, su orijinal bölgelerde reabsorbe edilemez ve
bu durum su salmaya neden olur. Su salma ve bu yolla ortaya çıkan
kayıpları etkileyen faktörler: buz kristallerinin boyutları ve
lokalizasyonları, buz çözülme hızı, dokunun su reabsorbsiyon düzeyi
ve dondurma işleminden önceki durumu ile su tutma kapasitesidir.
Meyve ve sebze hücrelerinde su reabsorbe edilmediği halde
hayvansal hücrelerde su reabsorbsiyonu önemli düzeydedir. Bu
nedenle meyve sebzelerde kalitenin korunması açısından çözülme
önem taşımaktadır. Çözülme yöntemi bir mikrobiyolojik gelişmeye, su
salmaya, buharlaşma ile kayıplara ve bozunmaya neden olmayacak
şekilde seçilmelidir. Çözülme donmaya göre daha uzun bir zamanda
gerçekleşmektedir.
Dondurma ve depolama sırasında meyve
ve sebzelerdeki kimyasal değişimler
 Gıdaların dondurulmaları sırasında yapılarındaki suyun büyük bir
kısmı buz haline geçer ve yapıdaki suyun buz haline dönüşmesi ile
geriye kalan kısmı konsantre olur. Enzimlerin substratları ile temasa
geçmeleri kolaylaşır. Donma ve depolamada en sık görülen
kimyasal değişimler; lipid oksidasyonu, enzimatik esmerleşmeler,
tat bozuklukları, protein denatürasyonu ile renk maddeleri ve
vitaminlerdeki kayıplar olarak özetlenebilir.

Doku halindeki gıdaların yapılarında buz kristallerinin oluşumu
dokunun
zedelenmesine
yol
açtığından
enzimlerin
ve
substratlarının temasını ve buna bağlı bozulmaları da kolaylaştırır.
Depolama sırasında enzimatik kaynaklı değişimleri sınırlandırmak
için bozulmadan sorumlu enzimleri inaktive etmek amacıyla
haşlama işlemi uygulanır. Bu amaçla genellikle ısıya en dirençli
enzim olan peroksidaz (POD) enzimi indikatör olarak
kullanılmaktadır.
Dondurma ve depolama sırasında meyve ve
sebzelerdeki kimyasal değişimler
 Meyve ve sebze hücrelerinde donma sonucunda konsantrasyon
artışı, ortamın pH derecesinin düşmesine, titrasyon asitliği ve
iyonik yoğunluğun artmasına neden olur. Bu durum proteinlerin ve
birçok kolloidlerin denatürasyonuna ve viskozitenin yükselmesine
yol açar. Bütün bu nedenlerle dondurulan dokunun fiziksel ve
kimyasal niteliklerinde köklü değişmeler belirir.
 Dondurulmuş meyve ve sebzelerde görülen en önemli kalite
kayıpları koku ve tat bozukluklarıdır. Bu olumsuzluklar hızlı donma
hızı, düşük depolama sıcaklıkları ve uygun çözme ile optimize
edilebilmektedir.
Dondurma ve depolama sırasında meyve ve
sebzelerdeki kimyasal değişimler
 1. Lipit oksidasyonu
 2. Protein denaturasyonu
 3. Enzim aktivitesi ve reaktivitesi
1. Lipit oksidasyonu
 Lipit oksidasyonu karmaşık bir prosestir. Bu proseslerin temel
mekanizması serbest radikallerin oluşumu olup, bunu diğer
reaksiyon aşamaları takip eder. Reaksiyon başlangıcında yağ
asitlerinden (RH) hidrojen radikalinin ayrılmasını, geriye kalan yağ
asidi alkil radikalinden (R•) oksijenin varlığında yağ asidi radikalinin
(ROO•) oluşumu takip eder. Daha sonraki aşamada peroksil
radikali yakınındaki yağ asidi (RH) molekülünden hidrojeni ayırarak
yeni bir yağ asidi alkil radikalini ve hidroperoksidi oluşturur (ROO•
+ RH → R• + ROOH). Hidroperoksidin parçalanması ile serbest
radikal prosesi devam eder. Ortamda demir gibi bir metal iyonunun
bulunması veya hem gruplarından transfer edilebilmesi bu
prosesin daha etkin olarak devamına yol açar.
1. Lipit oksidasyonu
oksidasyonu enzimatik olarak da gerçekleşebilir. Bu
reaksiyonda rol alan en önemli enzim lipoksigenazdır.
Lipoksigenaz enzimi moleküler oksijenin varlığında cis-cis-4pentadiene oksijenin bağlanmasını katalize ederek doymamış yağ
asitlerinin ve stereo spesifik konjuge dien hidroperoksi yağ
asitlerinin oluşumuna yol açar. Lipoksigenaz enzimi bir çok meyve,
sebze ve hayvansal ürünlerin yapısında vardır. Eğer dondurma
işleminden önce haşlama ile lipoksigenaz enzimi inaktive
edilmezse depolama sırasında tat, renk ve vitamin kayıplarına
neden olur.
 Lipit
 Dondurulmuş
gıdalarda
kalite
kayıpları
üzerinde
lipit
oksidasyonunun önemli bir rolü vardır. Renk, görünüş, beslenme
değerindeki kayıplar yanında aldehitler ve ketonların oluşumu da
tat ve aromayı da olumsuz etkiler. Klorofil gibi renk maddeleri lipit
oksidasyonuna sekonder substrat olarak katılırlar.
2. Protein denaturasyonu
 Dondurma işleminin proteinlerde indükledikleri önemli değişimlerin
nedeni, buz kristalleri oluşumu ve rekristalizasyon, dehidrasyon,
tuz konsantrasyonu, oksidasyon, lipit gruplarındaki değişimler ve
belli hücre metabolitlerinin serbest kalışı olarak belirtilebilir. Ancak
bu değişimler çoğunlukla hayvansal gıdalarda önem taşımaktadır.
sırasında proteinlerin fonksiyonel özelliklerindeki
değişimler içinde özellikle su tutma kapasitesindeki değişimler
çözülme sırasında önem taşımaktadır. Depolama sonucu
proteinlerin su tutma kapasitesindeki azalma protein-su
interaksiyonu yerine protein-protein veya diğer interaksiyonların
ortaya çıkması sonucudur. Buz kristalleri oluşumu ile oluşan
dehidrasyon da protein dehidrasyonunda önemli bir etkendir.
 Donma
3. Enzim aktivitesi
 Gıdalardaki
enzimatik reaksiyonları katalizleyen enzimlerin
aktivitesi, düşük sıcaklıkların etkisiyle depolama sırasında azalır,
ancak tamamıyla durmaz. Daha önce haşlama işlemi
uygulanmamış meyve ve sebzelerde hidrolik enzimler (lipazlar,
fosfolipazlar, proteazlar gibi) donmuş halde depolama sırasında
aktivitelerini koruyabilirler. Ancak sebzelerin haşlanmaları bu
enzimlerin inaktivasyonunu sağlar.
 Lipazlar ve fosfolipazlar gibi lipolitik enzimler kontrol altına
alınmazlarsa dondurarak depolama sırasında sorun oluşturabilirler.
Bazı lipaz enzimleri 29oC’deki depolamada bile sorun
oluşturabilirler. Lipolitik enzimler ve proteazlar genellikle et ve balık
gibi ürünlerde önem taşırken meyve ve sebzelerde ise endojen
pektinmetilesterazın katalizlediği metil gruplarının pektinlerden
ayrılması önemlidir. Bu durumda çilek gibi ürünlerde depolama
sırasında jelasyon ortaya çıkar. Bitkisel gıdalarda bulunabilen
klorofilaz ve antosiyanaz gibi hidrolitik enzimler eğer haşlamada
inaktif hale getirilmezlerse donmuş dokularda renk bozulmalarına
neden olabilirler.
3. Enzim aktivitesi
 Donmuş meyve ve sebzelerde depolamada kalite kayıplarına yol
açan diğer enzimler ise lipoksigenazlar, katalazlar, peroksidazlar
ve polifenol oksidazlar ile lipazlar ve sistinliyazlar gibi
oksidoredüktazlardır. Bitkisel dokunun esmerleşmesi ortamda
oksijenin bulunması halinde fenolik bileşiklerin oksidasyonunun bir
sonucudur. Hücrelerde buz kristalinin oluşumu fiziksel yapının
bozulmasına yol açtığından o-difenol-oksidaz enzimi ile
substratının temasına neden olur ve enzimatik esmerleşme
reaksiyonu başlar.

Genel olarak oksidoredüktazlar sebzelerde renk açılmalarına
neden oldukları gibi tat ve kokunun bozulmasına ve meyvelerde
esmerleşme reaksiyonlarına neden olurlarsa da donmuş
sebzelerde bu tip bozulmaların esas nedeni lipoksigenaz
enzimleridir. Bu reaksiyonlar sonucunda oluşan karbonil bileşikleri
ve etanol gibi uçucu maddeler dokularda akümüle olurlar ve tat ve
koku bozulmalarına yol açarlar. Ortamda çözülmüş oksijenin
bulunması halinde sulu çözeltilerde askorbik asit dehidroaskorbik
aside okside olur.
3. Enzim aktivitesi
 Genel olarak donmuş gıdalarda mikroorganizmaların neden olduğu
sorunlar fazla önem taşımaz. Uzun yıllar yapılan TTT (timetemperature-tolerance) deneme sonuçlarına göre donmuş
gıdalarda pratik depolama ömrü (PSL-practical storage life)
yalnızca depolama süresi ve sıcaklığına bağlı değildir. Aynı
zamanda ürün, proses ve ambalajlanması veya PPP faktörlerine
(product, process, packaging) de bağlıdır. Donmuş gıdalarda
uygulanan JND (just noticeable difference) (algılanabilir farklılık) ve
HQL (high quality life) (yüksek kaliteli ömür) testleri ile flavor
değişimleri saptanabilmektedir.
Dondurulmuş Meyve ve Sebzelerin
Mikrobiyolojisi




Dondurulmuş Sebzelerin Mikroflorası
Genellikle Pseudomonas ve Flavobacter türleri
Daha az sayıda Vibrio, Enterobacter, Achromobacter türleri
C.botulinum türlerine sık raslanılmaz.







Dondurulmuş Meyvelerin Mikroflorası
Mayalar
Saccharomyces ve Cryptococcus türleri
Küfler
Penicillium, Aspergillus ve Rhizopus türleri
Bakteriler
Bacillus, Pesudomonas,Achromacter türleri
Dondurulmuş Gıdaların Ambalajlanmaları
 Diğer tüm gıdalarda olduğu gibi dondurulmuş gıdalarda da iki ambalaj iç
içe bulunur. Bunlardan birisi iç ambalaj olup, doğrudan doğruya tüketici
ambalajıdır. Diğeri ise belli sayıdaki tüketici ambalajını bir arada tutan,
taşıma için zorunlu olan dış ambalaj yani, toptancı ambalajıdır.
 Gıda ile doğrudan temas eden iç ambalajlarda ise çeşitli özellikler
aranır. Dondurulmuş gıdalarda kullanılan ambalajlar, içindeki gıdayı
atmosferik oksijenden, yabancı aroma etkisinden, mikroorganizma
bulaşmasından, mekaniki hasarlardan ve ışıktan korumalıdır. Ayrıca
ambalaj, ürünün depolanmasında su kaybını ve dondurucu yanığını
önlemek için su buharı sızdırmamalı veya olabildiğince az
sızdırmalıdır.Bunun gibi gaz geçirgenliği az olmalıdır. Böylece, ambalaj
içinden dışarı ve dışardan içeri aroma geçişi önlenebilmektedir.
 Ambalaj, muhafaza ettiği gıdaya renk, koku ve tat vermemeli ve sağlık
açısından zararlı nitelikte olmamalıdır. Ayrıca ambalajın düşük
sıcaklıklarda kırılganlık kazanmaması hatta düşük sıcaklıklarda bile
esnek olması ve ayrıca ıslanabilir nitelikte olmaması da gereklidir.
Ambalajın kolay işlenmesi ve ucuz olması da bir avantajdır.
Ambalajlandıktan sonra dondurulacak ürünlerde ambalaj materyalinin
ısı aktarımının fazla olması zorunludur.
Dondurulmuş ürünlerde yaygın olarak kullanılan
ambalaj çeşitlerinin başlıcalarına aşağıda değinilmiştir.
1. Variller
 İçi
polietilen kaplanmış 55-galonluk variller, daha önceden
dondurulmuş meyve suları ve pulpları ile IQF yöntemine göre
dondurulmuş parçacık halindeki meyve ve sebzeler için elverişli
ambalajlardır. Bunlar büyük ambalajlar olduğundan, genellikle,
daha sonra tekrar başka ürünlere işlenmek üzere hazırlanan
dondurulmuş ürünlere elverişlidirler.
2. Karton kutular
 0.3-0.6 mm kalınlıkta ağartılmış sülfat kartonlarından yapılmış
kutular, birçok dondurulmuş ürün için en yaygın tüketici ambalajı
olarak kullanılmaktadır. Bu kartonların mumlanmış veya bir plastik
materyalle kaplanmış olması gereklidir. Ayrıca gıda maddesinin
nem kaybının sınırlandırılması için bir dış sargı ile kaplanması da
zorunludur.
3. Kağıt torbalar
 Aynen varillerde olduğu gibi, daha sonra tekrar işlenecek veya
büyük tüketim merkezlerinde kullanılacak bazı dondurulmuş
ürünler 10-25 kg miktarda olmak üzere kağıt torbalarda
ambalajlanmaktadır. Bu amaçla içleri polietilen kaplanmış kraft
kağıdından yapıtmış torbalar kullanılır.
4. Plastik filmler
 Dondurulmuş ürünlerde torba veya poşet şeklinde plastik filmler
kullanılmaktadır. En yaygın olarak kullanılan plastik filmler düşük
yoğunluklu polietilen (LDPE) ve klorofil gibi ışıktan etkilenen
ürünlerde ışık geçirmeyen opak filmler tercih edilir.
Depolama
Dondurarak muhafazada dondurma işlemi, muhafazanın sadece bir
aşamasıdır. Ürünün uygun koşullarda en az -18°C, -20°C’lerde
depolanması muhafazanın ayrılmaz bir parçasıdır. Dondurulmuş
ürünler üç türlü depoda veya üç ayrı amaçla depolanırlar. Bunlardan
birisi, dondurma tesisinin deposu yani üretim deposu, diğeri transit
deposu ve üçüncüsü ise dağıtım yani perakende deposudur. Gerek
bu depolarda ve gerekse depolar arasındaki taşımalarda ürün
sıcaklığı -18°C üstüne çıkmamalıdır. Başka bir ifade ile “soğuk zincir”
hiçbir aşamada kırılmamalıdır
EMİŞ
ÇIKIŞ
KONDENSER
düşük basınç
gaz
KOMPRESÖR
yüksek basınç
sıvı
EVAPORATÖR
GENLEŞME VALFİ
sıvı
Dondurma Yöntemleri
 Bir gıdanın dondurulması, gıdadaki ısı enerjisinin bir soğutucuya
aktarılarak uzaklaştırılması suretiyle sağlanır. Soğutucu: gaz, sıvı
veya katı halde bulunabilir.
 Soğutucu
gaz olarak genellikle, bir soğutma ekipmanının
evaporatörü yardımıyla soğutulan soğuk hava kullanılır Bu tip
soğutma yöntemine “soğuk hava ile dondurma” denir.
 Sıvı soğutucu olarak, yine bir soğutma ekipmanında soğutulmuş,
şeker şurubu, salamura veya gliserol çözeltisinden yararlanılır.
Gıda maddeleri bu sıvılara daldırılmak suretiyle dondurulduğundan,
bu yönteme “daldırarak dondurma” denir. Dondurmada
sıvılaştırılmış azot veya sıvılaştırılmış karbondioksit gibi sıvılar da
kullanılmakta
ve
gıda
maddesi
bunlara
daldırılarak
dondurulmaktadır. Ancak, bu sıvılaştırılmış gazlar ayrıca bir
soğutma ekipmanında soğutulmamakta, kendi fiziksel nitelikleriyle
soğutucu görevi yapabilmektedirler. Bu yüzden sıvılaştırılmış
gazlarla yapılan dondurmaya,“kriyojenik dondurma” yöntemi denir.
Dondurma Yöntemleri
 Katı soğutucu olarak genellikle, içten soğutulan metal plakalar
kullanılmakta ve gıda maddesi bu plakalar üzerinde tutularak
dondurulmaktadır. Bu yöntemde gıda maddesi, refrijerantla
doğrudan temas etmemekte, arada plaka bulunmaktadır. Bu
nedenle de bu yönteme “indirekt kontakt metoduyla dondurma”
denir. İndirekt kontakt metoduyla dondurmada hemen daima
plakalı düzenler kullanıldığından buna “plakalı dondurma yöntemi”
de denmektedir Bu açıklamalara göre, soğuk hava ile dondurma
“indirekt kontakt metoduyla dondurma”, “daldırarak dondurma” ve
“kriyojenik dondurma” olmak üzere başlıca dört ayrı dondurma
yöntemi olup, her yöntemin uygulanmasında değişik düzen ve
sistemlerden yararlanılmaktadır.
1. Soğuk hava ile dondurma
En yaygın uygulanan, değişik cihazlardan yararlanılan ve birçok
modifikasyonu olan en eski yöntem budur. “durgun havada dondurma” ve
“hava akımında dondurma” olarak başlıca iki farklı uygulaması vardır.
1.1. Durgun havada dondurma
Metodun isminden de anlaşıldığı gibi, dondurmada kullanılan soğuk hava
hareketsizdir. Böyle bir dondurucunun esası, iyice izole edilmiş bir soğuk
odadır. Dondurulacak ürünler bu raflar arasına istif edilir. Görüldüğü gibi
bu tip dondurucular kullanılan ekipman açısından basit ve ucuzdur.
Durgun hava dondurma odalarında hava hareketini sağlayan genelde hiç
bir düzen yoktur, hava sadece doğal konveksiyonla hareketlidir. Ancak
bazı durgun hava dondurucularında bir fan yardımıyla, sınırlı bir hava
hareketi sağlanmaktadır. Durgun havada dondurma yönteminde soğuk
odanın sıcaklığı -15°C, - 30°C arasında bulunur Hareketsiz veya çok
yavaş hareketli bir havanın ısı iletkenliği çok düşük olduğundan,
dondurulmak üzere depoya konan gıda maddesinin donması çok uzun
süre alır. Donma süresi, dondurulan materyalin büyüklüğüne, ambalajın
niteliğine, dondurulan birimler arasındaki boşluğa ve bunun gibi değişik
faktörlere bağlı olarak birkaç saatten bir haftaya kadar değişebilir. Bu
metot esas olarak balık dondurma amacıyla yaygın olarak
kullanılmaktadır.
1.2. Hava akımında dondurma
 Bu tip dondurucuların genel ilkesi havanın, dondurulan
gıda maddesi ile evaporatör arasında hızlı hareket
etmesidir. Güçlü fanlar yardımıyla hareket ettirilen hava,
soğutma spiralleri (evaporatör) üzerinden geçerken
soğur ve sonra dondurulan ürün üzerinden 10-15 m/s
hızla geçer. Isı transfer katsayısı hava hızına bağlı
olarak arttığından, gıda maddesinin hızla dondurulması
sağlanır. “Hava dolaşımlı dondurma” (air blast freezing)
da denen bu yöntemde hava sıcaklığı -30°C, -45°C
arasında değişmektedir.
Birçok olumlu yönleri nedeniyle dondurma teknolojisinde en yaygın olarak
kullanılan dondurma metodu, soğuk hava ile dondurma yöntemidir.
Ancak soğuk hava dondurma metodunun bazı olumsuz tarafları da
vardır. Bu metodun en olumsuz yönü, ambalajsız ürünlerde nem
kaybıdır (nem göçü). Ne kadar soğuk olursa olsun havanın mutlaka bir
kurutma potansiyeli vardır. Çünkü bir ürünün kuruması kendini
çevreleyen havanın nem içeriğine bağlıdır. Kurumada sıcaklık ikinci
derecede ve dolaylı etki eden bir faktördür. Eğer ıslak bir maddenin su
buharı basıncı, kendini çevreleyen havanın su buharı basıncından
yüksekse, sıcaklığı ne olursa olsun daima bir buharlaşma yani su kaybı
söz konusudur. Ürünün daha sıcak olduğu donma başlangıcında su
kaybı çok daha fazladır. Çünkü ıslak bir maddenin su buharı basıncı
sıcaklığa bağlıdır. Buna göre donma başlangıcında ürünün su buharı
basıncı ile, soğuk havanın su buharı basıncı arasında daha büyük bir
fark bulunur. Özellikle donma başlangıcında suyun buharlaşarak
kaybını uyaran ve gerçekleştiren faktör de budur.
Tünel dondurucular
 Hava akımında dondurma yönteminde çok değişik tipte
donduruculardan
yararlanılır.
Bunlardan
yaygınlarından biri, tünel dondurucularıdır.
en
 Tünel dondurucularda, dondurulacak ürün ya bir bantla
taşınır, veya üst üste yerleştirilmiş raflardan oluşan
araba dizilerinin tünel içindeki hareketiyle taşınır. Buna
göre tünel dondurucu ya bantlı veya raflı-vagonlu
olabilmektedir. Bant veya vagonların tüneldeki hızı
donma süresine göre ayarlanır. Diğer taraftan
dondurulan ürün ile soğuk havanın tünel içindeki
hareketleri “paralel” veya ‘‘zıt” olabilir.
“Zıt akımlı tunel dondurucular”
 “Zıt akımlı” tünellerde dondurulacak ürün tünelin bir tarafından,
soğuk hava ise diğer ucundan verilir Buna göre en soğuk hava,
tünel çıkışında, donmuş ve sıcaklığı çok düşmüş ürünle
karşılaşır, ve sonra tünel girişine doğru yoluna devam eder. Bu
sistemde donma, aşamalı olarak gerçekleşir ve tüm donma
boyunca herhangi bir noktada ürünün sıcaklığının yükselmesi
söz konusu değildir. Ancak soğuk hava. tünelin karşı ucuna
yani, ürün giriş ucuna ulaşana kadar ısınır ve sıcaklığı yükselir.
Kısmen ısınmış hava tekrar evaporatöre dönecek ve yeniden
soğutulacaktır. Ancak bu durumda evaporatör sıcaklığı ile
havanın sıcaklığı arasındaki fark çok büyümüş olduğundan,
evaporatörlerde hızlı ve devamlı karlanma belirir. İşte, özellikle
uzun tünellerde fazlaca beliren bu sakınca nedeniyle, tünellerde
hava hareketi ürün hareketine çapraz olarak düzenlenir, yani
hava tünelin yanlarından verilir. Böylece, havanın hareketi kısa
mesafede gerçekleştiğinden, hava ısınmaz ve ∆T değerinin
büyüme sakıncası ortadan kalkar.
“karmaşık akımlı dondurucu”
 Bazı tünellerde, hava bant boyunca hem alttan hem üstten verilir.
Bu uygulamada havanın tüneldeki dağılımı kusursuzdur. Ancak
soğuk hava çoğunlukla bantın altından yukarı doğru üflenir. Bu
üfleme ile bant üzerindeki madde hava hızı ve parçacık iriliğine
bağlı olarak hafif bir titreşim kazandığından donma hızı yükselir.
Ancak bu sınırlı vibrasyon, dondurulan parçacıkların birbirine
yapışmaksızın ve böylece bir kitle haline dönüşmeden donmalarını
sağlamaktan uzak bulunmaktadır. Halbuki günümüzde, birçok
ürünün bir blok haline gelmeden tek tek parçalar halinde
dondurulması istenmektedir. Bu nedenle bantlı donduruculardan,
bantın altından verilen çok yüksek hızlı havanın, bant üzerindeki
parçacıkları adeta havada yüzer halde tutmasına dayanan
“akışkan yatak dondurucu” (fluidized bed freezer) denen yeni bir
sistem geliştirilmiştir.
Akışkan yatak dondurucular:
 Akışkan yatak dondurucularda, hava içinde yükselen ve
geri düşen adeta kaynamaya benzer bir hareket yapan
parçacıkların her biri, tüm yüzeylerinden soğuk hava ile
tam olarak temas sağlayarak süratle donar. Akışkan
yatak dondurucular gerçekte bir bant dondurucudurlar.
Bununla birlikte çok değişik akışkan yatak dondurucular
vardır.
 Gerçekten akışkan yatak dondurucularda, diğer hava
dolaşımlı dondurma sistemlerinin hiçbirinde ulaşılamayan
hızlı bir dondurma gerçekleşebilmektedir. Bu yöntemde
sadece hızlı bir donma sağlanmakla kalmayıp, ayrıca her
parça ayrı ayrı donduğundan ürünün bir blok haline
dönüşmesi önlenmiş olur.
(individually quick freezing-IQF)
 Bu şekilde her dane ve parçacığın ayrı ayrı donmasına bireysel
hızlı dondurma (individually quick freezing-IQF) denir.
Akışkan yatak sisteminde bir ürünün dondurulabilmesi için,
ürünün belli bir hava akımında akışkanlık kazanabilecek kadar
küçük daneler veya parçalar halinde bulunması gerekir. Bu
yüzden bu yöntem daha çok, çilekgillerde, kiraz, vişne ve
danelenmiş çekirdeksiz üzüm gibi bütün haldeki meyvelerle,
dilimlenmiş şeftali, armut, elma ve yarıya bölünmüş kayısılara
başarı ile uygulanmaktadır. Ayrıca bamya ve bezelye gibi bütün
haldeki sebzelerle doğranmış sebzelerde kullanılmaktadır.
Akışkan yatak dondurucular, dondurulacak parçaların iriliğine
yani havada akışkanlık kazanma niteliğine göre, 5-10 cm
kalınlıkta bir tabaka oluşturacak şekilde beslenirler. Yukarıda da
değinildiği gibi donma süresi çok kısa olup, parça iriliğine göre
3-15 dakika arasında değişir.
Spiral bantlı dondurucular
Yukarıda tanımlanan bantlı donduruculardan farklı olarak
spiral bantlı dondurucular da vardır. Bunlarda, yalıtılmış bir
kabin içinde yer alan ve toplam uzunluğu 100-300 m.
arasında değişen bir bant, dondurulacak ürünü spiral bir yol
izleyerek aşağıdan yukarı doğru taşırken, soğuk hava
yanlardan verilir. Bantın spiral şekilde oluşu, az yer işgal
eden küçük bir sistemde, büyük miktarda hammaddenin
dondurulmasına
olanak
vermektedir.
Spiral
bantlı
dondurucular özellikle, plakalı dondurucularda dondurulma
olanağı bulunmayan, ambalajlanmış haldeki şekilsiz
ürünlerin dondurulmasında kullanılmaktadırlar.
 Soğuk hava akımında dondurulan ürünün su kaybetmesi iki önemli
soruna neden olur. Bunlardan birisi kaybedilen su miktarına göre
üründe kalite düşmesine neden olan fiziksel değişmelerin
belirmesi, diğeri ise evaporatör spirallerinin karlanmasıdır. Aşırı
derecede su kaybı, özellikle donmanın gerçekleşmesinden sonra
yüzeyden sublimasyon yoluyla oluşan su kaybı, ürün yüzeyinde
dondurucu yanığı (freezer burn) denen lekelerin belirmesine neden
olur. Dondurucu yanığı, dondurulmuş ürünün görünüşüne ait kalite
kriterlerine önemli düzeyde olumsuz etkide bulunduğu gibi,
beslenme değerinin düşmesine de neden olmaktadır. Dondurucu
yanığı, donmuş üründeki buzun bölge bölge sublimasyonla
uzaklaşması yoluyla oluştuğuna göre, geride oksijenin derinlere
doğru sızabileceği gözenekli (poröz) bir yapı kalır ve böylece gıda
maddesi oksidatif değişmelere elverişli bir hale gelir. Geriye
dönüşü olmayan bir değişim olan dondurucu yanığı, dondurulmuş
ürün üzerinde parlak noktalar halinde görülür.
 Ürünün su kaybı ileri düzeyde bulunmasa bile, çilek gibi
bazı parlak görünüşlü ürünlerde mat bir görüntüye
neden olması da önemli bir olumsuzluktur. Nihayet
ürünün su kaybı bir ağırlık azalması sonucunu
doğurduğundan, bu aynı zamanda parasal bir kayıp
demektir. Tekrar vurgulamak gerekir ki, ürünün su kaybı
sadece donma sırasında değil, depolamada da devam
eder ve bu nedenle yukarıdaki açıklamalar depolama
için de geçerlidir.
 Ürünün su kaybını, genelde dondurucu yanığını
önlemek veya en düşük düzeyde tutmak amacıyla
çeşitli önlemler alınabilmektedir. Bunların en kesin ve
önemlisi şüphesiz dondurulacak meyve veya
sebzenin dondurmadan önce ambalajlanmasıdır.
Ancak bu önlem IQF gibi bir yöntemde olanaksız
olduğu gibi, diğer yöntemlerde ambalajın ısı
aktarımını engellemesi yüzünden donma süresinin
çok uzamasına neden olmaktadır. Şu halde
ambalajlama her zaman uygulanabilir bir önlem
değildir.
 Su kaybını önlemede diğer bir olanak, dondurulan
ürünün henüz sıcak olduğu ve bu sebeple fazla su
kaybettiği donma başlangıcında, nem oranı çok yüksek
olan yaklaşık -4°C,
-5°C’lerdeki soğuk hava ile
soğutulmasıdır. Böylece bu ön soğutma ile kritik bölge
sorunsuz olarak aşıldığından ikinci aşamada daha soğuk
hava ile karşılaşan ürün, süratle donar ve donma kısa
sürede gerçekleştiğinden nem kaybı azalır. Nitekim bu
nedenle akışkan yatak dondurucularda çoğunlukla
 “ön soğutma” ve “dondurma” gibi iki bölme bulunur.
 Diğer taraftan, ürünün su kaybına karşı başka bir
önlem ise, ön soğutma ile ürünün ıslatılmasının
beraberce uygulanmasıdır. Buna göre dondurulacak
ambalajsız ürün, önce ıslatılır ve sonra ön soğutma
bölgesinde hafifçe dondurulur. Bu sırada yüzeyde
önce bir buz tabakası (glaze) oluşur. Glaze
kaplanmış parçacıklar, esas dondurma bölgesinde
dondurulurken, bir miktar nemi sublimasyonla sadece
bu tabakadan kaybeder. Ürünü su kaybından
koruyan bu işlem. balıkların dondurulmasında yaygın
olarak uygulanmaktadır.
 Ürünün kaybettiği su, buhar olarak havaya karışır. Nem düzeyi
artmış hava, evaporatör spirallerine ulaşınca, nemin bir kısmı bu
spiraller üzerinde yoğunlaşıp kar halinde toplanır Ambalajsız olarak
dondurulan ve depolanan ürünlerin su kaybetmesinin en önemli
olumsuz sonuçlarından birisi, karlanma sonucu evaporatörün
soğutma gücü azalır ve sık sık karın çözülmesi (defrost) için
evaporatörün devre dışı bırakılması gerekir. Dondurulan ürünün su
kaybını azaltan önlemlerin çoğu aynı zamanda evaporatör
spirallerinin karlanmasını da sınırlar. Bunlardan en etkini
evaporatör soğuk hava sıcaklığından birkaç derece düşük
olmasıdır. Yani evaporatör ve soğuk hava sıcaklıkları arasındaki
fark (∆T) en çok 5-10oC olmalıdır. Diğer taraftan evaporatör
yüzeyinin karlanmasını önleyen glikol gibi antifrizlerin kullanımı da
başka bir çözümdür.
2. İndirekt kontakt metoduyla dondurma
 Bu metodun ilkesi, içten soğutulan iki plaka arasına
yerleştirilmiş ambalajlı ürünlerin plaka ile teması sonucu
dondurulmasıdır Dondurulan ürün ile, soğumayı
gerçekleştiren
refrijerant
arasında
plaka
bulunduğundan bu yönteme “dolaylı temas metoduyla
dondurma” denir. Evlerde buz dolaplarının buzluk
bölmesinde bazı gıdaların dondurulması tek taraftan
etki eden bir plakalı dondurma yöntemi olarak
görülebilir.
 Gıdaların
indirekt
kontakt
metoduyla
dondurulmasında tek koşul, dondurulacak ürünün
dikdörtgen prizması seklinde bir ambalajda
bulunmasıdır. Ambalajlı ancak şekilsiz bir kitlenin bu
sistemde dondurulma olanağı yoktur. Çünkü
ambalajın düzgün bir yüzeyle plakaya tam olarak
değmesi donma süresi açısından çok önemlidir Buna
göre düzgün şekilli ve aynı kalınlıktaki ambalajlar
plaka üzerine yan yana yerleştirilip, diğer plaka da
üste yerleştirilince iki yönden hızlı bir dondurma
sağlanabilmektedir
2. İndirekt kontakt metoduyla dondurma
Bu açıklamalara göre indirekt kontakt metoduyla
dondurmada en yaygın sistemin plakalı donduruculardır. Bu
nedenle bu metoda aynı zamanda “plakalı dondurma
metodu” da denmektedir
Donma süresi, başta ambalajla plakanın temas derecesine
bağlı olmak üzere, ambalaj materyalinin cins ve kalınlığına,
dondurulan ürünün çeşidine, sıcaklığa ve tüm ambalajlı
gıdanın kalınlığına göre değişir. Genel olarak 5 cm
kalınlıktaki ambalajlı kitleler 90120 dakikada donmaktadır.
Görüldüğü gibi kabin şeklindeki plakalı dondurucular, kesik
çalışmakta genellikle her 2 saatte bir, belli bir parti
dondurulmakta ve sonra boşaltılmaktadır.
Kontinü çalışan plakalı dondurucular da vardır.
3. Daldırılarak dondurma
yöntemde
dondurulacak
ürün,
ambalajlanmış veya ambalajlanmamış olarak,
düşük sıcaklıklara kadar soğutulmuş uygun bir
sıvıya daldırılmakta veya bu sıvı ürün üzerine
püskürtülmektedir. Ürünün ambalajlı olması
durumunda, soğutucu ile soğutulan arasında bir
engel (ambalaj materyali) bulunduğundan, bu
tip daldırarak dondurma uygulaması bazılarınca
indirekt
kontakt
metodu
olarak
kabul
edilmektedir.
 Bu
 Ambalajsız gıdaların daldırılarak dondurulmalarında,
gıda maddesi ile sıvı refrijerant arasında kusursuz bir
ısı aktarımı sağlanmakta ve böylece hızlı bir donma
gerçekleşmektedir. Buna ek olarak daldırarak
dondurmanın diğer bazı olumlu yönleri daha vardır.
Her şeyden önce belirgin bir şekli olmayan birçok
ürünün bu yolla başarı ile dondurulması olanaklıdır.
Ayrıca parçacık halindeki ürünler bu yöntemle
bireysel olarak dondurulabilmektedirler. Örneğin,
soğuk şeker şurubuna daldırılarak dondurulan
meyveler ince bir şurup filmiyle kaplanarak tek tek
donduklarından depolamada, renk ve aromalarını
daha iyi korumakta ve oksidatif değişmelere
uğramamaktadırlar. Ayrıca oksidasyona duyarlı
ürünlerde de iyi sonuç alınmaktadır
3. Daldırılarak dondurma
Daldırarak dondurmada kullanılabilecek refrijerantların sayısı sınırlıdır.
Bunun nedeni ise, kullanılacak refrijerantlarda aranan bazı
özelliklerden kaynaklanmaktadır. Her şeyden önce bu amaçla
kullanılacak
sıvının
düşük
sıcaklıklarda
bile
donmaması
gerekmektedir. Gıda ile doğrudan temas eden yani ambalajlanmamış
ürünlerde kullanılan refrijerantların ise ayrıca; toksik etkili olmaması,
yabancı renk, koku ve tat içermemesi, gıdanın rengini değiştirici
etkide bulunmaması ve nihayet uygulama sırasında bileşiminin
değişmemesi istenir. Diğer taraftan ambalajsız gıdaların daldırılarak
dondurulmalarında kullanılan refrijerantlarda aranan en önemli
özellik şüphesiz, refrijerantın duyusal özellikleri ile, dondurulan
gıdanın duyusal özelliklerinin uyuşmasıdır. Örneğin meyveler
şeker şurubu ile, balıklar ise salamura ile dondurulabilir .
3. Daldırılarak dondurma
 Daldırılarak dondurmada kullanılan refrijerantlardan veya donma
noktası düşük sıvılardan en yaygınları, salamura (tuz çözeltisi),
şeker şurubu ve gliserol çözeltilerdir. %23 tuz içeren bir
salamuranın ötektik noktası -21°C’dir Aynı şekilde şekerle de en
çok 21°C’ye inilebilmektedir. Sakaroz çözeltisinin %62
konsantrasyonda
ötektik
noktası
-21°C’dir.
Meyvelerin
dondurulmasında kullanılabilen gliserolun sudaki %67’lik çözeltisi
ile, -47°C’ye kadar inilebilmektedir. Diğer taraftan propilenin sudaki
%60’lık çözeltisiyle, -51°C’ye kadar inilebilmekteyse de, propilen
çözeltisinin sadece ambalajlanmış gıdalarda kullanılabileceği
gözden uzak tutulmalıdır.
4. Kriyojenik sıvılarla dondurma
 Kaynama noktası çok düşük olan sıvılaştırılmış gazlara kriyojenik
sıvılar denir. Gıdaların dondurulmasında en fazla kullanılan
kriyojenik sıvıların başında “sıvı azot” ve sonra “sıvı
karbondioksit” gazı gelmektedir. Bu refrijerantlardan sıvı azot, 196°C’de, sıvı karbondioksit ise, -145°C’de kaynamaktadır. Şu
halde kriyojenik dondurma çok düşük sıcaklıklarda, genellikle 60°C’nin altında gerçekleştirilen dondurma olarak tanımlanabilir.
Çilek ve bazı üzümsü meyvelerle, dilimlenmiş domates ve mantar
gibi bazı duyarlı gıdalardan, ancak çok hızlı bir dondurma ile
kaliteli bir ürün elde edilebilmektedir. Kriyojenik dondurma yöntemi
de esas olarak bu tip ürünler için geliştirilmiş olup, uygulaması da
bu ürünlerle sınırlıdır. Bununla birlikte kriyojenik dondurmada
kullanılan ekipmanların basit ve ucuz olma!arı az yer kaplamaları
gibi diğer bazı üstünlükleri de vardır. Ancak kriyojenik sıvıların
pahalı olması metodun en olumsuz yönüdür.
4. Kriyojenik sıvılarla dondurma
 Kriyojenik sıvıların en yaygın olarak
kullanılanı sıvı
azot gazı, havanın sıkıştırılıp önce likit hale getirilmesi
ve sonra oksijenin kaynama derecesinin -183oC, azotun
kaynama derecesinin -196oC olması olgusundan
yararlanarak sıvı havanın özel bir valften geçirilerek,
azot
gazının
oksijenden
ayrılması
yoluyla
üretilmektedir. Üretilen azot gazı tekrar sıkıştırılarak sıvı
azot gazı elde edilmektedir. Sıvı azot gazı atmosferik
basınçta -196°C’de kaynadığından, eğer elde edilmiş
sıvı gaz iyi izole edilmiş tanklarda depolanırsa, bu
sıcaklıkta atmosferik basınçta sıvı olarak kalır ve
sadece çok az bir kısmı -196°C’deki azot gazına
dönüşür.
4. Kriyojenik sıvılarla dondurma
 Kriyojenik dondurma amacıyla sıvı azot, toksik özellikte
olmaması, gıda maddesinin hiç bir öğesi ile reaksiyona
girmemesi (inert olması), aksine havanın yerini alarak birçok
oksidatif reaksiyonları önlemesi, dondurmada ayrı bir
soğutma ekipmanına gereksinim duyulmaması gibi nedenlerle
öncelikle kullanılmaktadır.
 Sıvı azot, dondurulacak gıda üzerine üç şekilde uygulanabilir.
Dondurulacak gıda
 sıvı azota daldırılır,
 sıvı azot gıda üzerine damlacıklar halinde püskürtülür
 dondurulacak gıda üzerinden düşük sıcaklıktaki azot gazı geçirilir.
Bu uygulamalar için çeşitli sistemler geliştirilmiştir. Ancak refrijerant
tasarrufu için, daha çok zıt akım tünel sistemi kullanılır. Tünel
sistemlerine dondurulacak ürün tünelin bir ucundan girerken diğer
ucundan ürün üzerine sıvı azot püskürtülür.
4. Kriyojenik sıvılarla dondurma
 Sıvı azotun sıcaklığı -196oC olmakla birlikte ürünün yüzey sıcaklığı
180°C’ye kadar inebilmekte ancak ürünün genel sıcaklığı daha
sıcak olan iç kısımların etkisiyle yükselerek ve dengelenerek
depolama
sıcaklığına
erişmektedir.
Kriyojenik
sıvılarla
dondurulmuş ürünlerin
yüzeyi, bazen daha sonra su
püskürtülmek suretiyle, ince bir glaze tabakasıyla kaplanmaktadır.
 Diğer taraftan kriyojenik dondurmada karbondioksit, sıvı halde
veya katı halde kuru buz olmak üzere iki formda uygulanmaktadır.
Sıvı karbondioksit, bu gazın yüksek basınç altında sıkıştırılmasıyla
elde edilir Kaynama derecesi -145°C dir.
Soğutucu akışkanlar
 Dondurma düzenlerinde çeşitli refrijerantlar kullanılmaktadır.
 Freon 22 (CHF2Cl): Hidroflorokarbon (HFCF) ailesinden bir
kimyasaldır. R22 simgesiyle gösterilen ve kimyasal adı
difloromonoklormetan olan bu refrijerant, dondurarak muhafaza
depolarında ve büyük soğuk depolarda kullanılmaktadır. Meyve
ve sebzelere zararsızdır. Toksik özelliği yoktur. Ancak bu tip
soğutucu akışkanların atmosferdeki ozon tabakasını inceltici
etkisi vardır.
 Freon 12 (CF2Cl2): R 12 simgesiyle tanınan bu refrijerantın
kimyasal adı, diflorodiklorometan’dır. “Freon”, “Frigen” ve
“Kaltron” gibi isimlerle de anılır. Kokusuzdur, yanmaz, meyve
ve sebzelere zarar vermez. Sızıntı arama cihazının alevinde
yeşilimsi bir renk vererek tanınır. Meyve ve sebzelerin soğukta
depolanmasında yaygın olarak kullanılır. Toksik değildir.