Ultrases Teknolojisinin Balın Kalitesi Üzerine (hmf, Enzim) Etkisinin Belirlenmesi Ve Sanayideki Geleneksel Isıtma Yöntemlerine Alternatif Yöntemlerin Araştırılması

Abstract

Bal, şeker ve su içeriğine ve ortam koşullarına da bağlı olarak belirli bir süre sonra kristalize olmaktadır. Kristalize olmuş balın viskozitesinin de artmasından dolayı akışkanlık özelliğinde azalma meydana gelir. Bu nedenle sanayide pompa ve makineler ile bir yerden bir yere aktarılması ve dolumu mümkün değildir. Diğer taraftan kristalize olmuş bal tüketiciler tarafından hem duyusal hem de görsel olarak kabul görmemektedir. Dolayısıyla bal, sanayide ısıl işlemler ile eritilerek tekrar akışkan hale getirilmekte ve daha sonra da kristalleşme süresini mümkün olduğunca uzatılabilmek için genellikle 70-80 ᵒC sıcaklıklarda pastörize edilmektedir. Bu prosesler balın içeriğinde doğal olarak bulunan enzimlerin diastaz hariç neredeyse tamamen yok olmasına ve istenmeyen HMF bileşenlerinin oluşmasına ve/veya artmasına sebep olmakta ve doğallığına zarar vermektedir. Bu çalışmada balın kristalizasyonunun çözülmesi için sanayide uygulanan ısıl işlemlere alternatif yöntemlerin araştırılarak balın enzim değerlerini olabildiğince korumak ve HMF değerini minimum seviyede tutmak için araştırmalar yürütülmüştür. Bu kapsamda prob ultrases, ultrases su banyosu ve kontrol grubu olarak geleneksel (normal) su banyosu olmak üzere 3 farklı yöntem araştırılmıştır. Prob ultrases uygulamaları hem laboratuvar ölçekte 400 W güce sahip cihaz, hem de pilot ölçekte 2000 W güce sahip cihaz kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmalar 4 çeşit bal (narenciye, geven, ayçiçek, pamuk) üzerinde uygulanmıştır. Pilot ölçekteki çalışmalarda 6 kg bal örneği kullanılırken, laboratuvar ölçekteki çalışmalarda 250 g ağırlığında bal numuneleri kullanılmıştır. Laboratuvar ölçekteki çalışmalar 200 W, 300 W ve 400 W güç ile 0.5, 0.75 ve 1 döngü değerlerinde olmak üzere her bir bal çeşidi için 9 farklı proses koşulunda gerçekleştirilmiştir. Ultrases su banyosu 50 ᵒC ve 55 ᵒC olmak üzere iki sabit sıcaklıkta 45 kHz frekansta yürütülmüştür. Geleneksel su banyosu çalışmalarında yalnızca 50 ᵒC ve 55 ᵒC sabit sıcaklıklar kullanılmıştır. Prototip ölçekteki prob ultrases çalışmaları ise TÜBİTAK MAM pilot tesislerinde 2000 W, 1500 W ve 1000 W güçte yalnızca geven balında gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmaların öncesinde ham balda ve sonrasında uygulanan işlemler sonrası nem, diastaz, invertaz, HMF, renk, viskozite ve kristal miktarları incelenmiştir . Ayrıca balın tamamen sıvılaşması için geçen süre değerleri ve proses sırasında balın ulaştığı maksimum sıcaklık değerleri kayıt altına alınmıştır. Prosesler balın kristalleri tamamen çözülene kadar devam ettrilmiş ve kristallerin çözüldüğünün kanıtlanması için de proses öncesi ve sonrasında kristal ölçümleri DSC (Diferansiyel Taramalı Kalorimetre) ile gerçekleştirilmiştir. İstatistiksel analizler faktöryel desen üzerine kurulu olup, faktörlerin etkisi ve birbirleri ile girişim etkileri değerlendirilmiştir. Prob ultrases denemelerinde ortalama işlem süresi ortalama 9.5 dk iken ultrases su banyosu ve normal su banyosu prosesleri ortalama 201 dk sürmüştür. Ayrıca prob ultrases uygulamalarında balların sıcaklığı ortalama 68 ᵒC değerlerine ulaşmıştır. Yapılan çalışmalar özellikle invertaz enziminin uygulanan işlemler arası farklılıktan oldukça etkilendiğini ortaya çıkartmıştır. Yapılan 2 farklı denemede her bir çeşit bal için invertaz enzimi miktarının güç, döngü faktörleri ve güç*döngü ineraksiyonundan p

Honey crystalizes after a while depending on its sugar and water contents and storage conditions. When honey is crystalized its mobility decreases, and it also becomes unacceptable to the consumers. It is not possible to pump and fill crystalized honey at the industrial scale. Besides, crystalized honey is often perceived to be an adultered product by consumers. Therefore; honey is heated to be liquefied and then pasteurized at 70-80 ᵒC to prolong recrystallization and thereby its shelf life. These applications nearly destroy all enzymes naturally occuring in honey (invertase, glucose oxidase etc.) except diastase and causes to the formation of undesired compunds such as HMF. In the present study, alternative methods were investigated to liquefy honey, while protecting its enzymes and controlling increase in HMF as possibly. In this context, 3 different methods; probe ultrasound, ultrasound water bath, and conventional water bath (as a control group) were used. Probe ultrasound applications were both carried out at lab scale ultrasound (400 W) and pilot scale ultrasound (2000 W). Four different floral honey types, namely; citrus, astragalus, sunflower and cotton honey were selected as samples. 250 g honey sample was used in the lab scale trials while 6 kg each honey sample was used in pilot scale trials. Lab. scale trials were carried out at 3 different power levels (400 W, 300 W, 200 W) and 3 different cycles (0.5, 0.75, 1) for four different honey types. Ultrasound water bath trials were applied at 2 different temperatures (50 and 55 ᵒC) with 45 kHz frequency while conventional water bath process was carried out at only 2 different temperatures (50 and 55 ᵒC). Pilot scale trials were only applied for astragalus honey at 3 different power levels (2000 W, 1500 W, 1000 W) at TUBITAK MAM pilot plant. Before and after the treatments moisture content, diastase, invertase, HMF, color, viscosity and crystal contents of honey were analyzed. Besides, process time for complete liquefaction of honey and maximum temperatures reached during the process were also recorded for each type of honey. Decrystallization process was continued until the complete liquefaction of honey. Crystal content of honey was measured before and after the treatments by using DSC (Differential Scanning Calorimetry) for proving that honey was liqufied. Statistical anaylysis were achieved to investigate the effect of each factor and their interactions based on factorial design. Average process time for probe ultrasound appications were 9.5 minutes while ultrasound water bath and conventional water bath applications took about 201 min. Honey was reached to an average temperature of 68 ᵒC during probe ultrasound process. It was observed that moisture content of liqufied honey was decreased compared to the crystalized honey but the difference was not significant (p