Makaleler

Elektroplazmoliz Tekniğinin Meyve ve Sebze Suyu Verimi ve Kalitesi Üzerine Etkileri- Ege Üniversitesi

Taner BAYSAL^a, Aslıhan DEMİRDÖVEN^b, Ahsen RAYMAN^a

^aEge Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü- İzmir.

^bEge Üniversitesi, Fen bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği, Ana Bilim Dalı-İzmir.

Özet

Gıda sanayinde kırk yılı aşkın bir süredir elektroplazmoliz uygulamaları üzerine çalışmalar yürütülmektedir. Elektroplazmoliz tekniği, elektrik etkisiyle hücre geçirgenliğini artırarak ürün verimini ve kalitesini etkilemektedir. Elektrik uygulaması ile plazmik zarın parçalanarak hücre içi sıvılarının çıkışının kolaylaşması sonucunda meyve suyu veriminde önemli artışlar olabileceği düşünülmektedir. Bu çalışmada, elektroplazmoliz tekniğinin prensibi, meyve suyu işleme sanayindeki kullanım amaçları ile verim ve kalite artırmaya yönelik etkileri üzerinde durulmuştur. Ayrıca portakal, havuç, üzüm ve kivi sularında elektroplazmoliz uygulamasının verim ve kalite üzerine etkileri belirlenmeye çalışılmıştır. Sonuç olarak elektroplazmoliz tekniğinin geleneksel meyve ve sebze suyu üretim yöntemlerine göre; verim ve kalite üzerine olumlu etkilerinin olduğu ve verim artışının yanında fonksiyonel özellikleri de geliştirdiği belirlenmiştir.

Giriş

Teknolojik gelişmelere paralel olarak meyve suyu sanayinde yeni yaklaşımlar ortaya çıkmıştır. Bu yöntemlerin bir kısmını da elektroplazmoliz, ohmik ısıtma ve vurgulu elektrik alan gibi elektriksel yöntemler oluşturmaktadır. Genellikle meyve suyu üretimde elektriksel yöntem uygulamaları ile: ılımlı ısıl işlem koşullarında mikroorganizma ve enzim inaktivasyonu, verim artışı ve üretilen ürünün daha doğal ve besin kalitesinin yüksek olmasını sağlamaları ile renk ve aroma kayıplarını olabildiğince azaltmaları üzerinde durulmakta ve bu konuda kısmen uygulamalar yanında bilimsel çalışmalar da devam etmektedir. Elektriksel uygulamalardan bir tanesi olan elektroplazmoliz tekniğinin meyve suyu üretiminde verim artırıcı yeni yöntem olarak kullanılma olanakları araştırılmaktadır.

Bu çalışmada elektroplazmoliz tekniğinin prensibi, meyve suyu işleme sanayindeki kullanım amaçları ile verim ve kalite artırmaya yönelik etkileri üzerinde durulmuştur. Ayrıca portakal ve havuç suyu üretiminde iğneli tip elektroplazmolizatör ile kivi ve üzüm suyu üretiminde kutu tipi elektroplazmolizatör kullanımı sonucu meyve sularındaki verim ve kalite değişimi belirlenmeye çalışılmıştır.

Elektroplazmoliz

Elektroplazmoliz (EP) tekniği, gıda maddesi ile temas halinde olan elektrotlardan alternatif akım geçirilmesi ve iletkenlik özelliğine sahip olan gıda maddesinin direnç olarak kullanılması ilkesine dayanır ve amacı bitkisel dokularda hücre duvarını parçalanmaktır (Baysal ve ark., 2003). EP uygulaması meyve suyu üretiminde şıra verimini arttırmak, salça üretiminde palper verimini artırmak ve evaporasyon süresini kısaltmak, şeker üretimin de ise özütleme işleminin süresini kısaltmak amacı ile uygulanabilmektedir (McLellon et al., 1991; Pazır ve Okilov, 1996). EP denemeleri ilk olarak Rusya Odesa Teknolojik Enstitüsünde gerçekleştirilmiştir. 1949 yılında Flaumenbaum ve ark. (1986) tarafından başlatılan çalışmalar gıda sanayinde birçok uygulama alanı bulmuştur (Wang and Sastry, 2002; Bazhal et al., 2003a; Bazhal et al., 2003b; Praporscic et al., 2006; Yıldız and Baysal, 2007).

Elektroplazmoliz yöntemi hücreleri en uygun tarzda parçalayan yöntem olarak bilinmektedir (Lazerenko et al., 1977; Barbosa et al., 1999). Bu işlemde stoplazmik zar hücrenin ikinci kabuğu olarak görev yapmaktadır. Yarı geçirgen özellikteki hücre zarı, hücre içi sıvıların dışarı çıkmasını engellemektedir. Plazmik zarın sağlamlığı meyve suyu üretimi gibi teknolojilerde verimi etkilemektedir. Hücre içi sıvılarının çıkışını kolaylaştırmak için ise plazmik zarın parçalanması gerekmektedir (Okilov, 1995). Elektroplazmoliz uygulaması sonucu bitkisel dokuların vakuollerinde önemli ölçüde genişleme ve açılmaların görüldüğü belirtilmektedir (Fincan and Dejmek, 2002).

EP uygulamasıyla dokuların preslenmesinde intensifikasyon amaçlanmaktadır. Yüksek gradyenli (1800-2000 V/cm) ve düşük gradyenli (11-180 V/cm) EP uygulamaları olanaklıdır. Bu uygulamalara EP işleminde uygulanan alan gerginliği (gradyen potansiyeli), işlem süresi, protoplazma ısınma sıcaklığı ve ürünün elektriksel parametreleri olmak üzere 4 ana faktör etki etmektedir (Bazhal and Vorobiev, 2000; Yıldız, 2004). EP işlem süresinin sonu elektriksel akımın maksimum noktaya ulaşması ile belirlenmektedir. Çok hızlı bir işlem olması nedeniyle osilogram ile bu noktanın saptanması gerekmektedir. Prosesin osilogramı elektrik akımı açısından maksimum değere ulaşmasına kadar geçen süreyi göstermektedir. Bu değer meyvenin plazmolize uğrama değerini ifade etmektedir (Lazarenko et al., 1977).

EP uygulanan ürünün termofizik karakteristikleri yani ısıl iletkenliği, viskozitesi ve özgül termik kapasitesi değişmektedir. Bu değişimlerin nedeni ürünün dehidrotasyon olayıdır ve üründe sonradan yapılacak ısıl işlemlerin kolaylaştırılmasında kullanılabilmektedir. Elektrik etkisiyle protein moleküllerinin elektro-kinetik potansiyelinin değişmesiyle ürün ve su moleküllerinin dipol bağları parçalanmaktadır. Bu nedenle üründe elektroplazmolizden sonra bir kısım su serbest kalarak, ürünün termofizik karakteristiği değişmektedir. Böylece EP uygulanan domates pulpu gibi ürünlerin işlem görmeyen domates pulplarına göre ısı iletkenlik katsayıları yükselmekte ve viskoziteleri düşmektedir (Okilov, 1995).

Yapılan çalışmalara göre; turunçgil suları üretiminde EP uygulamasıyla şıra veriminde geleneksel yönteme göre % 10 artış belirlenmiştir (Okilov, 1995). Elma suyuna yönelik bir çalışmada ise pres veriminin % 1.5-4.5 arttığı ve preslemenin kolaylaştığı, düşük dispers partiküllerin şıraya daha az geçtiği, dolayısıyla separasyon ve durultma işlemlerinin daha kısa sürede gerçekleştiği ve filtrasyonun sürat kazandığı bulgulanmıştır. McLellan ve ark., (1991) tarafından elma suları üretiminde ısı, elektroplazmoliz ve enzim uygulamasının şıra verimini ve kalitesine etkilerinin araştırıldığı çalışmada ise; elektroplazmoliz işlemi gören örneklerin renklerinin daha açık ve daha az oksidasyona uğradıkları belirlenmiştir. Bunun nedeninin, şırada bulunan ve şıra renginin esmerleşmesine neden olan polifenoloksidaz enziminin elektrik akımının etkisiyle inaktive edilmesinden kaynaklandığı belirtilmiştir. Ayrıca elektroplazmoliz uygulanan örneklerin berraklık açısından en iyi ve şıra posa verimlerinin ise en az olduğu saptanmıştır. Üzüm suyu üretiminde elektroplazmoliz uygulanmasında ise şıra veriminin % 0.5-2 arttığı saptanmıştır (Sandik, 1983). Bir başka çalışmada ise yine elma suyunda preslemeden önce ön işlem olarak uygulanan EP?in şıra verimini %10-15 arttırdığı vurgulanmıştır (Okilov, 1995). Domates püresi üretiminde elektroplazmoliz uygulamasıyla geleneksel yönteme göre %7 (Yıldız, 2004); domates salçası üretiminde ise %12 (Scheglov et al., 1983) verim artışının sağlandığı belirtilmektedir.

Materyal ve Yöntem

Çalışmada çeşidi bilinen portakal (Valencia), havuç (Nantes), üzüm (Foça Karası) ve kivi (Hayward) yetiştikleri mevsime uygun olarak; İzmir Halinden temin edilmiş ve işleninceye kadar +4^oC?de en fazla 2 gün depolanmışlardır. Portakal ve havuç suyu üretiminde bütün haldeki meyve ve sebzelerin işlenmesine uygun olan iğneli tip elektroplazmolizatör, kivi ve üzüm suyu üretiminde ise parçalanmış meyvelerin işlenmesinde kullanılan kutu tipi elektroplazmolizatör kullanılmıştır. Yapılan ön denemelerde sebze ve meyveler için uygun voltaj gradyenleri ve elektriksel işlem süreleri belirlenerek üretimler gerçekleştirilmiştir.

Portakal suyu üretimi amacıyla; yıkama, ayıklama ve sınıflandırma ön işlemlerinden geçirilen portakallar 2 gruba ayrılmıştır. İlk gruba elektroplazmoliz (27 volt/cm ve 10 sn işlem süresi) uygulaması yapıldıktan sonra kabuk soyma ve ekstraksiyon (Moulinex JU5000 meyve ekstraktörü-800 W) işlemi yapılmıştır. İkinci gruba ise elektroplazmoliz uygulaması yapılmadan aynı işlemler uygulanmıştır. Üretim sonunda elde edilen portakal sularının verimleri, askorbik asit (Hışıl, 2004), pektin (Anon, 1968) ve toplam fenolik madde (Franke et al., 2004) içerikleri belirlenmiştir.

Havuç suyu üretiminde ise yıkama ve sınıflandırma işlemlerinden sonra havuçlar iki gruba ayrılmış; ilk grup havuçlara elektroplazmoliz (22 volt/cm ve 60 sn işlem süresi) uygulaması yapıldıktan sonra ekstraksiyon (Moulinex JU5000 meyve ekstraktörü-800 W) işlemi uygulanmıştır. İkinci gruba ise elektroplazmoliz uygulaması yapılmadan aynı işlemler uygulanmış ve elde edilen havuç sularının ekstraksiyon sonrası verimleri ve pektin (Anon, 1968) içerikleri belirlenmiştir.

Üzüm suyu üretimi amacıyla yıkama, sap ayırma işlemlerinden geçirilen siyah üzümler parçalanarak mayşe haline getirildikten sonra üç gruba ayrılmıştır: 1- Mayşe ısıtma grubu (70 ^oC), 2- Elekroplazmoliz grubu (75 v/cm, 70 ^oC) 3- Kontrol grubu (ısıtma işlemi uygulanmamış). Daha sonra her üç grup örnekte preslenmiştir. Presleme amacıyla Karl Kolb (West-Germany) marka laboratuar tipi pres kullanılmıştır. Başlangıç pres basıncı 20 kN (2,5 dak) ve son pres basıncı 30 kN (2,5 dak) olarak uygulanmıştır. Her bir presleme işleminde 500 gram örnekle çalışılmıştır. Presleme işleminden sonra üzüm sularında verim, toplam antosiyanin (Glassgen et al., 1992) ve toplam fenolik madde (Franke el al., 2004) içerikleri belirlenmiştir.

Kivi suyu üretimi amacıyla yıkama ayıklama ve kabuk soyma işlemlerinden geçirilen kivi meyveleri parçalanarak mayşe haline getirilmiş ve üzüm suyunda olduğu gibi üç gruba ayrılmıştır. 1- Geleneksel mayşe ısıtma grubu (65 ^oC), 2- Elekroplazmoliz grubu (75 v/cm, 65 ^oC) 3- Kontrol grubu (ısıtma işlemi uygulanmamış). Daha sonra her üç grup örnekte preslenmiştir. Presleme amacıyla Karl Kolb (West-Germany) marka laboratuar tipi pres kullanılmıştır. Başlangıç pres basıncı 20 kN (1 dak) ve son pres basıncı 30 kN (1 dak) olarak uygulanmıştır. Her bir presleme işleminde 500 gram örnekle çalışılmıştır. Presleme işleminden sonra kivi sularında verim, askorbik asit (Hışıl, 2004), ve toplam fenolik madde (Franke el al., 2004) içerikleri belirlenmiştir. Tüm üretim ve analizler 2 tekrarlı ve 3 paralelli olarak yürütülmüştür.

Bulgular ve Tartışma

Üretilen portakal sularının ekstraksiyon sonrası verimleri EP grubunda ortalama % 51.13; kontrol grubunda ise % 47.02 olarak belirlenmiştir. Elektroplazmoliz uygulamasının portakal sularında ortalama % 8.74 verim artışı sağladığı bulgulanmıştır. Geçmiş yıllarda yapılan çalışmalarda turunçgil suları üretiminde geleneksel yöntemlere göre % 10 artış sağlandığı belirtilmiştir (Okilov, 1995). Ayrıca EP uygulamasının portakal sularının askorbik asit (69.125 mg/ 100 ml) ve toplam fenolik madde (426.76 mg/lt) içeriklerinde de istatistiksel olarak önemli düzeyde artışlar görülmektedir. Pektin içeriğinde görülen artış sonucu ise portakal suyu üretiminde en önemli sorunlardan biri olan serum ayrılmasının azaltılabildiği belirlenmiştir (Çizelge 1). Portakal sularının fonksiyonel özelliklerinde görülen bu artışın EP uygulamasıyla hücre parçalanmasından kaynaklandığı düşünülmektedir (Fincan and Dejmek, 2002).

Çizelge 1. Portakal suyu analiz sonuçları

Havuç sularında yürütülen analizlerde ise EP grubunda ekstraksiyon verimi %52.3; kontrol grubunda ise % 49.57 olarak belirlenmiştir. Geleneksel üretim yöntemine göre EP uygulamasının havuç sularında % 5.5 verim artışı sağlamanın yanında pektin içeriğinde de istatistiksel olarak önemli artış sağladığı görülmektedir. EP grubunda pektin içeriğinin 341.42 mg/ lt; kontrol grubunda ise 315 mg/lt olduğu saptanmıştır (Çizelge 2). Yıldız (2004)?de domates püresi üretiminde EP uygulaması sonucu pektin içeriğinde önemli artışlar olduğu ifade edilmektedir.

Çizelge 2. Havuç suyu analiz sonuçları

Siyah üzüm sularının üretimleri sonrasında ise pres veriminin EP uygulanan grupta % 87.21; mayşe ısıtma grubunda % 83.32; kontrol grubunda ise %79.02 olduğu belirlenmiştir. EP uygulanan üzüm sularının verimlerinde kontrol grubuna göre % 10.1; mayşe ısıtma grubuna göre % 4.67 verim artışı sağlandığı bulgulanmıştır. Toplam antosiyanin içeriği bakımından elektroplazmoliz (13.01 mg/ 100 ml) ve mayşe ısıtma (13.64 mg/100 ml) işlemleri arasında istatistiksel bir fark belirlenememiştir. Ancak her iki üretim grubunun, kontrol grubuna göre yaklaşık % 69 daha fazla toplam antosiyanin içerdiği belirlenmiştir. Ayrıca üç grup üzüm suyunun toplam fenolik madde içeriklerindeki değişimin istatistiksel olarak önemli olduğu belirlenmiştir. En fazla fenolik madde içeriği EP grubunda belirlenmiştir; bunu sırasıyla mayşe ısıtma ve kontrol grupları takip etmektedir (Çizelge 3).

Çizelge 3. Üzüm suyu analiz sonuçları

Örnekler	Verim %	Toplam antosiyanin (mg/100ml)	Toplam Fenolik madde (mg/lt)
Elektroplazmoliz	87.21±1.2	13.01±1.035	4760±0.05
Mayşe ısıtma	83.32±1.16	13.64±1.05	4736±0.06
Kontrol	79.2±0.9	7.68±1.12	3671±0.08

Kivi sularında ise EP, mayşe ısıtma ve kontrol üretim gruplarında pres verimleri sırasıyla %86.47; 87.43 ve 80.45 olarak belirlenmiştir. İstatistiksel olarak EP ve mayşe ısıtma uygulamaları arasında bir fark bulgulanamamıştır. Ancak EP uygulamasının kontrol grubuna göre pers veriminde % 7.48 verim artışı sağladığı belirlenmiştir. Örneklere ait toplam fenolik madde içeriklerindeki değişiminin ise istatistiksel olarak önemli olduğu ve en fazla fenolik madde içeriğine EP grubunun (4760 mg/lt), en az fenolik madde içeriğine ise kontrol grubunun (3671 mg/lt) sahip olduğu belirlenmiştir (Çizelge 4).

Çizelge 4. Kivi sularına ait analiz sonuçları

Örnekler	Verim %	Askorbik asit (mg/100ml)	Toplam Fenolik madde (mg/lt)
Elektroplazmoliz	86.47±1.2	33.40±1.035	4760±0.05
Mayşe ısıtma	87.43±1.16	41.91±1.05	4736±0.06
Kontrol	80.45±0.9	33.61±1.12	3671±0.08

Sonuç olarak elektroplazmoliz uygulamasının meyve ve sebze suyu üretiminde verim artışı sağlamanın yanında hücre geçirgenliğini arttırarak posada kalan fonksiyonel maddelerin geçişini de önemli ölçüde arttırdığı belirlenmiştir. Elektroplazmoliz uygulamalarının yürütülebilmesi için her meyve ya da sebze için uygun elektroplazmolizatör tasarımı ve uygun işlem koşullarının (voltaj ve elektriksel işlem süresi) belirlenmesi gerekmektedir. Ayrıca ileriki çalışmalarda bu ürünlerin ısıl işlem sonrası ve depolama sırasında meydana gelebilecek değişimlerinde belirlenerek endüstriyel ölçekte üretimlere geçilmesinin uygun olacağı düşünülmektedir.

Teşekkür: Bu çalışma Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dekanlığı BAP Koordinatörlüğü. MEYED (Meyve Suyu Endüstrisi Derneği) ve Gaziosmanpaşa Üniversitesi BAP Koordinatörlüğünün maddi destekleri ile yürütülmüştür.

Kaynaklar

Anon. 1968. IFJU. Methods of analyses. Metod-26. International Federation of Fruit Juice Producers.

10. Rue de Liege. Paris. France.

Barbosa-Canovas. G. V.,Gongora-Nieto. M. M., Pothakamury. U.R. Swanson. B. G.,1999.

Preservation of Foods by Pulsed Electric Fields. Academic Press. London

Baysal,T., İçier. F., Ilıcalı. C., 2003. Gıda İşlemede Elektriksel Yöntemler. 3. Gıda Mühendisliği

Kongresi. 2-4 Ekim 2003. Ankara. 143-157.

Bazhal, M. I., Vorobiev. E. I., 2000. Electric treatment of apple slices for intensifying juice pressing.

Journal of the Science of Food and Agriculture. 80. 1668?1674

Bazhal, M.I., Ngadi. M. O., Raghavan. V. G.S., 2003a. Influence of Pulsed Electroplasmolysis on the

Porous Structure of Apple Tissue. Biosystems Engineering. 86 (1). 51?57.

Bazhal, M., Lebovka. N., Vorobiev. E., 2003b. Optimisation of Pulsed Electric Field Strength for

Electroplasmolysis of Vegetable Tissues.Biosystems Engineering. 86 (3). 339?345

Fincan, M., Dejmek.P., 2002. Insitu visualization of the effect of a pulsed electric field on plant tissue.

Journal of Food Engineering. 55(3). 223?230

Franke, SIR., Chless. K., Silveria. JD., Robensam. G., 2004. Study of Anti-oaksidant and Mutajenic

activity of different Orange Juice. Food Chemistry. 88 (2004) 45- 55.

Glassgen, W. E., Wray. V., Dieter, S., Metzger. J. W., Seitz. H. U., 1992. Anthocyanins From Cell

Suspension Cultures Of Daucuscarota. Pyhtochemistry. 13-5: 1593-1601.

Hışıl, Y.. 2004. Enstrümental Gıda Analizleri Laboratuar Deneyleri. Ege Üni. Müh. Fak. Ders

Kitapları Yayın No: 45.. İzmir.

Lazarenko, B. R.. Fursov. S. P.. Shcheglov. Yu. A.. Bordyan. V. V.. Çebanu. V. G.. 1977.

Elektroplazmoliz. pp 79. 51 ref. (Yıldız. 2004?ten)

McLellan, M. R.. Kime. R. L.. Lind. L. R.. 1991. Electroplasmolysis And Other Treatment To

Improve Apple Juice Yield. Journal Of The Science Of Food And Agriculture. (57). 303-306.

Okilov, Ş.. 1995. Klasik ve Elektroplazmoliz Yöntemleri ile elde edilen Golden Delicious elmalarının

pres Suyuna İşlenmesi Sırasında Kimi Özelliklerine etki Eden Faktörlerin Araştırılması. Y. L.

Tezi. Ege Üni.. Fen Bil. Ens.. Gıda Müh. Anabilim Dalı. İzmir. 69s.

Pazır, F., Okilov. S., 1996. Gıda Sanayinde Kullanılan Elektroplazmolizatörler. Gıda 21 (6). 385-491.

Praporscic. I.. Lebovka. N.I.. Ghnimi. S.. Vorobiev. E.. 2006. Ohmically Heated. Enhanced Expression of Juice from Apple and Potato Tissues. Biosystems Engineering . 93 (2). 199?204

Sandik, I. V.. 1983. Konservnayai Ovoshchesushil?naya Promyshlennost?. No. 5

Shcheglov, Yu. A., Rudkovskaya. G. V.. Rozhko. V. S.. 1983. Use of elctroplasmolysis in the

manufacture of Tomato paste. Konservnaya i Ovashchesushil?naya Promyshlennost. (5).8-10.

Shcheglov, Yu. A., Zelonskaya, M. N., Reşetko, E. V., Bogdan, K. N., 1967. Elektronnaya Obrabotka

Materilov. No.2

Wang, W., Sastry, S. K., 2002. Effects of moderate electrothermal treatments on juice yield from

cellular Tissue. Innovative Food Science and Emerging Technologies 3: 371?377.

Yıldız, H., Baysal. T., 2007. Color and Lycopene Content of Tomato Puree Affected by

Electroplasmolysis. International Journal of Food Properties. 10:3. 489 ? 495

Yıldız, H., 2004. Domates Salçası Üretiminde Elektroplazmoliz Uygulamasının. Salça Kalitesi Ve

Verimi Üzerine Etkilerinin Araştırılması: EÜ. Fen Bil. Enst. (Doktora Tezi) Bor