Tavuk karkaslarında mikrodalga uygulama ile Campylobacter jejuni hedefli yüzey dekontaminasyon proses tasarımı için simülasyon çalışması
A simulation study for surface decontamination of chicken carcasses targeting Campylobacter jejuni using microwave processing
Yazar: EZGİ SON
Danışman: PROF. DR. FERRUH ERDOĞDU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Campylobacter jejuni, tavuk karkaslarında gıda güvenliği konusunda önemli bir problem olup gastroenteritin en önemli sebeplerinden biridir. Tüm dünyada insanlardaki akut campylobacteriosis salgınlarının ortaya çıkmasında, kanatlı etleri özellikle de tavuk eti ve ürünleri başlıca enfeksiyon kaynağını oluşturmaktadır. Bu kapsamda campylobacteriosis salgınlarını engellemek adına farkli çalışmalar yapılmış fakat ürünün tekstürünün bozulması, duyusal kalite kaybı ve lokal sıcaklık artışı gibi çeşitli sorunlarla karşılaşılmıştır. 
Bu çalışmada, bahsedilen sorunlar yaşanmadan tavuk karkaslarındaki Campylobacter jejuni sorununun engellenmesi amacıyla mikrodalga proses uygulaması gerçekleştirilmiştir. Ancak mikrodalga uygulama sırasında literatürde de belirtilen lokal ısınma ve ürün yüzeyi yanında iç kısmında da meydana gelen sıcaklık artışını engellemek amacıyla ürün yüzeyine NaCl çözeltisi uygulaması gerçekleştirilmiştir. Bu bağlamda ürün yüzeyi dielektrik özellikleri değiştirilerek sınırlanan pentrasyon derinliğinin azaltılması ve mikrodalga uygulamanın sadece ürün yüzeyinde gerçekleştirilmesi yolu ile yüzey dekontaminasyon uygulaması planlanmıştır. Bu amaçla öncelikli olarak laboratuvar ölçekli bir mikrodalga sistemde matematiksel model geliştirme ve deneysel doğrulama çalışmaları tamamlanmıştır. Ayrıca %1, 2 ve 4 konsantrasyonundaki NaCl çözeltisinin ürün yüzeyinin mikrodalga uygulaması sırasında sıcaklık değişimine etkisi incelenmiştir. Daha sonra gerçekçi bir tavuk geometrisi ile silindirik ve dikdörtgensel mikrodalga kavitelerde endüstriyel ölçekte modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Silindirik kavite için 915 ve 2450 MHz frekans, dikdörtgensel kavite için ise 2450 MHz frekans kullanılmıştır. 
Bu çalışmalarda tavuk karkasının but geometrisi içerip içermemesi ve kavite içerisindeki konumunun sıcaklık dağılımına etkisi belirlenmiş ve lokal sıcaklık artışlarını elimine edebilmek amacıyla kavite içerisinde su akışı ve vurgulu hava jeti uygulaması gibi yenilikçi yaklaşımlar denenmiştir. Sonuç olarak farklı proses uygulamaları sonucunda tavuk karkası yüzeyinde meydana gelen sıcaklık değişimine bağlı olarak C.jejuni konsatrasonunda meydana gelen azalmalar belirlenmiş ve yüzey dekontaminasyonu kapsamında 3 ve 5 log evrelik azalmalar için gerekli proses süreleri hesaplanmıştır. Ürün yüzeyinde meydana gelen yerel sıcaklık artışlarının engellenmesi amacıyla proses sırasında ürüne dönme işleminin uygulanması gerekliliği de geliştirilen model çalışmaları kapsamında belirlenmiştir.

Abstract:
Campylobacter jejuni is a significant food safety problem in chicken carcasses and is one of the most important causes of human gastroenteritis. In the emergence of acute campylobacteriosis outbreaks all over the world, poultry meat, especially chicken meat and its products are considered to be a main source of this infection. For this reason, various literature studies have been carried out to prevent campylobacteriosis outbreaks. However, various problems such as deterioration of the texture of the product, loss of sensory quality and local temperature increases over the product surface have been observed. 
In this study, microwave process was applied to prevent the C. jejuni problem for chicken carcasses for a surface decontamination objective. To prevent the volumetic heating feature of the microwave application and to obtain a surface heating – decontamination, NaCl solutions were applie over the surface. This application led to change of the dielectric properties by reduccing the penetration depth of the electromagnetic wave. To demonstate this approch, first a mathematical model development study was carried out in a lab scale microwave system, and experimental validation studies were completed in a chicken carcass like elliptical geometry. Then, NaCl concentration (1, 2 and 4%) effects were determined on the surface and volumetric average temperature change. Following this validation studies, mathematical modeling studies were carried out with chicken geometry in cylindrical and rectangular industrisal scale system microwave cavities. 915 and 2450 MHz frequencies were used for the cylindrical cavity with 2450 MHz for the rectangular cavity. The latter case included 4 magnetrons through a tunnel geometry to enable the process of more than 1 product simultaneously. With and without the thigh on the carcass, geometrical and location effects on the temperature change were determined. Due to the observation of local unrequired temperature increases over the surface, air impingement and water flow inside the cavity were planned to modify the electromagnetic field distribution and uniform the temperature distribution. For all these cases, surface average temperature change of the chicken carcass was determined, and the required process time to enable 3 and 5 log cycle reduction in the C.jejuni was evaluated. All these studies indicated the requirement of a rotation process applied to the carcass through the process time to enable a surface temperature uniformity amd prevent local temperature increases.