Dondurma karışımlarının pastörizasyonu amacıyla sürekli akış mikrodalga proses tasarımı
Design of a continuous flow microwave process for pasteurization of ice cream mixes
Yazar: ELİF NİDA ÇAKIR
Danışman: PROF. DR. FERRUH ERDOĞDU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Gıda ürünlerinin üretiminden tüketimine kadar geçen süreçteki risk yönetimi tüketici sağlığını korumak amacıyla gıda güvenliği ve güvencesi için kritik bir alan oluşturmaktadır.  Dondurma her yaş grubundan insanın dört mevsim tükettiği bir gıda ürünü olmakla birlikte mikrobiyolojik açıdan risk taşıyan bir ürün grubudur. Dondurma pastörizasyonu amacıyla endüstride kullanılan geleneksel yöntemlerde yaygın olarak ısı değiştiriciler kullanılmakta olup bu proseste fosil yakıt kullanımı ile karbon ayak izi de artmaktadır. Avrupa Birliği (AB) başta olmak üzere birçok ülke karbon ayak izini azaltmaya yönelik adımlar atmaya başlamıştır. Bu bağlamda bu tez çalışması kapsamında mikrodalga ısıtma yöntemi kullanılarak dondurma karışımlarının pastörizasyonu ile hem gıda güvenliğini arttırmak hem de çevresel sürdürülebilirliği destekleyecek bir prosesi geliştirilmesi hedeflenmektedir. Bu kapsamda, dondurma karışım örneği laboratuvar ölçekli bir mikrodalga sistemde iki farklı hacimdeki kaplarda noktasal sıcaklık değerleri minimum 80 °C oluncaya kadar proses edilmiş ve buradan elde edilen verilerle Comsol Çoklufizik V5.6 yazılımı kullanılarak geliştirilen model doğrulama çalışmaları gerçekleştirilmiştir Daha sonraki aşamada sistem etkinliğini belirlemek amacıyla (büyük hacimli kap kullanılarak) Listeria monocytogenes inoküle edilmiş dondurma karışımı örneklerine 200, 400, 600 ve 750 s süreyle mikrodalga ısıtma uygulanmış ve elde edilen mikrobiyal azalma belirlenmiştir. Prosesin ürün kalitesine etkisi renk analiz sonuçları ile değerlendirilmiş ve matematiksel model çalışması için dielektrik özellikler ve reolojik değişimler ayrıca deneysel olarak ölçülmüştür. Mikrobiyal yük, 600 s işlem sonrası 2,7 log azalmış ve 750 s uygulama sonrası tam inaktivasyon sağlanmıştır. Bu sonuçlar kapsamında son sıcaklık temel alınarak endüstriyel skalada sürekli akış mikrodalga sistem tasarımları gerçekleştirilmiş ve mikrodalga uygulamanın dondurma karışımları pastörizasyonunda uygulanabilir alternatif bir yöntem olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
Risk management in food manufacturing to consumption is crucial for food safety, as millions of people suffer from food-borne illnesses annually according to the World Health Organization (WHO). As a widely consumed food product across all age groups, ice cream poses microbiological risks. Conventional pasteurization methods in the industry often rely on heat exchangers, which contribute to high carbon footprints due to fossil fuel use. Specifically the European Union and other countries have focused on reducing carbon emissions. This study explored microwave heating as an alternative pasteurization method for ice cream mixes to enhance food safety and environmental sustainability. A laboratory-scale microwave system was used to pasteurize ice cream in two different volume containers, achieving temperatures of 80 °C. The mathematical model developed (using Comsol Multiphysics v5.6) to determine the temperature changes during microwave processing of ice cream mixes was validated with the experimental data. Ice cream mix samples, inoculated with Listeria monocytogenes, were also processed for 200, 400, 600, and 750 s to determine the microbial reduction. A 2.7 log reduction in microbial load after 600 s and a complete inactivation after 750 s were obtained, and the achieved temperature data was further applied with the validated model to design an industrial-scale continuous flow microwave process. In addition, product quality was evaluated through color analysis, dielectric properties, and rheological changes were experimentally determined and used in the model development. The proposed industry-scale system designs offer a sustainable and efficient method for ice cream pasteurization.