Ultrason Uygulamasının Sütün Homojenizasyon Etkinliğine ve Süt Yağ Globül Boyutuna Etkisi

Homojenizasyon, mekanik bir kuvvet ile sütün yağ globül çaplarının küçültülerek ürün içerisinde homojen bir şekilde dağılmasını sağlayan önemli teknolojik bir işlemdir. Sütte yağ globülleri 1-10 µm çapında olup emülgatör olarak görev yapan 5-10 nm kalınlığında fosfolipid-protein kompleksinden oluşan bir membran ile çevrilidir. Membranda bulunan aglutininlerin reaksiyonları ve ara yüzey gerilimi gibi sebeplerle süt yağ globülleri birleşmeye meyillidir. Birçok süt ürününün fiziko-kimyasal, duyusal ve reolojik özellikleri içerdiği yağ globüllerinin boyutundan ve dağılımından önemli ölçüde etkilenmektedir.

Homojenizasyon, süt sanayinde özellikle pastörize ve UHT içme sütü teknolojisi ile koyulaştırılmış süt teknolojisinde kaymak bağlamayı önlemek için kullanılsa da bunun yanında fermente süt ürünleri gibi pek çok süt ürününde tat ve aromayı iyileştirip homojen hale getirmek, su tutma kapasitesini ve viskoziteyi artırmak, serum ayrılmasını azaltmak gibi ürünün kalitesini etkileyen özelliklerini de iyileştirmektedir. Homojenizasyonun bu etkisi süt yağ globüllerinin toplam yüzey alanını arttırmasından kaynaklanmaktadır.

Ultrason, insan duyma eşiğinin (>20 kHz) üzerindeki frekanstaki ses dalgaları olarak tanımlanmakta olup süt teknolojisinde 20 ile 40 kHz frekans aralığında ve 10W/cm2 ’in üzerindeki yoğunluklarda yüksek enerjili ultrason uygulamaları kullanılmaktadır. Güvenli, nispeten ucuz, basit, hızlı, enerji tasarrufu sağlayan ve toksik etkisi bulunmayan ses dalgalarından oluşan ultrason uygulamaları ayrıca yeşil teknoloji olarak adlandırılan çevre dostu bir uygulama olduğundan süt teknolojisinde gelecek vaat etmekte ve tüketicilerin de ilgisini çekmektedir.

Ses enerjisi sıvı ortamda boylamsal dalgalar halinde yayılırken oluşan basınç farkı nedeniyle gaz baloncukları genişleyip daralmaktadır. Gaz baloncukları daha fazla enerji absorblayamayacak hacme ulaştıklarında yüksek sıcaklık ve yüksek basınç bölgeleri oluşturan patlamalar meydana gelerek sıvı ürünlerde bir dizi kimyasal ve fiziksel değişimler oluşmaktadır. Ultrason işleminin sebep olduğu akustik kavitasyon süt gibi ürünlerde akustik akış, şok dalgaları, mikro jetler, türbülans ve kayma kuvveti gibi bazı kuvvetler meydana getirmektedir. Bu kuvvetler, birbiriyle çarpışma ve büyüme eğiliminde olan süt yağ globüllerini parçalayarak ortalama globül çaplarını etkili derecede küçültmektedirler. Ayrıca klasik homojenizatörler gerek yatırım maliyeti gerekse bakım maliyeti yüksek ekipmanlardır. Yüksek basınç uygulamasını sağlayan homojenizasyon valfleri zamanla aşınmakta ve periyodik olarak değiştirilmeleri gerekmektedir ki bu da bakım maliyetini arttıran önemli bir faktördür. Bunun yanında ultrasonik homojenizatörlerin temizleme kolaylığı da bulunmaktadır. Ultrasonik homojenizatörler hem yatırım hem bakım maliyeti açısından klasik homojenizatörlere göre önemli avantajlara sahiptir ve süt teknoloji açısından önemi giderek artmaktadır.

Yapılan çalışmalar ultrasonik homojenizasyonun sütlerde yağ globül boyutlarını klasik homojenizasyona göre belirgin şekilde küçülttüğünü göstermektedir. Bazı araştırmacılar, süt yağ globül boyutunu yağlı objektif yerleştirilmiş mikroskop ile belirledikleri çalışmalarında farklı güçlerde ve sürelerde ultrason uygulamalarını karşılaştırmışlar ve güç seviyesi ile işlem süresi arttıkça homojenizasyon etkinliğinin arttığını, yağ globülleri boyutunun küçüldüğünü saptamışlardır.

Ayrıca, çiğ süte uygulanan tek kademeli (150 bar) ve çift kademeli (150/50 bar) klasik homojenizasyon ile 90W, 180W, 300W ve 400W olmak üzere 4 farklı güçte 15 dakika ultrason uygulamasının homojenizasyon etkinliği ve süt yağ globül boyutu üzerine etkisi karşılaştırılmalı olarak belirlenmiştir. Süt yağ globül boyutları mikroskop yerine lazer kırınımı prensibiyle çalışan cihazlar (Mastersizer ve Zetasizer) ile ölçülmüş ve nm boyutunda sonuçlar elde edilerek daha etkili bir şekilde karşılaştırma yapılmıştır.

Referans:

“The Effect of High Power Ultrasound on the Milk Homogenization Efficiency and Milk Fat Globule Size Compared to Conventional Homogenization.” Turkish Journal of Agriculture-Food Science and Technology 8.1 (2020): 252-259.