Yoğurt Fermantasyonunda Laktik Asit ve pH'ın İzlenmesi

Fermantasyon bitiş noktası neden önemlidir

Yoğurt üretiminde ısıl işlem görmüş süt, laktozu laktik aside dönüştürmek ve sütün pH'ını düşürmek için sinerjik olarak çalışan Streptococcus thermophilus ve Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus ile aşılanır; yoğurt pıhtısının oluşumu, pH düştükçe kazeinin izoelektrik çökmesine dayanır [1]. Fermente Sütler için Codex Standardı yoğurdu bu simbiyotik kültürle tanımlar ve laktik asit cinsinden en az %0,6 (m/m) titrasyon asitliği öngörür [2]. Dolayısıyla süt işleyicileri için asitleşmenin ne zaman durdurulacağına karar vermek hem bir tekstür hem de bir bileşim sorunudur.

Fermantasyon soğutmayla sonlandırılır. Yoğurt işlemeye ilişkin bir derleme, pH yaklaşık 4,7–4,3'e ulaştığında yaklaşık 5 °C'ye soğutmayı tarif eder; bu, starter kültürü baskılar ve asitliğin daha fazla artmasını önler. 10 °C'nin altına hızlı, tek aşamalı soğutma, iki aşamalı soğutmaya göre daha düşük viskozite verir; iki aşamalı soğutma ayrıca sinerezi de sınırlar [1]. Daha önceki koşullar da önemlidir: Lee ve Lucey, yoğurt jellerinin geçirgenliğinin, gözenek boyutunun ve serum ayrılmasının daha düşük aşılama oranı ve daha yüksek inkübasyon sıcaklığıyla (yaklaşık 46 °C'ye karşı 40 °C) arttığını bulmuştur [3]; daha sonraki derlemeleri ise yoğurt tekstürünü toplam katı madde, ısıl işlem ve inkübasyon sıcaklığıyla ilişkilendirir [4].

Referans ölçümler: pH ve titrasyon asitliği

Asitleşmeyi iki referans büyüklük tanımlar. pH, soğutmanın başlatıldığı proses değeridir [1] ve endüstriyel yoğurt üretiminde gerçek zamanlı izleme sinyali olarak hat içinde uygulanan genellikle tek ölçümdür [6]. Titrasyon asitliği ise bileşim kriteridir: Codex sınırı laktik asit yüzdesi olarak ifade edilir [2] ve ISO/TS 11869 | IDF/RM 150; sade, aromalı, meyveli ve içilebilir yoğurt, taze peynir, yayık altı ve diğer fermente süt ürünlerinin titrasyon asitliğinin belirlenmesi için potansiyometrik bir yöntem tanımlar [5]. Ancak titrasyon asitliği, tanktan alınan bir numune üzerinde yapılan bir laboratuvar titrasyonudur.

Svendsen ve ark., üreticilerin bileşim, tekstür veya kontaminasyon gibi pH'tan fazlasını bildiren bir hat içi teknikten fayda göreceğini belirtir [6].

Hat içi yakın kızılötesi çalışmaları neler bildiriyor

Cimander ve ark., laboratuvar ölçekli yoğurt fermantasyonlarında bir elektronik burun, bir yakın kızılötesi (NIR) spektrometre ve standart biyoreaktör problarının verilerini birleştirmiştir; bir yapay sinir ağı laktoz, galaktoz ve laktatı, ayrıca koagülasyonun başlangıcı veya hasat zamanı gibi proses durumlarını off-line referans analizle karşılaştırılabilir doğrulukla tahmin etmiştir [7]. Grassi ve ark., temel bileşen analiziyle incelenen Fourier dönüşümlü NIR (FT-NIR) spektrumlarını reoloji, pH, titrasyon asitliği ve şeker ile laktik asit konsantrasyonlarıyla karşılaştırmış ve FT-NIR'ı pıhtı gelişiminin gerçek zamanlı değerlendirilmesi için yararlı bulmuştur [8]. Üç starter kültürle 37, 41 ve 45 °C'de yürütülen 18 fermantasyonluk bir devam çalışmasında, hat içi FT-NIR spektrumlarının çok değişkenli eğri çözümlemesi (MCR-ALS) koagülasyon evrelerine karşılık gelen üç profil ayırmış; konsantrasyon profilleri starter kültüre ve sıcaklığa bağlı çıkmış ve pH ile reoloji sonuçlarıyla uyum göstermiştir [9].

Svendsen ve ark., yoğurt tipi fermantasyonları hat içi NIR ile izlemiş ve viskozitedeki değişimin ışık saçılmasını güçlü biçimde etkilediğini bulmuştur; NIR sinyali hem tekstürle ilişkili saçılmayı hem de biyokütle oluşumu ve şekerin laktik aside dönüşümüyle ilişkili soğurmayı yansıtır [6]. Muncan ve ark., 8 saatlik fermantasyon boyunca her 15 dakikada bir NIR spektrumu (830–2500 nm), her 30 dakikada bir de pH kaydetmiş ve asitleşmeyle birlikte görülen taban çizgisi ve eğim değişimlerini su yapısı, protein değişimleri ve koagülasyonla ilişkilendirmiştir [10]. Aktas ve ark., yoğurt fermantasyonunun kinetik kritik noktalarını belirlemek için hat içi FT-NIR verilerine Gompertz denklemini uydurmuştur; bu noktalar reolojiden elde edilenlere göre ortalama yaklaşık %18 daha erken ortaya çıkmıştır [11].

Bu çalışmaların çoğu fermantasyonun seyrini — koagülasyon başlangıcı, evreler ve kritik noktalar — laboratuvar veya pilot ölçekli fermantasyonlarda izler [8][9][10][11]. pH veya titrasyon asitliği için tesise özgü nicel bir modelin yine de tesisin kendi sütü, kültürleri ve reçeteleri üzerinde kalibre edilmesi ve valide edilmesi gerekir.

Orta kızılötesi ve Raman

Sivakesava ve ark., bir Lactobacillus casei fermantasyonundan alınan tam fermantasyon sıvısı numunelerinde biyokütle, glukoz ve laktik asidin at-line ölçümü için FT-MIR, NIR ve FT-Raman spektroskopisini karşılaştırmıştır; en iyi performansı FT-MIR modelleri göstermiş, NIR ve FT-Raman tahmin hataları ise yüksek çıkmıştır [12]. Bu bir biyoproses sıvısıydı, pıhtılaşan bir süt jeli değil; dolayısıyla bu sıralama yoğurda doğrudan aktarılamaz. Bu makale için yoğurt fermantasyonuna ilişkin hakemli bir hat içi Raman çalışması tespit edilmemiştir.

Asitleşme sinyali için pratik noktalar

• Referans yöntemlere bağlayın. Her spektroskopik modeli pH'a ve ISO/TS 11869 | IDF/RM 150'ye göre belirlenen titrasyon asitliğine karşı kontrol edin [5]; çünkü yoğurt için bileşim sınırı titrasyon asitliği üzerinden tanımlanmıştır [2].
• Tekstürü kimyadan ayırın. Jelleşme ışık saçılmasını değiştirdiği [6] ve fermantasyon kinetiği starter kültüre ve sıcaklığa bağlı olduğu için [9], kalibrasyon seti üretimde kullanılan kültürleri, reçeteleri ve inkübasyon sıcaklıklarını kapsamalıdır.
• Süt ürünlerine yönelik NIR kılavuzunu izleyin. ISO 21543 | IDF 201, kalibrasyon ve validasyon dahil olmak üzere NIR spektrometrinin süt ürünlerine uygulanmasına ilişkin kılavuz ilkeler sunar [13].

USTECH'in yaklaşımı

Hat içi ölçüm için ProLine2550 Proses FT-NIR Analizörü sıvılar ve bulamaçlar için tasarlanmıştır; ProLine17EC ise 316 paslanmaz çelik gövdeli ve safir pencereli, dayanıklı, IP65 sınıfı bir hat içi NIR analizörüdür. caliX yazılımı yukarıdaki çalışmalarda kullanılan PCA ve PLS araçlarını sunar [8][12]; ProChem ise analizör çıktılarını gösterge panelleri ve alarmlarla PLC/SCADA sistemlerine bağlar. Bir NIR sinyalinin belirli bir ürün için bitiş noktası kararını destekleyip destekleyemeyeceği yayımlanmış sonuçlardan varsayılmaz; kendi numunelerinizle yapılan bir fizibilite çalışmasında belirlenir.