Bakterilerin inaktivasyonunda, ışınlama ve ısıl işlemin birlikte kullanılmasının oluşturduğu olumlu etkileşim ilk olarak 1950’lerde gündeme gelmiştir [7]. Işınlamayla beraber, ışınlama öncesi veya sonrası uygulanan ısı uygulamasının, bakterilerin vejetatif ve spor formlarının inaktivasyonunda sinerji oluşturduğu belirlenmiştir [2].
Isıl işlem ve ışınlama arasındaki etkileşim, birçok yönden avantajlara sahiptir. Üretimin sonunda yapılan düşük dozda ışınlamanın ardından uygulanan ısıl işlem, bu uygulamanın tek başına
kullanılmasından daha fazla mikroorganizma inaktivasyonu sağladığı için daha güvenlidir [2]. Işınlama sonrası uygulanan ısıl işlemde sporlar dikkate alındığında, spor kılıfı esas hedefi oluşturur. Kılıf peptidoglukan bakımından zengindir ve sporu sarar. Sporların direnci ve uyku hali iç kısmındaki suyun uzaklaşmasına bağlıdır. Işınlama, spor kılıfının peptidoglukan yapısını parçalayarak, iç kısmını daha sulu ve ışınlama sonrası yapılan ısı uygulamasına karşı daha duyarlı hale getirir [8].
Tablo 7.1. Mevcut gıda muhafaza yöntemleri [2]
Amaç Yöntem Örnekler
Isı Pastörizasyon (süt vb) Sterilizasyon (konserve gıdalar vb)
Mikroorganizmaların
yok edilmesi İyonlaştırıcı radyasyon < 10 kGy patojen kontrol, raf ömrünün uzatılması
> 10 kGy sterilizasyon
Yüksek basınç Pastorizasyon etkisi (meyve suları, sos, et)
Düşük sıcaklık Buzdolabı (pişmiş et, süt ürünleri vb)
Atmosfer modifikasyonları Vakum paketleme (kemiksiz et vb) Kontrollü atmosfer (meyve, sebzeler)
Asitlendirme Fermentasyon (fermente et ürünleri, süt ürünleri)
Su aktivitesinin azaltılması Kurutulmuş gıdalar (kurutulmuş sebze ve meyveler) Reçel, tuzlanmış, tütsülenmiş et ürünleri
Ozmotik basıncın artırılması Propiyonat (fırıncılık ürünleri) Benzoat (meyve ürünleri)
Mikrobiyal gelişmenin engellenmesi
Gıda katkılarının kullanımı
Nitrit (et ürünleri) Sülfit (meyve, şarap) Antibiyotik
Işınlama ve ısı uygulamasının Bacillus subtilis sporları üzerine hem tek tek hem de kombine etkileri Tablo 7.2’de verilmiştir.
Tablo 7.2. B. subtilis sporlarına ısı ve ışınlamanın etkisi [4]
Spor sayısındaki desimal azalma Kombine etki Uygulama Doz ve Süre Tek Uygulama Basit toplama Gözlenen Log farkı
Işınlama Isıl işlem 0.5 kGy 10 dak. 90ºC 0.76 0.06 0.82 0.82 0.0 Işınlama Isıl işlem 0.5 kGy 30 dak. 90ºC 0.76 1.82 2.58 3.80 1.22 Işınlama Isıl işlem 1 kGy 10 dak. 90ºC 0.83 0.06 0.89 0.81 -0.08 Işınlama 1 kGy 0.83 2.65 8,37 5.72
Gıdalar mikrobiyolojik güvenlik açısından, ışınlamanın bakterilerin vejetatif ve spor formlarının her ikisine birden hassasiyet kazandırması ısıl işleme kolaylık sağlar [2].
Konserve etlerde ticari steriliteye ulaşmak için uygulanan ısıl işlemde ışınlanmış baharat kullanılması durumunda, F0 değeri (İstenen sterlizasyon değerine ulaşmak için 121.1 ºC’de gerekli ısıtma süresi) 4.7’den 3.4’e düşmektedir. Bu azalma, ürün kalitesi yanında enerji
Diğer bir çalışmada, pişirilmiş salça soslu dana kıymasına yüksek sayıda Listeria monocyogenes ve Salmonella Typhimurum inoküle edilmiştir. Bazı örnekler 0.8 kGy dozda ışınlanarak soğukta depolanmıştır. Daha sonra 60, 65 ve 75 ºC’de ısıtılmıştır. Kontrol örnekleri ön ışınlama yapılmadan ısıtılmıştır. Isıl işlemden önce yapılan ışınlama L. monocytogenes’in D10 (mikroorganizma sayısında 1 logaritma birimi azalma sağlamak için uygulanan ışınlama dozu) değerinde azalmaya sebep olmuştur. Bu da hücrelerin ısıya duyarlı hale geldiğinin bir göstergesidir. Işınlamanın bu etkisi, ışınlama ve ısıtma süresi arasında en az 5 gün devam eder. Bu etkinin, en az Salmonella Typhimurum’da olduğu ifade edilmiştir [9].
Işınlanmış pişmiş ve pişmemiş hindi göğüs ve but etlerinde L. monocytognes ’in D10 değerleri arasında (D10 pişmiş 0.69 ± 0.03 ve D10 pişmemiş 0.56 ± 0.03) önemli farklılıklar bulunmuştur. Fakat kıyma haline getirilmiş hindi göğüs etinin D10 değerinde önemli bir farklılık belirlenmemiştir. L. monocytogenes pişmiş ette pişmemiş etten daha fazla gelişmekte ve çoğalma oranının pişmiş ette daha yüksek olduğu belirlenmiştir [12].
Işınlama sonrası ısı uygulaması, oksijensiz ortamda uygulandığında radyasyondan zarar gören DNA artmaktadır. Isı uygulamasının inaktivasyon gücü ışınlamanın inaktivasyon gücüne katkıda bulunur. Isı; memran stabilitesini bozarken, ışınlama; DNA’da hasarı teşvik etmektedir. Işınlama ile hassaslaşan hücrelerde uygulanan ısıl işlem, tüketimden önce pişirme veya ısıtma işlemi gerektiren gıdalar için rahatlıkla uygulanmaktadır. Işınlamanın ısı ile kombinasyonu bu açıdan özellikle pişmiş hazır gıdalar için oldukça avantajlıdır [2].
Birçok tüketici, soğukta muhafaza edilen gıdaların dondurulmuş gıdalardan daha taze olduklarını düşündükleri için hazır gıdaları tercih etmektedir. Hazır gıdalara olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Hazır gıdalar, perakende sektöründe, yüksek kalitede ve güvenli ürünleri tüketmek isteyen tüketiciler için oldukça popülerdir. Ancak, soğukta depolanmış hazır gıdalar nispeten kısa raf ömrüne (4 ºC’de 7 gün), düşük duyusal kaliteye ve besin değerine sahiptir. Bu ürünlerde diğer önemli bir sorun da mikrobiyal güvenliktir. Teorik olarak, pişirme sırasında bazı patojenlerin vejetatif formları inaktif hale gelirken, bazıları yaşamsal faaliyetlerini sürdürmektedir. Buna ilaveten, doğru üretim uygulamaları olsa bile pişirmeden sonra, paketlemeden önce tekrar kontaminasyon riski mevcuttur. L. monocytogenes gibi psikrotrofik patojenler, buzdolabı sıcaklığındaki depolama sırasında gelişebildikleri için özellikle potansiyel risk taşır. Hazır gıdalarda, modifiye atmosfer ve vakum paketlemeyi içine alan birçok yöntem, mikrobiyolojik ve duyusal kaliteyi korumak için kullanılmaktadır. Bu yöntemler, patojenlerin de dahil olduğu birçok mikroorganizmanın gelişmesini durdurur, fakat onları inaktif hale getirmez [2].
Bir çalışmaya göre, salça soslu kızarmış patates ve patates püresi ile soslu kızarmış biftek ve karnabahardan oluşan hazır gıdaya uygulanan düşük dozda radyasyon ve pişirme, patojen inaktivasyonunda daha başarılı bulunmuştur. Bu çalışmayla hazır gıdalarda gıdanın raf ömrünü ve güvenliğini artırmada ışınlamanın faydası saptanırken, eğitilmiş tüketici panelistler kullanılarak yapılan duyusal testlerde ise, ışınlanan ve soğukta depolanan karnabaharda ve patates püresinde arzu edilmeyen değişikliklere neden olduğu belirlenmiştir. Daha sonraki çalışmada bazı gıdalarda değişiklik yapılarak, soslu kızarmış biftek ve kızarmış patates değişmeden kalmış, karnabahar, brokoli ile patates püresi de Yorkshire pudingi ile yer değiştirmiştir. Eğitim almamış panelistler kullanılarak yapılan geniş çaplı panellerde; bu gıdaların kontrol grupları ve ışınlananlar arasında önemli bir fark belirlenmemiştir [10,11]. Daha yüksek ışınlama dozu kullanılan, dayanıklı (raf ömrü uzun) hazır gıdalar üzerinde yapılan çalışmada ise yüksek ışınlama dozlarının duyusal kalite üzerinde olumsuz etkisi belirlenmiştir. Bu etki, diğer koruma yöntemlerinin kullanımı ile giderilebilir. İlk olarak, ışınlama öncesi gıda
pişirilir. Bu işlem, uzun süreli depolama sırasında kalite kaybına sebep olan enzimleri inhibe eder. İkinci olarak, gıda dondurulur, donmuş durumdayken ışınlanır. Bu işlem, gıda da radyasyonun indirekt etkisi ile oluşan serbest radikalleri azaltır ve duyusal kalite üzerindeki olumsuz değişmelerin azalmasında önemli rol oynar [2].
Diğer koruma yöntemleri kullanılarak üretilen gıdalardan daha yüksek mikrobiyolojik kalitede gıda elde edilebildiği için ışınlanarak sterilize edilen gıdalar, astronotlar tarafından 20 yılı aşkın bir süredir tüketilmektedir. Birçok alanda da steril gıdalara olan talep hızla artmaktadır. Örneğin, bağışıklık sistemi zayıflamış (HIV virüsü taşıyan, kanser ve organ nakli yapılan), yaşlı ve gıdalardan bulaşan enfeksiyonlara karşı yüksek risk taşıyan kişiler steril gıdalara ihtiyaç duymaktadır [2].
Uluslararası Gıda ve Tarım Örgütü (FAO), Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) ve Dünya Sağlık Örgütü (WHO) tarafından 1997 yılında oluşturulan bir çalışma grubu, gıdalara uygulanan yüksek dozların, gıdaların güvenliği ve besin değerleri üzerine etkilerini tartışmıştır. Bu grup, steril gıda üretmek için uygulanan yüksek radyasyon dozlarının güvenle kullanılabileceği sonucuna varmıştır. Üst bir limit tavsiye edilmemiştir. Güney Afrika’da dayanıklı (raf ömrü uzun) hazır gıda üretiminde ışınlama yaygın olarak kullanılmaktadır. Uygulamada gıdalar ışınlama öncesi pişirilmekte veya dondurulmakta, daha sonra 45 kGy ortalama dozda ışınlanmaktadır [2].
Doz aralıkları 12-40 kGy arasında olan elektron demetleri kullanılarak yapılan ışınlama ile birlikte pişirme, vakum paketleme ve dondurma (-40 °C) işlemleri kombine uygulanmış hazır gıdada (portakal sosunun içinde ördek, tavuk, somon ve beyaz etli balık, kızarmış patates, gözleme, pirinç patates püresi ve havuç) mikrobiyolojik olarak kabul edilebilir durumda, 4 °C’de 11 aya kadar depolanmıştır. Patates dışında (yumuşama ve kötü koku oluştuğundan) bütün bu gıdalar, depolama süresi boyunca duyusal özellikleri bakımdan kabul edilebilir durumda olduğu belirtilmiştir [13].
Sebze ve meyvelerde kalitenin iyileştirilmesi için ışınlama ile birlikte orta düzeyde bir ısı uygulaması oldukça faydalıdır. Sıcak suya daldırma işleminden sonra uygulanan düşük dozda ışınlama, belli ürünlerde kalitenin iyileştirilmesi için önerilen kombine bir uygulamadır. Beyaz patatesler üzerine yapılan bir çalışmada, patateslerde çimlenmesinin engellenmesi için 0.1 kGy dozda ışınlama yeterlidir. Ancak mikrobiyal bozulmanın sebep olduğu çürümenin engellenmesi için 85 °C’de 10 dakika suya daldırılarak yapılan ön ısıtma oldukça başarılı olmuştur [14]. Benzer şekilde, sıcak suya daldırma işlemi (55 °C’de 20 dakika)’nin ardından yapılan 0.6 kGy ışınlamanın, 18-20 °C’de depolanan mangoların raf ömrünü 15 günden 32 güne uzattığı saptanmıştır. Tüketici panelleri ile belirlenen duyusal kalitenin ise daha iyi olduğu, hatta ışınlanmış mangoların daha tatlı ve daha yumuşak olduğu, ayrıca bu uygulamadan A ve C vitaminlerinin etkilenmediği belirlenmiştir [15].
Iceberg marulda (0, 0.5, 1 ve 2 kGy) ışınlama sonrası 47 °C’de sıcak suya 2 dakika daldırma işlemi uygulanmıştır. Sadece 0.5 ve 1 kGy dozlarında, ışınlama sonrası sıcak suya daldırma (47 °C’de sıcak suya 2 dakika) görünüş açısından daha başarılı sonuçlar vermiştir [40].
Diğer bir çalışmada yeşil soğanlarda sadece sıcak suya daldırma işlemi, toplam aerob bakteri (TAB) sayısında azalma sağlamış ancak depolama sırasında TAB başlangıç seviyesine ulaşmıştır. Işınlama ile birlikte kullanıldığında (0.5-1.5 kGy) ise, hem TAB sayısında azalma hem de depolama sırasında oluşan kötü koku ve çürüme azalmıştır. Ayrıca görünüş iyileşerek, yeşil renk korunmuştur [41].
Diğer taraftan ışınlama ve ısıl işlemin eş zamanlı uygulanması (termoradyasyon), bakteri spor ve vejetatif hücrelerinin inaktivasyonunda başarı sağlamaktadır. Staphylococcus aureus’un D10 değeri, ışınlama sırasında sıcaklığın 35 °C’den 45 °C’ye yükseltilmesiyle 0.098’den 0.053’e düşmüştür [16]. Sıvı tüm yumurtada Salmonella Enteridis inaktivasyonunda termoradyasyon uygulamasının, yalnız ışınlama ve ısı uygulamasından daha başarılı olduğu belirtilmiştir. Bu mikroorganizma için D10 değerlerinin 19, 50 ve 60 °C sıcaklıklarda sırasıyla 0.260, 0.237 ve 0.078 olduğu belirlenmiştir [1].