Otoklav Nedir

Otoklavlar 100°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda yürütülen tüm ısıl işlemler, otoklav adı verilen ve atmosferik basınç üzerindeki basınçta çalışan kapalı düzenlerde gerçekleştirilebilir.
Diğer bir deyimle, bu gıdaların dayanıklı duruma getirilmeleri ancak, otoklavlarda sterilize edilmeleri ile sağlanabilmektedir. Otoklavlarda 100°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda, içindeki suyun yüzeyine yapılan buhar basıncının artırılması ve böylece suyun kaynama noktasının yükseltilmesiyle sağlanmaktadır. Otoklava verilen buharla, otoklav içindeki su önce ısınır ve daha sonra oluşan buhar içeride hapsedilerek, basınç yükselir. Şu halde otoklav basıncı ile (doymuş buhar basıncı) sıcaklık arasında belli bir ilişki vardır. Buna göre otoklav basıncının ölçülmesiyle otoklav sıcaklığı da saptanabilir.

Konserve Endüstrisinde Kullanılan Otaklavlar Konserve endüstrisinde kullanılan otoklavlar sterilizasyon sırasında uygulanan basınç açısından genellikle  normal otoklavlar, basınçlı soğutmalı normal otoklavlar ve  yüksek basınçlı otoklavlar  olmak üzere sınıflandırılmaktadırlar.  Yapılarına göre ise yatık ve dik otoklav olarak gruplandırılırlar.  Ayrıca çalışma şekillerine göre, sürekli ve kesik çalışan otoklavlar veya sabit ve döner otoklavlar gibi çeşitli gruplar ayrılabilmektedirler.  Otoklavlarda ısıtma ortamı olarak doğrudan buhar veya su kullanılır. Her iki uygulamanın yararlı yönleri vardır. Örneğin ısıtma ortamı olarak su kullanılması halinde, otoklav içinde ısı iletimini engelleyen hava paketlerinin oluşumu söz konusu değildir.

Buna karşın ısıtma ortamı olarak buhar kullanılması, otoklavda suyun ayrıca ısıtılması zorunluluğunu ortadan kaldırdığından bu uygulamada daha az enerji harcanır, yani daha ekonomiktir. Normal otoklavlar  Meyve ve sebze konserveleri üretiminde normal dik otoklavlar yaygın olmamakla beraber hala kullanılmaktadır. Bu otoklavların yapıları basit olup 1.5 atü basınca dayanıklı, ağzı sızdırmaz nitelikte kapanabilen silindirik bir kazan şeklindedir.  Normal otoklavlarda sterilizasyon sırasında kutu çeperlerine etki eden basınç (etkili basınç PE) kutu içeriğinin ve tepe boşluğundaki havanın ısınmasıyla ortaya çıkan hacim artışının oluşturduğu “kutu içi basıncı” (PK) ile, otoklavın içindeki buhardan kaynaklanan “otoklav basıncı”nın etkisiyle kutuların içten dışa doğru zorlanarak kenet yerlerinin açılmasını önler.  Bu otoklavlarda sterilizasyonda otoklav basıncının (PO) sabit kalmasına karşın, kutu içeriğinin sıcaklığı arttıkça, kutu iç basıncı da yavaş yavaş artar. Buna bağlı olarak da etkili basınç (PE) ısıl işlem süresinin sonuna kadar sürekli olarak artar. Normal otoklavlar  Eğer soğutma sırasında, otoklavdaki buharın birden dışarı bırakılması veya yoğuşturulması gibi yollarla, otoklav basıncı (PO) hızla azaltılırsa, konserve kabının hızla soğuyarak buna uyabilmesi olanaksız olduğundan, kabın iç basıncı (PK) yüksek kalır ve buna bağlı olarak etkili basınç (PE) hızla yüksek bir değere ulaşır. Etkili basınç, konserve kabını içten dışa doğru zorlayan basınç olduğuna göre tanımlanan bu durumun en hafif sonucu, kutunun yalancı bombaj oluşturmasıdır. Ancak belli kritik bir değere ulaşan etkili basınç, kutuda kenedin zorlanmasına ve nihayet sızıntıya, yani hermetik kapatmanın bozulmasına neden olur. Şu halde normal otoklavlarda sterilizasyon sonunda uygulanan soğutma, bu açıdan da son derece önemli bir aşama olup, soğutma boyunca etkili basıncın (PE) belli bir düzeyi aşmaması için her türlü önlem alınmalıdır. Normal otoklavlarda sterilizasyon sürecinde basınç değişimi Basınçlı soğutmalı normal otoklav  Bu otoklavlarda, soğutma sırasında ısıtma aşamasındaki gibi yeterli bir otoklav basıncı egemendir. Bu basınç ısıl işlem sırasındaki basınca eşit düzeydedir. Otoklavda kalış süresi tamamlanınca, kapları soğutma amacıyla otoklava genellikle otoklavın alt kısmından yaklaşık 2.5 atu’lük bir basınçla soğutma suyu verilir. Otoklavdaki sıcak su ise, sterilizasyon sırasında uygulanan otoklav basıncından biraz yüksek bir basınçla açılan bir ventille dışarı çıkar.

Basınçlı soğutmalı normal otoklav

Bu yolla otoklav basıncı, sterilizasyon sırasındaki basınç düzeyinde hatta biraz daha yüksek düzeyde tutulabilmektedir (Şekil 2.10). Şekilde de görüldüğü gibi etkili basınç (PE), diğer normal otoklavlarda olduğu gibi bir zirve göstermemektedir. Ancak burada, eğer kap içeriği soğuk su ile aşırı bir hızla soğutulursa, bu defa kutu içinde negatif bir etkili basınç oluşmaktadır. Diğer bir deyimle kutularda vakum oluşmaktadır. Bu durum özellikle büyük boy kutularda içe çökmelere neden olduğundan bunu önlemek amacıyla, soğutmanın ikinci devresi basınçsız olarak sürdürülmelidir. Basınçlı soğutmalı otoklavlarda sterilizasyon sürecinde basınç değişimi Yüksek basınçlı otoklavlar Özellikle cam kaplar, büyük boyutlu teneke kutular, alüminyum ve sentetik materyalden yapılmış konserve kaplarındaki gıdaların sterilize edilmesi amacıyla yüksek basınçlı soğutmalı otoklavlar kullanılmaktadır. Bu otoklavların basınçlı soğutmalı otoklavlardan farkları, ısıl işlem sırasında otoklavda, doymuş buhar basıncına (Pt) bağımlı olmaksızın hava yardımıyla yüksek bir otoklav basıncı (PO) sağlamalarıdır. Böylece “kutu iç basıncı” (PK) dengelenebilmekte ve kullanılan konserve kabının dayanabildiği etkili basınç sınırı aşılmamaktadır. Yüksek basınçlı otoklavlarda sterilizasyon sürecinde basınç değişimi Döner otoklavlar Konserve kapları sterilizasyon sırasında otoklav içinde hareket ederse yani, kap içeriğinin bir ölçüde çalkalanması sağlanırsa, ısı iletimi kolaylaşmaktadır. Bunu sağlayan otoklavlara “döner otoklavlar” denir. Isıl işlem sırasında hareketsiz otoklavlarda sıvı ve yarı sıvı gıdaların sterilizasyonunda ısı iletimi esas olarak konveksiyon ile gerçekleşir. Eğer konserve kabı içinde katı parçacıklar bulunuyorsa, ısı iletimi önemli ölçüde engellenir. Bu gıdalarda ısı iletimi konveksiyon ve kondüksiyon yoluyla sağlandığından ısının soğuk noktaya iletimi güçleşir ve uzun zaman alır. Diğer taraftan ürün fazla pişerek yapısı yumuşar. Döner otoklavlarda dönmekte olan, konserve kabı ile dolu olan otoklav sepetidir. Böylece sepetin dönüşü ile, sepette bulunan kutular da, bulundukları konuma bağlı olarak dönmekte, ve bu sırada içeriklerinde ısı iletimini hızlandıran bir hareket olmaktadır. Döner otoklavlar  Döner otoklavlar, aşağıda belirtilen yararları nedeniyle, birçok konserve çeşitlerinin sterilizasyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır.  Öncelikle yarı sıvı ve ısıya karşı duyarlı gıdalarda, kutu duvarına yapışma, aşırı pişme ve yanma gibi olumsuzluklar belirmeksizin 130°C, hatta 138°C gibi yüksek sıcaklıklarda sterilizasyon uygulama olanağı doğmaktadır.  Yüksek sıcaklıklarda kısa sürede yürütülebilen sterilizasyon ile, gıdanın duyusal nitelikleri daha iyi korunabilmektedir. Diğer taraftan, kutu içeriğine verilen hareket nedeniyle ısı aktarımı hızlandığından soğuk nokta, istenilen sıcaklığa kısa zamanda ulaşabilmekte, böylece sterilizasyon süresi kısalmaktadır.

Döner otoklavlar  Aynı şekilde, yüksek viskoziteli gıdalar, yarı sıvı gıdalar (ezme halindeki gıdalar) ve katı haldeki gıdalar, döner otoklavların yardımıyla büyük konserve kutularında dahi kolaylıkla sterilize edilebilmektedir. Bunun gibi bazı yağlı ürünlerde, özellikle et ürünlerinde gerek sterilizasyon ve gerek soğutma sırasındaki dönmenin oluşturduğu çalkalanma etkisiyle, konserve kutusu içinde tam bir homojenizasyon sağlanmakta ve örneğin sabit otoklavlarda olduğu gibi, bu tip konservelerde üstte bir yağ tabakasının oluşumu önlenmektedir. Genel olarak aşırı viskoz ürünlerde rotasyon hızı daha yavaş (yaklaşık 10 devir/dak) sıvı gıdalarda daha hızlı (yaklaşık 30-50 devir/dak) olmalıdır.

Döner otoklavlarda ısıl işlem sırasında kap içinde tepe boşluğunun yeri sürekli değişir . Döner otoklavda ısıl işlem sırasında tepe boşluğunun kap içindeki yeri gıda tepe boşluğu rotasyon Sürekli çalışan otoklavlar Buraya kadar tanımlanan otoklavlarda ürün ancak partiler halinde sterilize edilebilmekte yani, konserve kapları genellikle özel sepetler içinde otoklava yerleştirilmekte, sterilizasyon ve soğutma işleminden sonra sepetler tekrar dışarı alınmaktadır. Küçük ve orta kapasiteli ve aynı zamanda değişik özellikte ürün işleyen fabrikalar için kesikli çalışan bu otoklavlar uygun olduğu halde, büyük kapasiteli ve devamlı aynı sterilizasyon koşulları gerektiren ürünler işleyen fabrikalarda, sürekli çalışan otoklavlar kullanılmaktadır.

Sürekli çalışan otoklavlar

Kesikli çalışan otoklavlarda, otoklavın doldurulup boşaltılması zaman kaybına neden olmaktadır. Ayrıca dolduruldukları ve havası uzaklaştırıldıktan sonra hemen kapatılmış kutuların sterilizasyondan önce bekletilmeleri, sıcak olan ve sıcak olmasında yararlar bulunan bu kutuların tekrar soğumalarına neden olduğu gibi, bekleme süresi uzatılacak olursa, bu ürünlerde termofil bakterilerin neden olduğu “ısıl işlem öncesi mikrobiyolojik bozulmalar” (ekşimeler) ortaya çıkabilmektedir. Bunun yanında işletmede daha az insan gücüne gereksinim duyulması ve sterilizasyon koşullarının sürekli standart bir şekilde sağlanabilmesi açısından, bazı büyük kapasiteli işletmelerde sürekli çalışan otoklavlar tercih edilmektedir. Sürekli çalışan otoklavlar  Yukarıda belirtilen olumlu özellikler yanında sürekli çalışan otoklavların kesik çalışan otoklavlara göre diğer bazı üstünlükleri de bulunmaktadır. Örneğin, sürekli çalışan otoklavlar işletmede zaman ve yer tasarrufuna olanak vermekte ve ayrıca bunların ısıtılıp tekrar soğutulmaları gibi işlemler gerekmediğinden, sterilizasyonda buhar gereksinimi de azalmaktadır.

Hidrostatik otoklavlar (Sterilizatörler)

Döner tip sürekli otoklavların bazı çalışma zorluklarını gidermek amacıyla hidrostatik otoklavlar geliştirilmiştir. Bu otoklavların orta kısmında Şekilde de görüldüğü gibi bir buhar bölmesi bulunmaktadır. Bu bölmede buharın basıncı, her iki tarafta bulunan su sütunlarının basınçları ile ayarlanmakta ve dengede tutulmaktadır. Su sütunlarının yüksekliği, buhar bölmesindeki buhar basıncına yani, sterilizasyonda uygulanacak sıcaklıklara bağlı olup, su sütunlarının yüksekliği değiştirilerek sterilizasyon sıcaklığı 100-121°C’ler arasında ayarlanabilmektedir.

Hidrostatik otoklavların diğer otoklavlara göre bazı üstünlükleri vardır. Örneğin bu otoklavlar dış koşullardan etkilenmeyecek şekilde yapıldıklarından, işletme dışına yerleştirilebilirler.

Diğer taraftan hidrostatik otoklavlarda enerjiden geniş ölçüde tasarruf sağlanabilmektedir. Sürekli hidrostatik otoklavın çalışma ilkesi 93o 82 C oC 115- 129oC 110- 127oC 107- 118oC Ön Isıtma Buhar bölmesi Hava Soğutma Su püskürtme Soğutma Banyosu Konserve Boşaltma Konserve Yükleme Alçalma Bölümü Yükselme Bölümü Hidr osta tik Bas ınç C A D F E G K Alev sterilizatörleri

Sürekli çalışan otoklavların bazı tiplerinde ısıtma ortamı olarak su ve buhar kullanılmaz. Bunlara örnek olarak “alev sterilizatörleri” verilebilir. Bu sterilizatörler ancak, belirli ve sınırlı amaçlar için uygundur. Yatırım giderleri fazla değildir. Ayrıca otoklav kapasiteleri buhar kazanı kapasitesine bağımlı değildir. Kutuların ısınma süreleri, alev sterilizasyonunda çok kısaltılabilmekte ve bu yüzden belli ürünlerde daha üstün kalitede konserve üretilebilmektedir. Buna karşın bu otoklavların bazı önemli sakıncaları vardır.
Örneğin sterilizasyon normal atmosfer basıncında yürütüldüğünden, kutular kuvvetli bir iç basıncın etkisinde kalmakta ve bu şekilde sterilize edilmiş kutularda fazla oranda sızıntı ortaya çıkabilmektedir. Bunu önlemek amacıyla, kutu içinde daha önceki işlemlerle oluşturulan vakum daha da artırılmalı ve kutu tabanları daha kalın tenekeden yapılmalıdır.

Alev sterilizatörleri

Alev sterilizatörleri, konveksiyon yoluyla ısı iletimi sağlanan ürünlerde yanma ve kutu çeperlerinde yapışmaya neden olmamaktadır. Buna karşın kondüksiyonla ısınan ürünler için bu düzenler uygun değildir. Sebze ve mantar konservelerinin sterilizasyonu amacıyla alev sterilizatörlerin kullanılmasında sıcak dolum yapılmış ve tepe boşluğu havası iyice alınmış kutular, önce bir buhar bölmesinden geçirilerek 95°C ye kadar bir ön ısıtmaya tabi tutulurlar. Daha sonra yaklaşık 1200°C’deki alev tüneline sürülen kutuların soğuk noktaları, adeta bir anda istenen dereceye ulaşmaktadır.

Aseptik Konservecilik  Konserve üretiminde, bir taraftan istenen düzeyde steriliteye ulaşırken, diğer taraftan gıdanın, ısıdan en düşük düzeyde etkilenmesi ve böylece kalitenin üst düzeyde muhafaza edilmesi amaç edinilmektedir. Ancak kap içerisine konmuş gıdanın ısıtılmasında ve daha sonra soğutulmasında ısı iletiminin kötü oluşu, yukarıda tanımlanmış olan amaca ulaşmayı zorlaştırmakta ve sınırlamaktadır. İşte bu nedenle, gıdanın konserve kabına konmadan önce ısıtılması ve soğutulması yöntemi, kap içerisinde ısıtmanın getirdiği olumsuzlukların aşılmasında bir seçenek olarak belirmektedir. Aseptik konserveciliğin temel ilkesi; gıda maddesi, yüksek sıcaklıkta kısa süreli bir ısıl işlemle sterilize edilmekte, steril koşullarda hızla soğutulmakta ve sterilize edilip soğutulmuş kaplara, steril koşullarda doldurulduktan sonra, steril kapaklarla hermetik olarak kapatmaktır. Böylece otoklavda sterilizasyon ve soğutma işlemi ortadan kaldırılmış bulunmaktadır.

Aseptik Konservecilik İ Aseptik konserveciliğin yukarıda tanımlanmış bulunan ilkesine göre, bir aseptik sistemin başlıca 4 üniteden oluşabileceği görülmektedir.
Bunlar ;
a) ürünün ısıtılıp belli bir süre sıcak tutulduktan sonra soğutulduğu sterilizasyon ünitesi,
b) konserve kabı ve kapağının kızgın buharla sterilize edildiği ünite,
c) steril soğuk ürünün steril soğuk kaplara doldurulduğu doldurma ünitesi
d) doldurulmuş kapların steril kapaklarla aseptik koşullarda hermetikli olarak kapatıldığı kapatma ünitesidir. Aseptik konservecilik kesiksiz olarak sürdürülmesi gereken bir işlem olduğundan her ünitenin senkronize bir birim halinde çalışması gerekir.

Aseptik Konservecilik  Aseptik konservecilikte de en önemli işlem ürünün yüksek sıcaklıklarda hızla ısıtılarak sterilize edilmesi ve sonra hızla soğutulmasıdır.  Bu amaçla tubular fakat çoğunlukla plakalı veya kazıyıcılı ısı değiştiricilerden yararlanılır.
Buna göre, aseptik konserveciliğin uygulanma alanının, sadece akışkan nitelikli gıdalarla sınırlı olduğu ortaya çıkmaktadır. Gerçekten aseptik konservecilik halen meyve-sebze suları ve püreleri, soslar, çorbalar ve çeşitli süt ürünleri gibi akışkan ürünlerde uygulanmaktadır.