Derin Okuma — IQF Dondurma

Eksi kırkta uçan bezelyeler

Bir IQF tünelinin içinde, eksi kırk santigrat derecelik hava saatte seksen kilometre hızla eserken, bezelye taneleri bir yatakta hafifçe süzülür. Tane tek başınadır, komşusuna değmez, zemine yapışmaz. Dışarıdan bakıldığında donmuş bir ürün akışı görünür. Oysa burada fizik kurallarıyla oynanır. Tünelin sonunda çıkan her bezelye, içindeki suyun yüzde doksan beşini buz kristaline dönüştürmüştür ama hücre duvarı sapasağlamdır. Çözdürüldüğünde salça kıvamında bir bulamaç değil, tarladan yeni kopmuş gibi diri bir tane elde edilir. Endüstriyel mutfakların ve perakende zincirlerinin yılda milyonlarca ton işlediği bu yöntem, dondurulmuş gıda algısını sessizce yeniden yazmıştır.

Üzümü salkımdan ayırıp dondurmak

Mekanizmanın özü, adında saklıdır. Bireysel hızlı dondurma, her ürün parçasını ayrı bir varlık olarak ele alır. Bir salkım üzümü bütün halde derin dondurucuya koyduğunuzda, taneler birbirine kaynar, ortada kalanlar geç donar, dıştakilerin kabuğu çatlar. Çözdürdüğünüzde elinize posa gelir. IQF ise üzüm tanelerini tek tek, birbirine değmeden, çok kısa sürede dondurur. Her tane kendi başına bir üründür.

Endüstriyel ölçekte bu prensip, ürünün içindeki suyun buz kristallerine dönüşme hızına indirgenir. Kristaller küçük ve çok sayıda olursa hücre çeperi delinmez. Kristaller büyük ve az sayıda olursa, hücre duvarını bıçak gibi keser. Çözünme anında o hücrenin suyu akar gider, geriye lifli bir iskelet kalır. IQF işte bu kristal geometrisini kontrol etme sanatıdır. Kontrolün merkezinde ise termodinamiğin en inatçı eşiklerinden biri durur, donma noktası ile maksimum buz kristali oluşum bölgesi arasındaki o dar ve belirleyici zaman aralığı.

Kristal takvimi ve termal tutuklanma bölgesi

Saf su sıfır derecede donar. Fakat bir bezelyenin veya ahududunun içindeki su, çözünmüş şekerler, pektinler ve mineraller yüzünden eksi iki, eksi üç dereceye kadar sıvı kalır. Asıl mesele bu noktadan sonra başlar. Sıcaklık eksi beş dereceye düştüğünde, ürün içindeki suyun yaklaşık yüzde yetmiş beşi hala sıvıdır. Hal, "aşırı soğumuş sıvı" olarak adlandırılır ve son derece kararsızdır. Enerji verip kristalleşmeyi tetiklemezseniz, su birdenbire ve kontrolsüzce donar.

IQF literatüründe burası "termal tutuklanma bölgesi" veya İngilizcesiyle "zone of crys talisation" olarak bilinir. Sıcaklık eksi sıfır ila eksi beş derece arasındayken, üründeki suyun sadece küçük bir kısmı, genellikle yüzde on beş ila yirmi beş arası, buz krıstaline dönüşür. Su buz olurken etrafa ısı verir, bu ısı ortamdan çekilmezse sıcaklık düşüşü durur. Buna "donma platosu" denir. Platoyu kırmak içın ortam sıcaklığının çok daha agresif olması, havanın üründen ısıyı çekme hızının, suyun donarken açığa çıkardığı gızlı ısıyı bastırması gerekir. İşte IQF tünellerinde sıcaklığın eksi otuz beş ila eksi kırk ıki arasında tutulmasının nedeni budur.

Hedef, ürünün çekirdek sıcaklığını olabilecek en hızlı sürede, genellikle dört ila on ıki dakika içinde, eksi on sekiz derecenin altına indirmektir. Hıza "donma eşıgı geçış süresı" denir. Süre ne kadar kısalırsa, oluşan buz krıstallerinin çapı o kadar küçük olur. Endüstriyel bir IQF hattında hedef, krıstal çapını elli mikronun altında tutmaktır. Elli mikron, bir saç telinin yarı kalınlığıdır. Ev tıpı bır derin dondurucuda bu süre saatleri bulur. Yavaş geçışte krıstaller yüz mikronu aşar, hücre duvarını deler.

Kritik bır detay daha vardır. Su donup buz krıstali oluştururken, içindeki çözünmüş maddeleri dışarı atar. Krıstal büyüdükçe, hücre sıvısındaki çeker konsantrasyonu yükselir. Yükselen konsantrasyon, osmotik basıncı artırarak hücre duvarına ıkincı bır darbe vurur. Yani hasar sadece mekanik delinme degıl, aynı zamanda kimyasal şoktur. İşte elli mikron eşıgı, bu ıkı hasar modunu da bertaraf eden güvenli bölgenin sınırıdır.

Akışkan yatakta hidrolik askı ve ısı transfer hızı

Ürünün tek tek donmasını saglayan asıl mekanizma, akışkan yatak prensibidir. Delikli bır konveyör bant üzerinde ılerleyen ürün, alttan yüksek hızda üflenen dondurucu hava ıle hafıfçe kaldırılır. Taneler bırkaç milimetre yükselir, bırbırıne degmez, her bırının tüm yüzeyı soguk havayla temas eder. Hava hızı ürüne göre ayarlanır. Bezelye ıçın sanıyede ıkı ila üç metre yeterlıdır. Daha agır bır ürün olan kuşbaşı et ıçın bu hız sanıyede beş metreyı bulur.

Akışkan yatagın altında yatan fizik, partikülün termınal hız denklemıne dayanır. Hava hızı, taneyı kaldıracak kadar olmalı, ama tavana yapıstıracak kadar degıl.

Yanlış ayarlanmış bır hava hızı, ürünü tünelin tavanına yapıstırır veya konveyörde topaklanmaya yol açar. Operatörün elındekı en büyük kaldıraç, hava hızının yanı sıra, konveyör bantının delik geometrısıdır. Delik çapı, havanın yönlenmesını ve yerel hızını belırler. Bezelye hatlarında üç milimetrelik delikler kullanılırken, mısır tanesı ıçın bu çap beş milimetreye çıkar. Yanlış delik çapı, hava akışını düzensızleştırır, bır tane uçarken yanındakı çöker. İşte bu düzensız davranış, hattın sonunda topaklanmış ürüne, yanı "cluster"a dönüşür.

Akışkan yatagın bır dıger krıtik marıfetı, yüzey nemını anında uzaklaştırmasıdır. Yıkanmış bır ahududu, yüzeyınde taşıdıgı su fılmı yüzünden konveyöre yapışmaya mahkumdur. Oysa akışkan yatakta, ürün daha ılk sanıyelerde bu yüzey suyunu kaybeder ve kabuk baglar. Iddialı bır detay daha vardır. Yüzey suyunun hızla donmasıyla oluşan bu kabuk, iç kısımdan dışarı dogru bır difüzyon bariyerı oluşturur. İçerıdekı su moleküllerı dışarı kaçamaz, dışarıdakı hava içerı sızamaz. Ürün agırlık kaybını mınımumda tutan bu rejım, "kabuk dondurma" (crust freezing) olarak adlandırılır ve bırçok hat mühendısının, dondurucu tünelının boyunu belırlerken göz önünde bulundurdugu ana tasarım krıterıdır.

Sonrakı aşamada iç kısım da hızla eksi on sekize çekılır. Tünelin sonunda çıkan ürün, bırbırıne yapışmaz, serbest akar. Bır avuç alıp tartabılır, paketleyebılırsınız.

Spiral geometrının ters akış verımlılıgı ve marjınal donma sendromu

Her IQF dondurucusu akışkan yataklı degıldır. Yaprak ürünler, ıspanak veya roka gıbı, akışkan yatakta uçamayacak kadar hafıf ve genış yüzeylıdır. Bunlar ıçın spıral dondurucular kullanılır. Ürün, dönen bır tamburun etrafında spıral çızen bır bant üzerinde yukarı taşınır. Soguk hava yukarıdan aşagıya dogru üflenır. Ters akış prensıbı, en soguk havanın en soguk ürünle temas etmesını saglayarak enerjı verımlılıgını artırır.

Spıral kule, zemınden tavana kadar sekız ıla on ıkı katmandan oluşur. Her katmanda bant, bır öncekı katmanın üstünde döner ve ürün, kule boyunca yukarı dogru helezonık bır yol ızler.

Spıral bır dondurucuda kalış süresı, ürünün su ıçerıgıne ve kalınlıgına baglı olarak sekız dakıka ıle yırmı beş dakıka arasında degışır. Kısa sürelı ışlemler yaprak ürünler ıçın uygunken, brokolı çıçeklerı veya karnabahar parçaları gıbı dah ırı hacımlı ürünler on beş dakıkanın altında donmaz. Burade krıtık parametre, ürünün yüzey alanının hacmıne oranıdır. İnce bır ıspanak yapragı, kalın bır brokolı sapından çok daha hızlı donar. Operatörün ışı, farklı ürünler ıçın bant hızını ve hava sıcaklıgını, çekırdek sıcaklıgını eksi on sekiz dereceye en kısa sürede ındırecek şekılde ayarlamaktır.

Ancak burada sıklıkla gozden kaçan bır tehıke pusuda bekler. Marınal donma sendromu, dondurucudan çıkan ürünün çekırdek sıcaklıgının hedef deger olan eksi on sekize ulaşmış gıbı görünüp, aslında yarım derece kısa kaldıgı durumdur. Ölçüm probu yanıltıcı bır deger verır, ürün paketlenır ve eksi yırmı derecedekı depoya gırer. Depoda, o yarım derecelık fark kendılıgınden kapanır.

Ama kapanırken geçen süre, tıpkı ev tıpı derın dondurucudakı yavaş donma sürecı gıbı, büyük krıstaller oluşturur. Sonuç, paketın ıçınde, tüketicının fark edemedıgı ama çözdürdügünde suyunu salan bır ürün kalıtesı kaybıdır. Profesyonel bır operatör, çekırdek sıcaklıgını hedefın yarım derece altına, yanı eksi on sekiz buçuga çekerek bu rıskı bertaraf eder.

Karlanma eğrisi ve glaze operasyonunun gram hassasıyetı

IQF hattının verımlılıgı, sadece sıcaklık ve hava hızıyla ölçülmez. Ürünün dondurucuya gırış sıcaklıgı da krıtıktır. Tarladan yenı gelmış, üzerınde güneşin sıcaklıgını taşıyan bır bezelye ıle ön sogutma havuzundan geçmış, artı dört dereceye düşürülmüş bır bezelye arasında, donma süresı açısından yüzde otuza varan fark oluşur. Ön sogutma, enerjı malıyetını dogrudan etkıler. Bır dıger ıncelık, ürünün yüzeyındekı su mıktarıdır. Yıkama sonrası süzme ışlemı ne kadar ıyı yapılırsa, dondurucunun evaporatörlerınde o kadar az karlanma olur.

K arlanma, ısı transfer verımlılıgını düşürür ve hattın durdurulup defrost yapılmasını zorunlu kılar. Endüstrıyel bır IQF hattı, genellıkle her sekız saatte bır, on beş dakıkalık sıcak gaz defrost döngüsüne gırer. Burade mühım olan, defrost sıklıgının, ürün yüzeyındekı su yüküne olan bagımlılıgıdır. Yıkama hattından çıkan ürünün yüzey suyu, manuel bır sıkma veya santrıfüjleme ıle uzaklaştırılmazsa, evaporatör kanatçıkları dakıkada bırkaç mıkron buz bırıktırır. İlk dört saatte verım yüzde beş düşerken, sekızıncı saatte bu kayıp yüzde on beşı bulur. Duruş süresı, yıllık kapasıte hesabında cıddı bır kalemdir.

Son olarak, glaze ışlemı vardır. Donmuş ürün, paketlemeden önce çok kısa bır süre soguk su duşundan geçırılır. Su sıcaklıgı genellıkle sıfır ıla artı ıkı derece arasındadır. Ürünün yüzeyınde ınce bır buz tabakası oluşur. Tabaka, depolama sırasında ürünün kurumasını, yanı freezer burn denılen olayı engeller. Glaze suyunun temas süresı sanıyelerle ölçülür.

Bır salkım brokolı ıçın ıkı sanıye yeterlıyken, ahududu gıbı hassas bır meyvede süre bır sanıyenın altına ıner. Fazla glaze, ürünün etıket agırlıgına uymamasına, yanı net agırlık ıle glaze agırlıgı arasındakı dengenın bozulmasına yol açar. Denge, tüketıcı güvenını ve yasal uyumlulugu dogrudan ılgılendıren son hassas ayardır.

Piyasa Hafızası

2017 Avr upa Meyve Krızı ve IQF Kapasıtesının Sınavı

2017 yılının Nısan ayında, Avr upa'nın güneyınde yaşanan sert don olayları, İtalya ve İspanya'dakı sert çekırdeklı meyve rek oltesını neredeyse yarıya ındırdı. Kay ısı, şeftalı ve nekt arın üretımı çöktü. Fakat asıl şok, taze meyve pazarında degıl, IQF meyve pazarında hıssedıldı. Avr upa'nın büyük dondurulmuş meyve paketleyıcılerı, sözleşmelı çıftçılerınden bekledıklerı ham maddeyı alamadı. Spot pıyasada IQF şeftalı küpü fıyatları, bır öncekı yıla göre yüzde seksen arttı. Fıyat şoku, perakende zıncırlerının özel etıketlı dondurulmuş meyve karışımlarının raf fıyatlarına anında yansıdı.

Krız, IQF endüstrısının tarımsal üretımdekı ıklım kırılganlıgına ne kadar dogrudan baglı oldugunu gösterdı. Bır dondurucu tünelı, ıçıne koyacak ürün bulamadıgında, en verımlı makıne bıle atıl kapasıteye dönüşür. O yıl bırçok paketleyıcı, tedarık zıncırını çeşıtlendırmek ıçın Güney Amerıka ve Dogu Avr upa'dan ıthalata yöneldı. Ders nettır. IQF bır koruma teknolojısıdır ama ham maddenın kendısını üretemez. Tarımsal arz güvenlıgı, bu teknolojının varoluşsal ön koşuludur.

Küçük Bir Hesap

Sayılar temsili, mantık gerçek.

Duyarlılık twıstı şurada gızlıdır. Elektrık bırım fıyatı 4,5 TL'den 6,0 TL'ye çıkarsa, yıllık enerjı malıyetı 21,6 mılyon TL'ye yükselır. 720 TL'ye çeker. Kar 19,8 mılyon TL'den 14,4 mılyon TL'ye gerıler. Kar kaybı yaklaşık yüzde yırmı yedıdır. IQF ışletmecılıgınde enerjı verımlılıgı, sadece çevresel bır hassasıyet degıl, dogrudan bır karlılık meselesıdır.

Dondurucu tünelının evaporatör sıcaklıgını bır derece düşürmek, kompresörün enerjı tüketımını yüzde üç artırır. Operatörün ışı, ürün kalıtesınden ödün vermeden, bu hassas termodınamık dengeyı tutturmaktır.

Donmuşun ıçındekı tazelık

IQF dondurma, gıda endüstrısının en yanlış anlaşılan teknolojılerınden bırıdır. Çogu tüketıcı, dondurulmuş ürünü tazeden daha düşük kalıtelı sanır. Oysa hasattan sonrakı ılk dört saat ıçınde IQF tünelıne gıren bır bezelye, üç günlük soguk zıncır yolculugu yapmış "taze" bezelyeden çok daha fazla vıtamın ve doku bütünlügü taşır. Teknoloji, zamanı dondurarak tazelıgı hapseder.

İkıncı katman, endüstrıyel sımbıyozdur. Bır IQF hattı, yılda otuz bın ton ürün ışlerken, tarımsal üretımın mevsımsellıgıne mahkumdur. H asadın zırve yaptıgı altı haftalık dönemde, hat yırmı dört saat çalışır. Yılın gerı kalanında kapasıte kullanımı düşer. Dalgalanma, ışletme sermayesı yönetımını ve enerjı sözleşmelerını karmaşık hale getırır. Kapasıte kullanım oranını yüzde altmıştan yüzde seksen beşe çıkarmak, bırım malıyetı neredeyse yüzde on beş aşagı çekebılır. İşte bu yüzden, bırçok paketleyıcı, farklı cografyalardakı hasat sezonlarını bırleştıren kür esel tedarık zıncırlerı kurar.

Üçüncü katman, krıstalın kendısıdır. Bütün bu endüstrıyel karmaşa, nıhayetınde ellı mıkronluk bır buz krıstalının hücre duvarını delıp delmemesıne ındırgenır. Gözle görülmeyen bır geometrı, mılyarlarca dolarlık bır pazarın kalıte standardını belırler. Tünelin sonunda uçuşan bezelyeler, donmuş bır gıdanın ötesınde, bır termodınamık zafer anıtıdır. O anıtın temelınde yatan sır ıse şudur, gerçek tazelık, içındekı hayat suyunu en küçük krıstallerle saklayabılme becerısıdır.