Prof. Dr. Y. Birol SAYGI (ybirolsaygi@gmail.com) / İstanbul Topkapı Üniversitesi

---

 

İçecekler, çok çeşitli mineraller, vitaminler, proteinler, karotenoidler ve yüksek antioksidan potansiyeli olan çeşitli biyolojik aktif bileşikler içeren doğal meyvelere benzer bir kimyasal bileşim sunarlar. Ayrıca meyve suları meyve ile eşdeğer enerji, daha uzun raf ömrü ve ferahlatıcı tat verebilir. Meyve suyu işleme tasarımında, besin değeri, güvenlik ve kalite iyileştirme, uygunluk ve tüketici kabulü, proses maliyetleri ve ürün minimizasyonu her zaman kilit unsurlar olmuştur.

Meyve suları, süzme işlemi sırasında sorunlara yol açabilecek kolloidler içermektedir. Bu kolloidler ya meyvenin bir parçasıdır ya da meyve olgunlaşması sırasında mikroorganizmalar tarafından oluşturulabilir. Pektin, tüm yüksek bitkilerde bulunan yapısal bir hücre duvarı polisakkaritidir. Esas olarak a-D-1,4 glikozidik bağlarla bağlanan D-galakturonik asidin lineer polimerlerinden oluşur. Pektinler, meyve sularında bulunan ve lif benzeri yapılar akış ve verimi önemli ölçüde azaltarak berraklaştırma sürecini engelleyen jel oluşturucu maddelerdir. Nişasta ayrıca durulama sırasında zorluklara yol açabilir ve meyve sularında ikincil bir bulanıklığa neden olabilir ve bu nedenle durulanmış meyve sularında bulunmamalıdır. Genel olarak, meyve suyu verimi, bitkide elde edilebilecek konsantrasyon faktörü ve meyve suyunun posa seviyesi gibi özellikleri tarafından kontrol edilir. Meyve suyunda bulunan tipik pektin ve kolloid konsantrasyonu %1'e kadardır (ağırlık/hacim). Meyvenin türü, meyve suyunun içerdiği bu bileşenlerin miktarını belirleyecektir.

Bu nedenle, pektinler açısından zengin meyve suları, viskoziteyi ve kirlenmeyi azaltmaya yardımcı olmak için berraklaştırılmadan önce depektinize edilir (enzimler, pektinaz ve amilaz ile ön işleme tabi tutulur), bu da daha yüksek akışla sonuçlanır. Bununla birlikte, süzüntü akışındaki hızlı azalma hala meydana gelir, bu nedenle meyve suyu işlemede ultrafiltrasyonun ticari uygulamasını engeller ve elma suyunun berraklaştırılması için verimli bir işlem henüz gerçekleştirilmemiştir. Akışkan gıdaların viskozitesi, meyve suyu pektin içeriğinin sonucudur, ancak çoğu gıda işleme biriminde, yüksek viskoziteyi önlemek için depektinize edilmiş meyve suyu kullanılır.

Meyve Suyu Endüstrisinde Membran Uygulamaları
Meyve sularına yönelik yüksek küresel talep, meyve suyu çeşitlerinde ve işleme yöntemlerinde önemli bir artışa yol açmıştır. Geleneksel meyve suları işleme yöntemleri, emek ve zaman alan birkaç toplu işlemi içermektedir. Öte yandan, bu alanda ısıl olmayan işleme sistemlerinin uygulanması son yıllarda artan bir ilgi görmektedir. Bunlar arasında, taze meyvelerin duyusal özelliklerinden ve besinsel özelliklerinden yararlanmak için tasarlanmış yenilikçi meyve sularının üretimini ve pazarlamasını desteklemek için membran prosesleri konsolide ayırma tekniklerini temsil etmektedir. Bu işlemler, yüksek verimlilik, yüksek seçicilik, basit ekipman, kimyasal katkı maddesi kullanılmaması, düşük işletme tüketimi ve kolay ölçek büyütme gibi geleneksel ayırma işlemlerine göre birçok avantaj sunmaktadır. Ayrıca hafif çalışma koşulları sayesinde membran işlemi geleneksel ısısal işlemler kadar ürün kalitesini bozmaz.

Membran ayırma, harici enerji veya kimyasal basınç farkıyla yönlendirilen doğal veya sentetik organik veya inorganik ince filmler kullanılarak iki veya daha fazla çözünen ve çözücü grubunun ayrılması, sınıflandırılması ve konsantrasyonu anlamına gelmektedir. Membran teknolojisi, 1960'ların başında Loeb ve Souriragin tarafından asimetrik membranların keşfinden bu yana süt ve içecek endüstrilerinde yaygın olarak uygulanan geleneksel meyve suyu durultma ve konsantrasyon işlemlerine bir alternatiftir. Membran prosesleri, geleneksel filtrasyona göre daha az insan gücü gerektirmeleri, daha verimli olmaları ve daha kısa işlem sürelerine sahip olmaları nedeniyle içecek ve gıda endüstrisinde kullanılmaktadır. Bu nedenle, membran proseslerini kullanmanın işletme maliyetleri, daha geleneksel proseslerden önemli ölçüde daha düşüktür. En yaygın olarak kullanılan filtrasyon türleri, sırasıyla yaklaşık 1-100 µm ve 0.1-10 µm boyutlarındaki partikülleri ayırabilen basınçla çalışan işlemlere karşılık gelen ultrafiltrasyon (UF) ve mikrofiltrasyondur (MF). Bugün endüstride 18.000 moleküler ağırlık sınırından (MWCO) 0,2 µm'ye kadar geniş gözenek boyutu aralıkları kullanılmaktadır. Bununla birlikte, zar gözenek boyutu 25.000 Da'yı aşarsa, tanenler berraklaştırılmış meyve suyuna geçerek kahverengimsi bir renk ve keskin bir tat ile sonuçlanabilir.

Meyve suyu içecek endüstrisinde, ham ve yardımcı maddelerin üretiminden, içme suyu arıtımına, meyve ve sebze sularının durultulmasına ve filtrasyonuna kadar, membran ayırma teknolojisi çok önemli bir rol oynamıştır. Günümüzde, meyve suyu endüstrisinde endüstriyel olarak uygulanan membran ayırma teknolojileri arasında ters osmoz (RO), ultrafiltrasyon (UF), mikrofiltrasyon (MF), nanofiltrasyon (NF) ve elektrodiyaliz (ED) bulunmaktadır. Geleneksel filtrasyon ve ayırma ile karşılaştırıldığında, membran filtrasyon, işleme süresini kısaltma, meyve suyu verimini artırma, ürün kalitesini iyileştirme, enzim miktarını azaltma ve filtre yardımcılarına olan ihtiyacı ortadan kaldırma avantajlarına sahiptir.

Son yıllarda, meyve suyu konsantrasyonu ve aroma bileşiklerinin geri kazanımı için Membran Distilasyonu (MD), Ozmotik Distilasyon (OD) ve Pervaporasyon (PV) gibi diğer membran operasyonları araştırılmaktadır. Bu süreçlerin meyve suyu işleme endüstrilerinde uygulanması, sürdürülebilir gıda tedarik zincirinin ayrılmaz bir parçası olan Sürdürülebilir Gıda İşleme (SFP) stratejisine ve düşük enerjili, düşük etkili işleme şemalarının kullanımına dayalı taze bir ürüne yakın (veya daha iyi) mükemmel kalite ve besin değeri korunumu ile sürdürülebilir üretim için uygundur. 

Membran Ayırma Teknolojisi Avantajları
1980'lerden bu yana, membran ayırma teknolojisi, meyve suyu işleme endüstrisinde yaygın olarak kullanılan endüstriyel uygulama düzeyi sürekli olarak geliştirilmiştir. Diğer ayırma teknolojileriyle karşılaştırıldığında, membran ayırma teknolojisi aşağıdaki özelliklere ve avantajlara sahiptir:

1. Membran ayırma, malzemeleri oda sıcaklığında ayırmaktır, bu nedenle malzemelerdeki besin kaybı çok azdır, özellikle ısıya duyarlı maddelerin ayrılması, sınıflandırılması ve konsantrasyonu için uygundur.
2. Membran ayırma işleminde faz değişimi olmaz ve aromatik maddeler gibi uçucu bileşenlerin kaybı daha azdır ve malzemenin orijinal aroması ve aroması korunabilir.
3. Faz değişimli ayırma teknolojisi ile karşılaştırıldığında, membran ayırma işlemi, ters ozmoz konsantre meyve suyu gibi daha fazla enerji tasarrufu sağlayan bir ayırma teknolojisidir, enerji tüketimi vakumlu buharlaştırmanın yalnızca 1/17'si düzeyindedir.
4. Membran ayırma işlemi, güçlü bir uyarlanabilirliğe, iyi bir seçiciliğe ve mikrobiyal hücrelerden parçacık düzeyinde ve hatta iyon düzeyindeki maddelere kadar geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. Ayırma, konsantrasyon, saflaştırma, arıtma ve diğer işlemler için kullanılabilir.
5. Membran ayırma işlemi, malzemelerin oksidasyonunu büyük ölçüde azaltan ve meyve suyunda kolayca oksitlenen askorbik asitin büyük ölçüde koruyabilen kapalı bir sistemde gerçekleştirilir.

Ultrafiltrasyon Sistemi: Ultrafiltrasyon membranının tutulan parçacık boyutu aralığı 0,05 µm -1 nm'dir olup kullanılan basınç farkı 0,1-0,5 MPa'dır. Bu teknoloji, meyve suyu durultma, süt endüstrisinde peynir altı suyu proteini geri kazanımında, şarabın durultulması, sterilizasyonu ve olgunlaştırılmasında, jelatin konsantrasyonu gibi işlemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel meyve suyu durultma işlemi esas olarak santrifüj ayırma, enzimatik hidroliz, diyatomlu toprak filtrasyonu gibi iki atomlu toprak, protein ve fenol gibi maddelerin neden olduğu ikincil çökelme kolayca kalite sorunlarına neden olabilir. Ultrafiltrasyon teknolojisinin kullanımı temel olarak enzimatik uygulamalar ile durultma ve filtrasyon işleminin yerini alabilir. Endüstriyi etkili bir şekilde basitleştirir, durultma süresini 2-4 saate indirir yani azaltır. %2-3 oranında meyve suyu kaybı ile işlem gerçekleşir. Üretim süresini 1/2 oranında kısaltır. İş gücü gereksinimini 2/3 oranında azaltabilir. 

Ters Osmoz Sistemi: Ters ozmoz membranının tutulan parçacık boyutu aralığı 0.1-1 nm'dir. Saf su filtrasyonu, meyve-sebze suyu ve süt konsantrasyonu üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Düşük enerji tüketimi, yüksek su kalitesi ve uygun ekipman kullanımı ve bakımı özelliklerine sahiptir. Konsantre meyve suyunun geleneksel üretiminde genellikle çok aşamalı vakumlu buharlaştırma ve konsantrasyon işlemi kullanılmaktadır. Isıtma işlemi sırasında meyve ve sebze suyunun içerisinde bulunan aromatik maddeler buharlaşarak meyve ve sebze suyunun lezzetinin bozulmasına ve renk değişimine neden olur. Ayrıca enerji tüketimi ve maliyeti yüksektir. Buharlaştırmada kullanılan ters osmoz teknolojisi, meyve ve sebze sularının lezzetini ve besin değerlerini etkin bir şekilde koruyabilmekte, enerji tüketimini azaltmakta olup kullanımı kolaydır. Konsantrasyon oranı, meyve ve sebze suyunun ozmotik basıncına bağlı olduğundan, verimliliği artırmak için meyve suyunun konsantrasyon oranını artırabilen ters ozmoz teknolojisi kullanılmaktadır.

Nanofiltrasyon Sistemi: Nanofiltrasyon membranı, ters ozmoz ve ultrafiltrasyon membranları arasında yeni bir basınç tahrikli ayırma membranı türü olan yaklaşık 1 nm'lik bir parçacık boyutu aralığına sahip maddeleri tutmaktadır. Çalışma basıncı 0.5-2.0 MPa'dır. Zar, küçük moleküler organikleri tutabilir ve aynı zamanda tuzları diyalize edebilir. Konsantrasyon ve diyalizi entegre eder. Gıda, ilaç ve biyokimya endüstrilerinde endüstriyel sıvıların ayrılması ve saflaştırılmasında önemli uygulama potansiyeline sahiptir.

Mikro Filtrasyon Sistemi: Mikrofiltrasyon membranı tarafından tutulan parçacık boyutu aralığı 0,02-10 µm'dir ve kullanılan basınç farkı 0,01-0,2 MPa'dır. Çözeltideki askıda katıları uzaklaştırmak ve sıvıdaki bakterileri, katı parçacıkları, organik kolloidleri ve diğer safsızlıkları tutmak için kullanılır. Esas olarak hava filtrasyonu, steril filtrasyon, solüsyonun ön filtrasyonu ve fermantasyon suyunun filtrasyonu, meyve suyu ve sütün sterilizasyonu gibi işlemler için kullanılır.

Meyve Sularının Üretimi
Meyve sularının tüketimi son yıllarda önemli ölçüde artmış ve tüketicilerin sağlıklı, pratik ve tüketime hazır ürünlere ilgi duyması ile dikkat çekici bir şekilde artmaktadır. Meyve suları üretmek, güvenlik ve kalite iyileştirme, besin değeri, ürün ve süreç maliyetinin en aza indirilmesi temel unsurlardır. Konsantre meyve sularının üretimine yönelik geleneksel yöntemler, emek ve zaman alan birkaç toplu işlemi içermektedir. Üstelik bu yöntemler mikroorganizmaları ve bakterileri ortadan kaldıramaz, bu da ürünün son kullanma süresini sınırlar. Tübüler membran kullanmanın çeşitli avantajları vardır. Bunlar ise yüksek berraklık elde etme, iyi tat ve besin maddelerini koruma, çözünür proteinin yanı sıra az miktarda esmerleşme, uygun maliyetli olması ve az bakım gerektirmesidir. Meyve sularının üretimi dört ana adıma ayrılır. Bunlar parçalama, presleme, enzimle muamele, arıtma/filtrasyon ve bir dizi alt adımdır.

* Meyvenin parçalanması sırasında, ultrafiltrasyon/mikrofiltrasyon işlem adımından önce kırılması gereken pektinin çözünmesi gerçekleşir. Depektinizasyon işlemi, sentetik veya doğal enzimler eklenerek yapılır. Prosese eklenen aktif karbon, bentonit veya jelatinin kalitesi/türü ve miktarı ile birlikte en önemli faktörlerden biri olup bu, membranların filtrasyon kapasitesini etkilemektedir. 

* Meyve suyu filtrasyonu için kullanılan en son yöntem, ultrafiltrasyon (UF) membran işleminin kullanılmasıdır. Bu uygulama için kullanılan membranlar, 200.000 Dalton cut off (molekül ağırlığı) nominal ayrıma sahiptir.

* Renkli meyve suları için (pancar, nar, kiraz ve diğerleri), 0,2 mikron nominal ayırmaya sahip mikro filtreleme membranlarının kullanılmasını önerilmektedir. PVDF kopolimer malzemeden üretilen bu tip membranlar, maksimum 0,5 NTU'ya kadar düşük bulanıklığa sahip kaliteli bir ürünü korurken rengin korunmasına yardımcı olacaktır. 

* Limon suları gibi agresif sıvılar da dahil olmak üzere tüm ihtiyaçları karşılamak için 20.000 ila 450.000 Dalton nominal ayrım aralığındaki düşük katı sıvılar için 6, 8, 9 mm UF membranlar önerilmektedir. 

Yüksek kaliteli ürünleri uygun maliyetli bir şekilde elde etmek için konsantre üreticileri, meyve suyu işleme süreçlerini iyileştirmenin ve optimize etmenin yollarını aramaktadırlar. Membran filtrasyonu hem geleneksel durultma işleminin yerini alabilir hem de meyve suyu konsantrelerinin özellikle elma suyunun konsantrasyonunda kullanılan buharlaştırmayı tamamlayabilir (Şekil 1).

Berraklaştırma: Membran filtrasyon, daha önce mümkün olmayan bir berraklık ve kalitede filtrelenmiş bir meyve suyunun üretilmesini sağlar. Elma suyunu berraklaştırmak için endüstride geleneksel olarak kullanılan süreç normalde hem maliyetli hem de zordur. Kizelgur filtrasyonunun yanı sıra tanklarda uzun bir tutma süresi içermektedir. Ultrafiltrasyon askıda katı maddeleri ve proteinler ve nişasta gibi diğer yüksek moleküler katıları giderir. Hem daha fazla kârlılık hem de daha iyi kalite sağlayarak geleneksel sürecin çekici bir alternatifi olduğunu kanıtlanmıştır. Ultrafiltrasyondan önce, meyve suyunun pektik maddeleri parçalamak için enzimlerle işlenmesi gerekir ve ardından membran filtrasyon sürecini optimize etmek için önceden berraklaştırılabilir. Bu, yüksek verim, yüksek kapasite ve mükemmel kalite sağlar. 

Konsantrasyon: Elma suyu konsantrasyonu ile bağlantılı en yaygın süreç buharlaşmadır. Daha iyi bir toplam çözüm sağlamak için burada ters ozmoz kullanılabilir. Ters ozmoz, normalde buharlaşmadan önce su içeriğinin %50'sini veya daha fazlasını uzaklaştırabilir ve bu da genel maliyetleri önemli ölçüde düşürmeyi mümkün kılar. 20 - 22 Brix'e kadar konsantrasyon seviyeleri elde edilebilir. 

Farklı membran operasyonlarının kendi aralarında veya diğer geleneksel teknolojilerle entegrasyonu, meyve suyu işlemede geleneksel akış şemalarının yeniden tasarlanmasına önemli bir katkı sağlayabilir ve ürün kalitesi ve kompaktlığı, çevresel etki ve enerjik yönler açısından dikkate değer faydalar sağlayabilir. Membran bazlı işlemlerin katkısıyla yeniden tasarlanan tipik bir meyve suyu işleme akış şeması Şekil 2'de görülmektedir. 

Meyve suları, polisakkaritlerin (pektin, selüloz, hemiselüloz, lignin ve nişasta), proteinlerin, tanenlerin ve minerallerin varlığından dolayı doğal olarak bulanıktır. Öte yandan, meyve suyunun berrak görünümü tüketiciler için belirleyici bir faktördür. Konvansiyonel meyve suyu durultma yöntemleri, enzimatik işlem (depektinizasyon), soğutma, flokülasyon (jelatin, silika sol, bentonit ve diatomlu), dekantasyon ve filtrasyon gibi yoğun emek gerektiren ve zaman alan işlemler için birçok adımı içermektedir. Buna ek olarak, toz soluma riski ile kaynaklanan sağlık sorunları, çevre sorunları ve önemli maliyetler gibi başka dezavantajlara sahip olan büyük miktarlarda yardımcı madde ve katkı maddelerinin kullanımını içermektedir. MF ve UF gibi membran bazlı prosesler, emek ve enerji girdisinden tasarruf, artan meyve suyu verimi ve durultma ajanlarından (jelatin, bentonit, silika sol) ve filtre yardımcılarından kaçınma ile sonuçlanan geleneksel meyve suyu durultma ve stabilizasyon yöntemlerine geçerli bir alternatif sunmaktadır. 

Makromoleküllerin hidrolizi için enzim miktarı azaltılabilir ve enzimler geri dönüştürülebilir ve yeniden kullanılabilir. Bu işlemler, yarı geçirgen bir zarın iki yüzü arasında uygulanan hidrostatik basınç farkı altında (0,5-5 bar aralığında) sırasıyla yaklaşık 0,1-10 µm ve 2-10 nm boyutlarındaki partikülleri ayırabilen polimerik veya seramik membranların kullanımına dayanmaktadır. Mikroorganizmalar, pektinler, proteinler ve kolloidler gibi büyük türler membran tarafından tutulurken vitaminler, tuzlar ve şekerler gibi küçük çözünenler su ile birlikte akar. Sonuç olarak, meyve suyu lifli konsantre bir posa (retentat) ve bozulmaya neden olan mikroorganizmalardan arındırılmış berraklaştırılmış bir fraksiyona (geçirgen) ayrılır (Şekil 3). Meyve suyu tazeliği, aroması ve besin değeri, yüksek kaliteli, doğal taze tadı olan ve katkı maddesi içermeyen ürünler elde edilirken iyi korunur, çünkü ayırma işlemi ısı uygulaması veya kimyasal madde kullanımı gerektirmez.

Endüstriyel düzeyde, meyve sularının durultulması için en çok kullanılan konfigürasyonlar boru şekilli kapiler, hollow fiber, plaka ve çerçeve membran modülleridir. Katı madde içeriği ve viskozitesi yüksek olan pulplu meyve suyu için, büyük çaplı boru modülleri veya büyük ara parçalı plaka ve çerçeve modülleri tercih edilir. Bununla birlikte, boru şeklindeki konfigürasyon, düşük paketleme yoğunluğu ve yüksek membran değiştirme maliyetleri ile ilişkilidir. Öte yandan, hollow fiber membranlar, diğer membran konfigürasyonlarına kıyasla modül hacmi birimi başına yüksek membran alanı, düşük üretim maliyetleri ve basit kullanım avantajı sunmaktadır.

Hem MF hem de UF proseslerinde süzüntü akışları ve durultulmuş meyve sularının kalitesi, transmembran basıncı, çapraz akış hızı, sıcaklık ve hacim azaltma faktörü gibi çalışma koşullarından ve ayrıca membran tipinden ve besleme solüsyonunun doğasından güçlü bir şekilde etkilenir. Ön işlemler, uygun membran modüllerinin ve membran malzemelerinin seçimi, çalışma ve akışkan dinamiği koşullarının optimizasyonu dahil olmak üzere iyi geliştirilmiş proses mühendisliği, membranların kirlenmesi ve kısa ömrü ile ilgili içsel sınırlamaların üstesinden gelmek için kilit faktörlerdir.

Meyve suları hacimlerini azaltmak ve sonuç olarak taşıma, paketleme ve nakliye maliyetlerini en aza indirmek için konsantre edilirler. Su aktivitesinin azalmasına bağlı olarak ürün stabilitesinde bir artışa da ulaşılır. Genel olarak, meyve sularının çoğu, termal buharlaştırma ile konsantre edilmiş taze meyve sularından üretilir. Bu işlem, suyun uzaklaştırılması için büyük miktarda enerji, köpük oluşumu, aroma ve antioksidan bileşiklerin kaybı, furfural oluşumu nedeniyle pişmiş kokunun indüklenmesi ve Maillard reaksiyonları nedeniyle renklenme gibi çeşitli dezavantajlarla karakterize edilir. Son ürün kalitesi NF, RO, OD ve MD gibi membran işlemleri, günümüzde meyve sularının termal konsantrasyonuna geçerli bir alternatif olarak kabul edilebilir. Bu işlemler, orta sıcaklık ve basınç koşullarında çalışabildikleri için besinsel ve duyusal bileşiklerin korunması açısından çeşitli avantajlar sunmaktadır. 

NF membranları, 1-3 nm aralığındaki gözenek çapları ile karakterize edilir. RO membranlarına göre daha düşük basınçlarda (genellikle 3-30 bar aralığında) çalışırlar. RO membranlarından daha yüksek akışlar ve daha düşük enerji tüketimi ve şekerler, doğal organik maddeler ve iyonlar gibi daha düşük molar kütleli moleküller için UF membranlarından daha iyi tutma ile karakterize edilirler. RO membranları, esas olarak suyu, besin, aroma ve lezzet bileşiklerini reddeden meyve suyundan ayırır. Bununla birlikte, meyve sularının RO ile konsantrasyonu, şeker konsantrasyonunun artmasıyla hızla artan ozmotik basınç ve meyve suyunun viskozitesi ile sınırlıdır.

Aslında, tek aşamalı bir TO sisteminde meyve sularının nihai konsantrasyonu, termal buharlaştırma ile elde edilen değerin özellikle altında olan yaklaşık 25-30°Brix ile sınırlıdır. Yeni membranların geliştirilmesi ve proses mühendisliğindeki gelişmelerin bu sınırlamaların üstesinden geldiği kanıtlanmıştır. En yüksek konsantrasyon seviyeleri (65–70° Brix'e kadar), atmosferik basınç ve oda sıcaklığında çalışan MD veya OD ile elde edilebilir. Böylece çözünen maddelerin termal ve mekanik hasarını önler. Bu prosesler, mikro gözenekli bir hidrofobik membranın iki tarafı arasında üretilen bir buhar basıncı farkı tarafından desteklenen bir su buharı transferine dayanmaktadır. OD işleminde, membran, farklı çözünen konsantrasyonunda iki sıvı fazı ayırır: bir tarafta seyreltik bir çözelti ve karşı tarafta bir hipertonik tuz çözeltisi.

Organik çözücüler (Örneğin poligliserol ve gliserol) veya inorganik tuzlar (Örneğin CaCl2, NaCl, MgCl2 ve MgS04), sıyırma çözeltileri olarak kullanılabilir. MD'de buhar basıncı farkı esas olarak bir konsantrasyon gradyanı yerine membran veya vakum/süpürme gazı boyunca nüfuz eden tarafta bir sıcaklık farkı uygulanarak yaratılır. Doğrudan temaslı membran distilasyon (DCMD) hem besleme hem de sızan sıvı, ilgili bölmelerinde membran ile doğrudan temas halindedir. Uçucu moleküller sıcak sıvı/buhar ara yüzeyinde buharlaşır, buhar fazında membran gözeneklerini geçer ve membran modülünün içindeki soğuk sıvı/buhar ara yüzeyinde yoğunlaşır. Vakum membran distilasyonunda (VMD), beslemenin buharlaşmasını desteklemek için membranın nüfuz eden tarafına vakum uygulanır ve su buharı modülün dışında yoğunlaştırılır.

MD ve OD uygulamaları için tipik hidrofobik membranlar, polipropilen (PP), polietilen (PE), poliviniliden florür (PVDF) ve politetrafloroetilen (PTFE) olarak yüksek gözenekli (%70-80) ve 10-300 µm kalınlığında üretilir. Dünya Sağlık Örgütü (WHO) yeni yönergeleri, yetişkinlere ve çocuklara günlük serbest şeker alımını toplam enerji alımlarının %10'unun altına düşürmelerini önermektedir.

Meyve sularındaki şekerlerin biyo-fonksiyonel özelliklerinden ödün vermeden kısmen uzaklaştırılması, yüksek teknolojik bir zorluğu temsil eder. Bu nedenle, meyve sularından şekerin kısmen uzaklaştırılması için teknolojik metodolojilerin kullanılması, böylece biyo-fonksiyonel özelliklerinden ödün vermeden serbest şeker alımının sınırlandırılması hem üreticiler hem de tüketiciler için büyük ilgi gören bir strateji olarak görünmektedir. Bu proseste aroma bileşikleri, permeat tarafında kısmi basınç azalmasıyla elde edilen bir kimyasal potansiyel gradyanı altında yoğun bir membrandan seçici olarak nüfuz eder ve bir soğuk tuzak ile toplanabilir. Polidimetilsiloksan (PDMS), polioktilmetil siloksan (POMS) ve polieter blok amidden (PEBA) yapılan organofilik membranlar tipik olarak bu amaç için kullanılır. PV'nin tipik avantajları arasında minimum aroma bileşikleri kaybı, ısıya duyarlı aromalarda ısı hasarı olmaması, düşük enerji tüketimi, eklenen çözücüler veya emiciler için ek ayırma işlemi olmaması yer almaktadır. 

Literatür verileri, bu membran tekniğinin yardımıyla yaklaşık 70 farklı bileşenin seçici olarak geri kazanıldığını göstermektedir. Membran operasyonlarının entegre sistemlerde birleştirilmesi, bu alanda sürdürülebilir bir endüstriyel büyüme ile birlikte proses yoğunlaştırma kavramına önemli bir katkı sağlayan yüksek kaliteli meyve sularının üretimi için en önemli yenilikçi yaklaşımlardan biridir.

UF, RO, PV ve MD/OD kombinasyonuna dayalı entegre membran sistemleri araştırılmış ve kivi, kaktüs armut, nar ve narenciye suları dahil olmak üzere farklı meyve sularının berraklaştırılması ve konsantrasyonu için uygun şekilde tasarlanmıştır. Deneysel sonuçlar, taze meyve suyunun besinsel ve duyusal özelliklerinin nihai üründe iyi korunduğunu açıkça göstermektedir. Benzer şekilde, meyve suyunun antioksidan aktivitesi, konsantre meyve suyundaki çözünür katıların nihai içeriği ile bağımsız olarak iyi korunur.

Termal buharlaştırma kullanımına dayalı geleneksel işlemlere alternatif olarak yüksek kaliteli meyve sularının üretimi için önerilen kavramsal bir tasarım Şekil 4'te gösterilmektedir.

Bu makale, meyve suyu işleme ile ilgili olarak membran teknolojisindeki son gelişmelere ve yayınlanmış literatüre genel bir bakış sunmaktadır. Meyve suyu endüstrisinde membran teknolojisi esas olarak suyu ultrafiltrasyon ve mikrofiltrasyon yoluyla berraklaştırmak, nanofiltrasyon ve ters osmoz yoluyla konsantre hale getirmek için kullanılmaktadır. Filtreleme performansını iyileştirmek için enzim immobilizasyon tekniklerine ve kirlenmeyi ölçmek için operasyon yöntemleri önemlidir. Membran kirlenmesi kritik bir konudur ve meyve üretim endüstrisinde membranların daha geniş bir şekilde uygulanmasını engeller. Pektin ve türevleri, membran yüzeyi üzerinde jel benzeri bir yapı oluşturarak permeat akışını azaltır. Pektini parçalamak için, ham meyve suyu genellikle pektini hidrolize eden ve protein komplekslerinin topaklaşmasına neden olan pektinaz ile enzimatik bir işleme tabi tutulur. Ortaya çıkan meyve suyunun düşük viskozitesi ve çok daha düşük pektin içeriği vardır, bu da sonraki filtrasyon işlemlerinde avantajlıdır.

---

KAYNAKLAR:
* Alfa-Laval, (2022). Optimizing juice processing, 4 s. 
* Alfredo, C., Carmela, C., Enrico, D. (2014). 3. Integrated membrane operations in fruit juice processing", Integrated Membrane Operations: In the Food Production, Edited by Alfredo Cassano and Enrico Drioli, Berlin, Boston: De Gruyter, 2014, s. 59-86. 
* Beyond, (2022). Membrane Separation Technology In Juice Production, https://fruitprocessingmachine.com/membrane-separation-technology-in-juice -production/
* Bhattacharjee. C., Saxena, V. K., Dutta, D. (2017). Fruit juice processing using membrane technology: A review, Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 43, s. 136-153
* Charcosset, C. (2020). Classical and Recent Applications of Membrane Processes in the Food Industry, Food Engineering Reviews, 51 s.
* Cheryan, M. (1991). Membranes in Food Processing, In: Turner, M.K. (eds) Effective Industrial Membrane Processes: Benefits and Opportunities. Springer, Dordrecht. 
* Conidi, C., Castro-Muñoz, R., Cassano, A., (2020) Membrane-Based Operations in the Fruit Juice Processing Industry: A Review, Beverages, 6(1): 18
* Conidi, C., Drioli, E., Cassano, A. (2020). Perspective of Membrane Technology in Pomegranate Juice Processing: A Review. Foods, 9(7): 88
* Çelikten, C., Mavuş, R., Kemeç, S., Ünlü, Ü., Ergün, A., Deligöz, H. (2022). Membrane technologies in the food and beverage industry, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37(3): 1713-1733
* Echavarría, A. P., Torras, C., Pagán, J., Ibarz, A. (2011). Fruit Juice Processing and Membrane, Technology Application, Food Engineering Reviews, ISSN 1866-7910, 3(3-4): 136-158
* Ghosh, P., Rana, S. S., Kumar, S. C., Pradhan, R. C., Mishra, S. (2015). Membrane Filtration of Fruit Juice, An Emerging Technology, International Journal of Food and Nutritional Sciences, 4(4): 48-57
* Girard, B., Fukumoto, L. R. (2000). Membrane Processing of Fruit Juices and Beverages: A Review, Critical Reviews in Food Science Nutrition, 40(2): 91-157
* Kujawski, W., Gierszewska-Druśynskai, M., Sobolewska, A., Dobrak, A., Güell, C., Ferrando, M., Lopez, F., Warczok, J. (2008). Application of Pervaporation and Osmotic Membrane Distillation in Fruits and Fruit Juices Processing, XXIII ARS SEPARATORIA – Toruń, Poland 2008, s. 17-22
* PCI Membranes, (2022). Clarification of Fruit Juices, Advanced Membrane Filtration Technology, 4 s.