Dondurma, gıdaların korunması için önemli bir araçtır, çünkü bu teknoloji ile yüksek kaliteli gıdaların uzun süre saklanması mümkündür. Yüksek gıda kalitesi elde etmek için donma hızı, buz kristali boyutunu, şeklini ve ayrıca gıdaya uygulanan mekanik baskıları belirleyen önemli bir parametredir. Hücresel yapıya sahip gıdalar için, hücre boyutuna göre buz kristali boyutu, gıdanın çözdürme işleminden sonra dokusunu ve su tutma kapasitesini belirleyen kritik bir ölçüdür. Dondurma sırasında buz kristalleri çok büyürse, hücre zarını delerler ve çözülme sırasında gıda hücre içi sıvıyı sızdırır. Ayrıca, gıda dokusu iştah açıcı olmayacak ve lapa gibi olacaktır.
Dondurmada küçük yuvarlak buz kristalleri, yumuşak ve kremsi bir doku için önemlidir. Genel olarak, donma hızı ne kadar hızlı olursa, buz kristali boyutunun o kadar küçük olduğunu kabul eder. Ancak bazı gıda maddeleri için donma hızının bir üst sınır vardır. Donma çok hızlı olursa, gıda malzemesine mekanik baskılar uygulanır ve donma kırılması meydana gelebilir. Birkaç durumda, geleneksel Japon kori-tofu tabağı veya biyolojik doku mühendisliğinde kullanılan yapı iskeleleri gibi malzemeleri yapılandırmak için dondurma işlemi kullanılır. Birkaç yıl önce WUR, TU Delft ve Unilever ile birlikte, çorba sebzelerini yapılandırmak için dondurarak kurutmanın kullanımını araştırdı. Burada buz kristali boyutu, kuruduktan sonra gözenek boşluğunun büyüklüğünü belirler ve çorbaya karıştırıldığında sebzelerin rehidrasyonuna yardımcı olur.
Buz Kristali Boyutu İle Donma Hızı Arasındaki İlişki
Bu nedenle, donmuş gıda kalitesi açısından, buz kristali boyutu ile donma hızı arasındaki ilişki hakkında iyi bilgiye sahip olmak önemlidir. Bununla birlikte, donma hızı ile buz kristali boyutu arasında yalnızca bazı ampirik ilişkiler vardır. Ayrıca, üretilmiş gıdalar için, şekerler ve donma önleyici proteinler gibi kriyopektanlar gibi buz kristali boyutunu kontrol etmek için kullanılan başka araçlar da vardır. Bu, gıda maddesi bileşimi, donma hızı ve buz kristali boyutu arasında bir etkileşim beklenebileceğini, ancak ampirik ilişkilerde gıda bileşimine bağımlılığın olmadığını gösterir. Bu nedenle Food & Biobased Research, gelişmiş bilgisayar simülasyonları kullanarak donma hızı, bileşim ve buz kristali boyutu arasındaki ilişkinin daha teorik olarak anlaşılmasını hedefleyen bir araştırma projesi başlattı.
Buz Kristali Büyümesi İçin Faz Alanı Modeli
Bu ayrıntılı anlayışı elde etmek için, kristal büyümesinin matris bileşiminin bir fonksiyonu olarak modellendiği, geliştirilen bilgisayar modelinde bireysel buz kristallerinin çözüldüğü, gıda mikro yapısının mikrometre aralığına dalmalıyız. Bu alandaki en gelişmiş yöntem, emülgatörlerle stabilize edilmiş köpük ve emülsiyon gibi dispersiyonların yapılanmasını açıklamak için kullandığımız faz alanı modelidir. Faz alanı yönteminde, emülsiyon damlacıkları, köpük kabarcıkları ve kristaller gibi birkaç bireysel dispersiyon elemanı aynı anda modellenebilir. Yöntem, bu dağılmış elementlerin parçalanmasına ve birleşmesine kolaylıkla izin verir.
Yöntemin gücü, dağınık ve sürekli fazlar arasındaki arayüzü nasıl ele aldığında yatmaktadır. Buradaki yöntem, ünlü Hollandalı fizikçi vanderWaals'ın arayüzü termodinamik bir çerçeveye dahil etme önerisini takip ediyor. Faz alanı yöntemini kullanarak, davranışı dondurma 3'ü temsil eden bir sükroz çözeltisindeki buz kristallerinin tanımı için bir bilgisayar modeli oluşturduk . Daha önceki araştırmalarda, sulu sükroz çözeltilerinin 4 termodinamiğini ve ayrıca difüzyon 5 yoluyla şeker çözeltisinde su taşıma hızını zaten açıklığa kavuşturmuştuk . Bu nedenle, bu malzeme özellikleri için, %0 ila %100 arasındaki tüm aralık için sükroz konsantrasyonunun fonksiyonu olarak tahmin teorilerimiz mevcuttur.
