SERT ŞEKER ÜRETİM TEKNOLOJİSİ

ŞERT ŞEKER ÜRETİMİNDE PİŞİRMEDEKİ SICAKLIK KONTROLU

1. GENEL BİLGİ

Şekerlemeler; şeker ve glikozun veya sadece şekerin pişirilmesinden sonra sitrik asit, tartarik asit veya potasyum bitartarat ilave edilerek kestirilmesi sonucu oluşan hamura, üretilecek ürünün çeşidine göre süt, süt tozu, jelatin, yağ ve aroma gibi maddelerin eklenmesi ve şekillendirilerek ambalajlanması sonucu elde edilen gıda maddelerdir.

Şekerlemelerin yapısının büyük bölümünü karbonhidratlar oluşturur. Şekerlemelerin üretiminde kullanılan şeker sakkaroz ve türevleridir. Sakkaroz, şeker pancarı veya şeker kamışının özel yöntemlerle işlenerek rafine edilmesi ile elde edilir. Şekerleme üretiminde kullanılan bir diğer önemli madde de mısırdan elde edilen nişastadan özel bir üretim tekniği ile elde edilen glikozdur. Glikoz, şekerin kristalize olmasına etki eder, işlenmesine kolaylık sağlayarak daha düzgün olarak şekillenmesine yardımcı olur.

Şekerleme endüstrisinde bir çok şekerleme çeşidi bulunmaktadır. Bu şekerleme çeşitleri şunlardır:

• Sert şekerleme • Meyve şekerlemeleri

• Yumuşak şekerleme • Badem ezmesi ve benzerleri

• Jöle şekerleme • Koz helva, nuga ve benzerleri

• Draje şekerleme • Krokan

• Tablet şekerler • Fondan

• Dolgulu şekerleme ürünleri

2. SERT ŞEKERLEMELER

Sert şekerlemeler, yüksek katı madde içeriğine kadar kaynatılmış glikoz şurubu ve sukroz karışımlarıdır. Glikoz şurupları şekerlemelerde kullanılan önemli hammadelerden biridir. Bunun sebepleri; kristalizasyon kontrolü, viskozite, nem dengesi, renk oluşumu ve tatlılıktır (1).

2.1. Sert Şeker Üretimi

Sert şekerler sakkarozun glikoz şurubu veya invert şekerle pişirilerek yüksek derecede konsantre edilmesi ile meydana gelen camsı ve yüksek viskoziteli şeker kitlesine aroma, renklendirici ve çeşni eklenmesi ile elde edilir. Üretimleri basit ve nem miktarı düşük olan şekerlerdir. Kistalizasyon ve yapışkanlık hatalarının oluşmaması için üretim kurallara uygun yapılmalıdır.

Şeker

ERİTME

Glikoz Şurubu, Bal

PİŞİRME

145 ⁰C

Renklendirici,aroa,

YOĞURMA-SOĞUTMA

Asit, meyve çeşni

95 ⁰C

ŞEKİLLENDİRME

90 ⁰C

SOĞUTMA

25-35 ⁰C

Şekil 1. Sert şeker üretimi akım şeması

Şekil 1’de üretim akım şemasında sert şeker üretimini akım şeması gösterilmiştir. Otomatik yapılan tartımla şeker, paslanmaz çelik tank içindeki suda 110 ⁰C’ye ısıtılarak çözüldükten sonra üzerine glikoz şurubu ve bal eklenir ve pişirme kazanına aktarılır. Pişirildikten sonra vakumla soğutulur ve mikser yardımıyla karışıma renklendirici, aroma, asit, meyve suyu, ve diğer çeşni maddeleri eklenir ve şekillendirilir. Şekillendirme iki yöntemle yapılabilir. Birinci yöntem: Sıcak karışım doğrudan kalıplara dökülür.

Genellikle dolgulu sert şekerlerde tercih edilir. İkinci yöntemde ise şeker, plastik yapıya ulaşana kadar yoğurma sistemlerinde yoğurulur.

Dolgulu şekerlerde dolgu ve sert şeker kalıplara aynı anda enjekte edilir. Yoğunlukları ve yapıları farklı olduğundan karışmadan kalıp içinde soğutulurlar. Sonrasında ise şeker konik merdaneli ekstrüderden gittikçe incelen uzun bir ip şeklinde geçer. Bu ip parçalar halinde dilimlenip kesilir. İstisnai bir durum sadece saplı şekerde gözlenir. Onda ise tek fark şeker, şekillendirİlmeden önce henüz sıcakken saplara yerleştirilir ve sonrasında soğutulur.

Izgaralı vibratörler amabalajlama aşamasında sert şekerler arasında şekil bozukluğu olanları ayıklanmada kullanılır. Bozuk ürünler ıskartaya alınıp, parçalanır ve ısıtılarak hamur haline getirilip geri kazandırılır (2).

2.2. Sert Şeker Üretiminde Sıcaklık Kontrol Noktaları

Üretimde sıcaklık kontrolunun yapılacağı noktalar:

· Su ve şekerin eritilmesi (110^oC)

· Pişirme (145 ^oC)

· Soğutma (120^oC)

· Yoğurma soğutma (95^oC)

· Şekillendirme (90^oC)

· Ambalajlamak için soğutma (25-35 ^oC)

2.3. Sert Şeker Üretiminde Pişirme

Su ve şeker karışımı, her tür şekerlemelerde pişirilir. Pişirme ile yapı düzgünleşir, su içeriği düşer, inversiyon gerçekleşir, karemelizasyon olur. Ayrıca pişirmenin çözünme ve eritmeye de yararı vardır. Sert şekerlemelerde bazen nem %0,5’ e düşebilir. Bu amaçla pişirme kaçınılmazdır (3).

3. PİŞİRME AŞAMASINDA SICAKLIK KONTROLÜ YAPMANIN ÖNEMİ

3.1 Karamelizasyon

3.1.1.Karamelizasyon nedir?

Karamelizasyon, basit şekerlerin asidik ve bazik koşullarda erime noktalarından daha yüksek sıcaklıklarda ısıtılmasıyla oluşur. Serbest amino gruplarının olmadığı ortamlarda ısıtılmasıyla meydana gelir . Isıtmayla sekerler önce erir daha sonra asit ya da baz katalizörlüğünde kahverengileşme meydana gelir. Karamelizasyonun gerçekleşmesi için ısıtma ya tamamen susuz ortamda ya da çok konsantre çözeltilerde gerçekleştirilmelidir. Isıtma şekerlerin halka yapılarında değisikliklere neden olur. Glikozidik baglar kırılır ya da yenileri oluşur. Termoliz sırasında çift bağlar ve anhidro halkalar olusur. Konjuge çift bağlar ışığı absorbe eder ve renk degisimlerine neden olur. Doymamış yapıdaki bu halkaların polimerlerle kondenzasyonu sonucu arzu edilen karamel tat ve aromasi olusur. Şekerin oksitlenmesi sonucu ise kahverengi renk oluşumudur. Karamelizasyon işlemi enzim içermediği için enzimatik olmayan bir esmerleşme reaksiyonudur. Proses sırasında uçucu bileşikler ortaya çıkar ve karakteristik bir karamel aroması oluşur.

Proses genel olarak birçok aşamadan oluşur. Bu aşamalar:

1. Şekerin yüksek sıcaklıklarda erimesi ile başlar, bunu köpürme (kaynama) takip eder. Bu aşamada sakkaroz (şeker), glukoz ve fruktoza parçalanır.

2. Şekerler su kaybeder ve diğerleri ile tepkimeye girdiği kondensasyon basamağı izler, örneğin difruktoz-anhidrin.

3. Aldozların ketozlara izomerizasyonu ve daha ileri dehidrasyon reaksiyonlarıdır.

4. Son aşamada ise son reaksiyon dizisi, parçalanma reaksiyonlarını (lezzetin üretimi) ve polimerizasyon reaksiyonlarını (renk üretimi) içerir.

Karamelizasyonun istenmeyen etkileri, örneğin yanmış şeker kokusu ve kararmanın oluşmasıdır. Eğer karemelizasyon çok yüksek oranda gerçekleşirse istenmeyen acı bileşikler, aromalar ve böylelikle istenmeyen tatlar oluşur.

3. 1.2 . Karamelizasyon Sıcaklıkları

Tablo 1’den de anlaşıldığı gibi şekerler arasında en hızlı karamelize olan şeker fruktozdur. Fırın ürünleri, bal veya fruktoz şurubundan yapılır. Bu sebeple şeker ile yapılandan daha koyu bir renk olur (4).

Tablo1. Şeker çeşitlerine gore karamelizasyon sıcaklıkları

Şeker	Sıcaklık
Fruktoz	110°C, 230°F
Galaktoz	160°C, 320°F
Glikoz	160°C, 320°F
Sukroz	160°C, 320°F
Maltoz	180°C, 356°F

Karamelizasyon boyunca farklı lezzet bileşikleri kadar polimerik karameller de üretilir. Karameller, yüksek moleküler ağırlıklı bileşiklerin, değişik kompleks karışımlarıdır. Üç grupta sınıflandırılırlar:

Karamelanlar (C₂₄H₃₆O₁₈)
Karamelenler (C₃₆H₅₀O₂₅)
Karamelinler (C₁₂₅H₁₈₈O₈₀)

Bu polimerler, renklerdirici olarak, kolalı içeceklerden soya sosu, şekerlemeler ve dondurma gibi ticari gıda üretimlerinde sıklıkla kullanılır. E150 olarak etiketlenirler (3).

Tablo 2. Sakkarozun karemelisazyon basamakları (şeker tablosu)

Basamaklar	Sıcaklık C	Tarif ve kullanım
Suyun buharlaştırılması	100	Şeker erir ve yüzeyden safsızlıklar uzaklaşır;
Küçük Lif	102	Renk yoktur ; yumuşak soğutma ; lezzette değişiklik yok. Buz kullanılır.
Büyük Lif	104	Renk yoktur; yumuşak soğutma ; lezzette değişiklik yok. Korumada kullanılır.
Küçük Kabarcık	110 - 115	Renk yoktur; yarı-yumuşak soğutma ; lezzette değişiklik yok.Şeker kremasında,dolgularda, Italian meringue, fondanlarda, fudge, ve lokumda kullanılır.
Büyük Kabarcık	119 - 122	Renk yoktur; sert soğutma; renk değişimi yok. Yumuşak karamellerde kullanılır.
Zayıf patlama	129	Renk yoktur; sert soğutma; renk değişimi yok. Yarı sert şekerlemelerde kullanılır.
Güçlü patlama	165 - 166	Renk yoktur; sert soğutma; lezzette değişiklik yok. butterscotch ve sert şekerlemelerde;
Ekstra güçlü patlama	168	Açık renk; soğutma boyunca cama benzer bir kırılma; lezzette değişiklik yok. Sert şekerlemelerde kullanılır;
Açık Karamel	180	Soluk kehribardan altın kahverengi; zengin lezzet.
Orta Karamel	180 - 188	Altın kahve renginden kestane kahverengi; zengin lezzet;
Koyu Karamel	188 - 204	Çok koyu ve acı; yanık kokusu. Renklendirmek için kullanılır, ama tatlılıktan yoksundur;
Black Jack	210	"Maymun kanı" olarakta bilinir bu noktada, şeker saf karbonlara parçalanmaya başlar. Yanık lezzet.

Tablo 2’ de lif, şekerin yumuşak yada sert liflerde iplik haline gelebileceğini gösterir, kabarcık, şekerin kolayca özel şekilli kalıba girebildiğini gösterir, patlama, şekerin soğutma sonrası sertleşeceğini gösterir (ve kırıldığında patlar) Sadece renk güründüğü zaman karamel adını alır (5).

3.1.3 Karamelizasyon sırasında oluşan Bileşikler

Diasetil önemli bir lezzet bileşiğidir.Diasetil, çoğunlukla tereyağı yada butterscotch lezzetinin oluşumundan sorumludur.

Diasetilin yanısıra yüzlerce diğer lezzet verici bileşen üretilir; furanlara örnek olarak hidroksimetilfurfural (HMF) ve hidroksiasetilfuran (HAF); fronanlara, hydroxydimethylfuranone (HDF), dihidrosidimetilfuranon (DDF) ve disakkaritlerden maltol ve monosakkaritlerden hydroxymaltol verilebilir.

Hidroksimetilfurfural (HMF) balda, meyve sularında, sütte hatta sigarada bile bulunur. Hidroksiasetilfuran (HAF), tatlı bir aromaya sahiptir ve düşük koku eşiğindedir. Maltol, taze fırın ekmeğini hatırlatan tada sahiptir, ekmeklerde ve keklerde lezzet attırıcı (E636) olarak kullanılır.

3.2. ŞEKER PİŞİRMEDE SICAKLIK ZAMAN İLİŞKİSİ

Pişirme sıcaklığı şeker üretiminde çok önemlidir, çünkü en önemlisi son şeker konsantrasyonunu ve nem içeriğini belirler. Herbir çeşit şekerin farklı bir kaynama noktası vardır.

Tablo 3. Sukroz çözeltilerinin kaynama Noktaları (6).

*Sucrose concentration (per cent)*	Degrees C Boiling point *	Degrees F Boiling point *
40	101.4	214.5
50	102	215.5
60	103	217.5
70	105.5	222
75	108	227
80	111	232
85	116	241
90	122	252
95	130	266

*deniz seviyesi

3.3. ŞEKER ÇEŞİTLERİNİ BELİRLEME

Kaynama noktasındaki değişimler şekerin yapısında değişikliklere neden olur. Şeker diğer sıvılarda (örneğin, süt, su) belirli bir sıcaklıkta pişer. Şeker konsantrasyonu arttıkça kaynama noktasıda artar. Su buharlaştıkça, çözelti aşırı doymuş hale gelir. Kaynama sıcaklığı ise 100°C’yi aştıktan sonra ise devam eder. Sıcaklık ne kadar çok artarsa şeker bir o kadar da sert olur. Bazıları yapışkan, bulutlu, kuru veya berrak olabilir. Sıcaklığı ölçmenin en doğru yolu şeker termometresi kullanmaktır. Herbir sıcaklık şekerlerde farklı isimlerle adlandırılır. Tablo 4’te farklı şeker çeşitlerine ait kaynama noktası sıcaklık aralıkları verilmektedir.

Tablo 4. Şeker çeşitleri (7)

*Şeker türü*	*Kaynama noktası sıcaklık aralığı (derece)*
Yumuşak (fondant, fudge)	116-121
Firm or hard ball (karamel, marşmelov ve nougat)	118° - 130°C
Soft crack (toffee) (kırılgan olmayan)	132-143
Hard crack (sert toffee) (kırılgan)	149-154
Karamel (pralin)(kırılgan ve altın kahve renginde)	154 ve üstü

3.4 NEM İÇERİĞİ

Şeker pişirildikten sonra şekerdekalan su miktarı şekerin hem depolama koşullarını hem de ürünün nem alıp almayacağını belirler. %4 ranından daha fazla nem içeriğine sahip olan şekerlerde şeker kristalize olur. Şekerin yüzey kısmı suyu emer ve şeker çözeltisi seyrelir. Yüzeyde kristalizasyon oluşur. Bu durum ise zamanla tüm şekere yayılır. Bu sebeple şeker pişirmede sıcaklık kontrolü yapılarak şekerdeki nem miktarı tespit edilmelidir. Ancak böylelikle kusursuz bir ürün elde edilmiş olunur.

3.5. İNVERSİYON

Invert şeker şurubu sükroz temellidir ve glikosit hidrolaz enzim invertaz veya asitle üretilir. Disakkarit olan sükroz glikoza ve fruktoza ayrılır. Invert şuruplar sükroz çözeltilere göre daha tatlıdır. Invert şekerin glikozu sükrozdan daha higroskopiktir.

C₁₂H₂₂O₁₁ (sucrose) + H₂O (water) → C₆H₁₂O₆ (glucose) + C₆H₁₂O₆ (fructose)

Reaksiyon, sıcaklığa, reaktanların konsantrasyonuna ve zamana bağlıdır. Asisik türdeki reaksiyonlar için yüksek sıcaklık çevrimi arttırır.

Invert terimi şeker şuruplarını ölçmede kullanılan metottan gelirç Düzgün polarize ışık saf sükroz çözeltisinden geçer ve rotasyona uğrar (optik rotasyon). Çözelti , fruktoz ve gikoza çevrildikçe rotasyon miktarı azalır (8).

Sakkarozun sudaki çözünürlüğü sıcaklıkla doğru orantılıdır, bu durum Tablo 5’te gösterilmektedir. İnversiyon sıcaklıkla doğru, pH ile ters orantılıdır. Asidik ortamda meydana gelir. Şeker üretimde ortama kirec ilave edilir ve pH arttırılır, Sakkaroz kendine 4 tane su bağlayarak hidrat formuna gelebilir.

Tablo 5. Sakkarozun sudaki çözünürlüğü sıcaklıkla ilişkisi

C	Çözünürlük
0	64.2
50	72.3
100	62.9

İnversiyon 2 nedenden dolayı istenmez. Birincisi Maillard reak.(renk değişimi), ikincisi ise kristallenmeyi güçleştirmesidir.

Yüksek oranda şeker konsantrasyonu olan şekerler ya üretim sırasında yada depolamada kristalize olurlar. Her ne kadar bu durum fondant, fudge gibi ürünlerde istensede, birçok koşulda istenmeyen bir özelliktir. Şeker çözeltisi yüksek sıcaklıkta pişirildikten sonra, sükrozun büyük bir çoğunluğu parçalanır ve ‘inver şeker’ oluşturur. İnvert şeker kristalizasyonu engeller ve şeker konsantrasyonunu arttırır. İnverisyonu kontrol etmek için ingrediyen olarak tartarik asit, sitrik asit kullanılabilir. Bu ingresiyenler invert şeker oranını dengelemek için kullanılır. Bunların dışında direk olarak glikoz şurubuda eklenebilir. Eğer çok fazla invert şeker varsa bu da bir dezavantajdır. Çünkü bu durumda şeker havadan su çekmeye başlar ve yapışkan hale gelir. %10-15 oranında invert şeker miktarı kristalize olmamış bir ürün elde etmemek için yeterlidir.

Invert şekerin su aktivitesi sükrozdan daha düşüktür. Bu nedenle raf ömrü daha uzundur (9).

4. PİŞİRME KONTROLÜNDEKİ ANA ELEMANLARI

Şeker pişirme sıcaklığının kontrolü bir kapalı döngü kontrol sistemi ile sağlanmakta ve kontrol sistemi için gerekli beş eleman belirlenmektedir.

4.1. İşlem/Cihaz: Pişirme sırasında vakumlu pişirme kazanı kullanılmaktadır. Kazan dıştan cidarlı olup sıcak buhar ile ısıtılmaktadır. 1000 lt’lik kapasiteye sahip olup kazan yarı çapı 35 cm, boyu da 260 cm olacaktır.

4.2. Ölçme Cihazı/Sensörler: Pişirme kazanındaki sıcaklık kontrolunde sensör olarak termokupl kullanılması öngörülmüştür. Kullanılacak olan termokuplun özellikleri Tablo 6’de verilmiştir. Sensorden çıkan ve kontrol cihazına giden ölçüm parametresi mV birimindedir. Proses koşullarında aşındırıcı maddeler bulunmamaktadır ve referans sıcaklık 145 ^oC’dir. Bu nedenle -200 ^oC ve 300 ^oC arasında iyi sonuçlar veren T tipi eleman telinin kullanılması uygun görülmüştür. Termokuplun boyu, eleman telinin cinsi ve çapı proses koşullarına göre seçilmiştir. Kullanılacak kompanzasyon kablosu da eleman teli ile aynı cins olacağı için bakır-konstantan kullanılacaktır.

Tablo 6. Termokupl özellikleri (10)

Termokupl Tipi	Düz
Eleman Teli	T tip ( bakır-konstantan)
Eleman teli çapı	1 mm
Koruyucu kılıf malzeme cinsi	St 35.8 (DIN kodu)
Koruyucu kılıf çapı	6 mm
Termokupl boyu	35 cm
Bağlantı Kafası	Alüminyum döküm kafa
mV değeri	6.375 mV (145 ^oC )
Kompanzasyon Kablosu	Bakır-Konstantan

Termokuplın kazanın orta noktasından delik açılarak monte edilmesi, bağlantının 1/2 rakor kullanılarak yapılması düşünülmektedir. Şekil 2’de bağlantının şematik gösterimi verilmiştir.

Şekil 2. Termokupl bağlantı şekli (11)

Termokupl maliyeti

4.3. İletim Hatları:

Ölçme cihazından elde edilen ölçme sinyallerini control cihazına ve control cihazının ürettiklerini son control elemanına taşıyan hatlara iletim hatları denir. Bu hatlar elektriksel yada pnömatik (sıkıştırılmış hava veya sıvı) olabilmektedir.

Şeker pişirmede genellikle elektriksel iletim hatları kullanılmaktadır. Maliyeti 2 YTL-7 YTL arasınada değişmektedir. Bu fiyatlara 2 sene garanti dahildir . Fakat kalibrasyon, teknik servis gibi hizmetler fiyata dahil değildir (12).

4.4. Kontrol Cihazı

Kontrol cihazı olarak oransal integral türevsel (PID) kontrol cihazı kullanılmaktadır. Sert şekerin istenen konsantrasyona, nem içeriğine, yapısal özelliklere sahip olması ve karamelizasyona uğramaması gerekmektedir. Açık-kapalı, oransal ve oransal türevsel kontrolde off-set değeri bulunmakta bu off-set değeri şekerin istenen nem değeri, konsantrasyon ve yapısal özellikte olmasına engel olmaktadır. Oransal integral kontrolde ise off-set değeri olmamasına rağmen şekerde karamelizasyona neden olabilecek aşırı sıçramalar olmaktadır.

PID cihazının standart çalışma aralıkları Tablo 7’de, teknik özellikleri Tablo 8’de, kontrol ayarları ve çıkış özellikleri ise Tablo 9’de gösterilmektedir.

Tablo 7. PID standart çalışma aralıkları (13)

Tablo 8. PID cihazı teknik özellikleri (13)

* T/C : Termokupl, **ac: alternative current (alternatif akım),*** NA : Normalde açık

Tablo 9. Kontrol ayarları ve çıkış özellikleri

Şekil 3’te PID cihazı ebatları gösterilmektedir.

Şekil 3. PID cihazı ebatları

PID cihazının maliyeti

PID cihazı

Fiyat : 65 Euro

Ölçüm sisteminin kalibrasyon bedeli (PID + Termokupl) : 62 Euro

Teslim süresi : 7-8 çalışma günü

Garanti süresi : 2 yıl

Termokupl : Sarf cihazı olduğu için garantisi yok. Ancak tamir hizmeti verilebilir. Teknik destek sağlamaktadırlar ve parça değişimi de yapmaktadırlar.

Paketin içinde tüm bağlantı elemanları bulunmaktadır.

Teknik bağlantı yapılarak teslim edilebilmektedir. Kurulum ücreti ve teslimat teslim edilen mesafe uzaklığına göre değişmektedir.

4.5. Son Kontrol Elemanı:

4.6. Fiyat Teklifleri

Tablo 8’de fiyat teklifleri ve teklifin alındığı firmaların iletişim bilgilerine yer verilmektedir. Termokupl, iletim hattı ve PID cihazının her biri için ikişer yerden teklif alınmıştır.

5. SONUÇ

Şekerlemeler; şeker ve glikozun veya sadece şekerin pişirilmesinden sonra çeşni maddelerinin eklenmesi ile üretilen gıda maddeleridirler. Sert şekerlemeler ise yüksek katı madde içeriğine kadar kaynatılmış glikoz şurubu ve sukroz karışımlarıdır. Sert şeker üretiminde şekerin istenen konsantrasyona, nem içeriğine, yapısal özelliklere sahip olması ve karamelizasyona uğramaması amacıyla pişirme sıcaklığının kontrolü gerekmektedir. Bu kontrol kapalı döngü kontrol sistemi ile sağlanmakta, sistemin kontrol elemanlarını termokupl, elektriksel iletim hattı, PID kontrol cihazı ve elektriksel vana oluşturmaktadır.