Bilim insanları, glutensiz ekmeği devrim niteliğinde bir teknoloji ile pişiriyor. Glutensiz ekmek, bazı alerjilere sahip olanlar ve çölyak hastaları için büyük önem taşır. Ancak, bu tür ekmekleri üretmek için daha uzun bir vakit gerekir. Bilim insanları, ohmik ısıtma denilen ve elektriği ileten bileşen olarak ekmeğin kendisinin kullanıldığı bir tekniği sayesinde glutensiz ekmek üretmeyi başardı. Geleneksel yöntemlere göre daha az zaman ve enerji harcanarak üretilen bu ekmeğin daha hacimli ve homojen olduğu bildirildi.

Prof. Dr. Henry Jäger Tabi Kaynaklar ve Yaşam Bilimleri Üniversitesi

Geleneksel fırınlama yönteminde, buğday unu genellikle %55-60 oranında su içeren hamurlardan üretilir. Çeşitli mayalanma süreçlerinin (maya kullanıldığında 2 saat, ekşi hamur mayalanmasında birkaç güne kadar sürebilir) ardından hamur fırınlarda yaklaşık 1 saat boyunca pişirilir (doğrudan temas yöntemiyle çalışan fırında ya da konveksiyon fırınında). Isı, hamurun dışından içine doğru, merkezindeki sıcaklık 100 °C’ye ulaşana kadar gönderilir ve ardından da kuruması ve kabuğun oluşması için bekletilir. Ancak glutensiz ekmek formülasyonlarında, buğday ekmeğine göre iki kat daha fazla suya ihtiyaç duyulur. Protein ağı bulunmadığı için, gazın tutulması adına fırınlama sırasında nişasta jelatinizasyonundan yararlanılır ve bu yüzden de daha fazla su eklenmesi gerekir. Ancak bu işlem de hamur viskozitesinde azalmaya yol açar. Buğday ekmeğindeki gluten ağına kıyasla nişasta matriksindeki gaz tutma davranışının farklı olmasından dolayı, glutensiz ekmeği geleneksel teknolojilerle fırınlamak zorlu bir süreçtir.

Yeni geliştirilen bir teknoloji olan ohmik ısıtmanın, diğer pişirme yöntemlerine göre çok sayıda avantaja sahip olduğu görülmektedir. Isı; kondüksiyon, konveksiyon ya da radyasyon yöntemleriyle aktarılmadığından volumetrik bir ısınma söz konusu olmakta ve bu sayede de ısının hızlı ve eşit bir şekilde dağıtılması mümkün hale gelmektedir. Ohmik ısıtma yönteminde ısı üretimini etkileyen başlıca parametreler, elektriksel alanın gücü ve maddenin iletkenliğidir. Her iki parametre, elektrik devresinin durumuna doğrudan etki eder. Yani uygulanan toplam elektrik enerjisi ve malzemenin ısınma kapasitesi, ısı artışı miktarını belirler. Uygulanan güç, ısıtma oranını etkiler. Yiyecekler gibi heterojen malzemelerde, elektrik iletimi belli başlı özelliklere bağlı olarak değişir (örneğin malzemenin bileşimi, pH değeri, yoğunluğu ve iyonlarn hareketliliği). İletkenlik genellikle; ısının yanı sıra su ve tuz içeriğiyle doğru orantılı olarak artar.

Glutensiz hamurlar, genellikle konvansiyonel fırınlama sırasında performansı ve ürün kalitesini etkileyen teknolojik zorluklara yol açar. Volumetrik ısıtma prensibi ve daha hızlı ısıtma oranları sayesinde, ohmik ısıtma geleneksel fırınlama yöntemlerine göre daha avantajlı olabilir. Bu yüzden de, glutensiz ekmek yapımında yeni bir yaklaşım olarak ohmik ısıtmanın kullanılmasına yönelik araştırmalar yapılmaktadır. Farklı ohmik ısıtma parametrelerinin (uygulanan enerji, maruz bırakma süresi), ekmeğin kimyasal ve fonksiyonel özelliklerine (spesifik hacim, ekmek içi yoğunluğu ve göreli esneklik, gözenek özellikleri, renk, nişasta jelatinizasyonu) ve sindirilebilirliğine etkisi araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, glutensiz ekmekler bu işlemde her tarafının eşit olarak ısıtılması sayesinde geleneksel yöntemlerle yapılan fırınlamaya göre daha üstün özellikler gösteriyor. Ohmik ısıtmada spesifik hacim 2.86–3.44 cm3/g; göreli esneklik %45.05–56.83; gözeneklilik %35.17–40.92 olarak ölçülürken, geleneksel fırınlama yönteminden elde edilen ekmeklerde şu şekildedir: spesifik hacim 2.60 cm3/g; göreli esneklik %44.23; gözeneklilik %37.63. Ekmek hacmini ve ohmik ısıtma performansını en üst seviyeye çıkarmak için, ohmik ısıtma sürecinin, giderek azaltılan üç elektriksel güç adımıyla uygulanması gerektiği tespit edilmiştir. Buna göre; ilk 15 saniye boyunca 2–6 kW’lık yüksek enerji, ardından 10 saniye boyunca 1 kW ve 1 ila 30 dakika boyunca da 0,3 kW enerji uygulanmıştır. Genel olarak bakıldığında, maksimum hacmi kazanmış bir glutensiz ekmek için ohmik fırınlama yönteminin sadece birkaç dakika boyunca uygulanması yeterli olmaktadır. Bu ekmeklerin, yapışma özellikleri ve nişastanın sindirilebilirliği bakımından da konvansiyonel fırınlarda pişirilen glutensiz ekmeklere göre daha üstün oldukları belirlenmiştir.

Glutensiz ekmekleri ısıtmak için ekmeğin içinde elektrik şokları uygulanmakta ve ekmeğin dışından yapılan ısıtma yöntemiyle kıyaslandığında enerji ve zaman tasarrufu sağlanmaktadır. Viyana Doğal Kaynaklar ve Fen Bilimleri Üniversitesi (BOKU) Gıda Teknolojisi Enstitüsü’nde yapılan bir araştırma, Food and Bioprocess Technology dergisinde yayınlandı. Ohmik ısıtma adlı teknolojiyi kullanan araştırmacılar, bu yöntemle glutensiz ekmek ürettiler. Elde edilen ilk sonuçlar, üretim sürecinde enerji ve zamandan tasarruf edildiğini ve daha kaliteli bir ürün elde edildiğini gösterdi.

Bu teknolojinin dayandığı prensip, ampulun çalışmasına benzemektedir. Bir telden geçen elektrik akımı, teli ısıtmakta ve sonunda da aydınlatmaktadır. Bu durum, elektriğe gösterilen direnç ve bu sayede elektrik enerjisinin ısı enerjisine dönüşmesini ifade eden ohm kanunuyla ilgilidir. Ekmek hamurunun elektriğe direnç göstermesi de aynı etkiyi yapmaktadır. Ekmek, bir tel gibi ışık saçmasa da ısınmakta ve pişmektedir. Araştırmacılar, bu çözümü glutensiz ekmek yapımında kullanarak fırınlama teknolojisine rakip bir yöntem geliştirmiştir.

Ani Isıtma Prof. Henry Jäger bu tekniği "Isı, hamurun tamamında ve bir anda üretiliyor” şeklinde açıklıyor. Jäger’e göre, ohmik ısıtma teknolojisinin başlıca avantajı da bu. Konvansiyonel ısıtma genellikle daha fazla zaman gerektiriyor. Çünkü ısının dış kısımdan hamurun merkezine doğru gelmesi gerekiyor.

Söz konusu yavaş ısıtma tekniği, glutensiz ekmek üretimi için büyük bir sorun oluşturuyor. Gluten, yani buğday proteini, hamurun yapısında en önemli etmenlerden biri. Bu tür ürünlerde gluten olmadığından, onun yerini nişasta alıyor. Yeterli ısıtma durumunda, nişasta jelatinize olur ve hamur yapısının oluşmasına katkıda bulunur. Ancak bunun için hamura çok daha fazla su eklenmesi gerekir ve böylece düşük viskozite oluşur, hamur daha ince ve daha kıvamsız olur. Bu da fırınlama işlemini zorlaştırır.

Prof. Jäger ve ekibi, Ohmik ısıtmanın özellikle glutensiz ekmek üretimi için en önemli avantajlarından birinin, tüm hamur kitlesinin her tarafının hızlı bir şekilde ısıtılması olduğunu belirledi. Jäger, “Bu avantajlardan hakkıyla yararlanabilmek ve en iyi sonuçları elde edebilmek için, optimum süreç ve ürün özelliklerinin belirlenmesi gerekiyor. Bu kadar ikna edici sonuçlar elde ederken sürecin verimliliğini artırmak bizim için de sürpriz oldu.” ifadelerini kullandı.

Kalite Ohmik ekmek, konvansiyonel yöntemlerle fırınlanan ürünlerle kıyaslandığında mükemmel kalite özellikleri sergiledi. Ekmeğin hacmi yüzde 10 ila 30 oranında arttı. Ekmek içi daha yumuşak ve elastik bir ha alırken, gözeneklerin ise daha küçük ve düzenli şekilde dağılmış olduğu görüldü. Ancak ekip, ekmeğin sadece fiziksel özelliklerine odaklanmadı. Besin değerlerine ve ne kadar sindirilebilir olduğunu da araştırdı.

Araştırmanın kıdemli yazarlarından Prof. Regine Schönlechner, “Ohmik ısıtma sırasındaki kısa fırınlama süresi dikkate alındığında, nişastanın sindirilebilirliği ile ilgili olumsuz bir sonuç söz konusu olabilirdi. Ancak in-vitro yöntemleriyle yapılan testlerde herhangi bir farklılık gözlemlenmedi.” dedi.

Glutensiz ohmik ekmeğin üstün kalitesine, enerji ve zamandan yapılan tasarruf da eşlik etmektedir. Yapılan ilk denemelerde, konvansiyonel fırınlama tekniklerine göre üçte iki oranında enerji tasarrufu sağlandı. Ohmik fırınlama yönteminin süresinin de geleneksel yönteme göre çok daha kısa olduğu belirlendi. Hamur, sadece birkaç dakikada içerisinde, yemeye hazır bir glutensiz ekmek haline dönüşüyor. Esmerleşme ve kabuk oluşumu söz konusu olmadığından, bu yöntem doğrudan tost ve tramezzini ekmeği elde etmekte kullanılabilir. Eğer kabuk isteniyorsa, infrared ısıtma yöntemiyle kontrollü bir şekilde daha sonra oluşturulması da mümkün.

Gelecek vaat eden bu fırınlama konseptinin geliştirilmesi ve optimize edilmesi için BOKU Core Facility Food & Bio Processing şirketinin özel ekipmanı kullanıldı. Bu çalışmada, Ohmik ısıtmanın glutensiz ekmek üretiminde sağladığı başlıca faydaların elde edilmesi için hangi şartların sağlanması gerektiği üzerinde odaklanıldı. Bunun için elektrik enerjisinin farklı kombinasyonlarda uygulandığı ve fırınlama adımlarının değiştirildiği denemeler yapıldı.

Sonuçta, yoğunluk ve süreleri farklı olan üç sürecin ardı ardına uygulanmasının en makul seçenek olduğunu belirlediklerini ifade eden Prof. Jäger, "İlk 15 saniye boyunca 2–6 kW’lık fırınlama adımının ardından 10 saniye boyunca 1 kW ve 5 dakika boyunca da 0,3 kW enerji, Ohmik ısıtma ile glutensiz ekmeğin başarıyla üretilmesi için elde ettiğimiz formül oldu.” ifadelerini kullandı.