Aradığınızı Bulacaksınız...

Gıda ambalajlamanın kimyası

Gıda ambalajlamanın kimyası
Stefano Farris, İtalya'nın Milan Üniversitesi'nde gıda, çevre ve beslenme bilimi bölümünde yardımcı doçent olarak görev yapıyor. Araştırma grubu yüksek performanslı malzemeler tasarlayıp geliştiriyor.
Araştırma amaçlarınızı nasıl tanımlarsınız?
Ekibim gıda ambalaj uygulamaları için yeni malzemeler geliştirmeye çalışıyor, özellikle plastik substratları geliştirmeye ve iyileştirmeye yarayacak kaplamalar üzerinde uğraşıyoruz. Araştırmamızın temel amacı şu anda çok ağır olan malzemeleri en uygun hale getirmek. Gıda ambalaj alanında kullanılan plastiklerin kalınlığını aynı performans veya daha iyisini elde edecek şekilde azaltmayı hedefliyoruz, bunu da yapının kalınlığını azaltarak yapmayı düşünüyoruz. Bunlar yüksek performanslı ürünler, çünkü normalde farklı tabakalarla elde edilecek çeşitli özellikleri içermesi gerekiyor, yani yalnızca bir tek özelliği değil.
Yani siz yine plastik kullanmayı düşünüyorsunuz, ancak kullanacağınız miktar daha mı az olacak?
Kesinlikle. Plastiklerin kullanılmasından kaçınma imkânımız yok. Biyoplastikler çok iyi, ancak şu ana kadar geleneksel plastikler ile karşılaştırılamıyorlar. Plastiğin kalınlığından ötürü, şu andaki gıda ambalaj yapıları çok ağır. Günlük hayatlarımızda kullandığımız plastiği azaltmak istiyoruz.
Gıda ambalajda şu anda kullanılan plastikler ile ne tür sorunlar yaşanıyor?
Polietilen ve polipropilen gibi poliolefinler için tipik olan ambalajdan oksijen girişi, ambalaj içindeki oksijen derişimi yüksek ise oksidatif acılaşmanın oluşabildiği yağ ürünleri gibi oksijene karşı hassas ürünlerde büyük bir sorundur. Genelde, ambalajlanmış gıdanın raf ömrünü artırırken uğraşılması gereken temel sorun, ambalajdan gazların giriş yapmasıdır. Örneğin, pek çok gıda ürünü oksijensiz modifiye atmosferlerde paketlenmektedir. Ambalaj malzemesi oksijeni dışarıda tutmazsa iç atmosfer tamamen yok olabilir. Kaplama malzemelerimizle iç atmosferi içeride tutabilmek istiyoruz. Başka bir sorun da yiyeceğin rengini bozabilecek ve hidrolitik acılaşmayı artırabilecek, özellikle UV radyasyonu başta olmak üzere ışık tarafından ortaya konmaktadır. Bir başka sorun da, yalnızca kurutulmuş gıda için değil, aynı zamanda küf ve diğer mikroorganizmalardan dolayı gıdanın bozulması ile ilgili olan zararlı sonuçlara gebe su buharına karşı geçirmez etkiye sahip ince kaplamaların geliştirilmesi ile ilgili.
Laboratuarımda aktif kaplamaların tasarımı ve geliştirilmesi ile de ilgileniyoruz, böylelikle antimikrobiyaller veya antioksidanlar gibi aktif molekülleri salarak gıda ile etkileşime girebilecek kaplamalar üzerinde çalışıyoruz. Gıda karışımı içinde koruyucu maddeler kullanmak yerine, depo olarak görev yapabilecek kaplamalar geliştirmeyi ve aktif molekülleri zamanla yavaşça salmayı umuyoruz. Bu görevi yerine getirmek o kadar da kolay değil, çünkü iç nem, gıdanın pH değeri veya ışık gibi bir tetikleyici unsura karşılık olarak aktif moleküllerin salınması gerekiyor. Korumaya çalıştığımız gıda temelinde sistemimizi düzenlememiz gerekiyor.
Oksijene karşı engel oluşturan kaplamalarınız hakkında konuşalım.
Oksijene engel oluşturan kaplamalar için özellikle kil gibi anorganik dolgu maddeleri kullanıyoruz 1, 2.
Killer ucuz ve gıda ambalaj sektörünün ucuz bir sektör olduğunu unutmamamız gerekiyor, biyomedikal veya farmasötik uygulamalarla yarışacak durumu yok, bu sebeple gıda ambalajı geliştirirken bunu düşünmemiz gerekiyor. Başarı ile kil, veya daha açık konuşmak gerekirse montmorillonit kullandık, bunun yanı sıra mayadan gelen pullulan isimli bir eksopolisakkariti de kullanıyoruz. Bu polisakkarit, iskeletinde hidroksil grupları bulunduğu için kendiliğinden oksijene dayanıklılık özelliği taşıyor. Ne yazık ki, pullulan suya karşı hassas bir madde olduğundan oksijen engelleme özellikleri yalnızca kuru koşullarda geçerli oluyor, nispi nemin en fazla %50 olması gerekiyor. Ancak, kil kullanarak önemli oksijen engelleme özelliklerine sahip kaplamalar yaptık; nispi nem oranları %70/80 gibi yüksek değerlerdeydi – bu da gıda ambalaj alanında çok önemli bir adım oldu.
Bu çalışmanın bir parçası olarak zararlı kimyasal kullanmaksızın cam benzeri silika ağ sistemi oluşturmak üzere metal oksit öncül maddeleri ile sol-jel kimya yaklaşımı kullandık.
Pullulan oksijen engelleme özelliği sağlıyor, kil malzeme üzerinde yalnızca oksijen moleküllerinin yolunu artırarak oksijen difüzyonunu azaltıyor ve camsı ağ sistemi de fiziksel empedans sağlıyor.
Tek sorun, silika ağ sisteminin kırılgan olması, bu yüzden formülasyon üzerinde çalışarak kırılganlığı önlememiz gerekiyor. Kaplama malzememiz tamamen şeffaf. Ortalama bir engel oluşturmak gerektiği pek çok durumda alüminyum folyo kullanmanız gerekir.
Ancak, nem engeli oluşturan polipropilen ile oksijen engeli oluşturan kaplama malzememizi birleştirebiliriz ve folyo ile aynı performansı tamamen şeffaf bir kaplama malzemesi oluşturmamız mümkün olur. Bu da ambalaj malzemesinden içinde ne olduğunu görmek isteyen tüketiciler için çok önemli ve pazar bakış açısından da önem taşıyor.
Peki bunu plastik üzerine kapladınız mı?
Farris (en sağda) Metalvuoto'nun fabrikasında taze kaplanmış PET sargısını inceliyor.
Bu kaplamayı üç farklı plastikte oluşturduk: polipropilen (PP), polietilen tereftalat (PET) ve ayrıca poliamid (nylon 6-6). Metalvuoto isimli, ürünlerimizden biriyle kaplanmış PP, PET ve nylon ürünleri satışı ile uğraşan Avrupa'lı bir şirket tarafından kullanılıyor. Bu tür kaplama taze peynir, taze makarna, jambon gibi ürünlerin dondurulmuş ve oda sıcaklığındaki koşullarda servisinde kullanılabilir.
Pratikte, çok daha ince bir plastik tabakası kullanarak aynı performansa erişmek üzere, ürünümüz poliviniliden klorür (PVDC), etilen vinil alkol (EVOH) ve polivinil alkol (PVOH) ile yarışabilecek durumda.
Daha az plastik kullanırsanız prosesi ucuzlaştırmış olursunuz. Bu yüzden şirketler ve son kullanıcılar bu kaplama fikrinde çok israrcılar.
Kaplamaların maliyeti nedir?
Kullanılan özel formüle ve altındaki plastik malzemeye göre €2,2/kg civarında bir fiyata sahip. Şirketler aynı temel filmi satabilirler, örneğin polipropilen kullanabilirler, ancak kaplamadan dolayı elde ettikleri ürünün kalınlığı daha az olacaktır.
Bu kaplamalara sahip plastiklerin çevreye atılmasında sorun oluyor mu?
Bunları yine geri dönüştürülebilir malzeme olarak düşünmeniz mümkün, Bizim durumumuzda kaplama yalnızca 200-300 nm kalınlığında, böylece bütün malzeme geri dönüştürülebilir.
Kaplamanızı kullanan birilerini gördünüz mü?
Kaplamamızı süpermarkette çeşitli peynir, makarna ve jambon ürünlerinde görmeniz mümkün. Bir araştırıcı için çabalarınızın bunun gibi bir sonuca ulaşmasını görmek çok güzel bir his.
Kaplamalarınızın işe yaraması için sıradaki adım nedir?
Teknolojimizi grafen kullanarak geliştirmeye çalışıyoruz. Grafenin özellikleri son derece güzel, ancak yüksek kalitede grafen yapmak pahalıya geliyor. Gıda ambalajları çok ucuz olduğu için, sert kimyasallar kullanıldığı için çevresel bir bakış açısından uygun olmayan, pahalı ve düşük verimli olarak özetlenebilecek şu andaki üretim yöntemlerine göre grafeni asla kullanamayacağız gibi gözüküyor. Bu sebepten ötürü, polisakkaritleri kullanan ve ultrases içeren bir yaklaşımı izleyerek grafen üretimine alternatif bir yol bulmaya çalışıyoruz. Polisakkaritler, grafen yapımızı zamanla kararlı hale getirmek için kullanılabilir. Ultrases uygulaması grafiti ayırarak grafeni meydana çıkarıyor, ancak tabakanın tekrar istiflenmesini engellemek için grafene karşı yüksek bir ilgi gösteren polisakkaritleri kullanabiliriz. Bunun anlamı da grafeni belli bir süre saklayabilir ve denizaşırı ülkelere satabiliriz, bu da işin ticari boyutu açısından önemli. Grafenin gıda saklama bakış açısından özelliklerini inceliyoruz, örneğin oksijen engelleme ve su nüfuz özelliklerine bakıyoruz.
Pek çok endüstriyel işbirliği içindesiniz. Bunlar nasıl ortaya çıktı?
İtalya'da ekonomik bir krizin ortasında bulunuyoruz. Herkes şu anda kullanılandan daha pahalı olmayan yüksek performanslı çözümler istiyor. Şirketler, akademik laboratuarlar ile potansiyel işbirliklerini araştırmaya daha istekli. Şu anda çalıştığımız şirketler makalelerimizi okuduktan veya konferanslarda, toplantılarda ve fuarlarda araştırmalarımızı duyduktan sonra bizi buldular.

Kaynaklar

  1. I U Unalan et alRSC Adv., 2014, 4, 29393 (DOI: 10.1039/c4ra01778a)
  2. J M Fuentes-Alventosa et alRSC Adv., 2013, 3, 25086 (DOI: 10.1039/c3ra45640d)
Share on Google Plus

About İbrahim Can Gezer

This is a short description in the author block about the author. You edit it by entering text in the "Biographical Info" field in the user admin panel.
    Blogger Comment

0 yorum:

Yorum Gönder