Gıda Teknolojisi

Doç. Dr. Gürbüz Güneş

İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya-Metalurji Fakültesi Gıda Mühendisliği Bölümü, Maslak, İstanbul.

Gıdaların ışınlanması radyoaktivitenin keşfedilmesinden sonra 20. Yüzyılın başlarından itibaren araştırma ve uygulama konusu olmuştur.  Başlangıçta ışınlama işlemi ile birçok gıdanın çok uzun süre korunabileceği beklentisinin oluşması 20. yüzyılın ortalarında gıda ışınlama konusunda araştırmaların yoğunlaşmasına neden olmuştur.  Yapılan araştırmalardan elde edilen bulgular başlangıçtaki yüksek beklentileri karşılamadığından 1960’ların sonundan itibaren gıda ışınlamaya olan ilgi azalmıştır.  Diğer taraftan son 20-30 yıl içinde gıda kaynaklı zehirlenme ve enfeksiyonların artması ile gıda güvenliğinin sağlanması konusunda gıda ışınlama tekrar gündeme gelmiş olup Amerika Birleşik Devletleri başta olmak üzere ülkemizinde içinde yer aldığı birçok ülkede çeşitli ürün gruplarınayönelikışınlama uygulamaları yasal düzenlemeler kapsamına alınmıştır.  Amerikan gıda ve ilaç dairesi (FDA) ışınlamayı katkı maddesi kategorisinde değerlendirdiğinden gıdalarda kullanımına izin verilmeden önce ışınlama uygulaması çok detaylı toksikolojik testlerden geçirilmiştir.  Gıda ışınlamanın güvenli olduğu WHO, FDA, FAO Codex Alimentarius Commission gibi kuruluşlar tarafından benimsenmiştir.  FDA ilk olarak 1963 yılında buğday ve unların böceklenmeyi engellemek için ışınlanmasını onaylamış olup bunu izleyen yıllarda farklı zamanlarda farklı gıda gruplarının ışınlanmasına yönelik onaylar izlemiştir (Stefanova ve diğ., 2010; FDA, 2008).

İyonize ışınlar (gama ışınları, X-ışınları ve hızlandırılmış elektronlar) yüksek enerjiye sahip olduklarından atom ve bileşiklerde elektronları normal yörüngelerinden çıkararak iyonlaştırırlar.  Oluşan iyonlar ve serbest radikallerin diğer bileşenlerle reaksiyona girmesi ile ışınlamanın dolaylı veya kimyasal etkisi ortaya çıkar. Bununla birlikte iyonize edici ışınların enerjileri atomların çekirdeğini etkileyecek kadar yüksek olmadığından bu ışınlara maruz kalan maddeler radyoaktif hale geçmez (Stefanova ve diğ., 2010).  Gıdaların ışınlanmasında genel olarak üç farklı iyonize ışın kaynağı kullanılabilir: gama ışınları, hızlandırılmış elektron demeti ve X-ışınları (Stefanova ve diğ., 2010).  Gama ışınları radyoaktif izotoplar olan cobalt-60 (60Co) veya cesium-137 (137Cs) maddelerinden elde edilir.  Bunlardan 60Co gıda ışınlamada en yaygın kullanılan gama ışını kaynağıdır.  Gama ışınlarının gıdalara ve diğer maddelere penetrasyon gücü oldukça yüksek olduğundan büyük kalınlık ve hacimlerde ürünlerin hem yüzey hem de iç kısımları etkin bir şekilde ışınlanabilir.  Hızlandırılmış elektronlar demetleri elektron hızlandırıcı makineler kullanılarak elde edilmekte olup gama ışınlarına göre penetrasyon kabiliyeti daha düşüktür.  Elektron hızlandırıcılarda radyoaktif madde bulunmadığından kullanımı gama ışınlarına göre daha kolay bir sistem olup kalınlığı düşük olan (<5-10 cm) gıdaların etkin olarak ışınlanmasında kullanılmaktadır.  X-ışınları da elektrikle çalışan makineler ile elde edilmekte olup penetrasyon kabiliyeti gama ışınları gibi yüksektir.  Bununla birlikte işletim maliyetin yüksek olması nedeniyle gıda ışınlamada tercih edilmemektedir. Bununla birlikte, hızlandırılmış elektronlar ve X-ışınlarının en önemli avantajlarından birisi bu ışınları üreten makinenin basitçe açılıp kapatılmasıyla ışınlama işlemi kolay bir şekilde başlatılıp durdurulabilmektedir.

Gıda ışınlamada uygulanan ışınlama dozu gıdanın absorpladığı enerji miktarıyla ifade edilir.  SI sisteminde ışınlama dozunun birimi ‘gray’ (Gy) olup 1 kg gıdanın absorpladığı 1 jul enerjiyi ifade eder (1 Gy = 1 J/kg).  Ayrıca 1 kilogray (kGy) = 100 Gy olarak tanımlanır.  Eski kaynaklarda yer alan ışınlama doz birimi ‘rad’ ile Gy arasındaki döşüm ise 1Gy = 100 rad şeklindedir.  Işınlamada kullanılan radyoaktif ışın kaynaklarının (60Co ve 137Cs) güçleri radyoaktivite birimi olan becquerel (Bq) ya da curie (Ci) ile ifade edilmekte olup 1 Ci = 3.7x1010 Bq dir.  Işınlama kaynağının gücü gıda ışınlamada doz hızını etkilemektedir.

Işınlama gıdalarda başta patojenik mikroorganizmaların inaktivasyonu olmak üzere farklı maçlarla kullanılmaktadır.  Gıda ışınlama uygulamaları uygulanan dozlara bağlı olarak üç gruba (düşük, orta ve yüksek dozlar) ayrılmış olup Çizelge 1 de özetlenmiştir.  Çizelgede de belirtildiği gibi farklı ürünlerde farklı amaçlar için farklı dozlar öngörülmüştür.  Burada tavsiye edilen dozlar belirtilen amaca ulaşmak için yeterli olan ve aynı zamanda ışınlamanın ürün kalitesine olumsuz etkilerinin minimum (kabul edilebilir) olduğu dozlardır.  Ülkemizde gıda ışınlama ilk olarak 16.11.1999 tarihli resmi gazetede yayınlanan ‘Gıda Işınlama Yönetmeliği’ ile yasal düzenleme kapsamına alınmıştır.  Bu yönetmelikte ışınlanabilecek gıdalar uygulanacak dozlara ve ışınlamadaki amaçlara göre 7 grupta değerlendirilmiştir (Çizelge 2). Bu yönetmelikte de belirtildiği gibi ışınlamanın birçok ürüne uygulanmasına izin verilmesine karşın ülkemizde ticari olarak çoğunlukla baharatlara uygulanmaktadır.  Birim ağırlıktaki yüzey alanı oldukça yüksek olan baharatlar yetiştirme, hasat ve üretim aşamalarında mikrobiyal bulaşmaya maruz kalmakta olup bu durum ürün kalite ve güvenliğini olumsuz etkilemektedir.  Ayrıca yüksek kontaminasyon düzeyine  (>106 k.o.b/g) sahip baharatların pazarlamasına yasal olarak izin verilmemektedir.  Bu sorunun çözümü için hem iç pazara verilen baharatların hem de ihraç edilen baharatların ışınlanması olukça yaygın olarak uygulanmaktadır.

Çizelge 1.  Gıda ışınlamada farklı amaçlar için tavsiye edilen dozlar ve ilgili gıdalara örnekler (Rahman, 2007)

Çizelge 2.  Türkiye’de çeşitli gıda gruplarında belirli teknolojik amaçlara göre uygulanmasına izin verilen ışınlama dozları (TGK, 1999)

(x) Minimum doz düzeyi belli bir zararlı organizma için belirlenebilir.

(xx) Minimum doz düzeyi gıdanın hijyenik kalitesini temin edecek düzeyde belirlenebilir.

(xxx) 10 kGy’in üzerindeki maksimum doz düzeyleri, gıdanın tümündeki minimum ve maksimum doz ortalaması 10 kGy’i aşmayacak şekilde uygulanır.

Işınlamanın gıdalarda ve mikroorganizmalara etkisi doğrudan ve dolaylı olmak üzere iki şekilde olur.  Doğrudan (fiziksel) etki yüksek enerjili ışınların hücrelerde fizyolojik fonksiyonları olan büyük molekülleri (DNA, proteinler vb) fiziksel olarak parçalayarak etkisiz hale getirmesiyle gerçekleşmektedir.  Işınlamanın dolaylı etkisi (kimyasal etki) ise ışınlama sonucu hücre ve dokularda oluşan iyonlar ve serbest radikallerin diğer bileşenlerle reaksiyona girmesi şeklinde gerçekleşir.  Işınlamanın dolaylı etkisi uygulama amacı doğrultusunda etkili olmakla birlikte gıdalarda kaliteyi de olumsuz etkileyebilmektedir.  Işınlanan ürünlerde uygulanan doza bağlı olarak oksidatif reaksiyonlar sonucu istenmeyen koku ve tat oluşumu, renk ve tekstürde değişimler oluşabilmektedir.  Işınlamanın bütün bu etkileri çeşitli faktörlere bağlıdır: doz, doz hızı, ışınlama sırasında ürün sıcaklığı, ortamdaki oksijen miktarı ve gıdanın genel bileşimi (nem, yağ, antioksidan bileşenler vb) bunlardan en önemli olanlardır.  Dolayısıyla gıdalara uygulanacak ışınlama dozu hem kullanım amacı hem de kalite üzerindeki olumsuz etkileri dikkate alınarak ve yukarıda bahsedilen faktörler de değerlendirilerek optimize edilmelidir.

Tüketicilerin yaşam biçimlerindeki değişiklikler (hızlı iş temposu, tüm aile fertlerinin çalışması, yemek hazırlama zamanının azalması vs) sonucu kullanıma veya tüketime hazır gıdalara yönelik taleplerde önemli artışlar olmuştur.  Ayrıca, tüketicilerin gıdaların besleyici ve duyusal özelliklerine ilişkin beklentilerinde de artış olmuştur.  Bütün bunlar minimum işlem görmüş, katkı maddesi içermeyen, taze nitelikte ürünlerin üretimini teşvik etmektedir.  Bu kapsamda, tüketime hazır yada pişirmeye hazır taze meyve ve sebzeler (taze meyve dilimleri, hazır salatalar, pişirmeye hazır taze ıspanak vb.), pişirmeye hazır et ürünleri (köfte, hamburger, ızgaralık etler, marine edilmiş etler vb) endüstriyel olarak üretilerek tüketiciye ulaştırılmaktadır.  Bu tür ürünlerde patojen mikroorganizma inaktivasyonuna yönelik klasik uygulamalar (ısıl işlem gibi) olmadığından bu riskleri ortadan kaldıracak alternatif yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır.  Son 10-20 yıl içinde dünya genelinde ortaya çıkan gıda kaynaklı hastalıklarda minimum işlem görmüş taze ürünlerin (salatalar, ıspanak, kıyma, hamburger) büyük oranda yer aldığı görülmektedir.  Bu risklerin ortadan kaldırılması yada azaltılmasında ışınlama uygulaması büyük potansiyele sahiptir.  Nitekim Amerikan gıda ve ilaç idaresinin (FDA) ışınlama konusunda yaptığı düzenlemelerde bu durum dikkate alınarak en son hazır salatalar ve ıspanağın ışınlanması 2008 yılında onaylanmıştır.  Işınlama işlemi son ürünün ambalajlanmasından sonra uygulandığından tekrar kontaminasyon riski de ortadan kalkmaktadır.  Tüketime hazır salata ve ıspanaklarda patojen bakteri ve virüs risklerinin ışınlama ile ortadan kaldırılabileceği ya da önemli oranda azaltılabileceği bilimsel çalışmalarla ortaya konmuştur (Espinosa ve diğ., 2012; Niemira, 2007; Arvanitocyannis ve diğ., 2009).  Ülkemizde yaygın olarak tüketilen pişirmeye hazır taze köfteler, ızgaraya hazır taze tavuk etleri ile popüler bir ürün olan etli çiğ köftelerde de E. coli O157:H7, Salmonella enteritidis, Listeria monocytogenes gibi potansiyel patojenlerin oluşturduğu risklerin ışınlama işlemi ile ortadan kaldırılabileceği yapmış olduğumuz bilimsel çalışmalarla belirlenmiştir (Gezgin and Gunes, 2007, Gunes ve diğ. 2011, Bekiroglu ve diğ, 2007).

Mikrobiyal gıda güvenliğine ilişkin risklerin her geçen gün artması önümüzdeki yıllarda ışınlamanın global düzeyde gıda sanayinde kullanımını artıracaktır.  Günümüzde ışınlamanın özellikle yukarıda bahsedilen mikrobiyal gıda güvenliğini sağlamak için ticari kullanımının kısıtlı olmasının en önemli nedenleri arasında tüketici algısı ve ışınlama işleminin maliyeti sayılabilir.  Işınlanmış gıdalara yönelik tüketici algısı konusunda yayınlanan çalışmalarda tüketicilerin ışınlama işlemi konusunda yeterli bilgi sahibi olmadığı yada yanlış bilgi sahibi olduğu belirlenmiştir (Gunes and Tekin, 2006, Nayga ve diğ, 2005; Fox, 2002; Bruhn, 1998).  Bu çalışmalarda ışınlanmış gıdaların radyoaktif hale gelebileceği gibi yanlış algıların da olduğu ortaya konmuştur.  Bununla birlikte yapılan bu çalışmalarda tüketicilere ışınlama konusunda bilgi verildikten sonra tüketicilerin algılarında ışınlanmış gıdalara karşı pozitif yönde önemli değişiklikler olduğu görülmüştür.  Şekil 1 de verilen ışınlama sembolü (radura, genellikle yeşil olmakla birlikte farklı renklerde) uluslararası kabul edilen bir sembol olup ışınlanmış ürünlerin ambalajında ışınlama işlemi uygulandığına yönelik yazılı ifadeler ile birlikte bulunması zorunlu kılınmıştır.  Bu şekilde tüketicilerin kişisel tercihine olanak sağlanmıştır.  Işınlama işleminin halen kısıtlı olarak kullanımının diğer bir nedeni ışınlama işleminin maliyetidir.  Işınlama işlemleri merkezi ışınlama tesislerinde ücret karşılığı yapılabildiği gibi yüksek kapasitede üretim yapan firmaların kendi tesislerini (özellikle elektron hızlandırıcı sistemler) kurmaları da mümkündür.  Her iki durumda da ışınlama ilave yatırım ve işletme gideri getireceğinden bu durum ürün maliyetine yansıyacaktır.  Diğer taraftan ışınlanmış gıdaların tüketicilerce kabul görmesinin artmasıyla ışınlama uygulaması ticari olarak daha fizibil olabilir.  Yapılan çalışmalarda ışınlamanın gıdalarda kullanım amacı konusunda bilgi sahibi olan tüketicilerin ışınlanmış gıdalara daha fazla ücret ödeyebileceklerini göstermiştir (Bruhn, 1998).

Sonuç olarak iyonize ışınlarla gıdaların ışınlanması özellikle son yıllarda artma eğiliminde olan mikrobiyal gıda güvenliği risklerinin azaltılmasında etkin bir yöntem olabilir.  Bu amaçla mikrobiyal gıda güvenliği açısından yüksek risk taşıyan ürünlerde kullanımının yaygınlaşması tüketici sağlığı açısından önem taşımaktadır.  Gıda sanayinde ülkemizde ve tüm dünyada kullanımı yasal düzenlemeler kapsamına alınmış olan ışınlamanın gıda sanayinde mevcut kullanım düzeyi özellikle tüketicilerin bu uygulama hakkında daha fazla bilgi sahibi olmasıyla artacaktır.

Kaynaklar:

Ioannis S. Arvanitoyannis, I.A., Stratakos, A.C., and Tsarouhas, P.  2009.  Irradiation Applications in Vegetables and Fruits: A Review.  Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 49: 427-462.

Bekiroğlu, S.,Bağbakar, D., and Güneş, G.  2007.  Effect of different modified atmosphere packaging and irradiation on quality and safety of marinated chicken breast. V.  International Packaging Congress and Exhibition, 22-24 Nov., Izmir, Presentations Book V1, PP.321-331.

Bruhn, C. M. 1998. Consumer acceptance of irradiatedfood: Theory and reality. Radiation Physics and Chemistry, 52, 129–133.

Espinosa, A.C., Jesudhasan, P., Arredondo, R., Cepeda, M., Mazari-Hirat, M., Mena, K.D., and Pillai, S.D.  2012.  Quantifying the Reduction in Potential Health Risks by Determining the Sensitivity of Poliovirus Type 1 Chat Strain and Rotavirus SA-11 to Electron Beam Irradiation of Iceberg Lettuce and Spinach.  Applied and Environmental Microbiology, 78: 988-993

FDA, 2008.  Foods Permitted to be Irradiated Under FDA Regulations (21 CFR 179.26).  http://www.fda.gov/Food/FoodIngredientsPackaging/IrradiatedFoodPackaging/ucm074734.htm.

Fox, J. A. 2002. Influences on purchase of irradiatedfoods. Food Technology, 56(11): 34–37.

Gezgin, Z. and Gunes, G.  2007. Influence of gamma irradiation on growth and survival of Escherichia coli O157:H7 and quality of ‘cig kofte’, a traditional raw meat product.  International Journal of Food Science and Technology, 42: 1067-1072.

Gunes, G., Ozturk, A., Yilmaz, N. and Ozcelik, B. 2011.  Maintenance of safety and quality of refrigeratedready-to-cookseasonedgroundbeefproduct (meatball) bycombining gamma irradiationwithmodifiedatmospherepackaging.  Journal of Food Science, 76: M413-M420.

Gunes, G. and Tekin, M.D.2006. Consumer awareness and acceptance of irradiatedfoods: results of a surveyconducted on Turkishconsumers.  LWT Food Science and Technology, 39, 443-447.

Nayga, R.M. Jr., Aiew, W., and Nicols, P. 2005. Informative effects on consumers’ willingness to purchase irradiated food products. Review of Agricultural Economics, 27: 37–48.

Niemira, B.A.  2007.  Relative Efficacy of Sodium Hypochlorite Wash Versus Irradiation To Inactivate Escherichia coli O157:H7 Internalized in Leaves of Romaine Lettuce and Baby Spinach.  Journal of Food Protection, 70: 2526-2532(7)

TGK 1999. Gıda ışınlama yönetmeliği. http://www.kkgm.gov.tr/yonetmelik/gida_isinlama.html

Rahman, MS. 2007.  Irradiation preservation of food.  In: Handbook of Food Preservation, Second Edition, Edited by M .Shafiur Rahman.  CRC Press, Pages 761–782.

Stefanova, R., Vasilev, N.V. and Spassov, S.L. 2010.  Irradiation of food, current legislation framework, and detection of irradiated foods.  Food Analytical. Methods, 3: 225–252.