Gıda Teknolojisi

ÖZET

Tüketicilerin minimum işlem görmüş, kaliteli ve güvenli gıda taleplerinden dolayı yeni bir aktif ambalajlama tekniği olarak ortaya çıkan antimikrobiyal ambalajlama, gıdaların güvenilirliğinin sağlanmasında, ayrıca raf ömrünün uzatılmasında etkili bir yöntemdir. Günümüzde, geleneksel yöntemler (kurutma, dondurma, ısıl işlemler vb.) dışında antimikrobiyal ambalajlama tekniği ile de gıda ürünleri için etkin bir koruma sağlanabilmektedir. Bu sebeple antimikrobiyal ambalajlamanın gıdalarda kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada, antimikrobiyal ambalajlama yöntemleri ve gıda ürünlerinde kullanım alanları ile ilgili yapılan çalışmalar derlenmiştir.

 

GİRİŞ

Gıdalar, biyolojik, fiziksel ve kimyasal bulaşmaların engellenmesi ve oksijen, ışık ve su buharı gibi dış etkenlerden korumak amacıyla ambalajlanmaktadır. Kullanılan ambalaj materyalinin özellikleri gıdaların kalitesinin ve raf ömrünün belirlenmesinde önemli rol oynamaktadır. Materyalin gözenek sayısı, genişliği, dış ortamdaki nem ve gazlar gibi birçok etken ürünün kalitesini etkilemektedir. Geleneksel ambalajlamada ambalaj materyali gıdayı sadece dış etkenlerden belirli bir miktarda koruyan bariyer olarak görev yapmaktadır. Geleneksel paketleme yöntemlerine alternatif olarak, çeşitli bileşenlerin ambalaja eklenmesi ve/veya işlevsel polimerlerin kullanılması ile ambalaja bariyer görevinin yanında diğer bazı fonksiyonların da katıldığı aktif ambalajlama sistemleri geliştirilmiştir. Aktif ambalajlama, gıdayı dış etkilerden koruyan bariyer olmasının yanı sıra ambalaj içindeki ortamı kontrol edebilen ve tepki veren ambalaj sistemidir [1, 2]. Aktif ambalajlama yöntemleri; oksijen tutucular, karbondioksit düzenleyiciler, nem düzenleyiciler, antioksidan kullanımı, antimikrobiyal ambalajlamadır [3]. Antimikrobiyal ambalajlama ile gıda güvenliğinin sağlanması ve raf ömrünün uzatılması amaçlanmaktadır.  Antimikrobiyal maddelerin ambalaj materyaline veya ambalaj içi boşluğa ilavesi ile gıda ve ambalaj malzemesinde bulunan mikroorganizmaların azaltılması, inhibe edilmesi veya gelişmelerinin geciktirilmesi sağlanmaktadır [4]. Bu çalışmada antimikrobiyal maddelerin ambalaj materyaline uygulanması ve gıda maddelerinde kullanım alanları hakkındaki literatür bilgilerinin derlenmesi amaçlanmıştır. 

 

ANTİMİKROBİYAL AMBALAJLAMA YÖNTEMLERİ

Antimikrobiyal ambalajlamada, antimikrobiyal madde içeren keseciklerin ambalaj içine ilavesi, farklı tekniklerle antimikrobiyal film veya kaplama üretimi yaygın olarak kullanılmaktadır. Antimikrobiyal ambalajlamada antimikrobiyal maddenin filmin içinde homojen dağılması, filmin bariyer ve mekanik özelliklerinin değiştirmemesi ve filmin antimikrobiyal etkinliğinin yüksek olması gerekmektedir. Antimikrobiyal ambalajların tasarımı, antimikrobiyal maddenin aktivitesini etkileyen faktörler göz önüne alınarak yapılmalıdır. Ambalaj materyali, gıda, ambalaj içi atmosfer, hedef mikroorganizma ve antimikrobiyal maddeler birbirleriyle ilişkili olan faktörler olup antimikrobiyal ambalaj sistemlerinin geliştirilmesinde dikkate alınmalıdır. Polimer yapılardan antimikrobiyal yayılımı polimerin türüne, bileşimine, proses uygulamasına ve proses şartlarına bağlıdır. Bu yüzden istenilen antimikrobiyal etkinin elde edilmesi için polimerin doğru seçilmesi gereklidir [4, 5, 6]. Antimikrobiyal ambalajlamada kullanılan teknikler aşağıda belirtilmiştir: 

 

1- Antimikrobiyal madde içeren kesecikler/pedler: Ticari uygulama olarak en yaygın antimikrobiyal ambalajlama uygulamaları keseciklerin kullanımıdır. Oksijen absorbe ediciler, nem tutucular ve etanol buharı üreticileri ağırlıklı olarak kullanılan formlarıdır. Oksijen ve nem tutucular genellikle gıda ürünlerinde oksidasyon ve nem kondensasyonunu engellemek amacıyla kullanılır. Oksijen tutucular, paket içindeki oksijen oranını düşürerek aerob bakterilerin ve küflerin gelişimine engel olmaktadır. Nem tutucular; solunum, donmuş ürünlerde erime ve yüksek bağıl nemli ortamda saklanan gıdalarda sıcaklık dalgalanmaları sonucunda gıda ambalajının içinde biriken nemi tutarak su aktivitesini düşürmekte ve doğrudan mikrobiyal gelişmeyi etkilemektedir [5]. Etanol üreten sistemde ise kesecik içinde enkapsüle edilmiş etanol, gıda ile paket arasındaki boşluğa buhar olarak yayılarak gıda üzerinde koruyucu etki yaratır. Etanol üretici sistemler daha çok orta dereceli nemli gıdalarda, peynirde ve fırıncılık ürünlerinde mikrobiyal bozulmayı önlemek amacıyla kullanılmaktadır [7]. 

 

2- Antimikrobiyal maddelerin polimere ilavesi: Lizozim, organik asitler, esansiyel yağlar gibi uçucu ve uçucu olmayan antimikrobiyallerin polimer malzemesine ilave edilmesiyle elde edilen filmlerin gıda sanayiinde kullanımı son yıllarda daha da artmıştır. Termoplastik, termoset, kağıt gibi ambalaj materyallerinde bir veya birden fazla doğal antimikrobiyalin kullanımı Listeria monocytogenes, patojenik Escherichia coli ve küflere karşı etkili bulunmuştur [5].  Uçucu olmayan antimikrobiyal maddeler, ambalaj materyalinde kullanıldığında maddelerin gıda yüzeyine difüzlenmesi için ambalaj materyalinin gıda ile temas halinde olması gereklidir. Antimikrobiyal maddenin gıdaya yavaş bir şekilde difüz etmesi çok tabakalı filmler kullanılarak sağlanmaktadır. Çok tabakalı filmlerde, içteki tabaka aktif maddelerin difüzyon hızını kontrol ederken, matriks tabakası aktif maddeleri içerir. Ayrıca bariyer tabakası da antimikrobiyal maddelerin ambalaj materyalinden dışarı difüz etmesini engeller. Antimikrobiyal madde olarak uçucu bileşenler kullanılacak ise ambalaj materyali ile gıdanın doğrudan temas etmesi gerekli değildir. Süttozu gibi hava boşluğu bulunan veya hamburger köftesi, ekmek gibi gıdalarda düzensiz yüzey ve hava boşluğu antimikrobiyal maddelerin salınımını engeller. Bu durumlarda sadece uçucu antimikrobiyal maddeler kullanılır ve bunlar hava boşluğuna yayılarak daha etkili koruma sağlarlar [8].

 

3- Polimer yüzeyine antimikrobiyal maddenin kaplanması veya adsorbe ettirilmesi: Meyve ve sebze kaplamada kullanılan vakslara fungisit ilavesi, kağıt, selüloz kılıf gibi ambalaj malzemelerine sorbik asit ilavesi gibi uygulamalar uzun süredir kullanılmaktadır. Polimer malzemelerin işlemesinde uygulanan sıcaklığa karşı hassas olan antimikrobiyaller genellikle ambalaj malzemesinin üretiminden sonra yüzey kaplamada kullanılır. Yenilebilir filmler de antimikrobiyaller için taşıyıcı olarak kullanılır. Yenilebilir filmler gıdaya veya ambalaj materyaline kaplama şeklinde de uygulanır [5]. Yenilebilir film ve kaplamalar, gıda yüzeylerine veya gıda katmanları arasına uygulandığında nem, gaz ve katı hareketliliğinin kontrolünü sağlayabilen, yenilebilir özellikteki ambalaj malzemeleridir. Yenilebilir filmlerde kullanılan antimikrobiyallerin yüzeye tutunması kaplamanın özelliklerine (konsantrasyon, hidrofilik özellikleri ve üretim prosedürleri), depolama şartlarına (sıcaklık, süre), gıdanın özelliklerine (pH, su aktivitesi) bağlı olarak değişir [9]. 

 

4- İyon veya kovalent bağlarla polimere antimikrobiyallerin immobilizasyonu: Antimikrobiyal maddelerin immobilizasyonu iyonik veya kovalent bağlarla gerçekleşmektedir. İmmobilizasyonun gerçekleşmesi için antimikrobiyalde ve polimerde fonksiyonel grupların bulunması gereklidir. Bu teknikte peptitler, enzimler, poliaminler ve organik asitler gibi fonksiyonel antimikrobiyallerin kullanımı mümkündür. Fonksiyonel gruplu polimerler olarak polistiren, polivinil klorür, etilen vinil asetat örnek verilebilir. Antimikrobiyal ve polimerde bulunan fonksiyonel grupların yanında polimer yüzeyine biyoaktif maddenin bağlanmasını sağlayan dekstran, polietilen glikol, etilen diamin gibi bileşikler de immobilizasyonda rol oynar [5]. 

 

5- Doğal olarak antimikrobiyal özelliğe sahip polimerlerin kullanımı: Kitosan, poli-L-lizin, kalsiyum alginat gibi polimerler doğal olarak antimikrobiyal özelliktedir. Bu polimerler filmlerde ve kaplamalarda kullanılır. Antimikrobiyal mekanizmasına bakıldığında, kitosandaki katyonik yükler zar yüzeyindeki elektronegatif bölgelerde kalsiyum ile rekabet eder ve böylece hücre içine malzeme girişini engeller. Sonuç olarak madde alışverişi kısıtlanan bakteriyel hücre ölür. Kitosan gıdada kaplama olarak kullanıldığında taze sebze ve meyveleri funguslara karşı korur. Kalsiyum alginat filmleri ise bileşimindeki kalsiyum klorit varlığından dolayı antimikrobiyal özelliğe sahiptir [5]. 

 

ANTİMİKROBİYAL AMBALAJLAMANIN GIDALARDA KULLANIMI

Antimikrobiyal ambalajlama, hedef mikroorganizma ve gıdanın bileşimi dikkate alınır. Polimerle beraber kullanılan antimikrobiyallerin seçimi, bu antimikrobiyallerin etki ettiği mikroorganizmalara, kimyasal bileşimine; hedef mikroorganizmanın gelişme hızına ve fizyolojik durumuna göre yapılmaktadır [5]. Antimikrobiyal ambalajlama uygulaması genellikle peynir, meyve-sebze, et, balık, kümes hayvanları ürünleri, fırıncılık ürünlerinde yaygındır. Antimikrobiyal ambalajlamada, organik asitler ve bunların tuzları, sülfitler, nitritler, antibiyotikler, alkoller, enzimler, gazlar, bakteriyosinler ve EDTA gibi antimikrobiyal maddeler kullanılmaktadır [4]. Son yıllarda doğal antimikrobiyal maddelere artan ilgi esansiyel yağların antimikrobiyal ambalajlamada kullanımını da artırmıştır. Yapılan bir çalışmada keklik otu ve kekik esansiyel yağlarının düşük yoğunluklu polietilene (LDPE) katılmasıyla elde edilen ambalajların Escherichia coli O157:H7, Salmonella Typhimurium ve Listeria monocytogenes’e karşı etkili olduğu tespit edilmiştir [10]. Literatürde, yenilebilir fimler ve kaplamalarda kullanılan esansiyel yağların patojen ve bozulma yapan mikroorganizmalar üzerine etkilerini araştıran çok sayıda çalışma bulunmaktadır [4].

 

Organik asitler de düşük maliyetleri ve mikroorganizmalara karşı etkin olmalarından dolayı yaygın olarak kullanılan antimikrobiyal maddelerdendir. Organik asitlerin antimikrobiyal film veya kaplamalara ilavesinin doğrudan gıdaya eklenmesinden daha etkili olduğu ifade edilmiştir. Kaplama ve filmlerden antimikrobiyal madde zamanla gıdaya nüfuz ettiğinden antimikrobiyal etki daha uzun süre sağlanmaktadır [4]. E. coli ile aşılanmış Gouda peyniri ve domuz filetosuyla yapılan bir çalışmada sorbik asitle kaplama yapılmış antimikrobiyal filmlerin örneklerdeki E. coli sayısında düşüşe neden olduğu saptanmıştır. Referans grupta ise canlı hücre sayısında bir azalma görülmemiştir [11]. 

 

Bakteriler tarafından üretilen antimikrobiyal peptidler olan bakteriyosinlerin tek başına veya diğer antimikrobiyallerle birlikte ambalaj malzemelerinde kullanımı mümkündür. Yaygın olarak kullanılan bir bakteriyosin olan nisin ile kaplanmış plastik filmlerin çiğ ve pastörize sütte Micrococcus luteus sayısında azalmaya neden olduğu saptanmıştır [12]. Nisin ve diğer bakteriyosinleri içeren polietilen ve yenilebilir filmlerin kullanımının et ürünlerinde Listeria monocytogenes gelişmesini sınırladığı belirtilmiştir [13, 14, 15]. Ayrıca natamisin emdirilmiş selüloz filmlerin peynir yüzeyinde küf gelişmesinin önlenmesinde etkili olduğu rapor edilmiştir [4].

 

Gümüş, bakır, titanyum dioksit, çinko oksit gibi antimikrobiyal nanoparçacıkların gıda ambalajında kullanımı ile ambalaj içerisindeki gıdadaki bozulma reaksiyonları azaltılır. Gıda ambalajlamada nanokompozitlerin kullanılması mükemmel mekanik performansı, yüksek antibakteriyel ve dayanıklılık özelliklerinden dolayı gıda ambalaj pazarında hızlı bir gelişme sağlamaktadır [16]. Nanoparçacık ilavesi ile elde edilen nanokompozit filmler meyve-sebze, et ve et ürünleri, deniz ürünleri ve şekerleme sektöründe geniş kullanım alanı bulmaktadır [4]. 

 

SONUÇ

Gıda ürünlerinde en az maliyet ile raf ömrünü uzatmak, kaliteyi ve gıda güvenliğini en üst seviyede tutmak ambalajlama endüstrisinin ilk hedefidir. Günümüzde tüketicilerin doğala en yakın, minimum işlem görmüş, taze ve güvenli gıda ürünlerine olan ilgisi artmıştır. Doğal yollarla gıdanın kalitesini ve güvenliğini arttırmak amacıyla kullanılan aktif ambalajlama şekli olan antimikrobiyal ambalajlama bu nedenlerden dolayı gittikçe önem kazanmaktadır. Antimikrobiyal aktiviteye sahip ambalajlar mikrobiyal gelişmeyi, mikroorganizma gelişme hızını azaltarak veya lag dönemini uzatarak yapmaktadırlar. Böylece antimikrobiyal ambalajlama teknolojisi ile gıdaların bozulmasına neden olan mikroorganizmalar ve patojenler etkisiz hale getirilerek, bozulmalar engellenmekte ve gıdanın raf ömrünü uzatılmaktadır. Antimikrobiyal ambalajlama teknolojileri ile gıdaların üretiminden tüketimine kadar geçen süreçte kalite özellikleri kontrol altında tutularak tüketici sağlığı korunmakta ve ekonomik kayıpların önüne geçilmektedir. Antimikrobiyal ambalajlama konusunda çok sayıda araştırma olmasına rağmen gıda sanayiinde kullanımı kısıtlıdır. Farklı polimerlerin ve yöntemlerin ürün üzerine etkilerinin araştırılması gerekmektedir. Akıllı ve aktif paketleme sistemlerinin birlikte kullanılabileceği olasılıkların daha fazla geliştirilmesiyle gıda güvenliğinin sağlanmasında ve gıdanın raf ömrünü uzatılmasında antimikrobiyal ambalajlamanın gelecekte birçok gıda alanında uygulama alanı bulacağı düşünülmektedir.

 

KAYNAKLAR

[1] Purma, Ç., Serdaroğlu, M., 2006. Akıllı ambalajlama sistemlerinin gıda sanayinde kullanımı, Türkiye 9. Gıda Kongresi, Bolu, ss.49-52, 24-26 Mayıs. 

[2] Gök, S., 2011. Antimikrobiyal gıda ambalajlama sistemleri, 7. Gıda Mühendisliği Kongresi, Ankara, ss.164, 24-26 Kasım. 

[3] Bağdatlı, A., Kayaardı, S., 2010. Et ve et ürünlerinde kullanılan paketleme yöntemleri. Akademik Gıda Dergisi 8 (2): 24-30.

[4] Mastromatteo, M., Gammariello, D., Costa, C., Conte, A., Del Nobile, M.A., 2014. Food Packaging with antimicrobial Properties, Encyclopedia of Food Microbiology, p. 416-420, Elsevier Ltd. 

[5] Appendini, P., Hotchkiss, J. H., 2002. Review of antimicrobial food packaging, Innovative Food Science & Emerging Technologies, 3(2): 113-126. 

 [6] Balasubramanian, A., Rosenberg, L. E., Yam, K., Chikindas, M. L., 2009. Antimicrobial packaging: potential vs. reality- a review, Journal of Applied Packaging Research, 3 (4) 193-29. 

[7] Suppakul, P., Miltz, J., Sonneveld, K., and Bigger, S.W., 2003. Active packaging technologies with an emphasis on antimicrobial packaging and its applications, Journal of Food Science, 68(2): 408-420.

[8] Ayana, B., Turhan, K. N., 2010. Gıda ambalajlanmasında antimikrobiyel madde içeren yenilebilir filmler/kaplamalar ve uygulamaları. Gıda, 35 (2): 151-158. 

[9] Olivas, G.I., Barbosa- Canovas, G., 2009. Edible films and coatings for fruits and vegetables. In: Edible Films and Coatings for Food Application, M.E., Embuscado and K.C., Huber (Ed.), Springer, USA, pp. 212-222

[10] Carolina, A., Solano, V. and de Rojas Gante, C., 2012. Two different processes to obtain antimicrobial packaging containing natural oils, Food Bioprocess Technology, 5: 2522-2528.

[11] Hauser, C., Wunderlich, J., 2011. Antimicrobial packaging films with a sorbic acid based coating, Procedia Food Science, 1: 197-202. 

[12] Mauriello, G., De Luca, E., La Storia, A., Villani, F. and Ercolini, D., 2005. Antimicrobial activity of a nisin-activated plastic film for food packaging, Letters in Applied Microbiology, 41: 464–469. 

[13] Mauriello, G., Ercolini, D.,La Storia, A.,Casaburi A. and Villani F., 2004. Development of polythene films for food packaging activated with an antilisterial bacteriocin from Lactobacillus curvatus 32Y, Journal of Applied Microbiology, 97: 314–322. 

[14] Pérez-Pérez, C., Regalado-González, C., Rodríguez-Rodríguez, C.A., Barbosa-Rodríguez, J.R. and Villaseñor-Ortega, F., 2006. In: Advances in Agricultural and Food Biotechnology, R., G., Guevara-González and I., Torres-Pacheco (Ed.), Mexico, pp.193-216.

[15] Dawson, P.L., G.D. Carl, J.C. Acton, and I.Y. Han., 2002. Effect of lauric acid and nisin- impregnated soy–based films on the growth of Listeria monocytogenes on turkey, Poultry Science, 81: 721-726

[16] Wei, H., YanJun, Y.U., NingTao, L.I. and LiBing, W., 2011. Application and safety assessment for nano- composite materials in food packaging, Chinese Science Bulletin, 56 (12): 1216-1225.