Prof. Dr. İsmail Hakkı BOYACI Hacettepe Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, Beytepe Ankara

Transkript

1 Prof. Dr. İsmail Hakkı BOYACI Hacettepe Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, Beytepe Ankara

2 Sunum İçeriği Genel Bilgiler LIBS Uygulamaları Çalışmanın Önemi Materyal Metot Sonuçlar ve Yorum Akademik Faaliyetler

3 MARS Güneş Sistemi'nin Güneş'ten itibâren dördüncü gezegeni. Yüzeyindeki yaygın demiroksitten dolayı kızılımsı bir görünüme sahip olduğu için Kızıl Gezegen de denir. İnce bir atmosferi olan Mars gerek Ay'daki gibi meteor kraterlerini, gerekse Dünya'daki gibi volkan, vadi, çöl ve kutup bölgelerini içeren çehresiyle bir yerbenzeri gezegendir. Ayrıca dönme periyodu ve mevsim dönemleri Dünya nınkine çok benzer. 2 adet uydusu bulunmaktadır. Gezegenler içinde mevsimleri Dünya nınkilere en çok benzeyen gezegen, kendi çevresinde dönme ekseninin yörüngeye eğikliğinin Dünya nınkine benzer olması nedeniyle, Mars tır. Bununla birlikte Mars mevsimlerinin süreleri gezegenin Güneş e daha uzak olması nedeniyle Dünya nınkilerin iki mislidir ve Mars yılı nın süresi de iki Dünya yılı süresi kadardır. 28 Eylül 2015: NASA Mars yüzeyinde tuzlu suyun varlığını açıkladı.

4 Curiosity

5 Curiosity was launched from Cape Canaveral on November 26, 2011, landed on Aeolis Palus in Gale Crater on Mars on August 6, 2012

6 Genel Bilgiler 1960 İlk lazerin icadı 1962 Yüzeyde ilk defa lazer indüklü plazma oluşturulması 1963 Gazda lazer plazmasının ilk defa raporlanması 1964 Zaman çözünürlüklü lazer plazma spektroskopisinin gerçekleştirilmesi 1970 Q-anahtarlamalı ve Q-anahtarlamalı olmayan lazerlerin kullanımı 1984 Sıvı örneklerin analizi 1993 Çift atımlı LIBS ile atık su analizi 1995 LIBS te fiber optik kabloların kullanımı 1997 Yağlı boya tablolarda LIBS in boya analizi için kullanımı 2000 LIBS in NASA nın Mars a gönderilen uzay aracında kullanımı 2012 LIBS ile Mars tan ilk verinin alınması

7 Genel Bilgiler Lazer Güç ünitesi Lazer ayna Fiber optik kablo xyzstage Bilgisayar Spektrometre LIBS Bileşenleri Atımlı lazer Odaklayıcı sistem Hedef Toplama sistemi Dedeksiyon sistemi -Spektrograf -Dedektör Bilgisayar ve elektronikler

8

9 Genel Bilgiler LIBS, yüksek enerjili bir lazer kaynağı ile yüzeyde mikro plazma oluşturan, plazmadaki uyarılmış elektron ve iyonların soğurken yaydıkları karakteristik ışımayı ölçen bir optik emisyon spektroskopisi yöntemidir. LIBS ile katı, sıvı ve gazlarda kalitatif ve kantitatif olarak elementel analiz yapabilmektedir.

10 Genel Bilgiler LIBS i diğer atomik emisyon spektroskopisi yöntemlerinden ayıran, örneğin plazma kaynağına taşınmadan direkt olarak örnek yüzeyinde plazma oluşturulmasıdır. Böylece tek bir lazer atışı ile örnek yüzeyinde ablasyon ve eksitasyon gerçekleştirilmekte ve yöntem basitleştirilmektedir.

11 Genel Bilgiler LIBS in Avantajları Örnek hazırlama prosedürü içermemesi ya da min. seviyede içermesi Az örnek tüketimi, örneğe zarar vermeme Derinlik profili çalışabilme Hızlı ve eş-zamanlı analiz Uzaktan analiz Taşınabilir sistemler yapılabilmesi LIBS in Dezavantajları Standart örnek bulma zorluğu Yüksek LOD değerleri (ppm seviyesinde) Sadece yüzey analizi yapılabilmesi Lazer atımından atımına enerji değişimi Düşük analitik performans (ölçüm kesinliği, doğruluğu)

12 LIBS Uygulamaları Ekmek ve pastacılık ürünlerinde Na ve NaCl tayini Süt tozunda PAS tozu ile yapılan tağşişin belirlenmesi Ette tür tayini ve tağşişin belirlenmesi Unda kül analizi Unda Ca analizi Katı ve sıvı örneklem yöntemleri ve optimizasyonu

13

14 İnsan beslenmesinde gerekli olan toplam NaCl miktarının % i işlenmiş gıdalardan bunun da % 30 u hububatlar ve hububat ürünlerinden sağlanmaktadır. NaCl, pastacılık ürünlerinde, fermentasyon hızını ayarladığı, hamurun direncini arttırdığı tat verdiği için önemli bir bileşendir. Fazla Na tüketimi yüksek kan basıncı, felç, koroner kalp hastalıklarına sebep olmaktadır. Ancak fırıncılar hamur direncini azalttığı ve duyusal özellikleri olumsuz etkilediği gerekçeşiyle ekmekteki tuz oranının azaltılması konusunda istekli değillerdir.

15 NaCl tayinine dayalı yöntemlerin bir kısmı Na ölçümüne dayanırken bir kısmı da Cl iyonlarının ölçümü prensibine dayanır Potansiyometrik metot, iyon seçici Na ya da Cl elektrotları kullanılır Mohr ya da Volhard titrasyon metodu Cl iyonu ölçümü yapılır. Alevli atomik absorbsiyon spektroskopisi Na içeriğinin ölçümüne dayanır. Klasik yöntemler, Zaman alan, Kompleks, Örnek hazırlama prosedürü içeren Noktasal analiz yapamayan, Kimyasal kullanımı gerektiren yöntemlerdir.

16 Materyal Metot Q-anahtarlamalı mod, 532 nm dalgaboyu, 14 mj/atım, 1 Hz lazer tekrar hızı Standart Ekmek Örneklerinin ve Ticari Örneklerin Hazırlanması LIBS Ölçümü Veri Analizi Titrasyon Yöntemi (Mohr titrasyon yöntemi) ile NaCl Tayini standart ekmek örnekleri ve marketten toplanan ticari bisküvi, kraker ve çeşitli ekmek örnekleri Atomik Absorbsiyon Spektroskopisi Yöntemi ile Na Tayini % 0,025 - % 3,5 oranında NaCl içeren 12 standart ekmek, 8 ticari pastacılık ürünü 589 nm deki ortalama Na intensitelerinin normal dağılım grafiğinde ±%5 sapmalar ihmal edilmiştir.

17 Sonuçlar Standart ekmek örneklerinin LIBS spektrumları

18 Sonuçlar (a) (b) Standart ekmek örneklerinin (a) NaCl kalibrasyonu, (b) Na kalibrasyonu

19 Sonuçlar Örnekler LIBS ve AAS karşılaştırması RA Standart sapma LIBS ve titrasyon metodu karşılaştırması RA Standart sapma LIBS (% Na) AAS (% Na) LIBS (% NaCl) Titrasyo n (% NaCl) Örnek 1 0,63 0,61 0,18 0,16 1,56 1,46 0,13 0,16 Örnek 2 0,51 0,41 0,42 0,12 1,25 0,95 0,39 0,12 Örnek 3 0,73 0,81 0,17 0,12 1,82 1,61 0,17 0,12 Örnek 4 1,23 1,29 0,13 0,19 3,07 2,73 0,17 0,19 Örnek 5 0,16 0,15 0,15 0,02 0,35 0,26 0,39 0,02 Örnek 6 0,50 0,46 0,13 0,02 1,23 1,31 0,07 0,02 Örnek 7 0,74 0,79 0,21 0,20 1,82 1,64 0,18 0,20 Örnek 8 0,81 0,79 0,15 0,19 2,02 1,95 0,09 0,19

20 Sonuçlar Ticari örnekler için AAS sonuçlarına ait RA değerleri ortalama 0,19 olarak hesaplanmıştır. Ticari örnekler için titrasyon sonuçlarına ait RA değerleri ortalama 0,21 olarak hesaplanmıştır. LOD değerleri NaCl için 175 ppm, Na için 69 ppm olarak hesaplanmıştır. LOQ değerleri ise NaCl için 875 ppm, Na için 345 ppm olarak hesaplanmıştır.

21 Yorum LIBS ekmek ve pastacılık ürünlerinde Na ve NaCl tayini için kullanılabilecek hızlı, ucuz, kimyasal kullanımı gerektirmeyen alternatif bir yöntemdir. Geliştirilen yöntemin hassasiyetine bakıldığında yöntem sadece ekmek için değil diyet ürünlerdeki tuz oranlarını ölçmek için bile uygundur. Referans yöntemlerden farklı olarak minimum seviyede örnek hazırlama prosedürü içeren ve 1 dakikadan daha az bir sürede sonuç üretebilen bir sistemdir. Ayrıca titrasyonda yanlış sonuç verebilen renkli bisküvi, kraker gibi ürünler bile LIBS sistemi ile hızlı bir şekilde analiz edilebilmektedir.

22

23 Et yüksek besleyici değeri ve önemli bir protein kaynağı olmasıyla insan beslenmesi için oldukça önemlidir. Ancak et ürünlerinin yüksek fiyatı sebebiyle ulaşılabilirliği sınırlıdır. Domuz, at gibi ucuz et türlerinin koyun, dana gibi pahalı et türlerine katılarak ya da onların yerine satılması en çok uygulanan tağşiş yöntemlerindendir. Ette tağşiş dünya çağında bir problem olup tağşişin belirlenmesi sağlık, ürün kalitesi ve kodekslere uygunluk açısından oldukça önemlidir! Ekonomik problemler, Etik problemler, Sağlık problemleri, Allerjik reaksiyonlar, Dini inançlar açısından problemler

24 Ette tür tayini için kullanılan yöntemler moleküler biyoloji tabanlı, kromatografik, spektroskopik ve immünolojik tabanlı olabilmektedir. Polimeraz zincir reaksiyonu (PCR), eş zamanlı PCR, Gaz kromatografisi kütle spektroskopisi (GC/MS), Yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC), İzoelektrik fokuslama Kapiler jel elektroforezi ELISA Genetik metodlar oldukça hassas ve güvenilir olmasına ragmen, Pahalı, Uzman personel gerektiren ve DNA/protein ekstraksiyon basamakları içeren yöntemlerdir. Kimyasal yöntemler ise zaman alıcıdır. İmmunolojik yöntemler antikor-biyo-işaretleyicilerinin çapraz reaksiyonları sonucu yanlış sonuçlar verebilmektedirler.

25 Materyal Metot Q-anahtarlamalı mod, 1064 nm dalgaboyu, 38 mj/atım, 4 Hz lazer tekrar hızı, 7 bölge, 15 atım/bölge Et Örneklerinin Hazırlanması LIBS Ölçümü Veri Analizi Dana ve domuz örnekleri altı farklı hayvandan döş, sırt ve but/ tavuk örnekleri için but ve göğüs. Kantitatif çalışma için % 10- % 50 tağşiş oranları Atomik Absorbsiyon Spektroskopisi

26 Sonuçlar Et örneklerinin LIBS spektrumları Dalgaboyu (nm) En muhtemel element 393,360 Ca II (393,366) 396,821 Ca II (396,847) 422,700 K II (422,567), Ca I (422,673) 518,382 Mg I (518,360), Ca I (518,885) 558,909 Ca I (558,876) 589,031 Na I (589,592) 612,231 K II (612,027), Ca I (612,222) 616,260 Na I (616,074), Ca I (616,217) 643,923 Ca I (643,907) 646,268 Ca I (646,256) 656,563 H I (656,285) 744,545 N I (744,229) 747,106 Zn II (74,.876) 766,461 Cu II (766,464), K I (766,489) 769,893 Mg I (769,155), K I (769,896) 777,330 Cu II (777,873) 819,512 Na I (819,482) 821,537 Mg I (821,303), Mg II (821,398), N I (821,634)

27 Sonuçlar Et türleri mineral bileşimleri (AAS) Elementler Tavuk Dana Domuz Zn (ppm) 88,2±7,8 b 172,9±24,9 a 77,2±17,9 b Mg (ppm) 1020,0±65,3 a 792,2±51,5 b 760,9±77,4 b Ca (ppm) 210,5±25,0 a 118,2±4,2 b 133,0±6,8 b Na (ppm) 4182,7±149,2 a 2906,0±111,8 b 2828,9±192,9 b K (ppm) 15350,3±669,7 a 13102,1±320,7 b 13790,0±353,5 a,b Tüm ölçümler iki tekrarlı olarak alındı ve ortalama değerler ± standart hata olarak rapor edildi. a, b : Aynı sıradaki ortalama değerlerden farklı harflerle gösterilenler önemli oranda farklılık gösteren gruplardır ( P < 0.05)

28 Sonuçlar Dana, domuz ve tavuk örneklerinin kalitatif ayırımı için PCA grafiği

29 Sonuçlar (a) (b) Tavukla tağşiş yapılmış dana etine ait LIBS spektrumu (a), tavukla tağşiş yapılmış dana etinin PLS kalibrasyon-validasyon grafiği (b) domuzla tağşiş yapılmış dana etine ait LIBS spektrumu

30 Sonuçlar (a) (b) Domuzla tağşiş yapılmış dana etine ait LIBS spektrumu (a), domuzla tağşiş yapılmış dana etinin PLS kalibrasyon-validasyon grafiği (b)

31 Sonuçlar Tavuk ve domuz etiyle tağşiş yapılmış dana etleri PLS kalibrasyon modeli performans değerleri. Dana etinde tavuk eti tağşiş Dana etinde domuz eti tağşişi Kalibrasyon R 2 0,999 0,994 Validasyon R 2 0,989 0,992 RSD % 12,4 % 12,5 LOD % 2 % 4,4 LOQ % 10 % 22

32 Yorum Ette tağşiş kar elde etmek amacıyla yapılan bir işlemdir bu nedenle de % 10 un üzerindeki oranlarda gerçekleştirilir. LIBS sistemi ile ette tür tayini için geliştirilen bu yönteme ait LOD değeri bu oranlardaki tağşişi belirlemeye uygundur. Yöntemin rutin analiz metodu olarak uygulanabilmesi için koyun, kuzu, hindi gibi daha fazla et türleri ve daha fazla sayıda et örneği ile çalışılıp geliştirilmesi gerekmektedir. Ayrıca yöntemin yağ ekstraksiyonu, kurutma gibi zaman alan ön işlemlerden kurtulması için daha yüksek enerjili bir lazer ile ya da çift atımlı LIBS yöntemi ile çalışılması gerekmektedir.

33

34 Süt ürünleri yüksek besleyici değeri ile en çok tüketilen gıda grupları arasında yer almaktadır. En çok uygulanan tağşiş yöntemleri Süte su katılması, Farklı türden sütlerin karıştırılması, Süt yağının alınıp yerine bitkisel yağların kullanılması, Peynir altı suyu (PAS)/tozu kullanımı Süte PAS katılması birçok ürün formülasyonunda kullanılan ve sağlık açısından zararı olmayan bir uygulamadır. Ancak eknomik, besinsel ve hukiki açıdan uygun değildir. Süt, peynir üretim sürecinde kimozin enzimi ile etkileştiğinde k-kazein iki petide hidrolize olur. Bunlardan biri peynir pıhtısında kalan para-k-kazeindir. Diğeri ise PAS ta kalan çözünebilen GMP dir. Bu peptidin ortaya çıkması sütte PAS ile tağşiş yapıldığını doğrulamaktadır

35 Analitik yöntemler Mineral Bileşen Farklılıkları Kazein/PAS proteini oranına dayanan yöntemler Spektroskopik ve elektroforetik yöntemler Kazeinomakro peptidin (CMP) belirlenmesine dayalı yöntemler Kolorimetri, HPLC, katyon değişim kromatografisi, coupled to mass spectrometry, selüloz asetat elektroforez, kapiller zon elektroforezi, poliakrilamid jel elektroforez sodyum dodesil sülfat (SDS-PAGE), immünolojik metotlar, ELISA Ca (mg/100g) Mg (mg/100g) Na (mg/100g) K (mg/100g) P (mg/100g) Süt tozu Yağsız süt tozu Tatlı PAS tozu Asisik PAS tozu Reykdal, O., Rabieh, S., Steingrimsdottir, L., Gunnlaugsdottir, H. (2011). Minerals and trace elements in Icelandic dairy products and meat. Journal of Food Composition and Analysis, 24,

36 Materyal Metot 5 farklı sütten süt tozu, tatlı ve asidik PAS tozu üretildi. Ayrıca altı farklı markadan 11 ticari süt tozu, üç PAS tozu ve altı demineralize PAS tozu temin edilmiştir. Tatlı/asidik PAS ve Süt Tozu Üretimi ICP-MS ölçümü LIBS Ölçümü Lazer 532 nm dalgaboyunda, Q- anahtarlamalı modda, 1 Hz tekrarlama hızında, 2 μs gecikme süresinde, 1 ms toplama süresinde çalıştırılmıştır. Lazer enerjisi 18 mj/atım olarak ayarlanmıştır. Veri Analizi

37 Sonuçlar Yağsız süt tozu, tatlı ve asidik PAS tozuna ait LIBS spektrumları Dalgaboyu Muhtemel element (nm) 588,7930 C II (588,9770), Na I (588,9950) Zn II (589,4361) 612,0750 K II (612,0270), Ca I ( 612,2219) 616,1710 Na I ( 616,0747), Ca I (616,2172), P II (616,5590), Ca I (616,9055), Ca I (616,9559) 643,7880 Ca I (643,9073) 646,1930 Ca I (646,2566) 649,3550 Ca I (649,3780), Ca I (649,9649) 656,1700 H I (656,2711), H I (656,2725), H I (656,2852) 714,6430 Ca I (714,8147), 741,991 Fe I (741,115) 744,1860 N I (744,2290) 746,8660 N I (746,8310) 766,3910 K I (766,4899) 769,7710 Mg I (769,1550), K I (769,8965) 777,360 O I (777,569) 821,6910 Cl I (821,2038), Mg I (821,3034), Mg II (821,3082), N I (821,6340) 822,2820 Cl I (822,445), Cl I (822,1742), N I (822,3140), O I (822,1820) 854,1730 Ca II (854,1730) 868,914 Cl I, Fe I

38 Sonuçlar Yağsız süt tozu, tatlı ve asidik PAS tozu elementel kompozisyon tablosu Yağsız süt tozu Tatlı PAS tozu Asidik PAS tozu Na (ppm) Mg (ppm) K (ppm) Ca (ppm) Fe (ppb) Zn (ppb) P (ppb) *Tabloda verilen sonuçlar herbir süt ürünü için 5 farklı örnekten elde edilen ICP- MS sonuçlarıdır.

39 Sonuçlar (a) (b) Yağsız süt tozu, tatlı/asidik PAS tozu ve demineralize PAS tozunun (a), tatlı ve asidik PAS tozunun (b) kalitatif ayrımı için PCA grafiği

40 Sonuçlar (a) (b) Tatlı PAS tozu ile tağşiş yapılmış yağsız süt tozuna ait LIBS spektrumları (a) tatlı PAS tozu ile tağşiş yapılmış yağsız süt tozu PLS kalibrasyonvalidasyon grafiği (b)

41 Sonuçlar (a) (b) Asidik PAS tozu ile tağşiş yapılmış yağsız süt tozu LIBS spektrumları (c), asidik PAS tozu ile tağşiş yapılmış yağsız süt tozu PLS kalibrasyon-validasyon grafiği

42 Sonuçlar Tatlı/asidik PAS tozu ile tağşiş yapılmış yağsız süt tozu PLS kalibrasyon modeli performans değerleri Süt tozunda tatlı PAS tağşişi Süt tozunda asidik PAS tağşişi Kalibrasyon R 2 0,999 0,996 Validasyon R 2 0,981 0,985 RSD % 13,93 % 6,37 REP % 22,64 % 16,57 LOD % 1,5 % 0,55 LOQ % 7,5 % 2,75

43 Yorum Geliştirilen yöntem literatürdeki diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında sistem hassasiyetinin diğer çalışmalardakilerle yaklaşık olduğu görülmektedir. LOD değerleri florimetrik yöntemde % 5, SDS-PAGE de % 1, SPR temelli biyosensör yöntemlerinde % 1 dir. LIBS bu yöntemlere göre daha ekonomik, hızlı ve yerinde analiz yapabilen, örnek hazırlama prosedürü ve kimyasal kullanımı gerektirmeyen bir yöntemdir. Sonuçların tekrarlanabilirliği ve kesinliği konusundaki yetersizlik LIBS sisteminin bir dezavantajıdır. Bu tür dezavantajlar örnek yüzeyinin çok sayıda lazer atımıyla taranmasıyla da azaltılabilmektedir.

44

45 Yetersiz Ca alımının önüne geçebilmek amacıyla un ve ekmeklere Ca tuzları katılarak zenginleştirme işlemi yapılmaktadır. Bu işlemin amacı un yapımında kaybolan minerallerin geri kazandırılarak rafine edilmemiş un kadar Ca minerali içermesini sağlamaktadır. Ca ilavesinin diğer bir sebebi ise besinsel liflerde tağşiş yapmaktır. Türk Gıda Kodeksi Ekmek ve Ekmek ve Ekmek Çeşitleri Tebliği nde yapılan yeni revizyon sonrası ekmeklik undaki minimum kül miktarı % 0,70 e, tam buğday unundaki minimum kül miktarı ise % 1,20 ye çıkartılmıştır Undaki randıman oranı arttıkça pişme kalitesi ve pişmiş ekmek hacmi azalmaktadır. Ayrıca yüksek randımanlı un ve tam buğday unu daha fazla enzimatik aktivite, lipid ve antioksidan içermektedir. Bundan dolayı da depolamadaki stabiliteleri azalmakta, duyusal özellikleri, besinsel değerleri ve fonksiyonel kalitelerini kaybetmektedirler.

46 Fırıncılar yüksek randımanlı un ve tam buğday unu kullanmak istememektedirler. Bunun yerine undaki kül oranını arttıran CaCO 3 gibi tuzlar katılmış unları tercih etmektedirler. Toplam besinsel lif (total dietary fiber, TDF) analizi için standart AOAC yöntemi uygulanmaktadır. Kül analizi de toplam besinsel lif ve unun mineral içeriği hakkında bilgi veren bir analizdir. Kül analizi, toplam mineral madde miktarını belirlemeye yarar ancak spesifik olarak Ca miktarını belirleyemez. ICP-MS ve AAS, örnek hazırlama prosedürü içeren, kimyasal kullanımı gerektiren ve zaman alan yöntemlerdir.

47 Materyal Metot Un Örneklerinin Hazırlanması CaCO 3 (% 0,01-% 1,1) ilave edilip homojenize hale gelene kadar karıştırılmıştır. LIBS Ölçümü Atomik absorbsiyon spektroskopisi ile Ca ve K ölçümü 1064 nm temel dalgaboyunda, Q-anahtarlamalı modda, 4 Hz lazer tekrarlama hızında, spektrometre ise 300 ns gecikme süresi ve 1.05 ms veri toplama süresinde çalıştırılmıştır. Lazer enerjisi çalışma boyunca 38 mj/atım dır. Veri Analizi

48 Sonuçlar Doğal un örneklerinin Ca ve K içerikleri (AAS) Buğday unu örnekleri Ca miktarı (ppm) K miktarı (ppm) Ca/K oranı Örnek ,225 Örnek ,204 Örnek ,136 Örnek ,089 Örnek ,102 Örnek ,136 Örnek ,209 Örnek ,188 Örnek ,127 Örnek ,182 Örnek ,216 Örnek ,136 Örnek ,170 Örnek ,188

49 Sonuçlar Buğday unu ve CaCO 3 eklenmiş buğday unları LIBS spektrumu Dalgaboyu (nm) En muhtemel element 393,360 Ca II (393,366), Ca I (393,529 ) 396,821 Ca II (396,8469) 422,700 Ca I (422,672), Ca II (422,815) 430,206 Ca III (430,280) 445,517 Ca I (445,478) 487,884 Ca I (487,813) 504,259 Ca I (504,1618) 534,988 Ca I (534,947) 558,909 Ca III (557,9076) 585,815 Ca I (585,7451) 610,298 Ca I (610,272), 612,231 Ca III (612,011), Ca I (612,221) 616,26 Ca I (616,217) 643,982 Ca I (643,907) 646,268 Ca I (646,256) 714,785 Ca I (714,815) 720,239 Ca I (720,219) 732,614 Ca II (732,389) 766,568 K I (766,489) 769,893 K I (769,896) 777,224 Ca III (777,710)

50 Sonuçlar CaCO 3 ilave edilmiş buğday unlarının Ca PLS kalibrasyon-validasyon grafiği CaCO 3 ilave edilmiş buğday unlarının Ca/K PLS kalibrasyon- validasyon grafiği

51 Yorum Doğal unlarda Ca/K oranı 0,089-0,225, CaCO 3 ilave edilmiş unlarda ise bu oran 0,268-4,936 aralığındadır. Bu çalışmada una Ca takviyesi yapıldığını söyleyebilmek için Ca/K oranı 0,230 olarak belirlendi. Ca modeli için LOD değeri 25,9 ppm, Ca/K modeli için 0,011, LOQ değeri ise Ca modeli için 129,5, Ca/K modeli için 0,055 olarak hesaplanmıştır. Referans yöntemler olarak kullanılan AAS ve ICP-MS yöntemleri örnek hazırlama prosedürü gerektiren ve toplam analiz süresi saatler alan analizlerken geliştirilen LIBS yöntemiyle birkaç saniye içerisinde sonuç almak mümkün olmaktadır.

52

53 Bir gıdanın yüksek sıcaklıklarda yandıktan sonra kalan inorganik kısmına kül denir. Çeşitli gıdaların ortalama kül oranları yaş ağırlıkları üzerinden % 0,1 ile % 2,5 arasında değişmektedir. Kül, gıdalarda hem teknolojik özellikleri etkileyen hem de gıdanın besinsel kalitesini belirleyen önemli bir parametredir Kül miktarı özellikle unlarda öğütme sırasında kepeğin ve tohumun çekirdekten ayrılma oranını belirlemede bir indeks olarak kullanılmaktadır.

54 Kül oranın belirlenmesi için kullanılan klasik yakma metodunda iyi karıştırılmış un örneği yumuşak unlar için 550 C de, sert unlar için ise C de bir havalı fırın içerisine konulur ve açık gri kül elde edilene kadar ya da tartım sabit ağırılığa gelene kadar yakılır. Uzun analiz süresi (5-6 saat) Elektrik sarfiyatı Sınırlı sayıda numune analizi

55 Materyal Metot Farklı kül oranlarına sahip un örnekleri Ankara Halk Ekmek Fabrikası ndan temin edilmiştir. Örnek Hazırlama Kül Analizi LIBS Ölçümü Veri Analizi Lazer 1064 nm temel dalgaboyunda, Q- anahtarlamalı modda ve 4 Hz lazer atım tekraralama hızında, spektrometre ise 300 ns gecikme süresi ve 1.05 ms veri toplama süresi çalıştırılmıştır. Çlaışma boyunca lazer enerjisi 38 mj/atım olarak ayarlanmıştır. Atomik Absorbsiyon Spektroskopisi Analizi

56 Sonuçlar Dalgaboyu (nm) En muhtemel element 388,205 Fe I (388,327) 393,360 Ca II (393,366), Ca I (393,529 ) 396,821 Ca II (396,8469) 422,700 Ca I (422,672), Ca II (422,815) 443,548 Ca I (443,569) 445,517 Ca I (445,478) 471,388 Ca III (471,626) 473,598 Ca III (473,668) 516,528 Fe I (516,748), Mg I (516,732) 518,95 Ca I (518,885), Na II (518,715), Mg I (518,360) 527,096 Fe I (527,035), Na II (527,572), S I (527,899) 558,909 Ca III (557,9076), P II (558,327) 589,031 Na I (588,995) 610,298 Ca I (610,272), S II (610,226), Zn II (610,249) 612,231 Ca III (612,011), Ca I (612,221), Fe I (612,790) Farklı kül oranlarına sahip un örneklerine ait LIBS spektrumları 616,26 Ca I (616,217) 643,982 Ca I (643,907), Fe I (643,875) 645,04 Na II (645,076), 646,268 Ca I (646,256) 656,23 Fe II (656,220) 714,785 Ca I (714,815), Na IV (714,2), Fe I (714,814) 744,769 N I (744,229) 747,328 Zn II (747,877), N I (746,831) 766,568 K I (766,489) 769,893 K I (769,896) 777,224 Ca III (777,710)

57 Sonuçlar Farklı kül oranlarına sahip buğday unu örneklerine ait elementel bileşim Örnek Adı Örnek 1 Örnek 2 Örnek 3 Örnek 4 % kül 0,552 0,650 0,707 1,390 K (µg g -1 ) 1820 ± ,63±21, ,12±16, ,33±49,93 Mg (µg g -1 ) 368,02±1,51 429,46±26,98 423,08±4, ,74±0,58 Ca (µg g -1 ) 231,30±20,19 255,69±10,47 282,34±9,88 338,58±2,02 Na (µg g -1 ) 20,45±6,62 22,88±6,50 25,42±5,90 50,72±7,84 Zn (µg g -1 ) 9,04±0,97 9,98 ±1,59 10,47±2,64 24,59±0,39

58 Sonuçlar Farklı kül oranlarına sahip buğday unları PLS kalibrasyon validasyon grafiği

59 Yorum RSD, REP, LOD ve LOQ değerleri % 4,21, % 6,52, % 0,026 ve % 0,13 olarak hesaplanmıştır. LIBS C, H ve O elementlerini ölçmesine rağmen bu elementler spektrumda çok minimal düzeylerde kalmakta ve kalibrasyon, validasyon grafiklerinde de görüldüğü gibi yüksek belirleme katsayısına sahip grafikler elde edilmektedir. Klasik yakma yöntemi uzun zaman alması sebebiyle de endüstriyel uygulamalar için çok uygun değildir. Literatüde LIBS ile kül analizi kömür kalitesinin bantlı konveyörler üzerinde eş zamanlı olarak belirlenmesinde kullanılmıştır. Ancak bu çalışma gıda alanında yapılmış öncü bir çalışma niteliğindedir. Geliştirilen yöntemin sadece un değil et, meyve suyu, çay ve peynir gibi diğer gıda gruplarında da kül analizi yapabilme potansiyeli bulunmaktadır.

60 Bu çalışması ile, LIBS in gıdalardaki kullanım alanları arttırılmıştır. Proses takibi, taklit ve tağşişin belirlenmesi amaçlarıyla LIBS in kullanım potansiyeli ortaya konulmuştur. Katı ve sıvı örneklem yöntemleri geliştirilerek sistem hassasiyeti arttırılmıştır.

61 Akademik Faaliyetler

62 Akademik Faaliyetler

63 Akademik Faaliyetler

64 Akademik Faaliyetler

65 Akademik Faaliyetler Gonca Bilge, Banu Sezer, Kemal Efe Eseller, Halil Berberoğlu, Hamit Köksel, İsmail Hakkı Boyacı (2016), Development of a New Method for Ash Analysis of Flour by Using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy (accepted) Patent Başvuruları: 1. Lazer İndüklü Plazma Spektroskopisi ile Protein Analizi 2. Lazer İndüklü Plazma Spektroskopisi ile Organik Bileşenlerde Toplam İnorganik Madde Analizi Yöntemi

66 Yrd. Doç. Dr. Kemal Efe Eseller Atılım Üniversitesi Doç. Dr. Halil Berberoğlu Gazi Üniversitesi Prof. Dr. Uğur Tamer Gazi Üniversitesi Yrd. Doç. Dr. Hasan Murat Velioğlu Namık Kemal Üniversitesi Prof. Dr. Hamit Köksel Hacettepe Üniversitesi Doç. Dr. Ali Topcu Hacettepe Üniversitesi

67 TEŞEKKÜRLER