GIDA AMBALAJLAMA Yrd.Doç. Dr. H. ALİ GÜLEÇ ggulec@gmail.com
Herhangi bir gıda maddesinin ambalajlanması sonucunda, gıdaambalaj ve çevre den oluşan bir model ortaya çıkmakta ve belirli bir süreçte, birbirleriyle etkileşim halinde bulunan ilişkiler ve madde geçişleri gerçekleşmektedir. Geçişler iki yönlü olmaktadır. Gıda maddesinin kalitesi bozulur, ambalajın bazı özellikleri değişebilir ve hatta ambalaj, koruyucu işlevlerini yitirir. Migrasyon, belirli koşullar altında ambalaj materyalinden gıda maddesine bir kütle transferidir. Geçen maddelere migrant denir.
Spesifik migrasyon, gıdalarla temas halindeki ambalaj malzemelerinden gıdalara, etki mekanizmaları belirlenmek istenen cinsleri belli maddelerin geçişidir. Gıdayla temas halinde olan materyallerin yapılarında bulunan maddelerin, normal koşullar altında, insan sağlığına zararlı olmayacak ya da gıdada kabul edilemeyen değişikliklere ve duyusal özelliklerinde bozulmalarına yol açmayacak miktarlarda gıdaya transferlerine izin verilmektedir.
Migrasyon testlerinin yapılması, ambalaj materyalinin kullanıma uygunluğunun belirlenmesinde yeterli sonuçlar vermemesine rağmen, bu bağlamda yapılması gereken testlerden biridir. Toplam migrasyon testleri ambalajdan gıdaya geçen toksik ve toksik olmayan tüm maddelerin geçişini ifade ettiği için materyalin toksikolojisi hakkında kesin bir yargıya varılamaz. Ancak elde edilen toplam değerler izin verilen limitin altında kalır ise özgül migrasyon testlerini yapmaya gerek kalmaz. yüksek mokelül kütleli polimerler, inert oldukları ve gıdalarda çözünmedikleri için genellikle zararsızdırlar. Ancak plastik malzemelerin hazırlanması aşamasında pek çok katkı maddesi vardır. Ayrıca eser miktarlarda da olsa düşük molekül kütleli polimerler ve özellikle monomerler içermesi muhtemeldir. Bu nedenle gıda ile temas edecek plastik bir malzemenin saflığının belirtilmesi gerekir.
Ambalajdan (polimer filmden) gıdaya migrasyon Polimer filmden gıdaya olan migrasyon Fick in 2. kanunu ile açıklanmaktadır. Burada β; J.t m A. t Dp 2. cpo.. 1. D D 1 t Mt; gıdaya t sürede göç eden madde miktarıdır ve filmin yüzey alanına bölünmektedir. F p. 1/ 2 1/ 2
Ambalajdan (polimer filmden) gıdaya migrasyon Mt; gıdaya t sürede göç eden madde miktarıdır ve filmin yüzey alanına bölünmektedir. Cpo; göç eden maddenin polimerdeki başlangıç derişimidir. Görülüyor ki bu denklem gıda ve polimer fazdaki difüzyon katsayısı (DF ve Dp) büyüklüğünün önemli olduğunu vurgulamaktadır. Partisyon katsayısı (κ) ise, polimerdeki derişimin gıdadaki derişime olan oranı gösterir. Çoğu kes DF, Dp den çok daha büyük olup β>>1 dir ve göç polimerdeki migrantın yavaş difüzyonu ile kontrol edilmektedir. Eğer plastifiyan içeren bir polimere ambalajlanmış gıdada Dp ile DF birbirine yakın büyüklükte iseler ve aynı zamanda κ çok büyük ise (örneğin yağsız gıdalarda), yani partisyon daha çok polimerdeki migranttan yana ise (β<<1), o zaman migrasyon ürünün
Ambalajdan (polimer filmden) gıdaya migrasyon Raf ömrü süresince düşük düzeyde tutulabilmektedir. Buna karşın eğer partisyon, maddenin gıdaya geçmesinden yana ise; yani κ küçük ve β>>1 olduğunda yüksek düzeyde migrasyon olmaktadır. Örneğin, plastifiye edilmiş polimerlerle ambalajlanmış yağlı gıdalarda, polimerdeki katkı maddeleri gıdaya göç etme eğilimindedirler.
Gıdadan ambalaja (polimer filme) migrasyon Özellikle tat bileşikleri ve yağ ambalaj materyalleri tarafından adsorbe edilebilmektedirler. Bu durumu açıklayan Fick in 2. kanunu; 2 2 t.. 1.. exp.1 1 m m d t D V V Z V V z erfc z p F p P F
Gıdadan ambalaja (polimer filme) migrasyon bu eşitlikte erfc(z) bir hata fonksiyonu olup erfc(z)=1-erf(z) dir. Matematiksel tablolarda değişik z değerleri için hata fonksiyonunun değerleri verilmiştir. VF; gıdanın hacmi----------vp; ambalaj hacmi Mt/m değeri t zamanda ambalaj filmine geçen miktarın denge durumundaki toplam migrasyona oranını ifade eder. Belirtilen denklem yüksek κ değerlerine sahip gıdaların düşük Dp lerde hızlı migrasyonunu açıklamaktadır.. Burada z değeri arttıkça exp(z2).erf(z) değerleri hızla düşmektedir. Örneğin z=3 iken bu değer o.179 olmakta ve bu tür bileşikler, gıda ile temasta bulunan ambalajın yüzeyine absaoplanmakta ve sonuçta hızlı bir tat değişimi ortaya çıkmaktadır. Küçük κ değerine sahip bileşikler gıdada kalmaktadır.
Gıda bileşenlerinin polimer filmde tutulması ve şişip kabarma Gıda-ambalaj etkileşimi bazı gıda bileşenlerinin, örneğin yağ veya suyun, ambalaj materyali tarafından absorplanmasına yol açmaktadır. Bu olay çok yüksek düzeylerde gerçekleşirse, polimerin yapısında değişiklikler olabilmekte ve polimer şişip kabarabilmektedir. Bu şişme katkı maddelerinin hızlı göçüne neden olmaktadır. Ayrıca ambalajda mekanik ve görsel olumsuzluklara neden olan bir olgudur.
Difüzyon ve partisyon katsayılarının tahmin edilmesi Migrant Dx109, cm2/s κx102 Aromalar 0.3-14 0.3-42 Mw<250 Antioksidanlar 0.005-0.7 0.03-19 Mw>250 LDPE de difüzyon ve partisyon katsayılarının aralıkları. Saf etanol ile 23 C de temas eden LDPE de ölçülmüştür.
Gıdadan ambalaja ambalajdan gıdaya madde geçişi Difüzyon ve partisyon katsayılarının tahmin edilmesi MİGRASYON Migrantın molekül ağırlığı yükseldikçe, difüzyon katsayısı 2 derece düşerken; partisyon katsayısı sadece 1 derece düşmektedir. Daha yüksek bariyer özelliklerine sahip polimerler için bu değerler 4 veya daha fazla derece daha düşüktür. Aynı zamanda, partisyon katsayısı, temasta bulunan fazın ve polimerin polaritesine kıyasla polimer yapısından daha az etkilenmektedir. Bu değer, temasta bulunan faz saf etanolden %20 lik etanol çözeltisine değiştiğinde; polar olmayan bir aroma maddesi olan limon için 500 kat artmaktadır. Bu durum, polar olmayan limon migrantın polar su fazındaki düşük çözünürlüğüyle açıklanabilir. Bundan dolayı sıvı üzerinde yüksek kısmi basınca sahiptir ve polar olmayan polimer fazla ilgi göstermektedir. Bu nedenle polar gıdalarda polar olmayan maddeler yüksek κ-değerine sahiptirler. Oysa bu durum polar migrantlarda tam tersinedir.
Laminant yapılarda difüzyon kontrolü Bu malzemelerde difüzyon kontrolü son derece karmaşıktır. Bu tür malzemelerde her katmandaki (1,2,.,n) kütle transferi Fick yasasına uymakta ve diziyle ifade edilmektedir. d P d P d P 1 2 1 2 d... P Burada en düşük geçirgenlik katsayısına sahip olan katman migrasyonu kontrol eden katmandır. Bu nedenle düşük P ye sahip ince bir bariyer tabakanın bulunması laminantın geçirgenlik niteliğini belirler. Geçirgenliğin durağan durumunda, laminant yapısındaki toplam akı Fick in birinci yasasına göre ifade edilir. n n
Laminant yapılarda difüzyon kontrolü bilindiği gibi bir mambranın (ambalaj filmi) birim alanında birim zamanda geçen madde miktarına akı veya permeasyon hızı denilir ve kütle.uzunluk.zaman birimiyle ifade edilir. Difüzyon olayında, rastgele moleküler hareketten dolayı derişim yönünde madde akışı meydana gelir. Fick in 1. yasasına göre; J P P. d P, ambalajın iç ve dış kısımları arasında hareket eden maddenin kısmi basınç farkıdır. d, ambalaj filminin kalınlığı; P ise geçirgenlik katsayısıdır. Eğer ambalajda çözünürlük katsayısı S=c/p olarak ifade edilirse; P=D.S olur. Burada D difüzyon katsayısıdır. c/p ise filmdeki
Laminant yapılarda difüzyon kontrolü Maddenin derişiminin (c) filmle temas halinde bulunan maddenin kısmi basıncına (p) oranıdır.
Fick yasasının uygulanmadığı işlemler Burada söz konusu durum difüzyon ve partisyon katsayılarının sabit olduğu hallerde geçerlidir. Polimerde çok düşük migrant derişimlerinde migrasyon hızı polimerdeki derişime bağlı değildir. Polimerdeki katkı maddelerinin polimer matriksine kimyasal olarak bağlanması, migrant hareketinin işleyişini değiştirmektedir. Bazı durumlarda katkı maddeleri polimerlerin işlenmesi sırasında yüzeye çıkmaya zorlanırlar ve bu durum ambalajın gıda ile temasında yüzeyden ayrılarak gıdaya transfer olurlar. Bu durum migrasyon olarak ifade edilmez. Polimer yüzeylere uygulanan metalizasyon vb. kimyasal işlemler bu yüzeylere belirli kalınlıkta madde yığılımını sağlarlar. Bu katman aracılığı ile olan kütle transferi Fick yasasının tam uygulandığı bir
Fick yasasının uygulanmadığı işlemler işlem değildir. Kağıt ve karton ambalajlarda migrantların gıdaya transerleri sorpsiyon prosesleri ile kontrol edilmektedir. Kağıt mazlemeden migrasyon, yapılarına, bileşimlerine, ve üretim proseslerinin farklılıklarına bağlı olarak değişmektedir. Eğer göç eden madde önemli düzeyde şişmeye neden oluyorsa; difüzyon derişime bağlı olarak açıklanamamakta ve Fick in 2. yasasının sabit sınırları için olan formu geçerli olmamaktadır.
Migrasyonu etkileyen parametreler gıda ile ambalaj materyalinin temas alanı, temas süresi, sıcaklık, ambalaj materyalindeki migrantın çeşidi ve derişimi, ambalaj materyalinin fiziksel ve kimyasal özellikleri, migrasyona hazır maddelerin miktarı, gıda maddesinin agregat durumu (tane, toz, sıvı veya hamur kıvamında oluşu), gıdanın özelliği (yağlı, sulu, asitli vb.) ürün öğelerinin migrantlara olan afinitesi (ilgisi).
Kağıt, karton ve mukavvadan kaynaklanan migrasyon kaplanmamış veya lamine edilmemiş biçimde kullanılırlarsa, ıslak ve/veya yağlı gıdalarla özellikle uzun süre temas etmeleri durumunda çeşitli sorunlara neden olurlar. kağıt ve kartonun içerdiği bazı bileşiklerin kuru gıdalara da geçişi söz konusudur. Hatta nemli ve/veya yağlı gıdalarla çok kısa süreli temaslarda bile madde geçişi olmaktadır. Kağıt ve kartonun tipik özelliklerinden biri de, gazları ve organik buharları geçirmeleridir. kağıt ve türevlerinin gıdalarda kullanımı bağlamında kalitelerinin değerlendirilmesinde rol oynayan bir madde grubu da metal kalıntılarıdır. İyon formunda bağlanmış olmaları nedeniyle gaz fazında taşınmaları zordur. Ancak taşıma ve depolama esnasında ambalajın
Kağıt, karton ve mukavvadan kaynaklanan migrasyon kuvvetli mekanik etkilere maruz kalması halinde veya sürtünme etkisiyle toz formunda aşınmaları sonucunda gıdaya geçebilmektedirler. Limitlerin aşılmamasına dikkat etmek önemlidir. Kağıtlardaki toksik iz elementlerin gıdalara bir başka geçiş yolu suyla özütlenmeleridir. Metallerin gıdalara olası geçişlerinin belirlenmesinde kağıtta bulunan değil; çözünebilen metal miktarının dikkate alınması gerekir. Organik bulaşılar ve kirlilikler ele alınması gereken esas noktadır (özellikle ağartma işlemleri ve kimyasalları). Dioksin geçişi kağıt ambalaj kullanımında önemli bir sorundur. Kağıt ve türevlerinin kendilerine has tat-koku bileşiklerinin gıdaya geçişi yine önemli bir sorundur.
Yabancı kokuların migrasyonu Koku sorunları, ambalaj materyalinin üretiminde kullanılan hammaddelerden ve katkılardan, üretim esnasında meydana gelen tepkimelerden veya ambalajı çevreleyen atmosferden kaynaklanabilir. Kokuya yol açan en önemli hammadde kalıntıları, stiren, vinilasetat, akrilat gibi artık monomerler ile etil asetat gibi çözücü madde kalıntılarıdır. Yüzeysel işlem uygulanmış kağıtların nem oranının artması durumunda, kokuya yol açan etmenler daha belirgin düzeyde algılanabilirler. PE kaynağına göre değişmekle birlikte, su ile temas ettiğinde, değişik nüanslarda kokulara neden olabilmekte ve oluşan koku üründe tatsal olarak da algılanabilmektedir. Bu durum genelde PE-kokusu olarak bilinmektedir. temel nedeni doymamış karbonil bileşikleridir.