Paladyum, Ambalaj Materyali Olabilir Mi?

Hilal KILIÇ | 13.02.2021

Ambalaj, gıda üretiminin ve piyasaya sürülmesinin önemli bir bileşenidir. Gıda maddelerinin üretimden tüketime güvenli bir şekilde depolanmasını, dağıtımını ve satışını sağlar. Ayrıca ambalaj; oksijen, su buharı, ışık ve hem kimyasal hem de mikrobiyolojik kirlilik gibi çevresel etkiler nedeniyle yiyecek ve içeceklerin bozulmasını önleyen bir bariyer görevi görür[1]. Son yıllarda, işlenmemiş veya minimum düzeyde işlenmiş, herhangi bir koruyucu içermeyen, belirli bir raf ömrüne sahip, doğal ve yüksek kaliteli gıdalara yönelik tüketici talebi önemli ölçüde artmıştır[2]. Bu ihtiyaca cevap vermek için, ‘Aktif paketleme teknolojileri’ gibi yenilikçi paketleme çözümlerinin geliştirilmesi yoluyla ambalajın koruyucu işlevi daha da genişletilmiştir. Başlıca aktif paketleme sistemleri; oksijen tutucular, karbondioksit tutucular, etilen tutucular, nem tutucular, aroma ve koku tutucu sistemler, antimikrobiyal madde içeren film ve kaplamalardır[3]. Gıdayı çevreleyen üst boşluğa bileşikler ekleyerek gıda ile etkileşime giren bu tür birkaç teknoloji geliştirilmiştir. Bu teknolojiler, gıda ürünlerinin kalitesini, güvenliğini ve bütünlüğünü sağlarken raf ömrünü uzatmayı amaçlamaktadırlar[4, 5].

Aktif Paketlemede Oksijen Tutucular
Oksijen, aerobik* mikroorganizmaların büyümesini desteklediğinden ve oksidasyon* reaksiyonlarını indüklediğinden* farklı gıda ürünlerinin kalitesi üzerinde zararlı etkilere sahiptir[6]. Mikroorganizmaların büyümesi, ürünün raf ömrünü sınırlayıp güvenliğini tehlikeye atabilirken; oksidasyon reaksiyonları besin değerinde azalmaya, doku değişikliğine, istenmeyen tatların oluşmasına veya ürünlerin renginde değişikliğe neden olabilir[7, 8].

Oksijen tutucuların uygulanması, gıda ambalajında ​​bulunan artık oksijeni ortadan kaldırmayı amaçlayan en önemli aktif paketleme teknolojilerinden biridir. Gıda endüstrisi ‘’Gazla yıkama’’ veya ‘’Modifiye Atmosfer Paketleme (MAP)’’ proseslerini kullansa da, ambalaj içerisindeki artık oksijen konsantrasyonu hacimde %0,5 ile 5 arasında kalabilir. Bu durum gıda içerisindeki oksijenin zamanla kafa boşluğuna salınması ya da paketlemenin hatalı yapılmasından kaynaklanabilir. Ambalaj içerisindeki oksijen oranı, ürünün duyusal özelliklerini etkileyebilir ve renk değişikliklerine/beslenme kayıplarına neden olabilir. Oksijen tutucuların uygulanmasıyla, paketin içindeki artık oksijen seviyeleri, bazı durumlarda hacimce %0.01’in altına düşürülebilir ve aktif olarak kontrol edilebilir ki bu, diğer paketleme sistemlerinde mümkün değildir[5, 9].

Oksijen tutucular, kafa boşluğundaki oksijen konsantrasyonunu hacimce %0,1'in altına düşürmek için kullanılırlar. Günümüzde oksijen tutucular için en yaygın kullanılan mekanizma, poşetlerde bulunan demir veya demir tuzlarının oksidasyonudur. Ancak oksidasyonun tutucu olarak uygulanması, oksijeni düşük oranda azaltmaları ve tüketicilerin poşet ambalaj kullanmak istememesi nedeniyle tercih edilmez. Oksijeni tamamen temizlemek için bu tür oksijen tutucularla paketlenen et ürünlerinde paketleme süreci için 10 saat ila birkaç gün arasında süre gerekir ve daha sonra da ürünün bir süre karanlıkta saklanması gereklidir[5, 9, 10].

Et ve Et Ürünleri İçin Oksijen Tutucu Olarak Paladyum

Et ve et ürünleri için renk; albeni, kalite ve lezzet değerlendirmesini etkileyen en önemli unsurlardan biridir. Pişirilmiş ve kürlenmiş jambonda, kürleme* ve pişirme sırasında oluşan denatüre* nitrozomyoglobin* (dMbNO) pembe kırmızı renkten sorumludur[11, 12]. Hem ışık hem de oksijen varlığında, dMbNO metmiyoglobine (MMb) oksitlenir, bu da jambonun yüzeyinde gri kahverengi bir renge neden olur. Perakende raflardaki et ürünleri genellikle şeffaf filmlerle paketlendiğinden ve ışıklı ortamda saklandığından, ambalajdaki artık oksijen seviyelerinin kontrolü pazarlama için önemlidir. Perakende mağazalardaki jambon ambalajları, satış standında yaklaşık 24 saat ışığa maruz kalabilirler[12, 13].

Jambonda renk değişikliğine neden olan kritik oksijen seviyesi, ürün/kafa boşluğu oranına bağlı olarak hacimce %0,1 ile 0,5 arasındadır. Bu nedenle jambon, üst boşluktaki oksijen konsantrasyonunu azaltmak için genellikle modifiye atmosfer paketleme (MAP) kullanılarak paketlenir[14, 15].

Birkaç yıl önce, rezidüel* üst boşluk oksijenini çok hızlı bir şekilde azaltabilen, paladyum (Pd) ile katalitik* bir sisteme dayalı oksijen tutucu filmler geliştirilmiştir. Paladyum, hidrojenin suya oksidasyonunu katalize eder ve böylece hidrojen içeren modifiye atmosfer ambalajının üst boşluğunda kalan oksijeni giderebilir. Mevcut MAP teknolojisinin bir uzantısı olan paladyum, ambalaj filminin içine yapıştırılabilir ve değiştirilmiş atmosfer ile kullanılabilir. Paladyum tarafından çekilen oksijen miktarı, paketleme üst boşluğundaki hidrojen konsantrasyonu ile sınırlıdır[16, 17, 18].


Yapılan bir araştırmada, paladyuma dayalı yeni geliştirilen katalitik sistemin pişmiş, kürlenmiş jambonun rengini korumadaki etkinliği test edilmiştir. Jambon, normal atmosfer (%20,95 oksijen) altında veya paladyum ile/paladyum olmadan hacimce %2 oksijen (artık oksijeni simüle etmek için) ile modifiye edilmiş atmosfer altında paketlenip 2 parti ürün hazırlanmıştır. 

Birinci partideki örneklerin yarısı 21 gün karanlıkta diğer yarısı 21 gün aydınlıkta saklanmıştır. İkinci partideki ürünler perakende koşullarını simüle* etmek için, değiştirilmiş ve normal atmosfere sahip ortamda 8 saat boyunca aydınlatılmış olarak saklanmıştır. Üst boşluktaki oksijen konsantrasyonu ve jambonun rengindeki değişim, depolama sırasında izlenmiştir. Paladyumun paketlemeden sonra 35 dakika içinde modifiye atmosferle paketlenmiş jambonun üst boşluğunda hacimce %2 oksijeni uzaklaştırdığı görülmüştür. Böylelikle paketler günde 24 saat ışığa maruz kalmasına rağmen 21 günlük saklama süresi boyunca jambonun rengini korumuş ve renk değişimini önlemiştir. 

Paladyum olmadan paketlenen ve ışıklı olarak saklanan numuneler, 2 saatlik depolamada kırmızılıkta önemli bir azalma göstermiştir. 24 saat sonra -8 saat veya 24 saat için aydınlatılmalarına bakılmaksızın- paladyumsuz aydınlatılmış numunelerde belirgin bir renk bozulması gözlenmiştir. 

Yapılan çalışmadan yola çıkarak, paladyum bazlı katalitik sistemin çok yüksek bir oksijen temizleme aktivitesine sahip olduğunu ve bu nedenle pişmiş, kürlenmiş jambon gibi oksijene duyarlı bir gıdanın kalitesini korumak ve raf ömrünü uzatmak için kullanılabileceği söylenebilir. Paladyumun yüksek oksijen çekme aktivitesi, özellikle kısa raf ömrüne sahip ürünler için, şu anda yaygın olan oksijen temizleme teknolojilerine kıyasla büyük avantaj sağlar[18].

Paladyumun sağladığı oksijen yokluğu durumu; aydınlıkta saklanan paladyumlu numunelerde 24 saat ile 14 gün arasında meydana gelebilecek, jambonda kırmızı renk oluşumunun gözlemlenmesine sebep olabilir. Oksijen yoksa oksidasyonun neden olduğu renk değişikliği tersine çevrilebilir ve pembe-kırmızı denatüre nitrozomiyoglobinden (dMbNO) gri-kahverengi metmiyoglobine (MMb) dönüşüm gerçekleşebilir[10, 19]. Yapılan deneyde, ışıklı tüm örnekler, paketlemeden hemen sonra başlayarak kızarıklıkta hızlı bir azalma göstermiştir. Düşüş 7-12 güne kadar devam etmiş, ardından depolama bitene kadar hafif bir artış izlemiştir. Kızarıklıktaki bu artış, baş boşluğu oksijeni tükendiğinde başlar, bu da bunun aynı zamanda renk değişikliği reaksiyonunun tersine çevrilmesinden kaynaklandığını gösterir. Işıklı örneklerin bu hızlı renk değişimi başka çalışmalarla da doğrulanmıştır[10,14].

Yapılan başka çalışmalar sonucunda da, kürlenmiş ürünlerin oksijen basıncı ile ışıktan kaynaklanan renk değişikliği arasında pozitif bir doğrusal ilişki olduğu sonucuna ulaşılmıştır[10, 13, 20]. Ancak bu çalışmalarda hacimce %2'nin altındaki oksijen konsantrasyonları kullanılmıştır. İncelenen çalışmada, aynı aydınlatma rejimine sahip numuneler karşılaştırılırken, normal (20.95 hacim %O2) ve değiştirilmiş atmosfer (2 hacim %O2) altında olan numuneler arasında 21 gün boyunca tutarlı bir fark görülmemiştir. Sonuçta, hacimce %2 ve üzerindeki oksijen seviyelerinde, her iki atmosferde de renk bozulması reaksiyonu için yeterli oksijenin mevcut olduğunu ve bu çalışmanın koşulları altında, oksijen fazlasının renk değişikliğinin hızı veya yoğunluğu üzerinde hiçbir etkisi olmadığını gösterir[18]. Paladyumun farklı gıda türleri için etkinliğini test eden daha ileri çalışmalar halen devam etmektedir[14].

Sözlük
*Aerobik Mikroorganizma: Aerobik bir organizma veya aerobe , oksijenli bir ortamda hayatta kalabilen ve büyüyebilen bir organizmadır.
*Oksidasyon: Oksidasyon, elektronların bir atom ya da molekülden ayrılmasını sağlayan kimyasal tepkimedir.
*İndükleyici: Düzenleyici proteine bağlanarak gen kaydını başlatan küçük molekül. Özel bir enzimin sentezine sebep olan herhangi bir bileşik; özel bir genin ifadesine sebep olan herhangi fiziksel veya kimyasal uyarıcı (oksijen).
*Kürlemek: Son üründe lezzet geliştirme, renk oluşturma ve dayanma süresini uzatmak amacıyla etin tuz, renk sabitleyici (nitrat, askorbik asit) ve baharat gibi katkılarla muamele edilmesine kürleme denir.
*Denatürasyon: Protein veya nükleik asitlerin doğal yapısında mevcut olan sekonder, tersiyer ve kuaterner yapılarının bazı fiziksel ve kimyasal dış etkilerle bozularak primer yapılarına dönüşmeleri sürecidir.
*Nitrozomyoglobin: Et ürünlerinde arzu edilen rengin oluşumunu sağlayan nitrozomyoglobin (NO-Mb), bir dizi reaksiyon sonucunda meydana gelmektedir.
*Rezidüel: Kalan, artan. Yapılan işlem sonrası hata kalıntısı.
*Katalizör: Katalizör, bir kimyasal tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürerek tepkime hızını artıran ve tepkime sonrasında kimyasal yapısında bir değişiklik meydana gelmeyen maddelerdir.
*Simüle: Simülasyon veya benzetim, teknik olmayan anlamda bir şeyin benzeri veya sahtesi anlamında kullanılır.

Kaynakça

[1] Robertson, G. L. (2012). Introduction to food packaging. Food Packaging: Principles and Practice, 3rd ed.; CRC Press, Taylor & Francis Group: Boca Raton, FL, USA, 1-8.
[2] Vermeiren, L., Devlieghere, F., van Beest, M., de Kruijf, N., & Debevere, J. (1999). Developments in the active packaging of foods. Trends in food science & technology, 10(3), 77-86.
[3]Cha, D.S., Chinnan, M.S., (2004). Biopolymer-based antimicrobial packaging: A review. Food Science Nutrition, 44, 223-237.
[4] Miltz, J., & Perry, M. (2005). Evaluation of the performance of iron‐based oxygen scavengers, with comments on their optimal applications. Packaging Technology and Science: An International Journal, 18(1), 21-27.
[5] Pereira de Abreu, D. A., Cruz, J. M., & Paseiro Losada, P. (2012). Active and intelligent packaging for the food industry. Food Reviews International, 28(2), 146-187.
[6] Lee, D. S. (2010). Packaging and the microbial shelf life of food. In G. L. Robertson (Ed.), Food packaging and shelf life (pp. 55–79).Boca Raton: CRC Press.
[7] Choe, E., & Min, D. B. (2005). Chemistry and reactions of reactive oxygen species in foods. Journal of Food Science, 70(9), 142–159.
[8] Decker, E. A., Elias, R. J., & McClements, D. J. (2010). Oxidation in foods and beverages and antioxidant applications: management in different industry sectors, Vol. 2, 56-63
[9] Gibis, D., & Rieblinger, K. (2011). Oxygen scavenging films for food application. Procedia Food Science, 1(0), 229–234.
[10] Andersen, H. J., & Skibsted, L. H. (1992). Kinetics and mechanism of thermal oxidation and photooxidation of nitrosylmyoglobin in aqueous solution. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 40(10), 1741–1750.
[11] Eyiler, E., & Oztan, A. (2011). Production of frankfurters with tomato powder as a natural additive. LWT—Food Science and Technology, 44(1), 307–311.
[12] Andersen, H. J., Bertelsen, G., Boegh-Soerensen, L., Shek, C. K., & Skibsted, L. H. (1988). Effect of light and packaging conditions on the colour stability of sliced ham. Meat Science, 22(4), 283–292.
[13] Larsen, H., Westad, F., Sørheim, O., & Nilsen, L. H. (2006). Determination of critical oxygen level in packages for cooked sliced ham to prevent color fading during illuminated retail display. Journal of Food Science, 71(5), S407–S413.
[14] Böhner, N., Hösl, F., Rieblinger, K., & Danzl, W. (2014). Effect of retail display illumination and headspace oxygen concentration on cured boiled sausages. Food Packaging and Shelf Life, 1(2), 131–139.
[15] McMillin, K. W. (2008). Where is MAP Going? A review and future potential of modified atmosphere packaging for meat. Meat Science, 80(1), 43–65.
[16] Yildirim, S., Röcker, B., Rüegg, N., & Lohwasser, W. (2015). Development of palladium-based oxygen scavenger: optimization of substrate and palladium layer thickness. Packaging Technology and Science, 28(8), 710–718.
[17] Wanner, G. T. (2010). Packaging materials that consume and display oxygen for food packaging (unpublished dissertation): Technische Universitat München, p52, p73-80.
[18] Hutter, S., Rüegg, N., & Yildirim, S. (2016). Use of palladium based oxygen scavenger to prevent discoloration of ham. Food Packaging and Shelf Life, 8, 56-62.
[19] Møller, J. K., Jensen, J. S., Olsen, M. B., Skibsted, L. H., & Bertelsen, G. (2000). Effect of residual oxygen on colour stability during chill storage of sliced, pasteurised ham packaged in a modified atmosphere. Meat science, 54(4), 399-405.
[20] Møller, J. K. S., Bertelsen, G., & Skibsted, L. H. (2002). Photooxidation of nitrosylmyoglobin at low oxygen pressure. Quantum yields and reaction stoechiometries. Meat Science, 60(4), 421–425.