plastik-ambalaj.com

Zaman-sıcaklık indikatör sistemleri

 

Difüzyon bazlı zaman-sıcaklık indikatörleri

Zaman-sıcaklık indikatörleri uygulamaların ilk bilinen örneği olan bu indikatörler, Dünya Sağlık Örgütü tarafından dondurulmuş aşıların nakledilmesinde kullanılmıştır. İndikatörün çalışma ilkesi; mavi boyalı esterin, bir fitil boyunca difüze olarak ilerlemesine dayanır. Bu tip indikatörlerin kullanılabilir sıcaklık aralığı ve kullanılabileceği süre, eşlerin tipi ve orijindeki konsantrasyonuna bağlı olarak değişir. 

Bu yüzden bu indikatörler; hem esterin erime sıcaklığının kritik sıcaklığa eşit olmasıyla birlikte kritik sıcaklık zaman indikatörü (CTTI) olarak, hem de esterin erime sıcaklığının gıdanın depolama sıcaklığından düşük olmasıyla zaman sıcaklık indikatörü (TTI) olarak kullanılabilir. Örnek 3’teki 3M Monitör Mark indikatörler bu tip indikatörlerin en bilinen örneklerindendir. Bu indikatörler, gıda yüksek sıcaklığa maruz kaldığında örnekte görüldüğü gibi mavi renge dönüşürler. Meydana getirdikleri değişiklikler geri dönüşümsüz ve kalıcıdır; sıcaklık belli bir süre sonra tekrar istenilen değerlere geldiğinde indikatörün durumu değişmez. Sevkiyat ve depolama sırasında sıcaklığa duyarlı gıdaları içeren kutuların içerisinde yer alır ve gıdanın maruz kaldığı sıcaklığın ve sürenin tahmin edilmesi için bilgi sağlar. 

Enzimatik zaman-sıcaklık indikatörleri

Örnek 4’te gösterilen VITSAB zaman-sıcaklık indikatörleri, enzimatik indikatörlerdir. Bu indikatörlerin çalışması, lipit substratın kontrollü enzimatik hidrolizi sonucu meydana gelen pH  azalmasından kaynaklanan renk değişimine dayanır. Aktivasyondan önce indikatör, iki ayrı kısımdan oluşan mini poşet formundadır. Bu kısımlardan birisinde, pankreatik lipaz gibi lipoltik enzimlerin sulu çözeltileri, diğer kısımda ise, ezilip toz haline dönüştürülmüş PVC taşıyıcıya absorblanmış ve sulu çözeltileri, diğer kısımda ise, ezilip toz haline dönüştürülmüş PVC Taşıyıcıya absorblanmış ve sulu fazda asılı duran lipid substratı ve pH indikatör karışım bulunur. 

Aktivasyon sırasında, mekanik bir etkiye indikatörü iki kısma ayıran bariyer kırılır ve substrat ile enzim karışır. Substratın hidrolizi asidin açığa çıkmasına neden olur ve pH düşüşü, Örnek 5’te görüldüğü gibi indikatörün renginin koyu yeşilden açık sarıya dönmesiyle tespit edilir. Referans başlangıç ve son nokta renkleri değişimin daha kolay algılanması ve değerlendirilmesi için reaksiyon penceresinin çevresine baskılanır. Ayrıca renk değişimi sürekli olarak enstrümantal yöntemle ölçülebilir. (Örnek 5)

İndikatördeki renk değişimlerinin sıcaklığa bağlı olarak meydana gelme süresi aşağıdaki şemada gösterilmiştir. 

Örnek 4’te görülen 3 beyaz noktada ortaya çıkan renk değişimleri, kalan raf ömrünün tahmin edilmesi ve HACCP açısından aşağıda yorumlanmıştır. 

Polimer bazlı zaman sıcaklık indikatörleri

Bu indikatörler, sıcaklığa duyarlı dondurulmuş ya da soğutulmuş gıdalar, derin dondurulmuş ve depolanmış et gibi ürünlerin istenmeyen sıcaklıklara maruz kaldığını gösteren indikatörlerdir. Aktif olmadan önce Örnek 6’daki gibi bu indikatörlerin ortası beyaz renklidir. Ürün istenilen sıcaklığa getirildiğinde indikatörü aktifleşir ve dairenin içindeki beyaz renk yeşile dönüşür. Soğuk zincirde herhangi bir kırılma olduğunda veya ürün sıcaklığa maruz kaldığında bu renk ilk önce sarıya ardından da turuncu kırmızıya dönüşerek, tüketiciyi gıdanın tazeliği ev tüketilebilirliği konusunda bilgilendirir ve raf ömrünün azaldığı konusunda uyarır. Örnek 7’de bu renk değişimi gösterilmiş ve tüketicinin indikatörü anlayabilmesi ve doğru yorumlayabilmesi için ürün ambalajında bulunan bir açıklamanın örneği verilmiştir. 

Tazelik indikatörleri

Gıdaların kalitesinde, raf ömrü boyunca kimyasal, biyokimyasal, fiziksel veya fizikokimyasal bir çok reaksiyon sonucu tazeliğe bağlı kayıplar meydana gelir ve bu kayıpların belirlenmesinde tazelik indikatörleri kullanılır. 

Tazelik indikatörleri, ambalajlanmış gıdanın dağıtım zinciri boyunca tazeliğinden emin olunmasını sağlayan ve tüketiciyi gıdanın kalitesi açısından bilgilendirerek ambalaja akıllı işlevini kazandıran araçlardır. 

Ambalajlanmış gıdanın bütünlüğünü sıcaklık-zaman geçmişini, mikrobiyol kalitesini ve güvenliğini tespit etmede kullanılan bu indikatörlerden yararlanılarak ürünlerin kalite kontrolleri yapılabilir. İndikatörlerin çalışma prensibi; mikrobiyal bozulma sonucu oluşan metabolitlerin varlığında ambalaj üzerindeki etiketin renk değiştirmesine dayanır. Taze bir ürünün tazeliğini kaybedinceye kadar geçen süreç içersinde, içindeki glikoz, organik asit, etanol, biyojenik aminler, uçucu azot bileşenleri, CO2 ve sülfür bileşiklerinin miktarında bir takım değişiklikler meydana gelir ve bu değişiklikler tazelik indikatörleri ile tespit edilir. 

Ürünün içinde bulunan şeker bozulmaya neden olan mikroorganizmaların kullandığı en önemli substrattır. Bu nedenle üründe şeker miktarının azalması kalan raf ömrü hakkında fikir üretmeye yardımcı olur. Fakat düşük konsantrasyonları algılayabilen indikatörler henüz üretilememiştir; bu yüzden gıda maddesi içersinde depolama süresi boyunca konsantrasyonu artan bileşenlere hassas indikatör yapımı tercih edilmiştir. Örneğin laktik asit bakterilerince gerçekleştirilen glikoz fermantasyon sonucu oluşan laktik asit miktarı sürekli artığı için laktik asit, asetik asit gibi organik asitler indikatör olarak kullanılabilir. Bunun yanı sıra fermentasyon sonucu oluşan diğer bir ürün olan etanolun  konsantrasyonu da sürekli artış içinde olduğu için bu madde de indikatörler için kullanılabilir. 

Amonyak, dimetilamin ve trimetilamin gibi uçucu azot bileşenlerinin tespit edilmesi balıklarda mikrobiyal bozulmanın bir göstergesidir. Mikrobiyal üremenin tespitinde kullanılan bileşiklerden biri de CO2’dir. Fakat modifiye atmosfer ambalajlamada (MAP) yüksek CO2 konsantrasyonu nedeniyle CO2 oluşumunun dolayısıyla mikrobiyal gelişimin tespiti oldukça zordur. MAP uygulanmamış ambalajlarda ise CO2 konsantrasyonunda meydana gelen artış mikrobiyal kontaminasyonun en kesin göstergesidir. 

Tazelik indikatörleri çalışma prensiplerine göre dörde ayrılır:

pH değişimine duyarlı indikatörler 

Bu indikatörler, üretilen uçucu bileşenlerin varlığında pH değişiminde duyarlı boyalardaki renk değişimine dayanarak çalışırlar. Mikrobiyal üreme sonucu üründe meydana gelen bozulma, indikatörde pHdeğişimine neden olur ve geri dönüşümsüz bir renk değişimi oluşur. Bu değişim üründe mikrobiyal üreme olduğunun göstergesidir. Örneğin bir pH boyası olan bromtimol mavisi mikrobiyal üreme sonucu açığa çıkan CO2’nin göstergesi olarak kullanılabilir. 

Uçucu azot bileşenlerine duyarlı indikatörler

Bu indikatörler, Şekil 18.8’de gösterildiği gibi, üzerinde reaktif bulunan bir fitil içeren plastik bir çipten oluşur. Bu yapı ambalajla birleştirilir ve indikatörün çengel şeklindeki keskin ucu (fitil) ambalaj filminin içine işler ve böylece ambalajın tepe boşluğundaki gazlar ile fitilin üzerindeki reaktif temas eder. Örneğin, bozulma sonucu oluşan tipik balık kokusuna neden olan uçucu azot bileşenleri fitilden geçer ve fitil boyunca parlak pembe renk oluşur, böylece ürünün tazeliği hakkında fikir edinilir. 

Araştırmacılar ambalajlanmış balıkların tepe boşluğunda bozulma sonucu oluşan azot bileşenlerin varlığını asidokromik boya ile tespit etmişler ve ürünün tazeliğindeki kayıpları gözlemlemişlerdir. Bu boyanın varlığı ile balık örneklerinde oluşan trimetilamin, dimetilamin ve amonyak gibi bileşikler tespit edilmiş ve boyada gözle görülebilir renk değişimi bağlamında tazelikte kayıplar olduğu belirlenebilmiştir. 

Bu indikatörler Fresh Tag isimli ticari marka ile COX Recorders tarafından piyasaya sürülmüştür. Bunlar uçucu aminler ile reaksiyona girerek renk değişiminin maydana gelmesini sağlamakta, özellikle balıkların tazeliklerinin tespiti için kullanılmaktadır.  

Hidrojensülfüre (H2S) duyarlı indikatörler

Bu indikatörler, H2S ile miyoglobin arasındaki reaksiyonlardan yararlanılarak modifiye atmosferde ambalajlanmış tavuk etinin kalite kontrolünü yapmak amacıyla kullanılan tazelik indikatörleridir. H2S, ambalajlanmış tavukta depolama sırasında ortaya çıkar ve bununla miyoglobin arasındaki reaksiyon sonucu oluşan renk değişiminden tazelik tespit edilebilir. 

İndikatörler ticari miyoglobinin sodyumfosfat çözeltisinde çözülmesi ve bu çözeltinin agarose’a immobilize edilmesi ile elde edilir ve renk değişimi burada gözlenir. Örnek 8’de bu şekilde immobilize edilmiş agarosedaki renk değişimi görülmektedir. 

Çeşitli mikrobiyal metobolitlere duyarlı indikatörler

Bu indikatörler diasetil, etanol gibi mikrobiyal metobolitlere karlı duyarlıdırlar. Etanole duyarlı indikatörlerin çalışma prensibi; ambalajın tepe boşluğundaki etanol miktarının alkoloksidaz, peroksidaz ve bir substrat yardımı ile tespit edilmesine dayanır. 

Diasetile duyarlı indikatörler ise diamin bazlı boya içeren ve diasetil varlığında renk değiştiren sistemlerdir. Diasetil etin bozulması sonucu oluşan uçucu bir bileşendir. Bu yüzden indikatörler gazı geçirebilen ambalajların yüzeyine yerleştirilirler; böylece diasetil, diasetile duyarlı olan indikatöre geçebilir ve renk değişimi gerçekleşebilir. 

Sızıntı indikatörleri

Gıdanın kalitesini gösteren oksijen ve karbondioksit indikatörleri sızıntı indikatörleri olarak kullanılırlar. Bu indikatörlerin çoğu kimyasal ve enzimatik reaksiyonlar sonucunda renk değişimlerine neden olurlar. Sızıntı indikatörleri için sıklıkla kullanılan redoks boyası, metilen mavisidir. Bunun yanı sıra diğer redoks boyaları da kullanılabilir. 

Oksijen indikatörlerinin temel işlevi, oksijen absorbe edicilerin doğru bir şekilde çalışmasını sağlamaktır. Bu bağlamda sızan ve absorblanıp kalan oksijeni gösteren iki bileşenli sistemler geliştirilmiştir. 

Oksijen indikatörleri, oksidatif enzimler açısından zengindir. Bu ana bileşenlere ek olarak çözücüler (su ve alkol) ve hacim verici ajanlar (zeolit, silikajel, selülozik maddeler ve polimerler) indikatöre eklenir. Bu indikatörler, genellikle modifiye atmosfer ambalajlarda meydana gelen sızıntının tespiti için dizayn edilmişlerdir. Karbondioksit indikatörleri ise modifiye atmosfer ambalajlardaki karbondioksit düzeyini göstermek için kullanılırlar. 

Biyosensörler

Genel olarak biyosensörler, biyolojik moleküler veya sistemler ile modern elektronik tekniklerin işlem yeteneğinin birleştirilmesiyle geliştirilen biyoanalitik cihazlar olarak tanımlanabilirler. 

Biyosensörler, analizlenecek madde ile seçimli bir şekilde etkileşime giren biyoaktif bir bileşenin, bu etkileşim sonucu ortaya çıkan sinyali ileten bir iletici sistemle birleştirilmesi ve bunların bir ölçüm sistemiyle kombinasyonuyla oluştururlar. 

Günümüzde biyosensörler ambalajlanmış gıdanın mikrobiyal kalitesinin belirlenmesine kullanılmaya başlamıştır; fakat ticari olarak sadece iki tip vardır. Bunlardan ilki Toxin Alert şirketinin patentli ürünü Toxin Guard’tır. Bu ürün ambalajlanmış gıdadaki patojenleri belirlemek için kullanılır. Ambalajın içine belirli antikorlar yerleştirilir ve bu antikorlar hedef mikroorganizma ile karşılaşınca; biyosensör üreticiye, perakendeciye ya da tüketiciye açık bir şekilde bunu gösterir. Bu sistem çok düşük miktarda bulunan mikroorganizmalar için yeterince hassas değildir. Bu yüzden büyük miktarda olan kontaminasyonları belirlemek için kullanılır. 

İkinci biyosensör tipi ise örnek 9’da gösterilen SIRA Teknolojileri adlı firmanın ürettiği bir biyosensördür. Bu sensörler barkodlar ile kombine edilerek, hem ürünün mikrobiyal kalitesi üerine yorum yapmak hem de ürün hakkında ayrıntılı bilgi alabilmek için üretilmişlerdir. Food Sentinel Systems (Gıda gözcü sistemler) adı verilen bu sistemler, barkod-biyosensör kombinasyonunun ilk uygulamasıdır, fakat hala prototip aşamasındadır. 

Prof. Dr. Mustafa Üçüncü