plastik-ambalaj.com

Jelatin Esaslı Gıda Ambalajları

Giriş

İnsanoğlunun varlığını sürdürebilmesi için sürekli gıda tüketmesi gerekmekte ve artan dünya nüfusu ile birlikte her geçen gün gıda tüketimi de hızla artmaktadır. İstenen kalite ve miktarda gıda üretimi, üretilen gıdaların depolanması, sevkiyatı ve rafta satışa sunulması ise her geçen gün daha fazla titizlik gerektiren uygulamalar olarak karşımıza çıkmaktadır. Gıdaların paketlenmesinde kullanılan geleneksel malzemeler ürün tür ve boyutlarına bağlı olarak metal, kâğıt veya polimer esaslı malzemelerdir.

Adı geçen geleneksel paketleme malzemeleri önemli oranda çevre kirliliğine sebebiyet vermektedir. Ayrıca uygulama koşulları ile gıda türlerine bağlı olarak paketlenmiş gıda ile etkileşime girerek ürün kalitesini bozma riskini de beraberinde getirebilmektedir. Özellikle son yıllarda çokça adını duymakta olduğumuz yenilebilir film ve kaplama ürünleri çevre dostu olmaları ve gıdalar ile etkileşimlerinin son derece güvenli olması gibi önemli avantajlarıyla dikkat çekmektedir. Yenilebilir film ve kaplamalar gıdaların yüzeylerine çok ince bir film şeklinde uygulanarak gıdaların dış etkenlerden olumsuz bir şekilde etkilenmesini engellemekte ve kalitesini korumaktadır. Bu amaçla yenilebilir filmlerin üretilmesinde genellikle yenilenebilir doğal kaynaklar tercih edilmektedir (Şekil 1). Polisakkaritler, proteinler ve lipitler gibi pek çok farklı yenilebilir doğal malzeme film ve kaplamaların geliştirilmesinde kullanılmaktadır.

Şekil 1. Yenilebilir film ve kaplamaların üretiminde kullanılan doğal malzemelerden bazıları

Yenilebilir Film ve Kaplamalar

Günümüzde özellikle yeni bileşimlere ve fonksiyonlara sahip yenilebilir film ve kaplamaların geliştirilmesi alanında yoğun bilimsel çalışmalar gerçekleştirilmektedir [1-5]. Bu çalışmaların odağında yiyeceklerin raf ömürlerinin uzatılması, gıdaların dış etkenlerden daha iyi korunması, müşteri memnuniyetinin arttırılması, gıdaların tazeliğinin daha iyi korunması, gıda paketleme sektöründen kaynaklı atıkların en aza indirilerek çevreye karşı duyarlı üretimin gerçekleştirilmesi gibi pek çok farklı amaç yatmaktadır (Şekil 2). [1, 3, 6]

Şekil 2. Yenilebilir film ve kaplamaların geliştirilmesi için itici güçler [1, 2, 6]

Yenilebilir filmlerden beklenen bazı özellikler Şekil 3’de özetlenmektedir. Yenilebilir film üretimi için seçilen hammaddelerin gıda ile etkileşime girmemeli ve gıdayı dış etkenlerden koruyabilmelidir. Filmler dış etkenlere karşı dayanıklı olmalı ve sahip oldukları mekanik özellikleri ambalajlama için yeterli olmalıdır. Ayrıca yavaş ve kontrollü ürün solunumuna izin verebilmeli ve gıdalarda uzun saklama süreleri boyunca oluşacak bozulmayı engellemeli veya azaltmalıdır. [5-9]

Şekil 3. Yenilebilir filmlerden beklenen özellikler [10]

Son yıllarda adından sıkça bahsedilmekte olan yenilebilir film ve kaplamaların ilk uygulamaları bundan oldukça uzun yıllar öncesine dayanmaktadır. Çin’de 12. ve 13. yy’dan itibaren vaksların meyvelerin dehidrasyonunu geciktirmek amacıyla kullanıldığı, Asya’da ise 15. yy’dan itibaren bazı gıdaları muhafaza edebilmek için Yuba ismi verilen ve kaynamış soya sütünden elde edilen filmlerden yararlanıldığı bilinmektedir. Büzülmeyi önlemek amacıyla etlerin çeşitli yağlarla kaplanması ise 16. yy’dan beri uygulanmakta olan bir yöntemdir. Son yüzyılda ise etlerin ve diğer gıda kaynaklarının korunması için jelatin film ve kaplamaların kullanılması gittikçe daha fazla önem kazanmaktadır.

Jelatin Filmler

Jelatin, hayvan deri, kemik ve bağlayıcı dokularının temelini oluşturan, lifli bir protein olan kollajenin, ısıl bozunması ya da fiziksel ve kimyasal bozunmasıyla elde edilebilmektedir. Doğal yapılardan jelatin eldesi ekonomik ve kolay bir şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Jelatin yüksek oranda prolin, glisin ve hidroksiprolinamino asitlerini içermektedir. Bu aminoasitler jelatinin jelleşme özelliği kazanmasında oldukça etkin birer rol oynamaktadır. Jelatin, kollajenin polipeptid zincirleri arasındaki çapraz bağların belli bir düzeyde yıkılmasıyla elde edilen bir protein olup hayvansal dokulardan elde edilmesi antik çağlara kadar dayanmaktadır. İlk olarak zamk üretim amacıyla kullanılmıştır. Biyobozunur, biyouyumlu özellikte olması ve toksik özellik göstermediği için jelatin kozmetik, eczacılık, tıp ve gıda endüstrisi gibi pek çok farklı uygulama alanında yaygın olarak kullanılmaktadır [11, 12]. Jelatin en fazla gıda endüstrisinde kullanılmakta olup özellikle gıda ürünlerinde kıvam arttırıcı ve elastikiyet verici olarak kullanılmaktadır. 

Jelatin soğuk suda çözünmezken sıcak suda çözünme özelliğine sahiptir. Jelatin filmler gıdaları ışık ve oksijenden korumak amacıyla kullanılmaya başlanmıştır. Kullanılan jelatinin kalitesi transparanlık, renk durumu, kolay çözünme gibi bazı karakteristik özelliklerine bağlı olarak değerlendirilmektedir [6]. Jelatin filmler özellikle ekonomik olmaları ve geliştirilebilir özellikleri sayesinde ilgi odağı olmaktadır. Jelatin filmlere farklı oran ve çeşitlerde plastikleştirici ilave edilerek bu filmlerin mekanik özelliklerinin geliştirilmesi sağlanabilmektedir. Ayrıca bu filmlere farklı organik ve/veya inorganik esaslı antibakteriyel ilavelerin eklenmesiyle de gıda ambalajlarına antibakteriyal özellik kazandırılması sağlanabilmektedir [13, 14]. Jelatin filmlere farklı ilaveler yapılarak pek çok özelliğinde önemli oranda iyileşmeler sağlanabilmekte [15] olup bu filmlerin kullanım alanlarının başında gıda ambalaj uygulamaları gelmektedir (Şekil 4). 

Şekil 4. Jelatin filmlerin başlıca uygulama alanları

Jelatin Filmlerin Özellikleri

Yenilebilir jelatin filmlerin birçok avantajı bulunmaktadır. Bunların başında biyobozunur olmaları ve çevreye zarar vermeyen yapıları gelmektedir. Gıda ürünlerini korurken ürün kalitesinden ödün vermeden raf ömürlerini uzatırlar ve jelatin filmler doğal ürünlerden üretildiği için insan sağlığına zarar vermemektedir. Üretim açısından basit teknolojilerle üretilebilmesi, üretim maliyeti ve üretimde kullanılan hammaddelerin ekonomik olması üreticilerin özellikle dikkatini çekmekte olan unsurlardır. Jelatin filmler herhangi bir ilave kullanılmadığı durumda ambalaj uygulamalarında istenilen mekanik özellikleri tam olarak sağlayamamaktadır. Ancak kompozit yaklaşımıyla jelatin esaslı pek çok farklı kompozit malzeme üretilebilmekte ve sisteme ilave edilen takviyeler sayesinde ihtiyaç duyulan mekanik özellikler sağlanabilmektedir. Farklı takviyelerle üretilen yenilebilir filmlerle oksijen geçirgenliğini azaltmak, yağ sızdırma sorununu ortadan kaldırmak, antibakteriyel özellik sağlamak gibi pek çok farklı özelliğin elde edilmesi mümkündür. [6-8]

Jelatin filmlerin takviyelerle özelliklerinin iyileştirilebilmesi sayesinde farklı gıdalar için ambalaj uygulamalarında kullanımı mümkün olmaktadır. Jelatin filmlere uygulanan ısıl işlemlerle özelliklerinin iyileştirilmesinin yanı sıra farklı katkı maddelerinin eklenmesiyle de özelliklerinde gelişmeler sağlanabilmektedir. İstenilen özelliklerin en başında gıdaların raf ömrünü uzatabilmek amacıyla oksijen geçirgenliğinin azaltılması gelmektedir. Oksijen geçirgenliğinin azaltılması için jelatin film içerisine kollajen, buğday glüteni, soya proteini, peynir altı proteini, kazein, pektin, nişasta, arı mumu gibi takviyeler ilave edilmektedir. Oksijen geçirgenliğinin yanı sıra su buharı geçirgenliği de önemli bir diğer değişkendir. Oksijen geçirgenliği için eklenebilecek ilavelerin yanı sıra aljinat ve asetilaldehit monogliserid eklenmesi su buharı geçirgenliğini düşürmektedir. [16]

Jelatin filmlere plastikleştirici ilave edilerek filmin kırılganlığını giderip elastik bir form kazanması sağlanabilmektedir. Böylece yüksek çekme kuvvetleri altında film esneme kabiliyetine sahip olduğu için büyük bir oranda deformasyona uğramaz. Plastikleştiricilerin özellikleri bağlandıkları ana polimere bağlı olarak değişkenlik göstermektedir. Jelatin filmi ile ilgili gerçekleştirilen bilimsel çalışmalarda, jelatin filmi başarılı bir şekilde plastikleştirmek için gliserol uygun bir plastikleştirici olarak değerlendirilse de, yapının uygun başka plastikleştiricilerle de desteklenmesi gerekmektedir. Fazla kullanılan plastikleştirici jelatin filmin çekme dayanımı, Young modülü ve cam geçiş sıcaklığı (Tg) gibi özelliklerini düşürürken, uzama ve gaz geçirgenliğini arttırmaktadır. [1, 17, 18]

Ambalajda kullanılan yenilebilir filmlerin dış baskıya dayanabilmesi ve ambalajlama sırasında bütünlük ve bariyer özelliklerini koruyabilmek için jelatin filmlerde mekanik dayanım ve esneklik oldukça önemli karakteristiklerdir. Jelatin filmlerin istenilen özelliklere sahip olup olmadıkları çekme mukavemeti ve kopma uzaması gibi çeşitli mekanik testler yapılarak incelenmektedir. Jelatin filmlerin mekanik özellikleri çok iyi değildir ancak yan zincirlerinde pek çok fonksiyonel gruba sahip oldukları için kolayca modifiye edilmeleri mümkündür. Bu yolla da jelatin filmlerin mekanik özellikleri rahatlıkla geliştirilebilmektedir. Ayrıca jelatinin ultraviyole ve gama ışınlaması ile fiziksel çapraz bağlanması sağlanabilmektedir. Jelatin kolayca kimyasal olarak da çapraz bağlanabilmektedir. Literatür incelendiğinde gliserol ile plastikleştirilmiş filmlerin iyi mekanik mukavemet özelliğine sahip olduğu bildirilmektedir. Gliserolün polimer zincirleri arasına nüfus ettiği ve polimerler arasındaki etkileşimi zayıflattığı ve böylece polimer zincirinin hareketini arttırıp filmin esnekliğini sağladığı bildirilmektedir [19]. Jelatin fiziksel veya kimyasal olarak kolayca çapraz bağlanabildiği için mekanik kararlılığı farklı ilaveler yapılarak artırılabilmektedir. [11]

Jelatin filmin kullanım alanları için geçirgenliğinin bilinmesi gerekmektedir. Paketlenecek ürünün içeriği ve jelatin filmin geçirgenliği, ürünün raf ömrünü etkileyen ana etkenlerden biridir. Geçirgenlik özelliklerinin başında su buharı geçirgenliği gelmektedir. Ürünlerin fiziksel ve kimyasal bozunması denge nemi içeriği ile ilgilidir ve jelatin filmin su buharı için sahip olduğu bariyer, paketlenmiş ürünün raf ömrünün korunmasında veya uzamasında büyük bir öneme sahiptir [20]. PEG ile plastikleştirilmiş jelatin filmlerin su buharı geçirgenliğinde önemli ölçüde düşüş gösterdiği bildirilmektedir. [21]

Jelatin filmlerin ısıl özellikleri filmin cam geçiş sıcaklığı (Tg) ile yakından ilgilidir. Bu özellik, film uygulamaları için de filmin depolama ve işleme koşullarının seçimi için de önemli bir parametredir. Hidrofobik özellikteki filmlerin düşük Tg değerine sahip olduğu gözlemlenmektedir. Hidrofobik plastikleştiriciler, filmdeki mikro boşlukları kapatarak su alımında bir düşüşe yol açabilmektedir. [22, 23]

Optik bariyer özellikleri, jelatin filmin uygunluğunu, görünümünü ve pazarlanabilirliğini etkileyen önemli faktörlerdendir. Gıda ambalaj uygulamalarında kullanılacak jelatin filmlerinin fonksiyonlarından biri, yiyecekleri ışığın etkisinden, özellikle de UV radyasyonundan korumaktır. Daha düşük UV ışık geçirgenliğine sahip filmler, film boyunca daha iyi bir UV penetrasyon bariyerine sahiptir. Plastikleştirilmiş malzemelerin optik özellikleri, kullanılan plastikleştirici türü ve konsantrasyonu ile ilgilidir. Plastikleştirici için gliserol eklendiğinde, filmler daha şeffaf hale gelmektedir. UV ve görünür ışığın ışık iletimi, gliserol içeriği arttıkça artmaktadır. Saydamlık değerlerini arttırmak için gliserol konsantrasyonunu arttırmak gerekmektedir. Bir miktar saydamlık kazandırmak için esansiyel yağlarda kullanılabilmektedir. [24]

Yenilebilir filmler gıda sektöründe yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Plastik ambalajlar ekonomik olmalarına rağmen biyobozunur özelliğe sahip olmadığından dolayı çevre kirliliğine sebep olmaktadır. Yenilebilir jelatinlerin biyobozunur olmaları çevre kirliliğini engellediğinden dolayı öncelikli tercih sebebidir. Bunun yanında süt ve süt ürünleri, et ürünleri, meyveler ve sebzelerde sıklıkla kullanılan yenilebilir filmlerin dezavantajlarından biri antibakteriyel özelliğe sahip olmamalarıdır. Paketlenecek gıdanın içerisindeki sıvı miktarı mikroorganizmalar için uygun koşullara sahiptir. Bu gıdaların tüketilmesi çeşitli hastalıklara sebep olabilir. Bundan dolayı filmlerin antibakteriyel özelliğe sahip olması gıdadaki belirli mikroorganizmaların üreme hızını yavaşlatıp, canlı mikroorganizma sayısını azaltarak ürünün çabuk bozulmasını engelleyip, tazeliği korumaya ve raf ömrünü uzatmaya yardımcı olmaktadır. [16, 25, 26]

Genel Değerlendirme

• Günümüz gıda sektöründe plastik ambalaj kullanımı çok yaygın olup, çevre kirliliğinin önemli oranda artmasına sebep olmaktadır. 
• Petrol türevlerinden elde edilen polimer ambalajların kullanımı yerine biyobozunur özelliğe sahip yenilenebilir kaynaklardan elde edilen filmlerin ticari uygulamalarda çok daha yaygın bir şekilde kullanılması gıda ambalajı kaynaklı çevre kirliliğinin azaltılmasına önemli oranda katkı sağlayacaktır. Jelatin gibi pek çok doğal ve yenilenebilir malzeme ile yenilebilir ambalaj ürünlerinin üretilmesi ve farklı takviyeler kullanılarak bu ürünlerin özelliklerinin istenilen yönlerde geliştirilmesi mümkündür.
• Özellikle çabuk bozunabilir gıdalar saklama koşullarının değişkenliği ile raf ömründen önce bozunmaya maruz kalabilmekte ve bununla birlikte plastikle etkileşime geçen gıdalar farklı koşullar altında reaksiyona uğrayarak insan sağlığını tehdit edecek sonuçlar doğurabilmektedir. Bu sebeple yenilebilir ambalajlara organik esaslı takviyeler (bitki ekstreleri, esansiyel yağlar, vb.) kullanılarak antibakteriyel özellik kazandırılması büyük önem arz etmektedir. 
• Yenilebilir antibakteriyel filmlerin kullanımıyla hem sıfır atık amacına ulaşmak, hem de tüketicilerin her geçen gün artmakta olan taleplerini karşılamak üzere ürüne sentetik koruyucu katkı ilaveleri yapmadan, ürünün doğallığını koruyarak bozulmasını engellemek ve uzun raf ömrüne sahip olmasını sağlamak mümkündür.

KAYNAKLAR

[1] F. Debeaufort, J.-A. Quezada-Gallo, A. Voilley, Edible films and coatings: tomorrow's packagings: a review, Critical Reviews in Food Science 38(4) (1998) 299-313.

[2] P.J.P. Espitia, W.-X. Du, R. de Jesús Avena-Bustillos, N.d.F.F. Soares, T.H. McHugh, Edible films from pectin: Physical-mechanical and antimicrobial properties-A review, Food hydrocolloids 35 (2014) 287-296.

[3] S. Dehghani, S.V. Hosseini, J.M. Regenstein, Edible films and coatings in seafood preservation: A review, Food chemistry 240 (2018) 505-513.

[4] B. Hassan, S.A.S. Chatha, A.I. Hussain, K.M. Zia, N. Akhtar, Recent advances on polysaccharides, lipids and protein based edible films and coatings: A review, International Journal of Biological Macromolecules 109 (2018) 1095-1107.

[5] R. Fattahi, A. Bahrami, Essential oils as a natural additive in the edible films and coatings (active packaging system): A Review, Journal of Babol University of Medical Sciences 20 (2018) 0-0.

[6] S. Dursun, N. Erkan, Yenilebilir protein filmler ve su ürünlerinde kullanimi, Journal of FisheriesSciences. com 3(4) (2009) 352.

[7] B. EKER, A. İÇÖZ, Tekirdağ Köftesinin Ambalajlanmasında Jelatinin Biyolojik Tabanlı Kaplama Malzemesi Olarak Kullanılması,  (2015).

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

[9] B. DELİKANLİ, T. ÖZCAN, Probiyotik içeren yenilebilir filmler ve kaplamalar, Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 28(2) (2014) 59-70.

[10] J.-W. Rhim, H.-M. Park, C.-S. Ha, Bio-nanocomposites for food packaging applications, Progress in polymer science 38(10-11) (2013) 1629-1652.

[11] A. Bigi, G. Cojazzi, S. Panzavolta, N. Roveri, K. Rubini, Stabilization of gelatin films by crosslinking with genipin, Biomaterials 23(24) (2002) 4827-4832.

[12] M. Gümüşderelioğlu, Biyomalzemeler, Bilim ve Teknik Dergisi, TÜBİTAK, Temmuz özel sayısı  (2002).

[13] C. Ibarguren, G. Céliz, A.S. Díaz, M.A. Bertuzzi, M. Daz, M.C. Audisio, Gelatine based films added with bacteriocins and a flavonoid ester active against food-borne pathogens, Innovative food science & emerging technologies 28 (2015) 66-72.

[14] M. Gallego, M. Gordon, F. Segovia, M. Almajano Pablos, Gelatine-based antioxidant packaging containing Caesalpinia decapetala and Tara as a coating for ground beef patties, Antioxidants 5(2) (2016) 10.

[15] Z. Liu, X. Ge, Y. Lu, S. Dong, Y. Zhao, M. Zeng, Effects of chitosan molecular weight and degree of deacetylation on the properties of gelatine-based films, Food Hydrocolloids 26(1) (2012) 311-317.

[16] A. Çağrı Mehmetoğlu, Yenilebilir filmlerin ve kaplamaların özelliklerini etkileyen faktörler, Akademik Gıda 8(5) (2010) 37-43.

[17] T.H. McHugh, J.M. Krochta, Sorbitol-vs glycerol-plasticized whey protein edible films: integrated oxygen permeability and tensile property evaluation, Journal of agricultural and food chemistry 42(4) (1994) 841-845.

[18] N. Suderman, M. Isa, N. Sarbon, The effect of plasticizers on the functional properties of biodegradable gelatin-based film: A review, Food bioscience 24 (2018) 111-119.

[19] M. Rao, S. Kanatt, S. Chawla, A. Sharma, Chitosan and guar gum composite films: Preparation, physical, mechanical and antimicrobial properties, Carbohyd Polym 82(4) (2010) 1243-1247.

[20] V. Siracusa, P. Rocculi, S. Romani, M. Dalla Rosa, Biodegradable polymers for food packaging: a review, Trends in Food Science & Technology 19(12) (2008) 634-643.

[21] S.F. Hosseini, M. Rezaei, M. Zandi, F.F. Ghavi, Preparation and functional properties of fish gelatin–chitosan blend edible films, Food chemistry 136(3-4) (2013) 1490-1495.

[22] F. Langmaier, P. Mokrejs, K. Kolomaznik, M. Mládek, Biodegradable packing materials from hydrolysates of collagen waste proteins, Waste Management 28(3) (2008) 549-556.

[23] M.G.A. Vieira, M.A. da Silva, L.O. dos Santos, M.M. Beppu, Natural-based plasticizers and biopolymer films: A review, European Polymer Journal 47(3) (2011) 254-263.

[24] C. Chang, M.T. Nickerson, Effect of plasticizer-type and genipin on the mechanical, optical, and water vapor barrier properties of canola protein isolate-based edible films, European Food Research and Technology 238(1) (2014) 35-46.

[25] H.A. Pushpadass, D.B. Marx, M.A. Hanna, Effects of extrusion temperature and plasticizers on the physical and functional properties of starch films, Starch‐Stärke 60(10) (2008) 527-538.

[26] J. Zhu, X. Li, C. Huang, L. Chen, L. Li, Plasticization effect of triacetin on structure and properties of starch ester film, Carbohyd Polym 94(2) (2013) 874-881.

Selin KOÇAK, Ebru AKKAYA, Ayşe KALEMTAŞ

Bursa Teknik Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Bursa