plastik-ambalaj.com

Antimikrobiyal ambalajlama sistemleri

Gıdalarda mikroorganizmanın kontrol altına alınması başlıca iki amaca yöneliktir. Bunlardan ilki mikrobiyolojik bozulmaların geciktirilmesi veya tamamen engellenmesi, ikinci ise gıdalarla insanlara geçen hastalıkların önlenmesidir.

Mikroorganizmaların kontrol altına alınmasında: (a)kontaminasyonun önlenmesi (asepsis), (b) mikroorganizmaların uzaklaştırılması, (c) mikrobiyal gelişmenin inhibisyonu ve (d) mikroorganizmaların öldürülmesi olmak üzere dört temel ilke uygulanır. 

Gıdaların muhafazasında uygulanan söz konusu dört temel ilkeden birincisi yani kontaminasyonun önlenmesi (asepsis) bütün gıdaların muhafazasında uygulanması gereken son derece önemli bir ilkedir. Ancak gıda üretiminde mikroorganizmaların buluşmasını mutlak anlamda önleyebilmek, kimi özel durumla dışında genellikle mümkün değildir. Fakat potansiyel mikrobiyal bulaşma kaynaklarını kontrol altında tutarak bulaşmaları en alt düzeylere indirebilmek olanaklıdır. 

Mikrobiyal kontaminantlar çeşitli yollardan gıdalara bulaşabilirler. Söz konusu yollardan en önemlileri: hava, su, kemirgenler ve böcekler, insanlar, hammadde, gıda işleme araçları, ambalaj malzemesi, ambalajlama makineleri, kapaklar ve benzerleridir. (Ayrıca bknz.: 3.5)

Gıdalarda mikrobiyal gelişmenin inhibisyonu için: düşük sıcaklıklarda muhafaza, kimyasal koruyuculardan yararlanma, su aktivitesinin düşürülmesi (konsantrasyon ve kurutma), kontrollü ve modifiye atmosferde muhafaza gibi yöntemlerden yararlanılır. Mikroorganizmaların öldürülmesi için ise: pastörizasyon ve sterilizasyon gibi ısısal işlemler, iyonize radyasyon uygulamaları, sterilant gazlar ve yüksek basınç uygulamaları gibi yöntemler kullanılır. 

Gıdalarda mikrobiyal gelişmeyi önleyebilmek ya da kontrol altına alabilmek ve dolayısıyla kalitelerinden herhangi bir kayıp olmaksızın raf ömürlerini artırabilmek için son yıllarda antimikrobiyal ambalajlama sistemlerinden de yararlanılmaya başlanmıştır. Antibikrobiyal ambalaj kullanılması ile gıda ve ambalaj malzemesinde bulunan mikroorganizmaların gelişiminin belirli düzeyde veya tamamen yavaşlatılması ya da durdurulması sağlanabilmektedir. 

Gerçekte antibaktetiyel özellikteki çeşitli ürünler yıllardır kullanılmaktadır. Nitekim serum tırbaları-, ekmek kesme tahtaları-, diş fırçaları- ve cerrahi araç gereçlerin ambalajları, hastanelerde kullanılan çamaşır torbaları, halılar, oyuncak ambalajları ve çöp torbaları, birçok ülkede ve özellikle de Japonya’da antibakteriyel özelliklerin öne çıktığı bazı uygulamalardır. Bu uygulamalarda ki temel amaç, ambalaj malzemesinin içinde ki ve/veya yüzeyinde ki mikroorganizmaları azaltmaktır. Bugün antibakteriyel ajanlar poliolefinlerde, stirenlerde, poliamidlerde kâğıtlarda ve çeşitli boya ve kaplama maddelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu katkılar, genelde yüksek proses sıcaklıklarında kararlılığını koruyan, mikroorganizmalara karşı yeterince etkili olabilen ve ıslak ortamlarda varlığını sürdüren katkılardır. 

Antimikrobiyal Maddelerin Uygulama Yöntemleri

Antimikrobiyal ambalajlamada kullanılan antimikrobiyal maddeler aşağıda belirtilen yöntemlerle uygulanırlar; bunlar:

a) Uçucu antimikrobiyal madde içeren kesecik ya da pedlerin ambalaja eklenmesi; b) Uçucu ve uçucu olmayan antimikrobiyal maddelerin doğrudan polimerlere ilave edilmesi, c) Antimikrobiyallerin polimer yüzeyine kaplanması ya da adsorbe edilmesi,

d) Antimikrobiyallerin iyonik¹ ya da kovalent bağlarla² polimerlere immobilizasyonu,

e) Antimiktobiyal özellikleri olan polimerlerin kullanılmasıdır. 

Uçucu antimikrobiyal içeren kesecik ya da pedlerin ambalaja eklenmesi

Antimiktobiyal ambalajlamanın en başarılı ticari uygulamalarından biri, ambalaja oksijen emici, nem tutucu ve alkol salıcı tablet, kesecik ya da pedlerin eklenmesidir. İlgi bölümlerde açıklandığı üzere oksijenin tutulması, küflerin ve aerobik bakterilerin gelişimini önlemede; nem düzenleyiciler, yüksek su aktivitesine sahip çeşitli gıdalarda mikrobiyal bozulmayı düzenlemede ve alkol salıcılar, özellikle fırın ürünlerinin ambalajlanmasında küf ve mayaların gelişmesini engellemek amacıyla kullanılmaktadır. Antimikroyal maddelern doğrudan polimere ilave edilmesi

Antimkrobiyal özellik taşıyan ve gıdalarda kullanılabilen animikrobiyal maddeler, çoğunlukla materyale kaplanırlar ya da çeşitli çözgenler eşliğinde adsorbe ettirilirler. Bu bağlamda yenilebilir filmler taşıyıcı olarak kullanılablir ve ambalaj mateyallerine ve/veya gıdalara kaplanabilirler. Polietilen filmler için kullanılan nisin/metilselüloz kaplamalar; PVC, PA ve LLDPE filmlerin üzerine kaplanan nisin/EDTA (Etilendiamin tetraasetikasit) sitrat çözeltileri örnek olarak verilebilir. Çözgenlerin eklenmesi antimikrobiyal maddelerin adsorpsiyonunu kolaylaştırıcı ve artırıcı rol oynamaktadır. 

Antimikrobiyal maddelerin iyonik ya da kovalent bağlarla polimerlere immobilizasyonu

Antimikrobiyal maddelerin polimerlere ve diğer materyallere iyonik ya da kovelent bağlarla immobilizasyonu mümkündür. Ancak bunun için hem antimikrobiyal madde de hem de polimer de fonksiyonel grupların bulunması gerekir. Fonksiyonel grupları bulunan antimikrobiyallere başta lizozim olmak üzere bazı enzimler, poliaminler ve çeşitli organik asitler örnek olarak verilebilir. İmmobilizasyon işlemi, fonksiyonel antimikrobiyal ve polimer desteklerin yanı sıra, polimer yüzeyini biyoaktif maddeye bağlayan boşluk oluşturucu moleküllerin varlığını da gerektirebilir. Bu moleküller, yeterince hareket serbestliğine olanak vererek, maddenin aktif kısmının gıda yüzeyinde bulunan mikroorganizmalarla temasın kolaylaştırmaktadır. Bu amaçla kullanılan maddelere dekstranlar, polietilenglikol, etilendiamin ve polietilemin örnek olarak verilebilir. 

Antimikrobiyal özellikleri olan polimerlerin kullanımı

Antimikrobial ambalajlamada antimikrobiyal özellklere sahip polimerler de filmlerde ve kaplamalarda kullanılmaktadır. Bunlardan en yaygın kullanılanı, antifungal özellikleri olan “kitosan” dır. 

Kullanılan Antimikrobiyal Maddeler 

Antimikrobiyal ambalajlamada organik ve inorganik kökenli birçok antimikrobiyal maddeden yararlanılmaktadır (Çizelge 18,6). Bunlardan bazılarına ilişkin kısa bilgiler verilmiştir.

Organik asitler ve tuzları

Antimikrobiyal ambalajlama sistemlerinde propiyonik asit, benzoik asit ve sorbik asit gibi organik asitlerle bunların tuzları olan propiyonat, benzoatve sorbatlardan özellikle küflere karşı korucu olarak yararlanılmaktadır. Peynir, et ürünleri ve unlu mamuller gibi çeşitli gıdaların ambalajlanmasında kullanılan plastik filmler ve kâğıt esaslı ambalajlara uygulanan söz konusu asitler, bazen anhidrit formunda direkt polimerlere ilave edilerek veya bağlayıcı özelliğe sahip karboksimetilselüloz gibi maddelerle birlikte çözelti halinde yüzeyler sürülerek kullanılmaktadır. 

Bakteriyosinler

Bilindiği gibi bakteriyosinler, çeşitli bakteriler tarafından gelişme ortamında üretilen antibiyotik benzeri maddelerdir. Ancak, protein ve polipeptid gibi makromoleküller yapıda olmaları ve mikroorganizmalar üzerinde ki etkilerinin belirli türler, hatta suşlar düzeyinde sınırlı kalması gibi özellikleriyle antibiyotiklerden ayrılırlar. Bakteriyosinler gıdalarda ki birçok patojen veya bozulma etmeni gram pozitf bakteriye karşı bakteriyosidal etki gösterirler. 

Söz konusu maddelerden üzerinde en fazla durulanı ve çalışılanı ‘’nisin’’ dir. Nisin özellikle gram pozitif bakterilere karşı antimikrobiyal etkiye sahiptir. Gram negatif bakteriler üzerine antimikrobiyal etkisinin zayıf olduğu bilinmekle birlikte, bu bakterilerin hücre membranı termal şoka maruz kaldığında veya EDTA gibi şelat yapıcı kimyasal maddelerle muamele edildiğinde nisin gram negatif bakterilere de karşı da belirli düzeyde bir antimikrobiyal etki göstermektedir. 

Başta peynir ve jambon olmak üzere çeşitli gıda ambalajlarına adsorpsiyon (yüze tutma), yenilebilir filmler üzerine immobilizizasyon gibi değişik yöntemlerle uygulanan nisin ile başarılı sonuçlar sağlanmıştır. 

Gümüş katkılı zeolit

Plastik ambalaj materyallerinde en yagın kullanılan antimikrobiyal madde, yapısına gümüş eklenmiş olan zeolit’tir. Antimikrobiyal etkisi ilk kez sularda gözlenme ve içme sularının niteliklerinin iyileştirilmesi amacıyla aktif kömür filtrelerinde kullanım alanı bulan gümüşten, bazen sirke, meyve suyu ve şarap teknolojisinde de yararlanılmıştır. Koloidal gümüş ilavesi ve gümüş içeren filtre matertallerinden süzme şeklinde kullanılan gümüşün antimikrobiyal etkisi daha çok bakteriler üzerinde olmakta, maya ve küflere önemli bir etkisi bulunmamaktadır. Gümüşün antimikrobiyal etki mekanizması yeterine açıklanmamakla birlikte, gümüş iyonlarının negatif yüklü bakteri yüzeylerinde adsorbe edildiği ve enzimlerle reaksiyona girdiği belirlenmiştir. 

Son yıllarda polimerik malzemelere antimikrobiyal özellik kazandıran organik maddelerin yerine inorganik esaslı özel zeolitlerin kullanımı büyük önem kazanmıştır. Organik katkı maddelerine bir alternatif oluşturan ve gümüş gibi antimikrobiyal özellikteki elementleri içeren zu zeolitler, az miktarda kullanımlarının yeterli olması, daha kararlı bir yapıya sahip olmaları, çözücülere karşı dirençlerinin yüksek olması gibi önemli avantajlara sahiptirler. 

Polimer katkı maddesi olarak özellikle Japonya ve ABD ‘de yaygın şekilde kullanılan zeolitin polimerle çok iyi bir şekilde karışması gerekir. Homojen bir karışım elde edebilmek için, toz halinde ki antimikrobiyal zeolitin sulu polimerik faza ilavesi tercih edilmektedir. Polimer malzemeye antimikrobiyal zeolitin katıldığı sıcaklık ve karıştırma püresi, polimerin özgül özelliklerine bağlı olarak belirlenmektedir. Keza, ilave edilecekzeolit miktarı da, antimikrobiyal etki ve polimer malzemenin nihai özellikleri bağlamında optimize edilmektedir. Zeolitin tane iriliği de kullanım amacına göre değişmektedir. Örneğin 10-50 µm kalınlığa sahip antimikrobiyal film oluşmasında 0,5-2,0 µm tane boyutunda zeolit kullanımı önerilmekte ve 1 m²’lik polimerik filmde antimikrobiyal zeolitin 10-100 mg arasında olması tercih edilmektedir. 

Mitsubishi Gas Chemical Co. İle New Ceramik Co, şirketleri Japonya’da Zeomic ticari adlı bir sentetik zeolit üretmiştir. Bu yeni zeolitin gözeneklerinin yüzey katmanlarına gümüş iyonları bağlanmıştır. Zeolit 3-6 µm kalınlığında ki polipropilen veya polietilen tabakasına eklenerek gıda ambalajlarında kullanılmıştır. Fungisitler 

Antimikribiyal ambalajlama sisteminde fungisit etkili birçok maddeden yaralanılmaktadır. Bunlardan en ünlüleri, ‘’Benomil’’ ve ‘’İmazalil’’dir. Japon sumitomo firması, benzimidazol, fitalimit ve sülfamit aktif bileşenlerini içeren antibakteriyel ve fungisit etkili termoplastik reçineleri gıda ambalaj filmleri eldesi için üretmiştir. Polimer zincirine kimyasal olarak bağlanan bu sistemik fungusitin (Benomil) yıkım ürünü, “metil-2-benzimidazolkarbamat” tır. 

Yüksek sıcaklıklara dayanıklı ve düşük konsantrasyonlarda bile etkili olabilen imazalil de, başta LDPE shrink filmler olmak üzere çeşitli plastiklerle birlikte peynir, taze meyve-sebze ambalajlarında küf gelişmesine karşı kullanılmaktadır. 

Doğal özütler

Soğan sarımsak, turp, hardal, karanfil, kekik, biberiye, greyfurt çekirdeği gibi çeşitli bitkisel kaynaklardan özütlenen antimikrobiyal bileşiklerden de ambalajlama sistemlerinde yararlanılmaktadır. Bunlara ‘’ Allilizotiyosiyanat’’ ve Triclosan’’ örnek verilebilir.

Hardal, yabani turp ve diğer bazı bitkilerin doğal bileşeni olan ve güçlü bir antimikroiyal etkiye sahip olan Allilizotiyasiyanat (CH2= CH-CH2-N=C S), çeşitli ambalaj gıda filmlerinin hazırlanmasında kullanılmaktadır. 

Keza diş macunu, sabun, çeşitli kozmetik ürünler ve diğer kişisel  hijyen ürünlerinde özellkle bakterilere karşı antiseptik olarak kullanılan Triclosan (5-klor-2-(2,4 diklorofenoksi) fenol), çeşitli esnek ve sert tip ambalaj malzemeleri üretiminde antimikrobiyal katkı maddesi olarak da kullanılmaktadır. 

Gazlar, etilalkol, doğal polimerler ve etilendiamin tetraasetik asit

Antimikrobiyal ambalaj sistemlerinde CIO2 (klordioksit) ve SO2 (klordioksit) ve CO2 gibi gazlarla, etil alkol, etilendiamin tetraasetikasit (EDTA), kitosan gibi antimikrobiyal etkinliğe sahip maddelerden de yaralanılmaktadır. Bunlardan en önemlisi özellikle fırın ürünlerinin ambalajlanmasında kullanılan etialkoldür. 

Prof. Dr. Mustafa Üçüncü