Özet
Son yıllarda yeni ve yenilikçi akıllı polimer uygulamaları, tüketicinin sağlığı, rahatlığı ve çevre ile uyumlu olma talebi ile birlikte gelişme göstermektedir. Ambalaj sektörünün beklentilerinin başında; polimer bazlı ambalaj materyalinin gıdalara etkisi, etkinlik, uygunluk, fonksiyonel olmaları gelmektedir.
Ardından çevre ile uyumlu, biyobozunur özellikleri taşıması istenmektedir. Gıda sektöründe kullanılmaları durumunda, sürekli temas halinde olması, kolay bozunabilirliği ile birlikte gıda israfına neden olabilmeleri özel ambalajlama tekniklerinin uygulanması için zemin oluşturmaktadır.
Hedeflenen ambalaj ürünlerinin oksidasyonda geciktirme, mikrobiyal saldırıyı önleme, zaman, sıcaklık sensörleri uygulama, olgunluk göstergeleri gibi özellikler taşıması beklenmektedir. Bu çalışmada, akıllı ambalajların üretiminde uygulanabilecek yeni teknolojiler, aktif ve akıllı paketlemeler konusu araştırılmıştır.
Gıda ambalaj sektöründe önemli ve yeni bir teknoloji olan yenilenebilir ambalajların bu sektördeki uygulamaları tartışılmıştır.
Giriş
Dünya çapında plastik üretimi 2004-2014 döneminde 225–311 ton olup, bunun 59 milyon tonu Avrupa’ya aittir. Üretimde Polietilen (PE) en yüksek paya sahiptir (%29,3) ve ardından polipropilen (PP) (%19,2) gelmektedir. Bugün plastikler petrol üretiminin %5’ini tüketmektedir.
Bu oranın 35 yıl içerisinde %20’ye çıkabileceği tahmin edilmektedir. Plastiklere yönelik artan talebi karşılamak için plastik üretiminin 2034 yılına kadar iki katına 2050 yılına kadar ise dört katına çıkması beklenmektedir (Briassoulis ve Giannoulis, 2018).
Plastiklere olan talebin artması ile birlikte plastiklerin %5’i etkili bir şekilde geri dönüştürülmektedir. Plastiklerden gelen sorunlar küresel ekonomi ilkelerinin uygulamaları ile özellikle plastik ambalaj atıklarının akışında önemli ölçüde azalmayı sağlamıştır.
Yapılan araştırmalar Avrupa’da 25,8 mt’luk plastik atıktan geri dönüşüm %29,7 ve enerji geri kazanımının %39,5 oranlarında olduğunu göstermiştir. Bu plastiklerin çoğunluğu biyolojik olarak parçalanmamaktadır.
Plastik kompozit malzemelerin bir kısmı içerdikleri renklendiriciler, baskı mürekkepleri ve yapıştırıcılar gibi çeşitli kirlilik seviyelerine sahip maddeler yüzünden geri dönüşümü ve tekrar kullanımı güçtür.
Plastik ambalajlar, toplam plastiğin çoğunluğunu oluşturduğundan israf, gittikçe artan çevresel kaygılar şeklinde lehine, biyobozunur-kompostlanabilir biyo-bazlı plastiklerle yer değiştirmiştir.
Yenilikçi biyo-bazlı plastikler için teknolojik gelişmelerin hızla ilerlediği gerçeğiyle de desteklenmektedir. Biyobozunur (kompost koşullarında) biyo-bazlı paketleme ürünleri, dolgulardan sert plastiklere, köpüklü ürünlere kadar çeşitlilik göstermektedir.
Gıda ambalajlama uygulamalarında sıkça kullanılan biyo-bazlı kompost polimerlere örnek polilaktik asit (PLA), PLA karışımları, nişasta karışımları ve polihidroksialkanoatlar (PHA) sayılabilir.
Ayrıca, biyolojik olarak parçalanamayan ürünlerin geliştirilmesi ve kullanılması, alışverişlerde biyo-polietilen (biyo-PE) benzeri biyo bazlı plastikler, torbalar ve şişeler için biyo-polietilen tereftalat (biyo-PET) sürekli olarak kullanımları artmaktadır.
Gıda Ambalajlama Tekniklerindeki Gelişmeler
Hafif işlenmiş gıdalara yönelik tüketici tercihlerinin sonucu raf ömrü ve konforu artırılmış ürünler için birçok malzeme geliştirilmiştir (Dobrucka ve Cierpiszewski, 2014).
Değişen yaşam tarzı, pratik, yeni ve yenilikçi paketleme teknikleri, gıda güvenliği ve kalite özelliklerinden ödün vermeden üretim ve kullanımını teşvik etmektedir (Dainelli ve diğ., 2008).
Gıda segmentinde ambalajın aşırı kullanımı, mikrodalga kullanımı, yemeklerin daha küçük boyutlu paketlenmesi, hazır gıdalara artan ihtiyaç gibi faktörler yeni ambalajlar tekniklerinin hızla büyümesine ortam sağlamıştır (Restuccia ve diğ., 2010). Şekil 1’de ısı kontrollü polimer üretiminde reaksiyonun oluşumu verilmektedir.
Şekil 1. Isı cevaplı misellerin oluşumunda farklı yaklaşımlar
Yenilikçi gıda ambalajlarının bir diğer önemli nedeni de, gıda kaynaklı artan mikrobiyolojik sorunlardır. Gıda kalitesinin korunmasının yanı sıra, antimikrobiyal etkiye sahip ambalaj kullanımını gerekli kılmaya başlamıştır (Appendini ve Hotchtkiss, 2002).
Ambalajdaki yenilikler, metal kutular, aseptik ambalajlar, esnek ambalajlar, alüminyum folyolardaki inikatör renklendiriciler sayılabilir. Dahası, 20. yüzyılda paketleme teknolojisinde daha fazla ilerleme akıllı paketleme ve aktif paketlemede oksijen temizleyiciler, antimikrobiyal ajanlar, solunum kontrolörleri ve aroma / koku emiciler uygulamada kullanılmaya başlamıştır
(Brody ve diğ., 2008). Ambalaj endüstrisinde ortaya çıkan değişiklikler ekonomiyi güçlendirecek, gıda güvenliğini, kalitesini artıracak ve ürün kayıplarını minimize edecektir (Vanderroost ve diğ., 2014).
Aktif paketleme, doğal, geri dönüştürülebilir ve biyolojik olarak parçalanabilir ambalaj malzemeleri için tüketici talebini karşılamak amacıyla ortaya çıkmıştır (Lopez-Rubio ve diğ., 2004). Aktif paketleme, depolama ömrünü uzatmakta, gıdanın durumunu değiştirerek gıda güvenliği marjını artırmaktadır (De Kruijf ve diğ., 2002).
Üretim aşamasında ve kullanımının altında yatan ilke belirli bileşenlerin malzemenin içine dahil edilmesine bağlıdır. Burada polimer ve polimerin kendine özgü özellikleri paketleme aracı olarak kullanılır (Gontard, 2000). Aktif ambalaj kullanımında yeni bir gelişme, polimerlere antimikrobiyal özellikler veren bazı katkı maddelerinin ilavesidir (Suppakul ve diğ., 2003).
Bu polimerik matrisler, aktif ajanları serbest bırakma potansiyeline sahip (antioksidanlar ve antimikrobiyaller), veya istenmeyen gıda bileşenlerini tutucu bileşikler (etilen, oksijen ve su) içerecek şekilde tasarlanmaktadır (Flores ve diğ. 2007).
Kullanılan siklodekstrinler gibi potansiyel temizleyiciler son uygulama olarak geri dönüşümsüz olarak etki eder ve inorganik metaller veya tuzlardır (Lopez-de-Dicastillo ve diğ., 2011). Paketleme katkı maddeleri, gıda ürünlerine geçişindeki toksisite nedeniyle sınırlıdır. (Gomez- Estaca ve diğ., 2014).
Yenilebilir filmlerin ve kaplama teknolojisinin aktif olarak kullanılması yiyeceklere oksijen iletim hızını azaltarak oksidatif hasarın azaltılmasına katkıda bulunabilir. Yenilebilir filme antioksidanlar ve kaplama malzemesi eklenebilir.
Ayrıca, bu doğal katkı maddeleri çeşitli biyoaktif fenolik bileşiklerin iyi kaynaklarıdır (Bakkali ve ark., 2008) ve mükemmel bir form olarak kullanılırlar. Ambalajdaki antimikrobiyal ajanların etkisi aktif formdadır.
Paketlenmiş gıdada veya gıda paketi içinde mikrobiyal aktiviteyi azaltmayı veya inhibe etmeyi amaçlayan ambalaj malzemesi kullanılmaktadır. Ambalaj malzemelerinde antimikrobiyal ajanların kullanımı, ya gıda yüzeyi yoluyla kademeli difüzyona doğrudan eklenerek ya da buharda demlenerek yapılabilir.
Ambalajda kullanılan oksijen tutucuları malzemeler oksijeni yok ederek oksidatif reaksiyonları inhibe eder, doğrudan paket kasasına, etiketler ya da poşet şeklinde eklenebilir.
Oksijen temizleyiciler arasında demir oksit en fazla konsantrasyonunu azaltmak için oksijenle reaksiyona girdiği için yaygın olarak kullanılmaktadır (Kerry ve diğ. 2006). Şekil 2’de oksijen kontrollü akıllı ambalaj uygulaması örneği verilmiştir.
Şekil 2. Oksijen kontrollü akıllı ambalaj uygulaması örneği
Karbondioksit temizleyiciler ambalaj malzemelerinin içine yerleştirilmektedir. Karbondioksit taze gıdaların solunum oranını azaltır ve böylece vakum farkını ve çökmeyi önlemektedir (Vermeiren ve diğ., 1999). Karbondioksit birçok farklı şekilde eklenebilir:
Emici pedler ve nem aracılı bikarbonat gibi formlar paketlerde kullanılmaktadır (Brody ve diğ., 2008). Aktif paketlemelerde doğal kil gibi nem kontrol edici maddeler kullanılabilir. Ayrıca kurutucu olarak kalsiyum oksit ve silika jel kuru gıdaların, yüksek nem içeriğine sahip gıdalar durumunda iç nem düzenleyicileri tercih edilmektedir.
Nem emici ajanlar, gözenekli yapı halinde veya kurutucu içeren gözenekli su buharı bariyerli plastik kartuşlar şeklinde tasarlanabilmektedir. Paket içerisindeki nem düzenleyicilerde, nem giderimi, istenen bağıl nemi korumak ve azaltmak amacıyla boşluklar içermektedir.
Nem düzenleyicilerde nem kaybını önlemek amacıyla tasarlanan sistemde ekstra nem içeriği bulunmalıdır (Brody ve diğ., 2001).
Sonuç
Bu benzersiz malzemeler mevcut ortamlara tam olarak uyan şaşırtıcı, yenilikçi ve işlevsel özellikler sunmaktadır. Biyolojik fonksiyonun korunması amacıyla seçici olarak tasarlanmış, belirli bir kimyasal tepkime sonucu aktif bileşenlerin salınımını sağlayan moleküler düzenekler geliştirilmiştir.
Akıllı polimerlerden beklenti, sadece sistem tarafından istendiğinde tepkimenin gerçekleşmesidir. Aktif paketleme sisteminde ajan türünün seçimi önemlidir. Seçilen ajan, ambalaj malzemesi ile uyumlu olmalı, gıdaya veya pakete homojen dağılım oluşturabilmelidir.
Polimer dünyasının uygulama alanının geniş bir yelpazede olması, istenilen özelliklere sahip ürünlere ulaşmamızı kolaylaştırmaktadır.
