Farklı pH ortamlarında gallik asitin oksijen tutma kapasitesinin belirlenmesi ve portakal suyu için aktif ambalaj tasarımı yapılması

Portakal suyu dünya çapında marketlerde en çok yer alan meyve suyu çeşitlerinden biridir. Portakal suyunun kendine has tat ve koku özelliklerinin tüketiciyi etkilemesinin yanı sıra yüksek C vitamini içeriği ve C vitaminin özellikle bağışıklık sistemine olumlu etkileri, sıklıkla tercih edilmesinin temel nedenleridir. Marketlerde farklı ambalajlama koşullarında ve farklı ambalaj materyalleri içerisinde bir çok çeşit portakal suyu bulunmaktadır. Günümüzde tüketici tercihlerinin doğal, katkısız ya da en az işlem görmüş gıdalar üzerine yoğunlaşmasından dolayı farklı üretim tekniklerinin geliştirilmesinin yanı sıra, gıdaların ambalajlama tekniklerinin de önemi artmakta, tüketiciler de farklı ambalajlama teknikleri uygulanmış ürünleri deneyimlemeye istekli olmaya başlamışlardır. Portakal suyunda C vitamini olarak bilinen askorbik asidin oksijenli ortamda hızlıca bozunduğu, oksijen bulunan ortamlarda uzun süreli depolama yapıldığında, ısı ve ışık etkisiyle hızlıca parçalandığı bilinmektedir. Aynı şekilde, marketlerde bulunan portakal suyu kutularının birçoğunun tepe boşluğunda birikmiş oksijenden dolayı, portakal suyunun içerisinde bulunan askorbik asitin okside olarak dehidroaskorbik asite dönüştüğü ve oluşan dehidroaskorbik asidin ise ortamdaki amino asitler aracılığıyla bozunarak portakal sularının hem besin değerlerini azalttığı hem de istenmeyen renk ve aroma oluşumuna neden olduğu yaşandığı bilinmektedir. Gıda bilimcileri uzun yıllardan beri oksijenin birçok gıda maddesi üzerinde zararlı etkilerini araştırmakta ve önleyici yenilikleri hem üretim teknikleri hem de ambalajlama uygulamalarında geliştirme çalışmaları yapmaktadırlar. Ambalajlama sırasında paketin tepe boşluğundaki hava ortamının gıda ile tepkimeye girmeyecek gazlarla değiştirilmesi söz konusu olmadığında, en çok tercih edilen yöntem aktif gıda ambalajlama teknikleri olarak öne çıkmakta; ambalajın içinde veya paket materyalinde gıdanın besin değerlerini ve kalitesini koruyucu değişlik yapılması olarak tercih edilmektedir. Oksijenin tepe boşluğundan uzaklaştırılması konusunda en yaygın yöntemlerden biri oksijen tutucu kullanılarak ambalaja aktif özellik verilmesidir. Oksijen tutucu özellik ambalaj materyaline doğrudan eklenebildiği gibi, şaseler ya da etiketler şeklinde dolaylı olarak da eklenebilir. Endüstriyel anlamda en çok kullanılan oksijen tutucu demir tozu olmakla birlikte, ürünlerin üretiminde metal dedektörden geçmesi aşamasında sorunlara yol açabilmektedir. Bu sebeple, son yıllarda alternatif oksijen tutucular üzerine çalışmalar yapılmaktır ve bu alternatiflerden bir tanesi de gallik asitin oksijen tutucu olarak kullanılmasıdır. Gallik asidin yüksek antioksidan özelliği, onun oksijen tutucu olarak kullanılması fikrinin ortaya çıkmasında çok etkili olmuştur. Aynı zamanda, kokusuz bir madde olan gallik asitin, şaselerle ambalaj materyaline eklenmesi, ambalajın içerisindeki ürüne de herhangi bir etki yapmayacağından gallik asitin endüstriyel kullanımının yolları araştırılmaya başlanmıştır. Bu tez kapsamında, bitkisel kaynaklı gıdalarda sıklıkla bulunan gallik asidin kuvvetli ve zayıf baz ortamlarında hazırlanan farklı pH değerlerindeki tampon çözeltilerdeki oksijen absorpsiyonu incelenmiş ve oksijen tutucu olarak gallik asitin kullanımıyla portakal suyunun temel kalite parametlerini, C vitamini ve renk değişimi, korumak amacıyla aktif paketleme tasarımı yapılmıştır. Çalışmada, marketlerde sıklıkla yer alan pastörize edilmiş portakal suyu örneği kullanılmıştır. Çalışmada, öncelikle gallik asitin kuvvetli baz olan NaOH ile pH 2.9, 5.7, 7.3, 7.9, 9.1, 11 ve 13.8 ve zayıf baz olan Na2CO3 ile pH 2.9, 5.1, 5.8, 7.2, 7.9, 9.2 ve 10.4 olmak üzere farklı pH değerlerindeki 5ml'lik tampon çözeltileri hazırlanmıştır. Belirlenen pH değerlerindeki gallik asidin oksijen tutma hızı, 28 gün süreyle tepe boşluğundaki oksijenin kısmi basıncının düşüşünün ölçümü ile takip edilmiş ve gallik asitin oksijen tutma kapasitesi mg O2 / g gallik asit biriminden hesaplanmıştır. En yüksek oksijen tutma kapasitesi, GA ve NaOH çözeltisinin pH 11 değerinde elde edilmiştir. Bu sonuçla aynı miktarda GA+NaOH toz karışımının, çalışmanın ikinci aşamasında portakal suyunun belirlenen kalite parameterlerinin oksijen tutucu kullanılan aktif paketleme yöntemi ile değişimlerinin gözlenmesi amacıyla yapılacak deneylerde paketlerinin içine oksijen tutucu şaseler halinde konulmasına karar verilmiştir. Farklı pH değerlerinde yürütülen deneylerin sonucunda, gallik asitin oksijen tutma kapasitesinin kullanılan bazın kuvvetiyle ilişkili olmadığı ancak bulunduğu tampon çözeltinin pH değeri ile doğrudan ilişkili olduğu sonucuna varılmıştır. Bunun yanı sıra, farklı tampon çözeltilerin yakın pH değerlerinde 28 gün sonundaki renk değişimi incelendiğinde, gallik asitin oksijen tutma miktarının çözeltilerde gözlemlenen renk değişimleri ile doğru orantılı olduğu saptanmıştır. Bu sonuca göre, çözeltilerdeki renk değişimi gallik asitin farklı tampon çözeltilerdeki oksijen tutma hızının temel indikatörü olarak kabul edilmiş olup, deney başında ayarlanan pH aralığı için deney sonundaki renk değişimine göre gallik asidin oksijen tutma oranı 4 farklı hızda meydana gelmiştir. Portakal suyu depolama testi 21 gün süreyle, ilk 7 günü karanlık ortamda ve devamı gün ışığı özellikli floresan lambaların bulunduğu ortamda yapılmıştır. Bu deneylerde, oksijen tutucu şase içeren cam şişe, şase içermeyen cam şişe ve PET şişe olmak üzere 3 farklı ambalaj tasarımı kullanılmıştır. Böylece deneyler boyunca ışık ve seçilen ambalaj materyali parametrelerinin de gallik asitin oksijen tutma kapasitesinin üzerindeki etkileri de incelenmiştir. Deneylerde kullanılan şaseler, polietilen liflerinden oluşan Tyvek® 1073B (DuPontTM) materyalinden, içerisine 2.2327g GA, 1.2640g NaOH ve 0.550g süper absorplayıcı tozları tartılarak yapılmıştır. Kullanılan süper absorplayıcı sayesinde, zayıf asit olan gallik asit ve kuvvetli baz olan NaOH arasında gerçekleşen reaksiyondan oluşan suyun şase içerisinde deney boyunca tutulması sağlanmıştır. Şaseler şişelerin boyun boşluklarına, kendinden yapışkanlı alüminyum folyoların şişe ağızlarına yapıştırılmasıyla yerleştirilmiştir. Şase içermeyen şişelerin ağızları da kendinden yapışkanlı alüminyüm folyo ile kapatıldıktan sonra, her şişenin kağağı kapatılmıştır. Aynı zamanda her şişenin tepe boşluğuna yerleştirilmiş sensörler sayesinde, tepe boşluğundaki oksijenin kısmi basıncındaki değişim verileri de toplanarak, gallik asitin oksijen tutma kapasitesi mg O2 / g gallik asit biriminden hesaplanmıştır. 21 gün boyunca yapılan portakal suyu depolama testinin askorbik asit analizleri için 0., 1., 3., 7., 14. ve 21. günlerde örnekler epindorf kaplarına alınmış ve 21. gün sonuna kadar -30°C de depolanmıştır. HPLC yöntemiyle yapılan askorbik asit miktar tayininde, askorbik asit en iyi oksijen tutucu içeren cam şişede korunabilmiştir ve böylece oksijenin portakal suyunun askorbik asit miktarına direkt etkisi de kanıtlanmıştır. Işığın askorbik asitin bozunmasına olan etkisi için detaylı çalışmalar gerekmektedir. Renk değişimi analizlerinde CIA L*a*b* değerleri hedeflenen deney gününde ölçülerek, depolama süresinin sonunda tüm şişe tipleri için karşılaştırılmıştır. Yapılan renk analizinin sonucunda, hem karanlık hem de aydınlık ortamda, oksijen tutucu içeren cam şişe ile oksijen tutucu içermeyen şişelerdeki portakal sularının renginde yaklaşık aynı oranda koyulaşma saptanmıştır. Sonuç olarak, yapılan bu çalışmada öncelikle gallik asidin oksijen tutma kapasitesinin çözelti içerisinde ve farklı pH değerlerinde değişim gösterdiği ve farklı bazlar ile farklı reaksiyon mekanizmalarına sahip olduğu kanıtlanmıştır. Gallik asitin oksijen tutucu olarak kullanılan aktif ambalajın, portakal suyunun kalite parametrelerinin korunmasında kısmen etkili olabildiği ancak henüz geliştirilmesi gerektiği saptanmıştır.