Gıda-Plastik Ambalaj Sistemlerinde Geçirgenlik ve Geçirgenliği Etkileyen Faktörler – Plastik Gıda Ambalaj Sistemlerinde Geçirgenlik
Günüm üz gıda endüstrisinde gıda ambalajlamanın birçok fonksiyonu
bulunmaktadır. Ambalajın en önemli fonksiyonları gıdayı içermek, içeriğini
korumak, tüketiciyi bilgilendirmek ve ürünün satılmasını sağlamaktır.
Ürünün ambalajlanmasından tüketiciye ulaşıncaya kadarki süreçte, ürün kalitesini
etkileyen birçok faktör bulunmakla birlikte, bunlardan en önemlisi
ürün/ambalaj/çevre sistemi olup oldukça dinamik bir yapı göstermektedir.
Ürün/ambalaj/çevre sisteminde ambalaj, ürün ile çevre arasında bir bariyer
özelliği taşımakta ve koruma özelliği zamanla değişebilmektedir.
Bu de ğişim özellikle dış çevre ile iç çevre arasındaki gaz, su buharı ve düşük moleküllü
bileşenlerin ambalaj materyali üzerinden taşınmasıyla gerçekleşir. Bu nedenle
uygun ambalaj materyali seçimi gıda ambalajlamada çok önemli bir faktördür.
Plastik materyaller; cam, metal ve kâğıt-karton ambalajların aksine gazlar, su
buharı, organik buharlar ve sıvılar gibi düşük moleküllü bileşenleri geçirme
özelliği taşımaktadır.
Bu derleme geçirgenlik kavramı ve teorisi, plastik
materyallerin geçirgenlik özellikleri (gaz, su buharı, aroma maddeleri),
geçirgenliği etkileyen faktörler ve geçirgenliğin gıda ambalajlamadaki önemi
üzerine odaklanmıştır.
Gıda maddeleri özelliklerine göre oksijen, nem, ışık, koku, ısı gibi etmenlerin
etkisiyle mikrobiyolojik, biyolojik, kimyasal ve fiziksel bozulmalara uğrarlar.
Bu nedenle ambalaj materyali seçiminde ambalajlanacak ürünün duyarlı olduğu
etmenler göz önünde bulundurularak ambalaj materyalinin oksijen,
karbondioksit, nem, ışık, koku ve aroma maddeleri geçirgenlik özelliğinin çok
iyi bilinmesi gerekmektedir (1, 2).
Gıda sanayiinde oldukça yaygın olarak
kullanılmaya başlayan plastik ambalaj materyallerinin diğer ambalaj
malzemelerine oranla düşük moleküllü bileşikleri (gaz, su buharı, organik
buharlar, sıvılar) geçirme özelliği bulunmaktadır. Plastik ambalaj
materyallerinin geçirgenlik değerlerinin bilinmesi ve gıda ambalajlamada göz
önünde bulundurulması ür ün kalitesi ve uzun süreli raf ömrü sağlamak
açısından önemlidir (2, 4, 5).
Geçirgenlik
Polimer yüzeyinde çözünmüş bazı maddelerin iç atmosferden dış atmosfere
veya tam tersi yönde taşınması suretiyle gerçekleşen bir kütle transfer olayıdır.
Geçirgenlikte kütle transferi genel olarak üç farklı aşamayı içerir. Bunlar;
1) Absorbsiyon ve çözünürlük: Bir molekülün polimer içinde transferinin
gerçekleşebilmesi için öncelikle bulunduğu ortamda çözünmesi gerekir. Eğer
maddeler çözünmüyorsa difüzyonun gerçekleşmesi olanaksızdır. Çözünme
termodinamik bir proses olup, çözünürlük polimer üzerinde bulunan toplam
çözünen molekül miktarı ile bu proses için gerekli miktar arasındaki farktır.
Polimer yüzeyi üzerinde bulunan çözünmüş moleküller belirli bir doygunluğa
ulaştığı anda polimer içine difüzyon yoluyla geçmeye başlar (1, 3).
2) Difüzyon: Polimer yüzeyinde absorbe olan moleküllerin konsantrasyon ve
kısmi basınca bağlı olarak iç atmosferden dış atmosfere veya dış atmosferden
iç atmosfere geçmesi işlemidir. Difüzyon; polimer yüzeyine penetre olmuş
çözünmüş moleküllerin daha az konsantrasyondaki yöne hareketleri ile denge
konsantrasyonun oluşmasına denir (3, 6).
3) Desorpsiyon (scalping): Moleküllerin polimerden evaporasyonu veya
ayrılmasıdır. Absorbsiyonun tersi işlemdir (1, 3).
Plastik Ambalaj Materyallerinde Geçirgenlik
Gıda ambalajlamada en çok dikkat edilmesi gereken kavramlar, ambalaj
materyalinin gaz (oksijen, karbondioksit, azot, etilen), ışık, su buharı, aroma ve
koku maddeleri geçirgenlik özellikleridir. Oksijen gıda maddelerinde birçok
kimyasal, enzimatik ve mikrobiyolojik reaksiyonların başlamasına neden
olduğundan kontrol edilmesi gereken en önemli parametredir. Polimerlerde gaz
geçirgenliği basınca bağlıdır.
Sıcaklık artışı gazlarda çözünürlüğü azaltmasına karşı, polimer membranının madde geçişine daha uygun hale gelmesini
sağlamaktadır (1,5,7). Bunun yanında oksijen varlığında oksidatif tepkimelerin
başlamasına ve hızlanmasına neden olan ve buna bağlı olarak üründe bazı
duyusal ve kimyasal bozulmaların oluşmasına sebep olması açısından
polimerlerde ışık geçirgenliği de önemli bir faktördür.
Gıdalar nem oranı ve sıcaklık derecesi değişmeyen bir ortamda bekletildiklerinde su alırlar veya
verirler. Bu nedenle gıdanın ambalajlama ve depolama sürecinde nem
alışverişinin kontrol altına alınması gerekmektedir. Bu noktada kullanılacak
plastik ambalaj materyalinin su buharı geçirgenliği göz önünde bulundur ularak
uygun materyal seçimi yapılabilir (3, 7). Aroma ve koku maddeleri geçirgenliği
ise ambalajlanmış bir gıda maddesinde aroma kaybına veya yabancı bir
aromanın gıdaya geçişine neden olabilmektedir.
Ambalaj malzemesinin aroma geçirgenliği sıcaklık derecesi ve çözünürlüğe bağlı olarak değişmektedir (7).
Ge çirgenliği Etkile yen Faktörle r
Gıda moleküllerinin polimer membranlarından geçişini etkileyen bazı faktörler
bulunmaktadır. Bu faktörler;
a) Polimerik Faktörler: Polimer matrikslerinin kimyasal kompozisyonu,
polaritesi, serbest hacim (boşluk) miktarı, kristal-amorf yapısı, fiziksel
yaşlandırma işlemi, yoğunluğu, gerdirilme işlemi ve kullanılan dolgu maddeleri
geçirgenliği etkiler (1, 7). Polar yapılı polimerlerin polar yapılı molekülleri
çekme özelliği çok yüksektir. Polar polimer matrikslerinde, polar organik
moleküllerin daha çok çözünmelerine bağlı olarak difüzyon katsayısında bir
artış görülebilmektedir. Serbest hacim polimer matrikslerinde bulunan
boşlukları ifade etmekte olup bu boşluklar polimerlerden geçiş yapmak isteyen
maddeler için yol oluşturmaktadır. Serbest hacim miktarı arttıkça difüzyon
dolayısıyla geçirgenlikte artacaktır. Polimerler kristal ve amorf yapılardan
oluşur. Kristal yapı arttıkça geçirgenlik düşmektedir. Fiziksel yaşlandırma ve
gerdirilme işlemi ile yoğunluğun yüksek olması serbest hacim oranını
azaltacağından geçirgenliği düşürürken, dolgu maddelerinin kullanımı
geçirgenliği arttırmaktadır.
b) Çevresel Faktörler: Sıcaklık ve bağıl nem önemli faktörlerdir. Sıcaklık
özellikle küçük moleküllerin geçirgenliğini etkiler. Sıcaklığın yükselmesiyle
molekül hareketliliği artar ve buna bağlı olarak yoğunlukta azalma olur.
Polimer membranı ise difüzyona daha elverişli hale gelir. Sabit sıcaklıkta farklı
bağıl nemdeki ortamlarda tutulan gıdaların denge nem miktarları ortamın bağıl
nemine bağlı olarak artar. Bu nedenle su buharı geçirgenliğinde ortamın bağıl
nemi önemli bir parametredir (3, 7).
c) Gıda ile ilgili Faktörler: Konsantrasyon ve molekül büyüklüğü önemli
faktörlerdir. Difüzyon konsantrasyon oranlarıyla gerçekleşen bir işlemdir.
Yüksek konsantrasyonlu moleküller, düşük konsantrasyonlu bölgeye doğru
geçiş yaparak dengeye ulaşırlar. Küçük moleküllü gaz bileşenlerinin difüzyon
katsayısı, büyük moleküllü bileşenlere göre daha yüksektir (7).
Sonuç
Ambalaj materyalinin geçirgenlik özelliklerinin iyi bilinmesi ve
ambalajlanacak gıdaya uygun olması gerekir. Plastik ambalaj materyallerinin
çeşitliliği ve farklı geçirgenlik değerlerinde olması nedeniyle ambalajlanacak
gıdaya en uygun materyalin seçimi için gıda ile etkileşimlerinin iyi
değerlendirilmesi gerekmektedir.
Türkiye 9. Gıda Kongresi; 24-26 Mayıs 2006, Bolu
Emel Taş, Zehra Ayhan
Mustafa Kemal Üniv., Ziraat Fak. Gıda Müh. Böl.,T. Sökmen Kamp.,Hatay
Kaynaklar
1. Oswin C.R. 1982. The selection o f plastics films fo r food packaging. Food Chem, 8
(2) 121–127.
2. Birley A.W. 1982. Plastics used in food p ack aging and th e roles o f additives. Food
Chem, 8 (2) 81–84.
3. Peppas N.A, Peppas L.B. 1994. Water diffusion and sorption amorphous
macromolecul ar systems and foods. Food Eng, 22 (1-4) 189- 210.
4. Elias HG. 1993. An Introduction to Plastics, 1.ed., ed by Weinheim, Federal Public
of Germany.
5. Brydson JA.1995. Plastics Materials, 6.ed. British Plastics and Rubbery,
Butterworth-Hein aman, Jordan Hill Oxford.
6. Flaconnech e B, Klopffer M.H. 2001. Transport properties o f gases in polymers:
Bibliographic Review. Oil and Gas Sci Tech, 56 (3) 223-244.
7. Duncan B, Urguh art J, Roberts S. 2005. Review o f measu rement and modelling o f
permeation and di ffusion in polymers. NLP (National Physical Laboratory) Report.
UK.
