Balların Rengi Neden Farklıdır?
- 5.02.2024
- DETAYLI BİLGİ
Özet
Nasıl Keşfedildi?
İlk defa 1971’de bir İngiliz din adamı ve mineralog yani mineral bilimi ile uğraşan William Gregor’un İngiltere’nin Cornwall isimli ilçesindeki sahilin siyah kumunda daha önce tanımlanmamış ve kumun yarısından fazlasını oluşturan bir metal oksite rastlaması ile keşfedilmiştir [1]. Metal oksit, metallerin oksijen ile oluşturduğu bileşiklere verilen isimlendirmedir [2]. 4 yıl sonra bu sefer Macaristan’da, M.H. Klaproth tarafından kırmızı bir cevherde rastlanan ve izole edilen bu beyaz renkli metal oksite, Yunan mitolojisindeki titanlardan esinlenilerek titanyum dioksit adı verilmiştir [1].
Günümüzde toksik etkileri üzerine pek çok araştırma yapılan, güvenli olup olmadığı tartışılan ve hatta bazı ülkelerde kullanımı yasaklanan titanyum dioksit ile ilgili bu yazıda; özellikleri, kullanım alanları ve olası zararları ile ilgili bilgi vermek amaçlanmıştır.
Nedir?
Titanya, titanyum beyazı, titanik asit anhidrit olarak da bilinen titanyum dioksit; yer kabuğunda en çok bulunan dokuzuncu element titanyumun doğada kendiliğinden oksijenle tepkimeye girmiş formudur [3]. Titanyum dioksit; yanmaz, beyaz, tatsız ve kokusuz bir tozdur [3]. Gıda ambalajlarında titanyum dioksiti, E171 kodu ile görmek mümkündür [4]. Titanyum dioksit, Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı (IARC) tarafından insanlarda kanser yapıcı olma ihtimali olan bileşikler yani Grup 2B olarak sınıflandırılmıştır [5]. Grup 2B bileşiklerin, insanlarda kansere neden olabileceğine dair bazı kanıtlar vardır ancak şu ana kadar edinilen güncel bilgi ile kesin olmaktan uzaktır [6]. Bu bileşikler arasında bulunan diğer gıda maddeleri; aloe vera, fazla kızarmış gıdalarda oluşan akrilamid, ve fermente sebzelerdir [7].
En az bir boyutu yani en boy veya yüksekliğinden biri, 1-100 nanometre arasında olan titanyum dioksit parçacıklarına titanyum dioksit nanoparçacıkları denir [3]. Titanyum dioksit nanoparçacıklarının özellikleri; 100 nanometreden büyük olan titanyum dioksit parçacıklarından farklıdır [3]. Nano boyutun ne kadar küçük olduğunu daha iyi canlandırabilmek için bir insan saç telinin yaklaşık 80.000-100.000 nanometre genişliğinde, bir kağıt yaprağının yaklaşık 100.000 nanometre kalınlığında olduğunu ve tırnaklarımızın bir saniyede 1 nanometre uzadığını belirtmekte fayda vardır [8].
Daha küçük parçacıkların daha büyük yüzey alanına sahip olması nedeniyle titanyum nano parçacıkları daha kolay tepkimeye girer [3]. Bunu yemeğe koymak için doğradığınız patates gibi düşünebilirsiniz. Eğer patatesleri küçük doğrarsanız, daha erken pişecektir.
Nerelerde kullanılır?
Titanyum dioksit nanoparçacıkları pek çok alanda en sık kullanılan nanoparçacıklar arasındadır [9]. Gıda endüstrisinde nanoparçacıklar; gıdaların tat, doku ve besin değerlerini iyileştirmek için kullanılır. Özellikle nem ve gaz geçişine izin veren dayanıklı ve gıdayı sıcaklık değişimlerinden koruyan ambalaj üretiminde, hatta gıdanın kalitesinde bozulmaları tespit eden ve sinyal veren akıllı ambalajlarda nanoparçacıklardan yararlanılır [10]. 1908 yılında salata yağıyla karıştırılıp beyaz boya olarak kullanılmasından bu yana titanyum dioksit ve nanoparçacıklarının; ilaçlardan havacılığa, kozmetikten gıdalara, inşaatlardan biyomedikal uygulamalara pek çok kullanım alanı bulunur [1, 11]. Beyaz rengi ve opak görüntüsünden dolayı boya, kâğıt, plastik, mürekkep, kaplama malzemesi, diş macunu ve gıda boyası üretiminde beyaz pigment olarak kullanılır [12]. Aşınmaya ve kırılmaya karşı direnci sayesinde ortopedide yapay eklem, plaka ve vida, ortodontide diş teli ve implantı, kardiyovasküler ve beyin cerrahisi cihazlarında yapay kalp bileşenleri, zımba telleri ve stent olarak kullanıma sahiptir [13]. Titanyum nanoparçacıklarının kapsül gibi kullanılarak kemoterapi ilaçlarını vücuda taşıdığı ve kanser hücreleri ile karşılaşıldığında ilacı saldığı ilaç taşıma sistemleri bulunur [14].
Özellikle nanoparçacıklarının sahip olduğu, ultraviyole (UV) ışınlarını yansıtarak cildi koruma özelliği ve ciltte transparan görünmesi nedeniyle başta güneş kremleri olmak üzere kozmetik ve cilt bakım ürünlerinde bulunur [15]. Bazı şekerlemeler, süt ürünleri, sakızlar, dondurmalar, peynirler, soslar, diş macunu ve ilaçlarda beyaz rengi artırmak için beyaz pigment yani boyaların temel taşı olan bileşik olarak kullanılır [16].
Olası zararları nedir?
Titanyum dioksit nanoparçacıklarının insanlardaki toksik etkisine ilişkin mevcut veriler sınırlıdır, bu nedenle potansiyel risk hala şüphelidir. Ancak araştırmacılar; insan hücreleri, hayvanlar ve suda yaşayan organizmalar gibi çok sayıda model üzerinde deneyler gerçekleştirerek bu şüpheleri ortadan kaldırmak ve bilimsel gerçeklere ulaşmak için çalışmaktadır [17].
Titanyum dioksit ve nanoparçacıklarının pek çok alanda kullanılması ve bulunması nedeniyle insanlar bu bileşiklere birçok yolla maruz kalabilir [18]. Titanyum dioksite maruz kalma çoğunlukla solunum, enjeksiyon, cilt teması ve sindirim sisteminde emilim yolları ile gerçekleşir. Soluma ve ağız yani gıda tüketimi ile maruz kalınan titanyum dioksit nanoparçacıklarının akciğer, sindirim sistemi, karaciğer, kalp ve böbrekte biriktiği ortaya konulmuştur [9].
Solunum yoluyla maruz kalınan titanyum dioksit nanoparçacıklarının laboratuvar farelerinde astıma sebep olduğu görülmüştür [19]. Öte yandan solunum yoluyla titanyum dioksite maruz kalan fabrika işçilerinde yapılan bir çalışmanın sonucunda titanyum dioksit maruziyeti ile akciğer kanseri veya sağlığa herhangi bir olumsuz etki arasında bir ilişki tespit edilememiştir [20, 21]. Yine de titanyum dioksitle birlikte silika ve asbeste maruz kalan işçilerin akciğer fonksiyonlarında düşüş ve akciğerin süngerimsi dokusunda hafif kalınlaşma gözlenmiştir. Burada akciğer üzerindeki olumsuz etkiye silika ve asbestin neden olmuş olması muhtemeldir. Ancak titanyum dioksitin akciğere olumsuz etkisinin ihtimali bile Kanada İş Sağlığı ve Güvenliği Merkezi’nin (CCOHS), titanyum dioksit kullanımı ve maruziyetini en aza indirmek için eğitimler ve mesleki hijyen programları önermesine neden olmuştur [22].
Nanoteknolojinin gelişmesi ve nanoparçacıkların pek çok alanda kullanılması nedeniyle bu küçük boyutlu parçacıkların vücudun en büyük organı olan deriden geçerek çeşitli dokulara nüfuz etmesi riski artmıştır. Farelerde gerçekleştirilen bir çalışma sonucunda, titanyum dioksit nanoparçacıklarının deriye nüfuz edebildiği ve uzun süreli dermal maruziyetten sonra deri ve karaciğerde başta olmak üzere çeşitli doku hasarlarına neden olabileceği gösterilmiştir. Bölgesel ve uzun süreli titanyum dioksit nanoparçacıklarının uygulamasının serbest radikal oluşumu, oksidatif stres ve cilt yaşlanmasına ile ilişkili olarak dermal toksisiteye neden olabileceği belirtilmiştir. Dolayısıyla, nano boyuttaki titanyum dioksitin uzun süreli dermal maruziyetten sonra muhtemelen insan sağlığı için bir risk oluşturacağı sonucuna ulaşılmıştır [23].
Titanyum dioksit ve nanoparçacıklarının DNA hasarı oluşturma veya mutasyonuna yol açma gibi genotoksik etkileri ile ilgili hala net bir sonuca ulaşılamamıştır. Titanyum dioksitin genotoksisitesini araştıran çok sayıda çalışma bulunsa da genotoksik özellik gösterip göstermediği konusunda görüş birliği sağlanamamıştır [3]. Mevcut çalışmalar, titanyum dioksit nanoparçacıklarının genoktoksik etkisinin oksidatif stres yoluyla gerçekleştiğini ortaya koymuştur [24]. Oksidatif stres, vücudun düzgün fonksiyon göstermesi için gerekli olan serbest radikal ve antioksidan miktarı arasındaki dengenin bozulması sonucu oluşan durumdur. Serbest radikaller; insan vücudunda bulunan yağ, protein, karbonhidrat ve DNA’da bozulmalara yol açarak pek çok hastalığı tetikler [25]. Titanyum dioksit nanoparçacıklarının hücrelerde oksidatif strese neden olarak protein yapılarını, DNA onarımını, hücre döngüsünü ve çoğalmasını olumsuz etkilediği gösterilmiştir [24].
Gıdalarda kullanımı güvenli midir?
Titanyum dioksit ve nanoparçacıklarının gıda endüstrisinde çeşitli alanlarda kullanılması, gıda güvenliğiyle ilgili birçok tartışmayı beraberinde getirmiştir. Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç Dairesi’ne göre (FDA) titanyum dioksitin gıdalarda renk katkı maddesi olarak kullanılabilmesi için miktarının gıdanın ağırlığının %1’ini geçmemesi gerekir. Yine FDA’ya göre gıdalarda renklendirici olarak kullanılacak titanyum dioksit içeriğinde; kurşun miktarı milyonda 10 birimi, arsenik miktarı milyonda 1 birimi, antimon miktarı milyonda 2 birimi, cıva miktarı ise milyonda 1 birimi aşmamalıdır [26].
Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi’nin (EFSA), 2016'da yaptığı çalışması sonucunda, ağız yoluyla yani gıda tüketimi ile alınan titanyum dioksitin parçacık boyutundan bağımsız olarak emilimi ve doku ve organlar tarafından kullanılabilirliğinin oldukça düşük olduğu ve büyük bir kısmının boşaltım ile atıldığı bildirilmiştir. Bu nedenle insanların gıdalardaki titanyum dioksit ve nanoparçacıklarına maruz kalma değerlerine ilişkin verilerin endişe yaratmadığını belirtmiştir [27].
Ancak EFSA’nın 2021 yılında mevcut verileri toplayarak titanyum dioksit ve parçacıklarını tekrar değerlendirdiği raporu, titanyum dioksit partiküllerinin emiliminin düşük olmasına rağmen baştaki konsantrasyonlarının yarısına düşene kadar geçen süre yani yarılanma ömürleri uzun olduğu için vücutta birikebileceğini göstermiştir. Genotoksisite yani DNA hasarı veya mutasyonuna sebep olma üzerine gerçekleştirilen araştırmada ise titanyum dioksitin DNA sarmal kırılmalarına ve kromozomal hasara neden olma potansiyeline sahip olduğu ancak gen mutasyonlarına neden olma potansiyeli olmadığı sonucuna ulaşılmıştır. Kesin kanıtlar bulunmamasına rağmen gelişmiş teknolojiler ile elde edilecek yeni verilere dayanarak titanyum dioksitin genotoksik etkisi tamamen göz ardı edilememiştir. Dolayısıyla EFSA, titanyum dioksitin bir gıda katkı maddesi olarak güvenli kabul edilemeyeceği sonucuna varmıştır [28].
Fransa’nın titanyum dioksit içeren gıdaların kullanımı, ticareti ve ithalatını Ocak 2020’den itibaren yasaklama kararından sonra [29] şimdi de Avrupa Komisyonu Ağustos 2022’den titanyum dioksitin bir gıda katkı maddesi olarak Avrupa Birliğinde kullanımını yasaklama kararı almıştır [30]. Alınan bu kararlar ise titanyum dioksit nanopartiküllerinin kanser yapıcı riski taşımasına dayandırılmıştır [31].
Kısacası titanyum dioksitin gıdalarda kullanımı ile ilgili farklı bilimsel görüşler bulunmaktadır. Avrupa Birliği belirsizliğin getirdiği tehlikeye karşı tamamen yasaklarken, Amerika Birleşik Devletleri mevcut güvenlik testlerinin bir sağlık sorunu oluşturmadığından yasaklamak için geçerli bir neden olmadığı görüşündedir. Ülkemizdeki durumu henüz bilinmeyen titanyum dioksit ile ilgili yeni bir açıklama yapıldığında yazımız güncellenecektir.
Kaynakça
[1] Davis, K. A., (1982). Titanium dioxide, Journal of Chemical Education, 59, 158.
[2] Palencia, M., Ramírez-Rincón, J. A., & Restrepo-Holguín, D. F. (2022). Polymer-metal oxide composite as sensors. In Renewable Polymers and Polymer-Metal Oxide Composites (pp. 283-306). Elsevier.
[3] Shi, H., Magaye, R., Castranova, V., & Zhao, J. (2013). Titanium dioxide nanoparticles: A review of current toxicological data. Particle and Fibre Toxicology, 10(1). https://doi.org/10.1186/1743-8977-10-15
[4] Ministry of Food and Drug Safety Regulation. (2019). Food Additives Code. Retrieved April 30, 2023, from https://faolex.fao.org/docs/pdf/kor190402.pdf
[5] WHO IARC, 2010, IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans: Carbon Black, Titanium Dioxide, and Talc, Volume 93, World Health Organızatıon Internatıonal Agency For Research On Cancer, Lyon, France.
[6] Glossary: Standard IARC classification. (n.d.). Retrieved May 3, 2023, from https://ec.europa.eu/health/scientific_committees/opinions_layman/en/electromagnetic-fields/glossary/ghi/iarc-classification.htm
[7] World Health Organization. (n.d.). World Health Organization. Retrieved May 3, 2023, from https://monographs.iarc.who.int/list-of-classifications
[8] Size of the nanoscale. National Nanotechnology Initiative. (n.d.). Retrieved May 2, 2023, from https://www.nano.gov/nanotech-101/what/nano-size
[9] Baranowska-Wójcik, E., Szwajgier, D., Oleszczuk, P., & Winiarska-Mieczan, A. (2019). Effects of titanium dioxide nanoparticles exposure on human health—a review. Biological Trace Element Research, 193(1), 118–129. https://doi.org/10.1007/s12011-019-01706-6
[10] Singh, T., Shukla, S., Kumar, P., Wahla, V., Bajpai, V. K., & Rather, I. A. (2017). Application of nanotechnology in Food Science: Perception and Overview. Frontiers in Microbiology, 8. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01501
[11] Lagopati, N., Evangelou, K., Falaras, P., Tsilibary, E.-P. C., Vasileiou, P. V. S., Havaki, S., Angelopoulou, A., Pavlatou, E. A., & Gorgoulis, V. G. (2021). Nanomedicine: Photo-activated nanostructured titanium dioxide, as a promising anticancer agent. Pharmacology & Therapeutics, 222, 107795. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2020.107795
[12] Zhao, J., Bowman, L., Zhang, X., Vallyathan, V., Young, S.-H., Castranova, V., & Ding, M. (2009). Titanium dioxide (tio2) nanoparticles induce JB6 cell apoptosis through activation of the caspase-8/bid and mitochondrial pathways. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A, 72(19), 1141–1149. https://doi.org/10.1080/15287390903091764
[13] Prasad, K., Bazaka, O., Chua, M., Rochford, M., Fedrick, L., Spoor, J., Symes, R., Tieppo, M., Collins, C., Cao, A., Markwell, D., Ostrikov, K. (K., & Bazaka, K. (2017). Metallic biomaterials: Current challenges and opportunities. Materials, 10(8), 884. https://doi.org/10.3390/ma10080884
[14] Ziental, D., Czarczynska-Goslinska, B., Mlynarczyk, D. T., Glowacka-Sobotta, A., Stanisz, B., Goslinski, T., & Sobotta, L. (2020). Titanium dioxide nanoparticles: Prospects and applications in medicine. Nanomaterials, 10(2), 387. https://doi.org/10.3390/nano10020387
[15] Trouiller, B., Reliene, R., Westbrook, A., Solaimani, P., & Schiestl, R. H. (2009). Titanium dioxide nanoparticles induce DNA damage and genetic instability in vivo in mice. Cancer Research, 69(22), 8784–8789. https://doi.org/10.1158/0008-5472.can-09-2496
[16] Peters, R. J., van Bemmel, G., Herrera-Rivera, Z., Helsper, H. P., Marvin, H. J., Weigel, S., Tromp, P. C., Oomen, A. G., Rietveld, A. G., & Bouwmeester, H. (2014). Characterization of titanium dioxide nanoparticles in food products: Analytical methods to define nanoparticles. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 62(27), 6285–6293. https://doi.org/10.1021/jf5011885
[17] Shabbir, S., Kulyar, M. F.-e-A., Bhutta, Z. A., Boruah, P., & Asif, M. (2021). Toxicological consequences of titanium dioxide nanoparticles (tio2nps) and their jeopardy to human population. BioNanoScience, 11(2), 621–632. https://doi.org/10.1007/s12668-021-00836-3
[18] Bachler, G., von Goetz, N., & Hungerbuhler, K. (2014). Using physiologically based pharmacokinetic (PBPK) modeling for dietary risk assessment of titanium dioxide (tio2) nanoparticles. Nanotoxicology, 9(3), 373–380. https://doi.org/10.3109/17435390.2014.940404
[19] Hussain, S., Vanoirbeek, J. A., Luyts, K., De Vooght, V., Verbeken, E., Thomassen, L. C., Martens, J. A., Dinsdale, D., Boland, S., Marano, F., Nemery, B., & Hoet, P. H. (2010). Lung exposure to nanoparticles modulates an asthmatic response in a mouse model. European Respiratory Journal, 37(2), 299–309. https://doi.org/10.1183/09031936.00168509
[20] Fryzek, J. P., Chadda, B., Marano, D., White, K., Schweitzer, S., McLaughlin, J. K., & Blot, W. J. (2003). A Cohort Mortality Study among Titanium Dioxide Manufacturing Workers in the United States. Journal of Occupational and Environmental Medicine, 45(4), 400–409. http://www.jstor.org/stable/44997252
[21] Boffetta, P., Soutar, A., Cherrie, J. W., Granath, F., Andersen, A., Anttila, A., Blettner, M., Gaborieau, V., Klug, S. J., Langard, S., Luce, D., Merletti, F., Miller, B., Mirabelli, D., Pukkala, E., Adami, H.-O., & Weiderpass, E. (2004). Mortality among workers employed in the titanium dioxide production industry in Europe. Cancer Causes & Control, 15(7), 697–706. https://doi.org/10.1023/b:caco.0000036188.23970.22
[22] Occupational Health Laws updated to cite tio2 as a class 2B carcinogen. (2007). Focus on Pigments, 2007(10), 7. https://doi.org/10.1016/s0969-6210(07)70285-0
[23] Wu, J., Liu, W., Xue, C., Zhou, S., Lan, F., Bi, L., Xu, H., Yang, X., & Zeng, F.-D. (2009). Toxicity and penetration of tio2 nanoparticles in hairless mice and porcine skin after subchronic dermal exposure. Toxicology Letters, 191(1), 1–8. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2009.05.020
[24] Chen, T., Yan, J., & Li, Y. (2014). Genotoxicity of titanium dioxide nanoparticles. Journal of Food and Drug Analysis, 22(1), 95–104. https://doi.org/10.1016/j.jfda.2014.01.008
[25] Lobo, V., Patil, A., Phatak, A., & Chandra, N. (2010). Free radicals, antioxidants and Functional Foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews, 4(8), 118. https://doi.org/10.4103/0973-7847.70902
[26] CFR- Code of Federal Regulations Title 21. accessdata.fda.gov. (n.d.). Retrieved April 30, 2023, from https://www.accessdata.fda.gov/scripts/cdrh/cfdocs/cfCFR/CFRSearch.cfm?fr=73.575
[27] Re-evaluation of titanium dioxide (E 171) as a food additive. (2016). EFSA Journal, 14(9). https://doi.org/10.2903/j.efsa.2016.4545
[28] Safety assessment of titanium dioxide (E171) as a food additive. (2021). EFSA Journal, 19(5). https://doi.org/10.2903/j.efsa.2021.6585
[29] France: France bans titanium dioxide in food products by January 2020. USDA Foreign Agricultural Service. (2019, May 8). Retrieved April 30, 2023, from https://www.fas.usda.gov/data/france-france-bans-titanium-dioxide-food-products-january-2020
[30] European Union: Titanium Dioxide banned as a food additive in the EU. USDA Foreign Agricultural Service. (2022, March 3). Retrieved April 30, 2023, from https://www.fas.usda.gov/data/european-union-titanium-dioxide-banned-food-additive-eu
[31] France: France plans to ban titanium dioxide in food products. USDA Foreign Agricultural Service. (2018, June 19). Retrieved April 30, 2023, from https://www.fas.usda.gov/data/france-france-plans-ban-titanium-dioxide-food-products
