Yenilebilir Ambalaj Teknolojisine Bitkisel Yaklaşım

Bitki ve baharat esansiyel yağları güçlü antimikrobiyal* aktiviteye sahiptir. Bazı bitki ekstraktlarının depolama boyunca gıda maddelerinde istenmeyen küfler üzerine geniş etki spektrumuna sahip olduğu bilinmektedir. Genel olarak, bu inhibitör etkiye en fazla katkıda bulunan bileşikler, fenolik* ve terpenlerdir*. Bozulma ve/veya patojen* etkili küf cinslerinin (örneğin Aspergillus sp., Penicillium sp., Mucor sp. ve Cladosporium sp.) gelişimi kekik, sarımsak, karanfil ve tarçın gibi bazı bitki ekstraktları ile inhibe edilebilmektedir. Esansiyel yağlar ile birleştirilen yenilebilir filmler veya yenilebilir kaplamalar, ambalaj açılsa bile; O2, CO2, lipid, nem ve aroma gibi özellikleri kontrol altına alarak gıda maddelerini korumada büyük bir katkı sağlarlar. Potasyum sorbat*, nisin* ve natamisin*, fungusit* olarak süt ve et ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ambalajlı ürünlerin raf ömrünü uzatma, ambalaj atıklarını azaltma, tüketicilerin doğal gıdalara eğilimini arttırarak gıda kalitesi ve güvenliğini destekleme ve çevre kirliliğini önleme gibi pek çok etkisi dolayısıyla esansiyel yağların doğal antifungal* etkilerinin avantajları önemlidir[1].

 Gıdalara Doğal ve Sentetik Koruyucular

Gıdalarda sentetik koruyucu maddelerinin kullanım oranını azaltan veya yerini alabilen doğal katkı maddeleri üzerine yapılan araştırmalarda, patojen ve bozulma etmeni türlerin, yüzeyde yayılma ve üreme özellikleri başta olmak üzere, yenilebilir filmlerle birleştirilen esansiyel yağ uygulaması ile sınırlandırılabileceği tespit edilmiştir. Ancak çeşitli gıda uygulamalarında esansiyel yağlı yenilebilir filmlerin antifungal etkileri hakkında sınırlı bilgi vardır[1].
Gıda yüzeylerindeki küf kontaminasyonu, önemli tat bozukluklarına, renk bozulmalarına, kalite sorunlarına ve ekonomik sonuçlara neden olan, toksin metabolitleri (mikotoksinler vb.) üreterek potansiyel bir sağlık riskini temsil eden gıda bozulmalarının başlıca nedenidir[2]. Antimikrobiyal maddeler ürün formülasyonuna eklenebilir, gıdanın yüzeyine kaplanabilir veya gıda paketleme malzemelerine dahil edebilirler[3]. Kimyasal koruyucuların (benzoatlar, sorbatlar, propiyonik asitler, vb.) çoğu ülkede kararnameler doğrultusunda, nispeten düşük seviyelerde, belirli gıdalarda ve sınırlı düzeylerde kullanımına izin verilmektedir. Antimikrobiyal maddeler, gıda yüzeyine püskürtülerek veya daldırılarak doğrudan uygulanabilir. Natamisin, gıdalardaki mantar oluşumunu önlemek için 30 yıldan fazla bir süredir kullanılmaktadır. Esas olarak peynir ve kuru sosislerin yüzey işlemlerinde kullanılmaktadır[1, 4].

Bitkisel Kaynaklı Uçucu Yağların Ambalajda Avantajları

Doğrudan yüzey uygulamasının hızlı difüzyona neden olması ve bunun sonucunda daha yüksek konsantrasyonlara ihtiyaç duyulması nedeniyle bazı dezavantajları da vardır. Bunun yerine, paketlenmiş gıdaların korunmasını iyileştirmek için antimikrobiyal ajanlarla birleştirilmiş yenilebilir film veya yenilebilir kaplamanın kullanılması, madde salınımını yavaşlatır ve uzun bir süre boyunca ürün yüzeyinde yüksek konsantrasyonlarda aktif bileşik tutumuna yardımcı olur[3, 5, 6].
Bitkilerden elde edilen uçucu yağlar, zengin uçucu terpenoid* ve fenolik bileşik kaynaklarıdır. Bu tür bileşikler, temas halinde ve buhar fazında patojenik bakterileri, mantarları ve mayaları inaktive etme potansiyeline sahiptir. Yenilebilir filmler, ürünün raf ömrünü uzatmak ve gıda yüzeylerinde patojenik mikroorganizmaların büyüme riskini azaltmak için çok sayıda katkı maddesinin taşıyıcıları olarak kullanabilirler ve mikrobiyolojik stabilite sağlamak için antimikrobiyal ajanlar içerebilirler. Bitkisel kaynaklı uçucu yağ içeren yenilebilir filmler, istenmeyen mikroorganizmalar tarafından kirlenmeye karşı yiyecekleri korurlar[7, 8, 9].
Gıda ürünlerinde bitki kaynaklı uçucu yağların yanında baharat kaynaklı uçucu yağlar da kullanılmaktadır. Kekik, nane, tarçın, karanfil, narenciye ağacı, sarımsak, defne ağacı bitkisel kaynaklı uçucu yağların istenmeyen küfler üzerindeki inhibe edici etkileri bazı araştırmacılar tarafından doğrulanmıştır[10 ,11]. Uçucu yağlar ile kaplama filmlerinin; Listeria monocytogenes, Escheriachia coli O157: H7, Staphylococcus aureus, Salmonella enteritidis, Pseodomonas aeroginosa'ya karşı antibakteriyel etkileri üzerinde çalışılmış ve filmlerin durum bakterilerini elimine etme potansiyeline sahip olduğu öne sürülmüş; güçlü antibakteriyel etkilere sahip, aktif, biyolojik olarak parçalanabilir filmler olarak kullanılabilirliği savunulmuştur. Bununla birlikte, gıda ürünlerinde fungistatik* ve/veya fungisidal* etkiler gösteren bitki ve baharat uçucu yağları dahil yenilebilir filmlerin kullanılma olasılıkları hakkında sınırlı bilgi vardır[6, 12, 13, 14]. Yapılan bir çalışmada, bergamot esansiyel yağı içeren yenilebilir kitosan* filmlerin fiziksel özellikleri ve bunların Penicillium italicum üzerindeki önleyici etkileri araştırılmış ve maksimum bergamot yağı içeriğine sahip kitosan filmlerinin, ilk aşamada, 20°C'de ve 5 günlük süre içerisinde, mantar büyümesinde tam bir inhibisyon sağladığı tespit edilmiştir[15]. Bir başka çalışmada, kaşar peyniri depolanması sırasında Penicillium spp'ye karşı kekik, sarımsak ve biberiye uçucu yağları ile birleştirilen, peynir altı suyu proteini izolat filmleri üzerinde araştırma yapılmış ve uçucu yağ içeren filmlerin antifungal özelliklerinin kontrol gruplarına göre önemli ölçüde azaldığı ve gözlemlenmesi beklenen inhibitör etkinin görüldüğünü belirlemiştir[16].
Sonuç olarak; birçok mantar türü, ürettikleri toksik ikincil metabolitler nedeniyle hem tüketiciler hemde üreticiler için ciddi bir risk oluşturmaktadır. Tek başına patojenik küfler, ithalat veya ihracat için üretilen mahsullerin veriminde yaklaşık %20'lik bir azalmaya sebep olabilirler. Gıda mühendisliğinde uzmanlaşmış bilim insanları bu probleme çözüm bulmak için ‘doğal ürünlerle alternatif yaklaşım’ arayarak ‘gıda bazlı koruyucu katkı maddeleri’ alternatiflerini keşfetmişlerdir. Araştırmalarla desteklenen veriler bitki veya baharat uçucu yağlarının, güçlü antimikrobiyal aktiviteleri sayesinde gıda koruyucusu olarak kullanılabililirliğini kanıtlamıştır. Uçucu yağ içeren yenilebilir veya kaplama filmlerin uygulanması, küf yayılmasını engeller ve depolamadan sonra saptanabilir bir kalıntı da bırakmayarak gıda güvenliğini arttırır[1, 12, 16].

Yazar: Hilal KILIÇ

Sözlük
*Antimikrobiyal: Antimikrobiyal, mikroorganizmaları öldüren veya büyümelerini durdurmaya yarayan maddelerdir. Antioksidanlar gibi yardımcı bileşenler, aktif paketleme sisteminin performansını artırmak amacıyla ambalaj malzemesine veya paket üst boşluğuna dahil edilebilmektedirler[17, 18].
*Fenolik: Fenol olarak da bilinen ve hidroksil grubunun doğrudan aromatik hidrokarbon grubuna bağlı olduğu fenolik maddeler doğal antioksidanların en önemli gruplarını oluştururlar.[19, 20].
*Terpen: Terpenler, bitkilerin çeşide özgü aromatik karakterin oluşumundan sorumlu olan ve bitkiden elde edilebilecek aromanın temelini oluşturan bileşiklerdir. Serbest ve bağlı formlarda bulunmaktadırlar. Serbest formları uçucu olup, bitkilerin asıl aromasını oluştururken, bağlı formları uçucu değildir ve bitkilerdeki “gizli aroma” olarak bilinir. [21, 22, 23].
*Patojen: Virus, bakteri, protozoa, nematod, fungus gibi hastalığa neden olan her türlü organizmanın veya maddenin tamamı patojen mikroorganizmalar olarak kabul edilir[24].
*Potasyum Sorbat: Sorbik asidin potasyum tuzudur. İşlenmiş gıdaların üretiminde kullanılan kimyasal bir koruyucudur. Mikrobiyolojik, enzimatik veya kimyasal değişiklikler yüzünden ortaya çıkan besinsel kaybı engellemek veya geciktirmek ve gıdaların raf ömrünü uzatmak amacıyla gıdalara ilave edilmektedir[25].
*Nisin: Peynirden balığa ve içeceklere kadar çeşitli gıdalarda katkı maddesi olarak kullanılabilir. Özellikle gram pozitif bakteriler üzerine etkili iken gram negatif, maya ve küfler üzerine bir etkisi yoktur. Ayrıca, FDA tarafından onaylanan tek bakteriosindir, su ürünlerinin mikrobiyolojik güvenliğini sağlar ve raf ömrünü uzatır[26].
*Natamisin: WHO/FAO raporlarında piramisin olarak da geçmektedir. Streptomyces natalensis kültürünün aerobik fermantasyonu sonucu sentezlenen bir antibiyotiktir. Gıdalarda kullanımına izin verilen konsantrasyonları değişiklik göstermektedir ve birçok mikroorganizma, özellikle de maya ve küflere karşı oldukça etkilidir[27].
*Fungusit: Fungi kelimesinden türetilmiştir. Küf, mantar ve mantar sporlarının öldürülmesinde ve kontrol altına alınmasında kullanılan kimyasallara verilen genel bir isimdir[28].
*Antifungal: Antifungaller Fungus veya diğer deyişle Mantar enfeksiyonlarında kullanılan sentetik ve farmakolojik ajanlardır. Kültür bitkilerinin hastalık ve zararlılardan korunması ve böylece kaliteli ürün elde edilmesi amacıyla hastalık etmenleri, zararlılar ve yabancı otlara karşı antifungal bitkiler veya bileşenler kullanılır[29, 30].
*Terpenoid: Birçok bitkide çok sayıda bulunan ve yapısal olarak çeşitli işlevleri olan doğal ürünlerdir. In vitro, preklinik ve klinik birçok çalışma, bu bileşik sınıfının çok çeşitli çok önemli farmakolojik özellikler sergilediğini doğrulamıştır[31].
*Fungistatik /Fungisidal: Fungistatik veya fungisidal olarak isimlendirilen bu maddeler küf ve mantar büyümesini engelleyen önleyici maddelerdir. Terpenler ve fenolikler fungistatik maddelerdir[32, 33].
*Kitosan: Kitinin kısmi deasitelasyonuyla meydana gelen kitosan, antimikrobiyal ve antifungal aktiveteye sahip olduğundan biyokontrol amacıyla kullanılmaktadır. Kitosanın çok sayıda tarım ürününde toprak ve yaprak patojenlerinin gelişimini engellediği, bitkilerde direnç mekanizmasını artırdığı ayrıca ürünlerin raf ömrünü uzatmak amacıyla kullanılır[34].

Kaynakça :

[1] Özçakmak, S., & Öztürk, E. (2012). Use of edible films containing plant and spice essential oils with fungistatic and fungicidal effects in foods. Akademik Gıda, 10(1), 66-69. Retrieved from https://dergipark.org.tr/en/pub/akademik-gida/issue/55824/764730
[2] Kure, C. F., Wasteson, Y., Brendehaug, J., & Skaar, I. (2001). Mould contaminants on Jarlsberg and Norvegia cheese blocks from four factories. International Journal of Food Microbiology, 70(1-2), 21-27. https://doi.org/10.1016/S0168-1605(01)00520-7.
[3] Kristo, E., Koutsoumanis, K.P., Costas, G.. Biliaderis, C.G., (2008). Thermal, mechanical and water vapor barrier properties of sodium caseinate films containing antimicrobials and their inhibitory action on Listeria monocytogenes. Food Hydrocolloids 22: 373–386. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2006.12.003.
[4] Rahman, M. S., (2007). Handbook of Food Preservatives (Second Edition). CRC Press Taylor & Francis Group 6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300 Boca Raton, FL p. 11, 217, 491.
[5] Pranoto, Y., Vilas, M., Salokhe, V.M., Rakshit, S.K., (2005). Physical and antibacterial properties of alginate-based edible film incorporated with garlic oil. Food Research International 38: 267–272. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2004.04.009.
[6] Hosseini, M.H, Razavi, S.H, Mousavi, S.M.A., Yasaghi, S.A.S., Hasansaraei, A.G., (2008). Improving antibacterial activity of edible films based on chitosan by incorporating thyme and clove essential oils and EDTA. J. Appl. Sci. 8(16), 2895-2900. DOI: 10.3923/jas.2008.2895.2900.
[7] Seydim, A.C., Sarikus, G., (2007). Antimicrobial activity of whey protein based edible films incorporated with oregano, rosemary and garlic essential oils. Food Research Int. 40(7): 949. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2006.01.013.
[8] Du, W.X, Olsen, C.W., Avena-Bustillos, R.J., McHugh, H., Levin, C.E., Mandrell, R., Mandrell and Mendel Friedman., (2009). Antibacterial effects of allspice, garlic, and oregano essential oils in tomato films determined by overlay and vapor phase methods. J. Food Sci. 74(7): 390-397. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2009.01289.x.
[9] Avila-Sosa, R., Hernández-Zamoran, E., LópezMendoza, I., Palou, E., Jiménez Munguía, M.T., Nevárez-Moorillón, G.V., López-Malo, A., (2010). Fungal inactivation by Mexican oregano (Lippia berlandieri Schauer) essential oil added to amaranth, chitosan, or starch edible films. Journal of Food Science 75(3): 127–133. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2010.01524.x.
[10] Guynot, M.E., Ramos, A.J., Seto, L., Purroy, P., Sanchis, V., Marin, S., (2003). Antifungal activity of volatile compounds generated by essential oils against fungi commonly causing deterioration of bakery products. J. Appl. Microbiol. 94: 893–899. https://doi.org/10.1046/j.1365-2672.2003.01927.x.
[11] Viuda-Martos, M., Ruiz-Navajas, Y., Fernandez Lopez, J., Perez-A,´ l.J., (2008). Antifungal activity of lemon (Citrus lemon L.), mandarin (Citrus reticulata L.), grapefruit (Citrus paradisi L.) and orange (Citrus sinensis L.) essential oils. Food Control 1130–1138. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2007.12.003.
[12] Rojas-Graü, M.A., Avena-Bustillos, R.J., Friedman, M., Henika, P.R., Martian-Bellosa, O., McHugh, T.H., (2006). Mechanical, barrier, and antimicrobial properties of apple puree edible films containing plant essential oils. J. Agric. Food Chem 54: 9262-9267. https://doi.org/10.1021/jf061717u.
[13] Maizura, M., Fazilah, A., Norziah, M.H., Karim, A.A., (2008). Antibacterial activity of modified sago starch-alginate based edible film incorporated with Lemongrass (Cymbopogon citratus) oil. International Food Research Journal 15(2): 233- 236.
[14] Jutaporn, C.T, Suphitchaya, C., Thawien, W., (2011). Antimicrobial activity and characteristics of edible films incorporated with Phayom wood (Shorea tolura) extract. International Food Research Journal 18: 39-54.
[15] Sánchez-González, L., Vargas, M., GonzálezMartínez, C., Chiralt, A., Cháfer, M., (2010). Characterization of edible films based on hydroxypropylmethylcellulose and tea tree essential oil. Food Hydrocolloids 23(8): 2102-2109. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.04.047.
[16] Sarıkuş, G., (2010). Farklı Antimikrobiyal Maddeler İçeren Yenilebilir Film Üretimi Ve Kaşar Peynirinin Muhafazasında Mikrobiyal İnaktivasyon Etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Isparta, 3, 28-30, 39-40.
[17] Dobrucka, R., Cierpiszewski, R. (2014). Active And İntelligent Packaging Food Research And Development- A Review. Polish Journal Of Food And Nutrition Science, 64(1), 7e15. https://doi.org/10.2478/v10222-012-0091-3.
[18] Çelebi Sezer, Y , Bozkurt, H . (2021). Et Ve Et Ürünlerinin Üretimi Ve Saklanmasında Antimikrobiyal Ambalajlama Sistemlerinin Kullanımı. Food And Health, 7 (2), 150-163. DOI: 10.3153/Fh21016.
[19] Deveci, H , Nur, G , Kırpık, M , Harmankaya, A , Yıldız, Y . (2016). Fenolik Bileşik İçeren Bitkisel Antioksidanlar . Kafkas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9(1), 26-32. https://dergipark.org.tr/en/pub/kujs/issue/30865/338472.
[20] TDK, https://sozluk.gov.tr/
[21] Mateo, J.J. And Jiménez, M. (2000). Monoterpenes İn Grape Juice And Wines-Review. Journal Of Chromatography A; 881: 557–567. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(99)01342-4.
[22] Canturk, S., Kunter, B. And Keskin, N. (2018). Aromatic Composition Of Pink Skinned Grape Cultivar: Gülüzümü (V. Vinifera L.). Yyu J Agr Scı; 28 (Special İssue): 40-44.
[23] Cantürk, S., & Kunter, B. (2019). Terpenler, Üzümlerde Aroma Bileşikleri. Agrıcultural Scıences, 20, 21. ISBN: 978-9940-540-95-1.
[24] Esra, K., & Üstün, A. S. (2008). Patojenlere Karşı Bitkilerde Savunma Ve Antioksidanlar. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 24(1), 82-100. https://dergipark.org.tr/en/pub/erciyesfen/issue/25577/269845.
[25] Özdemir, H., Turhan, A. B., & Arıkoğlu, H. (2012). Potasyum Sorbat, Sodyum Benzoat Ve Sodyum Nitritin Genotoksik Etkilerinin Araştırılması. European Journal Of Basic Medical Science, 2, 34-40.
[26] Ceylan, Z., & Mol, S. (2016). Nisin Ve Su Ürünleri. Su Ürünleri Dergisi, 32(2), 115-120. https://doi.org/10.12714/egejfas.2015.32.2.08.
[27] Kurdal, E., Yılmaz, L., (2005). Peynir Muhafazasında Kullanılan Doğal Bir Antimikrobiyal: Natamisin. Gıda, 30(6), 385-388.
[28] Cangi, R., Yanar, Y., Yağcı, A., Topçu, N., Sucu, S., & Dülgeroğlu, Y. (2014). Narince Üzüm Çeşidinin Yapraklarında Farklı Fungusit Uygulamaları Ve Salamura Yöntemlerine Bağlı Olarak Fungusit Kalıntı Düzeylerinin Belirlenmesi. Gaziosmanpaşa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi Jafag, 31(2), 23-30. ISSN: 1300-2910. E-ISSN: 2147-8848. doi:10.13002/jafag724.
[29] Türküsay, H., & Onoğur, E. (1998). Bazı Bitki Ekstraktlarının İn Vitro Antifungal Etkileri Üzerine Araştırmalar. Tr. J. Of Agriculture And Forestry, 22(1998), 267-271. © TÜBİTAK.
[30] Erkan, G. (2008). Bazı Antifungal Ajanların Mikrokapsülasyonu ve Tekstil Materyallerine Aplikasyonu (Doctoral Dissertation, DEÜ Fen Bilimleri Enstitüsü). s. 57-60. http://hdl.handle.net/20.500.12397/9316.
[31] Ludwiczuk, A., Skalicka-Woźniak, K., & Georgiev, M. I. (2017). Terpenoids. In Pharmacognosy (pp. 233-266). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-802104-0.00011-1.
[32] Özçakmak, S., & Öztürk, E. (2012). Fungistatik Ve Fungisidal Etkili Bitki Ve Baharat Esansiyel Yağları İçeren Yenilebilir Filmlerin Gıdalarda Kullanımı. Akademik Gıda, 10(1), 66-69. ISSN: 1304-7582 / 2148-015X.
[33] Koçak, R., & Boyraz, N. (2006). Bazı Bitki Uçucu Yağlarının Fungisidal Ve Fungistatik Etkileri. Selcuk Journal Of Agriculture And Food Sciences, 20(38), 76-81.
[34] İmamoğlu, Ö. (2011). Biyokontrolde Doğal Ürünlerin Kullanılması; Kitosan. Turkish Bulletin of Hygiene & Experimental Biology/Türk Hijyen ve Deneysel Biyoloji, 68(4), 216.