Ambalajlanmış gıdalar için elektroeğirme yöntemi ile oksijen sensörü geliştirilmesi
Development of oxygen sensor by electrospinning method for packaged foods
Yazar: MERYEM YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. AYLİN ALTAN METE
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Uzun yıllardır gıda ambalajlamasında yaygın şekilde kullanılan modifiye atmosferle paketleme (MAP), ambalajlanmış gıdanın kalitesini ve güvenliğini korumada etkili bir paketleme yöntemi olarak kabul edilmektedir. Fakat çeşitli nedenler ile ambalaj içindeki gaz kompozisyonu değişmektedir. Değişen gaz bileşiminde var olan oksijenin etkisiyle gıdanın kalitesi ve güvenliğinde azalma meydana gelmektedir. Bu bağlamda paketlenmiş ürünlerde paketin bozulmamış olduğunu ve oksijen girişinin olmadığını göstermek için basit, hızlı ve kullanışlı bir oksijen sensörüne ihtiyaç duyulmaktadır. Bu optimum özelliklere sahip olan sensör, polimer esaslı nanolif üretiminde kullanılan elektroeğirme yöntemiyle geliştirilebilir. Bu nedenle bu çalışmada, optimum özelliklere sahip olan bir oksijen sensörü elektroeğrilmiş poli(vinil alkol) (PVA) lifler ile tasarlanmıştır. Bunun için sensörün aktif bileşenleri olan metilen mavisi (MB), titanyum dioksit (TiO2) ve gliserol miktarlarının formülasyonu tepki yüzey yöntemi ile optimize edilmiştir. MB (%0.25-0.33), gliserol (%22-42) ve TiO2 (%6.67-10) oranları bağımsız değişken; K/S (renk kuvveti) değeri, UV ile aktifleştirme süresi, renk geri kazanım süresi, ortalama çap ve boya sızıntı miktarı yanıt olarak seçilmiştir. Seçilmiş olan her bir yanıt için istatistiksel olarak anlamlı modeller (p<0.05) elde edilmiştir. Optimizasyon sırasında, oksijen sensörlerinin maksimum K/S değerine, minimum UV ile aktifleştirme süresi, renk geri kazanım süresi, ortalama lif çapı ve boya sızıntı değerlerine sahip olması tercih edilmiştir. En yüksek istenebilirlik seviyesi 0.721'de önerilen optimum formülasyon MB, gliserol ve TiO2 miktarları için 0.25:39:9 olmuştur. Bu optimum formülasyonda geliştirilen oksijen sensörünün K/S değeri 1.29, UV ile aktifleşme süresi 50 s, renk geri kazanım süresi 190 s ve boya sızıntı miktarı %29.6 olarak hesaplanmıştır. Üretilen sensörün boya sızıntısına dayanıklı hale getirilmesi, polistirenden oluşan elektroeğrilmiş lif katmanlarıyla kaplanmasıyla sağlanmıştır. Bu işlem sonucunda elde edilen oksijen sensörünün boya sızıntı miktarı %29.6'dan %0.3'e düşürülmüştür. Ayrıca sensörün UV ile aktifleşme süresi 65 s ve geri renk kazanım süresi ise 240 s'dir. Geliştirilen her iki sensör, gıda ambalajı içerisindeki oksijene duyarlılık alt sınırı %2 olarak tespit edilmiştir. Bu çalışmanın sonucunda elektroeğirme yöntemiyle oksijen varlığına hızlı cevap veren, oksijene duyarlılığı ve boya sızdırmazlık direnci yüksek bir oksijen sensörü geliştirilmiştir.

Sonuç olarak geliştirilen bu oksijen sensörünün ambalajlanmış gıdalarda kullanılması ile ambalaj bütünlüğünün hızlı tespiti sağlanabilir. Böylece, gıdaların paketlenmesinden satın alımına kadar ambalaj içerisindeki oksijen varlığı izlenebilir ve tüketiciler, gıdanın kalitesi ve güvenliği hakkında önceden bilgilendirilebilir. Ayrıca, bu çalışmanın gıda uygulamaları için kullanılan mevcut sensörlerin iyileştirilmesinde ve yeni sensörlerin geliştirilmesinde yardımcı olabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
Modified atmosphere packaging (MAP), which has been widely used in food packaging for many years, is considered to be an effective packaging method to preserve the quality and safety of packaged food. However, the gas composition in the package changes for various reasons. The effect of the oxygen present in this changing gas composition reduces the quality and safety of the food. In this context, a simple, fast and useful oxygen sensor is required, indicating package is intact and that oxygen ingress is not significant. The sensor with these optimum properties can be developed by the electrospinning method used in the production of polymer-based nanofibers. Therefore, an oxygen sensor with optimum properties was designed with electrospun poly(vinyl alcohol) (PVA) fibers in this study. For this purpose, the active ingredients of the sensor (methylene blue (MB), titanium dioxide (TiO2) and glycerol) were optimized by the response surface method. MB (0.25-0.33%), glycerol (22-42%) and TiO2 (6.67-10%) ratios were independent variables; the K/S value, the UV activation time, the color recovery time, the average diameter and the dye leakage were chosen as response. Statistically significant models (p<0.05) were obtained for each selected response. During optimization, it was preferred that oxygen sensors have maximum K/S value, minimum UV activation time, color recovery time, average fiber diameter, and dye leakage values. The proposed optimum formulation at the highest desirability level, 0.721, was 0.25:39:9 for MB, glycerol and TiO2 amounts. The oxygen sensor developed at the optimum formulation had a K/S value of 1.29, a activation time of UV of 50 s, a color recovery time of 190 s and a dye leakage amount of 29.6%. Resistance of the produced sensor to dye leakage was provided by covering the electrospun fiber layer with polystyrene. As a result of this process, the amount of dye leakage from the oxygen sensor was reduced from 29.6% to 0.3%. In addition, the UV activation time of the sensor was 65 s and the color recovery time was 240 s. The sensitivity of both sensors developed to oxygen in food packaging was found as 2%. As a result of this study, an oxygen sensor was designed by electrospinning method that responds quickly to the presence of oxygen with high resistance to dye leakage and high oxygen sensitivity.

As a result, the rapid detection of packaging integrity can be ensured by using this developed oxygen sensor in packaged foods. Thus, the presence of oxygen in the packaging can be monitored from packaging of foods to purchasing. In this way, consumers can be informed in advance about the quality and safety of food. It is also thought that it can help to improve existing sensors used in food applications and to develop new sensors.