Tek kullanımlık plastik bardaklardan sıvı gıdalara mikroplastik ve nanoplastik geçişinin tespiti
Detection of microplastic and nanoplastic transfer from disposable plastic cups to liquid foods
Yazar: SELEN AKBULUT
Danışman: PROF. DR. FATİH TÖRNÜK ; PROF. DR. HASAN YETİM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Mikroplastikler çağımızın en dikkat çeken kirleticilerinden biridir. Mikroplastikler çevresel bir kirlilik etmeni olmasının yanında aynı zamanda gıdalar için de bir kontaminasyon kaynağıdır. Tek kullanımlık plastik bardaklar, özellikle sıcak ve soğuk içeceklerin tüketiminde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu durum ambalaj malzemeleri ile her içecek tüketiminde ne kadar mikroplastiğe maruz kaldığımız sorusunu akıllara getirmiştir. Bu çalışmada, tüketiciler tarafından yaygın bir şekilde kullanılan beş farklı polimerik malzemeden üretilmiş [polipropilen (PP), polistiren (PS), polietilen (PE) kaplı kağıt bardak, polietilen tere ftalat (PET) ve expanded polistiren (EPS)] bardaklardan sulara geçen mikroplastiklerin sayısı tespit edilmiştir. Ayrıca, tek kullanımlık bardaklardan suya mikroplastik transferi üzerinde bekleme süresi (0, 5, 10 ve 20 dk.) ve su sıcaklığının (4 °C, 50 °C ve 80 °C) etkisi de araştırılmıştır. Yine, araştırmada sıcak içecek tüketiminde plastik kaşık kullanımının etkisi de (50 °C ve 80 °C) belirlenmiştir. Çalışma sonucunda plastik kaşık kullanılmayan tüm deneylerde elde edilen ortalama mikroplastik geçişi, 574,33 ± 374,12 p/L olarak bulunurken, plastik kaşık kullanılarak gerçekleştirilen sularda ortalama geçiş 901,00 ± 650,04 p/L olarak belirlenmiştir. En düşük geçiş PE kaplı kağıt bardakta 4 °C ve 0. dk'da 126 ± 75,72 p/L düzeyinde iken, en yüksek mikroplastik geçişi, plastik kaşık kullanılan PS bardaklardan 80 °C ve 5. dk'da 2006,67 ± 542,71 p/L olarak bulunmuştur. Çalışmada PS ve EPS bardaklardan transfer olan mikroplastik sayıları istatistiksel olarak diğer bardak türlerinden daha yüksek bulunmuştur ve bu fark, istatistiksel açıdan da önemlidir (p<0,05). Sürenin örneklerdeki partikül geçişi üzere istatistiksel bir etkisi tespit edilmemiştir (p>0,05). Kullanımdan hemen önce bardakların su ile yıkanması ise mikroplastik geçişini %51 - 66 oranında azaltmıştır ve yıkamanın etkisi de istatistiksel açıdan önemli (p<0,05) bulunmuştur. Çalışmada mikroplastiklerin transfer mekanizmasını açıklamak amacıyla, uygulanan farklı su sıcaklık derecelerinin bardak iç yüzeyinde meydana getirdiği kimyasal, morfolojik ve termal değişimler de ATR-FTIR, SEM ve DSC analizleri ile belirlenmiştir. Bardaklardaki sıvıya geçen olası nanoplastik boyut dağılımını belirlemek için DLS tekniği kullanılmıştır. Ayrıca, en fazla mikroplastik sayımının gerçekleştirildiği örneklerde sıvıya geçen ağır metallerin tespiti de ICP-MS ile gerçekleştirilmiştir. SEM görüntüleri, sıcak suya maruz kalmanın bir sonucu olarak tek kullanımlık bardakların yüzeyindeki aşınmayı kanıtlamıştır. Bazı dalga boylarındaki FTIR absorbans seviyelerinin yoğunlukları da yüzey aşınmasının bir kanıtı olabilecek şekilde azalmıştır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, sıcak ve soğuk içecek tüketiminin yaygın olduğu Türkiye'de yıllık 18.720 - 161.200 civarında mikroplastik/yıl parçacığına maruz kalındığını ortaya koymaktadır. Sonuç olarak, insanların mikroplastik maruziyetinin seviyesi ve mikroplastiklerin potansiyel toksisitesi henüz tam olarak bilinmemesine rağmen gerektiğinde, bu çalışma ile tek kullanımlık bardaklardan soğuk ve sıcak içeceklere aktarılan mikroplastik miktarının belirlenmesi mümkün olabilecektir.

Abstract:
Microplastics are one of the most conspicuous pollutants of our time. Microplastics are not only an environmental pollutant but also a source of contamination of foods. Currently disposable plastic cups are widely used, especially for the consumption of hot and cold beverages. This situation has raised questions about the extent of microplastic exposure with every beverage consumption due to packaging materials. In this study, microplastic migration from five different polymer materials commonly used by consumers [polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyethylene-coated paper cup, polyethylene terephthalate (PET), and expanded polystyrene (EPS)] cups has been determined. The exposure time (0, 5, 10, and 20 minutes) and temperature (4 °C, 50 °C, and 80 °C) effects on the release of microplastics from single-use cups into water were also investigated. Additionally, the impact of using plastic spoons during hot beverage consumption (at 50 °C and 80 °C) was determined. The average microplastic migration obtained from all experiments where plastic spoons were not used was 574.33 ± 374.12 p/L, whereas in samples conducted with plastic spoons, it was 901.00 ± 650.04 p/L. The lowest migration was observed in the PE-coated paper cup at 4 °C for 0 minutes, with a value of 126 ± 75.72 particles per liter (p/L), while the highest microplastic migration was in the PS cup with a plastic spoon at 80 °C for 5 minutes, measuring 2006.67 ± 542.71 p/L. The results of the PS and EPS cups were statistically significant (p<0.05). The exposure time did not have a statistically significant  (p>0,05) effect on particle release in the samples. Pre-rinsing the cups with water just before use reduced the microplastic migration by 51 - 66%, and the effect of rinsing was statistically significant (p<0.05). In order to elucidate the mechanism of microplastic release, the chemical, morphological, and thermal changes induced by different temperature levels on the inner surface of the cups were also determined by using ATR-FTIR, SEM, and DSC analyses. Size measurements of nanoparticle distribution released into the liquid in the cups were conducted using the DLS technique too. Additionally, the detection of heavy metals transferred to the liquid in samples with the highest microplastic count was performed using ICP-MS. SEM images demonstrated the surface abrasion of single-use cups as a result of exposure to the hot water. The intensities of FTIR absorbance levels at certain wavelengths decreased, possibly indicating evidence of surface abrasion. This study reveals that in Turkiye, where consumption of both hot and cold beverages is common, individuals are exposed to an annual range of 18.720 - 161.200 microplastic particles/year. In conclusion, given the incomplete understanding of human exposure levels to microplastics and the potential toxicity of microplastics, this study sheds light on the number of microplastics transferred from single-use cups to both hot and cold beverages.