Gazlı aromalı içeceklerin iyon kromatografi-kondüktivite dedektörü ile anyon tayini
Anion determination of carbonated flavored beverages with ion chromatography - conductivity dedector
Yazar: BÜŞRA İPEK
Danışman: DOÇ. DR. GÜLÇİN YILMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Gazlı ve gazlı içecekleri kapsayan alkolsüz içeceklerin son on yılda dünya çapında tüketimi büyük oranda artış göstermektedir. Yapılan araştırmalar sonucu elde edilen veriler, dünyadaki nüfusun giderek artması, insanların daha sağlıklı bir yaşam sürdürmek için alkollü içecek tüketimini azaltmak istemeleri ve bu doğrultuda tüketicilerden gelen alkolsüz içecek ürün yelpazesinde çeşitlilik talepleri ve yerkürenin sıcaklığının artması nedeniyle insanların artan su ihtiyaçlarını su ve çeşitli aroma ve tatların bulunduğu su veya mineral su bazlı içecekleri tüketerek karşılama talepleri gibi parametreler göz önünde bulundurulduğunda alkolsüz içecek tüketimindeki bu artışın daha da katlanacağını öngörülmektedir.
Popüler ve doğal olarak kaynak sularından elde edilen köpüren suların taklit edilmesiyle 17. yüzyılda Avrupalılar tarafından gazlı içecekler ve sular üretilmiştir. İlk olarak, 1767 yılında karbondioksit gazının içeceklere eklenmesi sonucunda alkolsüz içecekler kategorisinde yer alan gazlı içecek ürün grubu oluşmuştur. Gazlı içecekler; su veya mineralli su, karbondioksit, şeker gibi ana hammaddelerden ve antimikrobiyal bileşenler, asit düzenleyiciler, tatlandırıcılar, aroma vericiler ve renklendiriciler gibi yardımcı bileşenlerin Türk Gıda Kodeksi Alkolsüz İçecekler Tebliği'ne uygun üretim koşullarında bir araya getirilmesiyle üretilen alkolsüz içeceklerdir. Tüketiciler tarafından genellikle ferahlamak, serinlemek, su ihtiyacını karşılamak ve enerjik hissetmek amacıyla kullanılan gazlı içeceklerin insan sağlığını riske atmayacak şekilde üretilmesi önemlidir. Bu hususta, gazlı içecek üretiminde kullanılan bileşenlerin yüksek saflıkta ve gıda kalitesinde olması gerekir. Türk Gıda Kodeksi'ne göre gazlı içecekler; meyveli, meyve aromalı, kola ve tonik gibi farklı gruplara ayrılmaktadır. 
İnsan sağlığı için gerekli mineralleri içeren mineralli sulardan yapılan meyveli ve meyve aromalı doğal mineralli gazlı içecekler özellikle yaz aylarında diğer gazlı içecek çeşitlerine göre daha çok tercih edilmektedir. Türk Gıda Kodeksi Alkolsüz İçecekler Tebliği'ne göre; meyve aromalı doğal mineralli gazlı içecekler, doğal mineralli su, aroma maddeleri ve/veya diğer bileşenler ile şeker ilave edilerek veya edilmeden tekniğine göre gazlı olarak üretilen içecek; meyveli doğal mineralli gazlı içecekler ise, meyve suyu ve/veya meyve püresi ve/veya bunların konsantresi ve/veya meyve tozu, doğal mineralli su ve/veya diğer bileşenler ile şeker ilave edilerek veya edilmeden, tekniğine göre gazlı olarak üretilen içecek olarak tanımlanmaktadır. Bu içeceklerin üretimi; karıştırma, gazlama, dolum, pastörizasyon, etiketleme, kasalama ve depolama olarak adlandırılan yedi aşamanın tamamlanması sonucu gerçekleşmektedir.
Türk Gıda Kodeksi Alkolsüz İçecekler Tebliği'ne göre meyveli ve meyve aromalı doğal mineralli gazlı içeceklerini kapsayan gazlı içecekler tüketime uygun olması için bazı şartlara uygun üretilmesi gerekmektedir. İlk olarak üretilen gazlı içecekler, tipine özgü tat, koku, renk ve görünüşte olmalıdır ve yabancı koku ve tat içermemelidir. Üretilen gazlı içeceğin üretim ortamından kaynaklı olarak içinde bulunma durumu olan bileşenlerden; etil alkol miktarının en çok 3,0 g/L, laktik asit miktarı en çok 0,6 g/L, uçucu asit miktarı en çok 0,4 g/L olması gerekir.
Bu tebliğe göre, gazlı içeceklerdeki karbondioksit miktarı en az 2 g/L ve meyveli doğal mineralli içeceklerde meyve oranı, gazlı olanlarda ağırlıkça en az %4 olmalıdır. Gazlı içeceklerin üretiminde kullanılan yardımcı bileşenlerden aroma maddeleri, "Türk Gıda Kodeksi Yönetmeliği"nin Gıda Aroma Maddeleri Bölümüne uygun; katkı maddeleri  25/8/2002 tarihli ve 24857 sayılı Resmî Gazete'de yayımlanan "Türk Gıda Kodeksi-Gıdalarda Kullanılan Renklendiriciler Tebliği", 21/9/2006 tarihli ve 26296 sayılı Resmî Gazete'de yayımlanan "Türk Gıda Kodeksi - Gıdalarda Kullanılan Tatlandırıcılar Tebliği" ile 22/12/2003 tarihli ve 25324 sayılı Resmî Gazete'de yayımlanan "Türk Gıda Kodeksi-Renklendiriciler ve Tatlandırıcılar Dışındaki Gıda Katkı Maddeleri Tebliği"ne uygun olmalıdır.
Bu çalışmada piyasadaki meyveli ve meyve aromalı doğal mineralli gazlı içecekler içerisinde bulunan düşük konsantrasyonları insan sağlığı için gerekli fakat yüksek konsantrasyonları metabolizmayı olumsuz etkileyebilen florür, nitrit, nitrat, sülfat,  sülfit, oksalat ve fosfat anyonlarının tayini için seçici, güvenilir ve hassas bir yöntem geliştirilmeye çalışılmıştır. Bu doğrultuda baskılayıcı ve iletkenlik dedektörü ile donanımlandırılmış, Dionex IonPac® AS20 analitik kolon (2x250 mm) ve Dionex IonPac® AG20 Guard (Koruma) kolonu (2x50 mm) bulunan Dionex marka iyon kromatografi cihazında gradient ve izokratik NaOH eluenti kullanılarak metot geliştirilmiştir.
1000 mg/L florür, nitrit, nitrat, sülfat, sülfit, oksalat ve fosfat standart çözeltileri kullanılarak bu anyonların karışımlarından oluşan kalibrasyon çözeltileri hazırlanmıştır. Bu standartların ölçümünden elde edilen kalibrasyon eğrilerinde lineer aralık florür, nitrit, nitrat, sülfat, sülfit, oksalat ve fosfat anyonları için sırasıyla 0,01-5,0 mg/L; 0,01-5,0 mg/L; 0,05-5,0 mg/L; 0,05-10,0 mg/L; 0,05-10,0 mg/L; 0,05-5,0 mg/L ve 0,03-5,0 mg/L konsantrasyonları aralığındadır ve tüm anyonların kalibrasyon grafiklerinde R2 olarak ifade edilen kolerasyon değeri ise 0,999 olarak elde edilmiştir. Tekrarlanabilirlik çalışmaları, incelenen meyveli ve meyve aromalı doğal mineralli gazlı içecek numunelerinin aynı gün içinde 3 tekrarla yapılan analizleri ile gerçekleştirilmiştir.
Sonuç olarak yapılan bu çalışmada örneğin hazırlanması oldukça kolay, ucuz ve basit rutin olarak gerçekleştirilen analizler için hızlı, hassas olarak yapılan ve güvenilir bir analiz yöntemi geliştirilmiştir.

Abstract:
Worldwide consumption of soft drinks that include sparkling and sparkling beverages, has grown significantly over the past decade. Some researches shows that the increasing population in the world, the desire of people to reduce the consumption of alcoholic beverages in order to maintain a healthier life, and accordingly, the demand for diversity in the non-alcoholic beverage product range from consumers and the increase in the temperature of the earth that gives rise to increase the need of water or mineral water with various aromas and flavor. According to the given parameters, this increase in non-alcoholic beverage consumption is predicted to be further multiplied.
In the 17th century, carbonated beverages and waters were produced by Europeans by imitating the sparkling waters that were obtained from popular and natural spring waters. First try is made in 1767 by adding carbon dioxide gas to the beverages. By the way, carbonated beverage that is in the non-alcoholic beverages category, was produced. Carbonated drinks which are soft drinks produced by combining main raw materials such as water or mineral water, carbon dioxide, sugar and auxiliary components such as antimicrobial components, acidity regulators, sweeteners, flavorings and colorants under production conditions that are suitable for the Turkish Food Codex Non-Alcoholic Beverages Communiqué. It is important that carbonated beverages, which are generally used by consumers to refresh, cool off, meet water needs and feel energetic, are produced in a way that does not risk human health. In this regard, the components used in the production of carbonated beverages must be high purity and food quality. According to the Turkish Food Codex, carbonated drinks are divided into different groups such as fruity, fruit flavored, cola and tonic. 
Fruity and fruit flavored natural mineral carbonated beverages made from mineral waters that contain minerals in low concentrations that is necessary for human health, are more preferred than other carbonated beverages, especially in summer. According to the Turkish Food Codex Communiqué of Non-Alcoholic Beverages, fruit flavored natural mineral carbonated beverages are described as carbonated beverages that is made of natural mineral water, flavoring substances and/or other ingredients and sugar or no sugar. Fruity natural mineral carbonated drinks are defined as carbonated beverages including fruit juice and/or fruit puree and/or fruit concentrate and/or fruit powder, natural mineral water and/or other ingredients with or without sugar. Production of these beverages is occurred with completion of seven stages that are called mixing, gassing, filling, pasteurization, labeling, casing and storage, respectively. 
According to the Turkish Food Codex Non-Alcoholic Beverages Communiqué, carbonated beverages including fruity and fruit flavored natural mineral carbonated beverages must be produced in accordance with certain conditions in order to be suitable for consumption. First of all, produced carbonated beverages should have a type-specific taste, odor, color and appearance, and should not contain any foreign odor or flavor. Ethyl alcohol, lactic acid and volatile acids are the components that can be found in carbonated beverages due to the production environment. The amount of ethyl alcohol should be at most 3.0 g/L, the amount of lactic acid should be at most 0.6 g/L, the amount of volatile acid should be at most 0.4 g/L. According to this communiqué, the amount of carbon dioxide in carbonated beverages should be at least 2 g/L and the ratio of fruit in fruity natural mineral carbonated beverages should be at least 4% by weight. Aroma substances that is one of the auxiliary components used in the production of carbonated beverages, are in compliance with the Food Flavoring Materials Section of the "Turkish Food Codex Regulation"; additives "Turkish Food Codex-Communiqué on Colorings Used in Foods" published in the Official Gazette dated 25/8/2002 and numbered 24857, "Turkish Food Codex Communiqué on Flavors Used in Foods" published in the Official Gazette dated 21/9/2006 and numbered 26296 "and" Turkish Food Codex - Communiqué on Food Additives Excluding Coloring and Sweeteners "published in the Official Gazette dated 22/12/2003 and numbered 25324. 
Fluoride, nitrite, nitrate, sulfate, sulfite, oxalate and phosphate anions are commonly present in most of carbonated beverages. The low concentrations of fluoride, nitrite, nitrate, sulfate, sulfite and phosphate anions are necessary for the body, but oxalate anions that are not needed. Besides, intake of high concentrations of all these seven anions into the body affects health negatively. Firstly, high concentrations of fluoride anion cause serious health problems such as tooth decay, osteoporosis and damage to kidney, bone, muscle, nerve and productive proportions. Secondly, excessive amounts of nitrate, nitrite anions and their metabolites in the body cause carcinogenic diseases such as methemoglobinemia, hypotension and hypertension, and gastric cancer. Thirdly, intake of high amounts of sulfate and sulfide anions causes to the loss of osmotic water, diarrhea with ulcerative colitis and asthma. Fourthly, excess amount of oxalate anion in the body can cause oxalate poisoning, kidney stone formation and even death. Lastly, high concentration of phosphate anion in the blood causes fatigue, shortness of breath, nausea, vomiting, sleep disturbance, hyperphosphatemia and anorexia in some individuals. Thinking of benefits and adverse effects these ions on human body, it is important to determine the amount of these ions in the beverages.
In this study, it was tried to develop a selective, reliable and sensitive method for the determination of fluoride, nitrite, nitrate, sulfate, sulfite, oxalate and phosphate anions. In order to this target, the method is developed using gradient and isocratic NaOH eluent in Dionex ion chromatography system that is equipped with a suppressor and conductivity detector, includes a Dionex IonPac® AS20 analytical column (2x250 mm) and a Dionex IonPac® AG20 Guard (2x50 mm) column.
Calibration solutions containing different concentration levels of mixtures of these anions were prepared using 1000 mg/L fluoride, nitrite, nitrate, sulfate, sulfite, oxalate and phosphate standard solutions. The linear range in the calibration curves obtained from the measurement of these standards is for fluoride, nitrite, nitrate, sulfate, sulfide, oxalate and phosphate anions, respectively; 0.01-5.0 mg/L; 0.01-5.0 mg/L; 0.05-5.0 mg/L; 0.05-10.0 mg/L; 0.05-10.0 mg/L; 0.05-5.0 mg/L and 0.03-5.0 mg/L and the correlation value expressed as R2 in the calibration graphs of all anions was obtained as 0.999. Fruity and fruit flavored natural mineral carbonated beverage samples have undergone some pre-treatment to make them suitable for analysis. After completing the analysis of calibration standards, fruity and fruit flavored natural mineral carbonated beverage samples were analyzed by ion chromatography system. The repeatability studies were carried out by analyzing the samples of fruity and fruit flavored natural mineral carbonated beverages in 3 repetitions in the same day. 
As a result of this study, a fast, precise and reliable analysis method was developed for the analysis that is very easy to prepare, cheap and simple routine analysis.