İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ GIDA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GIDA AMBALAJLARININ FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ GID 332E GIDA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY RAPORU Grup 4 - Sabah 060210729 HİLAL YILMAZ 060190009 SİMAY KULELİ 060190041 BEYZANUR DOST 060190030 EMİR SEVİMAY 060200802 AYŞE REYHAN BALTAŞ 060190037 METE VURAL 22.04.2023 Sorumlu Asistan : Dr. Ayşe Saygün 1. ÖZET Ambalajın en önemli işlevlerinden biri, gıdanın kalitesinin korunması için dış çevre ile gıda arasında koruyucu bir bariyer oluşturmaktır. Deneyin amacı, ambalaj materyalinin su buharı geçirgenliğini hesaplamaktır. Bunun için, ASTM (American Society for Testing and Materials) E96 su buharı geçirgenlik test standartındaki gravimetrik yöntem kullanılmaktadır. Ambalaj malzemesi ile kaplanıp sızdırmaması için sıkıştırılan cam kaptaki su, oda sıcaklığında 2 gün boyunca bekletilmiştir. Deney başlangıcında (0.gün), 1.gün ve 2.gün numunenin tartımları alınmıştır. Elde edilen veriler ile zamana bağlı ağırlık eğrisi çizilmiş, su buharı geçirgenliği ve ambalaj materyalinin geçirgenlik sabiti hesaplanmıştır. 2. GİRİŞ Gıda endüstrisinde ambalaj, ürünün tüketiciye duyusal özellikleri ve kalitesi bozulmadan güvenilir bir şekilde ulaştırılmasını ve hedef kitleye tanıtılmasını amaçlar. Ambalajlamada cam, plastik, alüminyum levha ve folyo, karton ve kağıt gibi materyaller kullanılmaktadır. 2.1 Ambalajların Özellikleri Ambalajların ısıya karşı dayanıklılıkları, kesme kuvveti, molekül ağırlığı ve yapısı, sıcaklık ve süre parametrelerine bağlıdır. Materyallerin ısıl profilleri termogravimetri analizi (TGA), derivatif termogravimetri ve diferansiyel tarama kalorimetre (DSC) ile belirlenmektedir (Jafarzadeh & Jafari, 2021). Ambalaj materyali ve gıda bileşenleri arasındaki etkileşim sonucu gerçekleşen difüzyona migrasyon denilmektedir. Yağ ile plastiklerin etkileşimi plastiğin mobilitesini artırarak migrasyona neden olur. Gıdaların çözünürlüğünün yüksek olması da migrasyonu artıran etkenlerdendir (Arvanitoyannis ve ark., 2004). Ambalajların mekanik dayanımı belirlenmesinde en önemli parametreler gerilme direnci, kopma noktasındaki birim uzama ve Young modülüdür (Shah ve ark., 2023). Sıcaklıkla birlikte ambalaj materyalleri farklı özellikler gösterebilir. Örneğin polimerler Tg (camsı geçiş) sıcaklığının altında cam gibi sert ve kırılganken, Tg üzerinde ise esnek, ve zor kırılır bir yapıya geçer. Sıcaklık arttıkça gaz geçirgenliği artar. 2.2 Birden Fazla Katmanı Olan Ambalajların Geçirgenliği Birden fazla katmanı olan ambalajların geçirgenliğini bulmak için ilk olarak katmanların geçirgenliği ayrı ayrı hesaplanır. TR= q / A.t.Δp P= q.L / A.t.Δp= TR. L P= Geçirgenlik L= Kalınlık TR= Geçirgenlik sabiti q= Birim zamanda geçen madde miktarı A= Ambalajın yüzey alanı (m2) t= Süre (saat) Materyalin geçirgenliğini bulmak için aşağıdaki eşitlik kullanılır. 2.3 Su Aktivitesi Su aktivitesi gıdadaki serbest su miktarını ifade eder. Suyun gıdaya yapısal ve kimyasal olarak ne kadar sıkı bağlandığını gösterir. Mikrobiyolojik faaliyetlerin gerçekleşebilmesi için gıdalardaki suyun kullanılabilme durumunu belirler. Gıdalarda bozulma yapan bakterilerin faaliyet gösterdikleri minimum su aktivitesi değeri 0.90’dır. Bu değer 0.90’ın altına düştüğünde faaliyet gösteremezler. Bozulma yapan mayalar için ise minimum su aktivitesi değeri 0.88’dir. 3. MATERYAL VE METOT 3.1 Materyal Kağıt ambalaj malzemesi Desikatör NaCl çözeltisi 3.2 Metot İçerisinde su olan cam kap ambalaj malzemesiyle kaplanıp sıkıştırılır. Tartım alınır. İçerisinde NaCl çözeltisi bulunan desikatöre konur. İlk gün ve ikinci gün tekrar tartım yapılır. 4.BULGULAR VE TARTIŞMA 4.1 Bulgular Ambalaj materyallerinin su buharı geçirgenliği, ASTM (American Society for Testing and Materials) E96 su buharı geçirgenlik test standardındaki gravimetrik yöntem ile belirlenmektedir. Desikatöre yerleştirilen cam kabın 24 saat arayla yapılan tartımları aşağıdaki tabloda verilmiştir. Tablo 4.1.1 Su kabının zamana bağlı ağırlık kaybı Zaman (saat) Ağırlık (g) Ağırlık Kaybı (g) 0 208,2 - 24 207,5 0,7 48 206,9 0,6 Deneyde elde edilen verilerle zamana bağlı ağırlık kaybı grafiği çizilmiştir Tablo 4.1.2 Zamana bağlı ağırlık kaybı grafiği Su buharı geçirgenliği (WVT) şu şekilde hesaplanır; G/t= 0,0125 r = 3,9 x 10-3 m A= πr2= 4,77 x 10-5 WVT= G/ (t.A) = 262,05 g/saat*m-2 Geçirgenlik sabitini hesaplayabilmek için 20⁰C’de S değeri literatürden 17,52 mmHg olarak alınmıştır (Wark, 1989). R1=1 R2=0 Geçirgenlik sabiti= 𝑊𝑉𝑇/ Δ𝑃=𝑊𝑉𝑇/𝑆∙(𝑅1−𝑅2)= 262,05/ 17,52= 14, 95 4.2 Tartışma Tablo 4.2.1 Farklı formülasyonlarla kuşe kartonun kaplama ağırlığı (CW), kalınlığı, gramajı, su emme kapasitesi (Abs), su buharı geçirme oranı (WVTR) ve yağ direnci (Santos ve ark., 2022) Yukarıdaki tabloda, WVTR değerleri ile hesaplanan sonuçların farklı olduğu görülmüştür. Bu farklılık sıcaklık ve nem koşullarının farklı olmasından, kullanılan ambalaj materyalinin birebir aynı olmaması ve ölçüm sayısından kaynaklanabilir. 5. SONUÇ Deneyde kağıt ambalaj materyalinin su buharı geçirgenliğini bulmak amaçlanmıştır. Numunenin 2 günlük ağırlık değişimi gözlemlenmiştir. Bu değişime dayanarak hesaplamalar sonucunda WVT değeri 262,05 g/saat*m-2, geçirgenlik sabiti 14, 95 g/saat*m2*mmHg olarak bulunmuştur. Bulunan WVT değeri literatüre göre daha düşüktür (Hult ve ark., 2013). Daha güvenilir sonuçlar elde edebilmek için, tartımlar arttırılmalıdır. KAYNAKLAR Arvanitoyannis, I. S., & Bosnea, L. (2004). Migration of substances from food packaging materials to foods. Critical reviews in food science and nutrition, 44(2), 63-76. Gaikwad, K. K. (2015). Water vapour permeability of packaging materials (LDPE) and fabricated package systems. East Lansing: MS: Packaging, School of Packaging Michigan State University Hult, E. L., Ropponen, J., Poppius-Levlin, K., Ohra-Aho, T., & Tamminen, T. (2013). Enhancing the barrier properties of paper board by a novel lignin coating. Industrial crops and products, 50, 694-700. Shah, Y. A., Bhatia, S., Al-Harrasi, A., Afzaal, M., Saeed, F., Anwer, M. K., ... & Faisal, Z. (2023). Mechanical Properties of Protein-Based Food Packaging Materials. Polymers, 15(7), 1724. Jafarzadeh, S., & Jafari, S. M. (2021). Impact of metal nanoparticles on the mechanical, barrier, optical and thermal properties of biodegradable food packaging materials. Critical reviews in food science and nutrition, 61(16), 2640-2658. Wark, K. (1989). Thermodynamics. New York: McGraw-Hill. .
