Gıdaların ışınlanmasında üç değişik ışınlama türü kullanılmaktadır. Bunlar; X ışınları, gama ışınları ve hızlandırılmış elektron demetleridir. Hızlandırılmış elektron demetleri (e-beam) ürüne doğrudan uygulanabilirken, X ışınları ve gama ışınları ürüne doğrudan uygulanamaz. X ve gama ışınları ambalajlama işleminden sonra ürüne uygulanır [10].
Polimerik malzemeler iyonlaştırıcı radyasyondan çok fazla etkilenirler. Gıda ışınlama işlemi, bakterilerin neden olduğu bulaşma ve filizlenme gibi istenmeyen durumları engellemede önemli ölçüde etkilidir. Meyve ve sebzelerin geciken büyüme ve olgunlaşmaları ile gıda hastalıklarının oluşumunu azaltmak amacıyla gıda yapısındaki zararlı hücreleri yok etmek ve enzim aktivitesini değiştirmek için radyasyon kullanılır [11].
Kullanım amacına bağlı olarak uygulanan gıda ışınlama dozu, birkaç kGy’den (örneğin; filizlenmenin engellenmesi için) onlarca kGy’e (örneğin; sterilizasyon) kadar çıkabilmektedir [12]. 1980 yılında FAO (Food and Agriculture Organization / Gıda ve Tarım Örgütü), IAEA (International Atomic Energy Agency / Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı) ve WHO (World Health Organization / Dünya Sağlık Örgütü) komiteleri tarafından bütün gıda maddeleri için ortalama 10 kGy güvenli doz miktarı olarak kabul edilmiştir [11]. Pek çok gıda maddesi ambalajlandıktan sonra radyasyona tâbi tutulduğundan ambalaj, gıda maddesi ve radyasyon arasındaki mümkün olabilecek etkileşimleri açıklamak için radyasyonun gıda ve ambalaj üzerine etkisi ayrı ayrı incelenmelidir. Işınlama sonrasında cam ambalajın renginin hafif kahverengiye
dönmesi ve plastik ambalajların işlevselliklerinin bozulması gibi istenmeyen etkilerin ortaya çıkabileceği dikkate alınmalıdır.
Yüksek dozlarda yapılan ışınlamanın plastik malzemelerin mikrobiyolojik bulaşmalara karşı etkisiz hale gelmesine neden olduğu ve bu nedenle bu tür ambalajların güvenilirliklerinin azaldığı belirlenmiştir. Buna ilave olarak, ışınlama sürecinde plastik malzemenin küçük parçalara ayrılarak gıda maddesine karışması ve bunun sonucunda gıda maddesinin kalitesinin bozulması da mümkün olabilmektedir [13]. Radyasyonun polimerin özelliklerini etkilediği bilinmektedir. Bunun bir sonucu olarak monomerin polimer zincirine aşılanması malzemenin yeni türlerinin oluşmasına neden olabilir. Ayrıca radyasyon; polimer bozunması, oligomer oluşumu ve sonradan meydana gelen çapraz bağlanmalara neden olabilmektedir. Bununla birlikte uygulamaya bağlı olarak, çapraz bağların bazılarının indüksiyonu malzemeye erime sıcaklığının yükselmesi ve pek çok çözücüye karşı direnç göstermesi gibi özellikler kazandırabilir.
Absorblanan doz miktarına bağlı olarak, radyasyonun polimerler üzerinde üç temel etkiye neden olduğu bilinmektedir [11];
1. Polimer zincirlerin, molekül ağırlığında artma ve/veya azalmaya bağlı olarak, yarılması
ve/veya çapraz bağlanması,
2. Kimyasal reaksiyonların oluşması, küçük uçucu ürünlere ve bunun sonucunda
ambalajlanmış gıdaların potansiyel kirleticileri olan organik radikallere öncülük etmesi,
3. Polimer zincirlerde doymamışlık derecesindeki değişiklikler gibi yapısal değişikliklerin
oluşması.
Aromatik polimerler fenil halkalarının hem molekül içi hem de moleküller arası koruyucu etki sağlamasından dolayı radyasyona karşı alifatik zincirlerden daha fazla dirençlidirler. Bu itibarla, değişik aromatik yapılar tarafından sağlanan radyasyon koruyuculuğunun farklı seviyelerinin incelenmesi oldukça ilgi çekicidir.
Gıdaların ambalajlanmasında kullanılan polimerler, çoğunlukla monomerler ve oligomerler, polimerizasyon prosesinden kalan artıklar ve değişik katkı maddeleri (antioksidanlar, plastikleştiriciler ve dengeleyiciler) gibi düşük molekül ağırlığına sahip bileşikler içerirler. Bileşiklerin molekül ağırlıklarının azalması hareket kabiliyetlerini artıracağından, gıda maddesine geçmeleri ve bu şekilde kirlenmeye neden olmaları mümkün olabilmektedir. Ayrıca, ışınlama prosesi sadece polimerik malzemenin kendisini etkilemekle kalmaz, katkı maddelerinin bozunmasına da neden olur ve bu şekilde oluşan yan ürünlerin gıdaya bulaşması söz konusu olabilir. Hızlandırılmış elektron demeti (e-beam) uygulamasında ambalaj ve gıda maddesi genellikle ayrı ayrı ışınlanır. Bu hem verimli bir sonuç verir hem de son yıllarda tüketici talebi bu yöndedir. Bazı ambalaj malzemeleri uygulanan radyasyonun belli miktarını absorblar, fazlasını da gıdaya aktarır [14].
Polimerlerde radyasyonun meydana getirdiği değişiklikleri tanımlamak ve ölçmek için radikallerin ve iyonik ara ürünlerin puls radyolizi, uçucu ürünlerin gaz kromatografisi ve kütle analizleri, ESR (Elektron Spin Rezonans), NMR (Nükleer Manyetik Rezonans) ve IR (İnfrared) spektroskopisi gibi bazı spektroskopik teknikler gibi çok sayıda deneysel yöntem kullanılmaktadır [11].
Işınlama ile sterilize edilecek gıdaların ambalajlanmasına uygun polimerler, minimum düzeyde ekstraktif içermeli, ışınlama sonrasında doğal özelliklerini korumalı ve/veya minimum miktarda radyolitik ürün oluşturmalıdır. Farklı türde polimerik malzeme ile ambalajlanmış gıdaların ışınlanmasında temel amaç, ışınlama işlemi ile mikroorganizmaların DNA’larına en yüksek
hasar verilirken, ambalaj malzemesinin fiziksel ve kimyasal özelliklerindeki hasarın en az seviyede tutulmasıdır.
Esnek ambalajlı gıdaların bozulmalarında en önemli iki etken mikroorganizmalar ve bozulmayı hızlandıran oksijendir. Bozulma, renk değişikliği ve hoş olmayan koku ile kendini gösterir. Radyasyonun gıda ambalajlamada kullanılan polimerlerde oksijen geçirgenliğini etkilediği bilinmektedir. Yapılan çalışmalarda AYPE’lerde oksijen geçirgenliği 25 kGy’in üzerindeki dozlarda önemli ölçüde artmaktadır. YYPE ve PET’lerde ise önemli bir artış tespit edilmemiştir. Polimerik ambalaj malzemesi ışınladığında oluşabilecek üç ana tip reaksiyon vardır [15];
1. Ambalaj malzemesinin bozulması,
2. Ambalaj malzemesinin çapraz bağlanması, 3. Oligomer oluşması.
Polimerlerin bozulmasıyla ana zincir parçalanabilir ve mekanik denge kaybolur. Bu tür polimerlere örnek olarak poliizobütilen, polimetakrilat ve polietilentetrafloroetilen verilebilir. Çapraz bağlanan polimerler radyasyona maruz kaldığında mekanik denge artar. Bu tür polimerlere ise örnek olarak polietilen, polipropilen, polistiren, polisiloksan ve polivinilklorür verilebilir.
Işınlanacak gıdalar için ambalaj malzemesi olarak cam da kullanılabilir fakat ışınlama sonrasında camın renginde sarımsı kahverengi bir değişim meydana gelir. Bu da ürünün satışa sunulmasında istenmeyen bir durum olabileceğinden önceden dikkate alınması gereken bir durumdur. Bir diğer ambalaj malzemesi olan kağıt, yüksek dozlarda yapılan ışınlama sonrasında selülozun zayıflaması nedeniyle kırılgan hale gelebilmektedir.
Plastik ambalaj malzemelerinde, polimer yapısından kaynaklanan gerginliğin sebep olduğu bozulmalar ambalajın içinde yağ ve yağ asitlerinin bulunması durumunda kendiliğinden ilerler. Işınlama sırasında plastik malzemelerin parçalanmaya karşı dirençleri azalacağından bu tür ambalaj malzemelerinin içine konulacak olan gıda maddeleri önce büyük miktarlarda ve uygun kaplarda ışınlanmalı, daha sonra plastik ambalajlara nakledilmelidir. Bu durumda ışınlama ile ambalajlama işlemleri arasında uzun süre geçmemesine dikkat edilmelidir [16].
Gıdalar için uygulanması gereken doz miktarı 10 kGy veya daha azdır. Kullanılmakta olan ambalaj malzemelerinin çoğu bu ışınlama dozu için uygundur. Uygulanacak doz miktarının 10 kGy’den büyük olması durumunda bu doz miktarına dayanıklı uygun ambalaj malzemesi seçilmelidir [16].
8.5.2. Işınlanacak Gıdalar İçin Uygun Nitelikte Ambalaj Malzemeleri
Bu bölümde, ışınlanacak gıdalar için uygun nitelikte ambalaj malzemesi seçilirken dikkat edilmesi gereken bazı temel kriterler sıralanmıştır.
Aşağıda sıralanan ambalaj malzemeleri için uygulanacak doz miktarı 10 kGy’den fazla olmamalıdır [8];
• Nitro selüloz veya viniliden klorür kaplanmış selofanlar,
• Camsı kağıt (glassine paper),
• Parafin kaplanmış kartonlar,
• Ağartılmamış sülfat bazlı kağıt hamurundan hazırlanan dayanıklı ambalaj kağıdı (kraft paper) (bu ambalaj malzemesi sadece un için kullanılır ve ışınlama dozu 500 Gy’den fazla olmamalıdır),
• Stiren polimerinden elde edilmiş polistiren filmler,
• Klorür içeriği ağırlıkça % 30-32 olan ve 2 saat süresince n-hekzan ile ekstraksiyon yapıldığında maksimum ekstrakt miktarı ağırlıkça % 2 olan kauçuk hidroklorür polimerinden elde edilmiş kauçuk hidroklorür filmler,
• Ağırlıkça en az % 70 viniliden klorür içeren viniliden klorür – vinil klorür kopolimerlerinden meydana gelen viniliden klorür-vinil klorür kopolimer filmler,
• Naylon 11.
Etilen-vinil asetat bazlı ambalaj malzemelerine uygulanacak radyasyonun dozu 30 kGy’i aşmamalıdır.
Aşağıda sıralanan ambalaj malzemeleri için uygulanacak doz miktarı 60 kGy’den fazla olmamalıdır;
• Bitkisel parşömenler,
• Temel polimerlerden hazırlanmış filmler (polietilen ve polietilen tetrafitalat filmler, naylon 6 filmler, ağırlıkça % 88.5-90 vinil klorür ve % 10-11.5 vinil asetat içeren ve viskozitesi 0.30 dan az olmayan vinil klorür-vinil asetat kopolimer filmler.
Işınlanacak et ürünleri ve balıkların ambalajlanmasında bakteri gelişimini engellemek için 0.025 mm kalınlığında filmler seçilmelidir. Yapılan çalışmalarda Nylon 11, poliolefin kaplı poliester, 0.165 mm ile 0.760 mm kalınlığında levha halindeki kağıt/aluminyum/polietilen ve polietilen filmler gibi esnek malzemelerin ışınlanacak et ürünleri ve balıkların ambalajlanmasında kullanılmasının uygun olduğu bulunmuştur. Yağ miktarı fazla olan bu tür gıdalarda kokma ve ekşimeyi önlemek için vakumlu ambalajlar kullanılmalıdır [17].
Ambalajlanmış et ve balık ürünlerinin ışınlama işlemi, ambalajın üretiminde kullanılan polimerin kimyasal yapısına ve bileşimine, plastik malzemenin niteliğine bağlı olarak değişmektedir. Işınlama, ambalajlamada kullanılan malzemenin geçirgenliğine genel olarak etki etmez. Ambalaj malzemesinin ışınlanması sırasında radyoliz ürünleri olarak hidrokarbonlar, alkoller, ketonlar, karboksilik asitler, CO2 ve CO gibi gazlar oluşur. Yağlı gıdalarla ambalaj malzemesi etkileşime girdiğinde, ambalaj malzemesinin bileşiminin değişmesinden ve bu nedenle ambalajın bozulmasından dolayı istenmeyen bir koku ortaya çıkabilir. Bazı durumlarda ışınlamanın bu etkileşimi artırabileceği dikkate alınmalıdır.
8.5.3. Işınlama Onaylı Ambalaj Malzemeleri
Patates ve soğanlarda filizlenmenin engellenmesi, tahıllarda böceklenmenin önlenmesi ve meyvelerde olgunlaşmanın geciktirilmesi gibi durumlar haricinde ışınlama genellikle ambalajlanmış gıdalara uygulanır [18].
Çeşitli polimerik ambalaj malzemeleri, yapısal koruma sağlamanın yanında gaz geçirgenliğine karşı da dayanıklıdır. Bu iki özellik modern ambalajlama sistemlerinde artan bir öneme sahiptir [19].
Radyasyon; polimerin kimyasal yapısına, kullanılan katkı maddelerine ve absorblanan doz, ışınlama ortamı, ışınlama hızı gibi özel ışınlama şartlarına bağlı olarak polimerde değişikliklere neden olur [20]. İyonlaştırıcı radyasyonun neden olduğu başlıca kimyasal değişiklikler; bozunma, polimerik zincirlerin kendiliğinden ayrılması veya çapraz bağlanması ve bunların sonucunda fiziksel özelliklerinde meydana gelen değişiklikler, gazların ve düşük molekül ağırlıklı radyoliz ürünlerinin
oluşması olarak sıralanabilir [21]. PVC (polivinilklorür) gibi bazı klorlü polimerler ışınlama sırasında oluşturdukları hidrojen klorür nedeniyle gıda maddelerinin bozulmasına sebep olduklarından uygun olmayan ambalaj malzemeleri olarak değerlendirilirler [19]. Esnek ambalaj malzemeleri ile radyasyon arasındaki etkileşim sonucunda, polimerlerin karbon zincirlerindeki ayrılmaların bir sonucu olarak, radyolitik bileşikler oluşur [22].
Çoğu polimer, radyasyon uygulamaları için kararlıdır fakat ışınlama sonucunda bazı kimyasal değişiklikler meydana gelebilir. Polistiren (PS) ve polietilentetrafitalat (PET) radyasyonun nüfuz etme enerjisini absorblayan ve yok eden aromatik gruplara sahip olmaları nedeniyle ışınlandıklarında kararlıdırlar [12]. Polietilen filmin bozunması uygulanan doz hızına bağlıdır. Hızlandırılmış elektronlarla değişik dozlarda polietilen film ışınlandığında, doz hızı azaldığında karboksilik asitlerin oluşumu artar. Bunun sonucunda ambalaj içindeki gıda maddesi ışınlanırken ambalajın bozunması engellenmiş olur [23].