Geri Dön

Development and validation of a ph sensitive colorimetric sensing label for monitoring fish freshness

Balık tazeliğinin izlenmesi için ph duyarlı kolorimetrik akıllı etiket geliştirilmesi ve validasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 844966
  2. Yazar: AMAL SAMIR LUTFI ALOBAIDI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ZEHRA AYHAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sakarya Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 94

Özet

Tüketicilerin gıda kalitesinin önemi konusundaki farkındalıklarının artmasıyla birlikte, artan tüketici ihtiyaçlarını karşılamak için yeni ambalaj teknolojileri ortaya çıkmıştır. Akıllı ambalaj, tüketicilerin gıda ürünlerinin kalitesini gerçek zamanlı olarak izlemelerine olanak tanıyan bir ambalaj teknolojisidir. Akıllı ambalajın temel bileşeni, ürünün depolama süresi boyunca mikrobiyal veya kimyasal bozulmasına bağlı olarak belirli metabolitlere tepki veren pH'a duyarlı ve renk değiştiren bir boyadır. Bu sayede, hedef metabolitin birikmesi durumunda akıllı etiketin rengi değişerek tüketicilere gıda ürününün tüketilmemesi gerektiği konusunda bilgi verir. Bu umut verici teknoloji, tüketicilerin memnuniyetini artırmanın ötesinde, aynı zamanda gıda israfını genel olarak azaltarak ekonomik kayıpları en aza indirgeyecek ve kaynakların korunmasına katkı sağlayacaktır. Gıda kalitesinin gerçek zamanlı takibi, son kullanma tarihini izleme ihtiyacını ortadan kaldırarak, herhangi bir gıda ürününün bozulma aşamasına gelmeden veya tüketilmeden önce israf edilmesini önleme kapasitesine sahiptir. Ancak, bu teknoloji henüz yeni olduğu için çok sayıda araştırma bulunsa da gerçek gıda sistemlerinde ve tedarik zincirlerinde uygulanması hala sınırlıdır. Ancak bu teknolojinin uygulamada önümüzdeki yıllarda artacağı tahmin edilmektedir. Bu tez çalışmasında, balık ambalajında kullanılabilecek akıllı bir etiketin tasarlanması, geliştirilmesi, simülasyon ve validasyon çalışmalarının gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Geliştirilen etiketler üç katmanlı olarak tasarlanmıştır. İlk katman, pH'a duyarlı bir boya ve bir bağlayıcıdan oluşan bir renk değişim katmanıdır. İkinci katman, dış atmosferdeki nemin etiketle temasını önlemek için hidrofobik özelliklere sahip bir dış üst katmandır. Üçüncü katman ise nem ve diğer metabolitlerin renk değişim katmanına ulaşmasına izin veren bir alt katmandır. Renk değişim katmanı için pH'a duyarlı bir boya olan bromotimol mavisi (BTB), bağlayıcı olarak metil selüloz (MC) ve selüloz asetat (CA) kullanılmıştır. Dış katman için polietilen tereftalat (PET) film, iç katman için ise polietilen (PE) kullanılmıştır. İki farklı boya çözeltisi hazırlanmıştır: Birincisi, bromotimol mavisi ve metil selüloz içeren bir su bazlı çözelti iken, diğeri bromotimol mavisi ve selüloz asetat içeren bir solvent bazlı çözeltidir. Bozulma metabolitlerinden CO2 ve toplam uçucu bazik aminlere (TVB-N'ler)) duyarlı etiketler üretmek amacıyla, hazırlanan boya solüsyonlarının pH değerleri HCl veya NaOH kullanılarak ayarlanmıştır. TVB-N'ye duyarlı etiketler için HCl, CO2'ye duyarlı etiketler için ise NaOH kullanılmıştır. Hazırlanan dört farklı boya çözeltisi (HCl veya NaOH içeren MC bazlı ve HCl veya NaOH içeren CA bazlı) PET film üzerine dairesel şekillerde dökülmüş ve MC bazlı etiketler 40°C'de bir gece boyunca, CA bazlı etiketler ise oda sıcaklığında kurutulmuştur. Sonrasında etiketler kesilmiş (2x2 cm) ve PE film ile lamine edilmiştir. Etiketler iki farklı gruba ayrılmıştır: CO2 metabolitine duyarlı etiketler (BTB-MC-NaOH ve BTB-CA-NaOH) ve TVB-N metabolitine duyarlı etiketler (BTB-MC-HCl ve BTB-CA-HCl). Bu doğrultuda, iki ayrı simülasyon çalışması gerçekleştirilmiştir:İlk olarak, farklı CO2 konsantrasyonlarını (%0, %5, %10, %15, %20, %25 ve %30) içeren CO2 simülasyonu; ikinci olarak ise TVB-N metabolitini temsil etmek amacıyla farklı konsantrasyonlarda trimetil amin (TMA) içeren simülasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. CO2 simülasyonu için CO2'ye duyarlı akıllı etiketler polietilen/poliamid (PE/PA) torbalarına yerleştirilmiş ve modifiye atmosfer paketleme (MAP) makinesi kullanılarak belirlenen konsantrasyonlardaki CO2 gazı torbalara enjekte edilmiştir. TVB-N simülasyonu için ise TVB-N duyarlı etiketleri içeren PE/PA torbalara farklı TMA çözeltilerini içeren kapaklı şişeler yerleştirilmiş, ardından paket ortamına N2 gazı enjekte edildikten sonra şişelerin kapakları açılmıştır. Her iki grup da 4°C'de 10 gün boyunca depolanmış ve her 2 günde bir kolorimetre yardımıyla L*, a*, b* değerleri ölçülerek renk değişimi belirlenmiş ve toplam renk değişimi (ΔE) değeri hesaplanmıştır. Validasyon çalışmasında ise Atlantik palamut (Sarda sarda) balığı, akıllı etiketlerin (BTB-MC-NaOH, BTB-CA-NaOH, BTB-MC-HCl ve BTB-CA-HCl) tamamını içeren PE/PA paketlere yerleştirilerek, akıllı etiketlerin gerçek bir gıda sisteminde doğrulanması için kullanılmıştır. Balık ambalajları, genellikle endüstriyel balık ambalajlarında kullanılan iki farklı MAP bileşimi olan 100% N2 ve %70 N2 %30 CO2 ile gerçekleştirilmiştir. MAP uygulanan ambalajlar 4°C'de 10 gün boyunca depolanmıştır. Etiketlerin toplam renk değişiminin yanı sıra, balık kalitesi tepe boşluğu gaz konsantrasyonu, toplam mezofilik aerobik bakteri, Pseudomonas spp., pH, TVB-N, TMA konsantrasyonu ve duyusal değerlendirme ile izlenmiştir. CO2 simülasyonu çalışmasında, BTB-MC-NaOH etiketleri %15 CO2 konsantrasyonunda maviden yeşile dönerken, BTB-CA-NaOH etiketleri %25 CO2 konsantrasyonunda yeşilden sarıya dönüşmüştür. Her iki etiketteki renk değişimi 24 saat içinde çıplak gözle tespit edilebilmiş ve depolama süresi boyunca renk değişimi sabit kalmıştır. TMA simülasyonunda, BTB-MC-HCl ve BTB-CA-HCl etiketleri %15 TMA seviyesinde tamamen renk değiştirmiştir (BTB-MC-HCl sarıdan laciverte ve BTB-CA-HCl sarıdan yeşile). CO2'ye duyarlı etiketlerde olduğu gibi, renk değişimi 24 saat içinde çıplak gözle tespit edilmiş ve depolama süresince değişmeden kalmıştır. TVB-N'ye duyarlı etiketlerin renk değiştirme aralığı aynı zamanda balığın bozulma konsantrasyonlarında gözlemlendiği için TVB-N'ye duyarlı etiketler, balığın tazelik kaybını belirleme potansiyeli açısından umut vadedicidir. Gıda validasyon denemesinde, tepe boşluğu gaz bileşimi (CO2 ve O2 konsantrasyonları) depolama süresince önemli ölçüde değişmemiştir (p0.05). MAP uygulanan balık ambalajlarının tepe boşluğundaki TMA konsantrasyonu depolama süresince kademeli artış göstermiştir (p0,05) ve sabit kalmıştır %100 N2 içeren grupta depolama süresince ambalajlardaki CO2 seviyesi %0-5 aralığında kaldığı için CO2'ye duyarlı etiketlerde (BTB-MC-NaOH ve BTB-CA-NaOH) gözle görülebilir bir değişim ortaya çıkmamıştır. Bu etiketlerin toplam renk değişim değerlerinde (ΔE) her iki etiket için de depolama süresince anlamlı bir değişiklik tespit edilmemiştir (p>0.05). Her iki gruptaki sonuçlar, CO2 simülasyon sonuçlarının doğrulaması olarak kabul edilebilir. TVB-N'ye duyarlı etiketlerde (BTB-MC-HCl ve BTB-CA-HCl) her iki MAP grubunda da depolama süresince herhangi bir renk değişimi tespit edilmemiştir. Bu etiketlerin toplam renk değişim değerleri (ΔE) depolama süresince aynı grup içinde veya farklı gruplar arasında anlamlı bir farklılık göstermemiştir (p>0.05). TMA simülasyonunda, TMA seviyesi 10 ppm'e ulaştığında, TVB-N'e duyarlı her iki etikette de (BTB-MC-HCl ve BTB-CA-HCl) renk değişimi izlenmiştir. Ancak, her iki MAP grubu için elde edilen TMA değerleri 6 ppm'i aşmadığı için simülasyon sonuçları ile paralellik içindedir. Sonuç olarak, bu araştırmada elde edilen bulgulara göre, üretilen akıllı etiketlerin kullanılan bağlayıcıya bakılmaksızın simüle edilmiş koşullar altında bozulma metabolitlerinin (CO2 ve TMA) farklı konsantrasyonlarını başarılı bir şekilde izleyebildiğini göstermektedir. Ancak balıklar genellikle oksijensiz MAP ile paketlendiğinden atmosferik koşullar altında paketlenen balıklardan farklı bir bozulma mekanizmasına sahiptir. Dolayısıyla bu etiketler, MAP koşulları altında balığın tazeliğini uygun şekilde izlemek için uygun değildir; bu durum, akıllı etiketler için doğrulama çalışması yapılırken sıklıkla göz ardı edilen bir faktördür.

Özet (Çeviri)

With the increasing consumers' awareness of the importance of food quality, new packaging technologies emerged to cater to their needs. Intelligent packaging is a packaging technology that allows consumers to observe -in real-time- the quality of food products. The main component of intelligent packaging is a pH-sensitive, color-changing dye that responds to certain metabolites produced during the storage period, due to either microbial or chemical deterioration of the product. Thus, upon accumulation of a certain amount of the target metabolite, the color of the intelligent label changes, informing the consumers that the food product is not edible. This promising technology is not only expected to have a huge impact on the consumers' satisfaction, but it will also contribute to an overall reduction in food waste, which will lead to decreasing both economic loss and preserving resources. Real-time quality observation will eliminate the need to keep track of the best-before date, which means that no food product will be disposed of before actually reaching the spoilage threshold. Even though lots of research related to intelligent packaging is present, the implementation of this technology in real food systems and supply chains is still limited. However, in the coming years the application of intelligent packaging is expected to increase tremendously. In this thesis, the aim was to fabricate and validate an intelligent label intended to be used in fish packaging. The labels produced have a three-layer structure: a color-changing layer that consists of a pH-sensitive dye and a binder, upper layer with hydrophobic properties to prevent moisture from the outer atmosphere entering the label, and lower layer that allows moisture and other metabolites to reach the color-changing layer. For the color-changing layer, bromothymol blue (BTB) was used as the pH-sensitive dye, while both methyl cellulose (MC) and cellulose acetate (CA) were used as binders. For the outer layer, polyethylene terephthalate (PET) film and for the inner layer polyethylene (PE) were used. Two dye solutions were prepared: bromothymol blue and methyl cellulose (water base), and bromothymol blue and cellulose acetate (solvent based). To produce labels sensitive to different metabolites (i.e., CO2 & total volatile basic amines (TVB-Ns)), either HCl or NaOH were added to decrease or increase the initial pH of the labels according to the target metabolite (HCl for TVB-N sensitive labels and NaOH for CO2 sensitive labels). The four different solutions (MC-based with either HCl or NaOH, and CA-based with either HCl or NaOH) were cast in circular shapes over the PET film and dried at 40°C overnight for the MC-based labels, and at room temperature for the CA-based labels. The labels were then cut and laminated with PE polymer. The labels were divided into two groups: CO2 sensitive labels (BTB-MC-NaOH and BTB-CA-NaOH) and TVB-N sensitive labels (BTB-MC-HCl and BTB-CA-HCl). Accordingly, two different simulations were conducted: CO2 simulation with CO2 concentrations of 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, and 30%, and trimethyl amine (TMA) as a representative of TVB-Ns, with concentrations of 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, and 30%. The CO2 was flushed into polyethylene/polyamide (PE/PA) packages containing the CO2 sensitive intelligent labels using a modified atmospheric packaging (MAP) machine. The packages containing the TVB-N sensitive intelligent labels TMA solutions of different concentrations were placed in closed vials that were reopened after flushing the packages with N2 gas prevent the interference of other gases. The two groups were then stored at 4°C for 10 days and the color change was observed and measured using a portable colorimeter every 2 storage days to determine the total color change (ΔE) by measuring L*, a*, b* values. To validate the intelligent labels in a real food system, atlantic bonito (Sarda sarda) fish was used. The fish were placed in PE/PA packages containing all four intelligent labels (BTB-MC-NaOH, BTB-CA-NaOH, BTB-MC-HCl and BTB-CA-HCl). To further imitate the commercially available fish packaging, two different MAP compositions usually used in fish packaging were used: 100% N2 and 70% N2 30% CO2. The packages were then stored at 4°C for 10 days. In addition to monitoring the total color change of the labels, quality of fish was monitored by measuring headspace gas composition, total mesophilic aerobic bacteria, Pseudomonas spp., pH, TVB-N, TMA concentration using gas chromatography (GC), and sensory evaluation. In CO2 simulation, BTB-MC-NaOH labels changed from blue to green at 15% CO2, while BTB-CA-NaOH labels changed from green to yellow at 25% CO2. The color change in both labels was visible to the naked eye within 24 hours and stayed constant through the storage period. For the TMA simulation, BTB-MC-HCl and BTB-CA-HCl labels changed color completely at 15% TMA (BTB-MC-HCl from yellow to navy and BTB-CA-HCl from yellow to green). For the CO2 sensitive labels, the color change was also visible to the naked eye within 24 hours and stayed constant through the storage period. These results were promising since the color-changing range of the TVB-N sensitive labels is also considered the spoilage threshold of fish. In the food validation trial, the headspace gas composition (CO2 and O2 concentrations) did not change significantly during the storage period (p0.05). As part of the TVB-Ns, the TMA concentration in the headspace also showed a similar gradual increase over the storage period (p0.05) in both labels during the storage period (10 days at 4 °C). In 100% N2 group, the CO2 sensitive labels (BTB-MC-NaOH and BTB-CA-NaOH) did not change color, since the CO2 level in the packages stayed in the range 0-5% during the storage period. The total color change values (ΔE) of these labels stayed almost constant for both labels with no significant difference throughout the storage period (p>0.05). The results in both groups can be considered a further validation of the CO2 simulation results. TVB-N sensitive labels (BTB-MC-HCl and BTB-CA-HCl) did not show any color change during the storage period of fish in both MAP groups. The total color change values (ΔE) of these labels showed no significant differences, whether within the same group during the storage period or within the two different groups within the storage period (p>0.05). In the TMA simulation, the color change in both TVB-N sensitive labels (BTB-MC-HCl and BTB-CA-HCl) changed color when the TMA level reached 10 ppm. Since the TMA values obtained for both MAP groups did not exceed 6 ppm, the result is in parallel with the TMA simulation results. In conclusion, the results of this research show that the fabricated intelligent labels -regardless of the binder used- could successfully monitor the different concentrations of spoilage metabolites (i.e., CO2 and TMA) under simulated conditions. However, since fish is usually packaged under MAP (usually without oxygen in the MAP gas compositions), it has a different spoilage mechanism than fish packaged under atmospheric conditions. Hence, these labels are not suitable to appropriately monitor the freshness of fish under MAP conditions, which is a factor often dismissed when conducting a validation experiment for intelligent labels.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    823218

    Tavuk etinde tazeliği izlemek için gerçek zamanlı-pH duyarlı kolorimetrik akıllı indikatör geliştirilmesi

    Development of real time-pH-sensitive colorimetric intelligent indicator to monitor chicken meat freshness

    İREM MELDA KARACA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Gıda MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZEHRA AYHAN

  2. Tez No

    925608

    AI-augmented validation of in-home male fertility test

    Yapay zeka destekli evde erkek doğurganlık test kiti doğrulaması

    OLGAÇ ÖZARSLAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKoç Üniversitesi

    Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SAVAŞ TAŞOĞLU

  3. Tez No

    709867

    Naftokinon tabanlı iyon sensörlerin geliştirilmesi

    Development of ion sensors based on naphthoquinone

    ZELİHA MERMER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL YILMAZ

  4. Tez No

    642102

    Method development and optimization for nucleic acid detection platforms

    Nükleik asit tespit platformları için yöntem geliştirilmesi ve iyileştirilmesi

    SÜMEYRA VURAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    BiyomühendislikSabancı Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MELTEM ELİTAŞ

  5. Tez No

    937980

    Kabozantinib ve ilgili bileşiklerinin aktif ilaç etken maddesinde tayini için stabilite göstergeli analitik yöntem geliştirmesi ve validasyonu

    Development and validation of a stability-indicating analytical method for the determination of cabozantinib and related compounds in active pharmaceutical ingredients

    ÇAĞAN AĞTAŞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Kimyaİstanbul Üniversitesi

    Analitik Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. PELİN KÖSEOĞLU YILMAZ

    DOÇ. DR. ESEN BELLUR ATİCİ

Geri Dön