Ürünlerin Raf Ömrünü Uzatacak Yeni Bir Teknoloji Geliştirildi

Araştırmacılar, taze kesilmiş mahsullere melatonin enjekte etmek ve bozulmayı geciktirmek için mikroiğneler kullandı…

Gıda israfının azaltılmasına yönelik bir zorluk olarak, hasat sonrası meyve ve sebzelerin bozulması yaygın bir endişe kaynağıdır ve tüketici düzeyinde suçluluk duygusuna yol açmaktadır. Bu sorunu ele almak için, Massachusetts Institute of Technology (MIT) ve Singapur-MIT Araştırma ve Teknoloji İttifakı’ndan (SMART) araştırmacılar, hasat edilmiş bitkilere biyolojik olarak parçalanabilir mikroiğneler aracılığıyla melatonin uygulaması yoluyla raf ömrünü uzatma potansiyeline sahip yenilikçi bir yaklaşım geliştirmişlerdir.

“A new technology for extending the shelf life of produce” by Zach Winn | MIT News

Bu gelişme, küresel gıda israfı sorununun boyutları göz önüne alındığında önemli bir ilerleme teşkil etmektedir. Sadece tüketici düzeyindeki kayıpların ötesinde, hasat sonrası gıda kaybı dünya genelinde üretilen gıdanın %30'unu aşmakta ve bu miktar 1 milyardan fazla insanın besin ihtiyacını karşılayabilecek potansiyele denk gelmektedir. Mevcut en yaygın koruma yöntemi olan soğutma, enerji yoğun bir süreç olup, dünya üzerindeki pek çok bölgenin ekonomik ve altyapısal kısıtlamaları nedeniyle uygulanabilirliği sınırlıdır.

Araştırmacılar, geliştirdikleri bu sistemin, hasat sonrası gıda muhafazasında yaygın olarak kullanılan soğutmaya alternatif veya onu tamamlayıcı bir çözüm sunabileceği öngörüsünde bulunmaktadırlar. Bu yaklaşımın temelini, ipek bazlı mikroiğne parçacıkları oluşturmaktadır. Bu mikroiğneler, bitkilerin dış yüzeyindeki dayanıklı ve mumlu tabakayı, bitkilerde stres tepkisine yol açmaksızın geçebilme ve bitkinin iç dokularına kontrollü miktarlarda melatonin salgılama yeteneğine sahiptir.

Çalışmanın kıdemli yazarı, MIT İnşaat ve Çevre Mühendisliği Doçenti ve MIT İklim Projesi Wild Cards misyon direktörü Benedetto Marelli, bu gelişmeyi şu sözlerle değerlendiriyor: ‘Bu, taze kesilmiş ürünlerin raf ömrünü uzatmak amacıyla bu mikroiğnelerin ilk kez uygulandığı çalışmadır. Bu teknolojiyi kullanarak, bitkinin hasat sonrası fizyolojisini düzenleyebilecek veya kontrol edebilecek bir yöntem sunabileceğimizi düşündük. Nihayetinde hormonları inceledik ve melatoninin bitkiler tarafından bu tür fizyolojik süreçleri düzenlemek için zaten kullanıldığını tespit ettik. Küresel ölçekte israf ettiğimiz gıda miktarı yaklaşık 1,6 milyar insanın besin ihtiyacını karşılayabilecek düzeydedir. Amerika Birleşik Devletleri’nde dahi bu yaklaşım, gelecekte sağlıklı gıdaya erişimi artırma potansiyeli taşımaktadır.’

Bugün Nano Letters dergisinde yayımlanan araştırmada, Marelli ve SMART’tan araştırmacılar, melatonin içeren mikroiğnelerin minyatür parçalarını yapraklı bir sebze olan pak choy’un tabanına uygulamışlardır. Deneyler sonucunda, bu uygulamanın sebzelerin raf ömrünü oda sıcaklığında dört gün, kontrollü soğuk ortamda (buzdolabında) ise on gün süreyle anlamlı bir şekilde uzatabildiği gözlemlenmiştir. Bu bulgu, daha fazla ürünün bozulmadan tüketicilere ulaştırılması ve gıda israfının azaltılması açısından önemli bir potansiyele işaret etmektedir.

Çalışmanın eş kıdemli yazarı ve Singapur’daki Temasek Yaşam Bilimleri Laboratuvarı’nda kıdemli baş araştırmacı olan Sarojam Rajani, hasat sonrası gıda kaybının küresel bir sorun olduğuna dikkat çekerek, ‘Hasat sonrası atık, özellikle birçok ürünün yetiştirildiği ancak çiftliklerden pazarlara ulaşım sürecinde muhafaza edilmekte zorlanılan Afrika ve Güneydoğu Asya gibi gelişmekte olan pazarlarda kritik bir öneme sahiptir,’ şeklinde görüşlerini ifade etmiştir.

Bitki Stres Gidericiler

Marelli’nin araştırma laboratuvarı, uzun yıllardır ipek mikroiğnelerinin bitkilere besin maddesi iletimi ve bitki sağlığı takibi gibi çeşitli uygulamalarını incelemektedir. İpek fibroin proteininden üretilen bu mikroiğneler, toksik olmamalarının yanı sıra biyolojik olarak parçalanabilme özelliğine de sahiptir. Marelli’nin önceki çalışmaları, bu mikroiğnelerin geniş ölçekte üretimine yönelik yöntemleri detaylandırmıştır.

Mikroiğnelerin gıdanın muhafaza süresini artırma potansiyelini değerlendirmek amacıyla araştırmacılar, bu mikroiğneler aracılığıyla yaşlanma sürecinde rol oynadığı bilinen bir hormonun iletim etkinliğini araştırmayı hedeflemişlerdir. İnsanlarda uyku düzenleyici etkisinin yanı sıra, melatonin, çeşitli bitkilerde büyüme ve yaşlanma süreçlerinin düzenlenmesinde doğal olarak bulunan bir hormondur.

Marelli, uygulanan melatonin dozajının oldukça düşük olduğunu ve bitkiler tarafından tamamen metabolize edildiğini belirterek, ‘Sağladığımız melatonin konsantrasyonu o kadar düşüktür ki, bitkiler tarafından bütünüyle metabolize edilir. Bu nedenle, normalde gıdalarda bulunan melatonin miktarında kayda değer bir artışa yol açmaz; dolayısıyla tüketiciler normalden daha fazla melatonin almazlar,’ açıklamasında bulunmuştur. Ayrıca, pak choy’un seçim nedenini ise, ‘Pak choy’u tercih ettik çünkü Asya’da büyük bir öneme sahip bir ürün olmasının yanı sıra, aynı zamanda oldukça hızlı bozulan bir sebzedir,’ şeklinde ifade etmiştir.

Pak choy’un hasadı tipik olarak, yapraklı kısmın kök sisteminden ayrılmasıyla gerçekleştirilir. Bu işlem, bitkinin geri kalanına su ve besin maddelerini taşıyan vasküler demetlere doğrudan erişim imkanı sunan sürgün tabanını açığa çıkarır. Araştırmalarına başlamadan önce, araştırmacılar öncelikle geliştirdikleri mikroiğneleri kullanarak bu tabana floresan bir boya enjekte etmişlerdir. Bu ön deney, vasküler sistemin enjekte edilen boyayı bitkinin çeşitli kısımlarına etkin bir şekilde dağıtabildiğini doğrulamak amacıyla yapılmıştır.

Müteakiben araştırmacılar, kontrol grubu olarak normal pak choy bitkileri ile melatonin püskürtülmüş veya melatonine batırılmış bitkilerin raf ömürlerini karşılaştırmışlar ve bu iki uygulama yöntemi arasında anlamlı bir farklılık gözlemlememişlerdir.

Temel raf ömürlerinin tespiti akabinde, araştırmacılar melatonin içeren mikroiğnelerin küçük parçalarını manuel olarak pak choy bitkilerinin sürgün tabanlarına uygulamışlardır. Ardından, bu işlemden geçirilmiş bitkileri kontrol grubuyla birlikte hem oda sıcaklığında hem de buzdolabı koşullarında, plastik kaplar içerisinde muhafaza etmişlerdir.

Araştırma ekibi, deney süresince bitkileri periyodik olarak değerlendirmiştir. Bu değerlendirme, bitkilerin ağırlık ölçümlerini, görsel olarak gözlemlenen değişimlerini ve bitkilerin yaşlanmasıyla birlikte azalma eğilimi gösteren yeşil pigment olan klorofil konsantrasyonlarının takibini içermiştir.

Oda sıcaklığı koşullarında, işlem görmemiş kontrol grubundaki bitkilerin yapraklarında iki ila üç gün içerisinde sararma belirtileri gözlemlenmeye başlanmıştır. Dördüncü güne gelindiğinde ise, bu sararma süreci hızlanarak bitkilerin ticari olarak satılamaz hale gelmesine neden olmuştur. Buna karşılık, melatonin yüklü ipek mikroiğneleriyle muamele edilen bitkiler beşinci günde dahi yeşil rengini korumuş ve sararma süreci belirgin şekilde yavaşlamıştır. Ayrıca, işlem görmüş bitkilerin ağırlık kaybı ve klorofil seviyelerindeki azalma da oda sıcaklığında kontrol grubuna kıyasla önemli ölçüde daha yavaş gerçekleşmiştir. Genel sonuç olarak, araştırmacılar mikroiğne ile işlenen bitkilerin sekizinci güne kadar ticari değerlerini koruyabildiğini tespit etmişlerdir.

Marelli, “Pak choy’un raf ömrünü soğuk zincir olmadan artırabileceğimizi açıkça gördük” diyor.

Yaklaşık 4.4 santigrat dereceye (40 derece Fahrenheit) ayarlanmış soğutma koşullarında ise, bitkilerdeki sararma süreci ortalama beş gün gecikmiş ve melatonin mikroiğneleriyle işlenmiş bitkiler 25. güne kadar nispeten yeşil görünümlerini muhafaza etmiştir.

“Bitkilerin spektrofotometrik analizi, işlenmiş bitkilerin daha yüksek antioksidan aktiviteye sahip olduğunu gösterdi, gen analizi ise melatoninin bitkilerin içinde koruyucu bir zincir reaksiyonu başlattığını, klorofili koruduğunu ve hormonları yaşlanmayı yavaşlatacak şekilde ayarladığını gösterdi,” diyor Temasek Yaşam Bilimleri Laboratuvarı’nda yardımcı ilk yazar ve eski doktora sonrası araştırmacı Monika Jangir.

SMART bünyesindeki Tarımsal Hassasiyet İçin Yıkıcı ve Sürdürülebilir Teknolojiler (DiSTAP) disiplinlerarası araştırma grubunda yardımcı ilk yazar ve araştırma bilimcisi olan Yangyang Han, melatoninin etkilerini şu şekilde açıklamaktadır: ‘Melatoninin etkilerini incelediğimizde, bu hormonun bitkinin kesildikten sonraki stres tepkisini iyileştirdiğini gözlemledik. Temel olarak melatonin, bitkinin maruz kaldığı stresi azaltarak raf ömrünün uzamasına katkıda bulunmaktadır.’

Hasat Sonrası Koruma Teknolojisi

Mikroiğneler, püskürtme veya daldırma gibi diğer uygulama metotlarına kıyasla atık miktarını minimize etme potansiyeli sunsa da, araştırmacılar bu mikroiğnelerin geniş ölçekte uygulanabilirliği için ilave çalışmaların gerektiğini belirtmektedirler. Mevcut deneyde mikroiğne yamaları manuel olarak uygulanmış olmakla birlikte, gelecekte bu yamaların traktörler, otonom dronlar ve diğer tarım ekipmanları vasıtasıyla uygulanması mümkün olabilir.

Marelli, bu teknolojinin geniş çapta kabul görmesi için ekonomik faktörlerin önemini vurgulayarak, ‘Bu yöntemin yaygın olarak benimsenmesi için, maliyetinin sağladığı faydalarla dengelenmesi, yani bir performans-maliyet eşiğine ulaşmamız gerekmektedir. Bu yöntemin, çiftçiler tarafından rutin olarak kullanılabilecek kadar ekonomik olması gerekmektedir,’ şeklinde bir açıklamada bulunmuştur.

Araştırma ekibi gelecekteki çalışmalarında, mikroiğne uygulama teknolojisini kullanarak farklı hormonların çeşitli bitki türleri üzerindeki etkilerini daha kapsamlı bir şekilde araştırmayı hedeflemektedir. Ekip, geliştirilen bu tekniğin tüm tarım ürünlerinde uygulanabilir potansiyele sahip olduğuna inanmaktadır.

Marelli, gelecekteki araştırma yönlerini şu şekilde özetlemiştir: ‘Bu yöntemin bitkilerin değeri ve kalitesi üzerindeki olası etkilerini daha detaylı bir şekilde analiz etmeye devam edeceğiz. Örneğin, bu teknoloji bize ürünün besin içeriğini, şeklini, dokusunu ve benzeri özelliklerini düzenleme imkanı sunabilir mi? Ayrıca, bu teknolojinin tarım arazilerinde pratik bir şekilde uygulanabilmesi için ölçeklendirme çalışmalarına odaklanmaya devam edeceğiz.’

Bu çalışma, Singapur-MIT Araştırma ve Teknoloji İttifakı (SMART) ve Singapur Ulusal Araştırma Vakfı tarafından desteklenmiştir.

by Zach Winn | MIT News