Gıda İsrafını Önlemek İçin Yeni Sensör!

Sebzeler ve meyveler olgunlaştıkça, etilen adı verilen renksiz, tatlı kokulu bir gaz yayarlar. MIT kimyagerleri şimdi bu gazı milyarda 15 parça gibi düşük konsantrasyonlarda algılayabilen küçük bir sensör geliştirdi. Bu sensör ile gıda bozulmasını önlemede ve israfın önüne geçilmesinde faydalanılacağına inanılıyor.

Karbon nanotüp adı verilen yarı iletken silindirlerden yapılan sensör ile meyve ve sebzeler sevk koşullarında ve depolandıklarında izlenerek gıda atıklarının azaltılması hedefleniyor.

MIT’den kimya profesörü Timothy Swager “Daha iyi gıda yönetimi ve gıda israfının azaltılması için sürekli bir ihtiyaç var,” dedi ve  “Etrafında meyve taşıyan insanlar, taşıma sırasında ne yaptığını ve etileni taşırken düşük tutmak için önlem almaları gerekip gerekmediğini bilmek istiyor.” sözlerine ekledi.


REKLAM: Antepezo.com “Hijyenik şartlarda, kaliteli ham madde ile ekonomik üretim

Etilen Nedir?

Etilen esasında bitki hormonu olarak doğal rolü ile bitkilerde bulunur. Ek olarak, etilen aynı zamanda dünyanın en yaygın olarak üretilen organik bileşiğidir ve plastikten  tekstile bir çok ürünün üretiminde kullanılır. Araştırmacılara göre geliştirilen bu etilen dedektörü, bu tür endüstriyel etilen imalatının izlenmesi için de yararlı olabilir.

Yüksek Lisans Öğrencisi Shao-Xiong (Lennon) Luo, Rafaela Da Silveira Andre, Mit’den yardımcı doçent Darryl Fong ile birlikte Timothy Swager tarafından  ACS Central dergisinde yayınlanan alışmaya göre; etilen gazının kullanılan sektöre göre sensörlerle tespiti; gıda israfında önemli rol oynayacağının yanı sıra; iş sağlığı ve güvenliği için de önemli.

Olgun ya da değil

Etilen, büyümeyi, olgunlaşmayı ve yaşam döngüsünün diğer önemli aşamalarını uyarmak için bir hormon olarak kullanan çoğu bitki tarafından üretilir. Örneğin Muzlar,  olgunlaştıkça ve kahverengiye döndükçe artan miktarlarda etilen üretir ve çiçekler de genellikle  çiçek açmaya hazırlanırken etilen üretir. Stres altındaki ürünler ve çiçekler etileni aşırı üretebilir, bu da onların erken olgunlaşmasına veya solmasına neden olabilir. İşte bu yüzden pazarlarda, manavlarda ve süpermarket tezgahlarında ürünlerin albenisini bozan genellikle etilendir. Ortamala meyve ve sebzelerde henüz daha son tüketiciye varmadan %12’lik bir kayıp yaşanmasının da sebebidir.


Etilen Sensörü; Karbon Nanotüp nasıl gelişti.

2012 yılında, Swager’ın laboratuvarı on binlerce karbon nanotüp dizisi içeren bir etilen sensörü geliştirdi. Bu karbon silindirler elektronları bir mıknatıs gibi çeker. Bunun yanında araştırmacılar elektron akışını yavaşlatan bakır atomları ekledi. Etilen; bakır atomlarına bağlanır ve elektronları daha da yavaşlatır. Bu yavaşlamanın ölçülmesi, ne kadar etilen bulunduğunu ortaya çıkarabilir. Bununla birlikte, bu sensör sadece milyarda 500 parçaya kadar etilen seviyelerini tespit edebilir ve sensörler bakır içerdiğinden, sonunda oksijenle korozyona uğrayabilir ve çalışmayı durdurabilirler.

“Etilen için hala iyi bir ticari sensör yok,” diyor Swager. Aklındaki soru işareti de şu; elma ve patates gibi uzun süre depolanan ürünler için depolama koşullarında mı etilen seviyeleri ölçülmeli, yoksa ürünlerin tüketilebilir kıvama gelip gelmedini ölçmek için mi?


Karbon Nanotüpe Wacker oksidasyon modülü; bir adım daha atılmasına neden oldu.

Swager ve Fong, karbon nanotüplere dayanan, ancak Wacker oksidasyonu olarak bilinen tamamen farklı bir mekanizma ile çalışan yeni bir tür etilen sensörü geliştirdi. Doğrudan etilene bağlanan bakır gibi bir metal eklemek yerine, paladyum adı verilen ve oksidasyon adı verilen bir işlem sırasında etilene oksijen ekleyen bir metal katalizörü kullandılar.

Paladyum katalizörü bu oksidasyonu gerçekleştirirken, katalizör geçici olarak elektronlar kazanır. Palladium daha sonra bu ekstra elektronları karbon nanotüplere geçirerek daha iletken hale getirir. Akımın akışında ortaya çıkan değişikliği ölçerek, araştırmacılar etilen varlığını tespit edebilirler.

Sensör etilene maruz kaldıktan birkaç saniye sonra yanıt verir ve gaz gittiğinde, sensör birkaç dakika içinde başlangıçtaki iletkenliğine geri döner.

Fong, “Metalin iki farklı durumu arasında geçiş yapıyorsunuz ve etilen artık orada olmadığında, orijinal durumuna geri dönüyor” diyor.


Sensörün Yenekleri

Sensörün yeteneklerini test etmek için, araştırmacılar karbon nanotüpleri ve diğer sensör bileşenlerini bir cam slayt üzerine bıraktılar. Daha sonra iki tür çiçekte – karanfil ve mor lisianthus – etilen üretimini izlemek için kullandılar. Beş gün boyunca etilen üretimini ölçtüler ve etilen seviyeleri ile bitkilerin çiçeklenme arasındaki ilişkiyi izlemelerine izin verdiler.

Karanfil çalışmalarında, araştırmacılar, deneyin ilk gününde etilen konsantrasyonunda hızlı bir artış olduğunu ve çiçeklerin bundan kısa bir süre sonra, bir veya iki gün içinde çiçek açtığını buldular.

Mor lisianthus çiçekleri, ilk gün boyunca başlayan ve düşmeye başladığı dördüncü güne kadar devam eden etilende daha kademeli bir artış gösterdi. Buna uygun olarak, çiçeklerin çiçek açması birkaç güne yayıldı ve bazıları hala deneyin sonunda çiçek açmamıştı.

Araştırmacılar ayrıca çiçeklerle birlikte gelen bitki besin paketlerinin etilen üretimi üzerinde herhangi bir etkisi olup olmadığını da incelediler. Besin verilen bitkilerin etilen üretimi ve çiçeklenmesinde hafif gecikmeler gösterdiğini, ancak etkinin anlamlı olmadığını (sadece birkaç saat) buldular.

MIT ekibi yeni sensör üzerine patent başvurusunda bulundu. Araştırma, Ulusal Bilim Vakfı, ABD Ordusu Mühendis Araştırma ve Geliştirme Merkezi Çevre Kalitesi Teknoloji Programı, Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi ve Sao Paulo Araştırma Vakfı tarafından finanse edildi.

Güneşin Peşinden Gidin! O sizi ısıtacaktır…

Dergi Referansı :

  1. Darryl Fong, Shao-Xiong Luo, Rafaela S. Andre, Timothy M. Swager. Wacker Oksidasyonu ile Etilen Algılamayı İzleyin . ACS Central Science , 2020; DOI: 10.1021 / acscentsci.0c00022

Kaynak:

ScienceDaily.com
Web.mit.edu