Pancar şekerinden üretilen rafine beyaz şekerlerdeki mikroplastik kirliliğinin incelenmesi
Investigation of microplastic contamination in refined white sugar produced from beet sugar
- Tez No: 964378
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MERAL YURTSEVER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde global ölçekte plastik kirliliği o kadar devasa boyutlara ulaşmıştır ki artık beslenme yoluyla plastik parçacıklarına maruziyet kaçınılmaz hale gelmiştir. Küresel plastik üretiminin son yıllarda hızla artması ve 2050'ye yönelik yükseliş projeksiyonları, gıdaların MP ile kirlenmesinin sistematik bir halk sağlığı ve çevre mühendisliği problemi olarak ele alınmasını gerekliliğini gözler önüne sermektedir. Yapılan birçok çalışmada gıdadaki mikroplastik kirliliğinin çoğunlukla sucul ürünlerden kaynaklandığı bildirilmektedir. Ancak karasal ve tarımsal ürünlerden kaynaklı mikroplastik kirliliği çalışmaları oldukça azdır. Bu çalışmada, gıda kaynaklı mikroplastik (MP) maruziyetinin su ürünleri dışındaki karasal/ tarımsal matrislerde de önemli olabileceği varsayımından hareketle, şeker pancarından üretilen rafine beyaz şekerlerde MP kirliliği incelenmiştir. Literatürde sucul kökenli gıdalarda MP araştırmaları ağırlıklı yapılmış olup, karasal kaynaklı gıda ürünlerdeki veriler sınırlıdır. Ayrıca pancar şekeri özelinde MP araştırması bulunmamaktadır. Tez, rafine şekerlerin MP ile kirlenme durumunu, olası kaynaklarını ve tüketici maruziyetindeki katkısını ortaya koymaktadır. Çalışmalarda toplam 19 ürün (13 kristal, 3 küp, 3 pudra) incelenmiş ve tüm örneklerde MP kirliliğine rastlanmıştır. Numunelerde öncelikle optik mikroskop altında şekil–boyut–renk–sayı incelemesi yapılmış; ardından lipofilik Nil Kırmızısı (NR) boyama–floresan tekniği uygulanmış, değerlendirme ImageJ/Fiji ile yapılmıştır. Analizlerde üç farklı floresan küp denenmiş ve mavi ışık filtresi ile NR boyama-floresan incelemenin ~1 µm'ye kadar MP'ler için uygun olduğu teyit edilmiştir. ATR-FTIR ile filtrelerin yaklaşık %5–10'u polimer tanımlaması için ölçülmüş; Bruker Lumos (MCT dedektör, 600–4000 cm⁻¹, 4 cm⁻¹, 64 tarama) kullanılmıştır. MP türleri, parça–film–lif olarak sınıflandırılmış; tüm örnekler genelinde dağılım ~%75 parça, %21 film, %4 lif şeklindedir. Film ve parça tiplerinin %95'ten fazlası <50 µm, liflerin ise ~%75'i <50 µm boyut aralığındadır; nadiren >5 mm mikro-lifler de görülmüştür. Renk dağılımında siyah (%29,2) ilk sırada, ardından mavi–gri (%25), beyaz–şeffaf (%15,2), kırmızı (%15), sarı–turuncu (%14,6) ve yeşil (%0,8) gelmektedir; boya/kaplama benzeri döküntüler birçok örnekte gözlenmiştir. İncelenen kristal şekerlerde minimum 11.724±6.365 ve maksimum 53.464±9.622 MP/100 g bulunmuştur, genel ortalama ise yaklaşık ≈29.110 MP/100 g'dır. Üç ürün tipinin tamamında MP saptanmış ve yalnızca tek bir markanın pudra şekerinde ~1.000 MP/100 g düzeyinde nispeten düşük bir değer gözlenmiştir. Karton ambalajda satılan küp şekerlerde dahi yoğun MP bulunması, kirlenmenin yalnızca ambalajdan değil, üretim süreçlerinden de kaynaklandığına işaret etmektedir. Maruziyet hesaplarında, WHO'nun günlük 50 g şeker önerisi esas alınmıştır. Çocuklar için vücut ağırlığı 16 kg, yetişkinler için 70 kg kabul edilmiştir. Hesaplanan tahmini günlük alım (EDI) değerlerine göre; çocuklarda kristal/küp/pudra için toplam EDI sırasıyla 857/1399/647 adet kişi⁻¹ gün⁻¹, yetişkinlerde ise 196/320/148 adet kişi⁻¹ gün⁻¹ düzeyindedir. Türkiye nüfus verileriyle yıllık mikroplastik emisyonu (aMPe) tahminleri; kristal/küp/pudra şeker için 2,24/3,65/1,69 trilyon adet yıl⁻¹ düzeyindedir. Bulgular, şekerin üretim–ambalaj–depolama–dağıtım evrelerinin tamamında MP transferine açık temaslar bulunabileceğine ve numunelerde özellikle <50 µm fraksiyonun baskın olduğunu göstermektedir. Küp şekerin karton ambalaja rağmen yüksek MP içermesi, proses içi tozuma/abrasif kontak, hava kaynaklı çökelme, bant–elek–kırma–öğütme gibi operasyonel birimlerden gelebilecek parçacık/film kökenli girişleri işaret etmektedir. Şeker üretiminde MP kontaminasyonunu azaltmak veya önlemek için, şeker fabrikalarında proses havasının HEPA/ULPA filtrasyonu, kapalı ekipman ve düşük aşınmalı ve (plastik olmayan) malzeme kullanımı, MP azaltıcı iyileştirmelerin doğrulanması için Nil Kırmızı–floresan + FTIR tabanlı rutin izleme protokollerinin standardizasyonunun sağlanması iyi olacaktır.
Özet (Çeviri)
Plastic pollution has emerged as one of the most pressing environmental and public health challenges of the 21st century. The exponential increase in plastic production since the mid-20th century has resulted in the widespread dispersion of plastic residues across virtually every environmental compartment, from terrestrial soils and rivers to deep-ocean sediments and even the atmosphere. Consequently, dietary exposure to plastic particles—particularly microplastics (MPs, <5 mm)—has become unavoidable. While much of the scientific literature has concentrated on MP contamination in aquatic products, mounting evidence indicates that terrestrial and agricultural food sources are also subject to contamination, albeit with far fewer studies. Against this backdrop, the present thesis addresses the overlooked issue of MP contamination in refined beet sugar, a globally consumed agricultural product, and assesses both contamination levels and potential sources of exposure. The background literature highlights that MPs originate from multiple sources, including primary microplastics such as industrial pellets, cosmetic microbeads, or textile fibers, and secondary microplastics derived from the degradation of larger plastics. These particles infiltrate soils, surface waters, irrigation systems, and food chains, accumulating in diverse food matrices. Studies to date have shown MPs in products such as bottled water, salt, beer, honey, tea, and seafood, but systematic investigations on processed agricultural staples remain scarce. Sugar, despite being one of the most widely consumed commodities worldwide, has received no dedicated MP contamination research prior to this study. Given that refined sugar undergoes multiple processing steps—washing, slicing, diffusion, clarification, crystallization, drying, packaging—it is highly susceptible to contamination from raw materials, equipment, air, and packaging. Thus, the current study fills a critical gap by documenting MP presence in sugars produced from sugar beet and by evaluating their contribution to human exposure. The methodological approach involved analyzing nineteen commercial sugar products purchased from supermarkets in Sakarya, Türkiye. The samples represented three categories: thirteen granulated, three cube, and three powdered sugars. Each 100 g sample was dissolved in ultrapure water, treated with hydrogen peroxide to remove organic matter, and filtered through 0.45 µm glass fiber filters. Procedural blanks and recovery experiments were included to ensure analytical accuracy. Microscopic examination was conducted under optical and fluorescence microscopes, with Nile Red (NR) staining applied to enhance MP visualization. The NR–blue fluorescence filter combination proved suitable for detecting MPs down to ~1 µm. Morphological analysis allowed classification of MPs into fragments, films, and fibers, while size and color distributions were recorded. For polymer identification, a subset (~5–10%) of particles was subjected to ATR-FTIR spectroscopy, using a Bruker Lumos system with MCT detector (600–4000 cm⁻¹, 64 scans, 4 cm⁻¹ resolution). Results revealed pervasive MP contamination across all samples. In granulated sugars, MP counts ranged from 11,724 ± 6,365 to 53,464 ± 9,622 per 100 g, with an overall mean of ~29,110 MPs/100 g. Cube sugars, despite being sold in cardboard packaging, exhibited unexpectedly high MP levels, strongly suggesting process-internal contamination rather than packaging as the dominant source. Powdered sugars showed variable results, with one brand presenting comparatively lower contamination (~1,000 MPs/100 g), though others contained levels similar to granulated products. Across the dataset, MPs were predominantly fragments (75%), followed by films (21%) and fibers (4%). Size analysis indicated that >95% of fragments and films and ~75% of fibers were smaller than 50 µm, confirming that ingestion would likely escape gastrointestinal filtration and pose a potential health concern. Rarely, larger fibers (>5 mm) were also observed. Color analysis revealed a predominance of black particles (29.2%), followed by blue-gray (25%), white-transparent (15.2%), red (15%), yellow-orange (14.6%), and green (0.8%). Paint-like flakes and coating-derived residues were common, reflecting the likelihood of multiple contamination pathways. Polymer analysis confirmed the presence of polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), and polyurethane (TPU), among others, pointing to diverse contamination sources such as processing machinery, packaging films, and airborne dust. Exposure assessment was conducted by adopting the WHO's recommendation of 50 g daily sugar intake. Assuming body weights of 16 kg for children and 70 kg for adults, estimated daily intakes (EDI) were calculated. Children consuming granulated, cube, and powdered sugars would ingest ~857, 1,399, and 647 MPs per person per day, respectively. Adults would ingest ~196, 320, and 148 MPs per person per day, respectively. At the national level, based on Türkiye's 2022 population, annual microplastic emissions (aMPe) through sugar consumption were estimated at 2.24 trillion (granulated), 3.65 trillion (cube), and 1.69 trillion (powdered) MPs. These figures underline sugar's role as a significant contributor to dietary microplastic exposure, particularly in a population with high sugar consumption levels. The discussion of contamination sources highlights four primary pathways: uptake from soil into sugar beet roots; process-based inputs during washing, slicing, evaporation, and crystallization; airborne deposition during processing; and packaging transfer. Among these, the study emphasizes the production process as the most critical source, given that cube sugars packaged in cardboard still exhibited heavy contamination. Equipment abrasion, conveyor belts, sieving, and grinding were identified as likely contributors. The dominance of fragment and film morphologies also points to mechanical abrasion and surface wear rather than fiber-based inputs alone. Airborne deposition remains a secondary but non-negligible source, as previous research has shown MPs falling onto foods from surrounding environments. Packaging contributed, but its role was relatively minor compared to process-based sources, as supported by polymer diversity exceeding that of packaging materials alone. The broader implications of these findings are significant. They suggest that foodborne MP exposure is not confined to aquatic products but extends to widely consumed terrestrial and processed agricultural foods such as sugar. The detection of extremely high particle abundances, with the majority in the <50 µm range, raises concerns about human ingestion, systemic absorption, and possible toxicological effects. While the toxicokinetics of MPs remain underexplored, evidence indicates potential for oxidative stress, inflammation, and co-transport of adsorbed pollutants such as heavy metals and persistent organic compounds. Moreover, the results stress that food safety frameworks must expand to consider MPs as contaminants requiring monitoring and mitigation. In conclusion, this thesis demonstrates for the first time that refined beet sugar is substantially contaminated with microplastics. The study not only quantifies contamination levels but also identifies potential sources, evaluates human exposure, and provides recommendations for mitigation. Suggested interventions include implementing HEPA/ULPA air filtration, enclosing critical processing stages, substituting non-plastic low-abrasion materials in equipment, and developing standardized MP monitoring protocols combining Nile Red fluorescence and FTIR spectroscopy. Given the ubiquity of sugar consumption, these measures are urgent to reduce consumer exposure. Ultimately, the research underscores that microplastic contamination in terrestrial and processed foods constitutes an emerging frontier in food safety and environmental health. Future studies should extend this work by exploring toxicological effects of sugarborne MPs, assessing contamination across other agricultural products, and evaluating mitigation technologies within the food industry.
Benzer Tezler
- Türk şeker sanayiinde maliyet ve verimlilik, kamu ve özel sektöre ait işletmeler arası bir karşılaştırma
Cost and productivity in Turkish sugar industry, a comparison between public and private enter prises
AKİF TOPAK
- Isolation, expression and characterization of an ?-L-arabinofuranosidase enzyme from thermophilic Geobacillus sp.
Thermophilic Geobacillus türünden ?-L-arabinofuranozidaz enziminin izole edilmesi, ifadelenmesi ve karakterize edilmesi
HÜSEYİN İLGÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Biyokimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÜLŞAH ŞANLI MOHAMED
- Pancar şekerinde kokuya neden olan maddelerin belirlenmesi ve giderimi
Determination and elimination of compounds causing odor in beet sugar
AYSU SARAÇ YÜCE
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE BAYRAKTAR
- Classification and quantification of beet & cane sugar by using optical spectroscopy and chemometrics
Optik spektroskopi ve kemometri kullanarak pancar ve kamış şekerinin sınıflandırılması ve karışımlardaki miktarının tespiti
HİLMİ ERİKLİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Gıda MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİL MECİT ÖZTOP
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ CAN KARACA