Çay Bitkisinde Bulunan Ağır Metallerin Sürgün Dönemlerine göre Karşılaştırılması

 ÇAY BİTKİSİNDE BULUNAN AĞIR METALLERİN FARKLI SÜRGÜN DÖNEMLERİNDEKİ MİKTARLARININ KARŞILAŞTIRMASI

Ülkemizin Doğu Karadeniz Bölgesinde özellikle Trabzon, Rize, Artvin İllerinde yoğun bir şekilde çay tarımı yapılmaktadır. Bu bölgedeki toprakta ağır metaller, yoğun şekilde bulunmasından dolayı bölgede yetişen çay bitkisinde de ağır metal (Cd, Cu, Pb, Al, Ni, Zn, Fe, Cr, Co, Mn), oranının fazla olacağı düşünülmüş ve çalışma çay bitkisinde bulunan ağır elementlerin tayini doğrultusunda yapılmıştır. ÇAYKUR Cumhuriyet Çay Fabrikasından temin edilen çay numuneleri Rize Merkezi Araştırma Laboratuvarında (her bir numune aynı işlem sırasına göre) 100 ml saf suda 5 gr çay olacak şekilde demlenerek, deme çıkan metal oranları ICP-OES (İndüktif Eşleşmiş Plazma/Optik Emisyon Spektrometresi) ile tayin edilmiş ve veriler yorumlanmıştır.  Verilerin literatürde bulunan diğer çalışmalarla paralel sonuçlar verdiği gözlenmiş ve çalışmamız literatür çalışmalarıyla desteklenmiştir. I. sürümle II. sürüm arasında görülen bazı metal oranlarının azalması literatürdeki verilerle uyumlu olduğu görülmüştür. Bu değerlerin standart değerlere çekilmesi için 1, 2, 3, ve 4 nevilerin farklı oranlarda karıştırılmasıyla hazırlanacak ticari çaylar dünya standartlarına getirilebilir.

GİRİŞ

Çay (Camellia sinensis), ılıman ve sıcak ilkim bölgelerinde yetişen çay bitkisinin işlenmiş yapraklarının kaynatılması veya haşlanmasıyla elde edilen bir içecektir. Türkiye’den çok tüketilen meşrubatların başında çay gelir. Çay bitkisi Kuzey yarım kürede 42°, Güney yarım kürede 27° boylamı arasında gelişim göstermektedir (ÖZYAZICI ark.,2010). Uzak doğu, 2013 yılı verilerine göre çay üretiminde 3.9 milyon ton ile en büyük kısmı oluşturmakta ve bu ülkeler içinde de Çin 1.9 milyon ton ile başı çekmektedir. Afrika ülkelerinde üretim 0.6 milyon ton, yakın doğuda ise 0.26 milyon ton olarak tespit edilmiştir. Türkiye’deki çay üretimi ise yine 2013 verilerine göre 0.23 milyon ton olarak kaydedilmiştir. Türkiye dünyada çay üretimi açısından önde gelen bir ülkedir. Üretim alanlarının büyüklüğüne göre dünyada altıncı, çay üretim miktarı açısından beşinci sıradadır (Adiloğlu ve Adiloğlu, 2006). Türkiye’de çay, sadece Gürcistan sınırından başlayan ve Fatsa’ya kadar uzanan alan içerisinde yetiştirilebilmektedir (Kacar, 2010).

Kuru çay üretimi; Soldurma, kıvırma, fermantasyon, kurutma ve tasnif – ambalajlama safhalarından oluşmaktadır. Bu safhalarda yapılan işlemler şunlardır:

SOLDURMA

Soldurma ünitelerinde, sıcak hava ile suyu buharlaştırılarak azaltılan çay yaprağının, fiziksel olarak kıvırma işlemi için uygun hale dönüştürülme işlemidir. Sıcaklık, yaş çayın tazeliği, ıslaklık durumu hava ve çalışma koşul­larına göre ortam sıcaklığı ile 32 – 38 C arasında değişebilir. İdeal soldurma sıcaklığı 32 C dır. Sıcak hava vasıtasıyla, yaş çay yapraklarında bulunan % 70-80 nispetindeki su oranının buharlaştırılarak % 50 – 55 düzeyine indirilmesi ve bu suretle çay yapraklarının fiziksel olarak kıvırma işlemi için elverişli hale getirilmesi işlemidir. Fiziksel olarak kıvırma işlemine uygun hale getirilen yaş çay yaprağı, gevşek ve yumuşak bir görünümde olmaktadır. Soldurma süresi ortalama 6 saattir.

KIVIRMA

Solmuş çay yapraklarının değişik çay imalat makinelerinde parçalan­ması, ezilmesi ve bükülmesiyle hücre öz suyunun kıvrılmış yaprak yüzeyine yayılması ve oksidasyonun başlaması işlemidir.

FERMANTASYON

Kıvrılan yaş çay yapraklarının hücre öz suyunda bulunan kimyasal bileşiklerinin oksidaz enziminin tesiri ile biyolojik değişikliğe uğrayan siyah çayda istenen renk, burukluk, parlaklık, koku ve aromanın oluşması işlemidir. Fermantasyon müddeti denilince, fermantasyon kısmında geçirdiği süre akla gelmemelidir. Bu süre kıvırmanın başlamasından oksidasyonun tamamlan­masına kadar geçen zamandır ve 2,5 – 3 saat kadardır. Fermantasyon sırasında nispi rutubetin %90 – 95, sıcaklığın ise hava şartlarına bağlı olarak 21 – 32 C arasında olabilir. İdeal oksidasyon ise 24 – 26 C arasındadır.

KURUTMA

Kıvrılmış ve fermente olmuş çay yaprağının nem oranını % 2 – 4 se­viyelerine indirmek suretiyle enzim oksidasyonunu durdurarak; çayı depo­lanabilir, paketlenebilir ve taşınabilir hale getirme işlemidir. Fırına verilen fermente edilmiş çaylar; normal şartlar altında 90 – 100 ºC’de ve  27 – 32 dakikada kurutulur.

AYIRMA VE TASNİF

Fırından çıkan yarı mamul kuru çayın tasnif elekleriyle elenerek kalitelerine göre nevilere ayrılması işlemidir. Çay boyutlarına göre 4 neviye ayrılır.

• 1 nevi çay 50 nolu elekten geçer
• 2 nevi çay 12 nolu elekten geçer
• 3 nevi çay 10 nolu elekten geçer
• 4 nevi çay 40 nolu elekten geçer

Elek numaraları 1 inç² deki delik sayısına göredir. (1 inç² = 25/4 mm²)

1 nevi ve 4 nevi en ince ve en koyu çıkan çaylardır, sallama ve poşet çay yapımında kullanılır.

2 nevi çay orta kalınlıkta ve orta açıklıktadır,

3 nevi daha kalın ve en açık çaydır.

Çayeli bakır yatağı Doğu Karadeniz Bölgesindeki en büyük yataklardan biridir dolayısıyla çalışma sahasındaki kayaçlar yüksek kotasyonlardaki cevher elementleri içermektedir. Bu kayaçlarda türeyen topraklar ve bunların üzerinde yetişen çay bitkileri de yüksek element konsantrasyonuna sahiptir.

YÖNTEM ve ÇALIŞMALAR

Çayın dünya ve ülkemizde en çok tüketilen içeceklerin arasında yer alması, çayın içerisinde bulunması gereken metal miktarları belirli değerlerin dışında(az veya çok) olması durumunda çayın kalitesini ve insan sağlığını olumsuz etkileyeceğinden dolayı bu metal oranlarının belirli standart değerler arasında olmasını gerekli kılar. Çay yetişen bölgenin toprak yapısından dolayı bu değerler kabul edilebilir değerler dışına çıkar. I, II, ve III. sürgünlerin içerdiği ağır metal oranları farklı olmasından dolayı metal oranı az olanlar ile çok olanlar karıştırılarak elde edilen karışımdaki metal oranını standart değerlere çekilerek tüketicilere sunulmasını sağlamaktır.

Resim 1. Rize İli, Çayeli Bölgesi, Toprak Yapısı Haritası

Numune Alınması

Çalışmada örneklem olarak Rize ili merkezde bulunan ÇAYKUR Cumhuriyet Çay Fabrikasından alınan 2017 yılı I. sürgünden 3 nevi, II. sürgünden 4 nevi numune seçilmiştir.

Kullanılan cihazlar

ICP-OES (İndüktif Eşleşmiş Plazma/Optik Emisyon Spektrometresi)

ICP-OES günümüzde birçok numune tipinde eser elementlerin analizi için kullanılan en popüler tekniklerden biridir. Numunenin yaklaşık  6000 – 10000 °C  sıcaklıktaki plazmaya püskürtülmesi ile gaz fazına geçerek uyarılan atomların yaptıkları emisyonun ölçümüne dayanır. Numune olarak sıvı ve gazların doğrudan ölçümü mümkün iken katı numuneler için ekstraksiyon veya parçalama işlemi gerekmektedir.
ICP-OES cihazı ile tarımsal ürünler, gıda ürünleri, canlı dokular, jeolojik numuneler, çevresel numuneler ve su numunelerinde eser element analizi yapmak mümkündür. Cihazın dedeksiyon limitleri yapılan uygulama ve numune matriksine göre değişiklik göstermekle birlikte genel olarak ppb-ppm seviyesindedir. Kullanım amacı katı ve sıvı örneklerde kalitatif ve kantitatif analiz yapmaktır. Biz bu çalışmada numune içeriğinde var olduğunu bildiğimiz bir örnek incelediğimiz için ne kadar olduğunu bulmak adına kantitatif analiz yöntemini kullandık. Cihaz uygulaması sıvı numunelerde ağır metal analizidir. Çalışmada demlenmiş çay sıvısı analiz edildi.

Analiz Numunesi Hazırlama

1. 7 farklı numune için 7 adet 200 ml’lik balon şişeye 100 ml saf su konularak ısıtıcıya koyuldu.
2. Hassas terazi yardımıyla 5 g çay numuneleri hazırlandı.

• Sular kaynadığında ısıtıcı üzerinden alınarak sulara çay numuneleri eklendi ve oluşan karışım 20 dakika demlenmeye bırakıldı.

1. Demlenen çaylar erlenmayer üzerine huni ve mavi bant süzgeç kâğıdı yerleştirilerek süzme işlemi yapıldı.
2. Süzülen numuneler şırınga filtresi ile tekrar süzüldü.
3. Elde edilen çözeltiler ICP-OES ile kantitatif olarak ölçüldü.

BULGULAR

Rize Cumhuriyet Çay fabrikasından alınan I. Sürgün ve II. Sürgün çay numunelerinde yapılan ağır metal analiz sonuçları aşağıda Tablo-1 ve Tablo-2 de verilmektedir.

TARTIŞMA VE ÖNERİLER

Ayhan Horuz ve Mehmet Korkmaz ın yaptıkları bir çalışmada 1. Sürgün dönemi ile 2. Ve 3. Sürgün dönemi karşılaştırılmış 2. Ve 3. Sürgün döneminde elde edilen kuru çaylarda element miktarlarının farklı olduğu bulunmuştur. 1. Sürgün ile 2. Sürgün arasında N, P ve Fe miktarlarında azalma, K, Co, Mg, Zn ve Cu miktarı ikinci hasat miktarında artma 3. Hasat miktarında azalma eğilimi göstermiştir. Topraktan kaldırılan besin miktarları bakımından 2. Hasat döneminde N, P, Co ve Fe miktarlarında artma K, Mg, Zn ve Cu miktarlarında azalma görülmüştür (19 Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 2016), 21(14954).

Araştırmada belirtilen ağır metaller canlı vücuduna alındığında vücutta birikerek ağır metal zehirlenmelerine ve bazı hücresel yapı bozukluklarına sebep olmaktadır. Rize Çayeli Bölgesinde ağır metal olan bakır ve diğer ağır metallerin bulunması ve bu madenlerin işletilmesinden dolayı bölgede yetişen çay bitkisinde yüksek oranda bakır elementi olacağından çalışmamız bu doğrultuda planlanmıştır.   Bu Çalışmamızda yapılan ölçümlerde bunu doğrulamıştır. Buna ek olarak alüminyum ve mangan elementlerinin de yüksek ölçüldüğü görülmüştür.

Neviler arası ağır metal bulundurma sonuçları karşılaştırıldığında 1 nevi çayın içeriğinde 2, 3, ve 4 nevi çaylardan daha yüksek oranda ağır metale rastlanmıştır. 4 nevi çayın içeriğinde ise 2 ve 3 e oranla daha fazla ağır metale rastlanmıştır. Bu durum bize göstermektedir ki çayın boyutu inceldikçe suya geçen ağır metal miktarı artmaktadır. En ince çay olan 1 nevi çay poşet çay yapımında

kullanılmaktadır. Bu sebeple pratiklik bakımından tercih edilen poşet çay yerine daha geniş yapraklı paket çay tercih edilmelidir.

Bu olumsuzlukları gidermek ve bu değerleri standart değerlere çekebilmek için yetişen çayları birinci ve ikinci sürgün zamanında 1, 2, 3, ve 4, nevileri farklı oranlarda karıştırılmasıyla hazırlanacak ticari çaylardaki ağır metal konsantrasyonu dünya standartlarına getirilebilir. Böylece çayların nevileri arasındaki farklılığı en aza indirilip standart hale geleceği düşünülmektedir.

Teşekkür

Bu proje 2229 Bilimsel Eğitim Etkinliklerini Destekleme Programı kapsamında desteklenen “FEN BİLGİSİ EĞİTİMİ LİSANS ÖĞRENCİLERİNE PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYI-6” projesi kapsamında yapılmıştır. Bu projeyi destekleyerek bizlere bu fırsatı veren TÜBİTAK’a teşekkürlerimizi sunarız.

Projeyi hayata geçirip yürüten ve bu projeye katılmamıza fırsat verip her konuda yardımcı olan Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dekanı Sayın Prof. Dr. Mehmet KÜÇÜK’e, proje fikri ve yürütme sürecinde bize yardımcı olan danışmanımız Prof. Dr. Hasan GENÇ’e, laboratuvarlarını bizlere açıp çalışmalarımızı destekleyen Yrd. Doç. Dr. Barbaros DİNÇER, Doç. Dr. Memduh Sami TANER ve Doç. Dr. Hakkı Türker AKÇAY’a, proje boyunca değerli bilgilerini bizimle paylaşıp derslerimize giren bütün kıymetli hocalarımıza. Proje sürecinde her türlü desteğini bizden esirgemeyen proje rehberlerimiz Ayşenur PATAN, Ömer ZENGİN ve Harun GÖZ’e, proje kapsamında yapacağımız araştırmada numune temininde bize yardımcı olan ÇAYKUR Cumhuriyet Çay Fabrikası Depo Müdürü Fevzi KILIÇ’a, konaklamamız boyunca bizden güler yüzünü ve hizmetlerini eksik etmeyen Çayeli Hizmetiçi Eğitim Enstitüsü personellerine ve bizleri bu günlere getiren üzerimizde emekleri olan değerli hocalarımız ve ailelerimize içtenlikle teşekkür ederiz.

Proje Yürütücüsü ; Prof. Dr. Mehmet KÜÇÜK Araştırmacılar;  Emine ALANBAY, Sümeyye ÇITAK, Fatma HATAY, Burak VURAL Danışman;  Prof. Dr. Hasan GENÇ

KAYNAKÇA

Horuz, A. ve Korkmaz, A., 2006.,Farklı Sürgün Dönemlerinde Hasat Edilen Çayın Verimi, Azot İçeriği Ve Mineral Madde Kompozisyonu,  Ondokuzmayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Bölümü, Samsun

Saygın ,F., Özdemir, O., Özer, S.P., Kalcıoğlu, Z. 2014. Kireçleme Materyali Olarak Kullanılan Şeker Sanayi Atığı Şlamın Çay Bitkisinin Verim, Kalite Ve Toprak Özelliklerine Etkisi, Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi

ÇAYKUR, Çay İstatistik Bülten 2016.

Altıntığ, E., Yalçın, N., Sevinç, V., 2001. Faas İle Çayda Ağır Metal Analizleri, Sakarya üniversitesi,  15. Ulusal İstanbul Kongresi, İstanbul

Özkutlu, F., Akkaya, Ö.H., Ete, Ö., Şahin, Ö., Korkmaz, K., 2015. Rize İlindeki BazıÇay Bahçelerinin Toprak Ve Yaprak Analizi İle Besin Element Düzeylerinin Belirlenmesi, Ordu Üniversitesi, Ankara Üniversitesi, Harran Tarım Ve Gıda Bilimleri Dergisi,  19(2)

Yaylalı- Abanuz, G., Tüysüz, N., 2012. Çayeli Bakır Yatağı Çevresindeki Toprak Ve Bitkilerde Mevsimsel Değişimlerin İstatistiksel Olarak Belirlenmesi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 36(2)

Çıtak, D., Tüzen, M., 2010. Gıda Ve Su Örneklerinde Kurşun,  Kobalt ve Bakır’ın Bulutlanma Noktası Ekstraksiyonu İle Zenginleştirilmesi ve AAS İle Tayinleri, Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Eser Analiz Çalıştayı,