Metal katkılı silika aerojellerin üretimi, karakterizasyonu ve adsorpsiyon performansının gıda endüstrisinde değerlendirilmesi
Evaluation of the production, characterization and adsorption performance of metal doped silica aerogels in the food industry
Yazar: BURCU KARAKUZU İKİZLER
Danışman: PROF. DR. SEVİL YÜCEL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Kimya = Chemistry

Özet:
Doğal kaynakların hızla tükendiği bir dönemde aynı zamanda atık üretiminin de artıyor olması gelecek için büyük bir sorun teşkil etmektedir. Atıkların ana üretim kollarında değerlendirilmesi ekonomik ve çevresel açıdan çok önemlidir. Pirinç dünyada en çok tüketilen gıda maddeleri arasındadır ve kabuğunun enerji üretilmesi amacıyla yakılması esnasında bertarafı oldukça zor olan pirinç kabuğu külü açığa çıkar. Pirinç kabuğu külünde amorf halde bulunan silika, alkali ekstraksiyon yöntemi ile sodyum silikat çözeltisi haline getirilerek bu tez çalışması kapsamında katma değeri yüksek bir malzeme olan silika aerojellerin üretimi için kullanıldı.
Bu tez çalışmasında, silika kaynağı pirinç kabuğu külü sodyum silikat çözeltisi ve ticari sodyum silikat çözeltisi (cam suyu) olan silika aerojel, kalsiyum silika aerojel, alüminyum silika aerojel üretilerek gıda katkı maddesi olarak kullanımları model gıda içinde test edildi. Gıda katkı maddesi olarak en yüksek yüzey alanı ve su buharı adsorpsiyon kapasitesine sahip aerojellerin üretilebilmesi için Yanıt Yüzey Metodolojisi Box-Behnken istatistiksel metodu kullanıldı, varyans analizi (ANOVA) yapıldı. En iyi yanıtlara sahip silika aerojelleri üretmek için seçilen parametreler; kalsiyum veya alüminyum katkısı kullanılarak hazırlanan silika aerojeller için reaksiyon süresi, yaşlanma sıcaklığı ve silisyum/katkı mol oranı ve silika aerojeller için silisyum/sodyum mol oranı, asit miktarı ve yaşlanma sıcaklığıdır. Çalışma kapsamında üretilen numunelerin karakterizasyonları N2 desorpsiyon-adsorpsiyon yöntemi, otomatik gaz piknometresi, indüktif olarak eşleşmiş plazma optik emisyon spektrometresi (ICP-OES), partikül boyut analizi, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) kullanılarak gerçekleştirildi. ANOVA analizi sonuçlarına göre üretilen optimize ürünlerin, sindirim sistemi modellemesi yapılarak numunelerin yapay vücut sıvılarına teması sonrası çözünme miktarı belirlendi. HEK-293 ve Caco-2 hücre hatları kullanılarak MTT (3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) hücre canlılık testi ve Laktat Dehidrogenaz (LDH) testi uygulanarak in vitro sitotoksisite çalışmaları gerçekleştirildi. In vivo akut sistemik toksisite analizleri fareler üzerinde gerçekleştirildi.

Abstract:
In a period when natural resources are rapidly depleted, the increase in waste production at the same time poses a major problem for the future. Evaluation of waste in the main production lines is very important from an economic and environmental point of view. Rice is among the most consumed foodstuffs in the world, and rice husk ash, which is very difficult to dispose of, is released during burning of husk to produce energy. Amorphous silica in rice husk ash was converted into sodium silicate solution by alkali extraction method and used to produce silica aerogels, which is a high value-added material.
In this thesis, silica aerogel, calcium silica aerogel, aluminum silica aerogel was produced using rice husk ash and commercial sodium silicate solution as silica sources, and their use as food additives in model food was tested. The Response Surface Methodology Box-Behnken statistical method was used, and analysis of variance (ANOVA) was performed to produce aerogels with the highest surface area and water vapor adsorption capacity as food additives. The parameters chosen to produce silica aerogels with the best responses; reaction time, aging temperature and silicium/additive molar ratio for silica aerogels prepared using calcium or aluminum additives; silicium/sodium molar ratio, acid content and aging temperature for silica aerogels. The characterizations of the samples produced were performed using N2 desorption-adsorption method, automatic gas pycnometer, inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), particle size analyzer, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The digestive system modeling of the optimized products was performed and the amount of dissolution after contact of the samples with artificial body fluids was determined. In vitro cytotoxicity studies were performed by applying MTT (3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) cell viability test and Lactate Dehydrogenase (LDH) test using HEK-293 and Caco-2 cell lines. In vivo acute systemic toxicity analyzes were performed on mice.