Lignoselülozik gıda atıklarından HMF üretimi
Production of HMF from lignocellulosic food wastes
Yazar: AYŞE MUSLU
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN ÜÇÜNCÜ
Gümüşhane Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmada, ülkemizde daha çok yakacak ve/veya hayvan yemi olarak kullanılan lignoselülozik gıda atıkları olan fındık kabuğu ve çay atıklarından Hidroksimetil Furfural(HMF) elde edilmesi amaçlanmıştır. Ham selüloz, fındık kabuğu ve çay atıklarından TS ISO 15598'e göre elde edilmiştir.  Elde edilen selüloz, basınç reaktörü, ohmik ısıtma sistemi ve mikrodalga destekli ısıtma olmak üzere üç farklı ısıtma sisteminin kullanıldığı asit hidroliz yöntemi ile şekere indirgenmiştir.
HMF'yi üretmek için önce asit hidroliz yöntemi ve ardından katalizörlü organik çözücü sistemleri kullanıldı. Yöntemde en yüksek verim, selüloz esaslı materyalin otoklavda %4 H2SO4 çözeltisi içinde şekere indirgenmesi ve şekerce zengin karışımın NaCl ile doyurulduktan sonra CrCl3.6H2O katalizörü kullanılarak 131°C'de 1 saat süre sonunda elde edilmiştir. En yüksek HMF verimi sırasıyla %8.6 ve %6.7 oranında asit hidroliz yöntemi ile çay atığından ve fındık kabuğundan elde edilen selülozdan elde edilmiştir.
HMF üretimi için ikinci yöntemde DMA-LiCl ve DMA-NaCl kullanılarak iki farklı organik çözücü sistemi uygulandı. En etkili sonuç, selülozun DMA-NaCl/[EMIM]Cl solvent sisteminde 50 °C'de 24 saat tutulması ve ardından bunun HCl ve CrCl3.6H2O katalizörü ile 131°C'de 2 saat katalize edilmesiyle elde edilmiştir. Çay atığı ve fındık kabuğundan elde edilen selülozdan organik çözücü sistemi yöntemiyle sentezlenen HMF verimleri sırasıyla %5.7 ve %3.1'dir.
Bu yöntemlerden elde edilen HMF, kolon kromatografisiyle saflaştırıldı ve yapısı FT-IR ve NMR ile aydınlatıldı. HPLC-UV ile saflık kontrolünde ≥ %98.0 saflıkta HMF elde edildiği belirlendi.
Ülkemiz fındık ve çay üretiminde dünya çapında önemli bir üretim potansiyeline sahiptir. Tez, bu ürünlerden arta kalan fındık kabuğu ve çay atıklarından HMF üretimi ve saflaştırma yöntemini sunmaktadır. Ayrıca, farklı gıda atıklarının değerli kimyasalların oluşumu için alternatif kaynak olarak kullanılabileceğini de göstermektedir.

Abstract:
In this study, it was aimed to obtain Hydroxymethylfurfural (HMF) from hazelnut shell and tea wastes, which are lignocellulosic food wastes, which are mostly used as fuel and/or animal feed in our country. The crude cellulose was obtained from hazelnut shell and tea wastes according to TS ISO 15598. The produced was reduced to sugar by acid hydrolysis method in which three different heating systems were used as pressure reactor, ohmic heating system and microwave-assisted heating.
Firstly, the acid hydrolysis method and then catalyst organic solvent systems were used to fabricate HMF. In the method, the highest efficiency was obtained by reducing the cellulose-based material to sugar in an autoclave in 4% of H2SO4 solution and after saturating the sugar-rich mixture with NaCl, using CrCl3.6H2O catalyst for 1 hour at 131°C. The highest yield of 8.6 % and 6.7 % of HMF was obtained of cellulose obtained from tea waste and hazelnut shell by the acid hydrolysis method, respectively.
Following, two different organic solvent system were applied, using DMA-LiCl and DMA-NaCl to fabricate HMF in the second method. The most effective result was accomplished via keeping the cellulose in DMA-NaCl/[EMIM]Cl solvent system at 50 °C for 24 hours and then catalyzing this with HCl and CrCl3.6H2O catalysts in 131 °C for 2 hours. HMF yields synthesized from cellulose obtained from tea waste and hazelnut shell in the organic solvent system method were 5.7 % and 3.1%, respectively.
The HMF obtained from this methods was purified by the column chromatography, and its structure elucidated by FT-IR and NMR. It was determined ≥ 98.0 % purity HMF in the purity control with HPLC-UV.
Our country has significant production potential in hazelnut and tea production worldwide. The thesis presents the HMF production and purification method from hazelnut shell and tea wastes left over from these products. Also, it shows that the different food wastes can use as alternative sources for the formation of valuable chemicals.