Şeker pancarı posasından ultrason destekli pektin eldesinin Taguchi yöntemi ile optimizasyonu
Optimization of the pectin obtaining with pre-treatment ultrasound from sugar beet pulp with using Taguchi method
Yazar: ARZU SADİ DÖNER
Danışman: PROF. DR. MAHMUT DOĞAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Şeker pancarı posası, yüksek pektin içeriğinden (kuru madde içinde %15-20) dolayı önemli bir pektin kaynağı olup şeker (şeker pancarı) üretiminin bir yan ürünüdür. Bu çalışmada, Taguchi L25 dizi tasarımı kullanılarak ultrasonik (45 kHz) yöntem ve klasik yöntem ile şeker pancarı artıklarından pektin üretimi gerçekleştirilerek ürün özellikleri karşılaştırılmıştır. Şeker pancarı pektininin optimum ekstraksiyon koşulları, verim ve esterifikasyon derecesi (DE) dikkate alınarak Taguchi L25 dizi tasarımı ile belirlenmiştir. Her iki üretim yönteminde de dizi tasarımı sıcaklık (60°C, 70°C, 80°C, 90°C, 95°C), pH (1 / 1,5 / 2 / 2,5 / 3), zaman (1, 2, 3, 4, 5 saat) ve katı / sıvı oranı (1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8) olmak üzere dört faktörden oluşmaktadır. Yanıt olarak, bireysel sinyal/gürültü (S / N) oranlarını hesaplamak için esterleşme derecesi (DE) ve verim analizleri gerçekleştirilmiştir.
Klasik yöntem ile üretimde yüksek pektin verimi için optimum koşullar; 80 °C sıcaklık, 3 saat ve pH değeri 1.5, katı-sıvı oranı 1/8'dir. Yüksek esterleşme derecesi (DE) değeri için; 60 °C sıcaklık, 1 saat ve pH değeri 2,5, katı-sıvı oranı 1/4 olarak belirlenmiştir.
Ultrasonik yöntem ile üretimde yüksek pektin verimi için optimum koşullar; 95°C sıcaklık, 4 saat ve pH değeri 1, katı-sıvı oranı 1/6'dır. Yüksek esterleşme derecesi (DE) değeri için; 90 °C sıcaklık, 4 saat ve pH değeri 2,5, katı-sıvı oranı 1/6 olarak bulunmuştur.
Üretim optimizasyonu sonucu belirlenen dört farklı optimum noktada üretimi gerçekleştirilen pektin örnekleri üç farklı kurutma yöntemi ve üç farklı sıcaklık uygulanarak kurutulmuştur. Elde edilen pektin örnekleri reolojik ve renk özelliklerine göre değerlendirilerek optimum üretim ve kurutma yöntemi belirlenmiştir.
Bu dört farklı optimum pektin örneğinden (UDE, UV, KDE, KV), ultrason destekli ekstraksiyon yöntemi ile üretilen ve maksimum esterleşme derecesi (DE) değerine sahip UDE örneğinin, yapılan fizikokimyasal analiz sonuçlarına göre en yüksek viskozite (113,60 cp) ve galakturonik asit değerleri (%66,52) ile en düşük kül (%4,77) ve protein değerine (%5,62) sahip olduğu belirlenmiştir. Bu pektin örneğine (UDE) uygulanan farklı kurutma işlemleri arasında püskürtmeli kurutucu ile kurutma sonucu en yüksek dinamik reolojik (G', G'' ve |η*|), steady reolojik (K, η50 ve n) ve renk (L*, a* ve b*) değerleri elde edilmiştir.
Dinamik reoloji (G', G'' ve |η*|) sonuçları; kayıp modülü (G') değeri 2,83 Pa, depo modülü (G'') değeri 3,02 Pa ve kompleks viskozite (|η*|) değeri 0,66 Pa.s olarak,steady reoloji (K, η50 ve n) sonuçları; kıvam katsayısı (K) değeri 0,15 Pa.sn, viskozite (η50) değeri 0,12 Pa.s ve akış davranış indeksi (n) değeri 0,96 olarak bulunmuştur. UDE örneğine yapılan renk analiz sonuçları; L* (siyah-beyaz) değeri 91,79, a* (kırmızı-yeşil) değeri -0,39 ve b* (sarı-mavi) değerleri 1,73 olarak belirlenmiştir. Dinamik reoloji sonuçlarına göre G'' değerinin G' değerinden daha yüksek olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Bu pektin örneğinin (UDE) viskoz özelliklerinin jel özelliklerden daha baskın oldugu anlamına gelmektedir.

Anahtar Kelimeler: Pektin, Şeker Pancarı Posası, Optimizasyon, Kurutma, Ekstraksiyon.

Abstract:
Sugar beet pulp is an important source of pectin due to its high pectin content (15-20% in dry matter) and is a by-product of the industrial production of sugar (sugar beet). In this study, pectin production from sugar beet waste was performed using ultrasonic (45 kHz)  and classical method with Taguchi L25 array design and product characteristics were compared. The optimum extraction conditions of sugar beet pectin were determined by the Taguchi L25 array design by considering the yield and degree of esterification. In both production methods, the design of the array consisted of four factors; temperature (60°C, 70°C, 80°C, 90°C, 95°C), pH (1 / 1,5 / 2 / 2,5 / 3), time (1, 2, 3, 4, 5h) and solid / liquid ratio (1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1: 8). 
The optimum conditions for maximum yield of pectin in classical method; 80°C temperature, 3 hours and pH value of 1.5, solid-liquid ratio 1/8; for high degree of esterification (DE) 60°C, 1 hour and pH value of 2.5, solid-liquid ratio 1/4 was determined. 
The optimum points for maximum yield of pectin, by using ultrasonic method; 95°C temperature, 4 hours and pH value of 1, solid-liquid ratio 1/6, for high DE 90°C temperature, 4 hours and a pH value of 2.5 and a solid-liquid ratio of 1/6 was found.
The pectin samples were produced at four different optimum points. The determined production optimization were applied by three different drying methods and three different temperatures. 
The pectin samples were evaluated according to their rheological and color characteristics. The optimum production and drying methods were determined.  According to the results of physicochemical analysis, the highest viscosity (113.60 cp) and galacturonic acid (%66.52) with the lowest ash (%4.77) and protein values (%5.62) were obtained from one of these four different pectin (UDE, UV, KDE, KV) sample.
 UDE which produced by using the ultrasound assisted extraction method. This sample also had maximum esterification degree (DE).  From these optimum pectin samples (UDE, UV, KDE, KV), maximum DE was obtained by ultrasound assisted extraction method. UDE, sample which was dried by spray dryer has the highest dynamic rheological (G', G'' ve |η*|), steady rheological (K, η50 ve n) and color (L*, a* ve b*) values, among the different drying processes.
Dynamic rheology (G ', G' 'and | η * |) results; the loss modulus (G ') value was 2.83 Pa, the storage module (G' ') value was 3.02 Pa and the complex viscosity (| η * |) value was 0.66 Pa.s. The consistency coefficient (K), viscosity (η50), flow behavior index (n)  values of the samples were 0.15 Pa.sn, 0.12 Pa.s and 0.96, respectively. The results of the UDE sample's color were found as L * (black and white) value was 91.79, a * (red-green) value was -0.39 and b * (yellow-blue) value was 1.73.
According to the results of dynamic rheology, it was concluded that G'' value was higher than G' value. This means that the viscous properties of the pectin sample (UDE) were more dominant than the gel properties.

Keywords: Pectin, Sugar Beet Pulp, Optimization, Drying, Extraction.