Yer fıstığı tohumlarından enzimatik sulu ekstraksyon ile yağ eldesi ve optimizasyonu
Optimization of aqueous enzymatic extraction of oil from peanut
Yazar: ZEYNEP CANSU ZEREN
Danışman: PROF. DR. GÜLDEM ÜSTÜN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, bitkisel yağ eldesinde kullanılan çözücü ekstraksiyonu yöntemine alternatif olacak, yüksek verimli, çevre dostu bir yöntemin geliştirilmesidir. Alternatif metot olarak enzim katkılı sulu ekstraksiyon yöntemi seçilerek, yerfıstığı tohumlarından yağ elde edilmiştir. Sulu ekstraksiyon ile elde edilen yağ verimleri düşük olduğundan, enzim kullanılarak, bitki hücre çeperlerinin yıkılması ve hücre içindeki komponentlerin daha kolay salınması sağlanmıştır. Ortam pH' ı, gram tohum başına kullanılacak enzim miktarı, inkübasyon zamanı ve sıcaklık parametreleri değiştirilerek optimum koşullar belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında ise farklı oranlarda başka bir enzim ortama katılarak deneyler yürütülmüştür.
Çalışmada Osmaniye'de yetişmiş yerfıstığı tohumları öğütülerek kullanılmıştır ve tohumların ilk yağ içeriği %49 olarak saptanmıştır. Kullanılacak enzim olarak Alcalase 2.4 L FG seçilmiştir. Çalışılacak ortam pH' ı 4, 5, 6, 7, 8 (1:7 tohum:tampon çözelti); gram tohum başına enzim miktarı 0,25, 0,5, 0,75, 1, 1,5 mL; inkübasyon süresi 6, 18, 24 saat ve inkübasyon sıcaklığı 40, 50, 60 ºC olarak belirlenmiştir. Yağ verimleri (%Vs) hesaplanarak, sonuçlar karşılaştırılmıştır. 
Elde edilen yağ verimleri %66,3-75,5 değişiklik göstermiştir. Sonuçlar değerlendirildiğinde; en yüksek yağ veriminin, pH 7' de, 0,25 mL enzim/g tohum miktarında, 18 saatlik inkübasyon süresinde ve 50 ºC' de elde edildiği görülmüştür. 
Çalışmanın ikinci kısmında, farklı oranlarda alkalaz-pektinaz karışımı kullanılmasının yağ verimine etkileri de incelenmiştir. Önceki çalışmadan pektinaz enzimi ile en yüksek yağ veriminin elde edildiği ortam olarak pH 5 ve bu çalışmadan da pH 7 seçilerek gram tohum başına 0,25 ve 0,5 mL enzim miktarı ile 18 saatlik inkübasyon süresinde çalışılmıştır. pH 5 ortamında enzim miktarı 0,25' den 0,5 mL/ g tohuma çıkartıldığında yağ verimi %60,6' dan %65,1' e ve pH 7 ortamında da %58,5' den %63,3' e yükselmiştir. Sonrasında, alkalazın optimum çalışma koşullarında 0,25, 0,5, 0,75 ve 1 mL enzim/ g tohum olacak şekilde pektinaz da ortama ilave edilmiştir. 0,25 mL alkalaz/ g tohum:0,5 mL pektinaz/ g tohum oranında yağ verimi %82' ye ulaşarak maksimum sonuç elde edilmiştir.  
Kaliteli, rafinasyon veya saflaştırma gerektirmeyen temiz yağ üretimine olanak sağlayan, çevre dostu bu yöntemin en önemli dezavantajı, enzim maliyetlerinin yüksek olmasıdır. Su sirkülasyonun sağlanması ve enzimin geri kazanılması veya immobilize enzimlerin kullanılması maliyeti büyük ölçüde düşürebilir ve bu yöntemin daha yaygın ve cazip hale gelmesine olanak sağlayabilir.

Anahtar kelimeler: Yerfıstığı (Arachis hypogaea), enzim, sulu ekstraksiyon, optimizasyon

Abstract:
This study aims at developing a new eco-friendly and highly efficient method of gaining vegetable oil, as an alternative to commonly used solvent extraction method. As an alternative, enzyme added water extraction method has been chosen, and vegetable oil was gained from peanut seeds. Because of the low efficiency of extraction, it has been aimed to demolish plant cell walls, and let the components inside cells release easily, by adding/utilizing enzyme(s). Optimum conditions was determined, by changing the pH of environment, the amount of enzyme per each grams of seed, the incubation time and temperature parameters. In the second part of the study another enzyme at different rates was added experiment medias and work with the two enzymes was investigated.
In this study, peanut seeds which has grown in Osmaniye/Turkey was utilized after being grinded, and the first oil content of the seeds was determined as 49%. Alcalase 2,4 L FG was selected as enzyme. The pH of the studying  environment was determined as 4, 5, 6, 7, 8 (1:7 seed:buffer solution); the amount of enzyme per each gram of seeds was determined as 0,25, 0,5, 0,75, 1, 1,5 mL; the incubation time was determined as 6, 18, 24 hours, and the incubation temperature was determined as 40, 50, 60 ºC. The results were compared by calculating the efficiency of oil.
The efficiencies of gained oil varied from 66,3% up to 75,5%. When it came time to evaluate the results; the maximum efficiency of oil gained in conditions of pH 7, 0,25 mL enzyme/g of amount of seed, 18 hours of incubation time and 50 ºC of temperature. The maximum efficiency of oil was detected as 75,5%.
When previous studies close to this topic are examined, it can be seen that also pectinase (enzyme) provide higher efficiencies on gaining vegetable oil from peanut seeds. Therefore, it was decided to examine efficiency of alcalase-pectinase mix in different ratios. First of all, results from previous studies were adapted to optimum conditions of this study. pH 5, the environment that provide maximum efficiency with pectinase from previous study and pH 7 from current study were chosen, and it was studied for 18 hours incubation time with 0,25 and 0,5 mL amount of enzyme per each grams of seed. Oil yields were increased in the pH 5 medium from 60,6% to 65,1% and in the pH 7 medium from 58,5% to from 63,3% with increasing enzyme amount. The yields that was obtained with pectinase was similar in the two selected media. The results has shown that the medium of pH 7 was appropriate for pectinase.Then, 0,25, 0,5, 0,75 and 1 mL pectinases/ g of amount of seed were added to the medium in optimum operating conditions of alcalase. The rate of 0,25 mL alcalase/ g of amount of seed: 0,5 mL pectinase/ g of amount of seed, oil yield was reach 82% and maximum result had been obtained. 
In the last part of the study, solvent extraction, aqueous extraction and enzymatic aqueous extraction were compared. The yield that was obtained with solvent extraction was 95,7% and hexane was used as solvent. Aqueous extraction yield was detected as 57,5%. This result has shown the effect of enzyme. This value was increased to 82% with the enzyme additive and a yield was obtained that could compete with solvent extraction. 
The most important disadvantage of this method, which let the production of good quality oil with no needs to refining or purification, is high cost of enzymes. To provide the water circulation and recycle of the enzyme, or to use immobilized enzymes may reduce costs, and let this method be common and attractive.

Key words: Peanut (Arachis hypogaea), enzyme, aqueous extraction, optimization