Mikroalglerin ince tabaka kuruma davranışı ve kuruma model eşitliğinin belirlenmesi
Thin layer drying behavior of microalgae and determination of drying model equation
Yazar: ETHEM ENES GÜZELER
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET KALENDER
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Bu çalışmada, Porsuk çayına ait karışık kültür mikroalg örneklerinin çoğaltılarak kuruma davranışı ve kuruma model eşitliği belirlenmiştir. Bu amaçla, alg kültürü hava kaldırmalı bir fotobiyoreaktörde çoğaltılmıştır. Üretilen karışık mikroalg biyokütlesi (KMB) örneklerinin, bir tepsili kurutucuda kurutma deneyleri gerçekleştirilmiştir. 30 L hacim kapasiteli fotobiyoreaktör başlıca zaman ayarlı ışıklandırma ve havalandırma ekipmanlarından oluşmaktadır. KMB üretiminde literatürde de çok kullanılan Zarrouk besi yeri ortamı kullanılmıştır. Besi yeri hazır olan reaktöre aşılama ile ilave edilen karışık mikroalg kültürü 15 gün süre ile çoğaltılmıştır. Deney süresi sonunda reaktörlerden toplanan KMB örnekleri santrifüj edildikten sonra kurutma deneylerinde kullanılmak üzere +4 °C'de muhafaza edilmiştir. Kurutma deneyleri 0,5-1,5 m/s hava akış hız aralığı, 30-60 °C sıcaklık aralığı ve atmosferik şartlarda yürütülmüştür. Tipik bir kurutma deneyi, sıcaklık ve hava akış hızı ayarlanmış kurutucu haznesine yerleştirilen belirli bir miktar KMB'nin belirli zaman aralıklarında ağırlığının ölçülmesi şeklinde yapılmıştır. KMB örneklerinin ölçülen son iki ağırlık değeri yaklaşık aynı olunca deneyler sonlandırılmıştır.  Süre ilerledikçe KMB nem içeriği değerlerinin çalışılan tüm sıcaklık değerlerinde azalarak sıfıra düştüğü gözlenmiştir. Kuruma eğrilerinden, 1,5 m/s akış hızı hariç, hava akış hızının sıcaklığa nazaran kuruma süresini belirgin şekilde etkilemediği sonucuna ulaşılmıştır. Düşük sıcaklıklarda (30 ve 40 °C) kuruma hızı eğrileri KMB örnekleri için tüm kurumanın iki ya da daha çok kademeli sabit hız periyodunda gerçekleştiğini göstermiştir. Bu durum kurumanın katı yüzeyinde meydana geldiğinin göstergesidir. Yüksek sıcaklıklarda (50 °C ve özellikle 60 °C) KMB kuruma olayının azalan hız periyodunda olduğu görülmüştür. 50 ve 60 °C'de KMB kuruma verilerinden faydalanarak oluşturulan t-lnM grafikleri yardımıyla etkin difüzyon katsayıları da hesaplanmıştır. Etkin difüzyon katsayısı değerlerinin hava akış hızından pek fazla etkilenmediği, buna karşılık artan sıcaklık ile arttığı belirlenmiştir. Bu çalışmada kuruma deney verilerinin çeşitli kuruma model eşitlikleri ile istatistiksel olarak karşılaştırılması da yapılmıştır. İstatistiksel analiz sonucunda KMB örneklerinin kuruma olayını en iyi Modified Page eşitliğinin temsil ettiği saptanmıştır. Bu çalışmanın son aşamasında kurutulan KMB örneklerinin karakteristik analizleri gerçekleştirilmiştir. Protein, yağ, SEM, FTIR gibi analizler sonucunda genel olarak literatürdeki mikroalg örneklerine benzer sonuçlar elde edildiği söylenebilir.

Abstract:
In this study, mixed culture microalgae samples of Porsuk streamlet were grown and their drying behaviour and drying model equation were determined. For this purpose, the growing experiments of the microalgae samples were carried out in an airlift photo bioreactor. The drying experiments of mixed microalgae biomass (MMB) harvested were performed by a tray drier. The photo bioreactor with a capacity of 30 L is mainly composed of timed lighting and ventilation equipment. Zarrouk broth medium which is widely used in literature was used in MMB growing. The mixed microalgae culture which was added by inoculation to the ready reactor was grown for 15 days. At the end of the growing experimental period, MMB samples harvested from the phot bioreactors were centrifuged and stored at +4 ° C for use in drying experiments. Drying experiments were conducted with various air flow rates (0.5-1.5 m/s), in the temperature range of 30-60 ° C and at atmospheric pressure. A typical drying test was done by measuring the weight of a certain quantity of MMB placed in the dryer chamber with temperature and air flow rate set at certain time intervals. The drying experiments were ended when the last two weight values of MMB samples were the same. In all studied temperature values, it was observed that moisture content values of MMB samples equal to zero by decreasing. From the drying curves, it was concluded that the air flow rate did not significantly affect the drying time compared to the temperature, except for a flow rate of 1.5 m/s. Drying rate curves at low temperatures (30 and 40 ° C) showed that the drying phenomena of MMB took place at a constant rate period with two or more stages due to surface drying. At high temperatures (50 °C and in particular 60 °C.), it was observed that MMB drying was carried out in the falling rate period. Effective diffusion coefficients at the temperatures of 50 and 60 °C were also calculated by using t-lnM graphs obtained from MMB drying data. It was determined that the effective diffusivities were not affected much by air flow rate but increased with increasing temperature. Also, in this study, drying test data were compared statistically with various drying model equations. As a result of the statistical analysis, it was found that the drying phenomena of MMB samples represented the best Modified Page equation. In the last stage of this study, the characteristic analyses of MBM samples dried were performed. It can be said that the characteristics test results such as protein, oil, SEM, and FTIR of MMB samples are similar to the properties of some microalgae samples existed in the literature.