Böğürtlen suyunun ultrafiltrasyon ile berraklaştırılmasında bazı işlem parametrelerinin sistem performansı üzerine etkileri
Effects of some processing variables on system performance during clarification of blackberry juice by ultrafiltration
Yazar: KÜBRA ELİF ÖZKALELİ
Danışman: PROF. DR. KAZİM SAVAŞ BAHÇECİ
Hitit Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Geleneksel yöntemlere nazaran pek çok avantajı dolayısıyla meyve suyu endüstrisinde berraklaştırma amacıyla ultrafiltrasyon kullanım oranı artmakla birlikte, membran kirlenmesi kaynaklı sorunlar bu prosesin en önemli dezavantajını oluşturmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında depektinize edilmiş böğürtlen suyu örneklerinin 10, 30 ve 50 kDa MWCO değerine sahip membranlar kullanılarak berraklaştırılması sağlanmıştır. Sıcaklık (20-40°C), transmembran basınç farkı (100-300 kPa) ve membran MWCO değeri gibi işlem parametreleri yanında farklı konsantrasyonlarda jelatin-bentonit kullanımı ile ön flokülasyon yapılmasının sistem performansı üzerine etkileri tepki-yüzey yöntemine göre değerlendirilmiştir. Proses sırasında toplam dirence etki eden membran direnci, kek tabakası direnci ve kirlenme direnci seri direnç modeli ile analiz edilmiş ve her bir direncin toplam dirence katkıları belirlenmiştir. Deneysel verilerin gözenek tıkanma modellerine uygunluğu test edilmiş ve incelenen tüm modellere yüksek korelasyon değerleri ile uyum sağladığı tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar gerek dirençler ve gerekse permeat akısı üzerine, kullanılan ultrafiltrasyon membranı MWCO değerinin en fazla etkili değişken olduğu göstermektedir. Sıcaklığın yükselmesi permeat akısını arttırırken aynı zamanda kirlenme direncinin de artmasına sebep olmuştur. Jelatin-bentonit ön flokülasyonu da kirlenme direncinin düşürülmesi ve akının artmasına katkı sunmuştur. Ultrafiltrasyon prosesinin böğürtlen suyunun çeşitli fizikokimyasal özellikleri üzerine etkileri de ele alınmış ve örneklerin toplam fenolik madde, antosiyanin, toplam flavonoid ve renk gibi özellikleri ile antioksidan kapasite içeriklerinin işlem parametrelerinden farklı düzeylerde etkilendikleri belirlenmiştir. Böğürtlen suyunun fenolik bileşenler ve antioksidan kapasitesi korunurken, minimum toplam direnç ve maksimum akı değeri tercihi dikkate alınarak gerçekleştirilen optimizasyonda, ön flokülasyonda kullanılan jelatin-bentonit konsantrasyonu 120:600 mg/L, membran MWCO değeri 50 kDa, sıcaklık 20°C ve TMP değeri de 205 kPa şeklinde uygulamanın optimum sonuçları vereceği belirlenmiştir.

Abstract:
Ultrafiltration is increasingly used for clarification in fruit juice industry, since it has many advantages over the traditional methods. However, fouling of membranes is the main drawback of this process. In this study, depectinized blackberry juice samples were clarified by using membranes with MWCO values of 10, 30 and 50 kDa. In addition to process parameters such as temperature (20-40°C), transmembrane pressure difference (100-300 kPa) and membrane MWCO value, the effects of pre-flocculation with the use of gelatin-bentonite at different concentrations on the system performance were evaluated according to the response surface methodology. Membrane resistance, cake layer resistance and fouling resistance, which affect the total resistance during the process, were analyzed with the resistance-in-series model, and the contributions of each individual resistance to the total resistance were determined. The suitability of the experimental data to the pore blocking models was tested, and it was found that the data fitted well to the models evaluated with high correlation coefficients. The results obtained show that the MWCO value of the ultrafiltration membrane used is the most effective variable on both resistances and permeate flux. While the increase in temperature increased the permeate flux, it also caused an increase in the fouling resistance. Pre-flocculation with gelatin and bentonite also contributed to decreasing the fouling resistance and increasing the flux. The effects of the ultrafiltration process on various physicochemical properties of blackberry juice were also evaluated, and it was determined that the characteristics such as total phenolic contents, anthocyanins, total flavonoid and some color values and antioxidant capacity contents of the samples were affected at different levels from the process parameters. By taking into account the minimum total resistance and maximum flux value preference while preserving the phenolic components and antioxidant capacity of blackberry juice, it was determined that the gelatin-bentonite concentration used in the pre-flocculation was 120:600 mg/L, the membrane MWCO value was 50 kDa, the temperature was 20°C and the TMP value was 205 kPa, which would give optimum results.