Atık ekmeklerin hidroliz optimizasyonu ve hidrolizatların reolojik karakterizasyonunun belirlenmesi
Optimization of enzymatic hydrolysis of waste bread and determi̇nation of rheological characterization of hydrolyzates
Yazar: ŞEYMANUR GÜNEŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AHMET ŞÜKRÜ DEMİRCİ
Namık Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Ekmek tüketilmediğinde, hem miktar hem de ekonomik değer açısından gıda atıklarının ana kaynaklarından birini oluşturmaktadır. Bu araştırmada atık ekmeklerin, fermentasyon proseslerinde değerli ürünlerin öncül maddeleri olan fermente edilebilir şekerlerin üretimi için biyokaynak olma potensiyeli araştırılmıştır ve bu doğrultuda; en yüksek fermente edilebilir şeker miktarı üretimi için optimum substrat, su ve enzim oranının belirlenmesi ve hidroliz boyunca sistemin reolojik davranışlarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Atık ekmeklerin 2 aşamalı hidrolizi α-amilaz ve amiloglukozidaz enzimleri ile yanıt yüzey yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiş ve substrat, su ve enzim oranı optimize edilmiştir. Hidroliz sırasında bayat ekmek solüsyonunun sabit akış viskozitesini araştırmak için paralel plaka geometrisine sahip olan Hybrid Rheometer-2 (TA Instruments) kullanılmıştır.Atık ekmeğin sıvılaştırma ve sakkarafikasyon aşamalarındaki enzimatik hidroliz koşullarını optimize ederek glikozun teorik olarak üretilebileceği maksimum değerin %99'u elde edilmiştir.α-amilaz miktarının glukoz verimine tek başına etkisi önemsiz bulunmasına karşın, α-amilaz miktarının atık ekmek oranı ve glukoamilaz miktarı ile interaksiyonunun glukoz verimi üzerine etkisi kayda değer bulunmuştur. Oluşturulmuş yanıt yüzey model grafiklerinde, çok açık bir şekilde kurutulmuş ekmeklerden %86 oranında glukoz veriminin (teorik olarak %99 dönüşüm) sadece minimum miktarda substrat konsantrasyonu ile elde edilebileceği görülmüştür. α-amilaz enziminin ilavesi ile ekmek-su karışımının viskozite ve Casson görünür akma geriliminde önemli oranda düşüş gözlemlenmiştir. Sakkarifikasyon aşaması boyunca, ekmek örneklerinin viskozitelerinde zamana bağlı olarak çok az değişim olmasına karşın, glukoz veriminde çok ciddi oranlarda artış gerçekleşmiştir. Biyoteknolojik ürünlerin endüstriyel ölçekte fizibıl olarak üretilip üretilemeyeceği, kullanılan herhangi bir
ii
katı hammaddenin yüksek konsantrasyonlardaki viskozitesinin düşük olmasına ve kolay işlenebilir olmasına bağlıdır. Çünkü bu durum; daha düşük başlangıç sermayesi, ısıtma ve diğer proses basamaklarında daha az enerji harcanmasını sağlamaktadır. Sonuçlar; atık ekmeklerin biyoteknolojik ürünlerin eldesindebiyokütle olarak değerlendirilmesinin, yüksek katı hammadde kullanılan prosesleredebeklenen yüksek enerji tüketimi ve ekipmanlarınyıpranması gibi etkenleri azaltarak ekonomik açıdan da uygun bir hammadde olabileceğini göstermektedir.

Abstract:
When it is not consumed, bread presents a majorsource of food waste, both in terms of the amount and its economic value. Two aims of this research investigate waste breads potential of being a bioresource for the production of fermentable sugars which are precursor of valuable bioproducts by fermentation process: finding optimum substrate, water and enzyme ratioto produce the highest amount of fermentable sugars and investigating the rheological behavior of the system during hydrolysis. Two stage waste bread hydrolysis was performed with enzymes a-amylase and amyloglucosiades and response surface methodology was used to optimize substrate, water and enzymeratio. Discovery Hybrid Rheometer-2 (TA Instruments) fitted with a parallel-plategeometry was used to investigate steady flow viscosity of the slurry during hydrolysis. 99 % of theoretical maximum glucose yield, a main fermentable sugar, is achieved by optimizing enzymatic hydrolysis conditions of waste bread at liquefaction and saccharification stages. Just after the addition of a-amylase enzyme, substantial decrease is observed in viscosity and Casson apparent yield stress of the slurry. During saccharification stage, glucose yield increases dramatically while viscosity of the slurries is very low and does not change considerably. There sult simply that utilizing high concentrations of waste bread as a feed stock to produce fermentation products of economic benefits without causing high power consumption, excessive wear on equipment, and reduced conversion which are generally expected consequences for high-solidprocessing.