Kahve atığından selüloz temelli biyoplastik üretimi
Production of cellulose-based bioplastic isolated from spent coffee ground
Yazar: ERAY ÇELEBİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVAL DAĞBAĞLI ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MÜGE UYARCAN
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Ambalaj materyalleri = Packaging materials ; Atık değerlendirme = Waste evaluation ; Biyoplastik = Bioplastic ; Çevresel sürdürülebilirlik = Sustainable environment

Özet:
Petrol bazlı plastikler olağanüstü ve çok yönlü özelliklerinden dolayı insan yaşamının vazgeçilmez bir parçası haline gelmiştir. Ancak son yıllarda plastik kirliliği, küresel anlamda tüm dünyanın en büyük çevresel sorunu haline gelmiştir. Plastik kirliliğine ilişkin bu çevresel sıkıntı, araştırmacıların dikkatini plastiğe uygun bir alternatif bulmaya yani biyoplastiğe yöneltmiştir. Biyoplastikler, geleneksel petrol bazlı plastiklerin yerini alma potansiyeline sahip biyo-bazlı polimerlerdir. Biyoplastikler daha düşük karbon ayak izine sahip, doğal kaynaklara daha az bağımlı, enerji verimliliği, çevre güvenliği ve sürdürülebilirlik sağlayacak şekilde özel olarak tasarlanmaktadırlar. Biyoplastik üretiminde nişasta, selüloz, kitosan, kitin, polihidroksialkanoatlar, polilaktik asit gibi maddeler kullanılmaktadır.
 
Çalışma kapsamında kahve atığından karboksimetil selüloz temelli biyoplastik üretimi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda kahve atığından selüloz ve sonrasında karboksimetil selüloz ekstrakte edilerek karboksimetilselüloz ilavesi ile biyoplastik film çalışması gerçekleştirilmiştir. Biyoplastik film çalışması jel dökme metodu ile yapılmıştır. Proseste farklı konsantrasyonlarda kahve atığından elde edilen karboksimetil selüloz (%1, %2, %3), polivinil alkol (%2, PVA) ve plastikleştirici ajan olarak gliserol kullanılmıştır. Üretilen biyoplastiklerin fizikokimyasal ve mekaniksel özellikleri incelenmiştir.

Çalışmada sonuç olarak elde edilen biyoplastik filmlerde kullanılan kahve kaynaklı karboksimetil selülozun iyi bir dolgu maddesi olduğu, filmlere koyu ve opak karakteristik özellik kazandırdığı ve bu sayede ısı ve ışık geçirgenliğini azalttığı, belirli bir oranda kullanımının filmlerin nem miktarı ve şişme derecesini artırdığı, suda çözünürlük değerlerini düşürdüğü, filmlerin temas açısı değerlerinde hidrofilik özelliklerini düşürücü etki gösterdiği, filmlerin çekme dayanımlarını arttırarak filmlere dayanıklılık kazandırdığı ve kahve kaynaklı karboksimetil selülozun ambalaj endüstrisinde geleneksel filmlere alternatif olarak çevre dostu ve gelişmiş özelliklere sahip şekilde kullanılabilecek iyi bir alternatif olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Due to their extraordinary and versatile properties, synthetic plastics have become an indispensable part of human life. However, in recent years, plastic pollution has become the world's biggest environmental problem globally. This environmental concern regarding plastic pollution has directed the attention of researchers to find a suitable alternative to plastic, namely bioplastics. Bioplastics are bio-based polymers that have the potential to replace traditional petroleum-based plastics. Bioplastics are specially designed to have a lower carbon footprint, be less dependent on natural resources, and provide energy efficiency, environmental safety and sustainability. Substances such as starch, cellulose, chitosan, chitin, polyhydroxyalkanoates and polylactic acid are used in bioplastic production.

The proposed project aims to produce cellulose-based bioplastic from coffee waste. For this purpose, in the first stage of the project, carboxymethylcellulose produced from the cellulose extracted from coffee waste. In the second stage, bioplastic production carried out from the obtained carboxymethylcellulose by gel casting method. For this purpose, different concentration of carboxymethyl cellulose (1%, 2%, 3%) obtained from coffee waste, polyvinyl alcohol (2%, PVA) and glycerol that is plasticizing agent used as film materials. Physicochemical and mechanical properties of the produced bioplastics examined.

As a result of the study, the coffee derived carboxymethyl cellulose used in the bioplastic films is a good filler, it gives dark and opaque properties to the films and thus loses its heat and light permeability. A certain rate of using carboxymethyl cellulose in the films determined that increase the moisture content and decrease swelling degrees and contact angle values. It has been determined that coffee derived carboxymethyl cellulose bioplastic films is a good alternative in the film industry, which is environmentally friendly and has advanced properties than traditional films.