Çeşitli gıda atıklarından farklı ekstraksiyon yöntemleri ve çeşitli çözücüler kullanılarak pektin eldesi
Pectin production from various food wastes with different extraction methods and solvents
Yazar: PINAR KARBUZ
Danışman: DOÇ. DR. NURCAN TUĞRUL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde nüfus artışıyla birlikte atık oluşumu da artmaktadır. Buna paralel olarak çevre kirliliği dünyada sıkça karşılaşılan bir problem haline gelmiştir. Geri dönüştürülebilen kaynakların kullanımı ve atıkların geri dönüştürülmesi hem çevre bilinci açısından hem de ekonomik ölçekte faydalı uygulamalardır. Ülkemiz bulunduğu coğrafi koşullar nedeniyle verimli topraklara sahiptir. Bu durum meyve ve sebze yetiştiriciliğinde ürün çeşitliliği ve üretim miktarı açısından ülkemizi avantajlı hale getirmektedir. Ayrıca nüfus yoğunluğu sebebiyle tüketim miktarı da fazla olmaktadır. Özellikle meyve suyu ve hazır gıda sektöründe üretim sonrası binlerce ton atık oluşmaktadır. Meyve ve sebze kabukları içerdikleri yararlı bileşenler bakımından zengin ürünlerdir. Bu doğal gıdalar tüketildikten sonra atıklar yok edilmek yerine barındırdıkları yararlı bileşenler geri kazanılabilmektedir. Pektin, meyve ve sebze kabuklarında bulunan ve ekstraksiyon yöntemiyle geri dönüştürülebilen kıymetli bir polimerdir.
Pektin, bitkilerde bulunan kompleks yapılı bir polisakkarittir. Bitkinin hücre duvarında ve hücrelerarası bölgelerinde bulunan pektin, bitkiyi dış etkenlere karşı korurken ona dayanıklılık sağlar. Pektin, oldukça geniş kullanım alanına sahip doğal bir polimerdir. Başta gıda endüstrisi olmak üzere ilaç, kağıt, kozmetik, tekstil gibi sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Pektinin en önemli özelliği jelleştirici ve kıvamlaştırıcı yapıya sahip olmasıdır. Bu amaçla gıda endüstrisinde başta reçel ve marmelat yapımı olmak üzere birçok ürünün üretiminde kullanılmaktadır. Pektin doğal bir katkı maddesi olmasının yanında sağlığa yararlı etkilere de sahiptir. Kanser hücrelerinin oluşumunu engelleme, içerdiği diyet lifi sayesinde kilo kontrolünde kullanılma, probiyotik özelliği sayesinde sindirim sistemi fonksiyonlarını düzenleme gibi birçok faydalı etkiye sahiptir. Bu sebeplerden ötürü günümüzde pektin ihtiyaç duyulan, üzerinde çalışmalar yapılan ve önemi gittikçe artan bir polimer olmuştur. Artan talep ile birlikte dünyada pektin üretim kapasitesi artmaktadır. Pektinin gıda atıklarından üretimi ekstraksiyon yöntemleri ile yapılmaktadır.
Ekstraksiyon bir çözeltiden istenen bileşenin, bu bileşeni çözen ama çözelti ile karışmayan başka bir çözücü yardımıyla ayrılması işlemidir. İstenen bileşenin ekstrakte edilmesi için birçok yöntem mevcuttur. Geleneksel ekstraksiyon yöntemi sıkça kullanılmakla birlikte sahip olduğu dezavantajlar nedeniyle yenilikçi yöntemlerin araştırılması ihtiyacını doğurmuştur. Ultrason ve mikrodalga destekli ekstraksiyon yöntemleri bu metodlardan bazılarıdır. Literatürde yapılan çalışmalara bakıldığında ekstraksiyon süresini kısaltmaları, solvent kullanımını azaltmaları, kirlilik ve aşınmalara sebep olmamaları, verimli ve çevre dostu yöntemler olmaları sebebiyle ultrason ve mikrodalga destekli ekstraksiyon yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bu çalışmada limon, mandalina ve kivi kabuklarından ultrason ve mikrodalga destekli ekstraksiyon yöntemleri ile pektin üretilmiştir. Ekstraksiyon çözücüsü olarak HCl ve HNO3 kullanılmıştır. Ultrason destekli ekstraksiyon farklı sıcaklık ve ekstraksiyon sürelerinde, mikrodalga destekli ekstraksiyon ise farklı mikrodalga gücü ve ekstraksiyon sürelerinde gerçekleştirilmiştir. Belirlenen parametrelerde pektin üretimi yapıldıktan sonra kullanılan hammaddeler ve iki ekstraksiyon yöntemi için optimum koşullar belirlenmiştir. Ürünlerin verim hesabı, FT-IR ve SEM analizleri yapılmıştır. Ayrıca esterleşme dereceleri belirlenmiş, jel oluşum özellikleri incelenerek oluşan jellerin % çökme hesapları yapılmıştır. 
Sonuç olarak ultrason ve mikrodalga destekli ekstraksiyonun pektin üretimi için ideal yöntemler olduğu görülmüştür. Ayrıca limon, mandalina ve kivi kabuklarının pektin içerdiği sonucuna varılmıştır. Ultrason destekli ekstraksiyon için sıcaklık ve süre artışının verimi artırdığı, mikrodalga destekli ekstraksiyon için ise mikrodalga gücü ve süre artışının bir noktaya kadar verimi artırıp daha sonra negatif etki yarattığı izlenmiştir. En yüksek verime sahip pektin üretimi % 17.97 ile 360 W - 3 dk HCl çözücülüğünde mikrodalga destekli ekstraksiyon ile kivi kabuklarından gerçekleştirilmiştir. Ultrason ve mikrodalga destekli ekstraksiyonun benzer sonuçlar verdiği fakat mikrodalga destekli ekstraksiyonun çok daha kısa sürelerde gerçekleştiği için daha etkin ve verimli bir yöntem olduğu görülmüştür. Yapılan analizler sonucu üretilen pektin örneklerinin benzer yapıya sahip olduğu anlaşılmıştır.

Abstract:
Today, with the increase in population, waste generation is increasing. In parallel, environmental pollution has become a common problem in the world. The use of recyclable resources and the recycling of waste are environmentally conscious and economically beneficial applications. Our country has fertile lands due to geographical conditions. This situation makes our country advantageous in terms of product variety and production amount in fruit and vegetable cultivation. In addition, consumption is also high due to population density. In the fruit juice and ready-made food sector, thousands of tons of waste are produced after production. Fruit and vegetable peels are rich in beneficial ingredients. After consuming these natural foods, they can be recycled instead of waste. Pectin is a precious polymer that is found in fruit and vegetable peels and can be recycled by extraction method. 
Pectin is a complex polysaccharide found in plants. Pectin in the cell wall and intercellular regions of the plant provides resistance to it while protecting the plant against external factors. Pectin is a natural polymer with a wide range of applications. It is widely used in food industry, medicine, paper, cosmetics and textile sectors. The most important feature of pectin is that it has gelling and thickening structure. For this purpose, it is used in the production of many products such as jam and marmalade. Pectin is a natural additive and it has beneficial health effects. It has many beneficial effects such as preventing the formation of cancer cells, using dietary fiber for weight control and regulating the functions of the digestive system because of its probiotic properties. For these reasons, pectin is needed today, studies are done on it and its importance has become an increasing polymer. With increasing demand, pectin production capacity is increasing in the world. The production of pectin from food wastes is carried out by extraction methods.
Extraction is the process of removing the desired component from a solution by the aid of another solvent which dissolves this component but not mixed with the solution. There are several methods for extracting the desired component. Although the traditional extraction method is frequently used, it has necessitated the search for innovative methods due to its disadvantages. Ultrasound and microwave assisted extraction methods are some of these methods. Ultrasound and microwave assisted extractions are widely used in the literature due to the shortening of the extraction time, reducing solvent usage, not causing pollution and corrosion, efficient and environmentally friendly methods.
In this study, pectin was produced by ultrasound and microwave assisted extraction methods from lemon, mandarin and kiwi peels. HCl and HNO3 were used as the extraction solvent. Ultrasound assisted extraction was performed at different temperature and extraction times, and microwave assisted extraction was performed at different microwave power and extraction times. After the production of pectin in the determined parameters, the optimum conditions were determined for the raw materials used and the two extraction methods. The yield calculation of the products, FT-IR and SEM analyzes were performed. In addition, the degree of esterification was determiden, gel formation properties were examined and % precipitation of gels were calculated.
As a result, ultrasound and microwave assisted extraction were found to be ideal methods for pectin production. It was concluded that lemon, mandarin and kiwi peels contained pectin. For ultrasound assisted extraction, the increase in temperature and time increased the yield, whereas for microwave assisted extraction, microwave power and time increase increased yield some extent and then had a negative effect. Pectin production with the highest yield was carried out from kiwi peels with microwave assisted extraction in 360 W - 3 min HCl solvent with 17.97 %. It was found that ultrasound and microwave assisted extraction yielded similar results but microwave assisted extraction was a more effective and efficient method since it took place in much shorter times. As a result of the analyzes, pectin samples were found to have similar structure.