Enzimatik ekstraksiyon yöntemi ile pamuk yağı eldesi
Production of cottonseed oil by enzymatic extraction method
Yazar: MUSTAFA SARAÇ
Danışman: PROF. DR. GÜLDEM ÜSTÜN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Bitkisel yağlar = Plant oils ; Emülsiyonlar = Emulsions ; Enzimatik hidroliz = Enzymatic hydrolysis ; Enzimatik yöntemler = Enzymatic methods ; Yağ asitleri = Fatty acids ; Yağlı tohumlar = Oilseeds ; Özüt = Extract ; Özütleme = Extraction

Özet:
Dünyada 3,8 - 4,3 milyon ton arasında pamuk yağı üretilmektedir. Türkiye 130.000-150.000 ton pamuk yağı üretimi ile dünya sıralamasında 6. sırada yer almaktadır. Pamuk tohumları % 30 - 40 oranında yağ içerir. Bu yağ % 13 - 44 oleik ve % 33 - 58 linoleik asit içerdiği için, oleik-linoleik asid grubu bitkisel yağ sınıfında yer alır. En önemli doymuş yağ asidi ise % 17 - 20 oranındaki palmitik asittir. Pamuk yağı rafine sıvı yağ olarak tüketilir, gıda ve kimya sanayinde margarin ve sabun üretiminde kullanılır. Pamuk yağı dizel yakıtı olarak da değerlendirilebilir.Pamuk tohumlarından hekzan ekstraksiyonu veya presleme ve hekzan ekstraksiyonu ile yağ elde edilmektedir. Hekzan ortamında çalışmak emniyet, çevre kirliliği açısından sıkı tedbirlerin alınmasını gerektirdiğinden hekzan ekstraksiyon ünitelerinin yatırım ve işletme maliyetleri yüksektir. Son yıllarda, tohum yağlarının ekstraksiyonu için alternatif yöntemlere yönelme olduğu, enzim ve yüzey aktif madde katkılı ekstraksiyon yöntemleri üzerine yapılmış çalışmaların hızla arttığı gözlenmektedir.Bu çalışmada, yüksek verimle pamuk yağ eldesi için, pamuk tohumlarına sulu enzimatik ekstraksiyon uygulanmıştır. Bu amaçla, tohumların ekstraksiyonu su ile yapılmış ve suya hücre çeperlerini degrade edebilecek enzimler (proteaz, selülaz ve pektinaz enzimleri) ilave edilmiştir. Yağ verimine reaksiyon parametrelerinin (pH, enzim cinsi ve miktarı, tanecik boyutu ve sürenin) etkisi incelenmiş ve reaksiyon parametreleri optimize edilmiştir.Enzimatik ekstraksiyonlar, P1 (0,6 mm'den küçük tane boyutlarındaki) tohum fraksiyonu ile, 1:7 tohum:tampon çözelti oranında, pH 4-8 aralığında, 0,25 - 1,25 mL/g enzim miktarlarında ve 4 - 24 saatlik sürede gerçekleştirilmiştir. Proteaz olarak Alcalase 2.5L, selülaz olarak Celluclast 1.5L ve pektinaz olarak Pectinex Ultra Clear ticari enzimleri kullanılmıştır. Bu çalışmada ayrıca sulu ekstraksiyon ortamına bir anyonik yüzey aktif madde katılmış ve bu katkının yağ verimine olan etkisi de incelenmiştir.Pektinaz sulu enzimatik prosesde en etkili enzim olmuştur. pH 5'de, 0,75 mL/g pektinaz miktarında 24 saat enzimatik işlem uygulandığında, küspede kalan yağ miktarının tespiti ile tohum yağının % 91'inin hücrelerden sulu ortama geçmiş olduğunu belirlenmiştir. Buna karşılık sulu ekstraksiyon ortamından % 65,2 verimle yağ elde edilebilmektedir. Stabil yağ-su emülsiyonunun kırılaması nedeniyle bu kayıp oluşmaktadır.Pamuk tohumlarından konvansiyonel çözücü ekstraksiyonu ve enzimatik sulu ekstraksiyon yöntemi ile elde edilmiş yağlar mukayese edilmiştir. Yağ asitleri bileşimleri arasında istatiksel olarak önemli fark olmadığı belirlenmiştir.

Abstract:
World cottonseed oil production is around 3.8 ? 4.3 million tons. Turkey, with the annual production of 130.000 - 150.000 tons of crude cottonseed oil, ranks sixth in total production of the world. Cottonseeds contain 30 ? 40 % oil. This oil, consisting 13 - 44 % oleic and 33 - 58 % linoleic acids is typical of the oleic-linoleic acid group vegetable oils. The major saturated fatty acid in seed oil is palmitic acid with a proportion of 17-20 %. Cottonseed oil is used as edible oil and in the production of margarine and soap in the food and chemical industries. Additionally it can also be evaluated as biodiesel.Cottonseed oil is typically produced from seeds by either hexane extraction or a combination of mechanical pressing and hexane extraction. Because of the safety and environmental issues associated with the use of hexane, the construction and operational costs of hexane extraction facilities are high. In recent years, it was observed that numerious studies have been directed towards the alternative methods for oilseed extraction, including aqueous, enzyme-, and surfactant-assisted extraction methods.In this study, to produce cottonseed oil with a high yield, aqueous enzymatic extraction was applied to cottonseeds. For this purpose, protease, cellulase and pectinase enzymes which could degrade the cell walls of seeds were dissolved in water. The effects of reaction parameters (pH, type and amount of enzymes, particle size and time) on the oil yield were investigated and optimized.Enzymatic extractions were conducted with P1 seed fraction, particle size < 0.6 mm taking a seed-to-buffer solution ratio of 1:7, between pH 4 to 8, using 0.25 ? 1.25 mL/g enzyme amounts for 4 ? 24 h at 50 °C. Alcalase 2.5L, Celluclast 1.5L and Pectinex Ultra Clear commercial enzymes were used as protease, cellulase and pectinase enzymes, respectively. Finally an anionic surfactant was added to aqueous extraction medium and its effect on the oil yield was also investigated.Pectinase was quite effective in aqueous enzymatic process. When the enzymatic process conducted with 0.75 mL/g of pectinase at pH 5 for 24 h, the residual oil amount of the meal revealed that 91 % of oil released from the seeds. However 65.2 % of total oil in the seeds was collected from extraction medium due to the formation of a stable oil-in-water emulsion.The oils extracted from cottonseeds by conventional solvent extraction and aqueous enzymatic extraction were compared. No significant variation was observed in their fatty acid compositions.